Linie za pomocą których przesyłamy energię prądów w.cz. nazywa się liniami długimi. Rzeczywistą linię dwuprzewodową symetryczną lub współosiową charakteryzują następujące wielkości jednostkowe:
– rezystancja jednostkowa R (iloraz łącznej rezystancji obu przewodów linii przez jej długość)
– indukcyjność jednostkowa L
– pojemność jednostkowa C
– upływność jednostkowa G
Lina długa bez strat charakteryzuje się: R=0, G=
Każdą linię długą charakteryzują dwa parametry:
– impedancja falowa Zc
– współczynnik przenoszenia, zwany również współczynnikiem propagacji lub tamownością jednostkową
Wzór ogólny na impedancję falową linii długiej ze stratami:
Wzór
Dla linii długiej bez strat
Wzór
Jeżeli impedancja obciążenia linii długiej Zobc jest równa impedancji falowej (Zobc=Zc) to wówczas linia długą jest dopasowana falowo. W takiej linii nie występują odbicia energii a iloraz napięcia do prądu w każdym punkcie linii jest równy impedancji falowej.
Zjawiska fizyczne występujące w linii długiej.
Załóżmy iż na początku linii włączono źródło w.cz. W przypadku gdy całkowita energia ze źródła dostarczona do linii będzie wydzielona w odbiorniku włączonym na końcu linii to układ: źródło napięcia, linia długa i odbiornik nazywa się układem z falą bieżącą. W celu otrzymania układu z falą bieżącą, a więc takiego w którym nie ma odbicia energii należy odpowiednio dobrać właściwości odbiornika.
Odbiornik ten powinien przedstawiać sobą dla źródła napięcia tylko rezystancję. Ma to miejsce wówczas gdy rezystancja odbiornika jest równa impedancji falowej linii Zc.
Wzór
Gdzie: L– indukcyjność linii
C– pojemność linii
Um,Im– wartość szczytowego napięcia i prądu na zaciskach odbiornika
Jeżeli np. nadajnik telewizyjny zostanie przyłączony na początku linii przesyłowej a na koniec linii włączona będzie antena o impedancji nie równej impedancji falowej linii, to wówczas oprócz fali bieżącej powstanie również fala odbita.
Falą odbitą nazywa się falę powracającą do źródła która może powodować zakłócenia w obwodzie. Istnienie dwóch fal: poruszającej się w kierunku końca linii i drugiej odbitej poruszającej się w kierunku źródła energii przyczynia się w wyniku dodawania obu fal do powstania tzw. fali stojącej.
Zjawiska w liniach długich bada się zaczynając zwykle rozważania od końca linii. W przypadku linii rozwartej napięcie na końcu linii będzie przybierało wartości od –Um do +Um. Natężenie prądu na końcu linii będzie zawsze równe zeru, gdyż nie ma tam przepływu elektronów. Linia bez strat ma charakter reaktancji i dlatego w takiej linii przesunięcia fazowe pomiędzy prądem a napięciem jest równe 90.
Właściwości linii ćwierć falowej:
a) linia zwarta na końcu
Na końcu linii występuje maksimum prądu i minimum napięcia. Dla źródła napięcia , które jest włączone na wejście linii, linia taka zachowuje się jak obwód rezonansowy równoległy. Jeżeli rozważana linia miała by długość krótszą niż /4 wtedy zachowywała by się jak indukcyjność.
b) linia rozwarta na końcu
Na końcu linii występuje minimum prądu i maksimum napięcia. Taka linia ćwierć falowa rozwarta na końcu zachowuje się jak obwód rezonansowy szeregowy. Jeżeli rozważana linia miałaby długość mniejszą od /4 wtedy zachowywałaby się jak pojemność.
Ad a) rys
Ad b) rys
Właściwości linii pół falowej:
a) linia zwarta na końcu
Jeżeli linia pół falowa jest zwarta na końcu wówczas wystąpi tam minimum napięcia i maksimum prądu. Linia taka zachowuje się jak obwód rezonansowy szeregowy. W przypadku gdy linia jest krótsza niż /2 a dłuższa niż /4 wtedy zachowuje się ona jak pojemność.
b) lina rozwarta na końcu
Jeżeli linia pół falowa jest rozwarta na końcu wówczas wystąpi tam minimum prądu i maksimum napięcia. Dla generatora włączonego na wejście linia taka zachowuje się jak obwód rezonansowy równoległy. Gdy lina taka będzie krótsza niż /2 ale dłuższa niż /4 wtedy będzie się ona zachowywała jak indukcyjność
Ad a) rys
Ad b) rys