Применение длинных линий для задержки сигналов

Линия задержки — устройство, предназначенное для задержки электромагнитных сигналов на определённый промежуток времени. Линии задержки широко применяются в разных областях радиоэлектронных технологий — в радиолокации и радионавигации, измерительной технике, вычислительной технике и автоматике, электроакустике, технике связи, в научных исследованиях.

Существуют следующие линии задержки: для задержки электрических сигналов: аналоговы - на линиях с распределёнными параметрами (кабельные, волноводные); искусственные (цепи с сосредоточенными параметрами); с преобразованием электрических сигналов в сигналы другой физической природы (ультразвуковое, оптическое излучение) и обратно; цифровые - аппаратно реализованные цифровые и программно реализованные; акустооптические - с прямым детектированием и гетеродинного типа.

Линии задержки подразделяются также на широкополосные (как правило, с нижней частотой 0 Гц) и узкополосные (для задержки сверхвысокочастотного или оптического сигнала). СВЧ и оптические линии бывают дисперсионными (волновая скорость зависит от частоты) и бездисперсионными.

Наиболее простой способ реализации задержки электрического сигнала — использование в качестве задерживающей среды линий передачи определённой длины, так как скорость распространения сигнала в линиях конечна и относительно стабильна, сигнал при прохождении через линию задерживается на время пропорциональное её длине. В качестве линии могут использоваться радиочастотные кабели, полосковые и микрополосковые линии, а также волноводы, преимущественно ферритовые (с использованием магнитостатических волн), линия обязательно должна иметь хорошо согласованную нагрузку на выходе, для предотвращения искажения сигнала.

Искусственная линия задержки представляет собой последовательность звеньев, имитирующих реальную линию. В качестве звеньев могут быть использованы LC-цепочки из конденсаторов, индуктивных элементов или, в некоторых случаях (в СВЧ-технике), резонаторы с распределёнными параметрами. Искусственные линии задержки применяются для временно́й расстановки импульсов в устройствах радиолокации, радионавигации, для задержки СВЧ сигналов и в других целях, выполнены чаще всего в виде модулей с множеством отводов, что позволяет получить разные значения задержки, существуют также ЛЗ с регулируемой задержкой. Искусственные ЛЗ позволяют получить большие значения задержки, чем естественные линии на кабелях и волноводах, однако неудобны тем, что имеют малый рабочий диапазон, поэтому постепенно заменяются цифровыми ЛЗ — в импульсной технике и акустическими — в СВЧ-технике.

Принцип работы ультразвуковых ЛЗ состоит в том, что электри­ческий сигнал с помощью электромеханического преобразователя преобразуется в механические колебания, которые затем распро­страняются и виде упругих волн по определенному направлению через звукопровод и далее снова преобразуются в электрический сигнал. Время задержки выходного сигнала относительно входного определяется акустическими параметрами среды звукопровода, его размерами и конфигурацией и типом волн.

Цифровая линия задержки представляет собой цифровое устройство, предназначенное для задержки цифровых сигналов во времени на заданное число тактов. Время задержки в таких линиях либо фиксированное, либо может программироваться извне.

В оптических линиях задержки свет задерживается в процессе прохождения через оптическую среду с низкой скоростью распространения сигнала, то есть с высоким показателем преломления. Наиболее распространёнными являются волоконно-оптические линии задержки.