传输线的末端会发生什么?

电器工程 射频 传输线 阻抗匹配
2022-01-07 17:25:20

假设我想制作一个包含继电器以在两个天线之间切换的小部件。有一条同轴传输线从发射器进来,两条出去,每条都连接到一个单独的天线。内部是一个切换中心导体的继电器,屏蔽层终止于继电器周围的金属外壳:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

让我们进一步说这是在 HF 下运行的,因此相对于该设备在运行中遇到的最小波长而言,外壳非常小。

在 A 点,存在阻抗不连续性。同轴电缆是 \$50\Omega\$,但在里面,它会是别的东西。在 B 点有另一个不连续性,当我们转换回 \$50\Omega\$ 时。所以,这里一定发生了一些波反射。

这会对发射器产生什么影响?它会导致可怕的 SWR,还是不会?为什么?

3个回答

只要尺寸很小,效果可能就很小。从左侧开始,将有来自“A”点的反射,紧随其后的是来自“B”的(几乎)相等且相反的反射。只要从“A”到“B”的距离很小,这些反射就会有效地抵消。

例如,假设开关内部的阻抗为 100Ω。“A”处的反射系数为 0.333,“B”处为 -0.333。如果外壳宽度为 200 毫米,则这些反射之间的时间将约为 1ns(在 HF 时非常短)。

反射将继续在“A”和“B”之间“反弹”,每次都会有一些能量耦合到传输线中,但这些能量将相隔 2ns 发生,并且每次都会由于内部损耗而衰减。

我们可以绘制一个反射图,显示一个单位步长沿线行进的效果。纵轴表示时间,横轴表示距离。对于示例图,发射器会出现一些持续几纳秒的过冲。请原谅业余的图表!

反射图

编辑 :-

按照 supercat 的建议,我添加了另一个草图,显示了源和负载处的结果波形。步长是通过开关和返回的往返时间。

模拟范围跟踪

然而,虽然这种图表有助于深入了解正在发生的事情,但尝试计算实际的过冲幅度并没有太大帮助。诸如有限上升和下降时间、开关内部的多次反射(例如,继电器触点的每一侧)和其他效应等效应将主要平滑理论转换。我什至没有解决线路衰减和其他损耗,也没有估计继电器开关的实际阻抗,这将是非常重要的。充其量只能估计最坏的情况。

考虑到短连接,影响可以忽略不计。

经验法则是,在短于信号波长 1/10 的线路上,传输线的影响可以忽略不计,可以放心地忽略。在 HF 下,波长为 10-100 米,这再次意味着如果您的电线短于 1-10 米(取决于您使用的确切频率),您可以放心地忽略这个问题。