14.4. Линии без искажений

Теория  /  14.4. Линии без искажений

Волновое сопротивление и коэффициент распространения линии определяются выражениями:

Из этих выражений видно, что данные параметры зависят от частоты, поэтому условия прохождения токов различных частот вдоль длинной линии оказываются различными. Если, например, на входе линии действует сигнал, являющийся периодической несинусоидальной функцией времени, то на выходе форма сигнала будет отличаться от входной, поскольку для различных гармоник условия прохождения тока различны, то есть сигнал при передаче вдоль линии искажается.

Во многих случаях, в частности, в линиях связи, важно, чтобы информация передавалась без искажений. Для этого необходимо, чтобы волновое сопротивление Z_В, коэффициент затухания α и фазовая скорость v_ф не зависели от частоты. При этом коэффициент фазы β должен быть прямо пропорционален частоте.

Эти требования выполняются в том случае, если между первичными параметрами справедливо соотношение

Тогда волновое сопротивление определяется соотношением

то есть не зависит от частоты.

Выразим коэффициент распространения

Здесь

то есть коэффициент затухания не зависит от частоты, коэффициент фаза прямо пропорционален частоте. Фазовая скорость

Обычно в линиях

Добиться равенства в этом выражении можно, увеличивая индуктивность или проводимость, либо уменьшая сопротивление или емкость.

Уменьшения сопротивления можно добиться, увеличивая сечение проводов, но это приведет, во-первых, к увеличению расхода металла, а, следовательно, к удорожанию кабеля, во-вторых, к утяжелению несущих конструкций, что требует опять же увеличения капитальных затрат. То есть уменьшать сопротивление нецелесообразно.

Уменьшения  емкости  можно  добиться технологически, выбирая диэлектрик с наименьшими значениями  диэлектрической проницаемости, но в кабельных линиях и так используются диэлектрики с небольшими диэлектрическими проницаемостями, а уменьшить этот параметр ниже единицы невозможно. Можно увеличить расстояния между проводами, он это приведет как к увеличению габаритных размеров линии, так и к изменению других параметров.

Увеличение проводимости нецелесообразно, поскольку это приведет к ухудшению изоляционных свойств диэлектрика и к увеличению потерь.

Остается индуктивность. Таким образом, коэффициент затухания кабельных линий связи уменьшают путем искусственного увеличения индуктивности цепи, включая в линию через определенные расстояния специальные катушки индуктивности.

Кроме того, чтобы линия была неискажающей, необходимо отсутствие отражений от конца линии, для этого линия должна быть согласована. Если Z_н≠ Z_В, то согласования добиваются, включая между источником и приемником согласующее устройство, которым может быть трансформатор со специально подобранным числом витков или участок линии определенной длины.