Transmissie lijnen
Transmissie lijnen
| Zeer belangrijk onderdeel van alle radio installaties, zonder twijfel!. Het mooiste toestel zal weinig vreugde geven als de energie niet naar de bestemmeling vloeit. De antenne moet verzorgd worden maar niet correct gevoed zal weing aarde aan de dijk brengen. | |||||||||||||
| Waartoe dient de "feeder" of transmissie lijn ? |
|||||||||||||
| Ofwel hadden we centen, ofwel hebben we moeizaak een RF signaal met de informatie (modulatie) opgebouwd naar wensen om naar een tegenstation over te brengen. De antenne daar weten we van die zal normaal het signaal de lucht in sturen. Blijft nog het probleem om zo optimaal (zoals steeds) de twee delen radio en antenne met elkaar te verbinden. Het overbrengen moet optimaal gebeuren. Dit kan niet genoeg onderstreept worden. | |||||||||||||
|
|
|
||||||||||||
| Welk soort signaal moeten we overbrengen ? |
|||||||||||||
| Veel onder U zullen dit wel weten. Maar toch is het nuttig hier wat op in te gaan. Stralings energie van een antenne bestaat uit elektromagnetische golven. Bekijk aandachtig het woord "elektro-magnetisch". De antenne straalt magnetische EN elektrische velden uit. Voor de omzetting moet er energie circuleren dit de straling zal opwekken. Dit moet door de geleider (coax of twin , zie tekeningen hierboven) van de radio of omgekeerd naar antenne gevoerd worden. | We herhalen het nog eens: een elektro-magnetische golf wordt samengesteld uit een "elektrisch veld" en een "magnetisch veld" welke loodrecht op mekaar staan. Bij de bepaling van de polarisatie gebruikt men het elektrisch veld als basis. In onze tekening onder zien we dat we met een horizontaal gepolariseerd elektromagnetische veld te doen hebben. Uit de regel van de kurkentrekker leiden we de richting van propagatie af, nl het elektrisch veld draait in de wijzers van een horloge alsof de kurkentrekker in de "Z" as beweegt. Spanning veroorzaakt het "elektrisch veld", stroom ligt aan de basis van het "magnetisch" veld. |
||||||||||||
|
|
|||||||||||||
|
We zien een elektromagnetische golf zich in de ruimte voortplantend. E is het elektrisch veld, H is het magnetisch veld Z de richting van voorplanten. |
|||||||||||||
| Wat hoger gezien is toch wel belangrijk als men wat dieper in de materie wenst in te gaan. : |
|||||||||||||
|
De orientatie van het elektrisch veld bepaalt de polarisatie en volgens dat het magnetisch veld in vehouding met het elektrische staat bepaalt de propagatie richting. |
|||||||||||||
|
Terug naar de eigenlijke transmissie geleiders. Iedereen zal de verschillende types uit de TV wereld wel herkennen. Het gaat om het type "coax" en "twin". Het laatste is duidelijk twee dradig. Bij de coax (coaxiaal) zal de fig hieronder wat duidelijkheid brengen (eigenlijk ook tweedradig). |
|||||||||||||
|
|
Links dus een coax. We zien duidelijk dat er ook twee geleiders zijn maar concentrisch. Zonder twee geleiders is transport niet mogelijk. De buitenste geleider is de mantel van de coax. Kijk even hoe de velden op de figuur links getekend zijn. U weet het nog zeker?. Stroom doet rond de stroomvoerende geleider magnetsch velden ontstaan. De spanning tussen de centrale geleider en de mantel doen het elektrisch veld ontstaan. De pijltjes geven de richting aan. Kan U uitmaken in welke richting de energie zich voortbeweegt? Denk er aan dat één veld NIET zonder het andere KAN bestaan. |
||||||||||||
| Een vereenvoudigde elektrische voorstelling met discrete komponenten. : |
|||||||||||||
|
|
Het was te verwachten dat we wel spoel vorm en condensatoren zouden terug vinden. Immers , we weten dat elke geleider begiftigd is men een beetje spoel en er tussen twee elementen er zich een condesator bevindt. Eigenlijk niet moeilijk om dit in het geval van "twin" draad ook in te zien. | ||||||||||||
| Om met het voorbeeld van de "coax" te werken: de centrale geleider voert de stroom met de mantel als referentie (aarde - of nul). Stroom veroorzaakt magnetisch veld. Om stroom te kunnen hebben moet er spraken zijn van spanning maar ook verbruiker. Spanning die op zijn beurt elektrisch veld op haar rekening neemt. U merkt dat het ene niet zonder het andere kan bestaan. Uit deze gedachtengang kan U tevens afleiden dat beide velden loodrecht op elkaar staan. We bevinden ons in een RF domein en zullen de velden overeenkomstig veranderen. Evident, de verbruiker is de antenne had U zeker gemerkt |
Elk elementje voor spoel en capaciteit zoals de figuur laat zien moet je toch aan het filter 'L/C" doen denken. U merkt een laag doorlaat filter als het waren. Gezien de constructie van een coax kabel vooral, merken we een essentiële eigenschap van "Laag doorlaat". Vooral in het geval van de coax is de verzwakking voor de hogere frequentie hoog tot zeer hoog en dit volgens de gebruikte frequentie. Een twin type kabel leidt daar minder onder maar heeft dan weer niet andere coax eigenschappen zoals het stralen van de "feeder". Een keuze (weeral) dringt zich op. |
||||||||||||
ZEKER: |
|||||||||||||
| Voor elk type kabel wordt een inductantie EN een capacitantie per lengte eenheid gedefinieerd.. Als voorbeeld voor een veel gebruikt coax van 50 Ω vinden we de volgende waarden terug: capaciteit per meter : 100 pF inductantie per meter : 250 nH Deze kennis laat toe om andere eigeschappen van de kabel te berekenen. Ziet U het verband met de totaal lengte feeder als U de totaal capaciteit kan meten. Ziet U tevens dat het mogelijk is om een bepaalde capaciteits waarde zelf uit een coax te halen ?? ...dan hebt U de zaak begrepen. |
|||||||||||||
| Coax kabels hebben een karakteristieke impedantie |
|||||||||||||
| U moet dit zo zien: Bekijk de kabel vooraan en merk een bepaalde impedantie. U zou verwachten dat deze afhangt van de lengte van de kabel is. In het geval van de karakteristieke impedantie is dit niet zo. U ziet ongeacht de lengte een bepaalde impedantie die niet verandert. Dit is een essentiële eigenschap van de kabel. Deze eigenschap is beperkt in frequentie gebruikt. De impedantie hangt af van de constructie en de gebruikte materialen. Voor coax zien we meestal 50, voor TV 75 en soms 90 Ω. Ter informatie wat rekenwerk om deze impedanbtie te bepalen uit onderstaande formule: | |||||||||||||
| Zo = impedantie van de kabel Ɛ = diëlectrische constante Log = Log basis 10 Φ ext = diameter uitwendig (mm) Φ in = diameter inwendig (mm) |
|
||||||||||||
|
Ter informatie ziet U rechts een tabel met gegevens over het diëlektricum zoals bij coax gebruikt.U ziet de waarden van de diëlectrische constante Ɛ . Merk het zeer kleine verschil tussen luchtledig en lucht zelf. | ||||||||||||
|
|
Kennis van de specifieke parameters van een "feeder" laat toe om deze impedantie te berekenen. De formule hiernaast laat dit toe. Merk de onhafhankelijkheid van de frequentie. | ||||||||||||
| Niet enkel de kabels hebben een caracteristieke impedantie , ook het luchtledige. |
|||||||||||||
| Elektromagnetische golven doordringen de lege ruiimte, denk maar aan al die satellieten die afhankelijk zijn van communicatie. Zelfs de ruimte heeft een bepaalde karakteristieke impedantie want anders zou energie overdracht niet kunnen. U ziet de ruimte waarin radiogolven zich voortplanten als de "feeder" naar de andere antenne (ontvangst). | Met een beetje goede wil kunnen we deze waarde berekenen. Het elektrisch veld ontstaat door de aanwezigheid van spanning. Neem het voor waar, onderstaande formule geeft ons deze waarde: Ɛo = 1/36 π 10-9 F/m De studie over magnetisme zou ons deze geven. |
||||||||||||
| Op een gelijkaardige manier kunnen we het magnetisch veld dat om reden van aanwezigheid van stroom ontstaat bepalen. De waarde is: μo = 4 π 10-7 H/m |
Naar analogie met stroom en spanning passen we dit toe. : |
||||||||||||
| Wervangen we nu L door μo en C door Ɛo Verder uitrekenen en U moet het volgende vinden : Zo = 377 Ω Wat te zeggen over de impedantie van een gesloten dipool: 300Ω |
|||||||||||||
| Dit was ter info en wel zeer ingekort. | |||||||||||||
| Propagatiesnelheid in verschillende media : |
|||||||||||||
| Iedereen weet dat de grootste snelheid in de natuur deze van het licht in de lege ruimte (of bijna als lucht) en ongeveer 300 000 km/s begraagt. ( 3 108 m/s - en indien U het nog niet wist, licht is eveneens een elektromagnetische golf). In andere materialen is dat niet het geval en is de snelheid kleiner zo ook in de coax kabel. De Ɛ waarde zijnde beduidend kleiner en dus ook de snelheid doorheen het diëlectrisch materiaal. Uit de mechanika weten we dat voor kleinere snelheid de afgelegde weg per tijdeenheid kleiner is. Het is de aanwezigheid van het element equivalent aan de capaciteit die de snelheid doet dalen. . Men definieert een snelheidsfactor welke van de samenstelling van het diëlektrisch materiaal afhangt. De waarde zal steeds kleiner dan 1 (één) zijn. Het is de verhouding van de snelheid doorheen het medium ten opzichte van deze door het luchtledig. Dit is belangrijk om weten want twee meter in de ruimte is niet gelijk aan twee meter doorheen een "feeder". Het zelfde moet gezegd over kwart golven. |
|||||||||||||
| Het volstaan om de waarde Ɛ te kennen om deze faktor te kunnen bepalen volgens de formule recht. De constructeur weet er alles van. |
|
||||||||||||
| Als voorbeeld nemen we een kabel ven het type RG213 waarbij het dëlectricum uit polyethyleen met Ɛ 2,3 bestaat. We rekenen en vinden als faktor 0,66. Wat nader uitgelegd: zenden we een radio golg op twee meter in de ruimte dan zal de golflengte in de coax nog maar 1,20 m zijn. |
|||||||||||||
| Dit is belangrijk omdat, als de lengte van een feeder in verband moet staan met de golflengte dan moet met deze verkortingsfactor rekening gehouden worden.!! |
|||||||||||||
| Het verschil tussen een perfecte en een reële kabel. : |
|||||||||||||
| Het wordt eentonig maar in de werkelijke wereld is niks perfekt. Evenmin zullen we perfekte coax of twins vinden. | |||||||||||||
| De verleizen hebben meerdere oorzaken : |
|||||||||||||
|
|||||||||||||
| Bifilaire feeders : |
|||||||||||||
| Omdat dit soort kabel eenvoudig is wordt dit type reeds lang gebruikt. Het goed plaatsen van dit type is wel moeilijker dan bij coax. De verleizen zijn klein wat een gebruik in een omgeving met grote VSWR met betrekking tot die verliezen toelaat. Gebruik bij multiband antennes is eenvoudiger. De coax is van nature zelf afschermend (straling minimaal) en zal de bifilaire draad "twin" bij fouten in gebruik sneller gaan stralen en Uw buren ontevreden stellen. | |||||||||||||
 |
 |
||||||||||||
| Hierboven ziet U een klassieke Twin Lead zeer goedkoop bij aanschaf. Meest voorkomend zijn de impedanties 300 of 450 ohm. | Andere modellen bestaan zoals U hierboven kan zien. | ||||||||||||
| Karakteristieke impedantie van een bifilaire draad: |
|||||||||||||
| Berekening gebeurt op een gelijkaardige wijze als voor coax. In het geval van een door lucht gescheide feeder is Ɛ = 1 |
|
||||||||||||
| Niet vanbuiten leren hoor!!! puur informatief...en niet volledig.... | |||||||||||||
| Zonder twijfel, "côte à côte" of twin zijn eenvoudig maar bij gebruik moet men zekere voorzorgen nemen. Indien U ervaring heeft met het gebruik bij TV toen men nog met echte TV antennes werkte komt hier ook van pas. Men past hier symmetrische kabel toe (coax is assymmetrisch, zie je waarom ??). Elk deel kan indien niet goed gebruikt gaan stralen met als gevolg veelal gelukkige buren. Voorzorgen nemen..... |
|||||||||||||
- Zeker er voor zorgen dat geen metaaldelen kort bij deze feeder liggen. Dit is vooral het geval indien de afstanden ten opzichte van de twee draden verschillend zijn. - Nooit een bundel van kabel omdat er teveel draad is mag voorkomen, lijkt mij logisch. - Ten opzichten van het stralend gedeelte (antenne) moet de feeder loodrecht ten de richting van de straler staan of hangen (meestal vertikaal naar beneden). - Het zelfde is waar voor het naar binnen voeren van de kabel in het gebouw of kamer. - Bij gebruik van een "antenne tuner", dan moet deze een verzorgde symmetrische aansluiting hebben. - Vervang als U de mogelijkheid hebt de twin door een genoemde "kippenladder" feeder maar consulteer hiervoor een degelijk boek en werk met zorg. Een kippenladder draad is een wat grotere twin (afstand tussen de beide draden is groter). |
|||||||||||||
| Maken we nu een vergelijk tussen een coax draad en een bifilair of twin draad : |
|||||||||||||
| Coax kabel | Twin draad | ||||||||||||
|
|
||||||||||||
|
|
|||||||||||||
| Als U een goede keuze maakt in deze leerstof hier behandeld, dan bent U in staat om degelijk dit belangrijk onderdeel bij transmissie goed te gebruiken. Opnieuw, U wordt aangemoedigd om U verder te informeren in deze materie. Het kost niet veel dan wat inspanning en U haalt een hoog rendement door het correct toepassen van feeders... | |||||||||||||
