ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ. a) Ομοαξονική γραμμή b) Γραμμή εδάφους c) Τρίκλωνη γραμμή d) Δισύρματη γραμμή (συνεστραμμένο καλώδιο)

Transcript

1 ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ a) Ομοαξονική γραμμή b) Γραμμή εδάφους c) Τρίκλωνη γραμμή d) Δισύρματη γραμμή (συνεστραμμένο καλώδιο) 1

2 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗ ΖΕΥΞΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΕΞΑΣΘΕΝΙΣΗ ΓΡΑΜΜΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ ΠΛΑΤΟΥΣ ΚΑΙ ΦΑΣΗΣ (Ανομοιόμορφη εξασθένηση πλάτους στις διάφορες συχνότητες Συχνότητες με διαφορετικές φασικές ταχύτητες) ΘΟΡΥΒΟΣ ΔΙΑΦΩΝΙΑ ΗΧΩ (τηλεφωνική μετάδοση) ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΜΕ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ ΜΕ ΕΞΙΣΩΤΕΣ ΣΥΝΔΙΑΣΤΟΛΕΙΣ (COMPANDORS) ΕΞΙΣΟΡΡΟΠΗΣΗ ΓΡΑΜΜΩΝ (συμμετρία, συστροφή) ΚΑΤΑΣΤΟΛΗ ΗΧΟΥΣ 2

3 Σύστημα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας Δείκτης 1 Δηλώνει την είσοδο Δείκτης 2 Δηλώνει την έξοδο Δείκτης z Δηλώνει σημείο σε απόσταση μετρουμένη από την είσοδο Δείκτης x Δηλώνει σημείο σε απόσταση μετρουμένη από την έξοδο Ζητείται να προσδιορισθούν: Τάση V (συνάρτηση θέσης και χρόνου) Ένταση I (συνάρτηση θέσης και χρόνου) Ισχύς P στο φορτίο και σε οποιοδήποτε άλλο σημείο απέχον ορισμένη απόσταση από τα άκρα Α ή Β, Στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας της γραμμής. 3

4 Μήκος κύματος λ φασική ταχύτητα v 4

5 ΜΑΚΡΙΑ Ή ΒΡΑΧΕΙΑ ΓΡΑΜΜΗ λ= v/f f = v/λ Τ= λ/v (v c = km/sec) Γραμμή μήκους l t= l/v t << T l/v << λ/v l/λ << 1 l/λ ανηγμένο ηλεκτρικό μήκος l/λ 0,01 βραχεία γραμμή (τάση ένταση είναι συνάρτηση μόνο του χρόνου, όχι της θέσης) l/λ > 0,01 μακριά γραμμή (τάση ένταση είναι συνάρτηση του χρόνου και της θέσης του σημείου της γραμμής) 5

6 Ομοαξονικό καλώδιο τροφοδοσία κεραίας 6

7 Καλώδιο οπτικών ινών και κυματοδηγός 7

8 μικροταινίες 8

9 Ανάλυση των γραμμών μεταφοράς: Ηλεκτρομαγνητική θεωρία του MAXWELL Στην γραμμή εμφανίζονται: Ηλεκτρικό πεδίο έντασης Ε (λόγω διαφοράς δυναμικού) Μαγνητικό πεδίο έντασης Η (λόγω ροής ρεύματος) Ε = Ε Τ + Ε Ζ Η = Η Τ + Η Ζ Ε Τ = Ε Χ + Ε Υ Η Τ = Η Χ + Η Υ Η ανάλυση αποσκοπεί στον προσδιορισμό των 6 συναρτήσεων για τις συνιστώσες του ηλεκτρικού (Ε Ζ, Ε Χ, Ε Υ ) και του μαγνητικού (Η Ζ, Η Χ, Η Υ ) πεδίου που ικανοποιούν τις εξισώσεις MAXWELL και τις οριακές συνθήκες του συστήματος της γραμμής μεταφοράς. Ιδιαίτερη σημασία έχουν οι λύσεις των εξισώσεων MAXWELL («κύματα») για τις οποίες: Η Ζ =0 και Η Τ, Ε Ζ, Ε Τ μη μηδενικά (κύμα TM) E Ζ =0 και E Τ, H Ζ, H Τ μη μηδενικά (κύμα TE) Άπειρες λύσεις. Κάθε κύμα ή είναι ΤΜ ή ΤΕ ή συνδυασμός ή ΤΕΜ δηλ. έχει μοναδική λύση στο εγκάρσιο πεδίο: Η Ζ =0, E Ζ =0 και μη μηδενικά Η Τ, E τ 9

10 Τύποι γραμμών μεταφοράς 10

11 Κύμα ΤΕΜ 11

12 Quasi-TEM 12

13 Ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο σε Μικροταινία (microstrip) 13

14 Κύματα ΤΕ και ΤΜ (10GHz) 14

15 Ανάλυση των γραμμών μεταφοράς: κυκλωματική θεωρία 15

16 Θεωρία ανάλυσης με διανεμημένες παραμέτρους (Oliver HEAVISIDE) Γραμμή ομοιογενής από δύο ίσιους, παράλληλους αγωγούς Τομές αγωγών Σε κάθε αγωγό το ρεύμα ρέει μόνον στην κατεύθυνση του αγωγού Σε οποιαδήποτε κάθετη τομή της γραμμής τα στιγμιαία ρεύματα στους αγωγούς είναι (ίσα και) αντίθετα. Τα ρεύματα στα διάφορα σημεία της γραμμής είναι διαφορετικά, δεδομένου ότι μέσα από το διηλεκτρικό ρέουν ρεύματα από τον ένα αγωγό στον άλλον. Σε οποιαδήποτε κάθετη τομή της γραμμής η στιγμιαία τάση μεταξύ των δύο αγωγών έχει μοναδική τιμή (γραμμικό ολοκλήρωμα του ηλεκτρικού πεδίου κατά μήκος οποιασδήποτε διαδρομής πάνω στην κάθετη τομή αυτό αποκλείει την ύπαρξη κυμάτων ΤΕ και ΤΜ, διότι το γραμμικό ολοκλήρωμα εξαρτάται από την διαδρομή). Τότε, η συμπεριφορά της γραμμής προσδιορίζεται εντελώς από 4 διανεμημένες παραμέτρους της γραμμής: R, L, C, G (πρωτεύουσες παράμετροι ή σταθερές της γραμμής) 16

17 Πρωτεύουσες παράμετροι/σταθερές γραμμής R Ω/km (και των δύο αγωγών) L mh/km (και των δύο αγωγών) C nf/km (μεταξύ των δύο αγωγών) G μs/km (ανάμεσα στους δύο αγωγούς) 17

18 συμβολισμοί Στιγμιαία τιμή τάσης/έντασης με μικρά γράμματα u, i. Ενεργός τιμή με κεφαλαία U, I Μέγιστη τιμή, U m ή U 2, I m ή I 2 Μιγαδικά μεγέθη (διανύσματα) με μία τελεία πάνω από το σύμβολο Με R[] το πραγματικό μέρος του μιγαδικού μεγέθους Με Im[] το πραγματικό μέρος του μιγαδικού μεγέθους 18

19 Κυκλωματικά ισοδύναμα γραμμής 19

20 Ισοδύναμο στοιχειώδες τμήμα γραμμής τηλεγραφικές εξισώσεις 20

21 Τηλεγραφικές εξισώσεις στη μόνιμη κατάσταση για ημιτονικές διεγέρσεις ή 21

22 Σταθερά μετάδοσης (ή διάδοσης) γ 22

23 Χαρακτηριστική (κυματική) αντίσταση Ζ 0 23

24 Λύση των τηλεγραφικών εξισώσεων για ημιτονική διέγερση 24

25 Εξισώσεις διθύρου (τετραπόλου) ομοιογενούς γραμμής 25