Thực đơn
trang chủTiểu sử

Điện trở cáp ăng-ten 50 ohms. Đường truyền có chiều dài hữu hạn. Phụ lục - ví dụ về chọn bộ thiết bị

Trở kháng- đây là trở kháng danh nghĩa ở đầu vào tai nghe. Thuật ngữ trở kháng được mượn từ từ trở kháng, được dịch là trở kháng. Thường được sử dụng như một từ đồng nghĩa với trở kháng tai nghe. Trở kháng là sự kết hợp của các thành phần điện trở và thành phần phản kháng, dẫn đến mức độ điện trở tùy thuộc vào tần số. Trong hầu hết các trường hợp, có thể quan sát thấy sự cộng hưởng tần số thấp cho tai nghe động trong biểu đồ.


Bạn cần chọn tai nghe dựa trên điện trở phù hợp với công nghệ mà bạn sẽ sử dụng những chiếc tai nghe này. Để sử dụng với thiết bị di động, bạn nên chọn tai nghe có trở kháng thấp hơn và đối với thiết bị cố định thì nên chọn tai nghe có trở kháng cao hơn. Bộ khuếch đại thiết bị cầm tay Mức điện áp đầu ra bị giới hạn nghiêm ngặt, nhưng theo quy định, mức hiện tại không bị giới hạn nghiêm ngặt. Vì vậy, chỉ có thể đạt được công suất tối đa có thể cho thiết bị di động với tai nghe có trở kháng thấp. Theo quy định, trong thiết bị cố định, giới hạn điện áp không quá thấp và có thể sử dụng tai nghe có trở kháng cao để có đủ nguồn điện. Tai nghe có trở kháng cao là tải thuận lợi hơn cho bộ khuếch đại và nhờ đó, bộ khuếch đại hoạt động với ít biến dạng hơn. Tai nghe có trở kháng thấp được coi là tai nghe có trở kháng lên tới 100 ohm. Đối với thiết bị di động, nên sử dụng tai nghe có trở kháng từ 16 đến 32 ohm, tối đa 50 ohm. Tuy nhiên, nếu tai nghe độ nhạy cao, thì bạn có thể sử dụng nhiều lực cản hơn.


Âm lượng của tai nghe phụ thuộc chủ yếu vào độ nhạy của tai nghe và điện trở quyết định mức công suất mà bộ khuếch đại có thể cung cấp. Ví dụ: tai nghe A và B có cùng độ nhạy - 110 dB/mW (độ nhạy được biểu thị liên quan đến mW). Đầu phát di động phát triển không quá 1 V ở đầu ra. Tai nghe A có điện trở 16 Ohms, tai nghe B có điện trở 150 Ohms. Đối với tai nghe A, đầu phát sẽ tạo ra 62 mW và đối với tai nghe B chỉ là 7 mW. Theo đó, để có được âm lượng tương tự trên tai nghe B, bạn cần cung cấp cùng mức 62 mW, có thể ở mức 3 V, nhưng trong ví dụ của chúng tôi, đầu phát chỉ có thể xuất ra 1 V. Tuy nhiên, điều đáng xem xét là độ nhạy có thể được biểu thị không phải bằng công suất mà bằng điện áp. Nếu độ nhạy được chỉ định cho cả hai tai nghe, chẳng hạn như 100 dB/V (độ nhạy được biểu thị liên quan đến TRONG), thì bất kể điện trở như thế nào, chúng sẽ phát âm lượng lớn như nhau (nếu bộ khuếch đại có trở kháng đầu ra gần bằng 0).


Sử dụng đường cong Rz, bạn cũng có thể phát hiện các khuyết tật và khuyết tật nếu đường cong chứa cộng hưởng mạnh trong dải tần số hẹp.

iFi iEMatch

Giao hàng trong 6-8 ngày

4 485 .-

Thêm vào giỏ hàng

Để yêu thích

So sánh

Shure SE215-CL

Sản phẩm có sẵn tại cửa hàng trực tuyến

7 990 .-

Thêm vào giỏ hàng

Để yêu thích

So sánh

Sự phụ thuộc của đáp ứng tần số và SPL vào trở kháng tai nghe

Đáp ứng tần số của tai nghe phụ thuộc vào đường cong Rz và trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại. Trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại càng cao thì đáp ứng tần số của tai nghe càng thay đổi theo đường cong Rz. Trong ví dụ, tai nghe có độ nhạy 110 dB/V, điện trở 20 Ohms, giá trị cực đại trên đồ thị Rz cho 60 Hz là 60 Ohms.

Khi kết nối với bộ khuếch đại có trở kháng đầu ra khác nhau, bạn có thể thấy đáp ứng tần số thay đổi như thế nào. Bạn có thể thấy rằng khi bạn kết nối tai nghe với bộ khuếch đại có trở kháng đầu ra là 300 Ohms, tần số đáp ứng ở 60 Hz sẽ thay đổi thành 7 dB.


Đáp ứng tần số được thể hiện trong ở các cấp độ khác nhau, phù hợp với cách SPL sẽ thay đổi khi kết nối tai nghe có trở kháng thấp với bộ khuếch đại có trở kháng đầu ra nhất định. Khi kết nối tai nghe với bộ khuếch đại có trở kháng đầu ra 300 Ohms, mức SPL sẽ thấp hơn 25 dB. Trong trường hợp này, đầu ra của bộ khuếch đại được đặt ở mức tín hiệu 1 V rms khi không tải (hoặc tải trên 1000 Ohms). Do đó, tai nghe có trở kháng thấp phát ra êm hơn so với tai nghe có trở kháng cao có cùng độ nhạy điện áp được kết nối với bộ khuếch đại có trở kháng đầu ra trở kháng cao ở cùng một vị trí điều khiển âm lượng.


Sự phụ thuộc của độ giảm biên độ tính bằng dB tùy thuộc vào tỷ lệ điện trở trong của bộ khuếch đại và tải Rz ở một tần số cụ thể có thể được đánh giá trong biểu đồ bên dưới.

Bạn có thể thấy rằng, ví dụ, nếu một bộ khuếch đại có điện trở trong là 50 Ohms và khi không tải, nó tạo ra một mức tín hiệu nhất định, thì khi kết nối tai nghe có điện trở 25 Ohms, chúng ta thu được tỷ lệ điện trở của bộ khuếch đại so với tải. bằng 2 và độ giảm biên độ tính theo dB sẽ bằng khoảng 10 dB. Nếu tai nghe có điện trở 50 Ohms thì tỷ lệ là 1 và độ giảm biên độ đã là 6 dB, còn nếu tai nghe có điện trở 100 Ohms thì tỷ lệ là 0,5 và độ giảm biên độ là 4 dB.


Tuy nhiên, điều thú vị hơn là đồ thị Rz sẽ ảnh hưởng đến đáp ứng tần số cuối cùng mà không tính đến SPL như thế nào. Hãy xem xét một ví dụ nhỏ.

Hãy để chúng tôi lưu ý tối đa và giá trị tối thiểu trên đồ thị Rz. Chúng tôi nhận được tối đa 150 Ohms và tối thiểu 40 Ohms. Hãy lấy điện trở trong của bộ khuếch đại là 60 Ohms. Chúng ta nhận được hai tỷ lệ điện trở, bộ khuếch đại bên trong đến Rz, đó là 60/150=0,4 và 60/40=1,5.

Chúng tôi nhận được sự giao thoa của 3 và 8 dB. Sự khác biệt của chúng sẽ là 5 dB.

Bây giờ cho trường hợp này chênh lệch giữa mức tối thiểu và tối đa sẽ là 5 dB. Tương tự, bạn có thể tính toán các giá trị khác của điện trở đầu ra. Đối với 0 Ohms, chúng tôi nhận được 0 dB, đối với 25 Ohms, chúng tôi nhận được 3 dB, đối với 100 Ohms - 6,5 dB và đối với 300 Ohms - 9 dB.

Trở kháng đặc trưng 75 +/- 3.0 Ohm
Điện trở truyền thông 200 mOhm/m
Nhiệt độ hoạt động -40 +50 oС
Nhiệt độ lắp đặt tối thiểu -5 oС
Trọng lượng 72 kg/km
Tuổi thọ sử dụng tối thiểu 12 năm
Hệ số suy giảm trên 1 m đối với tần số 10 MHz - 0,02 dB
100 MHz - 0,075 dB
1 GHz - 0,40 dB
10 GHz - 2,0 dB
Để so sánh, bảng suy giảm cho cáp đồng trục RG-213 C/U
SUY GIẢM dB/100 m
10 MHz 1,90
50 MHz 4,00
100 MHz 6,00
150 MHz 7,50

Như bạn có thể thấy, RG-213 C/U tốt hơn một chút so với RK-75-4-15, vậy thì tại sao phải trả nhiều tiền hơn nếu bạn không thấy sự khác biệt? Tôi đã mua RK-75-4-15 ở nhà với mức giá 15 rúp mỗi mét và 213.110 rúp .
Được rồi, hãy tiếp tục... Để biến cáp 75 ohm của chúng ta thành 50 ohm, chúng ta cần chọn độ dài của nó. Bản thân cái tên đã gợi ý rằng nó sẽ có nửa sóng, nhưng do lớp cáp có chất điện môi hằng số khác 1,0 (1,0 y vauukuma, chúng ta có polyetylen), thì độ dài của nửa sóng phải nhân với hệ số rút ngắn được cho trong sách tham khảo. Ví dụ: tần số là 27.200 thì chiều dài của máy biến áp này là 300 /27,2 = 11,02 bước sóng và 11,02 * 0,5 = 5,51 mét. Hệ số rút ngắn đối với cáp có lớp cách điện phẳng (không có bọt) chính xác là 0,66 và do đó máy biến áp của chúng ta sẽ bằng 5,51 * 0,66 = 3,63 mét. Nhưng bạn phải đồng ý, vì Quy tắc, từ bộ thu phát đến ăng-ten có khoảng cách xa hơn có vẻ như là một điều xấu, nhưng máy biến áp có thể được tăng lên n lần. số lớn hơn n, vùng tần số mà điện trở được biến đổi càng hẹp. Với chiều dài cáp 40-50 mét, bạn không cần phải bận tâm. Nếu bạn có máy đo SWR, tốt hơn hết bạn nên chọn chiều dài cáp khi tải là 50 ohms. Số n yêu cầu được đo với biên độ 1,5 mét 2,0, điện trở không cảm ứng 50 ohms và công suất ít nhất 2 watt được treo ở một đầu (có thể song song 3 MLT-2 150 ohms ), một đầu nối được bịt kín ở đầu kia của cáp và nối với Máy đo SWR và đến đài phát thanh. Tại đài, hãy nhấp vào truyền và kiểm tra SWR ở giữa khu vực làm việc mong muốn, chẳng hạn như 27.300. Chúng tôi đang tìm kiếm tần số có SWR bằng 1,0, bởi vì Chúng ta có một sợi cáp có dự trữ, khi đó SWR tối thiểu sẽ ở vùng tần số thấp hơn, ví dụ 26.300. Được rồi, bây giờ chúng ta cần cắt cáp đi 4-6 cm, tốt hơn nên làm điều này từ đầu ta lại nhấn nút PTT và thấy SWR tối thiểu đã tăng lên vùng tần số cao hơn và giảm đi 27.300 ksw, ta đưa dần ksw tối thiểu lên 27.100, điều này là cần thiết để khi cắm cáp vào anten ta có dự trữ đề phòng hỏa hoạn.
Chỉ vậy thôi. Tôi rất vui khi được nghe ý kiến ​​​​và nhận xét của bạn!

Trước khi bắt đầu đọc bài viết, hãy thử nghĩ về câu hỏi: dòng điện có chạy không nếu bạn nối một sợi dây rất dài với pin (hơn 300 nghìn km, chất siêu dẫn), nếu hai đầu đối diện của dây không được kết nối ở đâu? Có bao nhiêu Ampe?

Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ hiểu ý nghĩa của lực cản sóng. Điều tôi học được từ các bài giảng về lý thuyết sóng là Trở kháng đặc tính- đây là khả năng chống lại sóng. Hầu hết các học sinh dường như đều hiểu chính xác điều tương tự. Đó là, không có gì.

Bài viết này là một bản dịch rất lỏng lẻo của cuốn sách này: Bài học về mạch điện
Bài viết liên quan: Trên Habré: Có liên lạc nhưng không có tín hiệu
Thùng rác trên Wikipedia: Đường dài

cáp 50 ôm à?

Khi mới bắt đầu đam mê điện tử, tôi thường nghe đến trở kháng đặc tính của cáp đồng trục 50Ω. Cáp đồng trục là hai dây. Dây trung tâm, chất cách điện, dây bện, chất cách điện. Bím tóc bao phủ hoàn toàn dây dẫn trung tâm. Dây này dùng để truyền tín hiệu yếu, và dây bện bảo vệ tín hiệu khỏi bị nhiễu.

Tôi đã bối rối trước dòng chữ này - 50 Ω. Làm thế nào hai dây dẫn cách điện có điện trở lẫn nhau là 50 Ω? Tôi đo điện trở giữa các dây và thấy, đúng như dự đoán, một mạch hở. Điện trở của cáp từ bên này sang bên kia bằng không. Cho dù tôi có kết nối ohmmeter như thế nào, tôi cũng không thể có được điện trở 50 ohm.

Điều mà lúc đó tôi không hiểu là dây cáp phản ứng thế nào với các xung điện. Tất nhiên, ôm kế hoạt động với dòng điện một chiều và cho thấy các dây dẫn không được kết nối với nhau. Tuy nhiên, dây cáp, do ảnh hưởng của điện dung và điện cảm phân bố dọc theo toàn bộ chiều dài của nó, hoạt động như một điện trở. Và cũng giống như điện trở thông thường, cường độ dòng điện tỷ lệ với điện áp. Những gì chúng ta thấy như một cặp dây dẫn là một phần tử mạch quan trọng khi có tín hiệu tần số cao.

Trong bài viết này bạn sẽ tìm hiểu đường dây liên lạc là gì. Nhiều hiệu ứng dòng không xảy ra khi hoạt động ở tần số dòng DC hoặc 50 Hz. Tuy nhiên, trong mạch tần số cao những ảnh hưởng này là khá đáng kể. Công dụng thực tếđường truyền - trong thông tin vô tuyến, trong mạng máy tính, và trong mạch tần số thấpđể bảo vệ chống lại sự tăng điện áp hoặc sét đánh.

Dây điện và tốc độ ánh sáng

Hãy xem xét sơ đồ sau. Mạch đóng - đèn sáng. Mạch hở - đèn tắt. Trên thực tế, đèn không sáng ngay lập tức. Ít nhất thì cô ấy cũng cần được nóng lên. Nhưng đây không phải là điều tôi muốn tập trung vào. Mặc dù các electron chuyển động rất chậm nhưng chúng tương tác với nhau nhanh hơn nhiều – ở tốc độ ánh sáng.

Điều gì sẽ xảy ra nếu chiều dài của dây là 300 nghìn km? Vì điện được truyền ở tốc độ hữu hạn nên dây rất dài sẽ gây ra độ trễ.


Bỏ qua thời gian làm nóng đèn và điện trở của dây dẫn, sau khi bật công tắc đèn sẽ sáng khoảng 1 giây. Mặc dù việc xây dựng các đường dây điện siêu dẫn có chiều dài này sẽ tạo ra những vấn đề thực tế to lớn, nhưng về mặt lý thuyết là có thể, vì vậy chúng tôi thí nghiệm suy nghĩ là thật. Khi tắt công tắc, đèn sẽ tiếp tục nhận điện thêm 1 giây nữa.
Một cách để tưởng tượng chuyển động của các electron trong dây dẫn là những toa tàu. Bản thân những chiếc xe di chuyển chậm, chỉ mới bắt đầu di chuyển và sóng ly hợp được truyền nhanh hơn nhiều.

Một sự tương tự khác, có lẽ thích hợp hơn, là sóng trong nước. Vật bắt đầu chuyển động theo phương ngang trên bề mặt. Một làn sóng sẽ được tạo ra do sự tương tác của các phân tử nước. Sóng sẽ di chuyển nhanh hơn nhiều so với chuyển động của các phân tử nước.

Các electron tương tác với tốc độ ánh sáng, nhưng chuyển động chậm hơn nhiều, giống như phân tử nước trong hình trên. Với mạch điện rất dài, độ trễ sẽ trở nên đáng chú ý giữa việc nhấn công tắc và bật đèn.

Trở kháng đặc tính

Giả sử chúng ta có hai dây dẫn song song có chiều dài vô hạn, không có bóng đèn ở cuối. Dòng điện có chạy khi đóng công tắc không?


Mặc dù dây dẫn của chúng ta là chất siêu dẫn nhưng chúng ta không thể bỏ qua điện dung giữa các dây:

Hãy kết nối nguồn điện với dây. Dòng điện nạp của tụ điện được xác định theo công thức: I = C(de/dt). Theo đó, điện áp tăng tức thời sẽ tạo ra dòng điện vô hạn.
Tuy nhiên, dòng điện không thể vô hạn vì có điện cảm dọc theo dây dẫn, điều này hạn chế sự tăng trưởng của dòng điện. Điện áp rơi trong cuộn cảm tuân theo công thức: E = L(dI/dt). Sự sụt giảm điện áp này giới hạn dòng điện tối đa.




Vì các electron tương tác với tốc độ ánh sáng nên sóng sẽ truyền với tốc độ tương tự. Do đó, sự gia tăng dòng điện trong cuộn cảm và quá trình sạc tụ điện sẽ như sau:







Do những tương tác này, dòng điện qua pin sẽ bị hạn chế. Vì các dây dẫn là vô tận nên điện dung phân bố sẽ không bao giờ tích điện và độ tự cảm sẽ không cho phép dòng điện tăng vô tận. Nói cách khác, dây sẽ hoạt động như một tải không đổi.
Đường truyền hoạt động như một tải không đổi giống như một điện trở. Đối với nguồn điện, không có sự khác biệt về nơi dòng điện chạy: vào điện trở hoặc vào đường dây truyền tải. Trở kháng (điện trở) của đường dây này được gọi là trở kháng đặc tính và nó chỉ được xác định bởi hình dạng của dây dẫn. Đối với các dây cách điện song song bằng không khí, trở kháng đặc tính được tính như sau:


Đối với dây đồng trục, công thức tính trở kháng sóng hơi khác một chút:

Nếu vật liệu cách điện không phải là chân không thì tốc độ truyền sóng sẽ là tốc độ ít hơn Sveta. Thái độ tốc độ thực với tốc độ ánh sáng được gọi là hệ số rút ngắn.
Hệ số rút ngắn chỉ phụ thuộc vào tính chất của chất cách điện và được tính theo công thức sau:


Trở kháng đặc tính còn được gọi là trở kháng đặc tính.
Công thức cho thấy trở kháng đặc tính tăng khi khoảng cách giữa các dây dẫn tăng. Nếu các dây dẫn được đặt ra xa nhau, điện dung của chúng trở nên nhỏ hơn và độ tự cảm phân bố tăng lên (hiệu ứng trung hòa hai dòng điện ngược chiều sẽ ít hơn). Điện dung ít hơn, độ tự cảm cao hơn => dòng điện ít hơn => điện trở lớn hơn. Và ngược lại, đưa các dây dẫn lại gần nhau sẽ có điện dung cao hơn và độ tự cảm thấp hơn => hiện tại hơn=> lực cản sóng nhỏ hơn.
Loại trừ ảnh hưởng của dòng điện rò rỉ qua chất điện môi, trở kháng đặc tính tuân theo công thức sau:

Đường truyền có chiều dài hữu hạn

Các dòng có độ dài vô hạn là một sự trừu tượng thú vị, nhưng chúng không thể thực hiện được. Tất cả các dòng có độ dài hữu hạn. Nếu đoạn cáp RG-58/U 50 ohm mà tôi đo bằng ohm kế vài năm trước có chiều dài vô hạn thì tôi đã ghi được điện trở 50 ohm giữa dây bên trong và dây bên ngoài. Nhưng đường này không phải là vô hạn và nó được đo là hở, có điện trở vô hạn.

Tuy nhiên, trở kháng đặc tính cũng rất quan trọng khi làm việc với dây có chiều dài hạn chế. Nếu đặt một điện áp nhất thời vào đường dây thì sẽ có dòng điện chạy qua bằng tỷ lệ trở kháng điện áp so với sóng. Đó chỉ là định luật Ohm. Nhưng nó sẽ không hoạt động vô thời hạn mà trong một thời gian giới hạn.

Nếu có điểm đứt ở cuối đường dây thì dòng điện sẽ dừng tại điểm đó. Và việc dòng điện dừng đột ngột này sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ đường dây. Hãy tưởng tượng một đoàn tàu đang đi xuống đường ray với các khớp nối bị lỏng. Nếu nó đâm vào tường, nó sẽ không dừng lại ngay lập tức: đầu tiên là chiếc xe thứ nhất, sau đó là chiếc xe thứ hai, v.v.

Tín hiệu truyền từ nguồn được gọi là sóng tới. Sự truyền tín hiệu từ tải trở lại nguồn được gọi là sóng phản xạ.

Khi đống electron ở cuối đường dây truyền trở lại pin, dòng điện trong đường dây sẽ dừng lại và nó hoạt động giống như một mạch hở thông thường. Tất cả điều này xảy ra rất nhanh đối với các đường dây có độ dài hợp lý, do đó ôm kế không có thời gian để đo điện trở. Nó không có thời gian để nắm bắt khoảng thời gian khi mạch hoạt động giống như một điện trở. Đối với cáp km có hệ số rút ngắn là 0,66, tín hiệu chỉ truyền đi 5,05 µs. Sóng phản xạ truyền trở lại nguồn với cùng một lượng, tức là tổng cộng là 10,1 μs.

Các thiết bị tốc độ cao có thể đo thời gian này giữa lúc gửi tín hiệu và lúc phản xạ đến để xác định độ dài của cáp. Phương pháp này cũng có thể được sử dụng để xác định xem một hoặc cả hai dây cáp có bị đứt hay không. Những thiết bị như vậy được gọi là máy đo độ phản xạ đường cáp. Nguyên lý cơ bản giống như nguyên lý của sóng siêu âm: tạo ra xung và đo thời gian vang vọng.

Một hiện tượng tương tự xảy ra trong trường hợp đoản mạch: khi sóng đến cuối đường dây, nó bị phản xạ trở lại vì điện áp không thể tồn tại giữa hai dây nối. Khi sóng phản xạ tới nguồn, nguồn sẽ thấy chuyện gì đã xảy ra ngắn mạch. Tất cả điều này xảy ra trong thời gian truyền tín hiệu ở đó + thời gian quay lại.

Một thí nghiệm đơn giản minh họa hiện tượng phản xạ sóng. Lấy sợi dây như trong hình và kéo nó. Sóng sẽ bắt đầu lan truyền cho đến khi bị dập tắt hoàn toàn do ma sát.

Nó giống như một hàng dài với những mất mát. Mức tín hiệu sẽ giảm khi bạn di chuyển dọc theo đường dây. Tuy nhiên, nếu gắn đầu thứ hai vào một bức tường vững chắc sẽ xuất hiện sóng phản xạ:

Thông thường, mục đích của đường truyền là truyền tín hiệu điện từ điểm này đến điểm khác.

Sự phản xạ có thể được loại bỏ nếu đầu cuối đường truyền chính xác bằng trở kháng đặc tính. Ví dụ: một đường dây hở hoặc ngắn mạch sẽ phản ánh toàn bộ tín hiệu trở lại nguồn. Nhưng nếu bạn nối một điện trở 50 Ohm ở cuối đường dây thì toàn bộ năng lượng sẽ bị điện trở hấp thụ.

Tất cả điều này đều có ý nghĩa nếu chúng ta quay trở lại dòng vô hạn giả định của mình. Nó hoạt động giống như một điện trở không đổi. Nếu chúng ta giới hạn độ dài của dây, thì nó sẽ chỉ hoạt động giống như một điện trở trong một thời gian, và sau đó - giống như đoản mạch hoặc hở mạch. Tuy nhiên, nếu chúng ta đặt một điện trở 50 ohm ở cuối đường dây, nó sẽ lại hoạt động giống như một đường dây vô hạn.






Về bản chất, một điện trở ở cuối đường dây có trở kháng đặc tính làm cho đường dây trở nên vô hạn theo quan điểm của nguồn, bởi vì một điện trở có thể tiêu tán năng lượng mãi mãi giống như các đường dây vô hạn có thể hấp thụ năng lượng.

Sóng phản xạ quay trở lại nguồn có thể bị phản xạ trở lại nếu trở kháng đặc tính của nguồn không hoàn toàn bằng trở kháng đặc tính. Kiểu phản xạ này đặc biệt nguy hiểm vì nó khiến cho có vẻ như nguồn đã truyền xung lực.

Đường truyền ngắn và dài

Trong chuỗi dòng điện một chiều lực cản sóng thường bị bỏ qua. Ngay cả cáp đồng trục trong các mạch như vậy cũng chỉ được sử dụng để bảo vệ chống nhiễu. Điều này là do thời gian truyền ngắn so với chu kỳ tín hiệu. Như chúng ta đã học ở chương trước, đường truyền hoạt động giống như một điện trở cho đến khi sóng phản xạ quay trở lại nguồn. Sau thời gian này (10,1 µs đối với cáp dài 1 km), nguồn sẽ thấy tổng điện trở của mạch.

Nếu tín hiệu tần số thấp được truyền đến mạch, nguồn sẽ nhìn thấy trở kháng đặc tính trong một thời gian và sau đó là trở kháng tổng của đường dây. Chúng ta biết rằng cường độ tín hiệu không bằng nhau dọc theo toàn bộ chiều dài của đường truyền do truyền ở tốc độ ánh sáng (gần như vậy). Nhưng pha của tín hiệu tần số thấp thay đổi một chút trong thời gian truyền tín hiệu. Vì vậy, chúng ta có thể giả sử rằng điện áp và pha của tín hiệu tại tất cả các điểm của đường dây đều bằng nhau.

Trong trường hợp này, chúng ta có thể coi đường truyền ngắn vì thời gian truyền nhỏ hơn nhiều so với chu kỳ tín hiệu. Ngược lại, một đường dây dài là đường mà trong quá trình truyền, hình dạng tín hiệu có thể thay đổi trong hầu hết pha hoặc thậm chí truyền một số chu kỳ tín hiệu. Các đường dài được coi là những đường khi pha của tín hiệu thay đổi hơn 90 độ trong quá trình truyền. Cho đến nay trong cuốn sách này chúng ta chỉ xem xét những dòng ngắn.

Để xác định loại đường dây (dài, ngắn), chúng ta phải so sánh độ dài và tần số tín hiệu của nó. Ví dụ: chu kỳ của tín hiệu có tần số 60 Hz là 16,66 ms. Khi truyền với tốc độ ánh sáng (300 nghìn km/s), tín hiệu sẽ truyền đi 5000 km. Nếu hệ số rút ngắn nhỏ hơn 1 thì tốc độ sẽ nhỏ hơn 300 nghìn km/s và khoảng cách sẽ ít hơn một lượng tương tự. Nhưng ngay cả khi bạn sử dụng hệ số rút ngắn cáp đồng trục (0,66), khoảng cách vẫn sẽ lớn - 3300 km! Bất kể chiều dài của cáp, đây được gọi là bước sóng.

Một công thức đơn giản cho phép bạn tính bước sóng:


Một đường dài là một đường có chiều dài ít nhất bằng ¼ bước sóng. Và bây giờ bạn có thể hiểu tại sao trước đây tất cả các dòng đều ngắn. Đối với hệ thống nguồn AC 60Hz, chiều dài cáp phải vượt quá 825 km để hiệu ứng truyền tín hiệu trở nên đáng kể. Các dây cáp từ bộ khuếch đại âm thanh đến loa phải dài trên 7,5 km mới tạo ra sự khác biệt đáng kể cho tín hiệu âm thanh 10kHz!

Khi xử lý các hệ thống RF, vấn đề về chiều dài đường truyền không hề đơn giản. Hãy xem xét tín hiệu vô tuyến 100 MHz: bước sóng của nó là 3 mét ngay cả ở tốc độ ánh sáng. Đường truyền phải dài hơn 75 cm mới được coi là dài. Với hệ số rút ngắn là 0,66, chiều dài tới hạn này sẽ chỉ là 50 cm.

Khi nguồn điện được nối với tải thông qua đường truyền ngắn, trở kháng tải sẽ chiếm ưu thế. Nghĩa là, khi đường dây ngắn, trở kháng đặc tính không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch. Chúng ta có thể thấy điều này khi kiểm tra cáp đồng trục bằng ôm kế: chúng ta thấy bị đứt. Mặc dù đường dây hoạt động giống như một điện trở 50 Ohm (cáp RG/58U) trên một khoảng thời gian ngắn, sau thời gian này chúng ta sẽ thấy một vách đá. Vì thời gian phản ứng của ôm kế dài hơn nhiều so với thời gian truyền tín hiệu nên chúng ta thấy có sự đứt gãy. Tốc độ truyền tín hiệu rất cao này không cho phép chúng ta phát hiện điện trở tiếp xúc 50 Ohm bằng ôm kế.

Nếu chúng ta sử dụng cáp đồng trục để truyền dòng điện một chiều thì cáp sẽ được coi là ngắn và trở kháng đặc tính của nó sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch. lưu ý rằng đường ngắn sẽ được gọi là bất kỳ đường nào trong đó sự thay đổi tín hiệu xảy ra chậm hơn tín hiệu truyền dọc theo đường. Hầu hết mọi chiều dài cáp vật lý đều có thể ngắn về mặt trở kháng và sóng phản xạ. Sử dụng cáp để truyền tín hiệu tần số cao, bạn có thể ước tính độ dài của đường dây theo nhiều cách khác nhau.

Nếu nguồn được nối với tải thông qua đường truyền dài thì trở kháng đặc tính của nguồn sẽ lấn át trở kháng tải. Nói cách khác, đường dây điện dài đóng vai trò là thành phần chính trong mạch và các đặc tính của nó chi phối các đặc tính của tải. Nguồn được nối với một đầu của cáp và truyền dòng điện đến tải, nhưng dòng điện chủ yếu không đi đến tải mà đến đường dây. Điều này càng trở nên đúng khi dòng của chúng tôi càng dài. Chúng ta hãy xem cáp vô cực 50 ohm giả định của chúng tôi. Cho dù chúng ta kết nối với đầu bên kia với tải nào, nguồn sẽ chỉ nhìn thấy 50 ohms. Trong trường hợp này, điện trở đường dây có ý nghĩa quyết định và điện trở tải sẽ không thành vấn đề.

Hầu hết phương pháp hiệu quả giảm thiểu ảnh hưởng của chiều dài đường dây - tải đường dây bằng điện trở. Nếu trở kháng tải bằng trở kháng đặc tính thì bất kỳ nguồn nào cũng sẽ có trở kháng như nhau, bất kể chiều dài đường dây. Do đó, độ dài đường truyền sẽ chỉ ảnh hưởng đến độ trễ tín hiệu. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có thể kết hợp hoàn toàn khả năng chịu tải và khả năng chống sóng.

Phần tiếp theo thảo luận về đường truyền, đặc biệt khi chiều dài đường truyền bằng phần phân số của sóng.

Tôi hy vọng bạn đã làm rõ nguyên tắc vật lý cơ bản về cách thức hoạt động của dây cáp.
Thật không may, chương tiếp theo rất dài. Cuốn sách được đọc trong một hơi, và đến một lúc nào đó bạn phải dừng lại. Đối với bài viết đầu tiên, tôi nghĩ thế là đủ. Cám ơn vì sự quan tâm của bạn.

47198

Có một định kiến ​​dai dẳng và thậm chí có thể nói là có quan niệm sai lầm ở nhiều người về cáp tần số cao. Với tư cách là một nhà phát triển ăng-ten, đồng thời là người đứng đầu một công ty sản xuất chúng, tôi thường xuyên bị ám ảnh bởi câu hỏi này. Tôi sẽ cố gắng chấm dứt vấn đề này một lần và mãi mãi và đóng chủ đề sử dụng cáp 75 Ohm thay vì 50 Ohms cho mục đích truyền tín hiệu. năng lượng cao. Tôi sẽ cố gắng không làm người đọc nhàm chán với những thuật ngữ và công thức phức tạp, mặc dù vẫn cần có một kiến ​​thức toán học tối thiểu nhất định để hiểu vấn đề.

Trong kỹ thuật vô tuyến tần số thấp để truyền tín hiệu từ tham số đã chođiện áp hiện tại đòi hỏi một dây dẫn có một số đặc tính cách điện từ môi trường và điện trở tuyến tính, sao cho tại thời điểm nhận tín hiệu LF, chúng ta nhận được tín hiệu đủ cho quá trình xử lý tiếp theo. Nói cách khác, bất kỳ dây dẫn nào cũng có điện trở và điều mong muốn là điện trở này càng nhỏ càng tốt. Đây là điều kiện đơn giản cho kỹ thuật tần số thấp. Đối với tín hiệu có công suất truyền thấp thì dây mỏng là đủ, đối với tín hiệu có công suất cao thì phải chọn dây dày hơn.

Không giống như công nghệ vô tuyến tần số thấp, trong công nghệ tần số cao, nhiều thông số khác phải được tính đến. Không còn nghi ngờ gì nữa, cũng như trong công nghệ LF, chúng tôi quan tâm đến công suất và điện trở truyền qua môi trường truyền dẫn. Cái gì vậy tần số thấp chúng ta thường gọi điện trở đường truyền là tần số cao gọi là tổn thất. Ở tần số thấp, tổn thất chủ yếu được xác định bởi điện trở tuyến tính của chính đường truyền, trong khi ở HF, cái gọi là hiệu ứng Skin xuất hiện. Hiệu ứng bề mặt - dẫn đến hiện tượng dòng điện bị dịch chuyển bởi tần số cao từ trường chỉ chảy dọc theo bề mặt của dây dẫn, hay đúng hơn là trong lớp bề mặt mỏng của nó. Do đó, tiết diện hiệu dụng của dây dẫn có thể nói là giảm. Những thứ kia. trong các điều kiện như nhau, việc bơm cùng một công suất ở tần số thấp và cao đòi hỏi các dây có tiết diện khác nhau. Độ dày của lớp da phụ thuộc vào tần số, tần số càng tăng thì độ dày của lớp da giảm dẫn đến tổn thất lớn hơn ở tần số thấp hơn. Hiệu ứng da xuất hiện khi Dòng điện xoay chiều bất kỳ tần số. Để rõ ràng, tôi sẽ đưa ra một số ví dụ.

Vì vậy, đối với dòng điện có tần số 60 hertz, độ dày của lớp da là 8,5 mm. Và đối với dòng điện 10 MHz, độ dày của lớp da sẽ chỉ là 0,02 mm. Đó không phải là một sự khác biệt nổi bật sao? Và đối với các tần số 100, 1000 hoặc 2000 MHz, độ dày của lớp dẫn điện sẽ còn ít hơn nữa! Không đi sâu vào toán học, tôi sẽ nói rằng độ dày của lớp da trước hết phụ thuộc vào độ dẫn điện cụ thể của dây dẫn và tần số. Vì vậy, để truyền tải công suất tối đa có thể tới HF, chúng ta cần lấy một sợi cáp có diện tích bề mặt lõi trung tâm lớn nhất. Hơn nữa, do ở tần số vi sóng độ dày của lớp da nhỏ nên chúng ta không nhất thiết phải sử dụng cáp đồng nguyên khối. Bạn thậm chí có thể sẽ không nhận thấy sự khác biệt so với việc sử dụng cáp có ruột dẫn ở giữa bằng thép được phủ một lớp đồng mỏng. Trừ khi nó sẽ cứng hơn khi uốn. Tất nhiên, mong muốn có một lớp đồng dày hơn trên dây dẫn thép là điều mong muốn. Tất nhiên, sử dụng cáp đồng nguyên khối có ưu điểm là nó linh hoạt hơn và có thể được sử dụng để truyền tải. thêm sức mạnhở tần số thấp hơn. Ngoài ra, điện áp nguồn DC của bộ tiền khuếch đại thường được truyền qua cáp đồng trục và ở đây, cáp đồng không có sự cạnh tranh. Nhưng để truyền công suất nhỏ không quá 10-200 mW đến lò vi sóng, từ quan điểm kinh tế, việc sử dụng cáp mạ đồng sẽ hợp lý hơn. Chúng ta sẽ giả định rằng vấn đề lựa chọn giữa cáp mạ đồng và cáp đồng đã được khép lại.

Để hiểu sự khác biệt giữa các loại cáp về trở kháng đặc tính, tôi sẽ không cho bạn biết trở kháng đặc tính của cáp là gì. Thật kỳ lạ, điều này là không cần thiết để hiểu sự khác biệt. Đầu tiên, hãy tìm hiểu tại sao lại có những loại cáp có trở kháng đặc tính khác nhau. Trước hết, điều này gắn liền với lịch sử hình thành của kỹ thuật vô tuyến. Vào buổi bình minh của kỹ thuật vô tuyến, việc lựa chọn vật liệu cách điện cho Cáp đồng trụcđã rất hạn chế. Ngày nay, chúng ta thường nhận thấy sự hiện diện của rất nhiều loại nhựa, chất điện môi xốp, cao su có đặc tính dẫn điện hoặc gốm sứ. 80 năm trước không có điều này tồn tại. Có cao su, polyethylene, parafin, Bakelite và fluoroplastic (còn gọi là Teflon) được phát minh vào những năm 30. Trở kháng đặc tính của cáp được xác định bằng tỷ số giữa đường kính của dây dẫn trung tâm bên trong và đường kính ngoài của cáp.

Dưới đây là chữ tượng hình.

Độ dày của dây dẫn trung tâm được xác định bởi khả năng truyền tải công suất lớn nhất. Đường kính ngoài được chọn tùy thuộc vào chất điện môi được sử dụng - chất độn nằm giữa hai dây dẫn. Sử dụng biểu đồ, có thể thấy rõ phạm vi trở kháng sóng cáp thuận tiện cho sản xuất công nghiệp nằm trong khoảng 25 - 100 Ohms.

Vì vậy, một trong những tiêu chí là khả năng sản xuất. Tiêu chí tiếp theo là công suất truyền tối đa. Bỏ qua phép toán, tôi sẽ nói rằng để truyền công suất tối đa bằng cách sử dụng chất điện môi được sử dụng rộng rãi nhất, trở kháng sóng tối ưu nằm trong khoảng 20-30 Ohms. Đồng thời, trở kháng sóng 50-75 Ohms tương ứng với độ suy giảm tối thiểu. Hơn nữa, cáp có trở kháng đặc tính 75 Ohms có độ suy giảm ít hơn so với cáp có trở kháng đặc tính 50 Ohms. Ít nhiều rõ ràng rằng sẽ có lợi hơn khi sử dụng cáp 75 Ohm để truyền công suất thấp và 50 Ohm để truyền công suất cao.

Bây giờ tôi thấy cần phải cân nhắc ít hơn Câu hỏi quan trọng về việc phê duyệt đường dây truyền tải. Tôi sẽ chỉ cố gắng trả lời các câu hỏi về việc liệu có thể kết nối cáp 75 Ohm thay vì cáp 50 Ohm hay không.

Hiểu các vấn đề phối hợp đòi hỏi kiến ​​thức đặc biệt về kỹ thuật vô tuyến. Vì vậy, chúng tôi sẽ hạn chế chỉ nêu sự thật. Nhưng sự thật là để truyền tín hiệu với tổn thất tối thiểu sức đề kháng nội bộ nguồn tín hiệu phải bằng trở kháng đặc tính của cáp. Đồng thời, trở kháng đặc tính của cáp phải bằng trở kháng đặc tính của tải. Nói cách khác, nguồn tín hiệu là máy phát, tải là ăng ten. Chúng ta hãy xem xét một số tình huống trong đó, để đơn giản, chúng ta sẽ coi cáp là lý tưởng không bị tổn thất và công suất truyền qua cáp nhỏ - lên tới 100-200 miliwatt (20 dBm).

Hãy xem xét tình huống trong đó trở kháng đầu ra của máy phát là 50 Ohms, chúng ta kết nối cáp 50 Ohm và ăng-ten 75 Ohm với nó. Trong trường hợp này, tổn thất sẽ là 4% công suất đầu ra. Điều này có quá nhiều không? Câu trả lời là mơ hồ. Thực tế là trong kỹ thuật vô tuyến HF, chúng hoạt động chủ yếu với lượng logarit giảm đến decibel. Và nếu 4% được chuyển thành decibel thì tổn thất trên đường dây sẽ chỉ là 0,18 dB.

Nếu chúng ta kết nối máy phát có đầu ra 50 Ohm với cáp 75 Ohm và sau đó với ăng-ten 50 Ohm. Trong trường hợp này, 8% năng lượng bị mất. Nhưng đưa giá trị này về decibel thì tổn thất sẽ chỉ là 0,36 dB.

Bây giờ chúng ta hãy xem xét độ suy giảm cáp điển hình ở tần số 2000 MHz. Và hãy so sánh xem nên sử dụng cái nào tốt hơn: 20 mét cáp 75 Ohm hoặc 20 mét cáp 50 Ohm.

Độ suy giảm ở 20 mét đối với cáp Radiolab 5D-FB đắt tiền nổi tiếng là 0,3 * 20 = 6 dB.

Sự suy giảm ở 20 mét cho cáp chất lượng Cavel SAT703 là 0,29*20= 5,8 dB.

Khi tính đến tổn thất không khớp - 0,36 dB, chúng tôi thấy rằng mức tăng từ việc sử dụng cáp 50 Ohm chỉ là 0,16 dB. Điều này gần tương ứng với 2 mét cáp bổ sung.

Bây giờ hãy so sánh giá cả. Giá 20 mét cáp Radiolab 5D-FB kịch bản hay nhất khoảng 80*20=1600 chà. Đồng thời, 20 mét cáp Cavel SAT703 có giá 25*20=500 rúp. Sự khác biệt về giá là 1100 rúp. Rất đáng chú ý. Ưu điểm của cáp 75 Ohm còn bao gồm khả năng cắt dễ dàng và khả năng tiếp cận các đầu nối. Do đó, nếu ai đó một lần nữa bắt đầu thông minh và nói với bạn rằng không có cách nào để sử dụng cáp 75 Ohm cho modem 3G, thì hãy gửi nó đến ... hoặc cho tôi để có ăng-ten tuyệt vời của chúng tôi. Cám ơn vì sự quan tâm của bạn.