Волновое сопротивление коаксиального кабеля

Сопротивление коаксиального кабеля

50 или 75 Ом?

При равном диаметре (по внутренней изоляции) 77-омная коаксиальная линия с проводниками из меди и воздушным диэлектриком оптимизирована по минимуму коэффициента затухания, 60-омная — по наибольшему пробивному напряжению, а 30-омная — по максимальной передаваемой мощности. У коаксиальных кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией минимум потерь соответствует волновому сопротивлению 50 Ом, с пенистым полиэтиленом — 60 Ом, но все эти различия не ярко выражены и гораздо большее значение имеет качество материалов и тщательность изготовления. Поэтому при выборе волнового сопротивления кабеля достаточно руководствоваться соображениями удобства согласования.

Если выбор конкретных типов кабеля ограничен, имеет смысл просчитать, что выгоднее с точки зрения минимизации потерь: использование кабеля с высокой степенью естественного согласования сопротивлений, но с большим затуханием или менее подходящего по волновому сопротивлению, но более качественного кабеля с дополнительными согласующими цепями (учитывая дополнительные потери в этих цепях!). В ряде случаев может оказаться, что выгоднее согласиться с повышенной величиной КСВ, применив без всяких согласующих цепей имеющийся в наличии высококачественный кабель с волновым сопротивлением, отличающимся от сопротивления нагрузки.

Вот характерный пример: антенна имеет входное сопротивление 50 Ом на резонансной частоте. В нашем распоряжении есть 50-омный кабель, который при требуемой длине имеет собственные потери (при КСВ=1) на рабочей частоте 2 дБ, и 75-омный с потерями 0,5 дБ при тех же условиях.

Используя кабель 75 Ом, получим КСВ=1,5 на резонансной частоте. Дополнительные потери из-за рассогласования не превысят 0,1 дБ. При отходе от резонансной частоты, даже если КСВ поднимется до 4, дополнительные потери не станут больше 0,5 дБ. Таким образом, с этим 75-омным кабелем суммарные потери составят от 0,6 до 1 дБ.

Если с 50-омным кабелем КСВ на краю рабочего диапазона частот поднимется только до 2, то дополнительные потери станут 0,3 дБ. В итоге, с имеющимся 50-омным кабелем суммарные потери будут в пределах 2 — 2,3 дБ.

Выигрыш, благодаря использованию «неправильного» 75-омного кабеля вместо «правильного» 50-омного, в данном случае будет приблизительно такой же, какой могло бы дать, например, удлинение антенны Yagi примерно на треть!

Дополнительная согласующая цепь между антенной и фидером 50/75 Ом вполне может внести потери порядка 0,5 дБ. Если мы с ее помощью попытаемся улучшить КСВ в 75-омном фидере, то получим суммарные потери от 1 до 1,2 дБ (полагая, что так КСВ не поднимется выше 2 на краях диапазона) — то есть не уменьшим, а увеличим потери на 0,2 — 0,4 дБ. Но они будут все же значительно ниже, чем при применении 50-омного кабеля с большими собственными потерями.

Важно только иметь в виду, что при любом рассогласовании, как с одним, так и с другим кабелем, передатчик «видит» на конце кабеля комплексное сопротивление, которое может значительно отличаться и от волнового сопротивления фидера, и от входного сопротивления антенны. Чтобы передатчик смог отдать в фидер расчетную мощность, его выходные цепи должны быть настроены соответствующим образом.

Коаксиальный кабель — практические советы

1) При строительстве антенн нельзя экономить на кабеле. Дешевый некачественный кабель легко может «съесть» весь выигрыш от хорошей антенны. Самое неприятное здесь в том, что если затухание в кабеле велико, антенна может выглядеть на первый взгляд даже лучше, чем с хорошим кабелем: КСВ в начале фидера (около передатчика) низкий в широкой полосе, на прием — шумов из эфира не много, а диаграмма направленности у поворотной антенны сохраняется. Только не всегда хватает имеющейся мощности передатчика, чтоб дозваться DX ‘а …

Именно так может сложиться ситуация, когда на простой диполь с хорошим кабелем даже при далеком от идеального согласовании будут отвечать лучше, чем на хорошую Yagi при КСВ = 1.

Слишком толстым кабель не бывает!

2) Кабель с полиэтиленовой изоляцией в течение 10-20 лет может сильно состариться, даже при хранении в идеальных условиях. Старение выражается в значительном увеличении потерь. Иногда также возникают трещины на наружной оболочке.

Если планируется использовать кабель, со дня выпуска которого прошло более 5-7 лет, следует предварительно измерить его затухание на рабочей частоте и тщательно осмотреть его наружную оболочку. Кабель, который уже использовался вне помещения (даже недолго), надо проверять обязательно. Время от времени, если есть возможность, полезно проверять потери в фидерах действующих антенн.

3) Популярно мнение, что кабель с фторопластовой изоляцией имеет меньшие потери, чем с полиэтиленовой. Но достаточно сравнить их паспортные данные, чтобы убедиться, что по погонному затуханию эти два вида кабелей при равных диаметрах практически равноценны.

Достоинством фторопластовой изоляции является лучшая термостойкость и стабильность параметров во времени. К сожалению, большинство кабелей с ленточной фторопластовой изоляцией не предназначено для наружной прокладки и уличная влага их быстро портит.

4) Влага, проникшая внутрь кабеля, увеличивает потери и понижает его волновое сопротивление, а со временем необратимо его портит. Конец кабеля и места его сростки, находящиеся на открытом воздухе, следует тщательно герметизировать силиконовым герметиком (никакая изолента здесь не поможет) и термоусаживаемыми трубками. Около точки присоединения к клемме или разъему антенны кабель следует изогнуть в виде петли так, что его конец приходил бы к месту присоединения не снизу вверх, а сверху вниз, чтобы избежать затекания в него дождевой воды, если нарушится герметизация.

5) Кабель лучше всего прокладывать по северной стороне антенной мачты, здания, и вообще такими путями, где он меньше открыт прямым солнечным лучам.

Особенно это важно для кабелей, имеющих оболочку не черного цвета. Солнечный ультрафиолет рано или поздно разрушает наружную оболочку, а как только в ней появилась хоть одна микротрещина — влага проберется внутрь незамедлительно.

Коаксиальный кабель с почти любым волновым сопротивлением

Если есть в распоряжении 150-омный коаксиальный кабель, например РК-150-7, в котором центральная жилка свободно пропущена в воздушном канале полиэтиленовой изоляции (обычно эта жилка для сохранения центровки бывает зигзагообразно изогнута, но свободно скользит внутри кабеля), то продернуть вместо нее провод другого диаметра не представляет труда. Таким образом можно получить кусок кабеля с любым нестандартным волновым сопротивлением от 40 до 180 Ом. Для центровки, если понадобится, на провод следует насадить (не слишком часто, а для УКВ — и на не слишком равных расстояниях друг от друга) бусинки из фторопласта, полистирола или полиэтилена, зафиксировав их на проводе соответствующим клеем.

Определить полученное волновое сопротивление легко — достаточно измерить индуктивность короткозамкнутого отрезка кабеля и его же емкость при незамкнутом конце: W = (L/C)1/2 .

Можно даже сделать плавный согласующий коаксиальный переход от 40…70 Ом на 50…180 Ом. Для этого нужно продернуть провод переменного сечения, например, многожильный с постепенным уменьшением количества жил к высокоомному концу. Разумеется, все места, где более короткие жилки заканчиваются, а более длинные продолжаются, необходимо пропаять и сгладить. Если такой переход сделать достаточно длинным (порядка 0,5 — 2 наибольшей рабочей длины волны) и с экспоненциальным изменением его волнового сопротивления по длине, то можно получить очень высокую степень согласования в широком диапазоне частот.

Целый ряд низких нестандартных значений волнового сопротивления можно получить и другим путем. Многим, вероятно, известно, что соединяя параллельно два отрезка кабелей по 75 Ом одинаковой электрической длины, получим экранированную линию с волновым сопротивлением 37,5 Ом, а два по 50 Ом — 25 Ом. Но не все, наверное, знают, что точно так же можно параллелить и кабели с разным волновым сопротивлением, причем любое число и в любых сочетаниях. Результирующее волновое сопротивление полученной линии вычисляется по такому же правилу, как и для резисторов. Важно только, чтобы электрическаядлина всех отрезков была идентична. Таким образом, например, соединив параллельно 75-омный и 50-омный отрезки, получим 30-омную линию.

Фазирующая линия для активного питания элементов Log-Yag или KLM

Открытая двухпроводная линия подвержена погодным влияниям, близко расположенные конструктивные элементы антенны тоже влияют на ее работу, и эти влияния трудно прогнозировать при расчетах. Во многих случаях волновое сопротивление фазирующей линии требуется около 70 — 180 Ом, но сопротивление двухпроводной линии ниже 200 Ом трудно реализовать, а полосковая линия конструктивно не очень удобна.

Удобная симметричная экранированная линия получается из двух коаксиальных, расположенных физически параллельно, а электрически включенных последовательно (волновое сопротивление линии при этом удваивается). Но, из-за укорочения длины волны в кабеле, для сохранения требуемого набега фазы физическая длина кабеля получается меньше, чем расстояние между соединяемыми элементами антенны.

Для решения этой задачи можно использовать не перекрещенную линию на половину волны длиннее, чем расстояние между элементами (все длины — с учетом коэффициента укорочения используемого кабеля). Тогда физическая длина линии будет больше, чем расстояние между соединяемыми элементами антенны, а набег фазы в ней окажется равным набегу фазы волны между элементами антенны в воздухе плюс 180 градусов. Перекрещивание проводов линии делать не нужно, так как оно требовалось именно для поворота фазы на 180 градусов.

Центральные жилы двух кабелей присоединяются к клеммам разрезных вибраторов, а оплетки соединяются между собой на обоих концах, но никуда не подключаются. Тем, кто привык к использованию только коаксиальных линий, это может показаться странным, но в данном случае у нас симметричная экранированная линия, экран которой имеет нулевой потенциал. Если используются петлевые вибраторы, экран линии можно присоединять к центрам их сплошных трубок, а если несимметричный фидер присоединяется к первому питаемому элементу через BALUN, имеющий клемму с нулевым потенциалом (средний вывод), например, симметрирующий трансформатор на ферритовом кольце или полуволновое U-колено, то экран симметричной линии соединяется с этой клеммой.

Стоомная линия из пары кабелей по 50 Ом может неплохо подойти для получения входного сопротивления антенны 33 — 50 Ом, а 150-омная линия из пары кабелей по 75 Ом — для получения входного сопротивления 50-75 Ом. Используя самодельный коаксиальный кабель 40 — 100 Ом (изготовленный из 150-омного) можно получить симметричную линию от 80 до 200 Ом. Если нужно волновое сопротивление симметричной линии ниже 80 — 100 Ом, можно соединять кабели попарно впараллель. Запас физической длины позволяет корректировать сдвиг фазы в линии (этот параметр целесообразно предварительно попытаться немного варьировать при компьютерном моделировании).

Продевание кабеля в длинный шланг

Ватный тампон с привязанной к нему тонкой рыболовной леской легко засасывается пылесосом даже через очень длинный ребристый шланг и даже тогда, когда он еще свернут в бухту. Нужно только достаточно герметично присоединить конец шланга к пылесосу, подобрать размер клочка ваты и обеспечить легкое разматывание лески с катушки. Для увеличения тяги можно вынуть из пылесоса пылевой фильтр. Тонкой леской продергиваем в шланг проволоку или толстую леску, а ей — и сам кабель. Мне приходилось таким образом легко надевать на кабель защитный шланг длиной около 100 м.

Увеличение допустимой мощности эквивалента нагрузки

И недостаток иногда можно обратить в достоинство. Неизбежное зло — затухание в коаксиальных кабелях — можно использовать для поглощения ими части мощности, если имеющийся эквивалент нагрузки ее не вмещает. Из имеющихся запасов коаксиального кабеля с соответствующим волновым сопротивлением надо соcтавить (если и временно — то все равно аккуратно) максимально длинную «змею». Начало линии — наиболее толстый кабель, к концу — тоньше и тоньше. Конец последнего отрезка нагружаем на имеющийся маломощный эквивалент. Особенно эффективно такой аттенюатор действует на УКВ.

Антенный провод

Когда для изготовления антенн приходится использовать провод из неизвестного материала, полезно убедиться, что это хороший проводник на ВЧ. Оценивать возможные потери я предлагаю следующим образом. Изготовить две совершенно идентичные по конструкции катушки индуктивности — одну из проверяемого провода, другую — из медного эмалированного (или иного, который принимаем за эталон). Нужно принять все меры, чтобы конструкция катушек обеспечивала их максимальную добротность. Образцы исследуемых проводов следует предварительно «состарить» на открытом воздухе, чтобы их поверхности были покрыты слоем таких же веществ (коррозией), которые со временем появятся в процессе эксплуатации антенны. С помощью Q-метра или иным способом измерить добротность полученных катушек на рабочей частоте будущей антенны. Сравнив измеренные величины, можно судить о разнице омических потерь в проводах. С учетом всех прочих потерь (особенно в земле) можно вычислить изменение общего КПД антенны, вызванного применением данного материала вместо эталонного.

Капроновые оттяжки

Плохая репутация оттяжек из капрона не обоснована. Все хорошо на своем месте. Где статические нагрузки невелики, а имеются в основном динамические — там плетеные (а не просто витые!) капроновые тросы достаточного сечения служат надежно. Важно только, чтобы они ни обо что не терлись и чтобы были правильно заделаны в местах крепления. Но чтобы они не вытягивались, их надо заранее готовить: дать им вытянуться и «задубеть» на открытом воздухе под солнцем и дождем в течение не менее 2-3 недель (дольше — лучше). Достаточно просто развесить их в удобном месте с сильным натягом. Если есть где повесить вертикально — то с грузом на конце, если горизонтально — то груз прикрепить к свободно катающемуся по капрону ролику. Желательно, чтобы за время «тренировки» веревки несколько раз вымокли и высохли.

Особенности кевлара

Кевлар — хороший материал для оттяжек, но его нельзя использовать на открытом воздухе без надежного защитного покрытия от ультрафиолетового излучения солнца. Оттяжки из голого кевларового волокна даже под нашим северным солнцем превращаются в гнилую солому за 4-5 лет. Будучи, в принципе, чрезвычайно прочным на разрыв, шнур из кевларового волокна совершенно не стоек к истиранию, а также не допускает завязывания узлов — под нагрузкой он сам себя перерезает.

Ю. Балтин, YL2DX

Коаксиальный кабель к библиотеке РиЭКТ КС ОИС ОСВМ визуальные среды — 4GL технологии программирования

Знаете ли Вы, что такое «усталость света»?
Усталость света, анг. tired light — это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, «пустому пространству», так как он является реальной физической средой — носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект «старения света» или «красное смещение Хаббла» обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Одним из основных параметров высокочастотного кабеля является волновое сопротивление. Обычным омметром его не измерить — для этого нужен специальный прибор. Сам кабель (отечественного производства) не имеет маркировки, и если вы не знаете его тип, то, воспользовавшись штангенциркулем, легко сможете определить волновое сопротивление с помощью несложных вычислений.

Для этого нужно снять внешнюю защитную оболочку с конца кабеля, завернуть оплетку и измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем снять изоляцию и измерить диаметр центральной жилы. После этого результат первого измерения разделить на результат второго: при Полученном отношении примерно 3,3-3,7 волновое сопротивление кабеля составляет 50 Ом, при отношении 6,5 — 6,9-75 Ом.

Вторым важным параметром является удельное затухание. Эта величина характеризует потери уровня сигнала при его прохождении через один метр кабеля и позволяет сравнивать кабели разных марок. Затухание тем сильнее, чем больше длина кабеля и выше частота сигнала. Удельное затухание измеряется в децибелах на метр (дБ/м) и приводится в справочниках в таблицах или на графиках.

На рис. 1 приведены зависимости удельного затухания коаксиальных кабелей разных марок от частоты. Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле на любой частоте при известной его длине.

Рис.

1. Удельное затухание коаксиальных кабелей

Обозначение отечественного коаксиального кабеля состоит из букв и трех чисел: буквы РК обозначают радиочастотный коаксиальный кабель, первое число показывает волновое сопротивление кабеля в омах, второе — округленный внутренний диаметр оплетки в миллиметрах, третье — номер разработки. Из графика видно, что -удельное затухание зависит от толщины кабеля: чем он толще, тем удельное затухание меньше.

Зная длину кабеля, можно перевести затухание (в децибелах) в относительное ослабление уровня сигнала на выходе, воспользовавшись табл. 1.

Таблица 1. Таблица перевода затухания (в децибелах) в относительное ослабление уровня сигнала

Затухание, дБ

0,5

Относительное ослабление уровня сигнала Рвых /Рвх

0,94

0,79

0,63

0,5

0,4

0,32

0,25

0,2

0,16

0,13

0,1

Одним из основных параметров высокочастотного кабеля является волновое сопротивление. Обычным омметром его не измерить — для этого нужен специальный прибор.

Сам кабель (отечественного производства) не имеет маркировки и если вы не знаете его тип, то, воспользовавшись штангенциркулем, легко сможете определить волновое сопротивление с помощью несложных вычислений.

Для этого нужно снять внешнюю защитную оболочку с конца кабеля, завернуть оплетку и измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем снять изоляцию и измерить диаметр центральной жилы. После этого результат первого измерения разделим на результат второго: при полученном отношении примерно 3,3…3,7 волновое сопротивление кабеля составит 50 Ом, при отношении 6,5…6,9 — составляет 75 Ом.

Вторым важным параметром является удельное затухание. Эта величина характеризует потери уровня сигнала при его прохождении через один метр кабеля и позволяет сравнивать кабели разных марок.

Затухание тем больше, чем больше длина кабеля и чем больше частота сигнала. Удельное затухание измеряется в децибелах на метр (дБ/м) и приводится в справочниках в виде таблиц или графиков.

На рис. 7.11 приведены зависимости удельного затухания коаксиальных кабелей разных марок от частоты. Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле, при известной его длине, на любой частоте.

Волновое сопротивление линии с малыми потерями определяется по формуле:

Обозначение коаксиального кабеля состоит из букв и трех чисел: буквы РК обозначают радиочастотный коаксиальный кабель, первое число показывает волновое сопротивление кабеля в омах, второе — округленный внутренний диаметр оплетки в миллиметрах, третье — номер разработки. Из графика видно, что удельное затухание зависит от толщинь кабеля: чем он толще, тем удельное затухание меньше.

Зная длину кабеля, воспользовавшись таблицей 7.2, можно перевести затухание из децибелов в относительное ослабление уровня сигнала на выходе.

Для практического определения волнового сопротивления любой неизвестной линии передачи, от коаксиального кабеля до пары скрученных проводов, можно также воспользоваться измерителем индуктивности и емкости.

Волновое сопротивление линии с малыми потерями определяется по формуле:

Для расчета необходимо выполнить измерение индуктивности закороченного куска линии длиной 1…5 м, а затем измерить емкость разомкнутого на конце куска. При меньшей или большей длине отрезка линии погрешность измерения увеличивается.

Например, волновое сопротивление сетевых шнуров питания лежит в пределах 30…60 Ом, большинства экранированных микрофонных шнуров — 40…70 Ом, телефонной пары — 70…100 Ом.

Добавить комментарий

Закрыть меню