Линии передачи (длинные линии). РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Линии передачи (длинные линии) - системы, состоящие из двух или неск. параллельных проводников и предназначенные для передачи по ним эл--магн. энергии. Поперечные размеры таких линий передачи малы по сравнению с продольными, а часто и по сравнению с длиной волны

передаваемых колебаний (отсюда и термин "длинные линии"). Впервые линии передачи появились в 30-х гг. 19 в. в телеграфии, а в кон. 19 в. их стали применять для передачи энергии перем. тока. Различают экранированные линии передачи (напр., коаксиальный кабель) и открытые линии передачи (напр., двухпроводная Л. п., состоящая из двух параллельных проводников). Иногда под линиями передачи понимают любые системы, позволяющие передавать энергию пост. или перем. токов и включающие в себя не только многопроводные линии передачи, но и разл. волноводы ,квазиоптич. и оптич. Л. п. (см. Квазиоптика)и др.

Структура электрического Е и магнитного Н полей в линиях передачи: а - в коаксиальном кабеле (поперечное и продольное сечения); б - в двухпроводной линии (поперечное сечение).

В идеальной линии передачи без потерь распространяются только такие волны, в к-рых электрич. и магн. поля строго поперечны (ТЕМ-моды, см. Волновод металлический ).Распределение этих полей по сечению в точности повторяет распределение электрич. поля Е внутри цилинд-рич. конденсатора и магн. поля Н в системе цилиндрич. проводников с продольными токами (рис.). В многопроводных Л. п. существует N независимых решений(N - число проводников), им соответствует N независимых мод. Одну из них (для к-рой суммарный заряд всех проводников отличен от нуля) в системе с идеальными проводниками реализовать нельзя, т. к. она переносит бесконечно большой поток энергии, поэтому в N-проводной линии может распространяться N-1 независимых мод. Это обстоятельство используют для многоканальной передачи в многопроводных Л. п. Все ТЕМ-моды. распространяются со скоростью света в заполняющей Л. п. среде. Благодаря квазистатич. структуре полей при описании процессов в Л. п. можно оперировать не с полями, а с зарядами Q, токами I и напряжениями V. Соответствующие ур-ния наз. телеграфными уравнениями, для двухпроводной идеальной линии в СИ они имеют вид

где L и С - погонные индуктивность и ёмкость Л. п.,

- координата, t - время. Общее решение ур-ний

для пост. L и С представляет собой суперпозицию волн: I=A

V=AZ_B

где k=

- скорость распространения волн в заполняющей Л. п. среде,

- волновое сопротивление Л. п. Оптимальная передача энергии осуществляется в режиме бегущей волны, когда Л. п. нагружена на сопротивление, равное волновому.

Однородные потери в среде не изменяют структуру поля ТЕМ-моды, но помимо ослабления сигнала вносят фазовые искажения из-за дисперсии (волны разных частот распространяются с разными фазовыми скоростями). Однако ур-ния

сохраняют смысл и в этом случае, если их применять для гармонич. процессов с заменой

- погонная проводимость среды). Потери в проводниках Л. п. приводят к появлению продольных составляющих поля Е и, следовательно, к трансформации моды ТЕМ в моду ТМ. В этом случае уравнения

(при замене

- погонное сопротивление проводников) справедливы лишь приближённо, пока поперечные размеры Л. п. малы по сравнению с

То же относится и к изогнутым, перекрученным и подвергнутым др. деформациям Л. п.

С учётом

волновое сопротивление Л. п. становится комплексным: Z_B= При передаче сигналов по таким

линиям передачи на протяженных трассах, напр. в межконтинентальных подводных кабелях, помимо промежуточных усилителей приходится вводить также и фазовые корректоры.

Литература по линиям передачи

Знаете ли Вы, что любой разумный человек скажет, что не может быть улыбки без кота и дыма без огня, что-то там, в космосе, должно быть, теплое, излучающее ЭМ-волны, соответствующее температуре 2.7ºК. Действительно, наблюдаемое космическое микроволновое излучение (CMB) есть тепловое излучение частиц эфира, имеющих температуру 2.7ºK. Еще в начале ХХ века великие химики и физики Д. И. Менделеев и Вальтер Нернст предсказали, что такое излучение (температура) должно обнаруживаться в космосе. В 1933 году проф. Эрих Регенер из Штуттгарта с помощью стратосферных зондов измерил эту температуру. Его измерения дали 2.8ºK - практически точное современное значение. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.