В телекоммуникациях и электротехнике в целом несимметричная линия представляет собой пару проводников, предназначенных для передачи электрических сигналов, имеющих неодинаковое сопротивление по длине, а также для заземления и других цепей. Примерами несбалансированных линий являются коаксиальный кабель или историческая система возврата заземления , изобретенная для телеграфа, но сегодня редко используемая. Несимметричные линии следует противопоставлять симметричным линиям , таким как двухпроводные линии или витая пара , в которых используются два одинаковых проводника для поддержания баланса импеданса по всей линии. Сбалансированные и несимметричные линии можно соединить с помощью устройства, называемого балуном .
Главным преимуществом несбалансированного формата линии является экономическая эффективность. В одном кабеле может быть предусмотрено несколько несимметричных линий с одним проводником на линию и одним общим обратным проводником, обычно это экран кабеля . Аналогично, несколько микрополосковых схем могут использовать одну и ту же плоскость заземления для обратного пути. Это хорошо сравнимо со сбалансированной кабельной системой, для которой требуется два проводника на каждую линию, то есть почти в два раза больше. Еще одним преимуществом несимметричных линий является то, что для их правильной работы не требуются более дорогие симметричные схемы драйвера и приемника.
Несимметричные линии иногда путают с несимметричной сигнализацией , но это совершенно разные понятия. Первая представляет собой схему кабельной разводки, а вторая — схему сигнализации. Однако несимметричная сигнализация обычно передается по несбалансированным линиям. Несимметричные линии не следует путать с однопроводными линиями передачи , которые вообще не используют обратный путь.
Любая линия, имеющая другое сопротивление обратного пути, может считаться несбалансированной линией. Однако несимметричные линии обычно состоят из проводника, который считается сигнальной линией, и другого проводника, который заземлен или сам заземляется. Заземляющий проводник часто имеет форму заземляющей пластины или экрана кабеля . Заземляющий проводник может быть и часто является общим для нескольких независимых цепей. По этой причине заземляющий провод можно назвать общим .
Самое раннее использование несбалансированных линий электропередачи было для электрической телеграфной связи. Они состояли из одиночных проводов, натянутых между полюсами. Обратный путь тока изначально был предусмотрен отдельным проводником. Некоторые ранние телеграфные системы, такие как экспериментальный игольчатый телеграф Шиллинга 1832 года и пятиигольный телеграф Кука и Уитстона 1837 года, использовавшийся на британских железных дорогах, требовали нескольких кодовых проводов. По сути, это было кодирование параллельной шины . В этих системах стоимость обратного проводника была не столь значительна (один проводник из семи для самого раннего игольчатого телеграфа Шиллинга [1] и один проводник из шести для телеграфа Кука и Уитстона [2] ), но количество кодирующих проводников постепенно сокращалось. с улучшенными системами. Вскоре для последовательной передачи данных требовался только один кодирующий провод . Важными примерами этих однопроводных систем были телеграф Морзе (1837 г.) и одноигольный телеграф Кука и Уитстона (1843 г.). В таких системах стоимость обратного проводника составляла 50 процентов стоимости кабеля. Было обнаружено, что обратный проводник можно заменить обратным путем через Землю с помощью заземляющих шипов. Использование возврата земли дало значительную экономию средств и быстро стало нормой.
Подземные телеграфные кабели, ведущие к большим зданиям или между станциями, часто требовали проведения нескольких независимых телеграфных линий. Эти кабели представляли собой несколько изолированных проводников, окруженных металлическим экраном и общей защитной оболочкой. В таких кабелях в качестве обратного проводника может использоваться экран. Подводные телеграфные кабели обычно представляли собой одиночный проводник, защищенный броней из стальной проволоки , фактически это был коаксиальный кабель. Первый трансатлантический кабель такого типа был проложен в 1866 году.
Ранние телефонные линии (телефон был изобретен в 1876 году) использовали ту же схему линии передачи, что и телеграф, с несбалансированными одиночными проводами. Однако телефонная связь начала страдать после повсеместного внедрения линий электропередачи. Для решения этой проблемы в телефонной передаче стали использоваться симметричные линии , и современной нормой для телефонной связи является симметричная витая пара.
Коаксиальная линия (коаксиал) имеет центральный сигнальный проводник, окруженный цилиндрическим экранирующим проводником. Экранированный провод обычно заземлен. Коаксиальный формат был разработан во время Второй мировой войны для использования в радарах . Первоначально он был построен из жестких медных трубок, но сегодня обычная форма представляет собой гибкий кабель с плетеным экраном. Достоинствами коаксиала являются теоретически совершенный электростатический экран и высокая предсказуемость параметров передачи. Последнее является результатом фиксированной геометрии формата, что приводит к точности, недостижимой при незакрепленных проводах. На системы с открытыми проводами также влияют близлежащие объекты, изменяющие картину поля вокруг проводника. Коаксиальный кабель от этого не страдает, поскольку поле полностью содержится внутри кабеля благодаря окружающему его экрану.
Коаксиальные линии являются нормой для соединений между радиопередатчиками и их антеннами, для соединения электронного оборудования, где задействованы высокие частоты или выше, и ранее широко использовались для формирования локальных сетей, прежде чем для этой цели стала популярной витая пара.
Триаксиальный кабель (триаксиальный кабель) представляет собой вариант коаксиального кабеля со вторым экранированным проводником, окружающим первый, со слоем изоляции между ними. Внешние проводники не только обеспечивают дополнительное экранирование, но и могут использоваться для других целей, например для подачи питания на оборудование или сигналов управления . Triax широко используется для подключения камер в телестудиях .
Линии передачи плоского формата представляют собой плоские проводники, изготовленные с помощью различных технологий на подложке. Они почти всегда представляют собой несбалансированный формат. При низких скоростях передачи раннего телеграфа необходимо было учитывать теорию линии передачи при проектировании схемы только тогда, когда передача осуществлялась на многие мили. Точно так же звуковые частоты, используемые телефонами, относительно низки, и теория линий передачи становится значимой только на расстояниях, по крайней мере, между зданиями. Однако на более высоких радиочастотах и микроволновых частотах соображения о линии передачи могут стать важными внутри устройства, всего лишь в сантиметрах. При очень высоких скоростях передачи данных, которые поддерживаются современными компьютерными процессорами , вопросы линии передачи могут оказаться важными даже внутри отдельной интегральной схемы . Планарные технологии были разработаны для такого рода приложений небольшого размера и не очень подходят для передачи на большие расстояния.
Полосковая линия представляет собой плоский проводник с заземляющей пластиной как над, так и под проводником. Вариант полосковой линии, в котором пространство между двумя плоскостями заземления полностью заполнено диэлектрическим материалом , иногда называют тройной . Полосковая линия может быть изготовлена путем травления рисунка линии передачи на печатной плате . Нижняя часть этой платы полностью покрыта медью и образует нижнюю плоскость заземления. Вторая доска крепится поверх первой. Эта вторая плата не имеет рисунка внизу и имеет простую медь сверху, образующую верхнюю плоскость заземления. Лист медной фольги можно обернуть вокруг двух плат, чтобы электрически соединить две заземляющие плоскости вместе. С другой стороны, полосковые линии для приложений большой мощности, таких как радары, скорее всего, будут выполнены в виде сплошных металлических полос с периодическими диэлектрическими опорами, по существу воздушным диэлектриком.
Микрополосковая линия похожа на полосковую линию, но открыта над проводником. Над линией передачи нет диэлектрика или заземляющего слоя, под линией есть только диэлектрик и заземляющий слой. Микрополосковые — популярный формат, особенно в отечественной продукции, поскольку микрополосковые компоненты могут быть изготовлены с использованием устоявшихся технологий производства печатных плат. Таким образом, разработчики могут комбинировать схемы дискретных компонентов с микрополосковыми компонентами. Более того, поскольку плату в любом случае необходимо изготовить, микрополосковые компоненты не требуют дополнительных затрат на производство. В приложениях, где производительность важнее стоимости, вместо печатной схемы можно использовать керамическую подложку. У микрополосковой линии есть еще одно небольшое преимущество перед полосковой линией; ширина линий в микрополосках шире при том же импедансе , поэтому производственные допуски и минимальная ширина менее критичны для линий с высоким импедансом. Недостатком микрополосковой технологии является то, что способ передачи не является полностью поперечным . Строго говоря, стандартный анализ линии передачи неприменим, поскольку присутствуют другие режимы, но он может быть полезным приближением.
Соединения внутри интегральных схем обычно плоские, поэтому плоские линии передачи являются естественным выбором там, где они необходимы. Потребность в линиях передачи чаще всего возникает в микроволновых интегральных схемах (MIC). Для изготовления ВПК используется очень много материалов и технологий, и линии передачи могут быть сформированы с использованием любой из этих технологий.
Плоские линии передачи используются не только для простого соединения компонентов или блоков вместе. Они сами могут использоваться как компоненты и агрегаты. Таким образом можно использовать любой формат линии передачи, но для планарных форматов это часто является их основной целью. Типичные схемные блоки, реализуемые в линиях передачи, включают фильтры , ответвители направлений и делители мощности , а также устройства согласования импедансов . На микроволновых частотах дискретные компоненты должны быть непрактично маленькими, и решение с линией передачи является единственным жизнеспособным. С другой стороны, на низких частотах, например, в аудиоприложениях, устройства линий передачи должны быть непрактично большими.
Распределение электроэнергии обычно осуществляется в форме сбалансированной трехфазной передачи. Однако в некоторых удаленных местах, где требуется относительно небольшое количество электроэнергии, можно использовать однопроводную систему возврата на землю .