Unausgeglichene Linie – Wikipedia

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In der Elektrotechnik unsymmetrische Leitung ist eine Übertragungsleitung, häufig ein Koaxialkabel, deren Leiter ungleiche Impedanzen in Bezug auf Masse haben; im Gegensatz zu einer ausgeglichenen Linie. Mikrostreifen- und Einzeldrahtleitungen sind ebenfalls unsymmetrische Leitungen.

Allgemeine Beschreibung[edit]

Jede Leitung mit einer anderen Impedanz des Rückweges kann als unsymmetrische Leitung betrachtet werden. Unsymmetrische Leitungen bestehen jedoch normalerweise aus einem Leiter, der als Signalleitung betrachtet wird, und einem anderen Leiter, der geerdet ist oder selbst geerdet ist. Der Erdungsleiter hat häufig die Form einer Erdungsebene oder der Abschirmung eines Kabels. Der Erdungsleiter kann und ist häufig mehreren unabhängigen Schaltkreisen gemeinsam. Aus diesem Grund kann der Erdungsleiter als bezeichnet werden verbreitet.

Telegraphenleitungen[edit]

Die früheste Verwendung von unsymmetrischen Übertragungsleitungen war für die elektrische Telegraphenkommunikation. Diese bestanden aus einzelnen Drähten, die zwischen den Polen aufgereiht waren. Der Rückweg für den Strom wurde ursprünglich von einem separaten Leiter bereitgestellt. Einige frühe Telegraphensysteme, wie Schillings experimenteller Nadeltelegraph (1832) und der von den britischen Eisenbahnen verwendete Fünf-Nadel-Telegraph Cooke & Wheatstone (1837), erforderten mehrere Codedrähte. Im Wesentlichen handelte es sich um eine parallele Buscodierung. In diesen Systemen waren die Kosten für den Rückleiter nicht so hoch (jeder siebte Leiter für Schillings frühesten Nadeltelegraphen[1] und jeder sechste Dirigent für den Telegraphen von Cooke und Wheatstone[2]), aber die Anzahl der Codierleiter wurde mit verbesserten Systemen schrittweise verringert. Bald war nur noch ein Codierungsdraht erforderlich, wobei die Daten seriell übertragen wurden. Wichtige Beispiele für diese Einzeldrahtsysteme waren der Morse-Telegraph (1837) und der Cooke & Wheatstone-Einnadel-Telegraph (1843). In solchen Systemen betrugen die Kosten für einen Rückleiter vollständig 50 Prozent der Kabelkosten. Es wurde entdeckt, dass ein Rückleiter mithilfe von Erdungsspitzen durch einen Rückweg durch die Erde ersetzt werden kann. Die Verwendung der Erdrückführung war eine erhebliche Kostenersparnis und wurde schnell zur Norm.

Unterirdische Telegraphenkabel in große Gebäude oder zwischen Stationen, die häufig benötigt werden, um mehrere unabhängige Telegraphenleitungen zu führen. Diese Kabel hatten die Form mehrerer isolierter Leiter, die von einem Metallschirm und einem Gesamtschutzmantel umgeben waren. In solchen Kabeln kann der Schirm als Rückleiter verwendet werden. Unterwasser-Telegraphenkabel waren normalerweise ein einzelner Leiter, der durch eine Stahldrahtpanzerung geschützt war, praktisch ein Koaxialkabel. Das erste transatlantische Kabel dieser Art wurde 1866 fertiggestellt.

Frühe Telefonleitungen (Telefon erfunden 1876) verwendeten das gleiche Übertragungsleitungsschema wie Telegraphen von unsymmetrischen Einzeldrähten. Die Telefonkommunikation begann jedoch nach der weit verbreiteten Einführung von Stromleitungen zu leiden. Die Telefonübertragung begann, symmetrische Leitungen zu verwenden, um dieses Problem zu bekämpfen, und die moderne Norm für die Telefonpräsentation ist das symmetrische Twisted-Pair-Kabel.

Koaxialleitungen[edit]

Eine Koaxialleitung (Koax) hat einen zentralen Signalleiter, der von einem zylindrischen Abschirmleiter umgeben ist. Der Abschirmleiter ist normalerweise geerdet. Das Koaxialformat wurde im Zweiten Weltkrieg für den Einsatz im Radar entwickelt. Es wurde ursprünglich aus starren Kupferrohren hergestellt, aber die heute übliche Form ist ein flexibles Kabel mit einem geflochtenen Schirm. Die Vorteile von Koax sind ein theoretisch perfekter elektrostatischer Bildschirm und hoch vorhersehbare Übertragungsparameter. Letzteres ist ein Ergebnis der festen Geometrie des Formats, die zu einer Präzision führt, die bei losen Drähten nicht zu finden ist. Offene Drahtsysteme sind auch von Objekten in der Nähe betroffen, die das Feldmuster um den Leiter verändern. Coax leidet nicht darunter, da das Feld aufgrund des umgebenden Bildschirms vollständig im Kabel enthalten ist.

Koaxialleitungen sind die Norm für Verbindungen zwischen Funksendern und ihren Antennen, für die Verbindung von elektronischen Geräten, bei denen Hochfrequenz oder höher beteiligt ist, und wurden früher häufig zur Bildung lokaler Netzwerke verwendet, bevor Twisted Pair für diesen Zweck populär wurde.

Dreiachsiges Kabel (dreiachsig) ist eine Koaxialvariante mit einem zweiten Abschirmleiter, der den ersten mit einer dazwischen liegenden Isolationsschicht umgibt. Die Außenleiter bieten nicht nur eine zusätzliche Abschirmung, sondern können auch für andere Zwecke verwendet werden, z. B. zur Stromversorgung von Geräten oder zur Steuerung von Signalen. Triax wird häufig für den Anschluss von Kameras in Fernsehstudios verwendet.

Planare Technologien[edit]

Parallel gekoppelte Microstrip-Übertragungsleitungen. Das Design bildet einen Bandpassfilter

Übertragungsleitungen im planaren Format sind flache Leiter, die durch eine Reihe von Techniken auf einem Substrat hergestellt werden. Sie sind fast immer ein unausgeglichenes Format. Bei den niedrigen Übertragungsgeschwindigkeiten des frühen Telegraphen war es nur notwendig, die Übertragungsleitungstheorie für ein Schaltungsdesign zu berücksichtigen, wenn die Übertragung über viele Meilen erfolgte. In ähnlicher Weise sind die von Telefonen verwendeten Audiofrequenzen relativ niedrig und die Übertragungsleitungstheorie wird nur für Entfernungen von mindestens zwischen Gebäuden signifikant. Bei höheren Funkfrequenzen und Mikrowellenfrequenzen können jedoch Überlegungen zur Übertragungsleitung wichtig werden Innerhalb ein Gerät, nur eine Frage von Zentimetern. Bei den sehr hohen Datenraten, die von modernen Computerprozessoren verarbeitet werden, können Überlegungen zur Übertragungsleitung sogar innerhalb einer einzelnen integrierten Schaltung wichtig sein. Planare Technologien wurden für diese Art von kleinen Anwendungen entwickelt und sind für Fernübertragungen nicht sehr geeignet.

Streifenleitung

Die Streifenleitung ist ein flacher Leiter mit einer Masseebene sowohl über als auch unter dem Leiter. Die Variante der Streifenleitung, bei der der Raum zwischen den beiden Grundebenen vollständig mit einem dielektrischen Material gefüllt ist, wird manchmal als bezeichnet verdreifachen. Eine Streifenleitung kann hergestellt werden, indem das Übertragungsleitungsmuster auf eine Leiterplatte geätzt wird. Die Unterseite dieser Platte ist vollständig mit Kupfer bedeckt und bildet die untere Grundebene. Eine zweite Platine wird auf die erste geklemmt. Diese zweite Platte hat kein Muster auf der Unterseite und einfaches Kupfer auf der Oberseite, um die obere Grundebene zu bilden. Ein Blatt Kupferfolie kann um die beiden Platten gewickelt werden, um die beiden Masseebenen elektrisch fest miteinander zu verbinden. Andererseits wird eine Streifenleitung für Hochleistungsanwendungen wie Radar eher als feste Metallstreifen mit periodischen dielektrischen Trägern, im wesentlichen Luftdielektrikum, hergestellt.

Mikrostreifen

Der Mikrostreifen ähnelt der Streifenleitung, ist jedoch über dem Leiter offen. Es gibt kein Dielektrikum oder eine Masseebene über der Übertragungsleitung, es gibt nur ein Dielektrikum und eine Masseebene unter der Leitung. Mikrostreifen sind ein beliebtes Format, insbesondere bei Haushaltsprodukten, da Mikrostreifenkomponenten unter Verwendung der etablierten Herstellungstechniken von Leiterplatten hergestellt werden können. Designer sind somit in der Lage, diskrete Komponentenschaltungen mit Mikrostreifenkomponenten zu mischen. Da die Platine ohnehin hergestellt werden muss, entstehen für die Mikrostreifenkomponenten keine zusätzlichen Herstellungskosten. Für Anwendungen, bei denen Leistung wichtiger als Kosten ist, kann anstelle einer gedruckten Schaltung ein Keramiksubstrat verwendet werden. Microstrip hat einen weiteren kleinen Vorteil gegenüber Stripline; Die Leitungsbreiten sind im Mikrostreifen bei gleicher Impedanz breiter und daher sind Fertigungstoleranzen und Mindestbreite bei hochohmigen Leitungen weniger kritisch. Ein Nachteil des Mikrostreifens besteht darin, dass die Übertragungsart nicht vollständig quer verläuft. Genau genommen gilt die Standard-Übertragungsleitungsanalyse nicht, da andere Modi vorhanden sind, sie kann jedoch eine verwendbare Annäherung sein.

Integrierte Schaltkreise

Verbindungen innerhalb integrierter Schaltkreise sind normalerweise planar, so dass planare Übertragungsleitungen eine natürliche Wahl sind, wenn diese benötigt werden. Der Bedarf an Übertragungsleitungen ist am häufigsten in integrierten Mikrowellenschaltungen (MICs) zu finden. Es gibt sehr viele Materialien und Techniken, die zur Herstellung von MICs verwendet werden, und Übertragungsleitungen können in jeder dieser Technologien gebildet werden.

Planare Übertragungsleitungen werden weit mehr als nur zum Verbinden von Komponenten oder Einheiten verwendet. Sie können selbst als Komponenten und Einheiten verwendet werden. Jedes Übertragungsleitungsformat kann auf diese Weise verwendet werden, aber für die planaren Formate ist es häufig ihr Hauptzweck. Typische Schaltungsblöcke, die von Übertragungsleitungen implementiert werden, umfassen Filter, Richtungskoppler und Leistungsteiler sowie Impedanzanpassung. Bei Mikrowellenfrequenzen müssen diskrete Komponenten unpraktisch klein sein, und eine Übertragungsleitungslösung ist die einzige realisierbare. Andererseits müssen Übertragungsleitungsvorrichtungen bei niedrigen Frequenzen wie Audioanwendungen unpraktisch groß sein.

Kraftübertragung[edit]

Die Stromverteilung erfolgt normalerweise in Form einer symmetrischen Dreiphasenübertragung. An einigen entfernten Orten, an denen eine relativ geringe Energiemenge erforderlich ist, kann jedoch ein Eindraht-Erdungsrückführungssystem verwendet werden.

Verweise[edit]

  1. ^ Huurdeman, p. 54
  2. ^ Huurdeman, p. 67

Literaturverzeichnis[edit]