انواع خطوط انتقال

انواع خطوط انتقال

مقدمه معمولا فرستنده ای که توان RF مورد نیاز برای بکار انداختن آنتن را تولید می کند در فاصله ای چند از پایانه ی آنتن قرار گرفته است .خطوطی که فرستنده و آنتن را به هم متصل می کند "خطوط انتقال" نامیده می شود و هدف آن حمل توان RF از نقطه ای به نقطه دیگر در حد مطلوب است.متقابلا در دریافت کننده ،آنتن عهده دار ردیابی هر سیگنال رادیویی در هوا و هدایت آن به دریافت کننده با حداقل اعوجاج می باشد به طوری که رادیو حداکثر شانس را برای رمزگشایی سیگنال داشته باشد. پس در سیستم های رادیویی حفظ تمامیت سیگنال چه در فرستنده و چه در دریافت کننده بسیار مهم می باشد که این نقش اساسی را کابل های RF بازی می کنند. خطوط انتقال به دو دسته تقسیم می شوند: "کابل ها" و " موج برها" .

کابل ها

کابل RF که برای فرکانس های بالاتر از HF استفاده می شود معمولا " کابل کواکسیال" است.کابل کواکسیال از چند لایه تشکیل شده است .در هسته مرکزی آن یک سیم قرار دارد که توسط یک ماده دی الکتریک پوشانده شده است سپس یک لایه سیم مسی به هم بافته شده به عنوان محافظ در اطراف ان قرار می گیرد.یک ماده ی دی الکتریک هسته و پوشش محافظ را از یکدیگر جدا می کند.و در نهایت کابل کواکیسال از یک لایه بیرونی که جنس آن از PVC است تشکیل شده است که آن هم نقش محافظتی دارد. رسانای داخلی سیگنال RF را حمل می کند و محافظ بیرونی از انتشار سیگنال RF‌ به اتمسفر و تداخل سیگنال های خارجی با سیگنال سیم مرکزی جلوگیری می کند.حقیقت جالب دیگری که وجود دارد این است که سیگنال الکتریکی همیشه در طول لایه خارجی هادی مرکزی عبور می کند پس هر چه هادی مرکزی بزرگتر باشد سیگنال بهتر جریان پیدا می کند که این اثر را "اثر پوستی " می نامند.

در جدول زیر می توانید ضخامت هسته،دی الکتریک، محافظ و جاکت را برای کابل های کواکسیال متداول بیابید.

با وجود اینکه ساختار کابل کواکسیال برای نگه داشتن سیگنال در سیم مرکزی مناسب است ولی مقاومتی در مسیر جریان الکتریکی ایجاد می شود که باعث تضعیف شدن سیگنال در طی مسیر می شود. این محو شدگی به عنوان میرایی شناخته می شود و با dB/m اندازه گیری می شود . سرعت میرایی تابعی از فرکانس سیگنال و ساختار فیزیکی خود کابل است. واضح است که تا آنجایی که ممکن است ما تمایل به حداقل کردن این میرایی داریم که این امر با کوتاه نگه داشتن کابل و استفاده از کابل هایی با کیفیت بالا محقق می شود.

نکات عملی: چگونه یک کابل مناسب انتخاب کنیم

" هر چه کوتاه تر بهتر" اولین قانونی که در استفاده از یک کابل باید رعایت کنیم این است که آن را تا حد امکان کوتاه انتخاب کنیم. تلفات توان خطی نیست پس وقتی که طول کابل را دوبرابر میکنیم یعنی داریم خیلی بیشتر از دو برابر توان را هدر می دهیم. به طور مشابه ،نصف کردن طول کابل یعنی توانی بیشتر از دوبرابر توان اولیه در آنتن. بهترین چاره این است که فرستنده را در نزدیکیترین نقطه به آنتن قرار دهیم و این یعنی قرار دادن فرستنده در نوک دکل.

"هر چه ارزانتر بدتر" کابل های ارزان برای فرکانس های بالاتر از VHF کارایی ندارد. همیشه در پیاده سازی یک سیستم فرستنده-گیرنده از بهترین کابل های در دسترس استفاده کنید و مطمعن باشید که تاثیر زیادی در کیفیت سیستم می گذارد. مایکروویو نیاز به کابل هایی با خصوصات عالی دارد و هر انتخاب دیگری فقط یک بار زائد است.

هیچ وقت از RG_58 استفاده نکنید چون این کابل برای کاربردهای مایکروویو استفاده ای ندارد و فقط در شبکه های Thin Ethernet ، CB یا رادیوی VHF تمایلی به آن نشان داده می شود.

هیچ وقت از RG_213 استفاده نکنید چون قطر مقطع آن جوابگوی خصوصیات بالا و میرایی کم نیست بنابر این از آن فقط در رادیوی CB استفاده می شود.

همیشه از کابل های Heliax ( Foam نیز نامیده می شود) برای متصل کردن فرستنده به آنتن، و از کابل های نیمه سخت برای به هم پیوستن ابزارهای مختلف در زنجیره ی RF استفاده کنید. کابل های نیمه سخت از یک هادی سخت درونی (معمولا فولاد)، دی الکتریک سخت PTFE و یک لوله مسی سخت خارجی درست شده است. همه ی این ها محکم به هم چسبیده اند و از آنجایی که قطر سطح مقطع هنوز کوچک است پس تلفات به طور نسبی بالا است و بنابراین از آن ها به ندرت برای تغذیه آنتن استفاده می کنیم. کابل های Heliax اساسا نوعی از کابل های نیمه سخت می باشند که دارای سطح مقطع بزرگتر و انعطاف پذیر تر می باشند و سطح بیرونی آن ها یک هادی سخت است که موجدار شده و به کابل این اجازه را می دهد که به آسانی انعطاف بپذیرد.

هرگز بر روی کابل قدم نزنید، هرگز آن را زیاد خم نکنید ، هرگز برای باز کردن اتصالات کابل، کابل را به طور مستقیم نکشید. تمامی این رفتار ها ممکن است خصوصیات مکانیکی کابل و بنابراین امپدانس آن را تغییر دهد، هادی درونی با حفاظ اتصال کوتاه شود و یا لینک به طور ناگهانی بشکند . همه ی این مشکل ها به سختی می توان ردیابی و تشخیص داد و بروز هر یک ممکن است منجر رفتارهای غیر قابل پیشگویی در خطوط رادیو شود.

موج برها

در فرکانس های بالا ی 2GHz طول موج به اندازه کافی کوچک است که به طور کاربردی اجازه ارسال انرژی های مؤثر با میانگین های متفاوت را می دهد. موج بر یک لوله ی رسانا است که انرژی به شکل موج های الکترومغناتیسی در آن ارسال می شود.لوله به عنوان مرزی که موج ها را در سطح بسته محدود می کند، عمل می کند و اثر پوستی از مشاهده هر گونه ناثیر موج الکترومغناتیسی در بیرون از موج بر جلوگیری می کند و میدان الکترومغناتیسی با منعکس شدن از دیواره ها (که هادی کامل در نظر گرفته می شوند) منتشر می شود.

شدت میدان مغناتیسی در مرکز و در طول مولفه X بیشترین مقدار را دارد و این مقدار باید در دیواره های انتهایی به صفر کاهش پیدا کند. زیرا وجود هر میدان موازی با دیواره ها باعث ایجاد یک جریان معین بر روی سطح شده که این جریان در رسانای کامل جاری می شود.البته موج بر های به این سبک نمی توانند RF را حمل کنند. مولفه های X ، Y ، Z‌از یک موج بر مستطیلی را می توانید در شکل بالا ببینید.

راه های معینی وجود دارد که میدان های الکتریکی و مغناطیسی بتوانند خودشان را برای فرکانس های بالاتر از فرکانس قطع پایین در یک موج بر سازماندهی کنند. هر پیکر بندی میدان را یک مود می نامند. مودها به دو گروه اصلی تقسیم بندی می شوند:TM و TE . موج TM دارای میدان مغناطیسی کاملا عمود بر جهت انتشار و مولفه ی میدان الکتریکی در جهت انتشار است و موج TE دارای میدان الکتریکی عمود بر جهت انتشار و مولفه های میدان مغناطیسی در جهت انتشار است. موج های TM و TE‌ را بعضی اوقات به ترتیب موج های E و H نیز می نامند.

دایره ای مستطیلی نوع هدایت 3.41r 2X طول موج قطع 3.2r 1.6X بزرگترین طول موجی که می تواند با میرایی پایین ارسال شود 2.8r 1.1X کوتاهترین طول موج قبل از اینکه مود بعدی ممکن شود

مود انتشار با دو عدد زیر نویس داده می شوند.برای مثال 10TE و TM11 و غیره.برای یک اندازه معین از موجبر تعداد مودها با فرکانس افزایش پیدا می کند و در پایین ترین فرکانس فقط یک مود قابل انتشار است که آن را مود غالب می نامند.در یک موجبر مستطیلی، مولفه های مهم برای ما مولفه های X است . این مولفه در پایین ترین فرکانس باید از 0.5x بیشتر باشد تا بتواند ارسال شود. در عمل مولفه ی Y در حدود 0.5xساخته می شود تا از امکان عمل کردن در غیر مود غالب جلوگیری کند.شکل سطح مقطع علاوه بر مستطیلی به شکل دایره ای نیز می تواند باشد که از کارایی بیشتری برخوردار است و بیشتر ملاحظات آن همانند نوع مستطیلی است. طول موج برای موج برهای مستطیلی و. دایره ای در جدول زیر آورده شده است. به طوری که X و r به ترتیب عرض و شعاع سطح مقطع در موج برهای مستطیلی و دایره ای است.تمامی حالت ها برای مود غالب بیان شده است.