خط نقل

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
رسم توضيحي لمسار موجة في خط نقل من دون فاقد . اللون الاخمر يمثل الضغط العالي واللون الأزرق الضغط (الكهربائي) المنخفض ، والنقط السوداء تمثل إلكترونات. ينته خط النقل عند معاوقة توفيقية إلى اليمين تمتص الموجة بالكامل .

خط نقل في الهندسة الكهربائية (بالإنجليزية: Transmission Line) هو نوع من الكابلات المصنعة بغرض نقل تيار متردد من الترددات الراديوية ، أي تيارات لها تردد عالي بحيث تناسب الطبيعة الموجية لانتشار التيار المتردد . وتستخدم خطوط النقل بغرض توصيل البث الراديوي وفي أجهزة الاستقبال وما يتصل بها من هوائيات ، وهي تقوم بتوزيع الإشارات في كابلات التوصيل التلفزيوني ، ومنها ما يستخدم في توزيع إشارات المخاطبة التلفونية وما ينظمها من مراكز تحويل ، وكذلك لربط شبكات الحواسيب والناقلات الحاسوبية السريعة.

في أنظمة الاتصالات التي تتطلب سرعة كبيرة جدا لنقل البيانات تستعمل الألياف الضوئية.

مقدمة[عدل]

في حالات التيار المستمر أو التيار المتردد منخفض التردد يمكن وصف سلوك التيار في الموصل على أساس مقاومته الكهربائية المعتمدة على طوله ، ومساحة مقطعة و موصليته. ولكن عندما يصبح طول موجة الإشارات مقاربة لطول الموصل أو يكون تردد الإشارات عاليا فلا تكفي تلك الطريقة البسيطة لوصف انتقال الإشارات . تنتشر الإشارات فيما على الموصل من مكثفات و ملفات بسرعة تقارب سرعة الضوء . لإغذا كانت مقاييس النظام الكهربائي كبيرة جدا ، يصبح من اللازم اتخاذ زمن سير الإشارات في الحسبان وتعالجها معالجة الموجات. ويلزم لتلك الأنظمة استخدام رياضيات خاصة .

وعل سبيل المثال لجهد متردد قدره 1 جيجاهرتز في الفراغ تبلغ طول موجته نحو 30 سنتيمتر . وتلعب الظاهرة الموجية دورا اساسيا في أنظمة الحواسيب الحديثة . ونظرا إلى الترددات العالية لانتقال الإشارات فتمثل الإشارات بنبضات قصير جدا وتنتقل على تلك الصورة.

في طرق الحساب القديمة للموصلية فكانت طول الموصل لا يزيد عن نصف طول موجة الإشارة وكانت المقاومة صغيرة بحيث يمكن أخذ تلعب المجالات العرضية للموجات الكهرومغناطيسية فقط في الجسبان . فإذا كانت مقاييس الموصل كبيرة فيلزم استخدام معادلات ماكسويل لحل تلك المسائل. وهنا نطبق معادلات ماكسويل لوصف عمل أجهزة تقنية الترددات العالية ، وعمل أجهزة قيادة الموجة وعمل الهوائيات.

معادلات الموصل[عدل]

دائر كهربائية تمثل موصل ذو سلكين .

يبين الشكل جزء من موصل خطي ذو سلكين نعتبر له عنصر الطول dx ، وفيه:

ملف L′ و مكثف C′,
مقاومة R′
تفريعة G′.

ينتج من حساب الجهد الأولي ( u(x,t والتيار الأولي ( i(x,t , والجهد (u(x+dx,t والتيار (i(x+dx,t عند النهاية لهذا العنصر من الموصل باستخدام قانوني كيرشوف ، تنتج المعادلتين التفاضليتين للموصل (تفاصيل الحساب تجدها في معادلات التلغراف):

\frac{\partial u(x,t)}{\partial x} = -R'\cdot i(x,t) - L'\cdot\frac{\partial i(x,t)}{\partial t}
\frac{\partial i(x,t)}{\partial x} = -G'\cdot u(x,t) - C'\cdot\frac{\partial u(x,t)}{\partial t}

من مهام نظرية التوصيل حل معادلات أمثال هذا النظام من البيانات المبدئية لمختلف التطبيقات العملية التقنية للموصل وتعيين سلوك الجهد (x,t) والتيار (i(x,t في الموصل عند المسافة x وعند النقطة الزمنية t.

حالة إشارات جيبية[عدل]

في كثير من تطبيقات تقنية التيار المتردد وتقنية الاتصالات يكفي اعتبار تغير الجهد وتغير التيار على أنه تغير جيبي توافقي . وباعتبار ان قفل الدائرة وفتحها قد انتهي فتصبح الدائرة في حالة ساكنة ومستقرة ، بمعنى أن يسري فيها إشارات جيبية (ساكنة) فقط. حينئذ يمكن تطبيق حسابات التيار المتردد المركبة ، ونظرا لعدم أخذ التغير الزمني للغشارات في الاعتبار فتتبسط معادلات الموصل إلى نظام معادلات تفاضلية عادية تعطي وصفا لمطال الجهد ( U(x ومطال التيار ( I(x واعتمادهما على المسافة x.

\frac{\mathrm{d}U(x)}{\mathrm{d}x} = -(R' + j\omega L')\cdot I(x)
\frac{\mathrm{d}I(x)}{\mathrm{d}x} = -(G' + j\omega C')\cdot U(x)

وتسمى تلك المعادلات في الكتب "المعادلات المركبة للموصل ".

اقرأ أيضا[عدل]