Погонное затухание фидера это

НА ГЛАВНУЮ — — адрес этой страницы — http://ra6foo.qrz.ru/fider-loss.html — версия 28 05 2011 — — НА ГЛАВНУЮ
На страницу Рассогласование в фидерном тракте

РАСЧЕТЫ ФИДЕРНЫХ СИСТЕМ: потери

Усиление, шумовой параметр G/T, потери в системе и КСВ определяют не только качество модели и грамотное исполнение и установка антенны, но и ПОТЕРИ и РАССОГЛАСОВАНИЕ в ФИДЕРНОМ ТРАКТЕ, состоящем из кабелей, разьемов, коаксиальных реле, трансформаторов, стыков и тройников.
О потерях в элементах согласования ходят ужасные страшилки, в которых они завышены в десятки и сотни раз. Напротив, в самом согласовании допускаются ошибки, приводящие к заметному рассогласованию и КСВ в фидерной системе и между фидером и источником, за что порой расплачивается антенна — «настройкой», вернее расстройкой ее на величину рассогласования, вносимого фидером, но с обратным знаком, так чтобы трансивер был согласован с входом фидера.
На этой странице разговор только о ПОТЕРЯХ В ФИДЕРНОЙ СИСТЕМЕ той мощности, которая УЖЕ ПОСТУПИЛА в неё. Сбросил ли мощность ваш трансивер при рассогласовании с входным сопротивлением фидера или нет, вопрос отдельный и неантенный.

Потери в фидкре и элементах согласования, трансформаторах, повторителях.
Потери в разьемах и стыках кабеля
Влияние потерь в фидере на измерение КСВ антенны
Измерение потерь в фидере

ПОТЕРИ В ФИДЕРЕ И ЭЛЕМЕНТАХ СОГЛАСОВАНИЯ, ТРАНСФОРМАТОРАХ, ПОВТОРИТЕЛЯХ

Определить потери в согласованном c нагрузкой кабеле несложно, достаточно знать затухание дб/м кабеля на рабочей частоте и его длину. Оценка потерь в рассогласованном тракте и в трансформаторах у многих уже вызывает затрудения и ошибки в десятки и сотни раз. Потери мощности в кабеле зависят не только от удельного затухания в нем на расчетной частоте и его длины, но и от КСВ в нем. Коэффициент передачи мощности в % или КПД кабеля при КСВ 1,0 несложно расчитать,зная его погонное затухание в дб/м из справочников. При КСВ >1,0 точный расчет по формулам сложен. В частном случае, когда потери в кабеле при КСВ 1 не более 1 дб, КПД кабеля можно расчитать по формуле: КПД = 1/1+0,115а (ксв+1/ксв), где а- затухание в кабеле при КСВ 1 в нем. При потерях в кабеле более 1 дб лучше воспользоваться графиком из книги З. Беньковский, Э. Липинский » Любительские антенны КВ и УКВ » стр. 31. Вертиакльная шкала — в % мощности сигнала на выходе кабеля относительно мощности на его входе.

График 1. Зависимость потерь мощности (КПД кабеля) от КСВ в нем

График 2. Общие потери в дб в длинных кабелях с КСВ >1

Графики построены для КСВ в финальном участке кабеля у нагрузки (антенны), там, где КСВ в кабеле С ПОТЕРЯМИ максимален. При большом затухании в кабеле, например 10 дб, даже большом рассогласовании с нагрузкой прямая волна в финальном участке будет на 10 дб меньше, чем прямая на стартовом участке, соответственно меньше будет и отраженная, а возвратившись к трансиверу будет ослаблена еще на 10 дб, всего на 20 дб или в 10 раз. В результате в стартовом участке кабеля КСВ не превысит 1,2 в нашем примере даже при кз или хх вместо нагрузки. Поэтому определение КСВ и потерь в длинном кабеле по показаниям КСВ метра в стартовом участке кабеля у трансивера не имеет смысла без пересчета в КСВ в финальном участке кабеля у нагрузки. При затухании в кабеле 3. 6 дб такой пересчет будет уже неточен, а при 10 дб невозможен из за погрешностей любого КСВ метра.
Дополнение от 25 02 2015.
Расчет потерь в кабеле по известному КСВ нагрузки (антенны) или измеренному КСВ на стороне трансивера можно сделать с помощью калькулятора на странице Расчет длинных линий с потерями

График 3. Общие потери в дб в коротких кабелях с КСВ >1

Напомню, что КСВ в 1/4λ трансформаторе или 1/2 повторителе равно частному от деления трансформируемого или повторяемого опротивления на сопротивление кабеля (большего на меньшее). Для 1/4 трансформатора это можно представить и иначе, как корень из отношнеия трансформируемых сопротивлений, например КСВ в трансформаторе 75↔50 Ом равен √1,5 = 1,22. Расчет общих потерь в отрезках кабеля, работающих как трансформаторы или повторители, можно сделать с помощью формулы: A =10 lg [ 1/1+0,115а (ксв+1/ксв) ] , где А — затухание в кабеле с КСВ >1 в дб, или с помощью графика 3. Проверим, действительно ли применение полуволновых повторителей и 1/4 трансформаторов с вязано с большими потерями на УКВ.
Возьмем обычный кабель типа РК 75-4-11 с затуханием 0,14 дб/м на 145 МГц, он же 0,56 дб/м на 1296 МГц. как 1/4 трансформатор, например 37,5 в 150 Ом. На 145 МГц он имеет длину 0,34 м и собственное затухание 0,05 дб и работает с КСВ 2. Общее затухание при этом 0,06 дб, т. е. из за КСВ 2 оно увеличилось лишь на 0,01 дб или на 17%. На частоте 1296 МГц его погонное затухание в 4 раза больше, но длина, как трансформатора, в 9 раз меньше, соответственно общее затухание 0,06 х 4/9 = 0,027 дб или на 0,006 дб больше собственного 0,021 дб для такой длины ( 38 мм).
Полуволновый повторитель обычно работает на УКВ в антеннах с петлевыми вибраторами и с КСВ в нем не более 2. Его длина и собственные потери в 2 раза больше, но через него проходит лишь половина мощности поэтому общие потери уровня сигнала на 145 МГц в полуволновой петле те-же 0,06 дб, что и в 1/4 волновом трансформаторе с КСВ 2, через который проходит вся мощность.

Перевод отношения величин в дб и обратно обычно делают с помощью таблицы дб, но она не всегда под рукой. Формула затухания в дб, как отношения величин напряжения U_отр./U_прям. 20 lg U_отр./U_прям.. Иногда необходима формула перевода из дб в разы. Она выглядит так: U_отр./U_прям.= 20 √10 дб (корень 20й степени из 10 в степени дб)

Потери для некоторых типов кабелей поможет расчитать
КАЛЬКУЛЯТОР ПОТЕРЬ
(движок и база данных с сайта IMC Измерительная лаборатория )

ПОТЕРИ В РАЗЬЕМАХ И СТЫКАХ КАБЕЛЯ

В РАЗЬЕМАХ дополнительные потери определяются главным образом только омическим сопротивлением контактов току ВЧ, обычно десятые доли Ома. При плохом контактном сопротивлении 0,1. 0,5 Ома потери мощности в 50 Омном разьеме составят 0,2. 1% или 0,01. 0,05 дб, зависят от типа разьема и частоты и для расчета лучше брать сведения из достоверных источников. Контактное сопротивление новых разьемов по данным изготовителей обычно в 3. 5 раз меньше, чем БУ.
В ПАЯНОМ СТЫКЕ дополнительные потери можно оценить сравнением сопротивления току ВЧ паяного участка центральной жилы (покрыт припоем, но толще) и участка контактов наложенных друг на друга экранов кабелей с участком кабеля той же длины. При длине этих участков 7. 12 мм дополнительные потери меньше потерь в соединении кабеля через разьемы и практически их можно считать равными потерям в участке кабеля той же длины, т. е. такой стык не вносит дополнительных потерь.
Омические потери в разьеме и стыке не надо путать с потерями из за рассогласования (КСВ), возникающего в фидерном тракте из за неоднородности их волнового сопротивления и трансформации, вносимой таким разьемом или стыком. Эти дополнительные потери распределены по рассогласованному участку фидера и расчитываются с помощью графика 3 с учетом его длины, собственных потерь и КСВ на этом участке фидера.

ВЛИЯНИЕ ПОТЕРЬ В ФИДЕРНОМ ТРАКТЕ НА ИЗМЕРЕНИЕ КСВ АНТЕННЫ

Измерение КСВ антенн УКВ практически всегда производится через кабель. При измерениях на земле используют кратный 0,5λ кабель длиной в зависимости от диапазона от 0,5 до 5λ и в общем случае потерями в нем можно пренебречь. При измерении КСВ антенны, установленной на рабочей высоте на мачте, длина кабеля и потери в нем занижают фактический КСВ антенны. Сделаем расчет. Например у антенны 436 МГц через кабель DX10a длиной 40 м и затуханием 4 дб измеренный КСВ 1,5. Примем уровень падающей волны на входе фидера за единицу. При КСВ 1,5 уровень отраженной волны КСВ-1/КСВ+1 = 0,2. Уровень падающей волны на входе антенны будет на 4 дб меньше: 0,63, а отраженной на 4 дб больше: 0,317, она также несет потери по дороге назад. Их отношение в формуле КСВ: 0,63+0,31/0,63−0,31 = 0,947/0,313 = 3,02. Этот КСВ 3,02 и есть КСВ антенны при измеренном 1,5. Разница существенная. В этом расчете не учтены дополнительные потери в кабеле из за КСВ ≠ 1. Как видим, из за потерь в кабеле отношение падающей и отраженной волн на входе кабеля меняется. Соответственно меняется и КСВ, от 3 на участке у антенны до 1,5 на участке у КСВ метра. Это вносит дополнительные сложности в точный пересчет КСВ нагрузки (антенны), но в любом случае КСВ будет еще выше, чем в приведенном расчете.
Дополнение 25 02 2015. Расчет КСВ нагрузки (антенны) по известному измеренному КСВ на стороне трансивера можно сделать с помощью калькулятора на странице Расчет длинных линий с потерями

ИЗМЕРЕНИЕ ПОТЕРЬ В ФИДЕРЕ

Попытки путем измерения напряжения в начале и в конце фидера ни к чему хорошему не приводят. Одни таким способом находят потери в новом кабеле в 10 раз больше заявленых производителем, другие получают этакий вечный двигатель с мощностью на нагрузке больше, чем на входе кабеля. Измеренное вольтметром на входе — выходе выдают за мощность на входе — выходе, отсюда или открытия вечного двигателя или выводы о никчемности хорошего кабеля.
Мощность по напряжению на известной нагрузке определить можно, надо только корректно измерить напряжение. Но проходящую мощность на входе кабеля измерить в домашних условиях нечем, это и для профессионала сложная задача. Если в вашем кабеле есть центральная жила, а изоляция всё же из полиэтилена, а не ПВХ и экран не заржавел, то много потерь в нем не найдешь. Если всё же есть сомнения или неизвестны паспортные данные кабеля, его затухание можно измерить КСВ метром. Об этом на стр. Измерение затухания и К укор. кабеля КСВ метром

6.1.2. Параметры фидерных линий

Основными параметрами линии передачи являются волновое сопротивление, погонная емкость, погонное затухание.

ВОЛНОВЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ЛИНИИ (Z) называется отношение комплексных амплитуд напряжения к току падающих или отраженных волн. Оно носит комплексный характер и связано с погонной индуктивностью Lo и погонной емкостью линии Со соотношением:

Для коаксиальных кабелей Lo и Со определяются по формулам:

где D — диаметр [внутренний) экрана, мм;

d— диаметр внутреннего проводника, мм.

Погонная емкость кабеля — емкость единицы длины кабеля. Обычно погонная емкость кабеля указывается в пф/м:

где е — диэлектрическая проницаемость изоляции;

D — диаметр (внутренний) экрана, мм;

d—диаметр внутреннего проводника, мм.

Значения диэлектрической проницаемости e материалов приведены в приложении 9.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля определяется геометрическими размерами его поперечного сечения и диэлектрической постоянной [см. формулу 6.4).

Электромагнитная волна в фидерной линии с диэлектриком распространяется с меньшей скоростью, чем в свободном пространстве (для вакуума, е = 8,854*10^(-12)). Так, в воздушной линии скорость распространения волны всего на 2-3% меньше, чем в свободном пространстве, а в кабельной линии, заполненной диэлектриком, скорость зависит от диэлектрической проницаемости материала заполнения,

В зарубежной справочной литературе вместо коэффициента укорочения длины волны приводят КОЭФФИЦИЕНТ ЗАМЕДЛЕНИЯ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧ, (k = 1/с). Радиоволны в свободном пространстве распространяются со скоростью света ( с = 3*10^8 м/с). В линии передачи их скорость уменьшается в k раз. Значения k меняются в зависимости от конструкции линии.

Типичное значение k составляет:

0,75 — для двухпроводной линии с пластмассовой изоляцией;

0,67 — для коаксиальной линии с твердой пластмассовой изоляцией;

0,85 — для коаксиальной линии с воздушной изоляцией;

0,97 — для открытой воздушной двухпроводной линии. Вследствие потерь электромагнитная волна, распространяясь вдоль линии, уменьшается по величине — затухает. Эффективность прохождения сигнала по линии (фидеру) определяется величиной погонного затухания (Р). ПОГОННОЕ ЗАТУХАНИЕ характеризуется уменьшением напряжения сигнала по мере его распространения вдоль линии на рабочей частоте, приходящееся на единицу длины кабеля. Выражают затухание в децибелах на метр (или неперах на километр).

При небходимости перевода единиц затухания можно воспользоваться следующим соотношением: 1дБ = 0,115 неп (или 1неп = 8,686дВ).

Погонное затухание зависит от материалов, из которых изготовлены проводники и изоляция, их поперечных размеров, частоты измерения и определяется по формуле

Чем выше частота и чем длиннее кабель, тем больше затухание Р фидерной линии.

ПРИМЕР: Определить общее затухание фидерной пинии, выполненной из коаксиального кабеля РК-75-4-11 длиной l=25м для V-TB канала. Из табл. 1.2 находим частоту V-TB канала: Fср=96МГц. По табл. 6.3 определяем затухание кабеля на этой частоте в=0.1 дБ/м. Общее затухание составит T=в*l;T=0.1*25=2.5дБ

Уменьшение напряжения сигнала, по мере его распространения вдоль линии, происходит по экспоненциальному закону:

Затухание сигнала по мощности в фидерной линии определяется формулой

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ линии определяется как отношение мощности на выходе линии к мощности на ее входе:

Из формулы следует, что чем меньше коэффициент погонного затухания линии и меньше ее длина, тем больше КПД.

Параметры и режимы работы фидерных линий

Фидерные линии характеризуются рядом параметров, из которых ос­новными являются волновое сопротивление, коэффициент укорочения длины вол­ны и погонное затухание. Эти параметры дают практически полное представ­ление об электрических параметрах линии.

Волновое сопротивление ζ_Β — отношение амплитуды падающей волны на­пряжения к амплитуде падающей волны тока (падающая волна — волна, рас­пространяющаяся по линии ат генератора к нагрузке). Волновое сопротивле­ние ζ„, Ом, может быть определено через погонную индуктивность линии L„, Гн/м, и погонную емкость линии С_п, Ф/м, по формуле

Для практических расчетов волновое сопротивление ζ_Β, Ом, удобно опреде­лять по формуле

Потери мощности в нагрузке N дБ, за счет рассогласования фидерной ли­лии с нагрузкой определяются через коэффициент отражения р

График зависимости потерь в нагрузке за счет рассогласования от коэффи­циента отражения приведен на рис. 7.

Пример. Определить потери мощности в нагрузке (потери за счет рассогла­сования) при КСВ = 3.

1. Коэффициент отражения

2. Потери рассогласования (по графику рис. 7)

Коэффициент укорочения длины волны η — отношение длины волны в возду­хе λο к длине волны в фидерной линии λ_κ:

В воздушных линиях скорость распространения волны такая же, как в воз­духе, поэтому длина волны в воздушной линии равна длине волны в воздухе (λ_κ=λ₀, п=1). В экранированных линиях со сплошным заполнением диэлектри­ком (например, большинствогибких радиочастотных кабелей РК)а з экранированных линияхПри расчетах различных фидерных уст­ройств (четвертьволновых трансформаторов, шлейфов, согласующе-симметрирующих устройств и т. д.) учет коэффициента укорочения длины волны обя­зателен.

Значения коэффициента укорочения для наиболее употребительных радио­частотных кабелей промышленного изготовления приведены в табл. 3.

Пример. Определить длину полуволнового согласующе-симметрирующего U-колена, выполненного из кабеля РК 75-4-15, для петлевого вибратора антен­ны «волновой канал» 3-го телевизионного канала (f_Cp=80 МГц),