Конспект / Длинные линии / Длинные линии

Длинные линии

Длинная линия — модель линии передачи, продольный размер (длина) которой превышает длину волны, распространяющейся в ней (либо сравнима с длиной волны), а поперечные размеры (например, расстояние между проводниками, образующими линию) значительно меньше длины волны.

С точки зрения теории электрических цепей длинная линия относится к четырёхполюсникам. Характерной особенностью длинной линии является проявление интерференции двух волн, распространяющихся навстречу друг другу. Одна из этих волн создается подключенным ко входу линии генератором электромагнитных колебаний и называется падающей. Другая волна называется отражённой и возникает из-за частичного отражения падающей волны от нагрузки, подключенной к выходу (противоположному генератору концу) линии. Всё разнообразие колебательных и волновых процессов, происходящих в длинной линии, определяется соотношениями амплитуд и фаз падающей и отраженной волн. Анализ процессов упрощается, если длинная линия является регулярной, то есть такой, у которой в продольном направлении неизменны поперечное сечение электромагнитные свойства (ε_r, μ_r, σ) заполняющих сред

Первичные параметры:

Из электродинамики известно, что линия передачи может быть охарактеризована её погонными параметрами:

R1 — погонное сопротивление, Ом/м;

G1 — погонная проводимость, 1/Ом·м;

L1 — погонная индуктивность Гн/м;

C1 — погонная ёмкость Ф/м;

Погонные сопротивление R1 и проводимость G1 зависят от проводимости материала проводов и качества диэлектрика, окружающего эти провода, соответственно. Согласно закону Джоуля — Ленца, чем меньше тепловые потери в металле проводов и в диэлектрике, тем меньше R1 и больше G1. (Уменьшение активных потерь в диэлектрике означает увеличение его сопротивления, так как активные потери в диэлектрике — это токи утечки. Для модели используется обратная величина — погонная проводимость G1.)

Погонные индуктивность L1 и ёмкость C1 определяются формой и размерами поперечного сечения проводов, а также расстоянием между ними.

Выделим из линии элементарный участок бесконечно малой длины d_x и рассмотрим его эквивалентную схему.

Основные виды линий передачи

Длинные линии главным образом применяются для передачи высокочастотной энергии от одного участка цепи к другому , например от передатчика к антенне или от антенне к приёмнику . Основными видами линий передачи являются :

1) Открытые двухпроводные линии .

2) Открытые четырёхпроводные линии.

3) Коаксиальные линии.

Двухпроводная линия состоит из двух длинных параллельных проводов, натянутых на некотором расстоянии друг от друга. В дальнейшем будем пренебрегать сопротивлением проводов, а также будем считать, что расстояние между проводами значительно меньше, а длина проводов значительно больше длины электромагнитной волны.

Четырёхпроводная линия состоит из двух пар синфазно возбуждаемых проводов . При этом синфазные провода располагаются либо вертикально друг над другом либо <крест-накрест>.Волновые сопротивления четырёхпроводной линии в обоих случаях определяются расстояниями между проводами по горизонтали и вертикали.

Коаксиальные линии

Эти линии, не без помощи радиолюбителей, широко стали использовать во время второй мировой войны. Коаксиальная линия представляет собой провод , окруженный диэлектриком , и заключенный в металлическую оплетку , которая в свою очередь защищена пластиковой оболочкой Все электромагнитное поле такой линии заключено внутри нее, поэтому ее можно располагать как угодно (сгибать, свивать в бухту) и где угодно (около металла и даже под водой).

Для уменьшения потерь коаксиальных линий передач используют высококачественный диэлектрик, в некоторых случаях он состоит из фарфоровых чешуек.