Single-wire linii przesyłowych - Single-wire transmission line
Linii przesyłowych pojedynczego drutu (lub sposób pojedynczy przewód ) jest sposobem transmisji energii elektrycznej lub sygnałów za pomocą tylko jednego przewodu elektrycznego. Jest to w przeciwieństwie do zwykłego użytkowania pary drutów zapewniając pełny obwód, lub kabel elektryczny także zawierającego (co najmniej) dwóch przewodów dla tego celu.
Linia transmisji pojedynczego drutu nie jest taki sam jak powrotnej ziemia pojedynczego drutu układu, które nie jest zawarte w tym artykule. W urządzeniu zależy od prądu powrotu przez ziemię stosując ziemię jako drugiego przewodu między elektrodami zacisk uziemienia. Zatem, ziemia skutecznie tworzy drugi przewód. W linii przesyłowej single-wire nie ma drugiego dyrygenta jakiejkolwiek formie.
Zawartość
Historia
Już w 1780 Luigi Galvani pierwszy zaobserwowano efekt elektryczności statycznej w wywoływaniu nogi żaby drgać, a taki sam efekt obserwowano wytwarzany tylko z uwagi na pewne styków metalowych krzyżownicy obejmującym pełny obwód. Ten ostatni efekt był właściwie zrozumiane przez Alessandro Wolty postaci prądu elektrycznego wytworzonego przez nieuwagę, co stały się znane jako ogniwa fotowoltaicznego (akumulatora). Zrozumiał, że taki prąd wymagany kompletny obwód do prowadzenia energii elektrycznej, choć rzeczywisty charakter prądów elektrycznych nie było w ogóle rozumieć (dopiero sto lat później miałby elektron być odkryte). Wszystko dalszy rozwój silników elektrycznych, świateł itp oparł się na zasadzie pełnego obiegu, zazwyczaj z udziałem pary przewodów, ale niekiedy przy użyciu ziemi jako drugi dyrygent (jak komercyjnej telegrafii ).
Pod koniec 19 wieku, Nikola Tesla wykazały, że przy użyciu sieci elektrycznej dostrojony do rezonansu można było przesyłać energię elektryczną przy użyciu tylko jednego przewodu, bez konieczności korzystania z przewodem powrotnym. Zostało to mówi się jako „przesyłania energii elektrycznej przez jeden przewód, bez powrotu”.
W 1891, 1892 i 1893 wykładach pokazowych z oscylatorów elektrycznych przed AIEE w Columbia College w Nowym Jorku, IEE, Londynie, Franklin Institute w Filadelfii i National Association Electric Light, St. Louis, wykazano, że silniki elektryczne i pojedynczym końcową żarówki mogą być obsługiwane za pomocą jednego przewodu bez przewodu powrotnego. Chociaż pozornie pozbawione kompletny obwód taka topologia skutecznie uzyskuje obieg powrotny z tytułu obciążenia za siebie pojemność i pasożytnicze pojemności .
Tak więc cewki odpowiednich wymiarach może być związane ze sobą z tylko jednym z jej końców do sieci z urządzenia niskiego EMF i chociaż układ maszyny nie będzie zamknięta w normalnym przyjęcia perspektywie , jednak urządzenie może być wypalony jeśli odpowiedniego efektu rezonansu będą uzyskane.
Końcowa odniesienie do „wypalania” maszyna było podkreślenie zdolności takiego systemu transmisji dużej mocy danego właściwego dopasowania impedancji , które można otrzymać za pośrednictwem elektrycznego rezonansu .
Teoria
Obserwacja ta została ponownie odkryta kilka razy, i opisane, na przykład, w patencie 1993. Przekazywanie pojedynczego drutu w tym sensie nie jest możliwe przy użyciu prądu stałego i całkowicie niepraktyczne dla niskich częstotliwości prądu przemiennego , takiego jak standardowe częstotliwości linii zasilania 50-60 Hz. Przy znacznie wyższych częstotliwości, to jednak jest możliwe, że obieg powrotny (które zazwyczaj są połączone poprzez drugi przewód), aby wykorzystać samoregulacji i pojemność pasożytniczą dużej przewodności, być może nawet obudowę ładunku siebie. Chociaż samo pojemność nawet dużych obiektów jest raczej niewielki w zwykłych warunkach, jak Tesla sam ceniona jest możliwe rezonować że pojemność za pomocą dostatecznie dużą cewkę (w zależności od częstotliwości używane), w którym to przypadku dużej reaktancji tej pojemności jest zaprzepaszczone. To pozwala na przepływ dużego prądu (i dużej mocy jest dostarczany do obciążenia), bez potrzeby źródła bardzo wysokiego napięcia. Chociaż ta metoda przesyłu energii od dawna zrozumiał, że nie jest jasne, czy doszło do naruszenia komercyjne zastosowanie tej zasady do przesyłu energii elektrycznej .
Pojedyncze falowody przewodowe
Już w 1899 roku Arnold Sommerfeld opublikował przewidywaniu zastosowanie pojedynczego przewodu cylindryczny (przewodowe) do propagacji częstotliwości radiowej energię w postaci fali powierzchniowej . Sommerfeld „drut fala” była przedmiotem zainteresowania teoretycznego jako tryb rozmnożeniowego, ale to było kilkadziesiąt lat wcześniej istniała technologia generowania wystarczająco wysokich częstotliwościach radiowych dla każdego takiego eksperymentowania, nie mówiąc już o praktycznych zastosowań. Co więcej, rozwiązanie opisane nieskończoną linię przesyłową bez uwzględnienia energii sprzęgła (lub poza nią).
O szczególnym znaczeniu praktycznym, choć było przewidywanie znacznie niższej sygnału tłumienia w porównaniu do tego samego przewodu używając jako dyrygent centrum kabla koncentrycznego . W przeciwieństwie do poprzedniego wyjaśnienia pełnego przesyłanej energii bytu ze względu na prąd klasycznej poprzez drutu, w tym przypadku prądy w przewodzie Sama są znacznie mniejsze, z energia przekazywana w postaci fal elektromagnetycznych ( fal radiowych ). Ale w tym przypadku, obecność drut prowadzący, który działa na falę w kierunku obciążenia, zamiast promieniującej z dala.
Zmniejszenie strat omowych w porównaniu z wykorzystaniem kabla koncentrycznego (lub innych linii dwuprzewodowym) jest zaletą zwłaszcza przy wysokich częstotliwościach, gdzie straty te stają się bardzo duże. W praktyce stosowanie tego sposobu transmisji poniżej częstotliwości mikrofalowych jest bardzo problematyczne, ze względu na bardzo wydłużonych wzorów pola wokół przewodu. Pól związanych z falą powierzchniową wzdłuż przewodu są ważne z wielu średnic przewodów, a zatem z metalu lub nawet materiały dielektryczne przypadkowo występujących w tych regionach będzie zakłócać propagację trybu i zwykle zwiększa straty propagacji. Chociaż nie istnieje zależność długości fali tego wymiaru w kierunku poprzecznym do kierunku propagacji nie jest konieczne, aby co najmniej jednej drugiej fali o długości przewodu do pełnej obsługi trybu siewnego. Z tych powodów, a w zakresie częstotliwości dostępnych przed do około 1950 praktyczne wady takiej transmisji całkowicie przeważają mniejsze straty na skutek ograniczonej przewodności drutu jest.
linia Goubau
1950 Georg Goubau revisited odkrycie sommerfeld dotyczącą trybu powierzchniowej fali wzdłuż drutu, ale z zamiarem zwiększenia jego praktyczność. Jednym głównym celem było zmniejszenie rozmiarów pól otaczających żyłę tak, że taki drut nie będzie wymagać nieracjonalnie duży luz. Innym problemem było to, że fala Sommerfelda propagowane dokładnie z prędkością światła (lub nieco mniejszą prędkością światła w powietrzu, przez drut otoczony powietrzem). To oznaczało, że nie będzie strat promieniowania . Przewód prosto działa jako długi anteny drutu , pozbawiając Promieniowanie z trybu instrukcją. Jeżeli prędkość propagacji może być zmniejszona poniżej prędkości światła następnie okoliczne pola stają się ulotne , a zatem są w stanie propagować energię z dala od obszaru otaczającego drut.
Goubau badano korzystny efekt drutu, którego powierzchnia ma strukturę (zamiast dokładnego cylindra), jak można by uzyskać za pomocą gwintowanego drutu. Co ważniejsze, Goubau zaproponowano nakładanie warstwy dielektrycznej otaczającego drut. Jeszcze dość cienka warstwa (w stosunku do długości fali) dielektryka zmniejsza prędkość propagacji wystarczająco poniżej prędkości światła, eliminując straty promieniowania z falą powierzchniową wzdłuż powierzchni długiego drutu prostej. Modyfikacja ta miała również wpływ znacznie zmniejszając emisję pól elektromagnetycznych wokół drutu, zwracając się do innego praktycznego obawy.
Wreszcie, Goubau wynalazł metodę uruchamiania (i odbieranie), energii elektrycznej z takiej linii przesyłowej. Opatentowany linia Goubau (lub „Linia G”) składa się z jednego przewodnika pokrytego materiałem dielektrycznym. Na każdym końcu jest szeroko dysk z otworem w środku, przez który przechodzi linia przesyłowa. Dysk może być podstawą stożka, z wąskim końcem połączona typowo tarczy współosiowego przewodu zasilającego i przewodu przesyłowego samej łączącego się z środkowym przewodem kabla koncentrycznego.
Nawet przy ograniczonej mierze z okolicznych pól w projektowaniu Goubau za takie urządzenie staje się tylko praktyczny na UHF częstotliwości i powyżej. Wraz z rozwojem technologicznym w terahercowych częstotliwościach, gdzie straty są jeszcze większe metalowe, korzystanie z transmisji za pomocą fal powierzchniowych i linie Goubau pojawia się obiecująco.
E-Line
Od 2003 do 2008 roku patenty zostały zgłoszone do systemu przy użyciu oryginalnego gołe (niepowlekany) Drut Sommerfeld, ale wykorzystujący wyrzutnię podobną do opracowanej przez Goubau. Został on promowany pod nazwą „E-line” do 2009. Zatem uzyskana prędkość fali nie jest ograniczone przez powłokę dielektryczną lub specjalnego uzdatniania przewodem, jak opisano w sposób niezbędny promieniowania przez Goubau G-Line. Linia ta jest uważana za całkowicie nie promieniujące propagacji energii za pomocą uprzednio nierozpoznane poprzecznej magnetycznej (TM) fali. Zgodnie ze swoim przeznaczeniem, w tym przypadku jest szczególnie do tworzenia kanałów wysoki wskaźnik informacji z wykorzystaniem istniejących linii energetycznych do celów komunikacyjnych. Zostało zaproponowane do transmisji częstotliwości od 50 MHz do poniżej powyżej 20 GHz przy użyciu istniejących wcześniej pojedyncze lub linka napowietrznych przewodów zasilających.
Podczas Goubau-liny, które wymaga przewodu posiadający zewnętrzną dielektryka lub w warunkach specjalnych powierzchniową, aby zmniejszyć prędkość fali na przewód, od dawna wiadomo, sposób ten bardziej ogólnie poprzecznej magnetycznej (TM), nie ma to ograniczenie. E-Line jest podobna do Goubau-Line w jego wykorzystaniu wyrzutni do sprzęgania oraz z promieniście symetryczny rozmnożeniowego fal w przestrzeni wokół pojedynczego przewodu, ale różni się tym, że może on działać na przewodach izolacyjnych wolne, w tym tych, które są polerowane i całkowicie unfeatured. Prędkość propagacji fali nie jest zmniejszona i znajduje się w zasadzie na fali przemieszczające się w tym samym podłożu w nieobecności jakiegokolwiek przewodnika w ogóle. Ponadto, praktyczne wyrzutni nie musi mieć przekrój poprzeczny, który jest duży fragment o długości fali. Energii związane z falą ogranicza się do obszaru określonego przez średnicę i geometrii przewodu, a nie od długości fali sygnału rozmnożeniowego. Launcher ma niską częstotliwość graniczna filtru ograniczona przez długość wyrzutni wzdłuż przewodu.
Zachowanie takiego systemu jest niezależna od częstotliwości pracy, ale to zależy od szczegółów przewodu zasilającego i jego otoczenia. „Dla pobliskiego przewód inne niż sama linia może zapewnić punkt zakończenia, a tym samym ograniczenia zużycia energii przekazywanej do fali tm”. (Nie ma to znaczenia dla 1891-1893 stołowych demonstracji Tesla). Ponieważ dla każdej linii przesyłowej, przy bardzo wysokich częstotliwości, zwiększonych strat na przewodzie metalowym, pomimo korzyści uzyskanych z wykorzystaniem trybu fali powierzchniowej zwiększa się jednak, ponieważ przewód straty są odwrotnie proporcjonalne do kwadratu impedancji linii, tryb ten można osiągnąć znacznie mniejsze straty, nie więcej niż kilka procent 50 omów koncentryczne linii mającej ten sam przewód środkowy. Skutki kranów linii, łuki, izolatorów i innych zaburzeń normalnie znalezione w systemach dystrybucji energii zostały opisane jako „do przewidzenia i opanowania”. W zależności od takich czynników, otrzymany tłumienność wraz z przesyłanym wrażliwości mocy i odbiornik, będzie określać maksymalną odległość zajmowanej przez taki system. Jak systemach CATV, zwiększona trasa komunikacyjna od końca do końca może być uzyskane poprzez użycie wzmacniaków .
Aby skorzystać z istniejących przewodów, stożkowych elementów wyrzutnika jest zbudowany z rowka poprzez stożek tak, że można je łatwo zamontować na istniejącej linii elektroenergetycznej (zamiast być wkręcony poprzez stożek). Systemy mogą wykorzystywać urządzenia startowa zaledwie 15-20 cm średnicy z górnej HF przez fal milimetrowych, tak długo jak ma dostateczną długość uruchomienie wzdłuż przewodu. Na ogół są wymagane struktury długości co najmniej jedna czwarta długości fali. Jeden metr długości wyrzutni z otworem 10 cm, może stanowić do 2 dB tłumienności od 130 MHz przez wiele GHz. Systemy zbudowane w ten sposób można zapewnić zarówno znaczący np transferu energii zapewniając siłę napędową dla helikopterów elektrycznych działających jako sterowców, jednocześnie zapewniają one niskie podłączenie linii przesyłowych strat na wadze, wysokimi antenami wysokości.