Длинные линии

[Юрий 4Z5LF]

Уважаемый Игорь Викторович! Простите, что отвлекаю от конкретных вопросов и вообще покушаюсь на Ваше время. У меня возник спор с моим товарищем, тоже радиолюбителем. Я утверждаю, что представление процессов в несогласованной линии любой длины в виде интерференции падающей и отражённой волн - это только удобный инженерный приём, облегчающий расчёт электрических величин в линии. Физически после установления процессов в линии в ней нет ни падающей, ни отражённой волн, а образование неравномерностей распределения параметров вдоль линии (узлов и пучностей) прекрасно объясняется без всякой интерференции. Правда, для этого требуется немного воображения, которое мой товарищ видимо не хочет включать.

[DL2KQ]

Предмета для спора нет. Оба правы. Примеры аналогичных вопросов:
1. Фотон: волна или частица?
2. Глядя из окна поезда на стоящий на соседнем пути поезд: кто тронулся он или мы?
Ответ зависит от системы координат и удобства рассматриваемого вопроса.
В линии точно так же. Имеющееся распределение можно объяснять и как результат суперпозиции прямой и отраженной волн (они таки существуют), но можно и без них - в установившимся режиме волнообразность распределения вытекает из свойств распределенной структуры.

Кстати: малоизвестный факт: классические телеграфные дифференциальные уравнения длинной линии были не специально выведены, а заимствованы и адаптированы из механики, в которой они описывали колебаия в протяженных механических объектах (например, в длинных струнах).
Так что сделайте механический аналог длинной линии: привяжите веревку в пару... тройку метров к ручке двери. Другой конец веревки возьмите в руку. Натяните не сильно веревку и дергайте его периодически вверх-вниз. При небольшом навыке вы получите классическую картину стоячих волн: не движущиеся по веревке минимумы и максимумы.
И тогда решайте что это: просто поперечные упругие колебания веревки, или результат наложения волны, которую Вы производите руками и волны, отраженной от ручки двери.
Правильный ответ: физически это и то, и другое. Но при решении конкретных задач одно из представлений бывает нагляднее и удобнее.

[Юрий 4Z5LF]

Спасибо, но всё это очевидно для линий длиной полволны и больше. В четвертьволновом и более коротком отрезке линии вообще бессмысленно говорить об интерференции, стоячих волнах и т.д. Физически там всего этого нет. Это просто параллельный, либо настроенный в резонанс (четвертьволновый), либо расстроенный. И тем не менее в учебниках, в том числе у Вас, оперируют понятием и величинами КСВ. Может быть это и удобно, тем более что работает, но путает людей. Один товарищ уверял меня, что понятие КСВ приложимо к отрезку линии любой длины, в том числе несколько миллиметров (на КВ!). Его аргумент: ведь КСВ-метр в трансиверах стоит между выходным каскадом и тюнером, хотя там проводничок не больше сантиметра длиной.

[DL2KQ]

В учебниках правы. Термины: отражение, наложение (оно же суперпозиция) с успехом применяются и там где линий нет. Например, в S-параметрах. Они так и называются: коэффициенты отражения. А S11 – это, вообще то, что показывает датчик отраженной волны КСВ-метра.
  В сосредоточенных цепях наложение двух разных токов применяют даже на постоянном токе (закон Киргофа). И ничего, все живы.

   Теперь для тех, кто путается.   Понятие КСВ не принадлежит только линиям. Это просто коэффициент, показывающий величину отражения. А уж куда мы его применяем (т.е. в чем эти отражения живут и взаимодействуют): к линии, входу РА, нагрузке, резистору, контуру – это второй вопрос. Слова "стоячей волны" в названии – просто дань традиции (как например, стреляют ныне больше пулями, чем стрелами, но говорим-то мы "стрелять", а не "пулять").
   Бессмысленно говорить просто о КСВ. Как, например, бессмысленно говорить о просто коэффициенте укорочения Ку. Обязательно надо определять КСВ чего (антенны, нагрузки, линии, контура, и т.д.) имеется в виду, и относительно чего (волнового линии, 50 Ом, 75 Ом, 300 Ом, еще какого-то сопротивления при котором мы считаем КСВ = 1) он измеряется. Точно также как при определении Ку обязательно надо указывать: чего именно это Ку и что, собственно, считалось за образец, т. е. за единицу.
  Примеры:
1. Неправильно говорить"КСВ антенны". Правильно: КСВ антенны относительно 50 Ом.
2. Слишком коротко звучит "КСВ в линии". Корректнее "КСВ в линии, относительно ее волнового сопротивления" (не меряли 75-ти омным КСВ-метром в 50-ти омной линии?)
3. Некорректно "трансивер измеряет КСВ в линии". Верно "трансивер измеряет КСВ в нагрузке относительно 50 Ом".

   ... Полагаю давно назрела необходимость ввести индекс у рассматриваемого коэффициента. Примерно так КСВ₅₀ – т.е. КСВ относительно 50 Ом. и указывать к какому устройству или месту относится данный коэффициент. И писать примерно так:
1. ...в согласованном 50-ти омном кабеле КСВ₇₅ = 1,25.
2. ... у резистора 200 Ом КСВ₅₀ = 4.
3. ... у резонансной волновой рамки КСВ₁₁₂ = 1,07 а КСВ₅₀ = 2,4.

[Юрий 4Z5LF]

"И конечно скажет ваш профессор, кроя эрудицией вопросов рой" или как там у Маяковского  Наверное просто термин "стоячая волна" крайне неудачный. В принципе, волна не может стоять, неподвижно стоит картина наложения волн. У Вас есть точная формулировка, что КСВ - это отношение импеданса нагрузки линии к её волновому сопротивлению, но назвать бы это не КСВ, а как-то по-другому. Коэффициент согласования, и то мне кажется было бы точнее.

[DL2KQ]

Да, термин КСВ к интуитивно понятным не отнесешь. Ведь применяется он гораздо шире, чем только в линиях.
А вводить новый термин – дело неблагодарное. Во-первых, новоизобретенные термины затрудняют понимание. Во всяком случае поначалу: пока к нему все привыкнут будут раздрай и непонимание, что это за новости.
Во-вторых, совсем не факт, что новоизобретенный термин вообще будет использоваться кем-то, кроме его автора. Ведь уже много десятков лет существуют коэффицент отражения Г (в русском обозначении) – нормированный к 1 уровень отраженного сигнала, S11 - отражение в комплексном виде. И что, многие ими пользуются?

[ua6igi (Очир)]

вопрос о величине влияния на отражение, длины линии с другим волновым сопротивлением. Т.е. например если спаивается 2 кабеля с одним сопротивлением, то на КВ это обычно допустимо. Хотя место спайки имеет сопротивление, скорее всего сильно отличное от волнового спаиваемых кабелей. С другой стороны, в линии из 2 кабелей с разным волновым сопротивлением, отраженная волна возникает при длине кабелей сравнимых с длиной волны.
Интуитивно это вроде понятно, что значение имеет длина неоднородности и выражается наверно в единицах неоднородности.

[DL2KQ]

Имеет значение длина и величина неоднородности. Но при одинаковых кабелях на КВ об этой проблеме можно забыть: при относительной длине меньше 0,2% длины волны и любом реальном, вменяемом способе соединения обнаружить влияние не удастся.
А если кабели разные и\или неоднородность почему-то большая, то тут все легко моделируется в GAL-ANA. Во-первых там прямо в модель можно задавать линии. Во-вторых, MMANA-GAL`вское окно Сервис в GAL-ANA существенно расширено, как по количеству обсчитываемых согласующих и трансформирующих устройств, так и по глубине просчета. Там теперь учитываются все потери, выводятся потери и КПД, не только общие, но и по отдельным элементам. Например, в СУ на двух последовательно включенных линия можно задать линии разными не только по сопротивлению, но и по типу (выбор кабелей из большой библиотеки, в которой учтены не только потери, но и их зависимость от частоты), и получить КСВ и КПД каждого из кабелей отдельно и для всего устройства в целом.

[RN9RQ ex. RA9QCE]

Добрый вечер.
Тут листая Ваши книги наткнулся на некоторую неувязку.
Вы объясняете большие потери в кабеле при высоком КСВ тем, что за счет стоячих волн в нем появляются области с бОльшим током относительно кабеля с КСВ=1.
Т.О. вы уже заявляете фактически, что потери в кабеле зависят от тока.
Но ведь такого не наблюдается, наоборот, от тока в кабеле потери в нем практически не зависят...

[DL2KQ]

Они зависят не от величины тока, а от его распределения вдоль длины кабеля. Чтобы не лезть в интегралы, проще всего рассмотреть цифровой пример.
   Пусть мы имеем кабель с удельным омическим сопротивлением 0,01 Ома на каждые 10 см длины. Длина кабеля – четверть волны.
   Вариант 1. КСВ= 1, амплитуда тока, естественно, равномерна по всей длине и составляет, допустим, 1 А. Тогда на каждых 10 см его длины выделяется тепловая мощность 1²•0,01 = 0,01 Вт. Значит на первых 10 см и на последних 10 см в сумме выделяется 0,01 0,01 = 0,02 Вт.
   Вариант 2. Тот же кабель, но КСВ= 4. Ток в начале линии составляет 0,5 А, а в конце – 2 A. Тогда на первых 10 см линии выделится тепловая мощность 0,5²•0,01 = 0,0025 Вт, а на последних 10 см – 2²•0,01 = 0,04 Вт. Значит на первых 10 см и на последних 10 см в сумме выделяется 0,0025 0,04 = 0,0425 Вт. Что в два с лишним раза больше, чем в первом варианте.

Если же суммировать потери в каждом из мелких кусочков линии, а не только в начале и в конце (как мы сделали выше для упрощения), а по всей длине (т.е. интегрировать квадраты функций равномерного и синусоидального распределений токов), то отличие будет меньше, но все равно будет.

[RV3DSF]

Похожие проблемы появились и в электроэнергетике с появлением большого числа потребителей использующих выпрямители с ёмкостной нагрузкой, компьютеры, телевизоры и т.д. Такой выпрямитель отбирает ток из сети не синусоидально в соответствии с напряжением, а короткими, большими импульсами, в тот момент, когда напряжение сети становиться больше напряжения на фильтрующем конденсаторе. Такой параметр теперь называется коэффициент мощности, в замен старого косинуса – фи. Правда, похоже на наш КСВ? Повышение потерь от тока в пике, не компенсируется отсутствием оного в паузах. Поэтому популяризируемые ныне энергосберегающие лампы на самом деле не такие уж и сберегающие. Просто нагрев переноситься из квартиры в линию передачи. Электрокомпании это знают и повышают тарифы.

[DL2KQ]

Ну да. Нагрев пропорционален квадрату тока. А парабола – функция нелинейная.
И если амплитуда тока неравномерна (по длине как в линии, или по периоду – как в выпрямителе с конденсатором), то квадратичное возрастание потерь на участке бОльшего тока не компенсируется квадратичным же уменьшением потерь на участках с малым током. Собственно, именно это в книжке и написано.

[Rv3ms]

Игорь здравствуйте!
Хотелось бы узнать ваше мнение по поводу запитки вертикальной антенны с 4 -мя противовесами двухпроводной линией, через согласующее устройство по схеме Беньковского-Липинского.(для многодиапазонности).
Применяю такую антенну,работает отлично, но терзают сомнения -несимметричная антенна запитана симметричным фидером? Правильно ли это? Наверняка фидер излучает, возможно ли для вертикала какое то симметрирующее устройство сделать?

[DL2KQ]

Нормально. Только, т.к. несимметричная антенна подключается к симметричной линии, надо сделать развязывающий дроссель в точке питания.
Он из двухпроводной линии мотается как однослойная катушка с шагом (считая между краями соседних витков) не менее расточения между проводами линии.

[Виктор, VA2WDQ]

Здравствуйте Игорь,

Есть ли у вас какие то рекомендации по использованию двупроводной линии для запитки 16.5м вертикала?

Небольшая предыстория: Как то в экспедиции (FP) соорудив вертикал "из-того, что было" ( вышел 12-метровый вертикал с 4-мя ёмкостными нагрузками по 11 метров) озадачился согласованием этого всего на 160 и 80м. Всё стояло на берегу океана. Не было СУ, которое можно было бы установить в месте запитки антенны. К счастью, нашлось пару десятков метров заводской открытой линии (450 Ом) и балун 1:4. В шэке был тюнер (500 ватт), затем короткий коаксиальный пэтч корд (около 2-х) метров, что бы вывести питание из шэка наружу, затем балун 1:4, затем около 15-ти метров 450-ом двупроводной линии и непосредственное подключение к вертикалу. Тюнер легко "выстраивал" КСВ в единицу на 160 и 80 метров. При использованиия небольшого РА - (макс. около 200-200 ватт) удавалось собирать европейские пайл-апы на 80 и даже на 160м. То есть работало, и очень неплохо. При попытке поменять линию на коаксиал 50 Ом - все отмечали серъёзное ослабление сигнала - до 2-х баллов. На 40м тоже можно было согласовать, но в шэке начались сильные наводки на комп, видимо из-за несимметричного вход антенны и затекания токов в линию и переизлучения.

Я решил попробовать запитать свой 16.5 вертикал с 2-мя ЕН по 8.5 м. на 160 и 80м по такой же схеме. Будет два небольших изменения, Балун 1:9, чтобы 50 Ом корректно трансформировать в 450 Ом и второе - симметрирование в месте запитки вертикала при помощи дросселя ( 20-25 витков двупроводной линии на пластиковой ПВХ трубе с расстоянием между витками равном ширине линии). Дом - деревянный, одноэтажный котэдж. Расстояние до антенны около 13-15 метров. Возможно в дальнейшем - переедет подальше - до 30-40 метров. Мощность будет около 1.3 - 1.5 кВт. Линия будет идти в воздухе на высоте около 2.5 метров от земли и затем снижение до 1 метра к основанию вертикала.

В этом решении подкупает универсальность, легкость перестройки на любую частоту в пределах диапазона (что в CQ WW 160 является вечной проблемой) с КСВ 1:1 , подстройка при изменении погоды, сезона и т.п.

Какие могут быть подводные камни? Правильна ли схема питания? Достаточно ли будет 2 кВт PEP тюнера?