Электрически длинные линии передачи

Хотя параметры линии являются распределенными вдоль ее длины, на эквивалентной электрической схеме ЛП их аппроксимируют сосредоточен­ными, но на малом элементе (фрагменте) линии (рис. 5.6), где R_П, L_П, С_П — погонные (на единицу длины) сопротивление, индуктивность, емкость. Со­противление и индуктивность линии вводятся только в прямой провод, но с учетом сопротивления и индуктивности обратного провода.

Важнейшей характеристикой электрически длинной ЛП является ее волновое сопротивление 2Z₀,которое показывает, что электромагнитная вол­на, распространяющаяся вдоль линии, имеет отношение напряжение/ток, равное Z₀. Приближенно волновое сопротивление можно определить по вы­ражению

При передаче сигналов по длинным линиям важно согласовать сопро­тивление нагрузки с волновым сопротивлением линии.

Отражение сигналов в длинных линиях. При передаче гармониче­ских сигналов в несогласованной линии одновременно присутствует прямая волна, распространяющаяся от начала линии к ее концу, и обратная,

Рис. 5.6. Эквивалентная схема электрически длинной линии передачи

Рис. 5.7. Эквивалентная схема линии передачи и сигналы на входе и выходе линии при многократных отражениях

передающаяся от конца линии к ее нача­лу. Обратную волну рассматривают как результат отражения прямой и называют отраженной, а прямую — падающей.

Отношение амплитуды напря­жения отраженной волны Uо к ам­плитуде волны падающей U„ опре­деляется выражением

где р₀ — коэффициент отражения; R — сопротивление в начале или кон­це ЛП.

Если сопротивление в начале и конце линии соответственно R\ и R₂ и соблюдается отношение R₁<Z₀< R₂, то коэффициенты отражений на вхо­де р₀₁ и выходе р_о2 линии соответст­венно будут 0 > p_ol > -1 И 0 < р₀₂ < 1.

Искажение импульсного сигнала, когда длительность передаваемого импульса t_И << t_З, при прохождении его по ЛП показано на рис. 5.7. Сигналы на графиках соответствуют моментам их поступления на вход U₁ и выход U₂. ЛП. Следует обратить внимание на изменение полярности отражаемых сигналов. Таким образом, на вход линии поступил один импульс, а на входе нагру­женной на линию МС с периодом 2t₃ оказывается несколько импульсов, от которых МС может менять свое состояние до тех пор, пока очередной им­пульс не окажется меньше ее порога срабатывания.

Согласование электрически длинных ЛП. Уменьшения или полно­го исключения отражений в длинных линиях можно добиться их согласова­нием. Линия передачи считается согласованной, если сопротивление, на ко­торое она нагружена, равно волновому сопротивлению линии (рис. 5.8). Согласование ЛП обеспечивается использованием ЛП с высокой стабильно­стью волнового сопротивления и введением согласующих элементов.

Подключение согласующего резистора R_c последовательно (см. рис. 5.8, а) с выходным сопротивлением передатчика сигнала (последовательное согласование) используется, если выходное сопротивление его много мень­ше Zo линии. В параллельно согласованной линии (см. рис. 5.8, б) резистор R_c подсоединяют к входу приемника линии передачи. Способ согласования е устраняет емкостную связь между центральными проводами. Заземление экранов приводит к разрыву паразитной емкостной связи.

Таким образом, защита от воздействий электрического поля сводится к использованию ЛП с экранами. Экраны необходимо заземлять короткими проводами минимального индуктивного сопротивления либо путем непо­средственного контакта с корпусом прибора. Если ток, протекающий по центральному проводу ЛП, равен обратному току через его оплетку, то в пространстве, окружающем линию, электромагнитное поле отсутствует.

Дата добавления: 2014-01-04