Impedancja falowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Impedancja falowa – wielkość opisująca właściwości ośrodka lub układu przenoszącego falę niestojącą, będąca miarą oporu, jaki ośrodek ten stawia drganiom podczas jej rozchodzenia się.

Impedancja linii elektrycznej[edytuj | edytuj kod]

Schemat pokazujący elementarny fragment linii transmisyjnej

Impedancja falowa linii elektrycznej jest definiowana jako stosunek napięcia przemiennego na wejściu linii, do natężenia prądu jakie to napięcie wywołuje w linii, przy założeniu, że w linii nie występują odbicia fali. Impedancję definiuje się dla każdego ośrodka, w którym przenoszone są fale elektromagnetyczne.

Jednostką impedancji falowej, podobnie jak impedancji w obwodach elektrycznych, jest om.

Z modelu linii transmisyjnej i zastosowanych do niej równań telegrafistów wynika, że impedancja charakterystyczna linii transmisyjnej wynosi:

gdzie:

Rrezystancja jednostki długości linii
Lindukcyjność jednostki długości linii
Gkonduktancja jednostki długości linii
Cpojemność jednostki długości
jjednostka urojona
ω – pulsacja.

Dla linii o małych stratach R i G można pominąć – wówczas impedancja falowa jest równa:

Impedancja falowa ośrodków dielektrycznych dla fali elektromagnetycznej, w tym i dla światła, jest równa:

Impedancja falowa próżni jest równa:

Jest to jednak wielkość teoretyczna. W rzeczywistych liniach o skończonej długości lub niejednorodności parametrów w różnych miejscach linii dochodzi do odbić, które zmieniają warunki pomiaru.

Praktycznie wartość impedancji wyznacza się przez pomiar pośredni, mierząc impedancję wejściową i impedancję wyjściową. Pierwiastek z iloczynu tych wartości jest równy impedancji falowej linii.

Fizycznie rozumie się przez to impedancję, jaką „widzi” fala padająca w kierunku swojego toru.

W teorii:

  1. Impedancja wejściowa linii długiej zwartej na końcu dąży do impedancji falowej.
  2. Impedancja wejściowa linii długiej obciążonej dwójnikiem o wartości impedancji falowej eliminuje falę odbitą oraz, dla każdej częstotliwości, dąży do impedancji falowej.

Impedancja linii jest parametrem odpowiadającym za odbicia sygnału na granicy różnych linii. W przypadku połączenia dwóch linii o impedancjach Z1 i Z2, gdy przejście między liniami jest znacznie mniejsze od długości rozchodzącej się w linii fali, współczynnik odbicia fali jest równy:

Współczynnik transmisji określa wzór:

W optyce[edytuj | edytuj kod]

Powyższy wzór ma też zastosowanie dla fal świetlnych, gdy światło pada prostopadle na granicę ośrodków. Dla częstotliwości fal świetlnych w wielu materiałach przenikalność względna jest bliska jedności, dlatego dla tych materiałów:

Współczynnik odbicia przyjmuje wówczas postać:

Współczynnik odbicia, gdy jednym z ośrodków jest próżnia lub powietrze, ma postać:

gdzie:

nwspółczynnik załamania światła.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  1. F.C. Crawford, Fale, PWN 1973

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]