Что такое фидер антенны
Перейти к содержимому

Что такое фидер антенны

  • автор:

Антенно-фидерные устройства

Назначение антенно-фидерных устройств. Типы фидеров

Антенно-фидерное устройство — это устройство, которое используется для передачи сигналов в системах телевизионного вещания, радиосвязи, радиовещания и других радиотехнических системах.

Фидер — это линия передачи электромагнитных волн от генератора к антенне или к приемнику от антенны.

Антенно-фидерные устройства входят в состав радиоприемного и радиораспределяющего оборудования и выполняют две основные функции:

  • передача энергии от передатчика к антенне и ее излучение в пространство,
  • улавливание энергии, которая распространяется в пространстве в виде радиоволн, и ее передача на вход приемника.

Таким образом устройство состоит из двух основных частей — фидера и антенны.

Довольно часто антенна бывает удалена от передатчика или приемника на некоторое расстояние. Зачастую это расстояние значительно по отношению к длине волны, поэтому в таких случаях антенна соединяется с приемником или передатчиком при помощи фидерной системы, состоящей из переходного устройства и фидерной линии.

Основные требования к фидеру относятся к его электрогерметичности, то есть к отсутствию излучения энергии из фидера, а также к малым тепловым потерям. В режиме передачи волновое сопротивление фидера должно быть согласовано с входным сопротивлением антенны (обеспечивается за счет режима бегущей волны) и с выходом передатчика (для обеспечения максимальной отдачи мощности). В режиме приема согласование входа приемника с волновым сопротивлением фидера обеспечивается в режиме бегущей волны. Согласование волнового сопротивления фидера с сопротивлением нагрузки является условием для организации максимальной отдачи мощности в нагрузку приемника. В зависимости от того, в каком диапазоне находятся радиоволны, могут использоваться фидеры следующих типов:

  1. Лини с поверхностной волной.
  2. Двух и многопроводные воздушные фидеры. имеющие эллиптические, круглые или прямоугольные сечения.

Сущность и виды антенн

Антенна представляет собой устройство для приема и излучения радиоволн, то есть она является преобразователем электрического тока радиочастотного диапазона в электромагнитное излучение и наоборот.

Требования, которые могут предъявляться к антенна, зависят от назначения радиостанции. Например, если станция находится в центре района, обслуживаемого ею, то излучение должно быть равномерным во все стороны, а антенны, которые обслуживают радиолокационные станции, должны концентрировать излучение в узком секторе.

Очень часто антенны классифицируются по диапазону волн. Для коротких волн, а также более длинных, как правило, используются антенны, изготовленные из проводов небольшого поперечного сечения. Для более коротких и дециметровых волн применяются антенны, в которых токи протекают по проводящим поверхностям, имеющим большие размеры относительно длины волны. Таким образом антенны можно делить на два вида:

  • Апертурные антенны.
  • Линейные антенны.

Линейные антенны представляют собой провод из металла, в котором возбужден переменный электрический ток. У данного вида антенн поперечное сечение намного меньше длины волны. Характерным явлением для линейных антенн является то, что распределение электрического тока вдоль оси почти не зависит от конфигурации провода, поэтому к линейным антеннам могут относиться антенны не только прямолинейные: рамочные, проволочные бегущей волны, тонкие щелевые, несимметричные и симметричные вибраторы.

У апертурных антенн можно различить ограниченную воображаемую поверхность, вдоль которой проходит весь поток принимаемой (излучаемой) электромагнитной энергии, которая называется раскрывом или апертурой. Как правило размеры раскрыва значительно больше, чем длина волны.

Также антенны, которые входя в состав фидерного устройства, делятся на передающие и приемные. Передающая антенна фидерного устройства преобразует энергию волн, которая поступает по фидеру от передатчика к ней, в энергию свободных колебаний, распространяющихся в окружающем пространстве. Задача передающей антенны заключается не только в излучении электромагнитных волн, но и в обеспечении рационального распределения энергии в пространстве. Поэтому одной из основных характеристик передающих антенн является диаграмма направленности, характеризующая зависимость излучаемого поля от положения точки наблюдения. Направленность делает возможным увеличение мощности поля, которое излучается в данном направлении, без увеличения мощности передатчика, а также уменьшению помех соседним радиотехническим приборам.

Направленность можно получить только в том случае, если размер антенны существенно больше, чем длина волны колебаний.

Приемная антенна фидерного устройства используется для улавливания энергии свободных колебаний и их преобразования в волновую энергию, которая поступает на вход приемника или передатчика по фидеру. Диаграмма направленности для приемной антенны характеризует зависимость электрического тока в нагрузке антенны. Наличие направленных свойств у приемной антенны делает возможным не только увеличение мощности, которая выделяется током в нагрузке, но также и ослабление приема различных помех, что способствует увеличению качества приема.

К основным параметрам антенн относятся мощность потерь и излучающая мощность электромагнитных волн. Излучающая мощность представляет собой силу и количество волн, идущих от антенны в окружающее пространство. Под мощностью потерь подразумевается значение мощности, теряемой передатчиком в процессе прохождения электрического тока по проводам антенны. Также важными параметрами антенн являются коэффициент полезного действия, входное сопротивление антенны (характеризуется наличием реактивных элементов), мощность в антенне (отображает энергию, которую проводится от передатчика), коэффициент защитного действия (применяется в расчетах для определения степени ослабления сигналов антенной, принимаемых от побочных направлений) и рабочий диапазон.

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

Привет, Вы узнаете про фидерные линии, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое фидерные линии, устройства питания антенн, вч кабель, коаксиальный кабель , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Телевидение и антенны. Теория. Эфирное и кабельное. Цифровое и аналоговое.

Устройства, предназначенные для передачи высокочастотной энергии принятой антенной, к телевизионному приемнику, называются линиями передачи. Основная задача линии передачи (фидера) — передача электромагнитной энергии от ТВ антенны к телевизору с минимальными потерями сигнала. От правильности исполнения фидерной линии, ее согласования с антенной и телевизором во многом зависит качество принятого изображения. Слово «фидер» происходит от английского «to feed» — питать.

6.1. Разновидности линий.

Существует несколько видов линий передачи высокочастотной энергии. Для выполнения междуэтажных или междурядных соединений в сложных синфазных антеннах применяются двухпроводные воздушные линии (рис. 6.1.).

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

Рис. 6.1. Поперечное сечение двухпроводной неэкранированной линии из проводов круглого сечения

Интервал величины волнового сопротивления этих линий может быть достаточно широким. Оба провода воздушной симметричной линии должны располагаться строго симметрично относительно друг друга и земли, что является ее недостатком, так как практически трудно выдержать одинаковые расстояния между проводами на протяжении всей длины линии, а также между каждым проводом и землей. Волновое сопротивление для линии из проводов круглого сечения зависит от отношения расстояния между двумя проводниками к их диаметру, и определяется по формуле

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

Формула справедлива при Ь>3а и d коаксиальный кабель (от лат. co — совместно и axis — ось, то есть соосный; разговорное коаксиал от англ. coaxial) — электрический кабель, состоящий из центрального проводника и экрана, расположенных соосно и разделенных изоляционным материалом или воздушным промежутком. Используется для передачи радиочастотных электрических сигналов. Отличается от экранированного провода, применяемого для передачи постоянного электрического тока и низкочастотных сигналов, более однородным в направлении продольной оси сечением (форма поперечного сечения, размеры и значения электромагнитных параметров материалов нормированы) и применением более качественных материалов для электропроводников и изоляции. Изобретен и запатентован в 1880 году британским физиком Оливером Хевисайдом.

ВОЛНОВЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ЛИНИИ (Z) называется отношение комплексных амплитуд напряжения к току падающих или отраженных волн. Оно носит комплексный характер и связано с погонной индуктивностью Lo и погонной емкостью линии Со соотношением:

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

Для коаксиальных кабелей Lo и Со определяются по формулам:

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

где D — диаметр [внутренний) экрана, мм;

d— диаметр внутреннего проводника, мм.

Погонная емкость кабеля — емкость единицы длины кабеля. Обычно погонная емкость кабеля указывается в пф/м:

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

где е — диэлектрическая проницаемость изоляции;

d—диаметр внутреннего проводника, мм.

Значения диэлектрической проницаемости e материалов приведены в приложении 9.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля определяется геометрическими размерами его поперечного сечения и диэлектрической постоянной [см. формулу 6.4).

Электромагнитная волна в фидерной линии с диэлектриком распространяется с меньшей скоростью, чем в свободном пространстве (для вакуума, е = 8,854*10^(-12)). Так, в воздушной линии скорость распространения волны всего на 2-3% меньше, чем в свободном пространстве, а в кабельной линии, заполненной диэлектриком, скорость зависит от диэлектрической проницаемости материала заполнения,

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

В зарубежной справочной литературе вместо коэффициента укорочения длины волны приводят КОЭФФИЦИЕНТ ЗАМЕДЛЕНИЯ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧ, (k = 1/с). Радиоволны в свободном пространстве распространяются со скоростью света ( с = 3*10^8 м/с). В линии передачи их скорость уменьшается в k раз. Значения k меняются в зависимости от конструкции линии.

Типичное значение k составляет:

0,75 — для двухпроводной линии с пластмассовой изоляцией;

0,67 — для коаксиальной линии с твердой пластмассовой изоляцией;

0,85 — для коаксиальной линии с воздушной изоляцией;

0,97 — для открытой воздушной двухпроводной линии. Вследствие потерь электромагнитная волна, распространяясь вдоль линии, уменьшается по величине — затухает. Эффективность прохождения сигнала по линии (фидеру) определяется величиной погонного затухания (Р). ПОГОННОЕ ЗАТУХАНИЕ характеризуется уменьшением напряжения сигнала по мере его распространения вдоль линии на рабочей частоте, приходящееся на единицу длины кабеля. Выражают затухание в децибелах на метр (или неперах на километр).

При небходимости перевода единиц затухания можно воспользоваться следующим соотношением: 1дБ = 0,115 неп (или 1неп = 8,686дВ).

Погонное затухание зависит от материалов, из которых изготовлены проводники и изоляция, их поперечных размеров, частоты измерения и определяется по формуле

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

Чем выше частота и чем длиннее кабель, тем больше затухание Р фидерной линии.

ПРИМЕР: Определить общее затухание фидерной пинии, выполненной из коаксиального кабеля РК-75-4-11 длиной l=25м для V-TB канала. Из табл. 1.2 находим частоту V-TB канала: Fср=96МГц. По табл. 6.3 определяем затухание кабеля на этой частоте в=0.1 дБ/м. Общее затухание составит T=в*l;T=0.1*25=2.5дБ

Уменьшение напряжения сигнала, по мере его распространения вдоль линии, происходит по экспоненциальному закону:

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

Затухание сигнала по мощности в фидерной линии определяется формулой

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ линии определяется как отношение мощности на выходе линии к мощности на ее входе:

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

Из формулы следует, что чем меньше коэффициент погонного затухания линии и меньше ее длина, тем больше КПД.

  • РД — радиочастотные симметричные кабели, двухжильные или из двух коаксиальных пар;
  • PC — радиочастотные кабели со спиральными проводниками коаксиальные и симметричные.

По конструктивному выполнению изоляции радиочастотные кабели подразделяют на три группы:

— кабели со сплошной изоляцией, у которых все пространство между внутренним и внешним проводниками (коаксиальные кабели) или между токопроводящими жилами и их экраном (симметричные кабели) заполнено сплошной изоляцией или обмоткой из изоляционных лент;

— кабели с воздушной изоляцией, у которых на внутреннем проводнике (коаксиальные кабели или симметричные кабели из двух коаксиальных пар) или на жилах (симметричные кабели) через определенный интервал имеются выполненные из изоляционного материала шайбы, колпачки или кордель, наложенный по винтовой спирали, образующие изоляционный каркас между внутренним и внешним проводниками или между жилами и их экраном;

— кабели с полувоздушной изоляцией, у которых трубка из изоляционного материала, выполненная сплошной или в виде обмотки из лент, расположена поверх или под изоляционным каркасом, помещенным между внутренним и внешним проводниками (коаксиальные кабели или симметричные кабели из двух коаксиальных пар) или на каждой из двух жил (симметричные кабели). К полувоздушной изоляции относится также пористо-пластмассовая, балонная и изоляция в виде шлицованной трубки.

По номинальному волновому сопротивлению установлены следующие ряды кабелей:

  • — для типа РК- 50, 75, 100, 150 и 200 Ом;
  • — для типа PC- 50, 75, 100, 150, 200, 400, 800, 1600 и 3200 Ом;
  • — для типа РД — 75, 100, 150, 200 и 300 Ом. Коаксиальные кабели в зависимости от номинального диаметра по изоляции разделяют на четыре группы:
  • — субминиатюрные — диаметром до 7 мм;
  • миниатюрные — от 1,5 до 2,95 (3.0) мм;
  • среднегабаритные — от 3,7 до 11,5 мм;
  • крупногабаритные — более 11,5 мм.

По теплостойкости кабели разделяют на три категории:

  • — обычной теплостойкости — для температур до 125°С включительно;
  • повышенной теплостойкости — от 125 до 250°С включительно;
  • высокой теплостойкости — выше 250°С.

Каждому кабелю присвоено условное обозначение (марка кабеля), которое состоит из букв, означающих тип кабеля, и трех чисел (разделенных тире).

ПЕРВОЕ ЧИСЛО означает величину номинального волнового сопротивления.

  • — для коаксиальных кабелей — величину диаметра по изоляции, округленную для диаметров более 2 мм до ближайшего целого числа.
  • для кабелей со спиральными внутренними проводниками — значение номинального диаметра сердечника;
  • — для симметричных кабелей с двумя коаксиальными парами — значение диаметра по изоляции коаксиальной пары, округленное так же, как и для коаксиальных кабелей;
  • для симметричных кабелей с изолированными жилами — значение наибольшего диаметра по заполнению или по скрутке.

ТРЕТЬЕ— двух- или трехзначное число, первая цифра которого означает группу изоляции и категорию теплостойкости кабеля, а последующие — порядковый номер разработки кабеля.

Группировка изоляции (по ГОСТ 11326.0.71)

Материал изоляции (по ГОСТ 11326.0-67)

Сплошная изоляция обычной теплостойкости (до 125С)

Полиэтилен различных модификаций и его смеси

Сплошная изоляция повышенной теплостойкости (125-250С)

Фторлон (фторопласт) и его сополимеры

Полувоздушная изоляция обычной теплостойкости (до 125С)

Полувоздушная изоляция повышенной теплостойкости (125-250С)

Полипропилен и его смеси

Воздушная изоляция обычной теплостойкости (до 125С)

Воздушная изоляция повышенной теплостойкости (125-250С)

Воздушная изоляция высокой теплостойкости (свыше 250С)

Каждой группе изоляции, при соответствующей теплостойкости кабеля, присвоено следующее цифровое обозначение (табл.6.1).

К марке кабелей повышенной однородности или повышенной стабильности параметров в конце через тире добавляется буква С. Предельные отклонения от номинальных значений волнового сопротивления для 75-омных коаксиальных кабелей повышенной однородности, с диаметром изоляции 3,7 — 9,0 мм составляет:

  • — при сплошной изоляции ±1,5 Ом,
  • — при полувоздушной или воздушной изоляции ±2 Ом.

В обозначении кабелей, предназначенных для систем коллективного приема телевидения и индивидуальных приемных антенн, добавляется буква А (РК-75-4-11А). Эти кабели отличаются от основных марок внешним проводником, выполняемым плотностью 40-60% [при угле наложения оплетки 65-74). Кабели для телевизионных антенн не подвергают испытанию на корону и не измеряют затухание на частоте 3 ГГц до и после испытания на стабильность.

Условное обозначение радиочастотного коаксиального кабеля РК-75-4-12 означает:

  • РК — радиочастотный кабель;
  • 75 — волновое сопротивление. Ом;
  • 4 — диаметр кабеля по изоляции, мм;
  • 12 — двузначное число, в котором первая цифра указывает род изоляции (1 — сплошная изоляция обычной теплостойкости до 125°С), а вторая — порядковый
  • номер конструкции кабеля.

На полиэтиленовой оболочке или на оболочке из поливинилхлоридного пластикада по всей длине кабеля с наружным диаметром более 4 мм на расстоянии не более 1 м друг от друга обычно наносятся:

  • — марка кабеля;
  • — товарный знак предприятия-изготовителя или его условное обозначение;
  • — год выпуска кабеля.

Наибольшее распространение для создания фидерних линий, используемых для передачи ТВ сигнала, получил экранированный несимметричный (коаксиальный) кабель РК (рис.6.9.а) и неэкранированный ленточный симметричный кабель КАТВ [кабель антенный телевизионный с виниловой изоляцией) — рис 6.9.в. В некоторых случаях используют симметричные экранированные кабели марок РД (рис. 6.9.г) и воздушные двухпроводные симметричные линии.

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

Рис. 6.9. Конструкции радиочастотных кабелей(ВЧ, каоксиальных):

  • а—несимметричный коаксиальный с одиночным внутренним проводом;
  • б — несимметричный коаксиальный с многожильным внутренним проводом;
  • в —симметричный ленточный КАТВ;
  • г— симметричный экранированный кабель РД.

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

Рис Устройство коаксиального кабеля
1 — внутренний проводник,
2 — изоляция (сплошной полиэтилен),
3 — внешний проводник ( Экран ),
4 — оболочка (светостабилизированный полиэтилен)

Распространенной конструкцией внутреннего проводника радиочастотных кабелей является одиночный провод. Выполнение внутренней жилы в виде набора скрученных проводов (7, 19 или 37) обеспечивает эластичность, повышает гибкость и его вибрационную стойкость, (рис. 6.9.6)

Внутренний проводник радиочастотных кабелей повышенной стабильности (для работы при 200 С и выше) изготавливают из посеребренной медной проволоки. Малогабаритные радиочастотные кабели для повышения механической прочности изготовляют с внутренним проводником из биметаллической проволоки (сталь-медь).

При использовании радиочастотных кабелей в условиях высоких температур (200-300°С) в качестве экрана используют посеребренную медную проволоку, а для работы при температурах 350-450°С — никелированную медную проволоку или проволоку из нержавеющей стали.

В условиях повышенной влажности для кабелей с резиновой изоляцией экран изготовляют из луженой медной проволоки.

Конструктивно симметричный ленточный кабель КАТВ [рис.6.9.в] состоит из двух семижильных проводников 1, запресованных в полихлорвиниловый пластикат 2. При распространении сигнала по неэкранированной симметричной линии, выполненной из кабеля КАТВ, часть сигнала рассеивается в пространстве, а сама линия довольно чувствительна к сигналам помех. Для того чтобы кабель КАТВ не работал как антенна (в близких зонах от ТВ прередающих центров>, его рекомендуют скручивать (до четырех скруток на один метр).

Более защищен от помех симметричный экранированный кабель РД (рис. 6.9. г). Внутренние проводники 1 выполнены из одной либо семи скрученных медных жил. Проводники жил помещены в изоляцию 2. Поверх изоляции наложен экран 3 и защитная оболочка 4. Благодаря его экранирующим свойствам повышается помехоустойчивость приема, устраняются искажения диаграммы направленности антенны, связанные с антенным эффектом [излучением кабеля).

В настоящее время на мировом рынке имеются радиочастотные кабели различных типов (рис.6.10). Структура условных обозначений их различна и может устанавливаться фирмами-изготовителями. Так, тип кабеля, изготовляемого странами Юго-Восточной Азии, имеет следующую маркировку:

ПЕРВЫЙ ЭЛЕМЕНТ (цифра) означает округленный диаметр

кабеля по металлической оплетке;

ВТОРОЙ ЭЛЕМЕНТ (буква) означает волновое сопротивление («D» — 50 Ом, «С» — 75 Ом);

ТРЕТИЙ ЭЛЕМЕНТ (несколько ЦИФР и БУКВ через дефис)

означает тип изоляции («2V» — изоляция из сплошного полиэтилена).

Маркировка зарубежных кабелей, удовлетворяющая требованиям американской оборонной промышленности (согласно стандарту MIL-C-17D), означает:

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

Рис. 6.10. Внешний вид импортных коаксиальных кабелей

RG (Radio Guide) — «радиоволновод», при маркировке может опускаться (59/U = RG 59/U);

ЧИСЛОВОЙ КОД — порядковый номер разработки;

— возможен БУКВЕННЫЙ СИМВОЛ, указывающий на различия в конструкции и применении, например: (U) «utility» — сервисный (эффективный).

Так, кабель RG-58 используется при построении локальных компьютерных сетей и в промышленной радиоизмерительной аппаратуре (аналог РК-50), RG-59 — используется в телевизионной и бытовой технике (аналог РК-75).

Встречается также маркировка кабеля (75-4-1, 75-5-В), где:

ПЕРВЫЙ ЭЛЕМЕНТ (цифры) означает волновое сопротивление;

ВТОРОЙ ЭЛЕМЕНТ (цифра) означает округленный диаметр внутреннего диэлектрика;

ТРЕТИЙ ЭЛЕМЕНТ (цифра или буква) означает технологические различия.

Элементы маркировки наносятся на внешнюю защитную оболочку кабеля и разделяются дефисом.

6.2.1. Параметры отечественных коаксиальных кабелей.

Параметры кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией и волновым сопротивлением 50 Ом

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *