Simulieren Sie HF-Übertragungsleitungen bei niedrigen Frequenzen

Sie können eine Übertragungsleitung mit vielen Reiheninduktivitäten und parallelen Kondensatoren simulieren, aber das ist eine Menge Ärger und ich bin mir nicht sicher, ob Sie den Einblick erhalten, den Sie wirklich wollen.

Es ist eigentlich nicht so schwer, offensichtliche Übertragungsleitungseffekte bei hohen Frequenzen zu erkennen, wenn Sie ein Oszilloskop haben. Wenn Ihr Elektronikclub keinen hat, wäre das ein großartiges Gerät, um danach zu fragen. Finden Sie in der Zwischenzeit ein Unternehmen in der Gegend, das Elektronik herstellt und bereit ist, Schülern zu helfen. Ich vermute, dass die meisten von ihnen gerne helfen würden, wenn sie gefragt würden.

Wir haben das in einem Labor im College gemacht, und ich erinnere mich, dass ich überrascht war, wie klar und offensichtlich die Ergebnisse waren. Holen Sie sich eine Rolle Kabel. Koax wäre großartig, aber 100 Fuß Ethernet-Twisted-Pair-Kabel funktionieren auch gut. Höchstwahrscheinlich hat derjenige, der das Netzwerk in Ihrer Schule verwaltet, eine Rolle "CAT5" oder ein ähnliches Kabel, das er Ihnen leihen kann.

Verwenden Sie einen Signalgenerator oder eine einfache Schaltung mit einem digitalen Ausgang, der eine Rechteckwelle erzeugt. Verbinden Sie Masse und diese Rechteckwelle mit einem Ende eines verdrillten Paares und erhalten Sie Zugriff auf das andere Ende desselben verdrillten Paares.

Schauen Sie sich zunächst das Signal an, wie es am Sendeende mit und ohne etwa 50-Ω-Widerstand in Reihe eingespeist wird. Insbesondere beim Widerstand sollten Sie Treppenstufen sehen können, wenn die Reflexion vom anderen Ende zum Sendeende zurückkehrt. Jetzt können Sie einen 50-Ω-Widerstand über das ferne Ende legen und sehen, welche Wirkung er auf das sendende Ende hat. Sehen Sie sich auch das Signal am anderen Ende mit und ohne die Widerstände an. Ich denke, Sie werden deutliche Artefakte aus den Reflexionen sehen und wie sich die Dinge beruhigen, aber mit den vorhandenen Widerständen die halbe Spannung haben.

Andere Dinge, die Sie tun müssen, sind die Widerstände auf minimales Klingeln einzustellen, was bedeutet, die charakteristische Impedanz der Leitung zu finden. Es wäre auch eine interessante Übung, die Gesamtlaufzeit durch das Kabel zu messen, die Länge des Kabels zu messen und die tatsächliche Ausbreitungsgeschwindigkeit auf diesem Kabel zu berechnen. Sie werden überrascht sein, was Sie finden.

Vielleicht möchten Sie stattdessen ein mechanisches Modell erstellen. Das würde es viel einfacher machen, etwas zu bekommen, das bei so niedrigen Frequenzen funktioniert, dass Sie den Effekt mit bloßem Auge sehen können.

Wie dieses berühmte Video von Bell Labs , in dem Dr. JN Shive Wellen erklärt, damit ein Laie sie verstehen kann :-)

Das ist eine interessante Idee. (Ich würde die Rs loswerden) Ich hatte diese Idee, verschiedene Längen von (sagen wir) 50-Ohm- und 75-Ohm-Koaxialkabeln zusammenzustellen, das Endziel, 1/4-Wellenlängen-Impedanzanpassungsnetzwerke herzustellen. (Und andere Strukturen.) Das Problem ist, dass Sie für angemessene Koaxlängen ziemlich hohe Frequenzen benötigen. Es wäre schön, etwas zu bekommen, das bei niedrigeren Frequenzen (z. B. 10-20 MHz) funktioniert, wie sie bei kostengünstigen Signalgeneratoren verfügbar sind. Ein Problem, über das ich mich beim Ansatz mit konzentrierten Elementen wundere, ist, wie viele Elemente Sie benötigen. Sie haben eine diskrete vs. kontinuierliche Struktur, irgendwann wird sich die Diskretion zeigen. (Dies ist vielleicht nur ein langer Kommentar und ich werde ihn löschen, wenn/wenn sich jemand beschwert.)