Волновые процессы в длинных цепях

[Мелос]

Никак не могу понять физическую суть волновых процессов. Понимаю формулы, но не могу сопоставить их реальными явлениями.

Например, что представляют из себя падающая и отражённая волна? Это действительно волна дошедшая до нагрузки, частично "отскочившая" от неё, и отправившаяся назад, или же это из-за противодействия равномерно распределённых реактивных элементов "создаётся впечатление", что волны две? 

Что представляет собой волновое сопротивление? Понимаю, оно аналогично характеристическому сопротивлению четырёхполюсника. Мол, это характеристика зависящая от строения системы, и описывающая при каком сопротивлении нагрузки получится согласованный режим. Однако если характеристические сопротивления бывают разные, в зависимости от входа , то волновое для линии одно. Плюс волновое имеет смысл в любой точке линии (отношение напряжения волны к току), а характеристическое только на входе и выходе. Значит есть какая-то разница в их сути?

Прошу, объясните, как вы их понимаете. А то совершенно не получается сопоставлять какие-то реальные условия, значения и теорию. 

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[rsrus]

5 часов назад, Мелос сказал:

Никак не могу понять физическую суть волновых процессов. Понимаю формулы, но не могу сопоставить их реальными явлениями. 

Это потому, что физика заменяется математикой. Попробуйте провести аналогию с процессом, который более понятен, например с распространением механической волны по натянутой длинной веревке или тросу.

Так можно увидеть форму волны, то как она бежит, как отражается от закрепленного конца с изменением фазы на противоположную. Увидите стоячие волны в линии с кз, если представите волну в виде напряжения. 

Подумайте, что будет, если удлинить эту линию такой-же веревкой или тонкой/толстой (аналогия с волновым сопротивлением) или подвесить груз (создать неоднородность в линии) на пути движения волны. Как избежать отражения или как передать всю механическую энергию в нагрузку.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[rsrus]

Теперь что касается остального.

Цитата

Например, что представляют из себя падающая и отражённая волна? Это действительно волна дошедшая до нагрузки, частично "отскочившая" от неё, и отправившаяся назад, или же это из-за противодействия равномерно распределённых реактивных элементов "создаётся впечатление", что волны две? 

Волна одна. Можете представить ее в виде большой одиночной волны на воде, она доходит до препятствия (нагрузки), отражается и идет в обратном направлении. Скорость гребня волны равна фазовой скорости, то есть отраженная волна приходит с задержкой.

В длинной линии падающая волна представляет собой периодический процесс, то есть, проводя аналогию с морем, волны набегают одна за другой на препятствие и также отражаются, суммируясь на обратном пути с падающими. По суммарным амплитудам тока и напряжения падающей и отраженной волн вычисляется сопротивление несогласованной линии в данной точке.

Цитата

Что представляет собой волновое сопротивление?

Волновое сопротивление это просто характеристика среды, в которой распространяется волна. Большинство используемых линий передач (коаксиальных) имеет волновое сопротивление 50 Ом. Это значит, что если подать сигнал амплитудой 50 вольт, то амплитуда тока в согласованной линии будет 1 ампер.

Цитата

Понимаю, оно аналогично характеристическому сопротивлению четырёхполюсника.

Длинная линия рассматривается как симметричный четырехполюсник.

Если Вы понимаете под характеристическим сопротивлением, равенство сопротивления четырехполюсника по входу или выходу его нагрузочному сопротивлению.

Цитата

Мол, это характеристика зависящая от строения системы, и описывающая при каком сопротивлении нагрузки получится согласованный режим.

Все верно, характеристика, зависящая от геометрии и взаимного расположения проводников линии передачи, и задающая погонные L и С.

 А согласованный режим означает, что вся мощность с линии поступает в нагрузку. В любой точке линии напряжение относится к току как волновое сопротивление и если мы ставим в эту точку нагрузку, то она должна при заданном напряжении проводить через себя тот же ток, а это возможно только при ее равенстве волновому сопротивлению.

Цитата

Однако если характеристические сопротивления бывают разные, в зависимости от входа, то волновое для линии одно.

Если четырехполюсник несимметричный, то будут разные. Но под сопротивлением линии имейте в виду полное сопротивление (импеданс), состоящее из активной и реактивной частей. Если линия с малыми потерями, то реактивную часть не учитывают.

Цитата

Плюс волновое имеет смысл в любой точке линии (отношение напряжения волны к току), а характеристическое только на входе и выходе. Значит есть какая-то разница в их сути?

Разницы нет между понятиями surge impedance (волновое сопротивление) и characteristic impedance (здесь понятнее перевести как собственный импеданс). Под характеристическим Вы наверно понимаете image impedance, с согласованием разными, зеркальными нагрузками по входу и выходу. Но здесь сильно не заморачивайтесь.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для заряда литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ очень важен контроль процесса заряда и разряда для избегания воздействия внешнего зарядного напряжения после достижения 100% заряда. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список таких решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[J_Ohm]

.@Мелос, наглядное пособие не нужно?

Симуляция длинной линии с синусоидальным импульсом в программе LTspice. Файл.