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전송선이란 송신단의 전원회로와 수신단의 부하를 연결하는 4단자 회로망을 말합니다.
회로에서 도선을 무시하곤 했는데 항상 무시해도 될까요?
- 항상 그렇진 않습니다.
위상차가 발생합니다
Dispersion
전송선에는 dispersion 즉 분산이 존재합니다.
구형파를 생각해보면 구형파는 여러 주파수 sin파의 합으로 볼 수 있습니다.
(푸리에 급수로 알아낼 수 있습니다)
dispersive line을 거치면 속도 변화가 생기고
속도 변화는 주파수마다 다릅니다.
때문에 선을 거친 신호에는 왜곡이 발생합니다.
빛의 분산과 같이 생각하면 쉬운데
빛이 다른 매질로 진행할 때 파장에 따라 속도가 달라지고 굴절이 일어나죠.
마찬가지입니다.
전송선의 종류

결국 다 동축으로 생각하면 됩니다.

등각변환을 이용한 매핑을 통해
전부 동축과 같은 형태로 만들 수 있습니다.
자세한 내용은 공학수학(공업수학) Dirichlet problem을 참고하면 좋을 것 같습니다.
Transmission Line Model
이전 전자장1에서 동축 케이블의 저항, 인덕턴스, 컨덕턴스, 커패시턴스 성분에 대해 알아보았습니다.

동축케이블에서 전압 전류 관계를 알기위해
동축케이블을 미소길이
토막 각각은 저항, 인덕턴스, 컨덕턴스, 커패시턴스 성분을 가지고 있을 것입니다.
다음 그림과 같이 말이죠.

여기에 KVL(Kirchhoff's voltage law)과 KCL(Kirchhoff's current law)를 적용해봅시다.
KVL
결론
KCL
N+1 노드에 KCL을 적용해보겠습니다.
결론
KCL과 KVL을 통해 두 식이 도출되었습니다.
$ -\frac{\partial v(z,t)}{\partial z}=R' i(z,t)+L'\frac{\partial i(z,t)}{\partial t}$
$ -\frac{\partial i(z,t)}{\partial z}=G' v(z,t)+C\frac{\partial v(z,t)}{\partial t} $
두 식을 페이저 변환을 하게되면
익숙한 식이 나옵니다.
이 식은 앞서 전기장과 자기장을 배울 때 나온 식과 아주 유사합니다.
7장 전기장, 자기장과 비슷하게 해석하면
$\frac{d^{2}\widetilda{I}(z)}{dz^{2}} -\gamma^{2}\widetilde{I}(z)=0$
이때 감마 제곱
마찬가지로 일반해는 다음과 같이 얻을 수 있습니다.
$\widetilde{I}(z)=I_{0}^{+} e^{-rz}+ I_{0}^{-} e^{+rz} $
여기서
아시다시피

이는 앞의 8장 입사, 반사파에서 배운 진행파에 대응됩니다.
Characteristic impedance
여기서도 마찬가지로 impedance를 정의하는데요.
전기장과 자기장의 비가 intrinsic impedance
전압과 전류의 비는 Characteristic impedance
전기장 E 대신 전압 V, 자기장 H 대신 전류 I가 대체된 것 같아 보이는데요.
Z는 다음과 같이 나옵니다.
using
->
Lossless 전송선
저항과 컨덕턴스를 0으로 둔 상황에 대해 알아보겠습니다.
즉
이때
이 식을 이용하면 전송선에서는 파가 빛의 속도로 전파됨을 알 수 있습니다?
동축에서
이므로 빛의 속도와 같음을 알 수 있습니다.
전압 반사 계수 Voltage Reflection Coefficient
아까 일반해를 구할 때 입사 반사파와 식의 형태가 같다고 언급했습니다.
이와 연결시켜 해석해봅시다.
전원과 부하가 있는 lossless 전송선을 생각해봅시다.
해로 도출된 전압과 전류 식에서 이를 입사, 반사 성분으로 볼 수 있고
식으로 나타내보겠습니다.
$\widetilde{I}(z)=\frac{V_{0}^{+}}{Z_{0}}e^{-j\beta z}- \frac{V_{0}^{-}}{Z_{0}}e^{j\beta z} $
부하
이전 전기장, 자기장에서 표현할 때와 마찬가지로 이해하기 쉽게 A B C로 표현해보겠습니다.
전압에서 A+B=C
전류에서 A/Z - B/Z = C/ZL
반사계수는 ~~~
이때
(normalized load impedance)
즉
과 같습니다.
(
반대로 load impedance
실제로 RL 회로에서 반사 성분이 크다면 신호가 왜곡될 것입니다.
일반적으로 0과 1 신호를 보내지만 반사 성분이 존재한다면 신호가 많이 틀어지겠죠.
때문에 설계 시 반사계수를 0에 가깝게 만드는 것이 중요합니다.
이를 매칭이라 합니다.
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