Končne dolžine prenosnih črt

Computational Thinking - Computer Science for Business Leaders 2016 (Junij 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Končne dolžine prenosnih črt

Poglavje 14 - Mreže za prenos


Prenosna linija neskončne dolžine je zanimiva abstrakcija, vendar fizično nemogoča. Vsi prenosni vodi imajo določeno končno dolžino in kot taka ne ravnajo popolnoma enako kot neskončna črta. Če je bil ta kos 50 Ω "RG-58 / U" kabla, ki sem ga meril z ohmmetrom pred leti, bil neskončno dolg, bi dejansko lahko meril upornost 50 Ω med notranjim in zunanjim vodnikom. Ampak to ni bilo neskončno v dolžini, zato je bilo merjeno kot "odprto" (neskončno odpor).

Kljub temu je značilna ocena impedance v prenosnem omrežju pomembna tudi, če se ukvarjamo z omejenimi dolžinami. Starejši izraz za značilno impedanco, ki mi je všeč zaradi svoje opisne vrednosti, je upogibna impedanca . Če se na konec daljnovoda nanese prehodna napetost ("val"), bo črta tok sorazmeren z velikostjo prenapetosti, deljeno z upogibno impedanco linije (I = E / Z). Ta preprost, Ohmov zakon odnos med tokovno in napetostjo bo veljal za omejeno časovno obdobje, vendar ne za nedoločen čas.

Če je konec daljnovoda odprtega kroga - to je, ostalo nepovezano - trenutni "val", ki se bo razširil po dolžini linije, se mora na koncu končati, ker elektroni ne morejo preiti, če ni nadaljevalne poti. Ta nenadna prekinitev toka na koncu linije povzroči, da se vzdolž dolžine prenosnega voda pojavi "nabiranje navzgor", ker elektroni zaporedoma ne najdejo prostora. Predstavljajte si, da vlak, ki potuje po tirnici z vlečno mrežo med tirničnimi avtomobilskimi spojkami: če se vodilni avion nenadoma zruši v nepremično barikado, se bo ustavil in povzročil, da se tisti, ki je za njim, ustavi takoj, ko je prvi sklopki, kar povzroči, da se naslednji železniški voziček ustavi takoj, ko se vzpostavi naslednja spenjača, in tako naprej, dokler se zadnji tračni avtomobil ne ustavi. Vlak se ne ustavi skupaj, temveč v zaporedju od prvega avtomobila do zadnjega: (Figurebelow)

Odraženi val.

Signal, ki se razprostira od konca vira prenosnega voda do obremenitve, se imenuje incidentni val . Širjenje signala od obremenitve do vira (kot je to, kar se je zgodilo v tem primeru, s tokom, ki naleti na konec odprtokodnega prenosnega voda) se imenuje odbojni val .

Ko ta elektronski "nabiralnik" propagne nazaj v akumulator, tok akumulatorja preneha, linija pa deluje kot preprosto odprto vezje. Vse to se zgodi zelo hitro za prenosne črte razumne dolžine, zato meritev ohmmerja linije nikoli ne razkrije kratek čas, ko se linija dejansko obnaša kot upor. Pri dolgem kilometru kabla s faktorjem hitrosti 0, 66 (hitrost širjenja signala je 66% hitrosti svetlobe ali 122, 760 kilometrov na sekundo) potrebuje samo 1 / 122, 760 sekunde (8, 146 mikrosekund) za signal, ki potuje iz enega konec drugega. Za trenutni signal, ki doseže konec linije in se "odraža" nazaj na vir, je čas zaokroževanja dvakrat toliko ali 16.292 μs.

Hitri merilni instrumenti lahko zaznajo ta tranzitni čas od vira do konca linije in nazaj do vira in se lahko uporabijo za določanje dolžine kabla. Ta tehnika se lahko uporablja tudi za določanje prisotnosti in lokacije odmorov enega ali obeh prevodnih vodnikov kabla, saj bo tok "odraz" odklopa žice prav tako, kot se bo oddaljil od konca odprtega kroga. Instrumenti, izdelani za te namene, se imenujejo reflektorometri časovnega dometa (TDR). Osnovno načelo je enako kot osnovno iskanje sonarjev: ustvarjanje zvočnega impulza in merjenje časa, potrebnega za vrnitev eha.

Podoben pojav se zgodi, če je konec daljnovoda kratkosticen: ko napetost valovega spredaj doseže konec linije, se odraža nazaj na vir, ker napetost ne more obstajati med dvema električno običajnima točkama. Ko ta odbojni val doseže vir, vir vidi celoten prenosni daljnovod kot kratek stik. Tudi to se zgodi takoj, ko se lahko signal propagira s krožnim potovanjem navzdol in navzgor na prenosno črto pri kateri koli hitrosti, ki jo dovoljuje dielektrični material med vodniki linije.

Preprost poskus prikazuje ilustracijo refleksije valov v prenosnih vodih. Vzemite dolžino vrvi za en konec in jo "bičite" s hitrim premikanjem zapestja navzgor in navzdol. Vidimo lahko val, ki potuje po dolžini vrvi, dokler se ne razpne v celoti zaradi trenja: (slika spodnja)

Loši prenosni vod.

To je analogno dolgemu prenosnemu vodu z notranjo izgubo: signal se vztrajno širi, ko se razprostira po dolžini linije, ki nikoli ne odraža nazaj na vir. Če pa je daleč konec vrvi pritrjen na trdni predmet v točki pred popolnim odvajanjem incidentnega valov, se bo drugi val odbil nazaj v vašo roko: (Slika spodaj)

Odraženi val.

Običajno je namen daljnovoda prenesti električno energijo iz ene točke na drugo. Tudi če so signali namenjeni zgolj informaciji in ne za napajanje nekaterih pomembnih naprav za nalaganje, bi bila idealna situacija za celotno izvorno signalno energijo, ki naj bi potovala od vira do bremena, nato pa jo je popolnoma obremenila ali odvajala za največjo razmerje med signalom in šumom. Tako je "izguba" vzdolž dolžine prenosnega omrežja nezaželena, kot se odražajo valovi, saj je odražena energija energija, ki se ne prenaša na končno napravo.

Razmišljanja se lahko izločijo iz prenosnega voda, če je impedanca obremenitve natančno enaka karakteristični ("nihajni") impedanci linije. Na primer, 50 Ω koaksialni kabel, ki je bodisi odprti ali kratkostični, odraža celotno energijo incidenta nazaj na vir. Če pa je na koncu kabla priključen upor 50 Ω, ne bo odražene energije, vsa signalna energija pa bo oddajala upor.

To je povsem smiselno, če se vrnemo k našemu hipotetičnemu, neskončnemu primeru prenosnega voda. Prenosna linija 50 Ω z značilno impedanco in neskončno dolžino deluje enako kot upor 50 Ω, merjeno z enega konca. (Slika belo)

Če to linijo razrežemo na določeno končno dolžino, se bo kratek čas obnašal kot upor 50 Ω stalnemu viru enosmerne napetosti, potem pa se obnaša kot odprt ali kratek stik, odvisno od tega, kateri pogoj zapustimo odrezani konec črte: odprt (Slikapod)

ali kratek. (Slika belo)

Vendar, če bomo linijo zaključili z uporom 50 Ω, se bo črta še enkrat obnašala kot upor 50 Ω, neomejeno: enako kot če bi bila neskončna dolžina znova: (Slika spodaj)

Infiniti prenosni vod izgleda kot upor.

Prenos ene milje.

Skrajšani daljnovod.

Linija zaključena z značilno impedanco.

V bistvu zaključni upor, ki ujema z naravno impedanco prenosnega voda, naredi črto "videti" neskončno dolga z vidika vira, ker ima upor zmožnost večne disipacije energije na enak način kot prenosna črta neskončne dolžine sposoben večno absorbirati energijo.

Odraženi valovi se bodo izkazali tudi, če zaključni upor ni ravno enak značilnemu impedancu prenosnega voda, ne samo, če je črta nepovezana (odprta) ali prešita (kratka). Čeprav energetski refleksija ne bo popolna s končno impedanco rahle neusklajenosti, bo delna. To se zgodi, če je zaključni upor večji ali manjši od karakteristične impedance linije.

Ponovni refleksiji odbitega vala se lahko pojavijo tudi na koncu vira prenosnega voda, če notranja impedanca vira (ekvivalentna impedanca Thevenina) ni ravno enaka značilnemu impedancu linije. Odsevni val, ki se vrne nazaj v vir, se v celoti izprazni, če se izvorna impedanca ujema z vrstico, vendar se bo vsaj deloma pomaknila nazaj proti koncu črte, kot je drugi incidentni val, če se izvorna impedanca ne ujema s črto. Ta vrsta refleksije je lahko še posebej moteča, saj se zdi, da je vir prenašal še en impulz.

  • PREGLED:
  • Karakteristična impedanca je znana tudi kot upočasnjena impedanca zaradi začasnega upora obnašanja katere koli dolžine daljnovoda.
  • Končna dolžina prenosnega voda se bo pojavila kot enosmerni napetostni vir kot konstanten upor za nekaj kratkega časa, nato pa kot kakršno koli impedanco, s katero se črta konča. Zato je odprt kabel preprosto bral "odprt", ko ga merimo z ohmmetrom in "kratko", ko je njegov konec kratkosticen.
  • Prehodni ("prenapetostni") signal, ki se uporablja za en konec odprtega ali kratkega stika s prenosnim daljinskim vodom, bo "odražal" oddaljeni konec črte kot sekundarni val. Signal, ki potuje po prenosnem vodu od vira do obremenitve, se imenuje incidentni val ; signal "odbije" od konca daljnovoda, ki potuje od obremenitve do vira, se imenuje odbojni val .
  • Odraženi valovi se bodo pojavili tudi v prenosnih vodih, ki jih prekinjajo upori, ki se ne natančno ujemajo s karakteristično impedanco.
  • Končni dolžinski daljnovod lahko postane neskončno po dolžini, če se konča z uporom enakih vrednosti za karakteristično impedanco linije. To odpravlja vse odzive signalov.
  • Odsevni val se lahko ponovno odraža od izhodnega konca prenosnega voda, če se notranja impedanca vira ne ujema z značilno impedanco linije. Ta ponovno izraženi val se bo seveda pojavil kot en pulzni signal, ki se prenaša iz vira.