четверг, 1 февраля 2018 г.

The myth of SWR causing coax radiation

Миф о том, что высокий КСВ является причиной излучения коаксиального кабеля
http://www.iz2uuf.net/wp/index.php/2016/01/30/the-myth-of-swr-causing-coax-radiation/

Из блога Davide, IZ2UUF



В мире радиолюбителей есть несколько мифов, которые передаются из поколение в поколение, несмотря на их противоречие законам физики. Однако будет довольно интересно посмотреть, насколько легко развенчать некоторые из таких мифов при помощи очень простых экспериментов.

Миф об излучении передающей линии

В радиолюбительской среде во время обсуждений зачастую "эксперты" выступают против антенн, согласуемых тюнером, по ряду "технических" причин. Одной из таких причин является то, что из-за повышенного КСВ в таких системах якобы начинает излучать линия передачи, что приводит к различным помехам.

А давайте проверим!

Мифы обычно основываются на непроверенных утверждениях: людям остаётся только выбрать - следует верить или нет. Но этот миф очень легко проверить при помощи простого эксперимента.
Начнём с измерения поля, излучаемого реальной антенной:


Как мы видим, как только FT 817 включается на передачу (горит красный светодиод), измеритель тока ВЧ сразу обнаруживает очень сильное поле, излучаемое антенной...


Теперь давайте повторим тот же эксперимент, но к выходу передатчика будет подключен коаксиальный кабель, нагруженный на резистор сопротивлением 50 Ом: 



Как все и ожидали, сопротивление нагрузки отлично подобрано, нет стоячей волны и коаксиальный кабель не излучает. КСВ-метр (в зеленом овале) показывает "1" (без дополнительных делений) и маленький резистор сразу раскаляется.

Настало время проверить миф. Повторим тот же эксперимент, но вместо резистора 50 Ом, мы используем резистор с сопротивление 150 Ом, что вызовет появление в кабеле стоячей волны, но не вызовет срабатывания защиты передатчика. Если миф является истиной, то стоячие волны должны вызывать излучение коаксиального кабеля. Давайте проверим:  


Как мы видим, КСВ-метр показывает некие полоски из-за появившейся отраженной 
мощности. Маленький резистор сразу раскаляется докрасна, но, несмотря на заявления "экспертов", излучение линии передачи вообще не обнаруживается. Иначе говоря - КСВ не является причиной, по которой излучают линии передач?


Разъяснение

Причина, по которой коаксиальный кабель не излучает даже при высоком КСВ очень проста, и объясняется законами Максвелла. В них говорится, что переменный ток, протекающий по проводникам, вызывает появление электромагнитного поля. Задача линии передачи, в т.ч. и коаксиального кабеля, транспортировать энергию, не излучая её. Как же она работает?



Чтобы избежать излучения, передающие линии используют два проводника, по которым проходят равные, но противоположные токи. Эти токи создают свои электромагнитные поля в каждом из проводников, но, будучи одно противоположностью другого, эти поля взаимно уничтожаются.
Мы можем легко проверить это утверждение, разрезав коаксиальный кабель посередине и разделив на длине в несколько сантиметров его центральный проводник и оплётку:  


Теперь мы можем измерять ток в каждом проводе коаксиального кабеля, нагруженного на эквивалент нагрузки:  


Как мы видим, каждый провод, рассматриваемый по отдельности, излучает. Кроме того, мы видим, что каждый из проводов излучает одинаково. А если использовать двухканальный осциллограф, то это становится ещё более очевидным:  


На экране осциллографа мы можем увидеть два тока одинаковой амплитуды, но в 
противоположной фазе.


Когда нагрузка не согласована с волновым сопротивлением кабеля, как это происходит в нашем случае с резистором 150 Ом, мощность не может быть полностью передана к нагрузке, часть её отражается. Это приводит к появлению стоячих волн в линии передачи: в линии, мы можем найти точки с высоким значением токов и другие, с более высоким напряжением. Тем не менее, стоячие волны появляются на обоих проводниках: они симметричны, одинаковы по амплитуде и противоположны по фазе и, повторю ещё раз, они компенсируют друг друга. По этой причине высокий КСВ сам по себе не может быть причиной излучения линии.


Так когда же коаксиальный кабель излучает?

Для того, чтобы коаксиальный кабель начал излучать, токи должны быть несбалансированным. Это означает, что токи, проходящие по оплетке и по центральной жиле, противоположны, но не равны по величине. Их сумма не равна нулю и результирующий ток является причиной излучения. Заметим, что такое может произойти даже тогда, когда система отлично согласована (т.е. с КСВ = 1).
Мы можем увидеть это явление путем запитки только одного провода, например центральной жилы кабеля. В этом случае отсутствует противоток по оплётке, и это превращает коаксиальный кабель, не смотря на его экран, в прекрасную антенну:  



Выводы

Есть несколько причин, по которым коаксиальный кабель может излучать;
большинство из них связаны с неправильным включением или отсутствием балуна,
но рассогласованность сопротивлений тут совершенно не при чём. Может так
случиться, что по некоторой причине в кабеле возникнут как высокий КСВ, так и излучение,  но в этом случае КСВ является симптомом, а не причиной излучения.

Комментариев нет:

Отправить комментарий

Извините, в связи с огромным количеством спама, все ваши комментарии появляются с небольшой задержкой