Фідерні лінії

12

Лабораторна робота №3

Фідерні лінії

Мета роботи

Розглянути основні види фідерних пристроїв, їх будову і технічні характеристики.

Фідерні лінії

Фідер (у радіотехніці) -- лінія, призначена для передачі електричних коливань високої частоти. Тому будь-які дроти, за допомогою яких антена підключається до телевізора, є фідером, або фидерной лінією. Призначення фідера полягає в передачі енергії високої частоти від антени до телевізійного приймача з мінімальними втратами. Фідерна лінія повинна задовольняти наступним вимогам: не збуджуватися під дією електромагнітного поля (не володіти “антенним ефектом”); пропускати потрібну смугу частот; мати параметри, що забезпечують легкість узгодження її з антеною або телевізором.

Іноді як фідер використовують телефонний кабель, електроосвітлювальний шнур, сплетені монтажні дроти і тому подібне (рисунок 3.1. а). Якість таких саморобних фідерів невисока.

Електромагнітне поле високочастотних коливань, передаваних по такій лінії, не має чітко вираженої межі, яка відокремлювала б його від навколишнього поля. Частина енергії розсівається в просторі, причому з підвищенням частоти ці втрати зростають. Відкрита лінія не тільки є джерелом перешкод, але і сама сприймає їх від інших джерел випромінювання. Тому їх можна використовувати у виняткових випадках, тимчасово і лише в умовах ближнього прийому.

Рисунок 3.1. Фідерні лінії: а - сурогатний фідер; б - Коаксіальний фідер; в - розріз коаксіального фідера(1 - захистна оболонка; 2 - оплітка, 3 - ізоляція; 4 - центральний провідник)

Якщо лінію обнести металевим екраном, то електромагнітна енергія не випромінюватиметься в навколишній простір і навпаки. У лінії, обмеженій екраном, можна замість двох проводів використовувати один, а як другий дріт служитиме екран. Така лінія називається несиметричною екранованою.

Якщо вісь внутрішнього провідника несиметричної лінії, що має вид циліндра, і вісь екрану співпадають, таку лінію називають коаксіальною. Входи всіх сучасних телевізорів розраховані на підключення несиметричного коаксіального фідера (рисунок 3.1. б).

Фідерні лінії характеризуються наступними параметрами: хвилевим опором, постійною загасання, коефіцієнтом укорочення довжини хвилі, електричною довжиною.

Хвилевий опір фидерной (або довгою) лінії -- це відношення напруженості електричного поля в якійсь точці поперечного перетину лінії до напруженості магнітного поля в тій же крапці у разі, коли електромагнітна хвиля при розповсюдженні уздовж кабелю не випробовує віддзеркалень.

Оскільки індуктивність і ємкість лінії залежать від її геометричних розмірів, хвилевий опір можна обчислити, використовуючи ці величини. Аля цього необхідно зняти з кінця кабелю зовнішню захисну оболонку, загорнути обплетення і штангенциркулем або мікрометром зміряти діаметр внутрішньої поліетиленової ізоляції. Потім, знявши ізоляцію, потрібно зміряти діаметр центрального провідника. Точне значення хвилевого опору коаксіального кабелю з суцільною поліетиленовою ізоляцією можна розрахувати по формулі

W=91lg(D/d)

де W--хвилевий опір кабелю, Ом; D--діаметр внутрішньої поліетиленової ізоляції, мм; d-- діаметр центрального провідника кабелю, мм.

Хвилевий опір коаксіального кабелю з суцільною поліетиленовою ізоляцією нескладно визначити з достатнім ступенем точність по графіку (рисунок 3.2): якщо D/d =3,3...3,7, кабель має хвилевий опір 50 Ом, якщо D/d = 6,5...6,9, хвилевий опір складає 75 Ом.

Постійна загасання кабелю характеризує зниження напруги у міру розповсюдження електромагнітних коливань уздовж лінії. Це відбувається за рахунок втрати енергії на активному опорі проводів кабелю і втрат в діелектрику (ізоляції). Загасання в проводах залежить також від питомого опору металу проводів (чим менше їх питомий опір, тим меншими в них будуть втрати), геометричних розмірів поперечного перетину кабелю і частоти електромагнітних коливань.

Загасання виражається в децибелах. Щоб визначити погонне загасання у фідері антени, слід помножити величину загасання на довжину кабелю в метрах. Загасання в коаксіальному кабелі зростає із збільшенням частоти (рисунок 3.3).

Рисунок 3.2. Графік хвилевого опору кабелю

Рисунок 3.3. Залежність питомого затухання коаксіальних кабелів від частоти сигналу.

Коефіцієнт укорочення довжини хвилі характеризує зменшення швидкості радіохвилі в кабелі в порівнянні з швидкістю у вільному просторі при заповненні його діелектриком з діелектричною проникністю е>1. Із зниженням швидкості розповсюдження радіохвилі зменшується і її довжина. Значить, довжина хвилі у фідері, заповненому діелектриком, менше, ніж у вільному просторі.

Величина, що показує, в скільки разів довжина хвилі в лінії, заповненій діелектриком з e > 1, менше довжини хвилі в повітрі, називається коефіцієнтом укорочення довжини хвилі. Для ліній з суцільним діелектриком, зокрема для коаксіальних кабелів, коефіцієнт укорочення в=е^0.5 . Довжину хвилі в кабелі Lk можна визначити за допомогою довжини хвилі в повітрі Lсв по формулі

У більшості коаксіальних кабелів як ізоляція між центральним і зовнішніми проводами використовується поліетилен, діелектрична постійна якого е=2,3. Коефіцієнт укорочення для цих кабелів складає 1,52. У деяких коаксіальних кабелях ізоляцією служить пористий поліетилен, що включає найдрібніші бульбашки повітря. Коефіцієнт укорочення в цих кабелях дорівнює приблизно 1,25.

Електрична довжина хвилі кабелю визначає зрушення фази високочастотної напруги при розповсюдженні його по кабелю. При виготовленні погоджуючих і симетричних пристроїв телевізійних антен, а також в сполучних лініях синфазних антен часто потрібно визначити довжину хвилі відрізання кабелю, який забезпечує необхідне зрушення фази високочастотної напруги.

Електрична довжина фідера завжди більше геометричною. Наприклад, якщо відрізок кабелю має довжину половини хвилі, то його електрична довжина складає тільки три чверті хвилі.

Відрізок довгої лінії може резонувати на певних частотах. Як і коливальний контур, він характеризується вхідним опором, який залежить від довжини відрізання. У лінії з хвилями струму і напруги, що біжать, коли опори навантаження і хвилевого лінії рівні, вхідний опір на кінцях дорівнює хвилевому незалежно від її довжини. У замкнутій або розімкненій лінії вхідний опір є реактивним і залежить від довжини хвилі, набуваючи значень від нуля до безкінечності.

Так, наприклад, у розімкненої лінії Rвx=0 при довжині хвилі, рівній L/4,L*3/4, L*5/4 і т. д., тобто при непарному числі чвертей хвиль. У короткозамкненої лінії Rвх = 0 при довжині хвилі, рівній L/2, L, L*3/2 і т. д., тобто при парному числі чвертей хвиль.

Вхідний опір дорівнює нескінченності у розімкненої лінії, яка має довжину, кратну парному числу чвертей хвиль, і у короткозамкненої, такої, що має довжину, кратну непарному числу чвертей хвиль.

Резонансні властивості відрізань довгої лінії широко використовуються в приймальних телевізійних антенах, погоджуючих і симетричних пристроях, фільтрах складання, у високочастотних каскадах як резонансні контури для прийому на дециметрових хвилях і ін. Широке застосування отримали чвертьхвильові відрізки ліній як широкосмугові трансформатори для узгодження вхідних опорів антен з хвилевим опором фідера.

Для распайки кабелю до штекера або до розподільної коробки ТАКП з нього знімають захисну оболонку на довжину 50 мм і шилом розплітають обплетення, яке потім звивають в один або два джгути (для першого випадку -- два джгути, для другого -- один). З центрального дроту на відстані 15 мм знімають ізоляцію. При цьому щоб уникнути пошкодження центрального дроту ізоляцію краще знімати чистим розігрітим паяльником, обвівши борозенку по її колу. Центральний дріт і обплетення коаксіального кабелю необхідно облудить припоєм ПОС-40.

Фідер антени бажано виконати з цілого шматка кабелю, оскільки з'єднання з двох або декількох відрізань, як правило, порушує однорідність хвилевого опору, що при великій довжині фідера приводить до появи відбитих сигналів.

Для з'єднання кабелів типу РК існує декілька способів. Найбільш простій з них -- зрощення за допомогою дротяного бандажа (рисунок 3.4). При цьому частина ізоляції кабелю не відновлюється, що приводить до порушення хвилевого опору в місці паяння, крім того, зростають втрати сигналу. Тому такий спосіб зрощення кабелів придатний тільки на частотах метрових хвиль (до 200...300 Мгц). Проте його доводиться використовувати при з'єднанні синфазних антен, збірці фільтрів складання і інших пристроїв.

Найбільш поширений спосіб зрощення відрізань кабелю -- у стик (рисунок 3.5). Він використовується на частотах MB і ДМВ діапазонів і здійснюється в чотири етапи. На першому етапі (на мал. не показаний) на кожному з кінців, що складаються, зовнішню оболонку розрізають на дві частини завдовжки по 80 мм, які відгортають в протилежну від кінця кабелю сторону і тимчасово закріплюють. Мідне обплетення на кінцях кабелю розплітають на 15 мм. Пасмочки обплетення відгортають в протилежну з'єднанню сторону. Нерозплетену частину обплетення зрушують в ту ж сторону. З кожного кінця кабелю з центрального дроту знімають ізоляцію на 30 мм.

Рисунок 3.4. Зєднання коаксіальних кабелів за допомогою дротового бандажу: 1, 2 - голий монтажний провід: 3 - пайка центральних провідників.

Рисунок 3.5. Зєднання кабелів способом встик: 1 - зніманні оплітки і пайка центральних провідників; 2 - відновлення ізоляції; 3 - накладка дротового бандажу на оплітку.

Внутрішні провідники кінців кабелю сполучають в навивши, якщо центральний дріт багатодротяний. Якщо він однодротовийй і достатньо товстий (наприклад, у кабелю мазкі РК-75-9-12 діаметр внутрішнього провідника рівний 1,37 мм), то обидва кінці центрального дроту слід спиляти до половини за допомогою надфіля приблизно на 10 мм, залудить, а при паянні накласти один на іншій, щоб не було виступаючих частин.

Якщо центральні дроти тонкі, їх можна скласти внахлест на 10 мм (заходять один за одного), а потім провести паяння. Попереднє місце паяння покривають флюсом з розчину каніфолі в спирті. Місце паяння центральних проводів краще всього помістити у ванну з розплавленим припоєм ПОС-60 на 10...15 с. Паяння за допомогою кислоти використовувати не слід.

Далі необхідно відновити ізоляцію. У трубці роблять подовжній розріз і на місце паяння надягають поліетиленову трубку з відходів кабелю завдовжки близько 30 мм. Шви трубки і місця з'єднання з ізоляцією нагрівають до розтікання поліетилену.

На наступному етапі зрощують обплетення кабелів. Для цього їх знову зрушують до кінців кабелів. Кінці обплетень для більшої міцності можна обмотати декількома витками лудженого голого монтажного дроту, а потім після обробки флюсом місця з'єднання провести паяння.

На останньому етапі на обплетення накладають відігнуті кінці захисної оболонки. При необхідності їх укорочують. Щоб уникнути проникнення вологи всередину кабелю місце з'єднання поверх захисної оболонки обмотують двома шарами ізоляційної стрічки мазкі ПХВ.

Рисунок 3.6. Кронштейн для прокладки фідера

При установці антени важливо вибрати спосіб приєднання до неї кабелю, оскільки неприкриті контакти зовнішньої антени, піддававшись дії корозії, можуть значно погіршити якість її роботи. Для захисту контактів від дії вологи місце з'єднання кабелю з антеною укладають в сполучну коробку, яка одночасно використовується і для кріплення вібратора до тієї, що несе траверсі (стрілі) антени. Для уповільнення окислення місця з'єднання кабелів в сполучній коробці заливають стеарином, воском або епоксидною смолою.

При зовнішній проводці кабель укладають уздовж щогли і кріплять до неї скобами в інтервалі 0.5...1 м. По найближчому гребеню даху кабель підводять до кронштейна (рисунок 3.6). Це усуває тертя кабелю об виступаючі гострі краї крівлі. Один з кінців дерев'яної планки має виріз з великим закругленням, що запобігає зламу кабелю при вигині. Другий кінець кріпиться до кронштейна двома гвинтами під гайку. Планку встановлюють під кутом 15...20 до площини даху, щоб на кабель не потрапили талі води. Кронштейн прикріплюють до карниза дахи. При великій довжині кабелю для попередження обриву від вітрового навантаження його підвішують на сталевому тросі.

При перетині з проводами електромережі кабель прокладають під ними в напівтвердих ізоляційних трубках. Відстань між кабелем і проводами електромережі, газовими і водопровідними трубами повинно бути не менше 200 мм.

До дерев'яної стіни фідер приєднують скобами під шуруп, на бетонних або цегляних стінах -- дюбелями з волокнистим наповнювачем. На прямолінійних ділянках проводки кабель кріпиться кожні 500 мм, на поворотах і вигинах -- через 50...60 мм залежно від радіусу. Лапки дужок на кутах повинні бути повернені всередину кута.

Фідер заводиться в кімнату через отвір в рамі, просвердлений під кутом, щоб дощові краплі не стікали всередину рами. Перед введенням у віконну раму кабель необхідно трохи ослабити.

У житлових приміщеннях кабель прокладають паралельно архітектурним лініям. При цьому слід уникати різких перегинів кабелю і стискування його дужками. Радіус вигину не повинен бути менше, ніж п'ятикратний діаметр кабелю. У кімнатах і коридорах кабель прокладають по підлогових плінтусах. Кінець кабелю завдовжки не менше 2 м залишають вільним для включення в телевізор.

Висновок

Розглядаючи дану роботу, ми ознайомилися з основними видами фідерних пристроїв, їхньою будовою і технічними характеристиками.