Por que a reflexão se aplica apenas às linhas de transmissão?

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Por que o conceito de reflexão de onda parece se aplicar apenas às linhas de transmissão? Por exemplo, para um circuito simples com duas resistências R1 = 50 e R2 = 75 , a onda de tensão vem da primeira resistência refletida pela quantidade: $\Omega$ $\Omega$

? $\Gamma = \dfrac{75-50}{75+50} = 0.2$

Então isso significaria uma reflexão de potência e uma transferência de potência de . Mas então qual é o poder incidente? $(0.2)^2 = 0.04 = 4\%$ $1 - 0.04 = 96\%$

Eu acho que você pode evitar isso como "linhas de transmissão e resistências são coisas diferentes", mas qual é a distinção fundamental entre elas? Você meio que tem uma "onda" de elétrons "viajando" em uma resistência, e eu acho que se eles atingirem outra resistência com uma habilidade diferente de permitir que os elétrons "viajem", então eles devem voltar parcialmente, portanto serão refletidos.

resistance transmission-line

— victorbg
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O conceito de reflexões também é importante na acústica.

— Dwayne Reid

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As reflexões acontecem em toda parte, não apenas nas linhas de transmissão. A linha de transmissão é um modelo da situação física, fácil de aplicar a um par de condutores cujo comprimento é comparável ou maior que o comprimento de onda do sinal e que é regular na seção transversal.

O que determina se as reflexões são importantes são as frequências e o tamanho físico do circuito. Se você tem impedâncias incomparáveis, recebe ondas refletidas da mesma maneira que descreve e precisa lidar com elas ou elas são desprezíveis por algum motivo. Aqui estão duas razões:

Para circuitos exclusivamente de baixa frequência, os reflexos refletem repetidamente e se estabelecem em uma escala de tempo muito mais rápida do que os sinais mudam. Ou seja, cada reflexão dupla é um sinal extra que está apenas fora de fase com o sinal original, mas à medida que ficam mais fora de fase, sua amplitude cai com rapidez suficiente para que possam ser negligenciadas. (Até os circuitos de RF podem ser construídos dessa maneira, como pode ser visto em muitos equipamentos amadores de rádio amador HF .)

À medida que a frequência aumenta, o comprimento de onda diminui, e o tamanho físico de seus componentes se torna relativamente maior, e você começa a se preocupar em evitar os "choques" de impedância. Isto é onde você começa a usar microstrip técnicas de design em circuitos impressos.
Nos circuitos digitais, as transições nítidas podem ter componentes de alta frequência que refletirão, mas você não precisa se preocupar com isso, desde que a velocidade do relógio seja muito mais lenta que a duração dos seus traços / fios (há uma conversão via c para fazer isso faz sentido, é claro) porque, no momento em que o relógio dá o próximo sinal, todos os sinais se estabilizam.

(Observe que aqui não há ondas estacionárias porque, no período de um único relógio, os sinais de condução são etapas (níveis lógicos alto a baixo ou baixo a alto), e não sinais periódicos.)

À medida que a velocidade do relógio aumenta, o tempo de acomodação disponível diminui, exigindo que você minimize os reflexos ou o tempo de viagem do sinal (para que a acomodação ocorra mais rapidamente).

— Kevin Reid
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Isso está começando a fazer sentido. Por exemplo, no meu circuito teórico simples, as ondas seriam refletidas em 20% vindo de R1 a R2, mas também seriam refletidas em todos os lugares do circuito até a lei de Kirchoff se aplicar e eu não precisa se preocupar com tal e qual reflexão (para baixas frequências), é isso mesmo?

— victorbg

@victorbg As leis de Kirchhoff se aplicam, não importa o quê. É apenas que você tem a opção de esperar até um estado estacionário e depois aplicá-las ao seu modelo de elementos agrupados, ignorando distâncias, ou aplicá-las a um modelo que inclua linhas de transmissão (ou aproximações de LC para elas).

— Kevin Reid

Vamos supor que as duas resistências agora estejam separadas por uma longa linha de transmissão. A partir do momento em que ligo meu gerador até chegar ao R2, não há diferença potencial no R2, certo? Para que a lei de Kirchoff para loops ainda não se aplique, ela será aplicada apenas no estado estacionário. Se você remover a linha de transmissão, ela ainda deve ser aplicada; somente, será muito (muito, muito) rápida.

— victorbg 31/07/2015

KCL ainda se aplica. O loop de corrente próximo ao gerador é fechado pela capacitância da linha de transmissão próxima ao gerador. À medida que a carga é carregada, a corrente para e a capacitância ao longo da linha é carregada (o loop aumenta), e assim sucessivamente até o loop envolver R2.

— Kevin Reid

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A diferença entre eles é que uma linha de transmissão é caracterizada tanto por uma capacitância quanto por uma indutância (e geralmente também por alguma resistência). Na vida real, a transmissão de um sinal envolve a geração de um campo magnético (uma vez que a corrente está fluindo) e campos elétricos (uma vez que existe uma diferença de tensão ao longo do condutor). A estrutura para lidar com esses campos são os conceitos de indutância e capacitância. Uma linha de transmissão pode ser modelada como uma rede indutiva / capacitiva distribuída, e são os atributos de armazenamento de energia da linha de transmissão que permitem produzir os efeitos que produz. Portanto, a razão pela qual ele se comporta de maneira diferente de um resistor ideal é que édiferente. Em frequências de áudio e curtas distâncias, esses efeitos realmente não importam, mas em altas frequências ou longas distâncias, eles podem se tornar importantes. Uma das primeiras aplicações a exigir tratamento desse material foram os cabos telegráficos transatlânticos. Frequências não muito altas, mas os comprimentos longos causaram problemas inesperados. Você pode ler aqui htp: //faculty.uml.edu/cbyrne/Cable.pdf, por exemplo, para uma discussão.

— WhatRoughBeast
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Os efeitos eletromagnéticos dos quais você está falando se aplicam a altas frequências. Normalmente, para análise de circuitos, a frequência é pequena, portanto os conceitos de reflexão e transmissão não se aplicam.

— muhammad muheeb
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Um resistor é um elemento de circuito agrupado quase por definição. Linhas de transmissão são usadas para modelar situações em que o comprimento da linha é próximo ou maior que o comprimento de onda. Se o seu resistor físico for maior que o comprimento de onda, você precisará modelá-lo como algo mais complexo do que uma simples resistência concentrada. Uma opção pode ser uma linha de transmissão com perdas.

— Adam Haun
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Os efeitos da linha de transmissão ocorrem quando o tempo de espera do driver é mais rápido que o atraso de propagação do fio. Se não for esse o caso, o fio normalmente se comporta como uma indutância concentrada e a carga como uma capacitância agregada. Eu fiz muitas modelagens usando o SPICE e medições de placas de PC e foi isso que eu encontrei.

— Stanlackey
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