Přenos výkonu po přenosovém vedení


Z analogie se stejnosměrným obvodem je zřejmé, že k maximálnímu přenosu výkonu dochází při přizpůsobení zátěže. Proč tomu tak je, je možné kvantitativně vysvětlit následujícím způsobem:

Předpokládejme přenosové vedení buzené generátorem, který je přizpůsobený k zátěži. Vedení je zatížené zatěžovací impedancí různou od charakteristické, tj. takovou, že vyslaná vlna dojde na konec vedení, kde se část odrazí a cestuje zpět po vedení až ke generátoru. Protože generátor je přizpůsoben, absorbuje odraženou vlnu a promění ji v teplo. V případě, že generátor není přizpůsoben, odražená vlna je opět částečně odražena u generátoru a tak cestuje tam a zpět dokud její amplituda není zanedbatelně malá. Má-li vedení ztráty, pak se amplituda vlny zmenšuje i podél vedení, což se projeví ohříváním vedení.

 

imageS/1111.gif

Z této úvahy je zřejmé, že k tomu, aby se po vedení přenesl maximální výkon, musí být linka přizpůsobena na obou koncích charakteristické impedanci vedení. Při přizpůsobení dochází ke ztrátám jenom při jednom průchodu vlny. To se projeví jak lepším přenosem výkonu, tak menším ohřevem vedení.

Další kvalitativní poznatek je možné odvodit z toho, že při odrazu vzniká stojaté vlnění, které se projevuje existencí vysokého napětí na vedení v intervalech vzdálených od sebe o imageS/01_11/image010.gif. Pokud přenášíme vysoký výkon, jako např. v případě radaru, v oblastech vysokého napětí může dojít ke koronovému výboji, který způsobuje ztráty výkonu a může způsobit i průraz izolace.

Spočítáme-li klasický případ přizpůsobení generátoru s obecnou vnitřní impedancí obecné zatěžovací impedanci a vyneseme křivky závislosti na nepřizpůsobení v odporu nebo nepřizpůsobení v reaktanci, tj. křivky imageS/01_11/image020.gif je-li x= - xg a imageS/01_11/image022.gif pro Rz = Rg. První závislost bude křivka s maximem, druhá bude monotónně ubývat pro xz - xg≥ 0. V praxi se však neměří nejdříve impedance a z ní absorbovaný výkon, ale zejména v oblasti velmi vysokých kmitočtů se místo toho používá měření odraženého výkonu ze stojatého vlnění.

Povšimněte si na obrázku, že průběh stojatého vlnění není přesně symetrický, ale že minima jsou ostřejší než maxima. Pokud tedy měříme vlnovou délku, tak zásadně z minima. Víme, že činitel stojatého vlnění se dá vyjádřit jako imageS/01_11/image002.gif a že amplituda odražené vlny V2 ku amplitudě počítané křivky V1 je dána imageS/01_11/image004.gif:          imageS/01_11/image006.gif.

Ale výkon je úměrný V1,22 a tedy poměr výkonů imageS/01_11/image009.gif.

 

Obr. 1.11.1 Průběh přímé, odražené a stojaté vlny