Γραμμή μετάδοσης | Είναι 4 τύποι | Είναι σημαντικές χρήσεις

Γραμμή μετάδοσης

Πιστωτική εικόνα εξωφύλλου - Sajad-HasanAhmadiΥποδοχές κεραίας τηλεόρασηςCC BY-SA 4.0

Σημεία συζήτησης: Γραμμή μετάδοσης

  • Εισαγωγή
  • Σκοπός της γραμμής μετάδοσης
  • Ανάλυση γραμμής μετάδοσης
  • Τύποι γραμμής μετάδοσης
  • Εφαρμογές γραμμών μεταφοράς

Εισαγωγή στη γραμμή μετάδοσης

Η γραμμή μετάδοσης είναι ένα ειδικά σχεδιασμένο καλώδιο για μετάδοση ισχύος. Διεξάγει μόνο ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο φορτίο σε χαμηλές συχνότητες με καθοδηγημένο τρόπο.

            Η γραμμή μετάδοσης λειτουργεί σε τομέα συχνότητας μικροκυμάτων και τομέα ραδιοσυχνοτήτων όπου η ισχύς θεωρείται ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο εάν οποιοδήποτε καλώδιο μπορεί να καθοδηγήσει ένα σήμα ηλεκτρομαγνήτη, τότε θα ονομάζεται γραμμή μετάδοσης.

            Η γραμμή μετάδοσης είναι το αποτέλεσμα ερευνών των James Maxwell, Lord Kelvin και Oliver Heaviside. Το σφάλμα και τα μειονεκτήματα του «Atlantic telegraph cable» και η εφεύρεση της εξίσωσης του telegrapher έκαναν το δρόμο για τη γραμμή.

Σκοπός της γραμμής μετάδοσης

Τα κανονικά καλώδια που μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια έχουν σχεδιαστεί για να μεταφέρουν ισχύ σε χαμηλότερη συχνότητα AC. Δεν μπορούν να μεταφέρουν ισχύ σε εύρος FR ή πάνω από 30 κιλά hertz καθώς η ενέργεια αποσυνδέεται σε συνδέσμους και συνδέσμους και κάποιος χρόνος δεν φτάνει στον προορισμό. Αυτές οι γραμμές επιλύουν αυτά τα προβλήματα. Είναι κατασκευασμένα ειδικά για να ελαχιστοποιούν τις αντανακλάσεις και την απώλεια ισχύος και επίσης χρησιμοποιούν το ταίριασμα σύνθετης αντίστασης για μεταφορά ισχύος.

            Αυτές οι γραμμές είναι κατασκευασμένες με ομοιόμορφη επιφάνεια διατομής. Γι 'αυτό παρέχουν ομοιόμορφη σύνθετη αντίσταση, η οποία είναι γνωστή ως χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση.

Γραμμή μετάδοσης

Χρήση της γραμμής μετάδοσης στην κεραία

            Το μήκος κύματος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μειώνεται καθώς η συχνότητα αυξάνεται από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Οι γραμμές μετάδοσης είναι κρίσιμες επειδή όταν το μήκος κύματος είναι αρκετά μικρό, το μήκος του σύρματος συμβάλλει στο παρελθόν του μήκους κύματος.

Τι είναι η κεραία Yagi Uda; Κάντε κλικ εδώ για λεπτομέρειες!

Ανάλυση γραμμής μετάδοσης

            Υποθέτουμε ένα μοντέλο τεσσάρων τερματικών γραμμών μεταφοράς για να αναλύσουμε την κατασκευή και τη λειτουργία γραμμών. Είναι ισοδύναμο με ένα τυπικό κύκλωμα δύο θυρών. 

            Υποθέτουμε ότι το κύκλωμα είναι γραμμικό, πράγμα που σημαίνει ότι η πολύπλοκη τάση σε οποιαδήποτε θύρα είναι σχετική με το σύνθετο ρεύμα για την κατάσταση χωρίς ανάκλαση. Επίσης, υποθέτουμε ότι δύο από τις θύρες του είναι μεταφερόμενες.

Χαρακτηριστικά σύνθετης αντίστασης της γραμμής μετάδοσης

Η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση ή (Z0) είναι βασική παράμετρος της γραμμής. Μπορεί να οριστεί ως ο λόγος του μεγέθους της τάσης προς το μέγεθος του ρεύματος ενός κύματος, ταξιδεύοντας κατά μήκος μιας γραμμής ανάκλασης.

Χαρακτηριστικά Η αντίσταση ελέγχει τις συμπεριφορές της γραμμής μόνο εάν η γραμμή είναι ομοιόμορφη σε μήκος. Γενικά, για ομοαξονικά καλώδια, η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση έχει τιμή πενήντα έως εβδομήντα ohms και για στρεβλωμένο ζεύγος καλωδίων, η τιμή είναι 100 ohms. Για μη περιστρεφόμενο ζεύγος, η τιμή είναι 300 ohms.

Συντελεστής αντανάκλασης γραμμής μετάδοσης

Ο συντελεστής ανάκλασης της γραμμής δίνεται από την αναλογία του σύνθετου μεγέθους του ανακλώμενου σήματος προς το εισερχόμενο σήμα. Αντιπροσωπεύεται από το ελληνικό αλφάβητο - Г και εκφράζεται ως -

Συντελεστής αντανάκλασης γραμμής μετάδοσης

όπου V + είναι η περίπλοκη τάση της εισερχόμενης τάσης και V- είναι η περίπλοκη τάση του ανακλώμενου κύματος.

Έχει σχέση με την αντίσταση φορτίου και τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση. Η έκφραση δίνεται παρακάτω.

Γραμμή μετάδοσης

Εδώ ΖL είναι η σύνθετη αντίσταση φορτίου και Z0 είναι η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση.

Ο λόγος μόνιμου κύματος έχει επίσης σχέση με αυτόν τον συντελεστή ανάκλασης γραμμής. Η σύνδεση δίνεται ως -

Γραμμή μετάδοσης

Η σχέση μεταξύ Standing Wave Ratio και συντελεστή ανάκλασης γραμμής μετάδοσης.

Αντιστοιχισμένη κατάσταση γραμμής μετάδοσης:

Ο στόχος μιας γραμμής μετάδοσης είναι να παραδώσει τη μέγιστη ισχύ από την πηγή στο φορτίο προορισμού και να ελαχιστοποιήσει την ανάκλαση και την απώλεια ισχύος. Η «αντιστοιχισμένη» συνθήκη μπορεί να εκπληρώσει αυτό που επιθυμείτε Εάν η σύνθετη αντίσταση φορτίου του προορισμού είναι ίδια ή ίση με την τιμή της χαρακτηριστικής σύνθετης σύνθετης αντίστασης της γραμμής, τότε η γραμμή επιτυγχάνει «αντιστοιχισμένη» συνθήκη.

            Αντί για την «αντιστοιχισμένη» κατάσταση, η μετάδοση υποφέρει κάποια απώλεια. Όπως, ωμική απώλεια. Υπάρχει επίσης μια άλλη σημαντική απώλεια που συμβαίνει όταν αυτή η γραμμή λειτουργεί σε εύρη υψηλής συχνότητας. Η απώλεια είναι γνωστή ως διηλεκτρική απώλεια. Εδώ, τα εσωτερικά στοιχεία αυτής της γραμμής, συγκρατούν την ενέργεια EM και παράγουν θερμότητα.

            Η συνολική απώλεια αυτής της γραμμής μετράται από τη μονάδα dB / m. Οι απώλειες εξαρτώνται από τη συχνότητα του σήματος, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως. Οι κατασκευαστές εταιρειών αυτού παρέχουν συνήθως ένα διάγραμμα ζημιών. Δείχνει την απώλεια ισχύος σε διαφορετικές συχνότητες. Εάν οποιαδήποτε γραμμή υποστεί απώλεια τριών ντεσιμπέλ / μέτρου, τότε η ισχύς που λαμβάνεται στο φορτίο θα είναι το ήμισυ της παρεχόμενης ισχύος.

Τι είναι η κεραία κόρνας; λάβετε μια επισκόπηση εδώ!

Τύποι γραμμών μεταφοράς

 Έρχονται με ορισμένους τύπους ανάλογα με τη φυσική του δομή και ανάλογα με τις ανάγκες. Μερικοί από τους βασικούς και ευρέως χρησιμοποιούμενους τύπους γραμμών μεταφοράς παρατίθενται παρακάτω. Περιηγηθείτε και ανακαλύψτε τα.

Ομοαξονικά καλώδια:

Είναι μια από τις ευρέως χρησιμοποιούμενες μορφές γραμμών. Περιορίζει ολόκληρο το κύμα EM μέσα στο καλώδιο. Έτσι, τα ομοαξονικά καλώδια μπορούν να κάμπτονται, να δένονται και να περιστρέφονται σε ένα βαθμό χωρίς να επηρεάζεται η λειτουργία.

Ομοαξονικό καλώδιο

Διατομή ομοαξονικών καλωδίων, πίστωση εικόνας: Tkgd2007Ομοαξονικό καλώδιοCC-BY 3.0

Τα κύματα EM διαδίδονται σε TEM ή εγκάρσια ηλεκτρική και μαγνητική λειτουργία Για εφαρμογές εμβέλειας RF. Εδώ, τόσο τα ηλεκτρικά όσο και τα μαγνητικά πεδία είναι κάθετα με τις κατευθύνσεις. Το ηλεκτρικό πεδίο ακτινοβολείται και το μαγνητικό πεδίο γίνεται περιφερειακό.

Εάν το μήκος κύματος του κύματος είναι μικρότερο από την περιφέρεια του ομοαξονικού καλωδίου, τότε το TEM χωρίζεται σε δύο. Οι τρόποι είναι τότε γνωστοί ως ΤΕ ή εγκάρσιο ηλεκτρικό και ΤΜ ή εγκάρσιο μαγνητικό.

Τα ομοαξονικά καλώδια έχουν ευρείες εφαρμογές για τηλεοράσεις. Χρησιμοποιήθηκε κυρίως για τηλέφωνα στα μέσα του εικοστού αιώνα.

Γραμμές μετάδοσης Microstrip:

Ένα δίκτυο microstrip είναι βασικά ένα μικρό αγώγιμο επίπεδο, τοποθετημένο παράλληλα με την επιφάνεια του εδάφους. Μπορεί να σχεδιαστεί τοποθετώντας ένα λεπτό και επίπεδο μεταλλικό επίπεδο στο πλάι ενός PCB. Η αντίθετη επιφάνεια πρέπει να είναι το επίπεδο του εδάφους. Η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της γραμμής τύπου microstrip εξαρτάται από την αγώγιμη ταινία. Το ύψος, το πλάτος, ο διηλεκτρικός συντελεστής της αγώγιμης ταινίας παρέχει τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση. Ένα σημείο που πρέπει να θυμόμαστε ότι η γραμμή τύπου microstrip είναι μια ανοιχτή δομή, ενώ το ομοαξονικό καλώδιο είναι κλειστό.

Ηλεκτρικό & μαγνητικό πεδίο της γραμμής μετάδοσης Microstrip,

Image Credit: Dassault

Γραμμές μετάδοσης στριμμένων ζευγών:

Σε αυτόν τον τύπο γραμμής όπου ζευγάρια σύρματος συναρμολογούνται μαζί για να σχηματίσουν μια μονή αλυσίδα ή ένα καλώδιο είναι γνωστό ως γραμμές μετάδοσης μπερδεμένου ζεύγους. Αυτοί οι τύποι γραμμών χρησιμοποιούνται σε παγκόσμιες τηλεφωνικές επικοινωνίες. Επίσης, έχει χρησιμοποιηθεί στην κυκλοφορία δεδομένων μέσα σε κτίρια. Αυτός ο τύπος δεν είναι οικονομικός λόγω των ιδιοτήτων του.

Εικόνα τύπων Twisted Pair. Πιστωτική εικόνα - Spinningspark at el.wikipediaΣτριμμένο ζευγάριCC BY-SA 3.0

Τετραπλό αστέρι:

Το Star quad είναι ένας άλλος συνδυασμός σύρματος. Χρησιμοποιεί τέσσερα καλώδια και όλοι οι αγωγοί των τεσσάρων καλωδίων περιστρέφονται και συναρμολογούνται κατά μήκος του άξονα του καλωδίου. Σε αυτόν τον σχηματισμό, κάθε ζεύγος χρησιμοποιεί ένα μακρινό ζεύγος για να συνδεθεί.

Η συνδυαστική μορφή στριμμένου, εξισορροπημένου και τετραπολικού μοτίβου γραμμών μετάδοσης έχει πολλά οφέλη καθώς μειώνει τον θόρυβο, ιδιαίτερα για βραχεία χρήση στάθμης σήματος όπως - καλώδια του μικροφώνου.

Γραμμή μετάδοσης

Περιγραφική εικόνα ενός αστεριού τετραπλού καλωδίου, Πηγή εικόνας - Spinningspark at el.wikipediaDM τετραπλόCC BY-SA 3.0

Αυτός ο τύπος γραμμής έχει εφαρμογές σε τετρασύρματη τηλεφωνία, δύο καλωδίων.

Προκαλεί επίσης υψηλή χωρητικότητα που προκαλεί περαιτέρω παραμόρφωση και απώλειες.

Εφαρμογές γραμμών μεταφοράς | Χρήσεις γραμμών μεταφοράς

Οι γραμμές μεταφοράς έχουν πολλά οφέλη σε σχέση με τα κανονικά ηλεκτρικά καλώδια σε συγκεκριμένους τομείς. Γι 'αυτό έχει πολλές εφαρμογές. Ας συζητήσουμε μερικά από αυτά.

  • Οι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις παρέχονται σε τομείς υψηλής συχνότητας με ελάχιστη απώλεια. Καλώδια τηλεόρασης και ραδιοφώνου για τη σύνδεση των κεραιών είναι ένα από τα πιο διάσημα παραδείγματα.
  • Αυτά χρησιμοποιούνται επίσης για την παραγωγή παλμών με φόρτιση και εκφόρτιση αυτών των γραμμών. Ένα σημαντικό παράδειγμα αυτού του τύπου γραμμής είναι - Blumlein Transmission Line. Τα ραντάρ έχουν επίσης πολλαπλές εφαρμογές αυτού του είδους.
  • Αυτά εφαρμόζονται επίσης σε φίλτρα stub. Τα φίλτρα στέλεχος είναι συνήθως ενσύρματα σε παράλληλη σύνδεση και μεταφέρουν ισχύ από την πηγή στους προορισμούς.

Δείτε περισσότερα για την Ηλεκτρονική! Κάνε κλικ εδώ!

Σχετικά με τη Sudipta Roy

Είμαι ενθουσιώδης των ηλεκτρονικών και επί του παρόντος αφιερώνω στον τομέα των ηλεκτρονικών και των επικοινωνιών.
Έχω έντονο ενδιαφέρον για την εξερεύνηση σύγχρονων τεχνολογιών όπως η AI & Machine Learning.
Τα γραπτά μου είναι αφιερωμένα στην παροχή ακριβών και ενημερωμένων δεδομένων σε όλους τους μαθητές.
Βοηθώντας κάποιον να αποκτήσει γνώση μου δίνει μεγάλη χαρά.

Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/

Αφήστε ένα σχόλιο

Η διεύθυνση email σας δεν θα δημοσιευθεί. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται *

Lambda Geeks