В электротехнике , несбалансированная линия является линией передачи , часто коаксиальный кабель , чей проводники имеют неравные импедансы по отношению к земле; в отличие от сбалансированной линии . Микрополосковые и однопроводные линии также являются несимметричными линиями.
Общее описание [ править ]
Любая линия с другим импедансом обратного пути может считаться несимметричной линией. Однако несимметричные линии обычно состоят из проводника, который считается сигнальной линией, и другого проводника, который заземлен или сам является заземленным. Заземляющий проводник часто имеет форму заземляющего слоя или экрана кабеля . Заземляющий провод может быть и часто является общим для нескольких независимых цепей. По этой причине заземляющий провод можно называть общим .
Телеграфные линии [ править ]
Самым ранним использованием несимметричных линий передачи была электрическая телеграфная связь. Они состояли из одиночных проводов, натянутых между полюсами. Обратный путь для тока изначально был предусмотрен отдельным проводником. Некоторые ранние телеграфные системы, такие как экспериментальный игольчатый телеграф Шиллинга (1832 г.) и пятиигольный телеграф Cooke & Wheatstone (1837 г.), используемые на британских железных дорогах, требовали наличия нескольких кодовых проводов. По сути, это было кодирование параллельной шины . В этих системах стоимость обратного проводника не была столь значительной (один проводник из семи для самого раннего игольчатого телеграфа Шиллинга [1] и один проводник из шести для телеграфа Кука и Уитстона.[2] ), но число кодирующих проводников постепенно сокращалось с улучшенными системами. Вскоре только один провод кодирования требовалось с данными передаются последовательно . Важными примерами этих однопроводных систем были телеграф Морзе (1837 г.) и одноигольный телеграф Cooke & Wheatstone (1843 г.). В таких системах стоимость обратного проводника составляла полностью 50% стоимости кабеля. Было обнаружено, что обратный проводник можно заменить на обратный путь через Землю с помощью заземляющих штырей. Использование возврата земли позволило значительно сэкономить и быстро стало нормой.
Подземные телеграфные кабели в большие здания или между станциями часто необходимы для проведения нескольких независимых телеграфных линий. Эти кабели имели форму нескольких изолированных проводов, окруженных металлическим экраном и общей защитной оболочкой. В таких кабелях экран может использоваться как обратный провод. Подводные телеграфные кабели обычно представляли собой одиночный провод, защищенный стальной проволочной броней , фактически коаксиальный кабель. Первый трансатлантический кабель такого типа был построен в 1866 году.
Ранние телефонные линии (телефон изобретен в 1876 году) использовали ту же схему линий передачи, что и телеграф из несбалансированных одиночных проводов. Однако телефонная связь начала страдать после повсеместного внедрения линий электропередач. Для решения этой проблемы в телефонной передаче стали использоваться симметричные линии, и современной нормой для телефонной связи является симметричный кабель витой пары .
Коаксиальные линии [ править ]
Коаксиальной линии (коаксиальный кабель) имеет центральный проводник сигнала , окруженный цилиндрическим экранирующим проводником. Экранный провод обычно заземлен. Коаксиальный формат был разработан во время Второй мировой войны для использования в радарах . Первоначально он был построен из жестких медных труб, но сегодня его обычная форма - это гибкий кабель с экраном в оплетке. Плюсы коаксиального кабеля - это теоретически идеальный электростатический экран.и очень предсказуемые параметры передачи. Последнее является результатом фиксированной геометрии формата, которая приводит к точности, недоступной для незакрепленных проводов. На открытые проводные системы также влияют близлежащие объекты, изменяющие структуру поля вокруг проводника. Коаксиальный кабель не страдает от этого, поскольку поле полностью удерживается внутри кабеля из-за окружающего экрана.
Коаксиальные линии являются нормой для соединений между радиопередатчиками и их антеннами, для соединения электронного оборудования, где используется высокая частота или выше, и ранее широко использовались для формирования локальных сетей, прежде чем витая пара стала популярной для этой цели.
Триаксиальный кабель (триаксиальный) представляет собой вариант коаксиального кабеля со вторым экранированным проводником, окружающим первый, со слоем изоляции между ними. Внешние проводники не только обеспечивают дополнительное экранирование, но и могут использоваться для других целей, например для подачи питания на оборудование или сигналов управления . Triax широко используется для подключения камер в телевизионных студиях .
Планарные технологии [ править ]
Линии передачи плоского формата представляют собой плоские проводники, изготовленные на подложке с помощью ряда технологий. Это почти всегда несбалансированный формат. При низких скоростях передачи раннего телеграфа необходимо было учитывать теорию линии передачи для проектирования схемы только тогда, когда передача проходила на многие мили. Точно так же звуковые частоты, используемые телефонами, относительно низкие, и теория линий передачи становится значимой только для расстояний, по крайней мере, между зданиями. Однако на более высоких радиочастотах и микроволновых частотах соображения относительно линии передачи могут стать важными внутри.устройство, всего в сантиметрах. При очень высоких скоростях передачи данных, обрабатываемых современными компьютерными процессорами , соображения по линии передачи могут быть важны даже внутри отдельной интегральной схемы . Планарные технологии были разработаны для таких небольших приложений и не очень подходят для передачи на большие расстояния.
- Полосковая линия
Полосовая линия - это плоский проводник с заземляющей поверхностью как над, так и под проводником. Вариант полосковой линии, при котором пространство между двумя поверхностями заземления полностью заполнено диэлектрическим материалом, иногда называют триплатой . Полосовую линию можно изготовить путем вытравливания рисунка линии передачи на печатной плате.. Нижняя часть этой платы полностью покрыта медью и образует нижнюю заземляющую пластину. Вторая доска зажимается поверх первой. Эта вторая плата не имеет рисунка на нижней части и чистой меди сверху, образующей верхнюю заземляющую поверхность. Лист медной фольги может быть обернут вокруг двух плат, чтобы электрически соединить две заземляющие поверхности вместе. С другой стороны, полосковая линия для приложений с высокой мощностью, таких как радар, скорее всего, будет выполнена в виде сплошных металлических полос с периодическими диэлектрическими опорами, в основном из воздушного диэлектрика.
- Микрополоска
Микрополосковая линия похожа на полоску, но она открыта над проводником. Над линией передачи нет диэлектрической или заземляющей пластины, есть только диэлектрик и заземляющая пластина под линией. Микрополосковый формат - популярный формат, особенно в отечественной продукции, поскольку микрополосковые компоненты могут быть изготовлены с использованием установленных технологий производства печатных плат. Таким образом, дизайнеры могут смешивать отдельные компонентысхемы с микрополосковыми компонентами. Кроме того, поскольку плата все равно должна быть изготовлена, компоненты микрополосков не требуют дополнительных затрат на изготовление. В приложениях, где производительность важнее стоимости, вместо печатной схемы можно использовать керамическую подложку. У Microstrip есть еще одно небольшое преимущество перед полосковой линией; ширина линий больше в микрополосках при том же импедансе, и, таким образом, производственные допуски и минимальная ширина менее важны для линий с высоким импедансом. Недостаток микрополосковой передачи состоит в том, что способ передачи не совсем поперечный . Строго говоря, стандартный анализ линии передачи неприменим, поскольку присутствуют другие режимы, но он может быть полезным приближением.
- Интегральные схемы
Соединения внутри интегральных схем обычно являются планарными, поэтому плоские линии передачи являются естественным выбором там, где они необходимы. Потребность в линиях передачи наиболее часто встречается в микроволновых интегральных схемах (MIC). Существует множество материалов и технологий, используемых для изготовления MIC, и линии передачи могут быть сформированы по любой из этих технологий.
Плоские линии передачи используются не только для соединения компонентов или блоков вместе. Сами они могут использоваться как компоненты и агрегаты. Таким образом можно использовать любой формат линии передачи, но для планарных форматов это часто является их основной целью. Типичные схемные блоки, реализованные в линиях передачи, включают фильтры , ответвители направлений и делители мощности , а также согласование импеданса . На микроволновых частотах дискретные компоненты должны быть непрактично малыми, и решение для линии передачи является единственным жизнеспособным. С другой стороны, на низких частотах, таких как аудио приложения, устройства линии передачи должны быть непрактично большими.
Трансмиссия [ править ]
Распределение электроэнергии обычно осуществляется в виде сбалансированной трехфазной передачи. Однако в некоторых удаленных местах, где требуется относительно небольшое количество энергии, может использоваться однопроводная система заземления .
Ссылки [ править ]
- ^ Huurdeman, стр. 54
- ^ Huurdeman, стр. 67
Библиография [ править ]
- Хьюрдеман, Антон А., Всемирная история электросвязи , John Wiley & Sons, 2003 ISBN 0471205052 .
- Curran, JE; Jeanes, R .; Сьюэлл, H, «Технология тонкопленочных гибридных микроволновых схем» , IEEE Transactions on Parts, Hybrids, and Packaging , vol. 12, вып. 4 декабря 1976 г.
