خط نقل كهرباء
في هندسة الترددات الراديوية ، خط النقل تعبير كبل متخصص أوهيكلية أخرى مصممة لإيصال التيار المتناوب من تردد الراديو، أي التيارات مع الترددات العالية بما يكفي بأن تؤخذ طبيعتها الموجية في الاعتبار. تُستخدم خطوط النقل لأغراض مثل توصيل مرسلات راديوو المستقبلات مع الهوائيات (يطلق عليها بعد ذلك بخطوط التغذية أووحدات التغذية) ، وتوزيع إشارات التلفزيونات الكابلية ، خطوط الكابلات لاتصالات التوجيه بين مراكز تبديل الهاتف ، اتصالات شبكة الكمبيوتر والكمبيوتر عالي السرعة نواقل البيانات).
تغطي هذه الموضوعة خط النقل ثنائي الموصل مثل الخط الموازي (خط سلمي) ، الكابل المحوري ، خط تجريبي ، وخط النقل الدقيق. تشير بعض المصادر أيضًا إلى الدليل الموجي ، الدليل الموجي العازل ، وحتى الألياف البصرية كخط نقل ، ومع ذلك فإن هذه الخطوط تتطلب تقنيات تحليلية مختلفة وبالتالي فهي غير مشمولة بهذه المادة ؛ انظر الدليل الموجي (الكهرومغناطيسي).
نظرة عامة
تكفي الكابلات الكهربائية العادية لحمل التردد المنخفض التيار المتناوب (التيار المتناوب) ، التيار الكهربائي ، الذي يعكس الاتجاه من 100 إلى 120 مرة في الثانية ،والإشارات صوتية. ومع ذلك ، لا يمكن استخدامها لحمل التيارات في نطاق تردد الراديو,أعلى من حوالي 30 كيلوهرتز ، لأن الطاقة تميل إلى تشع قبالة الكابل كموجة الراديو، مما تسبب في انقطاع التيار الكهربائي. تميل تيارات تردد الراديوأيضًا إلى الانعكاس عن حالات انقطاع في الكبل مثل الموصلات والمفاصل ، ثم تنتقل إلى أسفل الكبل باتجاه المصدر. هذه الانعكاسات بمثابة اختناقات ، تمنع طاقة الإشارة من الوصول إلى الوجهة. تستخدم خطوط النقل إنشاءات متخصصة ومطابقة الممانعة ، لنقل الإشارات الكهرومغناطيسية بأقل قدر من الانعكاسات وفقدان الطاقة. السمة المميزة لمعظم خطوط النقل هي حتى لها أبعاد مبترية متجانسة بطولها ، مما يمنحها شكلًا موحدًا ' ممانعة "، وتسمى الممانعة المميزة, لمنع الانعكاسات. تتضمن أنواع خط النقل خطًا متوازيًا (خط سلمي ، الزوج الملتوي) ، كابل متحد المحور ، وخط نقل مستومثل الخط المتجانس وخط متناهي الصغر. حدثا زاد تواتر الموجات الكهرمغنطيسية التي تمر عبر كابل أووسط معين ، حدثا كان الطول الموجي للأمواج أقصر. تصبح خطوط النقل ضرورية عندماقد يكون طول الموجة الترددية المرسلة قصيرًا بدرجة كافية بحيث يصبح طول الكابل جزءًا مهمًا من طول الموجة. في ترددات الأمواج الميكروية وما فوقها ، تصبح ضياعات الطاقة في خطوط النقل مفرطة ، ويتم استخدام الدليل الموجي بدلاً من ذلك,التي تعمل بمثابة "أنابيب" لحصر وتوجيه الموجات الكهرومغناطيسية. تعهد بعض المصادر أدلة الأمواج كنوع من خطوط النقل; ومع ذلك ، لن تتضمن هذه الموضوعة لهم. في الترددات الأعلى ، في نطاقات تيراهيرتز ، أشعة تحت الحمراء و المرئية ، تصبح أدلة الأمواج ضائعة ، والطرق البصرية ، ( كما العدسات والمرايا) ، تستخدم لتوجيه الموجات الكهرومغناطيسية.
تتشابه نظرية الانتشار الموجة الصوتية من الناحية الرياضية مع نظرية الموجات الكهرومغناطيسية ، لذا تُستخدم التقنيات المستقاة من نظرية خط النقل لبناء هياكل لتوصيل الموجات الصوتية ؛ وتسمى هذه خطوط نقل الصوت.
نظرة تاريخية
نما التحليل الرياضي لسلوك خطوط النقل الكهربائية من عمل جيمس كليرك ماكسويل ، اللورد كلفن ، وأوليفر هيفيسيد. في عام 1855 ، صاغ اللورد كلفن نموذجًا لنشر التيار في كابل بحري. تنبأ النموذج بشكل سليم بالأداء الضعيف لـ 1858 عبر المحيط الأطلسي كابل التلغراف البحري. في عام 1885 نشر Heaviside الأوراق الأولى التي وصفت تحليله للانتشار في الكابلات والشكل الحديث لـ معادلات التلغراف.
القابلية للتطبيق
في كثير من الدوائر الكهربائية ، يمكن تجاهل طول الأسلاك التي تربط المكونات في معظم الأحيان. وهذا يعني حتى الجهد على السلك في وقت معين يمكن افتراضه هونفسه في جميع النقاط. ومع ذلك ، عندما يتغير الجهد في فترة زمنية مماثلة للوقت الذي تستغرقه الإشارة للانتنطق لأسفل السلك ، يصبح الطول مهمًا ويجب معالجة السلك كخط نقل. بطريقة أخرى ،قد يكون طول السلك مهمًا عندما تشتمل الإشارة على مكونات التردد مع طول الموجة المطابق الذي يمكن مقارنته أوأقل من طول السلك.
تتمثل إحدى القواعد الشائعة في أنه ينبغي معاملة الكابل أوالسلك كخط نقل إذا كان الطول أكبر من 1/10 من طول الموجة. في هذا الطول ، يصبح تأخير الفترة وتداخل أي انعكاسات على الخط أمرًا مهمًا ويمكن حتى يؤدي إلى سلوك غير متسقط في الأنظمة التي لم يتم تصميمها بعناية باستخدام نظرية خط النقل.
نموذج النهائي الرباعي
For the purposes of analysis, an electrical transmission line can be modelled as a two-port network (also called a quadripole), as follows:
في أبسط الحالات ، يُفترض حتى تكون الشبكة خطية (أي حتى المجمع عبر أي منفذ يتناسب مع التيار المعقد الذي يتدفق فيه عندما لا توجد انعكاسات) ، ويفترض حتىقد يكون المنفذان حتى تكون قابلة للتبديل. إذا كان خط النقل موحدًا بطوله ، فسيتم وصف سلوكه إلى حد كبير ببارامتر واحد يسمى "الخاصية المميزة" ، الرمز Z 0 . فهي نسبة الجهد العقدي لموجة معينة إلى التيار العقدي لنفس الموجة في أي نقطة على الخط. القيم النموذجية لـ Z 0 هي 50 أو75 ohm s لـ كابل متحد المحور ، وحوالي 100 أوم لزوج من الأسلاك الملتوية ، وحوالي 300 أوم لنوع رائج من زوج untwisted المستخدمة في البث الإذاعي. عند إرسال الطاقة إلى خط نقل ، من المستحسن عادة حتى يتم امتصاص أكبر قدر ممكن من الطاقة بواسطة الحمل وأن ينعكس مرة أخرى قدر الإمكان على المصدر. يمكن ضمان ذلك عن طريق جعل مقاومة الحمل مساوية لـ Z 0 ، وفي هذه الحالة ينطق إذا خط النقلقد يكون مطابقاً .
يتم فقدان بعض الطاقة التي يتم تغذية في خط نقل بسبب مقاومته. يسمى هذا التأثير خسارة "أومية" أو"مقاومة" (انظر التدفئة الأومية). في الترددات العالية ، يصبح تأثير آخر يسمى "فقدان العزل الكهربائي" ذا أهمية ، مما يزيد من الخسائر الناجمة عن المقاومة. يحدث فقد العزل الكهربائي عندما تمتص المادة العازلة داخل خط النقل الطاقة من الحقل الكهربائي المتناوب وتحولها إلى الحرارة (انظر التدفئة العازلة). تم تصميم خط النقل بمقاومة (R) ومحاثة (L) في سلسلة مع السعة (C) والتوصيل (G) في نفس الوقت. تساهم المقاومة والتوصيل في الخسارة في خط النقل.
غالبًا ما يتم تحديد الخسارة الكلية للطاقة في خط النقل في ديسيبل لكل متر (ديسيبل / م) ، وعادة ما تعتمد على تردد الإشارة. وغالبًا ما توفر الجهة المصنعة مخططًا يوضح الخسارة بالديسيبل / م عند مجموعة من الترددات. ويقابل فقدان dB ثلاثة تقريبًا نصف القوة.
يمكن تعريف خطوط النقل عالية التردد بأنها تلك المصممة لحمل الموجات الكهرومغناطيسية التي طول الموجة بها أقصر من أوتقارن بطول الخط. في ظل هذه الظروف ، لم تعد التقديرات المفيدة لإجراء العمليات الحسابية عند الترددات المنخفضة دقيقة. يحدث هذا غالبًا مع إشارات راديو، ميكروية و بصرية ، مرشحات شبكة معدنية بصرية ، ومع إشارات موجودة في دارة رقمية عالية السرعة .
معادلات Telegrapher
معادلات التلغراف(أومعادلات التلغراف التامة) هي زوج من المعادلات التفاضلية الخطية التي تصف الجهد ('"`UNIQ--postMath-00000001-QINU`"') و التيار ('"`UNIQ--postMath-00000002-QINU`"') على خط نقل كهربائي مع المسافة والزمن . تم تطويرها بواسطة Oliver Heaviside الذي أنشأ "نموذج خط النقل" ، ويستند إلى معادلات ماكسويل.
نموذج خط النقل هومثال على نموذج العنصر الموزع. ويمثل خط النقل كسلسلة لا حصر لها من المكونات الأولية ثنائية المنافذ ، يمثل جميع منها شريحة قصيرة بلا حدود من خط النقل:
- يتم تمثيل المقاومة الموزعة '"`UNIQ--postMath-00000003-QINU`"' للموصلات بواسطة سلسلة مقاومة (يتم التعبير عنها بـ أوم لكل وحدة طول).
- التحريض الموزع '"`UNIQ--postMath-00000004-QINU`"' (بسبب المجال المغناطيسي حول الأسلاك ، التحريض الذاتي ، وما إلى ذلك)) يتم تمثيله بسلسلة محرض (في هنري لكل وحدة طول).
- يتم تمثيل السعة '"`UNIQ--postMath-00000005-QINU`"' بين الموصلين بـ shunt مكثف ((فاراد لكل وحدة طول)).
- يتم تمثيل الموصلية '"`UNIQ--postMath-00000006-QINU`"' للمواد العازلة التي تفصل بين الموصلين بمقاوم تحويل بين سلك الإشارة وسلك الإرجاع (في siemens لكل وحدة طول).
يتكون النموذج من سلسلة لانهائية من العناصر المشروحة في الشكل ، ويتم تحديد قيم المكونات لكل وحدة طول بحيث يمكن حتى تكون صورة المكون مضللة. قد يحدث '"`UNIQ--postMath-00000007-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-00000008-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-00000009-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-0000000A-QINU`"' من وظائف التردد. مجموعة رموز التيار المتناوب هي استخدام '"`UNIQ--postMath-0000000B-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-0000000C-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-0000000D-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-0000000E-QINU`"' للتأكيد على حتى القيم هي مشتقات فيما يتعلق الطول. يمكن حتى تعهد هذه الكميات أيضًا باسم ثوابت الخط الأساسي للتمييز عن ثوابت الخط الثانوي المشتقة منها ، وهذه هي ثابت الانتشار ، ثابت التخميد وثابت الطور.
جهد الخط '"`UNIQ--postMath-0000000F-QINU`"' والتيار '"`UNIQ--postMath-00000010-QINU`"' يمكن التعبير عنها في مجال التردد ك
- '"`UNIQ--postMath-00000011-QINU`"'
- '"`UNIQ--postMath-00000012-QINU`"'
حالة خاصة من ضياعات الخط
عندماقد يكون العنصران '"`UNIQ--postMath-00000013-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-00000014-QINU`"' صغيرين بشكل كبير ، يُعتبر خط الإرسال بنية ضائعة. في هذه الحالة الافتراضية ، يعتمد النموذج فقط على عناصر '"`UNIQ--postMath-00000015-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-00000016-QINU`"' مما يبسط التحليل إلى حد كبير. بالنسبة لخط نقل بلا خسائر ، تكون معادلات Telegrapher للحالة المستقرة من الرتبة الثانية هي:
- '"`UNIQ--postMath-00000017-QINU`"'
- '"`UNIQ--postMath-00000018-QINU`"'
هذه هي معادلة الموجة التي لها أمواج مستوية مع سرعة انتشار متساوية في الاتجاهين الأمامي والخلفي كحلول. تكمن الأهمية المادية لهذا حتى اللأمواج الكهرومغناطيسية تنتشر أسفل خطوط النقل ، وبشكل عام ، هناك مكون منعكس ويتداخل مع الإشارة الأصلية. هذه المعادلات أساسية لنظرية خط النقل.
الحالة العامة للخط مع الضياعات
في الحالة العامة ، يتم تضمين مصطلحات الضياعات ، '"`UNIQ--postMath-00000019-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-0000001A-QINU`"' ، وتصبح الصيغة الكاملة لمعادلات Telegrapher:
- '"`UNIQ--postMath-0000001B-QINU`"'
- '"`UNIQ--postMath-0000001C-QINU`"'
حيث '"`UNIQ--postMath-0000001D-QINU`"' هي ثابت انتشار ( عقدي) . هذه المعادلات أساسية لنظرية خط النقل. إنها أيضًا معادلات موجية ، ولديها حلول مماثلة للحالة الخاصة ، ولكنها مزيج من الجيب وجيب التمام بعوامل الانحلال الأسي. حل ثابت الانتشار '"`UNIQ--postMath-0000001E-QINU`"' من حيث البارامترات الأساسية '"`UNIQ--postMath-0000001F-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-00000020-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-00000021-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-00000022-QINU`"' يعطي:
- '"`UNIQ--postMath-00000023-QINU`"'
ويمكن التعبير عن الممانعة المميزة
- '"`UNIQ--postMath-00000024-QINU`"'
الحلول من أجل '"`UNIQ--postMath-00000025-QINU`"' and '"`UNIQ--postMath-00000026-QINU`"' are:
- '"`UNIQ--postMath-00000027-QINU`"'
- '"`UNIQ--postMath-00000028-QINU`"'
يجب تحديد الثوابت '"`UNIQ--postMath-00000029-QINU`"' من الشروط الحدية. للحصول على نبض الجهد '"`UNIQ--postMath-0000002A-QINU`"'، بدءًا من'"`UNIQ--postMath-0000002B-QINU`"' والانتنطق إلى '"`UNIQ--postMath-0000002C-QINU`"' الموجبة الاتجاه ، ثم يمكن الحصول على النبض الذي تم إرساله'"`UNIQ--postMath-0000002D-QINU`"'في الموضع '"`UNIQ--postMath-0000002E-QINU`"' عن طريق حساب تحويل فورييه ، '"`UNIQ--postMath-0000002F-QINU`"' ، من '"`UNIQ--postMath-00000030-QINU`"' ، لتخفيف جميع مكون تردد عن طريق '"`UNIQ--postMath-00000031-QINU`"' ، تقدم مرحلته بواسطة'"`UNIQ--postMath-00000032-QINU`"' ، وأخذ عكس تحويل فورييه. يمكن حساب الأجزاء الحقيقية والمتخيلة من '"`UNIQ--postMath-00000033-QINU`"' كـ
- '"`UNIQ--postMath-00000034-QINU`"'
- '"`UNIQ--postMath-00000035-QINU`"'
مع
- '"`UNIQ--postMath-00000036-QINU`"'
- '"`UNIQ--postMath-00000037-QINU`"'
تعبير الطرف اليمن يرصد عندما لا '"`UNIQ--postMath-00000038-QINU`"', ولا '"`UNIQ--postMath-00000039-QINU`"', ولا '"`UNIQ--postMath-0000003A-QINU`"' صفر, ومع
- '"`UNIQ--postMath-0000003B-QINU`"'
حيث atan2 هوالشكل المحدد في جميع مكان للدالة المستقيمة ثنائية البارامتر ، مع قيمة عشوائية صفرية عندما تكون كلتا الوسيطتين صفر.
حالة ، خاصة ضياعات منخفضة
للضياعات الصغيرة والترددات العالية ، يمكن تبسيط المعادلات العامة: إذا '"`UNIQ--postMath-0000003C-QINU`"' و'"`UNIQ--postMath-0000003D-QINU`"' ثم
- '"`UNIQ--postMath-0000003E-QINU`"'
- '"`UNIQ--postMath-0000003F-QINU`"'
عند تقم الطور عن طريق'"`UNIQ--postMath-00000040-QINU`"' ما يعادل تأخير الزمن من قبل '"`UNIQ--postMath-00000041-QINU`"', '"`UNIQ--postMath-00000042-QINU`"' يمكن حتى تحسب ببساطة من
- '"`UNIQ--postMath-00000043-QINU`"'
شرط هيڤيسيد
حالة هيڤيسيد هي حالة خاصة حيث تنتقل الموجة لأسفل الخط دون أي تشويه تبدد). الشرط لحصول ذلك
- '"`UNIQ--postMath-00000044-QINU`"'
مقاومة ولج خط النقل
إن الممانعة المميزة '"`UNIQ--postMath-00000047-QINU`"' لخط النقل هي نسبة سعة الموجة الفولطية "الأحادية" إلى الموجة الحالية. نظرًا لأن معظم خطوط النقل لها أيضًا موجة منعكسة ، فإن الممانعة المميزة ليست عمومًا هي الممانعة التي يتم قياسها على الخط. المقاومة تقاس على مسافة معينة '"`UNIQ--postMath-00000048-QINU`"' من مقاومة الحمل '"`UNIQ--postMath-00000049-QINU`"' قد يتم التعبير عن
- '"`UNIQ--postMath-0000004A-QINU`"',
حيث '"`UNIQ--postMath-0000004B-QINU`"' هوثابت الانتشار و'"`UNIQ--postMath-0000004C-QINU`"' هوجهد معامل الانعكاس يقاس في نهاية الحمل لخط النقل. بدلاً من ذلك ، يمكن إعادة ترتيب الصيغة أعلاه للتعبير عن مقاومة المدخلات من حيث مقاومة الحمل بدلاً من معامل انعكاس جهد الحمل:
- '"`UNIQ--postMath-0000004D-QINU`"'.
مقاومة الدخل لخط نقل عديم الضياعات
بالنسبة لخط نقل عديم الضياع ،قد يكون ثابت الانتشار وهمي, '"`UNIQ--postMath-0000004E-QINU`"', فالصيغ أعلاه يمكن إعادة كتابتها
- '"`UNIQ--postMath-0000004F-QINU`"'
حيث '"`UNIQ--postMath-00000050-QINU`"' هوعدد الأمواج. في حساب '"`UNIQ--postMath-00000051-QINU`"' يختلف طول الموجة عمومًا عن "داخل" خط النقل إلى ما سيكون عليه في الفضاء الحر. وبالتالي ، فإن ثابت سرعة المادة التي يتكون منها خط النقل يحتاج إلى حتى يؤخذ في الاعتبار عند القيام بهذا الحساب.
حالات خاصة لخطوط نقل عديمة الضياعات
نصف طول الموجة
للحالة الخاصة حيث '"`UNIQ--postMath-00000052-QINU`"' حيث n عدد سليم (بمعنى حتى طول الخط هومضاعف نصف الطول الموجي) ، فإن التعبير يقلل إلى مقاومة الحمل بحيث
- '"`UNIQ--postMath-00000053-QINU`"'
بالنسبة لجميع '"`UNIQ--postMath-00000054-QINU`"' يتضمن هذا الحالة عندماقد يكون '"`UNIQ--postMath-00000055-QINU`"' ، مما يعني حتى طول خط النقل صغير بشكل لا يقارن مقارنة بطول الموجة. تكمن الأهمية المادية لذلك في أنه يمكن تجاهل خط النقل (بمعالجة السلك) في كلتا الحالتين.
ربع طول الموجة
للحالة التيقد يكون فيها طول الخط ربع طول الموجة ، أومضاعفًا فرديًا لطول موجة الطول ، يصبح مقاومة المدخلات
- '"`UNIQ--postMath-00000056-QINU`"'
الحمولة المتطابقة
حالة خاصة أخرى هي عندما تكون مقاومة الحمل مساوية للممانعة المميزة للخط (أي الخط "متطابق") ، وفي هذه الحالة تنخفض الممانعة إلى الممانعة المميزة للخط بحيث:'"`UNIQ--postMath-00000057-QINU`"' لكل '"`UNIQ--postMath-00000058-QINU`"' وكل '"`UNIQ--postMath-00000059-QINU`"'.
القصر
لحالة حمولة قصر (i.e. '"`UNIQ--postMath-0000005A-QINU`"'), مقاومة المدخلات وهمية بحتة ووظيفة دورية للحالة وطول موجة (التردد)
- '"`UNIQ--postMath-0000005B-QINU`"'
الدارة المفتوحة
لحالة مفتوحة (i.e. '"`UNIQ--postMath-0000005C-QINU`"'), مقاومة المدخلات مرة أخرى وهمية ودورية
- '"`UNIQ--postMath-0000005D-QINU`"'
خط النقل المتدرج
يستخدم خط النقل المتدرج لمجموعة واسعة لمطابقة المقاومة. يمكن اعتباره مقاطع متعددة لخطوط النقل متصلة في سلسلة ، مع الممانعة المميزة لكل عنصر على حدة '"`UNIQ--postMath-0000005E-QINU`"'.. يمكن الحصول على مقاومة المدخلات من التطبيق المتتابع لعلاقة السلسلة
- '"`UNIQ--postMath-0000005F-QINU`"'
حيث '"`UNIQ--postMath-00000060-QINU`"' هورقم الموجة ل '"`UNIQ--postMath-00000061-QINU`"'-th خط نقل الجزء و'"`UNIQ--postMath-00000062-QINU`"' هوطول هذا الجزء , و'"`UNIQ--postMath-00000063-QINU`"' هوالممانعة الأمامية التي تحمل '"`UNIQ--postMath-00000064-QINU`"'-th segment.
لأن الممانعة المميزة لكل قطاع خط نقل'"`UNIQ--postMath-0000006A-QINU`"' غالبا ما يختلف عن كابل الإدخال '"`UNIQ--postMath-0000006B-QINU`"', تحول دائرة الممانعة خارج محورها على طول '"`UNIQ--postMath-0000006C-QINU`"' محور Smith Chart عادة ما يتم تطبيع تمثيل الممانعة '"`UNIQ--postMath-0000006D-QINU`"'.
خط النقل المتدرج هومثال على دارة العناصر الموزعة. يمكن أيضًا إنشاء مجموعة كبيرة ومتنوعة من الدوائر الأخرى بخطوط نقل بما في ذلك المرشحات ، مقسمات القدرة ومزاوجات الاتجاه.
أنواع عملية
الكبل المحوري
تحصر الخطوط المحورية جميع الأمواج الكهرومغناطيسية تقريبًا في المنطقة الموجودة داخل الكابل. وبالتالي يمكن حتى تكون الخطوط المحورية مثنية وملتوية (خاضعة لحدود) دون آثار سلبية ، ويمكن ربطها بالنادىمات الموصلة دون إحداث التيارات غير المرغوبة فيها. في تطبيقات الترددات الراديوية التي تصل إلى بضعة غيغا هرتز ، تنتشر الموجة العرضية في الوضع الكهربائي والمغناطيسي فقط ، مما يعني حتى المجالين الكهربائي والمغناطيسي كليهما عموديان على اتجاه الانتشار ( المجال الكهربائي شعاعي ، والمجال المغناطيسي محيطي). ومع ذلك ، في الترددات التيقد يكون طول الموجة (في العزل الكهربائي) أقصر بشكل كبير من محيط الكبل الآخر يمكن حتى ينتشر الوضع العرضي . تصنف هذه الأنماط إلى مجموعتين ، الأوضاع الكهربائية المستعرضة (TE) والأوضاع المغناطيسية المستعرضة (TM) الدليل الموجي. عندما يمكن حتى يوجد أكثر من وضع ، فإن الانحناءات وغيرها من المخالفات في هندسة الكبل يمكن حتى تتسبب في نقل الطاقة من وضع إلى آخر. الاستخدام الأكثر شيوعًا للكابلات المحورية هوللتلفزيون وإشارات أخرى مع عرض النطاق الترددي بعدة ميغاهرتز .حيث حمل المستخدمون هاتفًا للمسافات الطويلة في منتصف القرن العشرين.
الخطوط المستوية
المغير
تستخدم دائرة microstrip موصلًا مسطحًا رقيقًا [[موازي (هندسة] | موازي]]) إلى أرضية مستوية. يمكن خلق Microstrip من خلال وجود شريط من النحاس على جانب واحد من لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) أوالركيزة الخزفية في حين حتى الجانب الآخر هوأرضية مسطحة مستمرة. يحدد عرض الشريط وسمك الطبقة العازلة (ثنائي الفينيل متعدد الكلور أوالسيراميك) والعزل الكهربائي للطبقة العازلة الممانعة المميزة. Microstrip هوبنية مفتوحة في حين حتى الكابل المحوري هوهيكل مغلق.
Stripline
تستخدم دارة Stripline شريطًا مسطحًا من المعدن يقع بين أرضيتين مستويتين متوازيتين. المواد العازلة من الركيزة تشكل العزل . يحدد عرض الشريط وسمك الركيزة والسماحية النسبية للركيزة الممانعة المميزة للشريط الذي يمثل خط نقل.
الدليل الموجي المركب
يتكون الدليل الموجي المتحد المستوى من شريط مركزي واثنين من الموصلات الخارجية المتجاورة ، جميعها ثلاثة هياكل مسطحة يتم ترسيبها على الركيزة العازلة نفسها ، وبالتالي فهي تقع في نفس السطح ("المستوي"). يحدد عرض الموصل المركزي والمسافة بين الموصلات الداخلية والخارجية والسماحية النسبية للركيزة الممانعة المميزة لخط نقل المستوى.
الخطوط المتوازنة
الخط المتوازن هوخط نقل يتكون من اثنين من الموصلات من نفس النوع ، ومقاومة متساوية للأرض وغيرها من الدارات. هناك الكثير من تنسيقات الخطوط المتوازنة ، من أكثرها شيوعًا الزوج الملتوي ، رباعي النجمة والرصاص المزدوج.
الزوج الملفوف
يشيع استخدام الأزواج الملتوية للاتصالات الهاتف الأرضية. في مثل هذه الكابلات ، يتم تجميع الكثير من الأزواج معًا في كابل واحد ، من اثنين إلى عدة آلاف. يستخدم التنسيق أيضًا لتوزيع شبكة البيانات داخل المباني ، لكن الكبل أغلى من ذلك لأن بارامترات خط النقل يتم التحكم فيها بإحكام.
النجمة الرباعية
Star quad تعبير عن كبل رباعي الموصلات يتم فيه ربط جميع الموصلات الأربعة معًا حول محور الكبل. يستخدم أحيانًا لدارتين ، مثل أربعة أسلاك المهاتفة وتطبيقات الاتصالات الأخرى. في هذا التكوين ، يستخدم جميع زوج اثنين من الموصلات غير المجاورة. في أحيان أخرى ، يتم استخدامه لخط واحد خط متوازن ، مثل التطبيقات الصوتية وتطبيقات ذات السلكين. في هذا التكوين ، يتم إنهاء موصلين غير متجاورين معًا عند طرفي الكبل ، كما يتم إنهاء الموصلين الآخرين معًا.
عند استخدام دارتين ، يتم تقليل نقل غير مرغوب فيه للإشارات بين قنوات الاتصال المتبادلة نسبةً إلى الكبلات المزودة بزوجين ملتويين منفصلين.
عند استخدام خط واحد خط متوازن ، يصل التداخل المغناطيسي الذي يلتقطه الكبل كإشارة إلى وضع عام مثالي تمامًا ، يمكن إزالته بسهولة عن طريق محولات المزاوجة.
توفر الفوائد المجمعة للف والإشارة المتوازنة ونمط الرباعي حماية رائعة من الضجيج ، وهي ميزة خاصة للتطبيقات ذات المستوى المنخفض للإشارة مثل كابلات الميكروفون ، حتى عند هجريبها بالقرب من كابل الطاقة. المساوئ هوحتى النجمي الرباعي ، في الجمع بين اثنين من الموصلات ، وعادة ماقد يكون ضعف سعة كابلي صوت ملفوفين ومحميين وموصولين . تتسبب السعة العالية في زيادة التشويش وفقدان أكبر للترددات العالية مع زيادة المسافة.
الرصاصي المزدوج
يتكون الكبل الرصاصي المزدوج من زوج من الموصلات معزولة عن طريق عازل مستمر. من خلال فصل الموصلات عن بُعد ، يتم إصلاح هندسة وخصائص الخط المتناسقة بشكل موثوق. خسارته أقل من الكابلات المحورية لأن الممانعة المميزة للرصاص المزدوج أعلى عمومًا من الكابلات المحورية ، مما يؤدي إلى انخفاض خسائر المقاومة بسبب انخفاض التيار. ومع ذلك ، فإنه أكثر عرضة للتداخل.
خطوط Lecher
خطوط Lecher هي شكل من الموصلات المتوازية التي يمكن استخدامها في UHF لإنشاء دارات رنين . إنها تصميم عملي ملائم يسد الفجوة بين المكونات المقطوعة حيث (تستخدم في HF / VHF) و تجاويف الرنين و(تستخدم في UHF / SHF).
خط سلك واحد
كانت تستخدم الخطوط الغير متوازنة في السابق بشكل كبير في نقل التلغراف ، ولكن هذا النوع من الاتصالات قد أصبح الآن في وضع عدم الاستخدام. تشبه الكابلات الزوج الملفوف حيث يتم تجميع الكثير من النوى في نفس الكابل ولكن يتم توفير موصل واحد فقط لكل دارة ولا يوجد أي تلف. تستخدم جميع الدارات الموجودة على نفس المسار مسارًا شائعًا لتيار الإرجاع (إرجاع أرضي). هناك إصدار نقل الطاقة من إرجاع أرضي أحادي الأسلاك المستخدم في الكثير من المواقع.
التطبيقات العامة
نقل الإشارة
تُستخدم خطوط النقل الكهربائية على نطاق واسع لنقل الإشارات عالية التردد على مسافات طويلة أوقصيرة بأقل خسارة للطاقة . أحد الأمثلة المألوفة هوالرصاص المنخفض من جهاز تلفزيون أوراديو الهوائي إلى المتلقي.
توليد النبضات
خطوط النقل تستخدم أيضا كمولدات نبضية. من خلال شحن خط النقل ثم تفريغه في حمل مقاوم ، يمكن الحصول على نبض مستطيل يساوي طوله ضعف الطول الخط الكهربائي ، على الرغم من نصف الجهد . إذا خط نقل Blumlein تعبير عن جهاز لتشكيل النبض ذي الصلة يتغلب على هذا القيد. تستخدم هذه المصادر أحيانًا كمصادر القدرة النبضية لـ الرادار أجهزة الإرسال والأجهزة الأخرى.
مرشحات صدم
إذا كان خط النقل قصير الدارة أومفتوح الدارة سلكيًا على التوازي مع خط يستخدم لنقل الإشارات من النقطة A إلى النقطة B ، فسيعمل كفلتر. طريقة خلق صدم مماثلة لطريقة استخدام خطوط Lecher لقياس التردد الخام ، لكنها "تعمل للخلف". إحدى الطرق الموصى بها في كتيب RSGB لراديوالاتصالات الراديوية هي أخذ طول دائرة مفتوحة لخط الإرسال السلكية بالتوازي مع التغذية التي تقدم إشارات من الهوائي. عن طريق بتر الطرف الحر لخط النقل ، يمكن العثور على الحد الأدنى من قوة الإشارة التي لوحظت في جهاز الاستقبال. في هذه الفترة سيرفض عامل تصفية العقب هذا التكرار والتوافقيات الفردية ، ولكن إذا تم اختصار الطرف الحر من العقب ، فسيصبح هذا العقب مرشحًا يرفض التوافقيات الزوجية.
للاستزادة
- خط نقل اصطناعي Artificial transmission line
- الموجة الكهرومغناطيسية الطولية Longitudinal wave|Longitudinal electromagnetic wave
- سرعة الانتشار Propagation velocity
- نقل طاقة تردد الراديوRadio frequency power transmission
- انعكاس المجال الزمني Time domain reflectometer
المراجع
Part of this article was derived from Federal Standard 1037C.
- ^ Jackman, Shawn M.; Matt Swartz; Marcus Burton; Thomas W. Head (2011). . John Wiley & Sons. pp. Ch. 7. ISBN .
- ^ Oklobdzija, Vojin G.; Ram K. Krishnamurthy (2006). . Springer Science & Business Media. p. 297. ISBN .
- ^ Guru, Bhag Singh; Hüseyin R. Hızıroğlu (2004). . Cambridge Univ. Press. pp. 422–423. ISBN .
- ^ Schmitt, Ron Schmitt (2002). . Newnes. p. 153. ISBN .
- ^ Carr, Joseph J. (1997). . USA: Newnes. pp. 46–47. ISBN .
- ^ Raisanen, Antti V.; Arto Lehto (2003). . Artech House. pp. 35–37. ISBN .
- ^ Weber, Ernst; Nebeker, Frederik (1994). The Evolution of Electrical Engineering. Piscataway, New Jersey: IEEE Press. ISBN .
- ^ Qian, Chunqi; Brey, William W. (2009). "Journal of Magnetic Resonance – Impedance matching with an adjustable segmented transmission line". Journal of Magnetic Resonance. 199 (1): 104–110. Bibcode:2009JMagR.199..104Q. doi:10.1016/j.jmr.2009.04.005. PMID 19406676.
- ^ Syed V. Ahamed, Victor B. Lawrence, Design and engineering of intelligent communication systems, pp.130–131, Springer, 1997 ISBN 0-7923-9870-X.
- ^ The Importance of Star-Quad Microphone Cable
- ^ Evaluating Microphone Cable Performance & Specifications
- ^ The Star Quad Story
- ^ What's Special About Star-Quad Cable?
- ^ How Starquad Works
- ^ Lampen, Stephen H. (2002). Audio/Video Cable Installer's Pocket Guide. McGraw-Hill. pp. 32, 110, 112. ISBN .
- ^ Rayburn, Ray (2011). Eargle's The Microphone Book: From Mono to Stereo to Surround – A Guide to Microphone Design and Application (3 ed.). Focal Press. pp. 164–166. ISBN .
- Steinmetz, Charles Proteus (27 August 1898). "The natural period of a transmission line and the frequency of lightning discharge therefrom". The Electrical World: 203–205.
- Grant, I.S.; Phillips, W.R. (1991-08-26). Electromagnetism (2nd ed.). John Wiley. ISBN .
- Ulaby, F.T. (2004). Fundamentals of Applied Electromagnetics (2004 media ed.). Prentice Hall. ISBN .
- "Chapter 17". Radio communication handbook. Radio Society of Great Britain. 1982. p. 20. ISBN .
- Naredo, J.L.; Soudack, A.C.; Marti, J.R. (Jan 1995). "Simulation of transients on transmission lines with corona via the method of characteristics". IEE Proceedings - Generation, Transmission and Distribution. 142 (1): 81. doi:10.1049/ip-gtd:19951488. ISSN 1350-2360.
قراءة متعمقة
مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Transmission lines. |
- (13 January 1902) "Honoring of Guglielmo Marconi" in Annual Dinner of the Institute at the Waldorf-Astoria., American Institute of Electrical Engineers.
- "Using Transmission Line Equations and Parameters". Star-Hspice Manual. Avant! Software. June 2001. Archived from the original on 25 September 2005.
- Cornille, P. (1990). "On the propagation of inhomogeneous waves". Journal of Physics D: Applied Physics. 23 (2): 129–135. doi:10.1088/0022-3727/23/2/001.
- Farlow, S.J. (1982). Partial Differential Equations for Scientists and Engineers. J. Wiley and Sons. p. 126. ISBN .
- Kupershmidt, Boris A. (1998). "Remarks on random evolutions in Hamiltonian representation". J. Nonlinear Math. Phys. 5 (4): 383–395. Math-ph/9810020.
- "Transmission line matching" (PDF). Department of Electronic and Information Engineering. High Frequency Circuit Design. Hong Kong Polytechnic University. EIE403.
- Wilson, B. (19 October 2005). "Telegrapher's Equations". Connexions. Archived from the original onتسعة January 2006.
- Wöhlbier, John Greaton. ""Fundamental Equation" and "Transforming the Telegrapher's Equations"". (PDF) (Thesis). Archived from the original (PDF) on 19 June 2006. نطقب:Full citation
- "Wave Propagation along a Transmission Line" (Educational Java Applet). Educational Resources. Keysight Technologies. (May need to add "http://www.keysight.com" to your Java Exception Site list.)
- Qian, Chunqi; Brey, William W. (2009). "Impedance matching with an adjustable segmented transmission line". Journal of Magnetic Resonance. 199 (1): 104–110. Bibcode:2009JMagR.199..104Q. doi:10.1016/j.jmr.2009.04.005. PMID 19406676.
روابط خارجية
- Transmission Line Calculator (Including radiation and surface-wave excitation losses)
- Transmission Line Parameter Calculator
- Interactive applets on transmission lines
- SPICE Simulation of Transmission Lines