VK5BR Butler Lloyd
Quanto ao mérito da Arame linhas
Open
por VK5BR Butler Lloyd
(Publicado pela primeira vez na Rádio Amador, de setembro de
1991)
Introdução
Na escolha de um sistema de alimentação para antenas, a preferência é muitas vezes
dão ao uso de 50-ohm cabo coaxial. Esta prática é muitas vezes aplicada quando, na
verdade, poderia ser mais eficiente, ou mesmo mais conveniente, a utilização
equilibrada linhas fio abertas. Este artigo é dedicado a apontar as vantagens das
linhas de fio abertas e discutir um determinado poucas aplicações onde eles poderiam
ser a escolha preferida para alimentar a antena.
Cabo coaxial
Antes de ligar para o nosso fio de linha de discussão aberto, devemos primeiro discutir
os méritos de um cabo coaxial, em especial, do tipo polietileno, com dielétrico
geralmente utilizadas em radioamadorismo. Os valores típicos de impedância
característica para este tipo de cabo de 50 ohms e 75 ohms, muito apropriado valores
para coincidir com a resistência de radiação de muitas antenas de base. Devido à forma
concêntrica dos dois condutores do cabo, os campos de cabo coaxial são confinados
dentro do interior do cabo delimitada pelo condutor externo. Como não é um campo
pouco do lado de fora do condutor externo, o cabo pode ser montado diretamente sobre
um suporte de metal. Devido a esta característica e também a natureza flexível do
dielétrico de polietileno, o cabo é muito apropriado para correr até o lado de uma torre
metálica ou mastro da antena no topo. Além disso, a radiação directa do cabo é
minimizada por causa do campo limitado. Do ponto de vista da recepção, o cabo forma
uma linha de transmissão que se encontra protegido de captação do sinal direto. Esta é
uma vantagem se o cabo deve ser executado através de um campo de alto nível de ruído
localizado.
Atenuação
Figura 1, reproduzida a partir do ARRL Antenna Handbook, compara a atenuação dos
diversos tipos de linha de transmissão. RG8 tipo cabo coaxial é normalmente utilizado
para alimentar uma antena de uma estrutura rígida, como uma torre. A partir das
curvas, RG8 tem uma atenuação de 0.8dB por 100ft de 14MHz e 1.2dB por 100ft de
29MHz. Este é claramente um cabo muito satisfatório para o trabalho HF mas, sendo
um cabo de diâmetro 0.4inch, é um pouco volumoso para pendurar no espaço livre do
fio da antena amador média. Para o fio da antena, pode-se escolher um isqueiro
polegadas de diâmetro do cabo 0.2. Suponha que nós éramos para alimentar uma antena
dipolo conjunto a uma altura de meio comprimento de onda acima do solo. A
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resistência de radiação nesta altura poderia ser assumido como 73 ohms e um cabo de
75 ohm 0.2inch, como RG59, poderia ser usado para combinar com a antena através de
um transformador balun 1:1 no centro da antena. Referindo-se novamente para as
curvas, este cabo (RG59) tem uma atenuação de 1,5 dB por 100ft de 14MHz e 2dB por
100ft de 28MHz.
Figura 1. Atenuação dos diferentes tipos de linha de transmissão (reproduzido do
ARRL Antenna Handbook).
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Todos os valores de atenuação que citamos assumir uma relação de onda estacionária
(SWR) de 1:1. Temos agora veja a figura 2, que nos permite obter a atenuação de cabos
de aço maior que 1:1. Se os nossos cabos de aço é de 3:1, vemos que a atenuação do
cabo RG59 tem aumentado a 2dB/100ft em 14MHz e 28MHz em 2.8dB/100ft, muito
sensível a perda de um. Em vez de usar RG8, poderíamos usar 300 ohm TV aberta
linha de fio através de um transformador balun 04:01 relação de impedância. Este cabo
é bastante leve e flexível, e não reage muito bem a partir de uma antena de fio. Na
figura 1, a atenuação de um ROE de 1:1 a cerca de 0.08dB/100ft em 14MHz e 28MHz
em 0.17dB/100ft. Voltamos a referir-se a figura 2 e torna-se claro que, para um ROE de
3:1, a atenuação da linha de fio aberto ainda é apenas uma fração de dB/100ft em ambas
as freqüências e, portanto, muito mais eficiente do que o RG59 cabo coaxial .
Figura 2. As curvas mostram a atenuação
aumentada
em uma linha de transmissão quando os
cabos de aço é aumentada
(Reproduzido do ARRL Antenna
Handbook).
Sintonizado Alimentadores
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A operação de antenas de fio multibanda é muitas vezes feita muito mais fácil se a
linha de transmissão pode ser ajustado. Isto, obviamente, implica um elevado SWR
muito. Suponha-se que selecionar um valor de cabos de aço = 20, o maior valor
apresentado nas curvas da figura 2. Para isso cabos de aço, cabo coaxial RG59 nosso
tem uma atenuação de 6dB/100ft em 14MHz e 28MHz em 7.5dB/100ft. Esta é a
atenuação excessiva e, portanto, o cabo coaxial é pouco apropriado para a operação em
um modo de alimentação ajustada.
Nós, agora, aplicar os cabos de aço = 20 para o fio da TV a cabo e aberta obtemos
valores de atenuação de cerca de 0.8dB/100ft em 14MHz e 28MHz em 0.4dB/100ft.
Muito claramente, a linha de fio aberto é essencial para eficiência de energia boa
quando usando os alimentadores atento.
Algumas antenas de fio típica
Um dos mais populares de antenas de fio multi-banda é o G5RV. A forma típica da
antena faz uso de um gêmeo levar de 75 ohm cabo coaxial ou acoplada através de um
esboço de correspondência de 300 ohm fita (veja figura 3). Apesar de um cabo de aço é
bom alcançado a 14MHz, é relatada a ser tão elevada como 7MHz 06:01 às 04:01 e
21MHz e 28MHz em (consulte VK3AVO, AR Abril de 1974 e Dezembro de 1982). A
solução alternativa é usar o fio da linha 83ft aberto todo o caminho até o centro da
antena. Usando este tipo de sistema de alimentação, a atenuação é insignificante para o
que os cabos de aço se aplica e, portanto, é o sistema preferido.
Figura 3. A antena G5RV linha de transmissão com 75 ohm.
Considerável atenção tem sido dada recentemente em "Random Radiadores" a várias
formas de o Fed série ou "Carolina" antena Windom. A forma típica dessa antena é
mostrado na Figura 4. Uma impedância de antena de cerca de 200-300 ohms é
assumido e é acoplada através de um 4:01 ou 6:01 transformador balun relação de
impedância na antena de ponto de conexão. Naturalmente, o transformador balun deve
ser montado em algum tipo de habitação weatherproofing ligado à antena no espaço
Não seria melhor que ele para alimentar a antena com 300 ohm fio de linha TV aberta
(ou similar) e ajustar o transformador balun na Radio Shack ? Não só a linha de
transmissão tem menor perda de energia, mas uma prova de intempéries para montagem
do transformador já não seria necessário.
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Figura 4. A Carolina série O Fed Windom antena utilizando a linha de
transmissão coaxial.
End Fed Antenas Horizontal
Se o Radio Shack está mais perto de uma extremidade do fio da antena de seu centro,
muitas vezes é mais conveniente para a extremidade da alimentação da antena com um
menor comprimento de linha de alimentação. O fim da antena é uma alta impedância na
ordem de milhares de ohms, o valor real a ser dependente do tamanho do fio eo número
de comprimentos de onda meia ao longo do fio. Um método de combinar este
impedância ao menor impedância de uma linha de transmissão balanceada é bater na
conexão de linha no momento adequado em um quarto de onda correspondentes stub.
(Veja figura 5). Este é um sistema de alimentação eficiente, mas limita-se a operação
única banda.
Figura 5. Fim-alimentados antena de meia onda alimentado com linha de fio
abertas e combinado com um esboço quarterwave.
Para a operação multi-banda, do final alimentados antena, a linha de fio aberto é
alimentado diretamente para o final da antena e operado em um modo ligado. O
transmissor é conectado com a linha através de um sintonizador com saída balanceada
(veja figura 6). O fim alimentados antena tem algumas características diferentes ao seu
homólogo alimentados centro. Com uma frequência para a qual a antena é uma onda
meio de comprimento, o padrão de radiação é semelhante. No entanto, isto não é assim
em múltiplos comprimentos de onda mais elevados de metade. Tomemos o caso do
harmônico segunda operação em que o fio é um comprimento de onda longa. Para a
antena alimentada centro, as duas meias-ondas estão em fase, mas para o final
alimentados antena, eles estão fora de fase. O centro de alimentação de antena
concentra o seu campo em um padrão bi-direccional que o termo alimentados com
antena possui quatro lóbulos principais dando um padrão omnidireccional mais.
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Figura 6. Fim alimentado (Zepp) antena para operação multibanda usa
sintonizado alimentadores.
Uma versão interessante da final alimentados antena é o fim alimentados invertido V.
Supondo que este é um comprimento de onda de corte para metade em 40 metros, que
opera de forma similar ao centro alimentados V invertido nessa faixa. Em 20 metros, há
dois pontos da onda meio fio, como no horizontal, mas os campos estão em torno de 90
graus entre si (assumindo um grau de 90 V). No plano horizontal, os campos estão fora
de fase, mas no plano vertical, que estão em fase e aditivo. Parece razoável supor que,
em 20 metros, esta antena funciona mais como uma antena vertical com dois elementos
broadside e um conseqüente baixo ângulo de radiação. A antena também pode ser
operado em três meias-ondas em 15 metros e quatro meias-ondas em 10 metros, mesmo
com a radiação padrões mais complexos. Essa antena de um sistema foi descrito por
Colin Dickman na "Radio ZS" como o "Special Minishack" ZS6U. Os artigos em
questão também foram reimpressos em QST e Rádio Amador.
O fim alimentados V invertido tem sido utilizada como uma antena multi-banda na
casa do escritor há muitos anos e com um sucesso considerável. Neste caso, em 20
metros, a linha de fio aberto corresponde ao final da antena com a onda trimestre
correspondente topo. O clipe de curto-circuito para o esboço é apenas fora da porta
Radio Shack e em 40, 15 e 10 metros, o curto é removido eo fio de linha dupla e abrir
parte do esboço todos se tornam a linha sintonizado utilizadas nessas bandas. Em 80
metros, os cabos de alimentação estão em paralelo e mais a antena de alimentação e
tornar-se um stub antena Marconi operada contra radiais chão. Nesta faixa do radiador
é um pouco mais de um quarto de onda longa.
Comprimentos de Linhas Tuned
Sintonizado linhas pode ser de qualquer tamanho desde que o sistema de ajuste da
antena pode lidar com a impedância refletida para baixo da linha. Tomando como
exemplo o fim alimentados antena múltiplos ímpares de um quarto de onda vai refletir
muito baixa impedância e até mesmo múltiplos de alta impedância muito. Ambas estas
condições extremas, pode apresentar dificuldades para a unidade de ajuste da antena e
comprimentos de linha, que são múltiplos de uma onda trimestre deve talvez evitado.
Open Line Wire em VHF
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A maioria personalizado construído antenas VHF são feitas para corresponder
diretamente em um cabo coaxial 50 ohm e, em geral, alimentando a antena através de
um cabo coaxial é o mais conveniente para fazer. Comumente usados tipos de cabo
coaxial de 50 ohms são RG58 e RG8. Em dois metros, RG58 tem um fator de
atenuação do 4.5dB/100ft RG8 e tem um fator de 3dB/100ft. Se a linha de transmissão
é longa, pode bem considerar linha fio aberto como alternativa ao cabo coaxial. Os 300
ohm TV aberta linha de fio tem um fator de atenuação de dois metros de 0.75dB/100ft
só.
Uma antena de uso comum é o 10 elemento canal 5A TV Yagi, que foi modificado para
2m operação. O elemento activo neste antena é um dipolo dobrado, que apresenta uma
impedância terminal de cerca de 300 ohms, projetado especificamente para 300 ohm
cabo de fita ou fio de linha de 300 ohm aberto. Aqui está um caso onde a linha 300
ohm ele pode executar todo o caminho até a antena da Radio Shack com menor perda de
usar o cabo coaxial. No final do transmissor, um ohm coaxial balun 75-300 (como
mostrado na figura 7) pode ser usado para interface com o transmissor. A carga de 75
ohm para o transmissor pode ser um pouco elevado para os 50 ohm de saída de
costume, mas, na prática, ele pode funcionar muito bem.
Figura 7. balun cabo coaxial 75 ohm coaxial de 300 ohm fio aberto
(Reproduzido da ARRL
Antenna Handbook).
Outra antena que pode ser facilmente compensada com a linha de fio aberto é a antena
J, figura 8. Um radiador de meia onda vertical é conectado na sua extremidade inferior
a um quarto de onda correspondentes stub. A linha de fio aberto é simplesmente
conectado ao topo de um ponto de impedância correspondente à impedância da linha. A
posição das torneiras de ligação pode ser definido pela experiência para cabos de aço
mínima na linha de transmissão.
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Figura 8 O "J" antena com correspondência
para o fio ou linha aberta equilibrada outros.
Para uma meia onda horizontal antena VHF, pode-se optar por casal a partir da linha de
fio através de um delta aberto partida como mostrado na figura 9. Este é também um
método comum de acoplamento para um dipolo de fio HF, que é operado apenas na sua
freqüência fundamental.
Figura 9. Delta para a linha de partida equilibrada.
Enquanto a TV aberta linha de fio fornece um sistema de alimentação de baixa perda
ideal, há uma desvantagem. Quando chove, a água glóbulos de recolher nas pontes que
se espalham os fios e isso muda as características da linha. Em HF, a água parece ter
pouco efeito, mas, em VHF, os cabos de aço aumenta drasticamente. Quando a chuva
cessa, as gotículas de água pode pode ser abalada a partir da linha com um golpe de
cabo de vassoura ou similar. Uma vez feito isso, os retornos para os cabos de aço
normal.
Procurement e Construção
Temos dado uma atenção considerável ao fio da TV aberta linha 300 ohm. Esta linha
ou cabo ou é composto de dois condutores isolados 18 SWG única vertente espaçadas
uma meia polegada (12,7 milímetros) distante. Espaçadores isolantes são moldados em
torno dos condutores, a intervalos de cerca de 12 a 15 cm ao longo do cabo. O cabo é
leve e flexível, ideal para pendurar no espaço apoiado em uma extremidade do fio da
antena. No passado, o cabo está disponível em estabelecimentos comerciais que lidam
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com antena de TV e instalação de componentes, mas nos últimos anos, a fonte secou.
Se alguém tem informação sobre se ainda está disponível (talvez do exterior) que estaria
interessado em ser informado. Talvez contratos poderia ser assumida por um dos
nossos fornecedores de componentes electrónicos.
Na falta de fornecimento de um cabo feito pronta, a linha de fio aberto pode ser
facilmente construída. Quase qualquer tipo de fio de cobre de bitola bastante pesado
(pelo menos 1 mm de diâmetro) fará o trabalho. Núcleo de fio único, ao invés de fios
entrançados, faz um trabalho mais rígida para manter os dois fios paralelos. Para uma
dada característica de impedância, o espaçamento do fio depende da bitola do fio usado.
A relação entre o espaçamento entre fios, diâmetro do fio e da impedância característica
é a seguinte:
Impedância Zo = 276 log (2S / d) ohms, onde S = Centro de centro distância entre
condutores e d = Diâmetro do condutor (mesmas unidades como S)
Com espaçadores de isolamento montado, a impedância real será um pouco menor do
que o calculado a partir da fórmula. Espaçadores, conforme mostrado na figura 10,
pode ser feita a partir de qualquer baixa perda de material isolante adequado.
Figura 10. espaçadores de
isolamento montado para abrir
linha de arame. (reproduzido do
ARRL Antenna Handbook).
Se a linha é para ser usado em um modo ligado, a impedância característica não é
realmente importante e as dimensões de linha pode ser definido como tudo o que é
adequado para a construção. As maiores perdas na linha sintonizado ocorrer em antinós, devido à RF resistência dos condutores em tensão e anti-nós, devido à perda de
resistência shunt entre os espaçadores. Embora a linha de TV produz baixa perdas
bastante, eles podem ser reduzidos ainda mais, fazendo uma linha com um fio de calibre
mais pesado e aumentar o espaçamento entre os condutores.
Campos
Se a linha de fio aberto é perfeitamente equilibrado, nos campos em torno dos dois
condutores são iguais e opostas e, portanto, a radiação da linha é essencialmente
cancelado. No entanto, como os fios estão a uma distância finita separados, deve haver
um campo pequeno diferencial criado, que podem ser detectados perto da linha. Se for
instalado perto de dizer que um fio do microfone na Radio Shack, o campo diferencial
pode ser suficiente para causar feedback RF, mais do que o cabo coaxial com o seu
campo limitado. Uma maneira de reduzir o campo diferencial é torcer ou roll barril do
cabo de modo que ao longo de um efeito diferencial distância é cancelado.
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Como os campos da linha de fio aberto não se limitam, a linha deve ser espaçadas de
qualquer estrutura de metal, como uma torre de aço, para evitar que as características da
linha tornando-se comprometido. Isto não impede que a linha a ser usado em tal
instalação, mas geralmente é mais fácil de usar cabo coaxial de baixa perda, que pode
ser fixada diretamente contra as seções de metal da torre.
Conectando-se ao transmissor
A maioria dos receptores são projetados para uma carga de saída RF resistiva de 50
ohms. 02:01 A volta do transformador balun relação pode ser usado para refletir 75
ohms de uma linha de 300 ohm balanceada, que é devidamente correspondida. Um
transmissor com um estágio de saída da válvula de controle de carga ajustável e pode
geralmente acomodar os 75 ohms. Um transmissor com um estado de saída fase sólida
é provável que seja mais crítica e exige uma carga de 50 ohms mais preciso. Para a
linha 300 ohm, isto exige uma relação de 2.45:1 voltas do transformador, um pouco
mais difícil de alcançar com a dissolução multi-filar técnica normal em um núcleo
toroidal.
Para sintonizado linhas fio aberto ou com um cabo de aço de alta, alguma forma de
dispositivo de correspondência equilibrada é necessária para fazer a interface com o
transmissor. Na IC, o sintonizador de partida Z provou ser muito útil para este fim.
Sempre que uma linha de transmissão de baixa perda é usado, o principal motivo para o
ajuste de dar um SWR baixo de frente para o transmissor é apresentar a impedância de
carga correta para o transmissor Isto se aplica particularmente à saída de estado sólido
fases que são projetados para se proteger e de encerramento, se não corretamente
carregado. Se a linha de transmissão tem baixa perda, ondas estacionárias na linha de
transmissão são de pouca importância. energia refletida não é tudo apenas perdeu uma
vez que alguns escritores têm frequentemente indicada. Quando não há ondas
estacionárias, a linha de alimentação torna-se parte de um circuito ressonante e uma
linha de baixa perda, a maior parte da energia refletida é retornado ao circuito. Se os
cabos de aço é de 1:1 na saída do transmissor, e não a energia consumida pela antena só
pode ser dissipada na resistência à perda da linha de transmissão e na resistência à RF
do tuning e os componentes de acoplamento.
Resumo
Embora o cabo coaxial direito pesado parece ser a melhor escolha da linha de
transmissão de RF para executar uma estrutura de metal sólido, como uma torre de aço,
fio de linha aberta é muitas vezes uma escolha melhor para antenas de fio,
especialmente os que funcionam em operação multibanda. Devido à sua baixa perda
de transmissão, a linha de fio abertas podem ser utilizados de forma eficiente sobre
as bandas de alta freqüência com uma elevada relação de onda estacionária ou em
um modo totalmente sintonizado.
Um número de aplicações típicas no uso da linha de fio aberto foram apresentados.
Particular atenção tem sido dada à TV aberta 300 ohm linha de arame que é um
excelente produto para uso de radioamadores, se ela pode ser obtida. Além de sua
aplicação na alimentação de antenas de HF, é também uma perda de linhas de baixo
bom para aplicações de VHF. (Claro que ele foi projetado para TV VHF).