Искажения сигналов в несогласованных линиях

Паразитные колебания из-за несогласованности волновых сопротивлений возникают в связях, которые именуются длинными, причем речь не идет об абсолютных значениях длины, важно лишь соотношение длины линии и длины волны передаваемого сигнала.

Т.к. импульсные сигналы характеризуются широким спектром гармонических частот, говорить о длине волны сигнала для них затруднительно, и рекомендации по отнесению линий связи к коротким или длинным в значительной мере вырабатываются практикой. Например, граничную длину линии часто определяют по условию: время прохождения сигнала по линии должно быть на порядок меньше длительности передаваемого фронта.

Скорость распространения сигналов в линии равна:

V = V_c/ √Є, где

V_c – скорость свете в вакууме (30 см/не); Є – диэлектрическая постоянная среды, в которой распространяется сигнал. Практически V =15…20 см/не. Поведение длинной линии резко отличается от поведения короткой.

Схема замещения длинной линии без потерь состоит из цепочки LC звеньев, где L и C – погонные параметры индуктивности и емкости (т.е. приходящиеся на единицу длины). Такая линия (Рис. 14.8 а) имеет волновое сопротивление Z₀ = √L/C, величина которого зависит от конструкции линии.

Фактически волновое сопротивление соответствует отношению напряжения к току в точке линии, которой достигается распространяющая волна. Пока волна распространяется в линии, отношение u/i = Z₀ остается неизменным.

В конце линии подключено сопротивление R_н = Z₀, то отношение u/i сохраняется, падающая волна не встречает неоднородности и целиком поглощается нагрузкой.

Если в конце линии R_н ≠ Z₀, то отношение u/I сохраняться не может, и должно произойти искажение волны. Оно трактуется как появление отраженной волны, параметры которой таковы, что сумма падающей и отраженной волн соответствует условиям в конце линии.

Отношение амплитуд отраженной и падающей волн равно коэффициенту отражения

ρ = (R_н - Z₀)/ (R_н = Z₀).

Отраженная волна распространяется обратно к началу линии. Если в начале линии подключено сопротивление, равное Z₀, то отраженная волна поглощается целиком, и режим линии устанавливается окончательно. В противном случае в начале линии также происходит отражение волны, которая вновь пойдет по линии от ее начала к концу.

Возможное многократное отражение способно затянуть переходные процессы в линии на время, равное десяткам Т_0, где Т₀ – время распространения сигнала по линии (Т₀ = l/V, где l – длина линии).

Для устранения паразитных колебаний в длинной линии используются параллельное или последовательное согласование волновых сопротивлений.