Proprietățile electrice ale liniilor de transmisie
Figura 1: Schema de circuit echivalent a unei linii
Figura 1: Schema de circuit echivalent a unei linii
Proprietățile electrice ale liniilor de transmisie
Cablurile electrice pentru alimentarea cu energie electrică a diferitelor dispozitive pot fi găsite peste tot. Cu toate acestea, în special în domeniul electronicii de comunicații, cablurile au o altă sarcină decât cea de a transporta energie, de exemplu transmiterea de mesaje la telefon.
Cu toate acestea, un mesaj pe o linie nu ajunge neschimbat la destinatar pe o distanță de peste 100 de kilometri, ci este supus multor influențe de-a lungul liniei care afectează semnalul.
Dacă comparați semnalul de ieșire al unei linii cu semnalul de intrare, veți observa modificări care au următoarele cauze.
- Distorsiuni,
- atenuare sau
- diferențe de întârziere la diferite frecvențe de intrare.
Deoarece fiecare linie are caracteristici diferite, dar toate liniile sunt supuse acelorași influențe, se poate întocmi o diagramă de circuit echivalent pentru o linie, așa cum se arată în figura 1. Pe linie acționează o rezistență ohmică în serie R, o inductanță de linie L, o conductanța izolației G și o capacitate de linie C.
Figura 2: Calcularea rezistenței unui conductor cu secțiune transversală rotundă
Figura 2: Calcularea rezistenței unui conductor cu secțiune transversală rotundă
Rezistența ohmică în serie R
Orice conductor, oricât de bun ar fi, are o rezistență la circulația curentului, deoarece electronii în mișcare întâlnesc întotdeauna nuclee atomice și, prin urmare, sunt oarecum încetiniți.
R = ρ· | l | în [Ω] |
R = rezistența serie în [Ω] l = lungimea cablului în [m] A = secțiunea transversală a cablului în [mm²] ρ = rezistivitatea statică în [Ω·mm²/m] |
(1) |
A |
Parametrul este specificat în fișele tehnice pentru o lungime de cablu definită, de exemplu, de 1 km, și este denumit atunci rezistența de acoperire. Acesta se calculează cu ajutorul următoarei formule:
R' = | R | în | Ω | (2) |
l | km |
Inductanța L
În jurul fiecărui conductor purtător de curent se formează un câmp magnetic. Câmpul magnetic se modifică proporțional cu tensiunea alternativă aplicată. Aceasta induce o tensiune în conductor care se opune cauzei sale. Această tensiune indusă slăbește astfel fluxul de curent. Mărimea inductanței L depinde de următorii parametri:
- Lungimea conductorului,
- secțiunea transversală a conductorului și
- distanța dintre conductorul de dus și cel de întors.
Parametrul este specificat în fișele de date pentru o lungime de cablu definită, de exemplu, de 1 km, și este denumit apoi valoarea inductanței. Aceasta se calculează cu ajutorul următoarei formule:
L' = | L | în | mH | (3) |
l | km |
Conductanța izolației G
În practică, nu există un izolator ideal care să nu aibă niciun flux de curent. Prin urmare, chiar și în cazul unei linii cu două fire izolate, există întotdeauna un anumit curent de scurgere care circulă prin izolație de la conductorul dus la cel întors. Conductanța izolației este etichetată G și este uneori numită și rezistență transversală sau scurgere. Conductanța izolației este egală cu reciproca rezistenței sale ohmice. S („Siemens“) este utilizat ca unitate de măsură pentru conductanții.
G = | 1 | în [S] | (4) |
R |
Parametrul este specificat în fișele de date pentru o lungime de cablu definită, de exemplu, 1 km, și este denumit apoi valoarea conductibilității. Aceasta se calculează cu ajutorul următoarei formule:
G' = | G | în | S | (5) |
l | km |
Capacitate de linie C
Fiecare consumator are o rezistență la care tensiunea scade. Dacă această tensiune este transmisă prin intermediul unei linii către consumator, se creează un gradient de potențial între conductorul de alimentare și cel de retur.
Figura 3: Formarea unei capacități de linie
Figura 3: Formarea unei capacități de linie
Datorită acestui fapt, liniile de dus și de întors se comportă ca plăcile unui condensator. Această cuplare prin intermediul câmpului electric este descrisă de capacitatea C.
Parametrul este specificat în fișele de date pentru o lungime de linie definită, de exemplu, de 1 km, și apoi este etichetat ca acoperire de capacitate. Acesta se calculează cu ajutorul următoarei formule:
C' = | C | în | nF | (6) |
l | km |
Impedanță Z
Termenul de „impedanță a cablului“ este, de asemenea, utilizat pentru aplicații de înaltă frecvență. Această variabilă este rezistența de curent alternativ Z. Aceasta este coeficientul dintre tensiunea alternativă complexă dependentă de timp u(t) și curentul alternativ complex dependent de timp i(t). Impedanța este alcătuită dintr-o parte reală (rezistența ohmică R) și o parte imaginară (reactanța X). Mărimea impedanței unui cablu este independentă de lungimea acestuia. Acest termen va fi discutat mai detaliat mai târziu în legătură cu cablul coaxial.