Двойной вывод

Двойной кабель представляет собой двухжильный плоский кабель, используемый в качестве симметричной линии передачи для передачи радиочастотных (РЧ) сигналов. Он состоит из двух многожильных медных проводов или сплошных стальных проводов, плакированных медью. Провода удерживаются на фиксированном расстоянии друг от друга с помощью пластиковой ленты, которая является хорошим изолятором на радиочастотах (обычно полиэтилена ). Его также называют (двухпроводным) ленточным кабелем . Равномерное расстояние между проводами является ключом к функции кабеля как линии передачи: любое резкое изменение расстояния приведет к тому, что часть сигнала будет отражаться обратно к источнику, а не проходить через него. Пластик также покрывает и изолирует провода. Название «двойной провод» чаще всего используется для обозначения ленточного кабеля с сопротивлением 300 Ом (Ом) , наиболее распространенного типа, но иногда «двойной провод» используется для обозначения любого типа параллельной проводной линии . Доступна параллельная проводная линия с несколькими различными значениями характеристического сопротивления, например, двухжильный ленточный кабель (300 Ом ), оконная линия (300 Ом, 350 Ом или 450 Ом) и открытая проводная линия или лестничная линия (500~650 Ом ).

Двойной провод в основном используется в качестве фидерной линии антенны на коротковолновых и УКВ частотах, для подключения радиоприемников и передатчиков к их антеннам . Он может иметь значительно меньшие потери сигнала, чем миниатюрный гибкий коаксиальный кабель , основной альтернативный тип фидерной линии на этих частотах; например, коаксиальный кабель типа RG-58 теряет 6,6 дБ на 100 метров (330 футов) на частоте 30 МГц, а 300 Ом теряет только 0,55 дБ. двухжильный кабель сопротивлением ^[1]Двойной провод сопротивлением 300 Ом широко используется для подключения FM-радиоприемников к их антеннам, а ранее использовался для подключения телевизионных антенн к телевизорам, пока его не заменил коаксиальный кабель. Однако он более уязвим для помех; близость к металлическим объектам приведет к появлению сигналов в любой параллельной проводной линии, которые будут заблокированы более удобным/более популярным коаксиальным кабелем . Поэтому необходимо обеспечить свободное пространство вокруг водосточных желобов , вдали от металлических заборов, наружных стен и металлических крыш, а также установить на опорных изоляторах при подъеме на металлические антенные мачты.

Характеристики и использование

Двойной провод и другие типы линий передачи с параллельными проводниками в основном используются для подключения радиопередатчиков и приемников к их антеннам . Преимущество параллельной линии передачи состоит в том, что ее потери на единицу длины на порядок меньше, чем у коаксиального кабеля , основного альтернативного вида линии передачи . Его недостатки заключаются в том, что он более уязвим к помехам и его необходимо держать вдали от металлических предметов, которые могут вызвать потери мощности и искажение импеданса (следовательно, обратные волны). По этой причине при установке снаружи зданий и на антенных мачтах необходимо использовать опорные изоляторы. Также общепринятой практикой является скручивание двойного провода на длинных свободно стоящих участках, чтобы еще больше исключить любые наведенные дисбалансы в линии.

Параллельная линия (общий смысл двойного провода ) поставляется в нескольких различных размерах со значениями 600 Ом , 500 Ом ( лестничная линия ), 450 Ом, 350 Ом ( оконная линия ), 300 Ом (оконная линия, ленточный кабель). ) и 75 Ом (ленточный кабель) волновое сопротивление . Самый распространенный двухжильный ленточный кабель сопротивлением 300 Ом когда-то широко использовался для подключения телевизоров и FM-радиоприемников к их приемным антеннам. Двойной ленточный кабель сопротивлением 300 Ом для телевизионных установок в значительной степени заменен коаксиальным кабелем сопротивлением 75 Ом . сигналов используются несколько видов параллельных проводных линий На любительских радиостанциях в качестве питающей линии для симметричной передачи радиочастотных , чаще всего в виде оконной линии с сопротивлением 450 Ом вместо двухжильного ленточного кабеля.

Характеристическое сопротивление двойного провода зависит от диаметра провода и расстояния между ним; в двухжильном ленточном кабеле с сопротивлением 300 Ом, наиболее распространенном типе, провода обычно имеют сечение AWG 20 или 22 (0,52 или 0,33 мм²) на расстоянии около 7,5 миллиметров (0,30 дюйма) друг от друга. ^[2]^{(стр. 24⸗16–24⸗17)}Это хорошо согласуется с естественным сопротивлением гнутой дипольной антенны, которое обычно составляет около 275 Ом. Двойной провод обычно имеет более высокий импеданс, чем другой распространенный провод передачи, коаксиальный кабель (коаксиальный). Широко используемый коаксиальный кабель RG-6 имеет характеристическое сопротивление 75 Ом, что требует использования симметрирующего устройства для согласования импеданса при использовании с обычными типами антенн.

Как это работает

с сопротивлением 300–75 Ом Симметрирующее устройство : с правой стороны показан двухжильный ленточный кабель.

Двойной провод (в конкретном смысле ленточного кабеля) представляет собой разновидность параллельной симметричной линии передачи . Расстояние между двумя проводами в двойном отведении невелико по сравнению с длиной волны ( радиочастотного РЧ) сигнала, передаваемого по проводу. ^[2]^{(п 24⸗1)} ВЧ . ток в одном проводе равен по величине и противоположен по направлению ВЧ току в другом проводе Следовательно, в дальней зоне, вдали от линии передачи, радиоволны, излучаемые одним проводом, равны по величине, но противоположны по фазе ( сдвинуты по фазе на 180 ° ) волнам, излучаемым другим проводом, поэтому перекрывающиеся противоположные волны нейтрализуются. друг друга. ^[2]^{(стр. 24⸗16–24⸗17)} В результате линия почти не излучает чистую радиоэнергию.

Аналогичным образом, любые мешающие внешние радиоволны будут индуцировать равные по фазе радиочастотные токи, распространяющиеся в одном и том же направлении в двух проводах, пока каждый из них сохраняет одинаковый импеданс. Поскольку нагрузка на конечном конце подключается поперек проводов, номинально только дифференциальные , противоположно направленные токи в проводах создают ток в нагрузке. Таким образом, мешающие токи нейтрализуются, поэтому двойной провод не улавливает радиопомехи.

Однако если кусок металла расположен достаточно близко к двухпроводной линии, на расстоянии, сравнимом с расстоянием между проводами, он будет значительно ближе к одному проводу, чем к другому. В результате радиочастотный ток, индуцируемый в металлическом объекте одним проводом, будет больше, чем противодействующий ток, индуцируемый другим проводом, поэтому токи больше не будут компенсироваться. Таким образом, близлежащие металлические предметы могут вызвать потери мощности в сдвоенных проводных линиях из-за рассеивания энергии в виде тепла под действием индуцированных токов. Аналогичным образом, радиопомехи, возникающие в кабелях или металлических предметах, расположенных рядом с двухпроводной линией, могут индуцировать несбалансированные токи в проводах, внося шум в линию. Поэтому линию необходимо держать на расстоянии от металлических предметов, таких как желоба и мачты.

Чтобы предотвратить отражение мощности от конца линии, вызывающее высокий КСВ нагрузки должно и неэффективность, сопротивление соответствовать характеристическому сопротивлению линии. Это приводит к тому, что нагрузка выглядит электрически идентичной продолжению линии, предотвращая отражения. Аналогично, для эффективной передачи мощности в линию источник также должен соответствовать характеристическому импедансу. Чтобы подключить симметричную линию передачи к несимметричной линии, например коаксиальному кабелю устройство, называемое симметрирующим устройством , необходимо использовать .

Линия окна и линия лестницы

В дополнение к двухжильному ленточному кабелю двухпроводная параллельная проводная линия поставляется в двух дополнительных формах: оконная линия и лестничная линия (также известная как открытая проводная линия ).

Линия окна

Оконная линия представляет собой более объемную разновидность параллельной проводной линии, чем двухжильный ленточный кабель; он также имеет более широкий размер, за исключением того, что полиэтиленовая лента между ними, удерживающая провода на расстоянии друг от друга, имеет вырезанные на равном расстоянии прямоугольные отверстия («окна»). ^[3]^[2]^{(п 24⸗1)}

Среди преимуществ вырезания «окон» в ленте является то, что производитель может регулировать размер разрезов, чтобы точно регулировать электрические свойства питающей линии. Окна облегчают линию и уменьшают площадь поверхности, на которой может скапливаться грязь и влага, что делает оконную линию несколько менее уязвимой к изменениям ее характеристического сопротивления, вызванным погодными условиями. Наиболее распространенным типом является оконная линия с номинальным сопротивлением 450 Ом , расстояние между проводниками которой составляет около дюйма (25 мм); его фактическое сопротивление может быть ближе к 400 Ом. ^[2]^{(п 24⸗1)} Он также имеет номинальное сопротивление 350 Ом (которое на самом деле может быть ближе к 300 Ом). ^[2]^{(п 24⸗1)}

Лестничная линия

Лестничная линия — это более старая и простая форма параллельной линии, часто называемая открытой проводной линией . Конфигурация похожа на веревочную лестницу , отсюда и название. Его можно либо купить уже изготовленным кабельной компанией, либо сделать самостоятельно ; конструкция проста, хотя и утомительна, и изначально все радиолюбители изготавливали собственную открытую проводную линию. Он состоит из двух проводов, обычно либо покрытых изолятором постоянного тока , либо покрытых прочным лаком , удерживаемых на постоянном расстоянии друг от друга изолированными прокладками.

Номинальное сопротивление 600 Ом — 500–600 Ом открытая проводная линия или *лестничная линия,* питающая высокопроволочную антенну.

Распорки «ступеньки лестницы» могут быть изготовлены из любого подходящего изоляционного материала - в настоящее время это обычно короткие куски, вырезанные из пластиковой водопроводной трубы, - раньше использовались либо длинные тонкие керамические изоляторы, либо дюбеля из водонепроницаемой древесины. «Ступени» удерживают провода на постоянном расстоянии, где-то от двух до 5 дюймов (13 см) друг от друга, в зависимости от провода и желаемого импеданса. Ступени располагаются примерно через каждые 5–12 дюймов (13–30 см). Хотя важно обеспечить равномерное разделение проводов, не имеет значения, если расстояния между ступенями нестабильны, поскольку расстояние между ступенями остается почти постоянным при порывах ветра.

линии Отношение выбранного расстояния между проводами к диаметру провода определяет характеристическое сопротивление — обычно 500–600 Ом изоляции провода , но также зависит от относительной диэлектрической проницаемости и потерь проводимости в изоляторах перекладин, если они значительны. ^[4]Например, для линии с сопротивлением 500 Ом два оголенных или лакированных провода должны быть расположены на расстоянии 32х индивидуальных диаметров проводов друг от друга – около 4 дюймов (10 см) в случае общего провода. Проволока диаметром ⁠ 1/8 ( 0,125 ⁠ ″ дюйма (3 мм)). Если провода изолированы, расстояние может потребоваться немного шире, в зависимости от изолирующего пластика. Чтобы получить параллельную линию сопротивлением 600 Ом, те же провода должны быть расположены на расстоянии 9 дюймов (23 см); 600 Ом — это примерно практический предел для линий передачи, изготовленных из проволоки, а не из более толстого стального кабеля с медным покрытием или из жесткой алюминиевой или медной трубы.

Согласование импеданса

В качестве линии передачи эффективность передачи будет максимальной, когда импеданс антенны, характеристический импеданс двухпроводной линии и импеданс оборудования одинаковы. По этой причине при подключении двухпроводной линии к коаксиальному кабелю, например, двухпроводной линии с сопротивлением 300 Ом от бытовой телевизионной антенны к входу коаксиальной антенны телевизора с сопротивлением 75 Ом, симметрирующий преобразователь обычно используется с соотношением сторон 4:1. . Его цель двоякая: во-первых, он преобразует сопротивление двойного провода 300 Ом в соответствие с сопротивлением коаксиального кабеля 75 Ом; и, во-вторых, он преобразует симметричную симметричную линию передачи в номинально несимметричный коаксиальный вход. В общем, при использовании в качестве питающей линии двухжильный кабель (особенно версии с лестничной линией) имеет более высокий КПД, чем коаксиальный кабель, когда существует несоответствие импеданса между питающей линией и источником (или приемником). Для использования только для приема это просто означает, что система может обмениваться данными в несколько менее оптимальных условиях; при передаче это часто может привести к значительно меньшим потерям энергии в виде тепла в линии передачи.

Двойной провод также может служить удобным материалом для изготовления простой сложенной дипольной антенны. Такие антенны можно запитывать либо с помощью двухпроводного фидера сопротивлением 300 Ом, либо с помощью симметрирующего устройства с сопротивлением 300–75 Ом и коаксиальной линии питания, и они обычно выдерживают нагрузки средней мощности без перегрева.

Характеристический импеданс

Характеристический импеданс параллельной линии передачи, такой как двухпроводная или лестничная линия, зависит от ее размеров; диаметр проводов $\ d\$ и их разделение $\ D~.$ Это получено ниже.

Характеристическое сопротивление $\ Z_{\mathsf {o}}\$ любой линии электропередачи, работающей на частоте $\ f\$ или радианная частота $\ \omega =2\ \pi \ f\ ,$ дается

Z_{\mathsf {o}}={\sqrt {{\frac {R+j\ \omega \ L}{\;G+j\ \omega \ C\;}}\ }}

где для линии с двумя отведениями константы основной линии равны

R={\frac {\ 2\ R_{\mathsf {s}}\ }{\pi \ d}}

L={\frac {\mu }{\ \pi \ }}\ \operatorname {arcosh} \left({\frac {\ D\ }{d}}\right)

G={\frac {\pi \ \sigma }{\ \operatorname {arcosh} \left({\frac {\ D\ }{d}}\right)\ }}

C={\frac {\ \pi \ \varepsilon \ }{\ \operatorname {arcosh} \left({\frac {\ D\ }{d}}\right)\ }}

где $\ d\$ диаметр проволоки и $\ D\$ — расстояние между проводами, измеренное между их центральными линиями; $\ \epsilon \$ – абсолютная диэлектрическая проницаемость между проводами; $\ \mu \$ – абсолютная проницаемость ; $\ \sigma \$ – поверхностная проводимость между проводами; и где поверхностное сопротивление проводов определяется выражением

R_{\mathsf {s}}={\sqrt {{\frac {\ \pi \ f\ \mu _{\mathsf {c}}\ }{\sigma _{\mathsf {c}}}}\;}}~.

Пренебрегая сопротивлением провода $\ R\$ и проводимость утечки $\ G\ ,$ это дает

Z_{\mathsf {o}}={\frac {\zeta _{\mathsf {o}}}{\ \pi {\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\ }}\ }}\ \operatorname {arcosh} \left({\frac {\ D\ }{d}}\right)={\frac {\zeta _{\mathsf {o}}}{\ \pi {\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\ }}\ }}\ \ln \!{\Biggl [}\left({\frac {\ D\ }{d}}\right)\!\left(1+{\sqrt {\ 1-\left({\tfrac {d}{\ D\ }}\right)^{2}~}}~\right){\Biggr ]}\

^[5]

\quad ={\frac {\zeta _{\mathsf {o}}}{\ \pi {\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\ }}\ }}\ {\Biggl [}\ \ln \left({\frac {\ 2\ D\ }{d}}\right)+\ln \left[\ {\tfrac {\ 1\ }{2}}\left(\ 1+{\sqrt {1-\left({\tfrac {d}{\ D\ }}\right)^{2}~}}\;\right)\right]{\Biggr ]}\

\quad ={\frac {\zeta _{\mathsf {o}}}{\ \pi {\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\ }}\ }}\left[\ \ln \left({\frac {\ 2\ D\ }{d}}\right)-\left({\frac {d}{\ 2\ D\ }}\right)^{2}-\operatorname {\mathcal {O}} \left\{\left({\tfrac {d}{\ 2\ D\ }}\right)^{4}\right\}\ \right]

\quad \approx {\frac {\ 119.92\ {\mathsf {\Omega }}\ }{\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\ }}}\left[\ln \left({\frac {\ 2\ D\ }{d}}\right)-\left({\frac {d}{\,2\,D\,}}\right)^{2}\right]\approx {\frac {\ 119.92\ {\mathsf {\Omega }}\ }{\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\ }}}\ \ln \left({\frac {\ 2\ D\ }{d}}\right)~.

где $\ \zeta _{\mathsf {o}}\$ - импеданс свободного пространства (приблизительно 376,74 Ом), а $\ \varepsilon _{\mathsf {R}}\$ — относительная диэлектрическая проницаемость (которая для воздуха равна $1,00054$ ).

Когда разлука $\ D\$ во много раз больше диаметра проволоки $\ d\$ тогда $функцию arcosh$ можно приближенно заменить натуральным логарифмом (с удвоенным аргументом):

Z_{\mathsf {o}}={\frac {119.92\ {\mathsf {\Omega }}}{\ {\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\ }}\ }}\ \operatorname {arcosh} \left({\frac {\ D\ }{d}}\right)\approx {\frac {\ 119.92\ {\mathsf {\Omega }}\ }{\ {\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\ }}\ }}\ \ln \left({\frac {\ 2\ D\ }{d}}\right)\approx {\frac {\ 276.13\ {\mathsf {\Omega }}\ }{\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\ }}}\ \log _{10}\left({\frac {\ 2\ D\ }{d}}\right)~.

^[6]

Точные и приблизительные формулы разделения, необходимые для достижения некоторого заданного волнового сопротивления. $\ Z_{\mathsf {o}}\$ поэтому через пару проводов

D=d\ \cosh \left({\frac {\ \pi \ Z_{\mathsf {o}}{\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\ }}\ }{\zeta _{\mathsf {o}}}}\right)\approx {\tfrac {\ 1\ }{2}}\ d\ \exp \left({\frac {\ Z_{\mathsf {o}}{\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\ }}\ }{\ 119.92\ {\mathsf {\Omega }}\ }}\right)~.

Диэлектрический материал между двумя проводниками с двойной или лестничной линией не полностью состоит из воздуха: эффект «смешанного» диэлектрика, частично из воздуха и частично из полиэтилена или другого пластика, заключается в том, что фактическое сопротивление будет находиться где-то между расчетным значением. при условии, что весь воздух или весь полиэтилен. Тщательно измеренные или опубликованные значения для $\ Z_{\mathsf {o}}\$ обычно будет более точным, чем оценки по формулам.

Антенны

Двойной провод можно подключить непосредственно к антенне соответствующей конструкции:

Виндомная антенна: Многорезонансная антенна, резонансное сопротивление которой составляет около 300 Ом .
Складной диполь: Двухпроводной диполь, характеристическое сопротивление которого в свободном пространстве составляет около 300 Ом .
Диполь: Хотя центральное сопротивление при резонансе составляет примерно 73 Ом в свободном пространстве , при фактическом использовании оно варьируется от 30 до 100 Ом , в зависимости от высоты над землей, поэтому для фидерной линии с высоким импедансом, вероятно, потребуется Т-образное или Y-согласованное питание. .
Yagi–Uda antenna: Yagi и более простая антенна Moxon , а также другие направленные антенны ; Для любого кабеля необходимо какое-то специальное устройство согласования импеданса в точке питания, поскольку помехи между обычно близкими параллельными почти резонансными сегментами антенны вызывают низкое сопротивление точки питания, а также делают антенну более направленной.

Ссылки

^ «Почему лестничная линия?» . zs6hvb.za.net . Южная Африка: Клуб любительского радио Highveld ( ZS6HVB ).
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Стро, Р. Дин; и др., ред. (2000). Книга об антеннах ARRL (19-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . ISBN 0-87259-817-9 .
^ Форд, Стив (декабрь 1993 г.). «Приманка лестничной линии» (PDF) . QST Журнал . Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . Архивировано из оригинала (PDF) 2 апреля 2012 года . Проверено 16 сентября 2011 г.
^ Данцер, Пол (апрель 2004 г.). «Открытая линия подачи проволоки — второй взгляд» . QST Журнал . Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . Проверено 16 сентября 2011 г.
^ Стюарт, Уэс ( N7WS ) (июнь 1998 г.). «Сбалансированная линия передачи в современной любительской практике». В Стро, Р. Дин; и др. (ред.). Справочник по антеннам ARRL . Том. 6. Пингри, Дэйв (иллюстратор). Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . п. 174. ИСБН 978-0872-59743-3 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Стро, Р. Дин ( N6BV ); и др., ред. (2000). Справочник ARRL для радиолюбителей 2000 г. (77-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи (опубликовано в январе 1999 г.). п. 19⸗3. ISBN 978-087259-183-7 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список редакторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список редакторов ( ссылка )

[1] «Почему лестничная линия?» . zs6hvb.za.net . Южная Африка: Клуб любительского радио Highveld ( ZS6HVB ).

[ARRL-AntBk-2000-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Стро, Р. Дин; и др., ред. (2000). Книга об антеннах ARRL (19-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . ISBN 0-87259-817-9 .

[Ford-1992-12-3] Форд, Стив (декабрь 1993 г.). «Приманка лестничной линии» (PDF) . QST Журнал . Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . Архивировано из оригинала (PDF) 2 апреля 2012 года . Проверено 16 сентября 2011 г.

[Danzer-2004-04-4] Данцер, Пол (апрель 2004 г.). «Открытая линия подачи проволоки — второй взгляд» . QST Журнал . Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . Проверено 16 сентября 2011 г.

[5] Стюарт, Уэс ( N7WS ) (июнь 1998 г.). «Сбалансированная линия передачи в современной любительской практике». В Стро, Р. Дин; и др. (ред.). Справочник по антеннам ARRL . Том. 6. Пингри, Дэйв (иллюстратор). Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . п. 174. ИСБН 978-0872-59743-3 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[6] Стро, Р. Дин ( N6BV ); и др., ред. (2000). Справочник ARRL для радиолюбителей 2000 г. (77-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи (опубликовано в январе 1999 г.). п. 19⸗3. ISBN 978-087259-183-7 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список редакторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список редакторов ( ссылка )

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]