O que acontece no final de uma linha de transmissão?

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Digamos que eu quisesse criar um widget contendo um relé para alternar entre duas antenas. Há uma linha de transmissão coaxial saindo do transmissor e duas saindo, cada uma para uma antena separada. No interior, há um relé que alterna o condutor central e as blindagens terminam em um invólucro metálico ao redor do relé:

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Vamos dizer ainda que ele está operando em HF, portanto, o gabinete é muito pequeno em relação ao comprimento de onda mínimo que este dispositivo encontrará em operação.

No ponto A, há uma descontinuidade de impedância. O cabo coaxial era , mas por dentro, será outra coisa. No ponto B, há outra descontinuidade, quando fazemos a transição para . Portanto, deve haver alguma reflexão de onda acontecendo aqui.50.Ω50.Ω

Que efeito isso teria no transmissor? Isso resultaria em um SWR horrível ou não? Por quê?

Phil Frost
fonte
É mais do que você está pedindo, mas se você tiver algum tempo em suas mãos: Literatura.agilent.com/litweb/pdf/5988-6505EN.pdf
The Photon

Respostas:

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Provavelmente muito pouco efeito, desde que as dimensões sejam pequenas. Vindo do lado esquerdo, haverá um reflexo do ponto 'A' seguido de perto por uma reflexão (quase) igual e oposta de 'B'. Enquanto a distância de 'A' a 'B' for pequena, essas reflexões serão efetivamente canceladas.

Como exemplo, digamos que a impedância dentro do comutador seja 100Ω. O coeficiente de reflexão em 'A' será de 0,333 e em 'B' será de -0,333. Se a largura do gabinete for de 200 mm, o tempo entre essas reflexões será de cerca de 1ns (muito pequeno em HF).

As reflexões continuarão 'saltando' entre 'A' e 'B' e cada vez haverá alguma energia acoplada à linha de transmissão, mas estas ocorrerão 2ns de distância e serão atenuadas a cada vez devido a perdas internas.

Podemos desenhar um diagrama de reflexão mostrando o efeito de uma etapa unitária percorrendo a linha. O eixo vertical representa o tempo e a distância do eixo horizontal. Com as figuras de exemplo, haverá alguma ultrapassagem no transmissor com duração de alguns nanossegundos. Por favor, desculpe o diagrama amador!

Diagrama de reflexão

Editar: -

Seguindo a sugestão do supercat, adicionei outro esboço mostrando as formas de onda resultantes na origem e na carga. A largura do passo é o tempo de ida e volta no comutador e vice-versa.

rastreamentos de escopo simulado

No entanto, embora esse tipo de diagrama seja útil para se ter uma ideia do que está acontecendo, tentar calcular a amplitude real do overshoot não é muito útil. Efeitos como tempos finitos de subida e descida, múltiplas reflexões dentro do comutador (por exemplo, cada lado do contato do relé) e outros efeitos suavizarão principalmente as transições teóricas. Eu nem sequer lidei com a atenuação da linha e outras perdas, nem estimei a impedância real da chave do relé que seria não trivial. Na melhor das hipóteses, você só pode estimar um cenário de pior caso.

MikeJ-UK
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Eu nunca vi esse tipo de diagrama, mas é de longe a explicação mais intuitiva que já vi. Faz todo o sentido agora.
Phil Geada
Bom diagrama. Pode ser útil também mostrar um rastreamento de escopo da resposta da etapa em A e B e dizer que cada "etapa" observada no rastreamento de escopo é o tempo de ida e volta pela seção do meio. Isso ajudaria a esclarecer quais condições teriam que ser atendidas para evitar problemas, tanto no domínio digital quanto no analógico (por exemplo, ao enviar um sinal digital, que tipo de inclinação seria necessária para evitar falsas transições devido ao toque).
precisa
Obviamente, essas caixas divisoras de cabo de vídeo passivas funcionam; deve ser exatamente o mesmo princípio.
Kaz
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Resposta perfeita e diagrama +1
Andy aka
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Normalmente, não importa muito se uma linha é terminada nos dois extremos; se uma linha é carregada, nenhum sinal deve viajar em direção à fonte; portanto, o fato de que os sinais que viajam dessa maneira sejam refletidos não importará. Se uma linha for apenas terminada na fonte, os sinais que atingem a carga serão refletidos, mas serão reabsorvidos inofensivamente pela fonte. Uma área incompatível no meio do cabo, no entanto, pode causar problemas na falta de terminação da fonte.
supercat
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Dadas as conexões curtas, o efeito será insignificante.

Leon Heller
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Então me disseram. Por quê?
Phil Geada
Porque a indutância e a capacitância serão muito pequenas. Tente modelá-lo.
Leon Heller
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A regra geral é que, em uma linha menor que 1/10 do comprimento de onda do sinal , os efeitos da linha de transmissão são tão insignificantes que podem ser ignorados com segurança. No HF, o comprimento de onda seria de 10 a 100 metros, o que novamente significa que se o fio for menor que 1 a 10 metros (dependendo da frequência exata usada), você poderá ignorar o problema com segurança.

Imbrondir
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