Was passiert am Ende einer Übertragungsleitung?

Angenommen, ich wollte ein Widget erstellen, das ein Relais zum Umschalten zwischen zwei Antennen enthält. Es gibt eine Koax-Übertragungsleitung, die vom Sender eingeht, und zwei, die zu einer separaten Antenne führen. Im Inneren befindet sich ein Relais, das den Mittelleiter schaltet, und die Abschirmungen enden in einem Metallgehäuse um das Relais:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Nehmen wir weiter an, dass dies bei HF betrieben wird, sodass das Gehäuse im Verhältnis zur minimalen Wellenlänge, mit der dieses Gerät im Betrieb konfrontiert wird, sehr klein ist.

Am Punkt A liegt eine Impedanzdiskontinuität vor. Das Koax war , aber drinnen wird es etwas anderes sein. Bei Punkt B gibt es eine weitere Diskontinuität, während wir zurück zu . Hier muss also eine Wellenreflexion stattfinden.50 $50\Omega$$50\Omega$

Wie würde sich das auf den Sender auswirken? Würde dies zu einem schrecklichen SWR führen oder nicht? Warum?

Wahrscheinlich sehr wenig Wirkung, solange die Abmessungen klein sind. Von der linken Seite kommt eine Reflexion von Punkt 'A', dicht gefolgt von einer (fast) gleichen und entgegengesetzten Reflexion von 'B'. Solange der Abstand von 'A' zu 'B' klein ist, werden diese Reflexionen effektiv aufgehoben.

Nehmen wir als Beispiel an, die Impedanz innerhalb des Schalters beträgt 100 Ω. Der Reflexionskoeffizient bei 'A' beträgt 0,333 und bei 'B' -0,333. Wenn die Gehäusebreite beispielsweise 200 mm beträgt, beträgt die Zeit zwischen diesen Reflexionen etwa 1 ns (bei HF sehr klein).

Die Reflexionen werden weiterhin zwischen "A" und "B" "abprallen" und jedes Mal wird etwas Energie in die Übertragungsleitung eingekoppelt, diese treten jedoch in einem Abstand von 2 ns auf und werden jedes Mal aufgrund von internen Verlusten gedämpft.

Wir können ein Reflexionsdiagramm zeichnen, das den Effekt eines Einheitsschritts zeigt, der die Linie entlang wandert. Die vertikale Achse repräsentiert die Zeit und den Abstand der horizontalen Achse. Bei den Beispielfiguren tritt am Sender ein einige Nanosekunden dauerndes Überschwingen auf. Bitte entschuldigen Sie das amateurhafte Diagramm!

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Gemäß dem Vorschlag von supercat habe ich eine weitere Skizze hinzugefügt, die die resultierenden Wellenformen an der Quelle und beim Laden zeigt. Die Schrittweite ist die Umlaufzeit über den Schalter und zurück.

Obwohl diese Art von Diagramm hilfreich ist, um einen Einblick in das Geschehen zu erhalten, ist es nicht allzu hilfreich, die tatsächliche Überschwingamplitude zu berechnen. Effekte wie endliche Anstiegs- und Abfallzeiten, Mehrfachreflexionen innerhalb des Schalters (z. B. jede Seite des Relaiskontakts) und andere Effekte glätten die theoretischen Übergänge größtenteils. Ich habe nicht einmal die Leitungsdämpfung und andere Verluste angesprochen, noch habe ich die tatsächliche Impedanz des Relaisschalters geschätzt, was nicht trivial wäre. Bestenfalls kann man nur ein Worst-Case-Szenario abschätzen.

Aufgrund der kurzen Verbindungen ist der Effekt vernachlässigbar.

Als Faustregel gilt, dass auf einer Leitung, die kürzer als 1/10 der Signalwellenlänge ist , Übertragungsleitungseffekte so vernachlässigbar sind, dass sie ignoriert werden können. Bei HF würde die Wellenlänge 10-100 Meter betragen, was wiederum bedeutet, dass Sie das Problem ignorieren können, wenn Ihr Draht kürzer als 1-10 Meter ist (abhängig von Ihrer genau verwendeten Frequenz).