Dobbelt bly - Twin-lead

En del af en serie om
Antenner
Almindelige typer Dipole Fraktal Sløjfe Monopol Parabol Television Pisk
Komponenter Balun Bloker upconverter Coax kabel Counterpoise (grundsystem) Foder Foderlinie Støjsvag blok nedkonverter Passiv radiator Modtager Rotator Stub Senderen Tuner Dobbelt ledning
Systemer Antenne gård Amatørradio Mobilnetværk Hotspot Kommunalt trådløst netværk Radio Radiomaster og tårne Trådløst internet Trådløs
Sikkerhed og regulering Mobiltelefonstråling og sundhed Trådløse elektroniske enheder og sundhed Den Internationale Telekommunikationsunion ( radiobestemmelser ) Verdens radiokommunikationskonference
Strålingskilder / regioner Boresight Fokal sky Jordplan Hovedlappe Nær og fjern mark Sidelobe Lodret plan
Egenskaber Array gevinst Direktivitet Effektivitet Elektrisk længde Ækvivalent radius Faktor Friis transmission ligning Gevinst Højde Strålingsmønster Strålingsmodstand Radioudbredelse Radiospektrum Signal / støj-forhold Rasende emission
Teknikker Bjælkestyring Bjælkehældning Stråledannelse Lille celle Bell Laboratories Layered Space-Time (BLAST) Massiv multiple-input multiple-output (MIMO) Omkonfiguration Spredt spektrum Wideband Space Division Multiple Access (WSDMA)
v t e

Twin-lead kabel er et to-leder fladt kabel, der bruges som en afbalanceret transmissionslinje til at bære radiofrekvenssignaler (RF). Den er konstrueret af to trådede eller faste kobber- eller kobberbeklædte ståltråde, der holdes en nøjagtig afstand fra hinanden af ​​et plastbånd (normalt polyethylen ). Den ensartede afstand mellem ledningerne er nøglen til kabelfunktionen som en transmissionsledning; eventuelle pludselige ændringer i afstand vil reflektere noget af signalet tilbage mod kilden. Plasten dækker og isolerer også ledningerne. Den fås med flere forskellige værdier af karakteristisk impedans , den mest almindelige type er 300 ohm.

Twin bly bruges primært som en antenne feedline på kortbølge og VHF -frekvenser, til at forbinde radiomodtagere og sendere til deres antenner . Det kan have signifikant lavere signaltab end miniature fleksibelt koaksialkabel , den vigtigste alternative type fødelinje ved disse frekvenser; for eksempel mister type RG-58 koaksialkabel 6,6 dB pr. 100 m ved 30 MHz, mens 300 ohm dobbeltledning kun mister 0,55 dB. 300 ohm dobbeltledning bruges i vid udstrækning til at forbinde FM-radioer til deres antenner og blev tidligere brugt til at forbinde tv-antenner til tv, indtil den blev erstattet af koaksialkabel. Det er dog mere sårbart over for interferens; nærhed til metalgenstande vil injicere signaler i dobbeltledning, der vil blive blokeret af koaksialkabel. Det kræver derfor afstand mellem regnrender og isolerende isolatorer langs metalstøtter.

Egenskaber og anvendelser

Dobbeltledning og andre typer parallelledertransmissionslinjer bruges hovedsageligt til at forbinde radiosendere og modtagere til deres antenner . Parallel transmissionslinje har den fordel, at dens tab er en størrelsesorden mindre end koaksialkabel , den vigtigste alternative form for transmissionslinje. Dens ulemper er, at den er mere sårbar over for interferens og skal holdes væk fra metalgenstande, der kan medføre strømtab. Af denne grund skal der anvendes isolatorer, der er isoleret, uden for bygninger og på antennemaster. Det er også almindelig praksis at dreje dobbeltledningen på lange fritstående længder for yderligere at afvise eventuelle inducerede ubalancer til linjen.

Twin-lead leveres i flere forskellige størrelser med værdier på 600, 450, 300 og 75  ohm karakteristisk impedans . Den mest almindelige, 300 ohm twin-lead, var engang udbredt til tilslutning tv -apparater og FM-radioer til deres modtagende antenner . 300 ohm dobbeltledning til tv-installationer er i vid udstrækning blevet erstattet med 75 ohm koaksiale kabelfødeledninger. Twin-lead bruges også i amatørradiostationer som en transmissionslinie til afbalanceret transmission af radiofrekvenssignaler .

Den karakteristiske impedans af dobbeltledning er en funktion af tråddiameteren og dens afstand; i 300 ohm dobbeltledning, den mest almindelige type, er ledningen normalt 20 eller 22  gauge , ca. 7,5 mm (0,30 inches) fra hinanden. Dette matches godt med den naturlige impedans af en foldet dipolantenne , som normalt er omkring 275 ohm. Twin-lead har generelt højere impedans end de andre almindelige transmissionskabler, koaksialkabel (koaksial). Den meget anvendte RG-6 coax har en karakteristisk impedans på 75 ohm, hvilket kræver brug af en balun til at matche impedans, når den bruges med almindelige antennetyper.

Hvordan det virker

Dobbelt ledning er en form for afbalanceret transmissionslinje med parallel ledning . Adskillelsen mellem de to ledninger i dobbeltledning er lille sammenlignet med bølgelængden af radiofrekvenssignalet (RF), der bæres på ledningen. RF- strømmen i en ledning er lig med størrelsen og modsat i retning af RF-strømmen i den anden ledning. Derfor, i det fjerne feltområde langt fra transmissionslinjen, er radiobølgerne, der udstråles af den ene ledning, lige store, men modsatte i fasen (180 ° ude af fasen ) til de bølger, der udstråles af den anden ledning, så de overlejrer og annullerer hver Andet. Resultatet er, at næsten ingen nettoradioenergi udstråles af linjen.

Tilsvarende vil interfererende eksterne radiobølger inducere lige, i fase RF-strømme, der bevæger sig i samme retning, i de to ledninger. Da belastningen ved destinationsenden er forbundet over ledningerne, skaber kun differentierede , modsatrettede strømme i ledningerne en strøm i belastningen. De forstyrrende strømme annulleres således, så dobbeltledning ikke har tendens til at opfange radiostøj.

Men hvis et stykke metal er placeret tilstrækkeligt tæt på en to-ledningslinje inden for en afstand, der kan sammenlignes med trådafstanden, vil det være væsentligt tættere på den ene ledning end den anden. Som et resultat vil RF-strøm induceret i metalgenstanden af ​​en ledning være større end den modsatte strøm induceret af den anden ledning, så strømmen vil ikke længere annullere. Således nærliggende metalgenstande kan forårsage effekttab i to ledninger gennem energi, der spredes som varme af inducerede strømme. Tilsvarende kan radiostøj med oprindelse i kabler eller metalgenstande, der er placeret nær dobbeltledningen, fremkalde ubalancerede strømme i ledningerne og sammenkoble støj til ledningen.

For at forhindre, at strøm reflekteres fra linjens belastningsende og forårsager høj SWR og ineffektivitet, skal belastningen have en impedans, der svarer til linjens karakteristiske impedans . Dette får belastningen til at virke elektrisk identisk med en fortsættelse af linjen, hvilket forhindrer refleksioner. Tilsvarende skal kilden også matche den karakteristiske impedans for at overføre strøm effektivt ind i linjen. For at forbinde en afbalanceret transmissionslinje til en ubalanceret linje som et koaksialkabel skal der anvendes en enhed kaldet en balun .

Stigen linje

Stigelinje eller "vindueslinie" er en variation af dobbelt bly, der er konstrueret på samme måde, bortset fra at polyethylenbåndet mellem ledningerne, der holder dem adskilt, har rektangulære åbninger ("windows"), der er skåret ind. Linjen består af to isolerede ledninger med "trin" af plast, der holder dem sammen hvert par centimeter, hvilket giver det udseende af en stige . Fordelen ved "vinduerne" er, at de lyser linjen og også reducerer mængden af ​​overflade, som snavs og fugt kan ophobes på, hvilket gør stigraden mindre sårbar over for vejrinducerede ændringer i karakteristisk impedans. Den mest almindelige type er 450 ohm stigen linje, som har en lederafstand på omkring en tomme.

Stigelinje kan også fremstilles eller gøres DIY- konstrueret som "åben ledningsledning" bestående af to parallelle ledninger med brede adskilte plast- eller keramiske isoleringsstænger og med en karakteristisk impedans på 600 ohm eller mere.

Impedans matching

Som en transmissionslinje vil transmissionseffektiviteten være maksimal, når antennens impedans , den karakteristiske impedans af dobbeltledningen og impedansen af ​​udstyret er den samme. Af denne grund, når man tilslutter en dobbeltledning til en koaksial kabelforbindelse, såsom 300 ohm dobbeltledning fra en indenlandsk tv-antenne til fjernsynets 75 ohm koaksialantenneindgang, bruges en balun med et 4: 1-forhold ofte . Dens formål er dobbelt: For det første transformerer den dobbeltledningens 300 ohm impedans til at matche 75 ohm koaksialkabelimpedans; og for det andet transformerer den den afbalancerede, symmetriske transmissionslinie til den ubalancerede koaksialindgang. Generelt har dobbeltledninger (især stigradsversioner), når de bruges som fødelinie, en højere effektivitet end koaksialkabel, når der er en uoverensstemmelse mellem impedans mellem fødelinjen og kilden (eller vasken). Til kun modtaget brug indebærer dette kun, at systemet kan kommunikere under lidt mindre optimale forhold; til transmission kan dette ofte resultere i betydeligt mindre energi tabt som varme i transmissionsledningen.

Twin-lead kan også tjene som et praktisk materiale, hvormed man kan bygge en simpel foldet dipolantenne . Sådanne antenner kan tilføres enten ved hjælp af en 300 ohm dobbeltledningsføder eller ved hjælp af en 300 til 75 ohm balun og ved hjælp af koaksial fødelinje og vil normalt håndtere moderate effektbelastninger uden overophedning.

Karakteristisk impedans

Den karakteristiske impedans for en parallel-ledningstransmissionsledning som dobbeltledning eller stigenlinie afhænger af dens dimensioner; diameteren af trådene d og deres adskillelse D . Dette er afledt nedenfor.

Den karakteristiske impedans for enhver transmissionslinje er givet af

${\ displaystyle Z = {\ sqrt {{R + j \ omega L} \ over {G + j \ omega C}}}}$

hvor for to-ledningslinjen de primære linjekonstanter er

${\ displaystyle R = 2 {R_ {s} \ over \ pi d}}$

${\ displaystyle L = {\ mu \ over \ pi} \, \ operatorname {arcosh} \ left ({D \ over d} \ right)}$

${\ displaystyle G = {\ pi \ sigma \ over \ operatorname {arcosh} ({D \ over d})}}$

${\ displaystyle C = {\ pi \ epsilon \ over \ operatorname {arcosh} ({D \ over d})}}$

hvor ledningernes overflademodstand er

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

og hvor d er tråddiameteren og D er adskillelsen af ​​ledningerne målt mellem deres midterlinjer.

Forsømmelse af trådmodstanden R og lækageledningsevnen G giver dette

${\ displaystyle Z = {\ frac {Z_ {0}} {\ pi {\ sqrt {\ epsilon _ {r}}}}} \, \ operatorname {arcosh} \ left ({\ frac {D} {d} }\ret)}$

hvor Z ₀ er impedansen af ledig plads (ca. 377 Ω), ε _r er den effektive dielektriske konstant (som for luft er 1,00054). Hvis adskillelsen D er meget større end tråddiameteren d, er dette ca.

${\ displaystyle Z \ approx {\ frac {119.92 \, \ Omega} {\ sqrt {\ epsilon _ {r}}}} \, \ ln \ left (2 {\ frac {D} {d}} \ right) \ approx {\ frac {276 \, \ Omega} {\ sqrt {\ epsilon _ {r}}}} \, \ log _ {10} \ left (2 {\ frac {D} {d}} \ right) }$

Den nødvendige adskillelse for at opnå en given karakteristisk impedans er derfor

${\ displaystyle D = d \, \ cosh \ left (\ pi {\ frac {Z {\ sqrt {\ epsilon _ {r}}}} {Z_ {0}}} \ right)}$

Det dielektriske materiale mellem de to ledere med enten dobbeltledning eller stigen er ikke al luft. Effekten af ​​en "blandet" dielektrikum, delluft og delvis polyethylen eller anden plast, er, at den faktiske impedans vil falde et sted mellem den beregnede værdi og antage al luft eller al polyethylen. Offentliggjorte eller målte værdier for Z ₀ vil være mere nøjagtige end formelværdierne.

Antenner

Twin-lead kan tilsluttes direkte til en passende designet antenne:

• en Windom-antenne, hvis resonansimpedanser klynger sig rundt 300 Ω ,
• en foldet dipol , hvis karakteristiske impedans i det frie rum er omkring400 Ω ,
• en dipol , skønt centerimpedansen ved resonans er ca.73 Ω i ledig plads , så en T-match eller Y-match feed vil sandsynligvis være nødvendig,
• en Yagi-antenne eller en lignende afbalanceret antenne , selvom det er nødvendigt med et specielt arrangement for impedanstilpasning ved fødepunktet på grund af Yagis typisk lave impedans.

Referencer