Transmission Lines-ի մանրակը հասկանալը

Փոխանցման գիծը կոնդուկտոր է, որը տարավ էլեկտրական հզորություն կամ սիգնալներ մի կետից մյուսին։ Փոխանցման գծերը կարող են պատրաստվել տարբեր նյութերից, ձևերով և չափերով, կախված կիրառությունից և հեռավորությունից։ Սակայն, երբ փոխանցման գծերը օգտագործվում են ալտերնացման հոսանք (AC) համակարգերում, դրանք կարող են ցուցադրել կոչվող երևույթ՝ կուտիկայի էֆեկտ, որը ազդում է դրանց աշխատանքային համարժեքության և էֆեկտիվության վրա:

Ինչ է կուտիկայի էֆեկտը փոխանցման գծերում?

Կուտիկայի էֆեկտը սահմանվում է որպես ԱՀ-ի հոսանքի անհավասարաչափ բաշխումը կոնդուկտորի կրոսական հատվածում, այնպես որ հոսանքի խտությունը ամենաբարձր է կոնդուկտորի կուտիկայի մոտ և ցուցչային կերպով նվազում է դեպի սենյակը։ Դա նշանակում է, որ կոնդուկտորի ներսի մասը փոքր հոսանք է տանում քան կուտիկայի մոտը, ինչը առաջ է բերում կոնդուկտորի առաջացած դիմադրության աճին:

Կուտիկայի էֆեկտը նվազում է կոնդուկտորի հոսանքի համար հասանելի կրոսական հատվածի արդյունավետ մակերեսը, որը ավելացնում է հոսանքի կորստները և կոնդուկտորի առաջացած ջերմությունը։ Կուտիկայի էֆեկտը նաև կարող է փոփոխել փոխանցման գծի իմպեդանսը, որը ազդում է գծի լարումը և հոսանքի բաշխման վրա։ Կուտիկայի էֆեկտը ավելի արտահայտված է բարձր հաճախականություններում, մեծ տրամագծերում և ցածր հոսանքահաղորդականություններում կոնդուկտորներում:

Կուտիկայի էֆեկտը չի տեղի ունենում դիրեկտ հոսանքի (DC) համակարգերում, քանի որ հոսանքը հավասարաչափ է հոսում կոնդուկտորի կրոսական հատվածում։ Սակայն, ԱՀ համակարգերում, հաاصة բարձր հաճախականություններով համակարգերում, ինչպիսիք են ռադիո և միկրովոլների համակարգերը, կուտիկայի էֆեկտը կարող է ունենալ նշանակալի ազդեցություն փոխանցման գծերի և այլ կոմպոնենտների պրոյեկտավորման և վերլուծության վրա:

Ինչ է պատճառում կուտիկայի էֆեկտը փոխանցման գծերում?

Կուտիկայի էֆեկտը պատճառվում է ԱՀ հոսանքով ստեղծված մագնիսական դաշտի և կոնդուկտորի փոխազդեցությամբ։ Նկարում ցուցադրված է, որ երբ ԱՀ հոսանքը հոսում է գլանային կոնդուկտորով, դա ստեղծում է մագնիսական դաշտ կոնդուկտորի շուրջ և ներսում։ Մագնիսական դաշտի ուղղությունը և մեծությունը փոփոխվում են ԱՀ հոսանքի հաճախականության և ամպլիտուդի ըստ:

Ֆարադեյի էլեկտրոմագնիսական ինդուկցիայի օրենքի համաձայն, փոփոխական մագնիսական դաշտը ինդուկտուալ է ստեղծում էլեկտրական դաշտ կոնդուկտորում։ Այս էլեկտրական դաշտը, իր հերթին, ինդուկտուալ է ստեղծում հակառակ հոսանք կոնդուկտորում, որը կոչվում է էդի հոսանք։ Էդի հոսանքները շրջում են կոնդուկտորի ներսում և հակառակում են սկզբնական ԱՀ հոսանքին:

Էդի հոսանքները ավելի ուժեղ են կոնդուկտորի սենյակի մոտ, որտեղ դրանք ունեն ավելի շատ մագնիսական ֆլուքսի կապ սկզբնական ԱՀ հոսանքի հետ։ Այսպիսով, դրանք ստեղծում են ավելի բարձր հակառակ էլեկտրական դաշտ և նվազեցնում են սենյակի ներսում հոսանքի խտությունը։ Ուրիշ կողմից, կոնդուկտորի կուտիկայի մոտ, որտեղ կա ավելի քիչ մագնիսական ֆլուքսի կապ սկզբնական ԱՀ հոսանքի հետ, կա թույլ էդի հոսանքներ և ցածր հակառակ էլեկտրական դաշտ։ Այսպիսով, կուտիկայի մոտ ավելի բարձր է հոսանքի խտությունը:

Այս երևույթը առաջ է բերում կոնդուկտորի կրոսական հատվածում հոսանքի անհավասարաչափ բաշխման, որտեղ ավելի շատ հոսանք է հոսում կուտիկայի մոտ քան սենյակի մոտ։ Այս երևույթը կոչվում է կուտիկայի էֆեկտ փոխանցման գծերում:

Ինչպե՞ս քանակացնել կուտիկայի էֆեկտը փոխանցման գծերում?

Քանակացնել կուտիկայի էֆեկտը փոխանցման գծերում կարող է հնարավոր լինել օգտագործելով կոչվող պարամետր՝ կուտիկայի խորություն կամ δ (դելտա)։ Կուտիկայի խորությունը սահմանվում է որպես կոնդուկտորի կուտիկայի տակ խորությունը, որտեղ հոսանքի խտությունը նվազում է 1/e (մոտ 37%) դրա արժեքից կուտիկայի վրա։ Չափազանց փոքր կուտիկայի խորությունը նշանակում է ավելի ուժեղ կուտիկայի էֆեկտ:

Կուտիկայի խորությունը կախված է մի շարք գործոններից, ինչպիսիք են.

• ԱՀ հոսանքի հաճախականությունը. Բարձր հաճախականությունը նշանակում է ավելի արագ փոփոխություններ մագնիսական դաշտում և ուժեղ էդի հոսանքներ։ Այսպիսով, կուտիկայի խորությունը նվազում է հաճախականության աճի հետ：

• Կոնդուկտորի հոսանքահաղորդականությունը. Բարձր հոսանքահաղորդականությունը նշանակում է ցածր դիմադրություն և էդի հոսանքների հեշտ հոսք։ Այսպիսով, կուտիկայի խորությունը նվազում է հոսանքահաղորդականության աճի հետ：

• Կոնդուկտորի մագնիսական միջավայրը. Բարձր մագնիսական միջավայրը նշանակում է ավելի շատ մագնիսական ֆլուքսի կապ և ուժեղ էդի հոսանքներ։ Այսպիսով, կուտիկայի խորությունը նվազում է մագնիսական միջավայրի աճի հետ：

• Կոնդուկտորի ձևը. Տարբեր ձևերը ունեն տարբեր երկրաչափական գործոններ, որոնք ազդում են մագնիսական դաշտի բաշխման և էդի հոսանքների վրա։ Այսպիսով, կուտիկայի խորությունը փոփոխվում է տարբեր ձևերի կոնդուկտորներով：

Կուտիկայի խորությունը հաշվարկելու բանաձևը գլանային կոնդուկտորի համար շրջանային կրոսական հատվածով է.

որտեղ.

• δ կուտիկայի խորությունն է (մետրերով)

• ω ԱՀ հոսանքի անկյունային հաճախականությունն է (ռադիաններ վայրկյանով)

• μ կոնդուկտորի մագնիսական միջավայրն է (հենրի մետրով)

• σ կոնդուկտորի հոսանքահաղորդականությունն է (սիմենս մետրով)

Օրինակ, շրջանային կրոսական հատվածով մի կոպրի կոնդուկտորի համար, որը աշխատում է 10 MHz-ում, կուտիկայի խորությունը է.

Այս նշանակում է, որ կոնդուկտորի կուտիկայի մոտ միայն 0.066 մմ սեղմ շերտ է տանում հոսանքը այս հաճախականության դեպքում:

Ինչպե՞ս կրճատել կուտիկայի էֆեկտը փոխանցման գծերում?