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 Uотр./Uпрям. 20 lg Uотр./Uпрям.. Иногда необходима формула перевода из дб в разы. Она выглядит так: Uотр./Uпрям.= 20√10дб (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

На страницу Рассогласование в фидерном тракте

НА ГЛАВНУЮ               HitMeter.ru - счетчик посетителей сайта, бесплатная статистика