Лінія передачі електричних сигналів

1 Линия передачи электрических сигналов, состоящая из соединяющей две станции двухпроводной согласованной линии связи, волновое сопротивление которой не равно внутреннему сопротивлению по крайней мере одной из станций, отличающаяся тем, что между станциями включена дополнительная двухпроводная согласован ная линия связи и волновые сопротивления обеих линий связи равны между собой, причем по крайней мере на одном конце линии передачи входы обеих линий связи соединены между собой, а величины внутреннего сопротивления обеих станций связаны между собой и с величиной волнового сопротивления двухпроводной согласованной линии связи следующим соотношением где R-i, R2 - внутренние сопротивления станций, Ом, W - волновое сопротивление двухпроводной согласованной линии связи, Ом 2 Линия передачи электрических сигналов по п 1, отличающаяся тем, что входы линий связи соединены последовательно между собой и со станцией, внутреннее сопротивление которой меньше волнового сопротивления линии связи 3 Линия передачи электрических сигналов по п 1, отличающаяся тем, что входы линий связи соединены параллельно между собой и со станцией, внутреннее сопротивление которой больше волнового сопротивления линии связи о 00 (О Настоящее изобретение относится к области систем проводной связи в технике электрической связи и может быть использовано в линиях передачи как с симметричными, так и с коаксиальными двухпроводными линиями связи для передачи информации между двумя станциями Оно может быть также применено в антенно-фидерных устройствах для согласования фидера с антенной, передатчиком или приемником В настоящее время в области проводной связи широко применяются согласованные двухпроводные линии связи, состоящие из симметричной или коаксиальной пары проводников Каждый из двух концов (входов) таких линий связи нагружен сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии связи, при этом энергия электрических сигналов передается от источника к нагрузке по линии связи любой длины без потерь на излучение Согласованная линия связи вш работает в режиме бегущей волны При отсутствии согласования в линии связи возникают отраженные волны, которые, взаимодействуя с падающими, создают стоячие волны Появление стоячих волн приводит к увеличению потерь на излучение в линии связи Чем меньше отличается сопротивление, на которое нагружена линия связи, от волнового сопротивления линии связи, тем лучше согласованы концы линий связи Если коэффициент бегущей волны (КБВ) в линии связи равен 0,3, то коеффициент полезного действия линии связи снижается всего на 15-20%, а для устранения заметного повторного изображения при приеме телевидения КБВ должен быть не менее 0,85 Уже известна линия передачи электрических сигналов, один из концов которой подключен к станции - антенне в виде полу волнового вибратора - через Т-образную схему согласования [1] о 20678 В известной линии передачи электрических сигналов к каждому из двух плеч Т-образной схемы согласования с внутренним сопротивлением по 60 Ом подключен коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 60 Ом Оба кабеля таким образом оказываются согласованными и волновое сопротивление такого соединения будет 120 Ом Недостаток известной линии передачи электрических сигналов - большие потери на согласование и необходимость в дополнительном кабеле Обычно внутренние сопротивления источника сигнала и нагрузки отличаются от волнового сопротивления линии связи Так, полное сопротивление выходного контура передатчика обычно равно нескольким тысячам Ом, а волновое сопротивление согласованных линий связи колеблется от 50 до 600 Ом В телевидении источник сигнала, как правило, является генератором напряжения (каскад с близким к нулю выходным сопротивлением), в цифровой технике -генератором тока (каскад с очень большим выходным сопротивлением) Уже известна линия передачи электрических сигналов, подключенная к антенне через четвертьволновый трансформатор, который представляет собой отрезок линии связи, электрическая длина которого равна четверти длины волны передаваемого сигнала Волновое сопротивление четвертьволнового трансформатора равно среднему геометрическому внутреннего сопротивления антенны и волнового сопротивления линии передачи [2] Недостаток известного устройства большие потери на согласование и узкая полоса передаваемых частот Ближайшей по техническому сущности к предлагаемой является линия передачи электрических сигналов, состоящая из соединяющей две станции двухпроводной согласованной линии связи, волновое сопротивление которой не равно внутреннему сопротивлению по крайней мере одной из станций [3] Так как отсутствие согласования приводит к увеличению потерь в линии связи, последнюю согласовывают дополнительными согласующими устройствами Если внутреннее сопротивление станции меньше волнового сопротивления линии связи, согласующее устройство включают последовательно со входом линии связи Если же внутреннее сопротивление станции больше волнового сопротивления линии связи, согласующее устройство включают параллельно входу линии связи Недостаток известной линии передачи электрических сигналов - большие потери передаваемого сигнала Так, если внутренним сопротивлением станции можно пренебречь по сравнению с волновым сопротивлением линии связи, половина напряжения передаваемого сигнала падает на согласующем устройстве Если же волновым сопротивлением линии связи можно пренебречь по сравнению с внутренним сопротивлением станции, половина тока передаваемого сигнала ответвляется в согласующее устройство В обоих случаях половина энергии передаваемого сигнала теряется в согласующем устройстве В основу изобретения поставлена задача создания линии передачи электрических сигналов, в которой путем введения нового элемента - дополнительной двухпроводной согласованной ли нии связи - обеспечивается уменьшение потерь передаваемого сигнала Поставленная задача решается тем, что в линии передачи электрических сигналов, состоящей из соединяющей две станции двухпроводной согласованной линии связи, волновое сопротивление которой не равно внутреннему сопротивлению по крайней мере одной из станций, согласно изобретению между станциями включена дополнительная двухпроводная согласованная линия связи и волновые сопротивления обеих линий связи равны между собой, причем по крайней мере на одном конце линии передачи входы обеих линий связи соединены между собой, а величины внутреннего сопротивления обеих станций связаны между собой и с величиной волнового сопротивления двухпроводной согласованной линии связи следующим соотношением где R-i, R2 - внутренние сопротивления станций, Ом, W - волновое сопротивление двухпроводной согласованной линии связи, Ом Поставленная задача решается кроме того тем, что входы линий связи соединены последовательно между собой и со станцией, внутреннее сопротивление которой меньше волнового сопротивления линии связи Поставленная задача решается кроме того тем, что входы линий связи соединены параллельно между собой и со станцией, внутреннее сопротивление которой больше волнового сопротивления линии связи Существенными признаками предлагаемой линии передачи электрических сигналов, общими с признаками известной линии передачи электрических сигналов, то есть не представляющими в общем виде новизны, являются - линия передачи электрических сигналов, - двухпроводная согласованная линия связи, - две станции, - станции соединены посредством двухпроводной согласованной линии связи, - волновое сопротивление двухпроводной согласованной линии связи не равно внутреннему сопротивлению по крайней мере одной из станций К новым существенным признакам изобретения относятся следующие - дополнительная двухпроводная согласованная линия связи, - дополнительная двухпроводная согласованная линия связи включена между станциями, - волновые сопротивления обеих линий связи равны между собой, - по крайней мере на одном конце линии передачи входы обеих линий связи соединены между собой, - величины внутреннего сопротивления обеих станций связаны между собой и с величиной волнового сопротивления двухпроводной согласованной линии связи следующим соотношением 20678 где R-і, R2 - внутренние сопротивления станций, Ом, W - волновое сопротивление двухпроводной согласованной линии связи, Ом К новым дополнительным признакам изобретения относятся следующие - входы линий связи соединены последовательно между собой и со станцией, - внутреннее сопротивление станции меньше волнового сопротивления линии связи К другим новым дополнительным признакам изобретения относятся следующие - входы линий связи соединены параллельно между собой и со станцией, - внутреннее сопротивление станции больше волнового сопротивления линии связи Существо изобретения заключается в следующем В результате проведенной исследовательской работы создана новая линия передачи электрических сигналов, в которой благодаря введению в известное устройство нового элемента дополнительной двухпроводной согласованной линии связи - удалось получить качественно новый результат - снизить потери передаваемого сигнала на согласование линии связи Дополнительная линия связи решает две задачи во-первых, согласовывает основную линию связи, а во-вторых, передает часть энергии сигнала по линии передачи Следует отметить следующие варианты подключения предлагаемой линии передачи, например, к передающей станции 1 Внутренним сопротивлением станции по сравнению с волновым сопротивлением линии связи можно пренебречь В этом случае входы обеих линий связи включены последовательно между собой и с внутренним сопротивлением станции Каждая линия связи согласована входным сопротивлением другой линии Вся энергия сигнала от передающей станции поступает в линию передачи, распределяясь между двумя линиями связи По сравнению с прототипом в линию передачи отдается вдвое большая энергия сигнала 2 Волновое сопротивление линии связи более чем в 1,(3) раза превышает внутреннее сопротивление станции В этом случае входы обеих линий связи также включены последовательно между собой и с внутренним сопротивлением станции, но для точного согласования линий связи параллельно входу каждой линии включен резистор Часть энергии передаваемого сигнала теряется в этих резисторах, однако по сравнению с прототипом в линию передачи отдается большая энергия сигнала 3 Внутреннее сопротивление станции более чем в 1,(3) раза превышает волновое сопротивление линии связи В этом случае входы обеих линий связи включены параллельно между собой и с внутренним сопротивлением станции Для точного согласования линий связи последовательно со входом каждой линии включен резистор Часть энергии передаваемого сигнала теряется в этих резисторах, однако по сравнению с прототипом в линию передачи отдается большая энергия сигнала 4 Волновым сопротивлением линии связи можно пренебречь по сравнению с внутренним сопротивлением станции В этом случае входы обеих линий связи включены параллельно между собой и с внутренним сопротивлением станции Каждая линия связи согласована входным сопротивлением другой линии Вся энергия сигнала от передающей станции поступает в линиию передачи, распределяясь между двумя линиями связи По сравнению с прототипом в линию передачи отдается вдвое большая энергия сигнала 5 Волновое сопротивление линии связи не более чем в 1,(3) раза отличается от внутреннего сопротивления станции И в этом случае возможно, как в вариантах 2 и 3, согласовать линии связи резисторами, но не менее половины энергии передаваемого сигнала потеряется в резисторах В этом случае применение изобретения не дает выигрыша по сравнению с прототипом и применение изобретения нецелесообразно Учитывая сказанное, а также принимая во внимание то, что линия передачи включена между двумя станциями, легко видеть, что для предлагаемого изобретения величины внутреннего сопротивления обеих станций должны быть связаны между собой и с величиной волнового сопротивления двухпроводной согласованной линии связи соотношением где внутренние сопротивления станций, Ом, W - волновое сопротивление двухпроводной согласованной линии связи, Ом Сущность изобретения иллюстрируется прилагаемыми к описанию чертежами, на которых изображено - фиг 1 - линия передачи электрических сигналов в виде фидера, соединяющего две станции многоэлементную антенну "волновой канал" и высокоомный приемник, - фиг 2 - линия передачи цифрового сигнала по многопарному кабелю, На рисунке фиг 1 цифрами обозначены - передающая станция в виде многоэлементной приемной антенны "волновой канал" 1, внутреннее сопротивление которой 10 Ом, - резисторы 5 и 6 сопротивлением по 1,1 кОм каждый, - двухпроводная согласованная линия связи 2 и дополнительная двухпроводная согласованная линия связи 3 в виде коаксиальных кабелей с волновым сопротивлением по 75 Ом каждый, причем электрические длины кабелей 2 и 3 отличаются друг от друга на величину, равную половине длины волны принимаемого сигнала, - приемная станция 4 с входным сопротивлением в несколько десятков килоом Легко заметить, что величины внутреннего сопротивления обеих станций связаны между собой и с величиной волнового сопротивления двухпроводной согласованной линии связи следующим соотношением где R-i, R2 - внутренние сопротивления станций Ом, W - волновое сопротивление двухпроводной согласованной линии связи, Ом 20678 Как видно из рисунка фиг1, со стороны антенны 1 входы кабелей 2 и 3 с волновым сопротивлением по 75 Ом зашунтированы соответственно резисторами 5 и 6 сопротивлением по 1,1 кОм каждый Эти же входы кабелей 2 и 3 соединены последовательно между собой и с внутренним сопротивлением антенны 1, равным 10 Ом Со стороны же приемника 4 входы кабелей 2 и 3 соединены параллельно между собой и с высокоомным входом приемника 4 На рисунке фиг 2 изображены - передающая станция 1 в виде передатчика цифрового сигнала с высокоомным, несколько килоом, внутренним сопротивлением, - двухпроводная согласованная линия связи 2 и дополнительная двухпроводная согласованная линия связи 3 в виде пар многопарного кабеля одинаковой электрической длины с равными между собой волновыми сопротивлениями величиной 600 Ом, - высокоомная приемная станция 4 в виде приемника с внутренним сопротивлением величиной несколько килоом Легко заметить, что величины внутреннего сопротивления обеих станций связаны между собой и с величиной волнового сопротивления двухпроводной согласованной линии связи следующим соотношением где R-i, R2 - внутренние сопротивления станций, Ом, W - волновое сопротивление двухпроводной согласованной линии связи, Ом Как видно из рисунка фиг 2, входы пар 2 и 3 включены параллельно между собой и с внутренним сопротивлением станции как на стороне передатчика 1, так и на стороне приемника 4 Работают устройства таким образом На рисунке фиг 1 волновым сопротивлением кабелей 2 и 3 можно пренебречь по сравнению с внутренним сопротивлением приемника 4, поэтому каждый вход обеих кабелей оказывается нагруженным эквивалентным сопротивлением величиной 75 Ом, то есть оба кабеля согласованы Очевидно, потери сигнала в резисторах 5 и 6 незначительны и потерями сигнала на этих согласующих элементах можно пренебречь В данном при мере уровень сигнала на входе приемника почти вчетверо выше, чем для устройства-прототипа На рисунке фиг 2 внутренние сопротивления передатчика сигнала 1 и приемника сигнала 4 составляют величину несколько килоом, а величина волнового сопротивления симметричных пар 2 и 3 - 600 Ом Пара 2 оказывается согласованной входными сопротивлениями пары 3 Влиянием высокоомных внутренних сопротивлений передатчика 1 и приемника 4 на степень согласования пар 2 и 3 можно пренебречь Энергия сигнала с выхода передатчика 1 поступает в пары 2 и 3, распределяясь поровну между ними Электрические длины пар 2 и 3 равны между собой, поэтому сигналы из обеих пар 2 и 3 поступают на вход приемника 4 синфазно В этом примере уровень сигнала на входе приемника 4 вчетверо выше, чем в случае устройства-прототипа с теми же передатчиком и приемником Предлагаемая линия передачи электрических сигналов содержит элементы, которые уже известны и могут быть построены известными способами Преимущество предлагаемой линии передачи электрических сигналов - снижение потерь передаваемого сигнала на согласование Изобретение позволяет при той же мощности передатчика повысить вдвое излучаемую антенной мощность сигнала и увеличить дальность передачи, либо при той же излучаемой мощности снизить вдвое мощность передатчика и уменьшить потребляемую им энергию Изобретение позволяет увеличить длину линии передачи без снижения помехозащищенности передаваемых сигналов, либо повысить вчетверо помехозащищенность передаваемых сигналов без увеличения мощности передатчика Другое преимущество предлагаемой линии передачи электрических сигналов - линии связи остаются согласованными во всем диапазоне частот Предлагаемую линию передачи электрических сигналов целесообразно применять для передачи цифровых и аналоговых электрических сигналов по симметричным и коаксиальным парам, когда волновое сопротивление пары отличается от внутреннего сопротивления передатчика (приемника) сигнала в кабельных линиях передачи, в антенно-фидерных трактах Фиг. 1 20678 Фиг. 2 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3 20678