Введение

Электрическая линия передачи. В телекоммуникациях и электротехнике в целом, несбалансированная линия – это пара проводников, предназначенных для передачи электрических сигналов, которые имеют неравные импедансы по всей своей длине относительно земли и других цепей. Примерами несбалансированных линий являются коаксиальный кабель или историческая система возврата по земле, изобретенная для телеграфа, но редко используемая в настоящее время. Несбалансированные линии противопоставляются сбалансированным линиям, таким как витая пара или двойной проводник, которые используют два идентичных проводника для поддержания баланса импеданса на протяжении всей линии. Сбалансированные и несбалансированные линии могут быть соединены с помощью устройства, называемого балуном. Главное преимущество несбалансированного формата линии – экономичность. Несколько несбалансированных линий могут быть проложены в одном кабеле с одним проводником на линию и одним общим возвратным проводником, обычно экраном кабеля. Аналогично, несколько микрополосковых цепей могут использовать одну и ту же плоскость заземления для обратного пути. Это выгодно отличается от сбалансированной кабельной системы, для которой требуется два проводника на каждую линию, то есть почти вдвое больше. Другим преимуществом несбалансированных линий является то, что для их правильной работы не требуются более дорогие сбалансированные схемы драйверов и приемников. Несбалансированные линии иногда путают с односторонней (однопроводной) передачей сигналов, но это совершенно разные концепции. Первая – схема кабельной прокладки, а вторая – схема передачи сигналов. Однако односторонняя передача сигналов обычно осуществляется по несбалансированным линиям. Несбалансированные линии не следует путать с однопроводными линиями передачи, которые вообще не используют возвратный путь.

Общее описание

Любую линию, имеющую отличающееся импедансное сопротивление обратного пути, можно считать несбалансированной. Однако несбалансированные линии обычно состоят из проводника, который является сигнальной линией, и другого проводника, заземленного или являющегося землей. Заземляющий проводник часто представляет собой земляную плоскость или экран кабеля. Заземляющий проводник может быть, и часто является, общим для нескольких независимых цепей. По этой причине заземляющий проводник также называют общим.

Телеграфные линии

Самым ранним применением несбалансированных линий передачи была электрическая телеграфная связь. Они состояли из отдельных проводов, натянутых между столбами. Изначально возвратный путь тока обеспечивался отдельным проводником. Некоторые ранние телеграфные системы, такие как экспериментальный игольный телеграф Шиллинга 1832 года и пятиигольный телеграф Кука и Уитстона 1837 года, использовавшийся британскими железными дорогами, требовали нескольких кодирующих проводов. По сути, это была параллельная шинная кодировка. В этих системах стоимость возвратного проводника была не столь значительной (один проводник на семь для самого раннего игольного телеграфа Шиллинга и один проводник на шесть для телеграфа Кука и Уитстона), но количество кодирующих проводников постепенно уменьшалось с совершенствованием систем. Вскоре потребовался только один кодирующий провод, при этом данные передавались последовательно. Важными примерами этих однопроводных систем были телеграф Морзе (1837) и одноигольный телеграф Кука и Уитстона (1843). В таких системах стоимость возвратного проводника составляла целых 50% от стоимости кабеля. Было обнаружено, что возвратный проводник можно заменить возвратным путем через землю с использованием заземляющих штырей. Использование заземления значительно снижало стоимость и быстро стало нормой. Подземные телеграфные кабели в больших зданиях или между станциями часто требовалось использовать для передачи нескольких независимых телеграфных линий. Эти кабели представляли собой несколько изолированных проводников, заключенных в металлический экран и общую защитную оболочку. В таких кабелях экран можно было использовать в качестве возвратного проводника. Подводные телеграфные кабели обычно состояли из одного проводника, защищенного стальной броней, по сути, коаксиального кабеля. Первый трансатлантический кабель такого типа был проложен в 1866 году. Ранние телефонные линии (телефон был изобретен в 1876 году) использовали ту же схему линии передачи, что и телеграф – несбалансированные одиночные провода. Однако телефонная связь начала ухудшаться после широкого распространения линий электропередач. Для борьбы с этой проблемой в телефонной связи стали использовать сбалансированные линии, а современной нормой для телефонной связи стал сбалансированный кабель с витой парой.

Коаксиальные линии

Коаксиальная линия (коаксиал) имеет центральный проводник сигнала, окруженный цилиндрическим экранирующим проводником. Экранирующий проводник обычно заземлен. Коаксиальный формат был разработан во время Второй мировой войны для использования в радиолокационных системах. Первоначально он изготавливался из жестких медных труб, но в настоящее время наиболее распространенной формой является гибкий кабель с оплетенным экраном. Преимущества коаксиальной линии – теоретически идеальный электростатический экран и высокопредсказуемые параметры передачи. Последнее обусловлено фиксированной геометрией конструкции, обеспечивающей точность, недостижимую при использовании свободных проводов. Открытые проводные линии подвержены влиянию находящихся поблизости объектов, изменяющих структуру поля вокруг проводника. Коаксиальная линия не страдает от этого, поскольку поле полностью ограничено внутри кабеля благодаря окружающему экрану. Коаксиальные линии обычно используются для соединения радиопередатчиков с их антеннами, для межблочных соединений электронного оборудования, работающего на высоких частотах и выше, и ранее широко применялись для создания локальных сетей до того, как скрученная пара стала популярной для этих целей. Триаксиальный кабель (триаксиал) является вариантом коаксиального кабеля, в котором второй экранирующий проводник окружает первый, разделенный слоем изоляции. Помимо дополнительной экранировки, внешние проводники могут использоваться для других целей, таких как питание оборудования или передача сигналов управления. Триаксиальный кабель широко используется для подключения камер на телевизионных студиях.

Передача мощности

Распределение электрической энергии обычно осуществляется в виде сбалансированной трехфазной системы. Однако в некоторых удаленных районах, где требуется относительно небольшая мощность, может применяться система с одним проводом и заземлением в качестве обратной цепи.