Johtosignaaleja

Johtosignaaleja ovat signaaleja, jotka etenevät sähköisten johtimien kautta ja joiden propagaatio tapahtuu rajatussa mediassa. Tyypillisiä esimerkkejä ovat jännitteellä tai virralla välitettävät digitaaliset ja analogiset signaalit, joita siirretään kuparijohtimissa, koaksiaalikaapeleissa ja piirien johtimissa. Johtosignaalit nähdään usein elektromagneettisina aalloina, jotka ovat välineen ympäristön rajatessa niiden kulun.

Transmission line -teorian avulla johtosignaaleja analysoidaan. Signaalin ominaisuudet määräytyvät lineaarisen impedanssin Z0, propagaatio-nopeuden v ja häviöiden mukaan. Taustamateriaalin dielektrisyys vaikuttaa nopeuteen, ja käytännössä TEM-tila on yleisin kulkevissa johtimissa kuten kuparilangoilla ja koaksiaalikaapeleissa; monimutkaisemmissa rakenteissa voi esiintyä useita moduksia ja dispersionia. Taajuus voi muuttaa signaalin muotoa ja häviöitä.

Häviöt ja heijastukset ovat olennaisia johtosignaaleissa. Epäyhtenäinen impedanssi lähettävän ja vastaanottavan pään sekä liittimet aiheuttavat heijastuksia, mikä heikentää signaalin laatua. Impedanssien tasapainottaminen eli impedanssimatching minimoi heijastukset. Signaalin kulkumatka määrittää viiveen: latenssi on pituuden ja propagaatio-nopeuden funktio.

Johtosignaaleja käytetään laajasti: Ethernet-verkot twisted pair -kaapeleilla, koaksiaalikaapelit televisiosignaalien siirtoon sekä monissa teollisissa ja kuluttajatuotteissa, joissa digitaalinen tai analoginen tieto siirretään johdinten kautta. Mittauksissa käytetään tavallisesti time-domain reflectometrya ja S-parameter -analyysiä impedanssin, taajuusvasteen ja heijastusten arviointiin.