Podwójny przewód - Twin-lead

300 omów podwójny przewód

Kabel symetryczny kabel jest dwużyłowy kabel płaski stosowany jako zrównoważony linii przesyłowej do przeprowadzenia częstotliwości radiowej (RF). Jest zbudowany z dwóch skręconych lub pełnych drutów miedzianych lub stalowych pokrytych miedzią, utrzymywanych w dokładnej odległości od siebie za pomocą plastikowej (zwykle polietylenowej ) wstążki. Kluczem do pełnienia funkcji kabla jako linii transmisyjnej jest równomierny rozstaw żył; wszelkie nagłe zmiany w odstępach odbijałyby część sygnału z powrotem w kierunku źródła. Plastik również zakrywa i izoluje przewody. Jest dostępny z kilkoma różnymi wartościami impedancji charakterystycznej , najczęściej spotykanym typem jest 300 omów.

Dwuprzewodowa stosuje się przede wszystkim jako anteny linii zasilającej na falach krótkich , a VHF częstotliwości do łączenia odbiorników radiowych i nadajnik do swoich anten . Może mieć znacznie mniejszą utratę sygnału niż miniaturowy elastyczny kabel koncentryczny , główny alternatywny typ linii zasilającej przy tych częstotliwościach; na przykład kabel koncentryczny typu RG-58 traci 6,6 dB na 100 m przy 30 MHz, podczas gdy dwuprzewodowy 300 omów traci tylko 0,55 dB. 300 ohm Twin ołów jest powszechnie używany do podłączenia radia FM na swoich antenach, a był wcześniej używany do podłączenia anten telewizyjnych do telewizorów , dopóki nie został zastąpiony przez kabel koncentryczny. Jest jednak bardziej podatny na zakłócenia; bliskość metalowych przedmiotów spowoduje wprowadzenie sygnałów do podwójnego przewodu, który zostanie zablokowany przez kabel koncentryczny. W związku z tym wymaga odstępów wokół rynien deszczowych i izolatorów dystansowych wzdłuż metalowych masztów wsporczych.

Charakterystyka i zastosowania

Podwójny przewód i inne rodzaje równoległych linii transmisyjnych są używane głównie do łączenia nadajników i odbiorników radiowych z ich antenami . Równoległa linia przesyłowa ma tę zaletę, że jej straty są o rząd wielkości mniejsze niż w przypadku kabla koncentrycznego , głównej alternatywnej formy linii przesyłowej. Jego wadą jest to, że jest bardziej podatny na zakłócenia i musi być trzymany z dala od metalowych przedmiotów, które mogą powodować straty mocy. Z tego powodu przy montażu na zewnątrz budynków i na masztach antenowych należy stosować izolatory dystansowe. Powszechną praktyką jest również skręcanie podwójnego smyczy na długich odcinkach wolnostojących w celu dalszego wyeliminowania wszelkich nierównowag wywołanych przez liny.

Podwójne przewody są dostarczane w kilku różnych rozmiarach, o wartościach impedancji charakterystycznej 600, 450, 300 i 75 omów . Najpopularniejszy, dwuprzewodowy 300 omów, był kiedyś powszechnie używany do łączenia telewizorów i radioodbiorników FM z ich antenami odbiorczymi . 300-omowy podwójny przewód do instalacji telewizyjnych został w dużej mierze zastąpiony 75-omowymi kablami koncentrycznymi . Podwójny przewód jest również używany w amatorskich stacjach radiowych jako linia transmisyjna do zrównoważonej transmisji sygnałów o częstotliwości radiowej .

Impedancja charakterystyczna przewodu dwuprzewodowego jest funkcją średnicy przewodu i jego rozstawu; w 300 omów kabel symetryczny, najbardziej powszechnym typom, drut jest zwykle 20 albo 22 gauge , około 7,5 mm (0,30 cala) od siebie. Jest to dobrze dopasowane do naturalnej impedancji złożonej anteny dipolowej , która zwykle wynosi około 275 omów. Dwuprzewodowy na ogół ma wyższą impedancję niż inne popularne okablowanie transmisyjne, kabel koncentryczny (koncentryczny). Powszechnie stosowany kabel koncentryczny RG-6 ma charakterystyczną impedancję 75 omów, co wymaga użycia baluna, aby dopasować impedancję, gdy jest używany z popularnymi typami anten.

Jak to działa

Balun o impedancji 300 do 75 omów , pokazujący podwójne prowadzenie po prawej stronie

Podwójny przewód jest formą symetrycznej linii transmisyjnej z równoległymi przewodami . Rozdzielenie dwóch przewodów w kabel symetryczny jest mała w porównaniu z długością fali o częstotliwości radiowej (RF), znajdującym się na przewodzie. Prąd RF w jednym przewodzie ma taką samą wielkość i jest przeciwny do prądu RF w drugim przewodzie. Dlatego w regionie pola dalekiego od linii transmisyjnej fale radiowe emitowane przez jeden przewód są równe co do wielkości, ale przeciwne w fazie (180° przesunięte w fazie ) do fal emitowanych przez drugi przewód, więc nakładają się i anulują każdy inny. W rezultacie linia prawie nie emituje energii radiowej netto.

Podobnie, wszelkie zakłócające zewnętrzne fale radiowe indukują równe w fazie prądy RF, biegnące w tym samym kierunku, w dwóch przewodach. Ponieważ obciążenie na docelowym końcu jest połączone przez przewody, tylko różnicowe , przeciwnie skierowane prądy w przewodach wytwarzają prąd w obciążeniu. W ten sposób prądy zakłócające są eliminowane, więc podwójne przewody nie mają tendencji do zbierania szumów radiowych.

Jeśli jednak kawałek metalu znajduje się wystarczająco blisko linii dwuprzewodowej, w odległości porównywalnej z odstępem między przewodami, będzie znacznie bliżej jednego przewodu niż drugiego. W rezultacie prąd RF indukowany w metalowym przedmiocie przez jeden przewód będzie większy niż prąd przeciwny indukowany przez drugi przewód, więc prądy nie będą się już znosić. W ten sposób pobliskie metalowe przedmioty mogą powodować straty mocy w podwójnych przewodach przewodowych, poprzez energię rozpraszaną jako ciepło przez indukowane prądy. Podobnie szum radiowy pochodzący z kabli lub metalowych przedmiotów znajdujących się w pobliżu linii dwuprzewodowej może indukować niezrównoważone prądy w przewodach, sprzęgając szumy z linią.

Aby zapobiec odbijaniu się mocy od końca linii obciążenia, powodując wysoki SWR i nieefektywność, obciążenie musi mieć impedancję zgodną z impedancją charakterystyczną linii. Powoduje to, że obciążenie wydaje się elektrycznie identyczne z kontynuacją linii, zapobiegając odbiciom. Podobnie, aby efektywnie przesyłać moc do linii, źródło musi również odpowiadać impedancji charakterystycznej. Aby połączyć symetryczną linię transmisyjną z niesymetryczną linią, taką jak kabel koncentryczny , należy użyć urządzenia zwanego balunem .

Linia drabiny

450 omów „Linia drabinkowa”

600 omów „otwarta linia kablowa”

Drabinka lub „linia okienna” jest odmianą podwójnego przewodu, która jest skonstruowana podobnie, z tym wyjątkiem, że polietylenowa taśma pomiędzy drutami, która je oddziela, ma wycięte prostokątne otwory („okna”). Linia składa się z dwóch izolowanych przewodów z "szczeblami" z tworzywa sztucznego, które łączą je ze sobą co kilka centymetrów, nadając jej wygląd drabiny . Zaletą „okienek” jest to, że rozjaśniają linię, a także zmniejszają ilość powierzchni, na której może gromadzić się brud i wilgoć, dzięki czemu linia drabiny jest mniej podatna na zmiany impedancji charakterystycznej spowodowane warunkami atmosferycznymi. Najpopularniejszym typem jest linia drabinkowa 450 omów, która ma odstępy między przewodnikami około cala.

Linia drabiny może być również produkowana lub konstruowana przez majsterkowanie jako „otwarta linia drutowa” składająca się z dwóch równoległych drutów z szeroko rozstawionymi plastikowymi lub ceramicznymi prętami izolacyjnymi i ma charakterystyczną impedancję 600 omów lub więcej.

Dopasowania impedancji

Jako linia transmisyjna wydajność transmisji będzie maksymalna, gdy impedancja anteny, impedancja charakterystyczna linii dwuprzewodowej i impedancja sprzętu są takie same. Z tego powodu, podczas podłączania linii dwużyłowej do połączenia kabla koncentrycznego, takiego jak dwużyłowy przewód 300 omów z domowej anteny telewizyjnej do wejścia anteny koncentrycznej 75 omów telewizora, powszechnie stosuje się balun o przełożeniu 4:1 . Jego cel jest podwójny: po pierwsze, przekształca impedancję 300 omów podwójnego przewodu, aby dopasować impedancję kabla koncentrycznego 75 omów; a po drugie, przekształca zbalansowaną, symetryczną linię transmisyjną na niesymetryczne wejście koncentryczne. Ogólnie rzecz biorąc, gdy jest używany jako linia zasilająca, dwuprzewodowy (zwłaszcza wersje z linią drabinkową) ma wyższą wydajność niż kabel koncentryczny, gdy występuje niedopasowanie impedancji między linią zasilającą a źródłem (lub odpływem). W przypadku użycia tylko do odbioru oznacza to jedynie, że system może komunikować się w nieco mniej optymalnych warunkach; w przypadku transmisji, może to często skutkować znacznie mniejszą stratą energii w postaci ciepła w linii przesyłowej.

Podwójny przewód może również służyć jako wygodny materiał, z którego można zbudować prostą składaną antenę dipolową . Takie anteny mogą być zasilane albo przy użyciu dwuprzewodowego zasilacza 300 omów, albo przy użyciu baluna od 300 do 75 omów i przy użyciu koncentrycznego przewodu zasilającego i zwykle będą obsługiwać umiarkowane obciążenia mocy bez przegrzewania.

Charakterystyczna impedancja

Impedancja charakterystyczna równoległej linii przesyłowej, takiej jak linia dwuprzewodowa lub linia drabinkowa, zależy od jej wymiarów; średnica drutów d i ich rozdzielenie D . Jest to wyprowadzone poniżej.

Impedancja charakterystyczna dowolnej linii przesyłowej jest podana przez

{\ Displaystyle Z = {\ sqrt {{R+j\omega L} \nad {G+j\omega C}}}}

gdzie dla linii dwuprzewodowej stałe linii pierwotnej wynoszą

{\ Displaystyle R = 2 {R_ {s} \ ponad \ pi d}}

{\ Displaystyle L = {\ mu \ nad \ pi} \ \ operatorname {arcosh} \ lewo ({D \ nad d} \ po prawej)}

{\ Displaystyle G = {\ pi \ sigma \ nad \ operatorname {arcosh} ({D \ nad d})}}

{\ Displaystyle C = {\ pi \ epsilon \ nad \ operatorname {arcosh} ({D \ nad d})}}

gdzie jest rezystancja powierzchniowa przewodów

{\ Displaystyle R_ {s} = {\ sqrt {\ pi f \ mu _ {c} / \ sigma _ {c}}}}

gdzie d jest średnicą drutu, a D jest odległością drutów mierzoną między ich liniami środkowymi.

Pomijając rezystancję przewodu R i przewodność upływu G , daje to

{\ Displaystyle Z = {\ Frac {Z_ {0}}{\ pi {\ sqrt {\ epsilon _ {r}}}} \ \ operatorname {arcosh} \ lewo ({\ Frac {D} {d} }\dobrze)}

gdzie Z ₀ jest impedancją wolnej przestrzeni (około 377 Ω), ε _r jest efektywną stałą dielektryczną (która dla powietrza wynosi 1,00054). Jeśli odległość D jest znacznie większa niż średnica drutu d, to jest to w przybliżeniu

{\ Displaystyle Z \ około {\ Frac {119,92 \, \ Omega {\ sqrt {\ epsilon _ {R}}}} \ \ ln \ lewo (2 {\ Frac {D} {d}} \ po prawej) \ok {\frac {276\,\Omega }{\sqrt {\epsilon _{r}}}}\,\log _{10}\left(2{\frac {D}{d}}\right) }

Separacja potrzebna do uzyskania danej charakterystycznej impedancji wynosi zatem

{\ Displaystyle D = d \, \ cosh \ lewo (\ pi {\ Frac {Z {\ sqrt {\ epsilon _ {r}}}} {Z_ {0}}} \ prawej)}

Materiał dielektryczny między dwoma przewodami z linią dwuprzewodową lub drabinkową nie jest w całości powietrzem. Efekt „mieszanego” dielektryka, częściowo powietrza, częściowo polietylenu lub innego tworzywa sztucznego, polega na tym, że rzeczywista impedancja będzie mieścić się gdzieś pomiędzy wartością obliczoną przy założeniu całego powietrza lub całego polietylenu. Opublikowane lub zmierzone wartości dla Z ₀ będą dokładniejsze niż wartości formuł.

Anteny

Dwuprzewodowy można podłączyć bezpośrednio do odpowiednio zaprojektowanej anteny:

Antena Windom, której impedancje rezonansowe skupiają się wokół 300Ω ,
złożone dipol , którego impedancja jest w wolnej przestrzeni wokół400Ω ,
dipolowy , jednak impedancja centrum rezonansowe około73 Ω w wolnej przestrzeni , więc prawdopodobnie konieczne będzie podłączenie T-match lub Y-match,
Yagi antena lub podobne zrównoważony anteny , chociaż jakiś specjalny układ dopasowywania impedancji w feedpoint będzie to konieczne, ze względu na zwykle niską impedancję w Yagi jest.

Languages

In other projects