Impedancja falowa
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]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/11/Transmission_line_element.svg/220px-Transmission_line_element.svg.png)
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:
- – rezystancja jednostki długości linii
- – indukcyjność jednostki długości linii
- – konduktancja jednostki długości linii
- – pojemność jednostki długości
- – jednostka urojona
- – pulsacja.
Dla linii o małych stratach i 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 kwadratowy 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:
- Impedancja wejściowa linii długiej zwartej na końcu dąży do impedancji falowej.
- 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 i 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:
- – współczynnik załamania światła.
Zobacz też
[edytuj | edytuj kod]- oporność falowa – impedancja falowa w akustyce.
Bibliografia
[edytuj | edytuj kod]- F.C. Crawford, Fale, PWN 1973.
Linki zewnętrzne
[edytuj | edytuj kod]- Characteristic Impedance (ang.)