Simulazione: linee di trasmissione

In fase di sviluppo Stesura preliminare In fase di sviluppo

Con questa attività verranno sperimentati i modelli delle linee di trasmissione normalmente presenti in un simulatore, verificando in particolare gli effetti della lunghezza della linea e dell'impedenza del carico e della sorgente.

In apertura: la simulazione di una linea di trasmissione non terminata correttamente.

Operazioni preliminari

Innanzitutto occorre conoscere le costanti primarie e secondarie delle linee di trasmissione da utilizzare, per esempio consultando la pagina https://en.wikipedia...constants (nota 1) . Possiamo usare come cavi esemplificativi:

Tipo R [Ω/m] G [S/m] L [H/m] C [F/m]
RG58 48e-3 10e-15 253e-9 101e-12
CAT5        

Dalle costanti primarie possiamo ricavare quelle secondarie, in particolare l'impedenza caratteristica e le velocità di propagazione:

Tipo Z0 [Ω] v [m/s]
RG58 50 198e6
CAT5    

Linee lossy

Simuliamo una linea di trasmissione realizzata con un cavo RG58 usando un modello lossy. Questo modello include gli elementi dissipativi R e G e meglio si presta a simulare linee di elevata lunghezza.

Linea adattata

Il primo circuito di test costituito da:

Due linee

Una simulazione di tipo transient produce i seguenti segnali:

Risposta

Il segnale di uscita è praticamente identico a quello di entrata, solo un poco attenuato a causa dell'energia dissipata dalle resistenze R e 1/G.

Prima di proseguire verificare di aver ben compreso l'origine del ritardo tra le linee verde, blu e rossa, anche da un punto di vista quantitativo.

Linea non adattata

Consideriamo una linea non adattata in uscita, cioè con una resistenza di carico R2 diversa da Z0.

Se R2 è molto più piccolo di Z0 il grafico è il seguente:

Linea disadattata

Tentativo di spiegazione

Innanzitutto scusate la descrizione iper-semplificata, ma la soluzione delle equazioni del telegrafista va ben oltre quello che può essere presentato in una classe non terminale dell'istituto tecnico...

  1. La corrente e la tensione all'ingresso della linea ovviamente non sono influenzate dal carico in uscita: il campo elettromagnetico non ha infatti ancora percorso la linea fino in fondo. I loro valori sono quindi determinati dall'impedenza caratteristica Z0
  2. La corrente percorre la linea, ma solo al termine "scopre" che la resistenza di carico è molto piccola: la tensione deve quindi essere più piccola di quella presente in ingresso; in pratica è come se in uscita fosse presente un generatore di una tensione negativa che, sommata a quella in arrivo, produce la tensione effettivamente misurata, molto piccola nell'esempio
  3. Questa tensione negativa si propaga all'indietro, percorrendo la linea verso il generatore che, grazie alla sua resistenza di uscita R1, assorbe la potenza che è stata riflessa.

Ulteriori analisi

Linee "lossless"

Replicare quanto descritto nel precedente paragrafo usando il modello lossless della linea di trasmissione. Differenze?

Note

  1. Attenzione alle conversioni delle unità di misura


Pagina creata nel gennaio 2021
Ultima modifica: 11 gennaio 2021


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