ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

       

(длинные линии), многопроводные системы, состоящие из параллельных проводников, вдоль к-рых могут распространяться эл.-магн. волны. Поперечные размеры таких систем малы по сравнению с продольными, а часто и по сравнению с длиной волны l (отсюда назв. д л и н н ы е л и н и и). Впервые Л. п. появились в 30-х гг. 19 в. в телеграфии, а в кон. 20 в. стали применяться для передачи энергии перем. тока. Различают экранированные Л. п. (простейшая — коаксиальный кабель) и открытые (двухпроводная из двух цилиндрических параллельных проводников и др.).

В идеальной Л. п. (без потерь энергии) распространяются только волны, в к-рых электрич. и магн. поля строго поперечны (ТЕМ-моды, (см. РАДИОВОЛНОВОД)). Распределение этих полей по сечению Л. п. в точности повторяет распределение электростатич. поля E в цилиндрич. конденсаторе и магнитостатич. поля Н в системе цилиндрич. проводников с продольными токами (рис.). В многопроводных Л. п. может распространяться N-1 (N — число проводников) независимых мод. Это используется для многоканальной передачи. Все ТЕМ-моды распространяются со скоростью света в среде, заполняющей Л. п.

Структура электрич. и магн. полей в линиях передачи: а — в коаксиальном кабеле (поперечное и продольное сечения); б — в двухпроводной линии (поперечное сечение).

При теор. описании процессов в Л. п. благодаря квазистатической поперечной структуре полей можно оперировать не с полями E и Н, а с зарядами (>, токами I и напряжениями V. Процессы в Л. п. описываются т. н. телеграфными уравнениями. Для двухпроводной идеальной линии они имеют вид:

где L и С — погонные индуктивность и ёмкость Л. п. (в СИ). Общее решение ур-ния(*) для L=const и C=const представляет собой суперпозицию волн: J=Aexp(iwt±ikz), V=AZBexp(iwt± ikz), где k=w/v=2p/l, v=1/?(LC)= —скорость распространения волн в среде, заполняющей Л. п., ZB=?(L/C) — волновое сопротивление Л. п. Оптим. 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 волн (волны разных частот распространяются с разными фазовыми скоростями). Однако ур-ния (*) сохраняют смысл, если их применять для гармонич. процессов с заменой С на C+s/iw (s — погонная проводимость среды). Потери в проводниках Л. п. приводят к появлению продольных составляющих поля E, к трансформации моды ТЕМ в моду ТМ. В этом случае ур-ние (*) (с заменой L на L+r/iw, r — погонное сопротивление проводников) справедливо лишь приближённо, пока поперечные размеры Л. п. малы по сравнению с К. Также обстоит дело и для изогнутых, перекрученных и подвергнутых др. деформациям Л. п.

Учёт s и r приводит к комплексному волн. сопротивлению

ZB=?((L+r/iw)/C+s/iw)).

При передаче сигналов по таким Л. п. на протяжённых трассах, напр. в межконтинентальных подводных кабелях, помимо промежуточных усилителей приходится вводить также и фазовые корректоры.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

(длинные линии) - системы, состоящие из двух или неск. параллельных проводников и предназначенные для передачи по ним эл.-магн. энергии. Поперечные размеры таких Л. п. малы по сравнению с продольными, а часто и по сравнению с длиной волны передаваемых колебаний (отсюда и термин "длинные линии"). Впервые Л. п. появились в 30-х гг. 19 в. в телеграфии, а в кон. 19 в. их стали применять для передачи энергии перем. тока. Различают экранированные Л. п. (напр., коаксиальный кабель) и открытые Л. п. (напр., двухпроводная Л. п., состоящая из двух параллельных проводников). Иногда под Л. п. понимают любые системы, позволяющие передавать энергию пост. или перем. токов и включающие в себя не только многопроводные Л. п., 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 Л. п. 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 и волновое сопротивление Л. п. становится комплексным: Z_B= При передаче сигналов по таким л. п. на протяженных трассах, напр. в межконтинентальных подводных кабелях, помимо промежуточных усилителей приходится вводить также и фазовые корректоры.

Лит.: Пирс Дж., Символы, сигналы, шумы. Закономерности и процессы передачи информации, пер. с англ., М., 1967; Никольский В. В., Электродинамика и распространение радиоволн, 2 изд., М., 1978.

М. А. Миллер, А. И. Смирнов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.