Потери в симметричной линии из П-274 [simmetric lines losses]

 Немного ранее, я писал про замену своей антенны типа луч длиной 21 метр, на симметричную линию из нерасплетенной двухпроводки П-274

 (может называться полевик, полёвка и т.п.). http://lavrinenkov.blogspot.com/2020/11/274-inverted-v-simmetric-line-inv-v.html  

За три месяца эксплуатации стало понятно, что антенна работает не лучше, чем луч. Количество QSO снизилось по всем диапазонам, кроме 40М. Реально только лучше стал прием на 80М. Изначально я это связывал с ориентацией диаграммы антенны - Inv-V 10М+10М, но после совета Сергея EU8R повысить волновое сопротивление линии, решил найти цифры потерь в ней.

Волновое сопротивление в двухпроводной линии оценим  по формуле 3.2.4 [1]

Z0 = 276*(Lg[2e/d]) / sqrt(er) 

d - диаметр провода в мм;

e - расстояние между проводами линии в мм;

er - диэлектрическая проницаемость диэлектрика между проводами;

er для воздуха близко к 1, для полиэтилена около 2.3.

Для расчета я буду использовать значения Z0=150 (160) Ом, - нерасплетенная двухпроводка,

и Z0=450 (500) Ом, - двухпроводка оформленная лесенкой с расстоянием между проводами 4...5 см.

Диэлектрические потери в изоляции провода можно оценить по формуле 3.2.8 [1]

ad = 0.0091*f*L*sqrt(er)*tg_d  (дБ) 

здесь 

er - диэлектрическая проницаемость диэлектрика между проводами;

L - длина линии в метрах;

f - частота в МГц;

tg_d - тангенс угла потерь в диэлектрике, для полиэтилена 0.0005

Погонные потери в диэлектрике полученные по формуле 3.2.8. составляют 0,000024 дБ/м, малы, относительно омических потерь в линии.

Омические потери в линии, оценим по формуле 3.2.7 [1] 

ai = 0.723*L*sqrt(f) / (d * Z0)  (дБ) 

здесь 

L - длина линии в метрах;

f - частота в МГц;

d - диаметр токоведущей жилы в мм;

Z0 - волновое сопротивление линии.

В П-274 имеются 4 медные жилы, диаметром 0.3 мм. Условно можно считать их как одну жилу диаметром 0.6 мм.

Теперь оценим КПД линии, подключенной к произвольному импедансу антенны по формуле 3.2.10 [1]

nl = 1 / [1 + 0.115*ai*(КСВ+1/КСВ)]  

Здесь ai - потери в линии, работающей на согласованную нагрузку.

Помимо теоретической оценки затухания в линии и КПД, приведу и практическую оценку, построенную на основе измерений DL2KQ в нерасплетенной двухпроводной линии П-274 на частоте 3.5 МГц, которые показали погонное затухание в 0.05 дБ/м. 

Опираясь на цифру 0.05 дБ/м для плетенки на 3.5 МГц, приму за потери на 7 МГц 0.07 дБ/м и потери на 14 МГц 0.1 дБ/м, потери на 21 МГц 0.122 дБ/м

Итак, расчеты проведены, и можно посмотреть на результат в виде таблиц:

Показан результат для длины линии в 10 метров, работающий на нагрузку при КСВ=10. Столбцы с пометкой "теор" относятся к рассчитанным затуханиям по формуле 3.2.7 [1], а "прак" - оцененные на основе измерений DL2KQ.  

КПД в таблице показывает, какая часть энергии поданная на вход линии, попадет в антенну, при заданной длине и КСВ. А вот допустимость того или иного КПД каждый определит для себя сам. При 50% КПД имеем потерю половины мощности или в логарифмических единицах - 3 дБ! 

Теперь приведу оценку для своего случая. Всего 30 метров линии, ее волновое примем равным 150 Ом.  Тогда совместно с диполем 10М+10М на высоте 5 м получаю такие цифры  (3.2.10):

f=3.5 МГц, КСВ=2373, КПД=0.002

f=7 МГц, КСВ=5.37, КПД=0.427

f=14 МГц, КСВ=34.2, КПД=0.08

f=21 МГц, КСВ=4.7 КПД=0.325

Здесь хорошо  видно, что работать можно только на диапазоне 40М и 15М. 

А что изменилось бы, при замене линии на более высокоомную, скажем 500 Ом?

Рассчитаем аi как 0.015 дБ/м  на 3.5 МГц,  на 7 МГц  0.022 дБ/м и потери на 14 МГц 0.032 дБ/м.

У меня всего 30 метров линии, ее волновое примем равным 500 Ом.  Тогда совместно с диполем 10М+10М на высоте 5 м получаю такие цифры  (3.2.10):

f=3.5 МГц, КСВ=851, КПД=0.022

f=7 МГц, КСВ=17.3, КПД=0.435

f=14 МГц, КСВ=10.3, КПД=0.465

f=21 МГц, КСВ=5.31 КПД=0.581

Ситуация улучшилась, появляется возможность работать на 20М диапазоне!

Важный вывод:

Более высокое сопротивление двупроводной линии, не только обеспечивает меньшие омические потери (в отношение сопротивлений раз), но и меньший КСВ при стыковке с диполем (в среднем по диапазонам).

[1] Гончаренко И.В. Антенны КВ и УКВ, Радиософт.

Материал подготовил:

Лавриненков Игорь / R2AJA

lis-soft /*at*/rambler   точка   ру