傳輸線

傳輸線

輸送電磁能的線狀結構的設備
傳輸線(transmission line)輸送電磁能的線狀結構的設備。[1]它是電信系統的重要組成部分,用來把載有信息的電磁波,沿着傳輸線規定的路由自一點輸送到另一點。以橫電磁(TEM)模的方式傳送電能和(或)電信号的導波結構。傳輸線的特點是其橫向尺寸遠小于工作波長。主要結構型式有平行雙導線、平行多導線、同軸線、帶狀線,以及工作于準TEM模的微帶線等,它們都可借助簡單的雙導線模型進行電路分析。各種傳輸TE模、TM模,或其混合模的波導都可認為是廣義的傳輸線。波導中電磁場沿傳播方向的分布規律與傳輸線上的電壓、電流情形相似,可用等效傳輸線的觀點分析。
  • 中文名:傳輸線
  • 外文名:transmission line
  • 别名:
  • 注音:ㄔㄨㄢˊ ㄕㄨㄒㄧㄢˋ
  • 應用學科:電信

簡介

音響系

統中各設備間連接線,其質量會直接影響音響系統的音質和聲音還原質量。傳輸線對聲音信号的影響不僅限于直流電阻,由于分布參數、趨膚效應、多芯線失真等因素影響,随之而來的渦流損耗和電磁感應會對音質起到一定的破壞作用,導緻不同頻率信号通過導線時,阻抗不盡相同,相移量也有所沒。傳輸線對聲音信号的影響取決于導體導體材質(如銅、無氧銅、金、鋁等)、線的幾何結構(如線徑、股數、絞合方式、導線外絕緣材料)以及線的技術工藝等多方面。在滿足使用要求的前提下,傳輸線應盡可能短且與設備接觸良好,并注意屏蔽和抗幹擾問題,盡量減少聲音信号損失(包括幅度、頻率和相位三方面損失),常用的傳輸線有音頻屏蔽線、數字線和音箱線等。

分析

以橫電磁(TEM)模的方式傳送電能和(或)電信号的導波結構。傳輸線的特點是其橫向尺寸遠小于工作波長。主要結構型式有平行雙導線、平行多導線、同軸線、帶狀線,以及工作于準TEM模的微帶線等,它們都可借助簡單的雙導線模型進行電路分析。各種傳輸TE模、TM模,或其混合模的波導都可認為是廣義的傳輸線。波導中電磁場沿傳播方向的分布規律與傳輸線上的電壓、電流情形相似,可用等效傳輸線的觀點分析。

分類

按傳輸媒質和結構上的特點,傳輸線可分為雙線傳輸線、微帶傳輸線、波導管傳輸線、表面波傳輸線和光導纖維等類。

雙線傳輸線

由兩拫平行的導電金屬線(一般為銅、鋼或鋁線)構成,傳送橫電磁波的傳輸線。按結構又可分為對稱型和同軸型兩類。我國廣泛使用的架空明線、各種對絞電纜和星絞電纜,都屬于對稱型的雙線傳輸線。中同軸和小同軸電纜則屬于同軸型的雙線傳輸線。

随着頻率的提高,雙線傳輸線的金屬損耗和介質損耗都迅速增加。而且傳輸線的橫向尺寸與波長相比已經不能忽略,對設備的制造工藝和維護标準都提出了更為嚴格的要求。特别是對稱型雙線傳輸線開放式的電磁場,回路間的耦合也愈為嚴重。因此傳輸頻率較低。我國的高頻對稱電纜一般開放頻率在252kHz以下的60路載波系統;中同軸電纜一般開放1800路載波通信系統,頻率8.5MHz。

微帶傳輸線

用于微波波段的一種不對稱傳輸線,傳輸準TEM波。結構的形式較多,性能用途也不相同。标準微帶的結構形式,是在較寬的接地金屬帶上方緊貼一層介質基片,基片的另一側貼附一條較窄的金屬長條。标準微帶線是微波集成電路中常用的一種傳輸線。

波導管傳輸線

用于微波波段中由空心導電金屬管構成的一種非TEM波傳輸線。波導管常用紫銅、黃銅等良導體制成,内壁還常鍍有一層導電性能優良的銀,使管壁具有很高的導電率。波導管的形狀主要有圓形、矩形和橢圓形等多種。

波導管由于管壁導電面積大,導電率高,因而金屬熱損耗比較小,也沒有輻射損耗(因為場是封閉的)和介質損耗(因為管内沒有固體介質)。一般用于厘米波和毫米波段。

表面波傳輸線

由單根圓形截面的金屬導體構成的波導,又稱高-包線。導體表面複有一層某種與内部導體電特性不同的介質材料,可以露天懸挂,導引電磁波沿傳輸線的表面傳輸。

光纖傳輸線

利用光導纖維作傳輸媒質,引導光線在光纖内沿光纖規定的途徑傳輸的傳輸線。根據傳輸模式的不同,可分為單模光纖與多模光纖兩類。光纖傳輸線具有通信容量大、傳輸距離遠、不受電磁幹擾、抗腐蝕能力強、重量輕等許多技術上的優點,是本世紀70年代出現的一種受到廣泛歡迎的傳輸線。

串擾

串擾(Crosstalk)也稱“交調幹擾”,主要源自兩個相鄰導體之間所形成的互感與互容,如圖所示。串擾會随着印制闆的走線布局密度增加而變得越來越嚴重,尤其是長距離的`總線結構和頻率較高且強度較大的信号線,更容易發生串擾現象。這種現象是經由互感和互容這樣的寄生參數,将能量由一個傳輸線耦合到相鄰的傳輸線上而造成的,因此串擾實際上是一種典型的EMI問題。

串擾包括電容耦合和電感耦合,電容耦合(容性串擾)通常是因為走線位于另一走線上方或參考層上方。這種串擾在平行線之間的影響要小一些,兩條較長的布線之間會有相互電容效應。當其中一條線上的電壓發生變化時,在另一條線上就會産生容性串擾。即會出現一個小的正脈沖,如同電源電壓變化而誘發的;電感耦合(感性串擾)是由于布線的電感造成的天線效應及信号間的公共阻抗對不同回路的影響。當一條導線的磁場在相鄰信号上感應出信号時,就會發生串擾現象。隻要有開關電流引起的磁場,就會産生瞬時耦合電壓。通常,微帶線的串擾較帶狀線嚴重。

根據串擾所發生的位置,可将串擾分為前向串擾和後向串擾。信号從源端傳輸到負載端,将發生前向串擾;如果信号被反射到源端,就會發生後向串擾。互容性耦合對前向串擾來說是正,而對後向串擾來說為負。在一般情況下,後向串擾對系統的影響要比前向串擾大。

串擾不僅會出現在時鐘或周期信号線上,同樣會出現在數據、地址、控制和LO走線中,因此必須盡量避免。串擾值與介電常數、線寬和間距有關。

為在PCB闆中避免串擾現象的發生,推薦以下布線建議。

提供正确的終端匹配阻抗,從而消除後向串擾。

盡可能減小布線的長度。

避免互相平行的走線布局,并保證走線間有一定的間隔,從而減小走線間的耦合。

降低走線的阻抗和信号的驅動電平。

盡量隔離時鐘及高速互連等EMI較差的信号。

減小器件間的距離,器件布局合理。

敏感的器件盡量遠離I/O互連接口、時鐘及易受數據幹擾和耦合影響的區域。

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