3.5.2 Характеристики линии связи

Волновое сопротивление – это сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения. В бесконечно длинной линии или линии конечной длины, но нагруженной на сопротивление, равное волновому сопротивлению, не происходит отражения электромагнитных волн и образования стоячих волн. В этом случае линия передаѐт в нагрузку практически всю энергию от генератора (без потерь) [79].

где L и С – индуктивность и ѐмкость единицы длины линии. Формула справедлива для высоких частот.

Рис. 31. Эквивалентная схема линии передачи

Волновое сопротивление является комплексной величиной и состоит из активной и реактивной части. Зависимость волнового сопротивления от частоты повышается в области низких частот и имеет емкостной характер (2πfL<<R). В области высоких частот имеет место 2πfL > R, 2πfC >> (1/R) и значение волнового сопротивления стремится к постоянной величине [39].

Длинная линия – электрическая линия, образованная двумя параллельными проводниками тока, длина которых превышает длину волны передаваемых электромагнитных колебаний, а расстояние между проводниками значительно меньше длины волны. Длинная линия является системой с распределѐнными постоянными (параметрами), так как каждый элемент еѐ длины обладает одновременно некоторыми значениями индуктивности L и активного сопротивления R проводов, ѐмкости С и проводимости тока G между проводами. Через эти параметры определяют основные характеристики длинной линии – волновое сопротивление и скорость распространения v электромагнитных волн вдоль неѐ. Длинная линия математически связаны между собой так называемыми телеграфными уравнениями. Длинная линия называется однородной, если значения еѐ параметров неизменны на всѐм протяжении; при отсутствии в ней электрических потерь, т. е. R = G = 0 (обычно на радиочастотах),

Длинная линия имеет в общем случае комплексный характер (содержит активную и реактивную составляющие) и зависит от длины линии и характера электрической нагрузки на еѐ конце (выходе). Входное сопротивление длинная линия бесконечной длины равно . Для максимальной передачи энергии от источника линии еѐ входное сопротивление должно быть активным и равным внутреннему сопротивлению источника, т. е. согласованным с ним. Различают 3 режима работы длинной линия:

1. Режим бегущей волны, когда передаваемая энергия полностью поглощается нагрузкой (сопротивление нагрузки активное и равное W);

2. Режим стоячей волны, когда передаваемая энергия полностью отражается от конца линии к источнику (короткозамкнутая или разомкнутая на конце длинной линии),

3. Промежуточный режим (сопротивление нагрузки комплексное и не равное ). Длинная линия применяют для передачи информации в дальней телеграфно-телефонной связи, телевидении, радиолокации, а также для передачи энергии по проводам на далѐкие расстояния

[32],[35].

Стоячие волны – волны, возникающие вследствие интерференции волн, распространяющихся во взаимно противоположных направлениях. Практически стоячие волны возникают при отражениях волн от преград и неоднородностей в результате наложения отражѐнной волны на прямую.

Различные участки стоячие волны колеблются в одной и той же фазе, но с различной амплитудой. В стоячей волне, в отличие от бегущей, не происходит течения энергии. Бегущие волны отражаются от границ системы, и в результате наложения падающих и отражѐнных волн в системе устанавливаются стоячие волны [36].

Согласование электрических линий связи применяется для обеспечения нормального прохождения сигнала по длинной линии без отражений и искажений. Следует отметить, что в локальных сетях кабель работает в режиме длинной линии даже при минимальных расстояниях между компьютерами, так как скорости передачи информации и частотный спектр сигнала очень велики.

Принцип согласования кабеля прост: на его концах необходимо установить согласующие резисторы (терминаторы) с сопротивлением, равным волновому сопротивлению используемого кабеля.

Рис. 32. Передача сигналов по электрическому кабелю

Как уже упоминалось, волновое сопротивление – это параметр данного типа кабеля, зависящий только от его устройства (сечения, количества и формы проводников, толщины и материала изоляции и т.д.). Величина волнового сопротивления обязательно указывается в сопроводительной документации на кабель и составляет обычно от 50-100 Ом для коаксиального кабеля, до 100-150 Ом для витой пары или плоского многопроводного кабеля. Точное значение волнового сопротивления легко можно измерить с помощью генератора прямоугольных импульсов и осциллографа как раз по отсутствию искажения формы передаваемого по кабелю импульса. Обычно требуется, чтобы отклонение величины согласующего резистора не превышало 10% в ту или другую сторону.

Если согласующее, нагрузочное сопротивление Rн меньше волнового сопротивления кабеля Rв, то фронт передаваемого прямоугольного импульса на приемном конце будет затянут, если же Rн больше Rв, то на фронте будет колебательный процесс [65]. 3.5.3 Виды линий связи