Автор Тема: Потери в СУ из линии  (Прочитано 42772 раз)

Vlad UR4III

  • Гость
Потери в СУ из линии
« : 11 Октября 2004, 05:09:17 »
Здравствуйте, Игорь! На форуме QRZ.RU возникла полемика по поводу потерь в СУ из четвертьволновой линии, замкнутой на конце. С ссылкой на Вас о том, что теоретически кпд СУ равен около 50%. Проведенные замеры дают ещё меньшую величину – около 30%.
   Если ссылка на Вас правдива, то хотелось бы узнать, из каких соображений делался такой расчёт?
 Из учебников по радиотехнике следует, что максимальное значение тока и напряжения в их пучностях в разомкнутой или замкнутой на конце линии не превышает двойного значения тока и напряжения как если бы линия работала в режиме бегущей волны (РБВ) при той же передаваемой мощности.
 В четвертьволновом СУ примерно на трети его длины наблюдается снижение тока в сравнении с РБВ. Откуда фантастическое значение тока и связанные с ним потери?
В эксперименте по замеру кпд эквивалент антенны (активное сопротивление) подключался к выходу линии – оплётка и жила. Правильно ли это и куда следует подключать эквивалент?

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2349
  • Репутация: +242/-5
    • Просмотр профиля
Re: Потери в СУ из линии
« Ответ #1 : 12 Октября 2004, 08:55:57 »
Cсылка  правдива, но не полна. Там шла речь не вообще о четвертьволновом согласовании, а об определенной антенне, заданной частоты и типа кабеля. Могу ошибаться (давно то было) но кажется о кабеле RG58 и частоте 14 МГц..
Расчёт делался элементарно:
- Берем APAK-EL.
- Открывает окно согласования.
-  Ставим импеданс нагрузки что-то типа 4000+j0 Ом (примерно столько имеет полуволновой диполь, запитанный с краю с четвертьволновым противовесом - наружной стороной оплетки кабеля, в данном случае).
-  Ставим реальный тип линий. Выбираем из списка  марку применяемого кабеля.
-  Согласуем до получения КСВ=1, как описано в хелпе. Или даже просто, если согласование не важно указываем одну линию, длиной в четверть волны. Переключаемся в окно графиков - около курсора указывающего длину линии, будет вычисленное значение КПД.
   Вычисления APAK очень точные. Контрольные сравнения с измерениями дали расхождение менее 1% с практикой.

     Ой, где ж Вы такие учебники-то нашли про двойное превышение?! Одно из двух: или Вы что-то не так поняли (перечитайте), или (если подобный бред там действительно написан, в чем я лично сильно сомневаюсь), то тем книжкам место на помойке. Чтоб понять, что это бред не надо никаких знаний, кроме арифметики.
    Пример: берем линию 50 Ом. Чтоб не мелочиться -  идеальную, без потерь. Нагружаем её на 4000 Ом. Вдуваем в линию 100 Вт (генератор согласовываем, конечно). Т.е 100 Вт вдуваются на вход линии, и без потерь (идеальная линия ибо) передаются в нагрузку.
     На 4000 Омах 100 Вт соответствует напряжению 632 B. Это в девять раз больше, чем в той же линии при КСВ=1
  Входное сопротивление линии у генератора будет 0,625 Ома (50*50/4000). Ток при этом будет 12,6 А, что в те же девять раз больше тока в согласованной линии при той же мощности.
 В четвертьволновом СУ примерно на трети его длины наблюдается снижение тока в сравнении с РБВ. Откуда фантастическое значение тока и связанные с ним потери?
   Фантастическими являются предположения, о том, что КПД в таком случае не будет очень низким.
   А цифры (совершенно реальные) взяты из точных расчетов в APAK`е. Конечно КПД тем ниже, чем длиннее  и тоньше кабель. Поэтому, то согласование с которого начался разговор еще как-то можно применять на 14..28 Мгц с толстыми кабелями (смирившись с потерей нескольких десятков % мощности). Но использовать относительно тонкие (5...9 мм) кабеля на 7 и тем более 3,5 МГц  практического смысла лишено. Ну разве что Вас совсем не интересует КПД антенной системы, и потеря более половины мощности на обогрев кабеля Вас не волнует  :).
   Вообще применение коаксиала для такого согласования - идея тухлая изначально (разве что под руками кроме коаксиала вообще ничего нет). Даже "полевка" с её 150..170 Омами в этом месте даст заметно больший КПД. Не говоря уж о линиях в пластике 300...450 Ом. Посмотрите в APAK и сделайте выводы сами.


 Эквивалент подключать к концу кабеля правильно. Антенна представляет собой два провода, подключенные к высокомному концу кабеля: первый провод сам l/2 диполь, второй -  l/4 противовес из наружной стороны оплетки кабеля. Потому подключение резистора к верхнему концу кабеля абсолютно корректно.

Vlad UR4III

  • Гость
Re: Потери в СУ из четвертьволновой линии
« Ответ #2 : 13 Октября 2004, 12:42:37 »
Здравствуйте Игорь! На заре кибернетики было некое магическое преклонение перед ЭВМ. Ежели она посчитала, то всё, точка. Машина считала! И только некоторые робко спрашивали, а чего это в машину было вложено, в смысле какая модель. Поэтому, сохраняя преклонение перед ЭВМ, я верю АРАКу.
   С расчётом проще. Здесь всё видно. Формула известная. Действительно, в приведенном примере расчётное напряжение равно 632 в. А если нагрузку линии увеличить в два раза, то напряжение станет равным 894 в. А если в три или … разорвать линию, т.е. нагрузкой станет бесконечно большое сопротивление? Кажется, такого напряжения не выдержит ни одна линия и ни одна антенна.
 А вот, что пишет мною любимый автор, которого следует «выбросить на помойку» Н.М.Изюмов. Курс радиотехники, 3-е изд. Военное из-во МО СССР, М., 1958 г. Волны в разомкнутой и короткозамкнутой линии. Стр.96"/Рассмотрим процесс в линии ограниченной длины при режимах холостого хода и короткого замыкания. Первый из этих случаев представлен на рис.93 (концы линии изолированы друг от друга). Предположим, что бегущая волна тока достигла изолированных концов провода и заряды дальше двигаться не могут. Ток должен прекратиться. Но убывание тока создаёт по правилу Ленца э.д.с., направленную попутно с убывающим током. Появление же э.д.с. самоиндукции повышает напряжение на конце линии, что в свою очередь вызывает движение зарядов в обратном направлении. Следовательно, дойдя до разомкнутого конца линии, волны вынуждены двигаться в обратном направлении. Это явление называется отражением волны от конца линии. Энергия отраженных волн возвращается к началу линии (к генератору). Электрические заряды прямой и обратной волн у конца провода складываются, в результате чего в этом месте в каждый момент времени получается удвоенное напряжение."
 Далее автор выводит уравнения тока и напряжения стоячей волны, из которых следует, что их максимальные значения в пучностях равны двойному значению амплитуды бегущей волны, а в узлах равны нулю. Аналогичные выводы сделаны и для линии, замкнутой на конце.
   Видите ли, Вы в примере упустили , что в случае несовпадения сопротивления линии питания и нагрузки, не вся мощность попадает в нагрузку, а отражается от нея и возвращается к генератору. Т.е. вдувая 100 ватт, нагрузка потребит только часть мощности, равную примерно 50/4000.
 Нет, я пока повременю с «помойкой».
Что касается места подключения эквивалента, то я не могу согласиться с Вами.
  Добавив к полуволновому вибратору противовес (любой длины), мы имеем дело уже не с ним, а с вибратором, отличным от полуволнового.
 Да и для возбуждения тока в антенне достаточно ОДНОГО провода.

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2349
  • Репутация: +242/-5
    • Просмотр профиля
Re: Потери в СУ из четвертьволновой линии
« Ответ #3 : 14 Октября 2004, 16:29:17 »
 Ну если не верите ЭВМ, то возьмите конторские счеты, и книгу Айзенберга. Выпишите формулу оттуда и вручную посчитайте КПД. Получите то же самое, ибо APAK считает по формулам из Айзенберга. К последнему у Вас, надеюсь, нет претензий?
  В моем примере речь шла о l/4 линии без потерь. Т.е. об эквиваленте параллельного LC контура   бесконечной добротностью. А на таком контуре на резонансе напряжение и будет бесконечно большим. Просто потому, что оно равно входному, умноженному на добротность.
   Дело в том, что я Вас пожалел, упростив пример с линией без потерь. В линии с потерями повышение напряжения конечно меньше (но намного больше, чем вдвое в указанных условиях). Но радоваться этому я бы не стал - происходит это как раз из-за снижения КПД.
 Ну прочтите же внимательно своего любимого автора! В этой книге речь идет о генераторе с фиксированным выходным сопротивлением. Т.е. для нашего примера 50 Ом вне зависимости от того, какой КСВ в линии.  В таком случае (генератора с фиксированным выходным сопротивлением, проще говоря. TRX без СУ), действительно максимальный стояк в линии (даже без потерь) в точности равен удвоенному напряжению в этой же линии, но нагруженной на 50 Ом.
  Вот, Вы сами наконец поняли, что несовпадение импедансов генератора и нагрузки веде к падению мощности. Подключили к TRX без СУ рассогласованную вдребезги линию с входным сопротивлением 0,625 Ома и поняли, что TRX на такую нагрузку отдает лишь малую часть своей мощности. Строго говоря 1/81 часть от своих 100 Ватт, которые он мог бы развить. Т.е. 1,235 Вт.  При этом напряжение на входе линии мало, и на поэтому же на конце линии (в пучности) достигает всего лишь удвоенного напряжения в той же согласованной линии. Учебник прав.
  Но вот Вы  хотите так в эфире поработать? На 1,3 Вт вместо 100? Нет, не хотите? СУ желаете поставить, чтобы TRX отдал таки свои 100 Вт в 0,625 Ома? Я Вас понимаю.
   Но поймите и Вы. Как только Вы поставите СУ (т.е. согласуете выход TRX и 0,625 Ома входного линии), так сразу напряжения  (и входное и в пучности) на ней повысится. Во много раз, ибо теперь мы в линию вкачиваем не 1,3 вт, а уже целых 100. Далее читайте цифры моего примера.
  Понятна разница? В теории  удобнее говорить о генераторе с неизменным Rвых. На практике же все согласовывают выход TRX  с линией, т.е. изменяют выходное сопротивление TRX.   
  Да с помойкой повремените. Более того, перечитайте своего любимого автора внимательно. Ибо путаница у Вас (а не у него) в понятиях более, чем изрядная.
   
Цитировать
Добавив к полуволновому вибратору противовес (любой длины), мы имеем дело уже не с ним, а с вибратором, отличным от полуволнового.
Да. Именно поэтому усиление такой антенны  на доли дБ  ВЫШЕ (если линия без потерь), чем у чисто l/2 диполя. Гляньте этот файл, установив свободное пространство. Смотрите Ga=0,24 дБд.  Антенна имеет небольшой выигрыш перед  l/2 диполем.  Именно из-за  наличия слабого излучения l/4 противовеса. А слабое оно потому, что ток втекающий в противовес очень мал - это ток в пучности напряжения.
Цитировать
Да и для возбуждения тока в антенне достаточно ОДНОГО провода.
Избавляйтесь скорее от заблуждений. Тем более - от таких диких.
"Ребята, учите матчасть. Тут очень больно бьют  :D.
 Последний раз  - эскизно. Источник дает ток проводимости (который может протекать только в проводнике). Антенна переводит его в ток смещения (который может протекать и в диэлектрике). Для перевода тока проводимости в ток смещения нужна некая проводящая штука ненулевых размеров (элементарная физика). Лишив один из выводов источника такой штуки, вы разрываете цепь протекания тока источника, потому никакой мощности он отдать не может
   Если и это непонятно - значит я утерял, некогда имевшееся у меня умение объяснять.

Иван (Орск)

  • Гость
Потери в фазирующих линиях
« Ответ #4 : 26 Июля 2006, 07:17:19 »
Добрый день, Игорь. Может ли быть такая вещь что меня слышат много хуже чем я кореспондентов при одинаковой мощности (100 ватт, у себя действительно проверил и в антенну уходит после тюнера ~ 96 ватт), антенна- два треугольника на диапазон 20 метров, запитаны активно, F/B хорошее. Я понимаю что при одинаковых размерах рамок и длинах каждого из фидеров(не очень хорошего качества РК75 7милиметров) ~ 46 метров, даже при том что КСВ в одном из фидеров в таком варианте ~44 - 80 я теряю наверное половину мощности. Но как же быть с обратимостью антенн прием-передача или все дело в токе?

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2349
  • Репутация: +242/-5
    • Просмотр профиля
Re: Потери в фазирующих линиях
« Ответ #5 : 27 Июля 2006, 11:03:59 »
Принцип обратимости на месте. Например, пусть КПД антенной системы 50%. Тогда:
  - на приеме все сигналы и помехи ослабятся вдвое по мощности, и соотношение (полезный сигнал)\(шум эфира) на входе вашего приемника останется точно таким же, как и при антенне со 100% КПД.
  - а вот при передаче ослабится вдвое лишь ваш сигнал. А помехи (излучаемые другими источниками, а не вашей антенной) какими были, такими и останутся. Поэтому в приемнике корреспондента отношение (ваш сигнал)/(шум эфира) снизится. Ровно настолько, насколько меньше мощности излучает ваша антенна.

Да, идея использовать два 46-ти метровых нетолстых фидера с повышенным КСВ в каждом – неудачна. Лучше коммутатор сделать релейным и вынести к антенне.

Иван (Орск)

  • Гость
Re: Потери в фазирующих линиях
« Ответ #6 : 27 Июля 2006, 12:51:00 »
Спасибо, Игорь. Я уже к этому пришел, единственное до комутатора у меня останется метров по 6 кабеля, заменить бы его воздушной линией, но как быть с переходом симетричныя линия - коаксиальный кабель? Видимо менее проблематично оставить все-таки коаксиальный кабель, но более толстый? Имеет ли смысл выбирать этот кабель какой-то определенной длины, допустим четверть волны?

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2349
  • Репутация: +242/-5
    • Просмотр профиля
Re: Потери в фазирующих линиях
« Ответ #7 : 27 Июля 2006, 15:37:40 »
Всегда (а уже если КСВ в кабеле ощутимо больше 1, особенно) работает золотое правило: кабель чем толще и короче – тем лучше.
Иными словами: чем меньше потери в линии, тем больше мощности таки дойдёт до антенны.
Собственно, в последнем и состоит смысл применения двухпроводок - при одинаковой толщине и длине проводов они имеют потери намного меньшие, чем коаксиалы.
Переход их на коаксиал: да, придется и согласовывать и симметрировать.