Balanserad matning
Från HamWiki
Balanserad matning skiljer sig från obalanserad genom att båda branscherna i transmissionsledningen har en potential gentemot referensplanet eller "jorden", medan den obalanserade kan ha den ena branschen ansluten till jordreferensen utan att egenskaperna påverkas.
Om man önskar mata en balanserad last, t.ex. en mittmatad dipolantenn, med en transmissionsledning kan man antingen ansluta en obalanserad ledning via en "Balun" eller använda en balanserad matarledning.
Balanserade matarledningar finns i flera former [1] vilka samtliga bygger på principen att två (eller ett jämnt antal) trådar som har lika stora och motriktade strömmar flytande i varannan ledning inte kan generera några strålnings- eller fjärrfält, p.g.a att vektorsumman av strålnings (fjärr-)fälten från två närliggande ledare som för lika stora och motriktade strömmar blir = 0. Detta gäller exakt om avståndet mellan ledarna också är = 0, men man kan i praktiken försumma strålningen från ledningar där avståndet mellan ledarna är mindre än c:a 1/100 våglängd. [2].
Innehåll |
Balansvillkor
För att en balanserad matarledning ska uppträda på önskat sätt krävs att två villkor är uppfyllda. Det ena har med amplituderna hos strömmarna i trådarna att göra och benämns amplitudbalans, och det andra med fasläget mellan strömmarna och benämns fasbalans.
Amplitudbalans
Amplitudbalans innebär att strömmarna i ledarna är lika stora, vilket innebär att beloppet av lastimpedansen som varje ledare är ansluten till ska vara lika stort, samtidigt som generatorn lämnar lika stora strömmar till varje bransch av matarledningen.
Man kan indikera amplitudbalans genom att mäta beloppet av strömmarna i varje bransch med ett termokorsinstrument eller en strömtransformator.
En amplitudbalans på +/- 10 % eller - 20 dB brukar anses tillräcklig.
Fasbalans
Det räcker dock inte med bara amplitudbalans utan ett ytterligare villkor är att strömmarna också är motriktade, eller att fasläget är 180 grader mellan varje bransch. Först när även detta villkor är uppfyllt kan man börja försumma strålningen från en balanserad matarledning. Fasbalansen indikeras enklast med att mäta strömmarna i varje bransch med tecken och observera skillnaden i fas mellan dem.
Marconi-effekten
Det förhållande att en balanserad matarledning som har bristfällig amplitud- eller fasbalans har en nettoström som flyter i ena eller andra riktningen utefter ledningen gör att den också uppträder som en "long-wire" antenn, och energi kommer därmed att stråla ut från ledningen, mer ju sämre balansen är. Om då ledningen avslutas med t.ex. en dipolantenn så kommer denna även att tjäna som en toppkapacitans i en Marconi-antenn, och i svåra fall strålar mer energi ut från matarledningen än från dipolantennen. Detta kallas för "Marconi-effekten" [3].
Strålning från en matarledning i balans
Som tidigare nämnts kommer även en perfekt balanserad matarledning med ett avstånd mellan branscherna som är skilt från 0 att ge upphov till ett strålningsfält.
Det går att härleda sambandet [4] [5]
Där Pr = den utstrålade effekten [W]
D = avståndet mellan ledarna [m] I = strömmen i en bransch [A]
Som exempel kan tas en matarledning med 600 ohm impedans på 14 MHz, där c:a 0,1 W strålas ut för 600 W inmatat i ledningen. Detta motsvarar - 38 dB och är helt försumbart.
Impedansen hos en balanserad matarledning
Den karaktäristiska impedansen hos en matarledning med två trådar ges exakt av
![Z_0 = 120 \cdot arccosh ({2D \over d})[ohm]](/images/math/9/7/d/97db4e2945409dac742d547c4787880d.png)
och approximativt (D >> d)
![Z_0 = 276 \cdot log ({2D \over d})[ohm]](/images/math/f/a/8/fa8c6965bace5b6740017a8b28230e7b.png)
Där D = avståndet mellan ledarna och d = diametern hos ledarna
Dessa samband gäller för luftisolerade transmissionsledningar på stora avstånd från markytan och från metallföremål.
Om något annat isolationsmaterial används kommer impedansen att sjunka.
När transmissionsledningen består av fler än två trådar gäller andra, mer komplicerade, samband
Formler för beräkning av dessa finns bl.a. i [6] och [7]
Referenser
- ↑ Reference Data for Engineers, 7th edition kapitel 29
- ↑ Gustav Mie, "Elektrischen Wellen an zwei parallelen Drähten", Annalen der Physik 1900 Band 2 Heft 2 sid 201 - 248
- ↑ RSGB Radio Communication Handbook 5th edition kapitel 12.49
- ↑ John R Carson, "Radiation From Transmission Lines" Journal of the American I.E.E., 1921, 40, sid. 789
- ↑ RSGB Radio Communication Handbook 5th edition kapitel 12.32
- ↑ Reference Data for Engineers, 7th edition kapitel 29, 30
- ↑ Frederick E Terman, Radio Engineer's Handbook kapitel 3
