Что такое коэффициент полезного действия фидерного тракта
Коэффициент полезного действия фидера
Коэффициент полезного действия фидера – отношение мощности на нагрузке, включенной в конце фидера, к мощности, подводимой к его входу.
3.7 коэффициент полезного действия фидера: Отношение мощности на нагрузке, включенной в конце фидера, к мощности, подводимой к его входу.
Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации.
academic.ru.
2015.
Смотреть что такое “Коэффициент полезного действия фидера” в других словарях:
Коэффициент полезного действия антенно-фидерной системы — произведение коэффициента полезного действия антенны на коэффициент полезного действия фидера. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
коэффициент полезного действия — 3.1 коэффициент полезного действия : Величина, характеризующая совершенство процессов превращения, преобразования или передачи энергии, являющаяся отношением полезной энергии к подведенной. [ГОСТ Р 51387, приложение А] Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
КПД фидера — 3.1.5 КПД фидера: Отношение мощности радиочастотного сигнала на выходе фидера к мощности сигнала на входе этого же фидера в согласованном режиме. Остальные термины по ГОСТ 24375. 3.2 В настоящем стандарте применены следующие сокращения: ВЧ… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 50860-96: Самолеты и вертолеты. Устройства антенно-фидерные связи, навигации, посадки и УВД. Общие технические требования, параметры, методы измерений — Терминология ГОСТ Р 50860 96: Самолеты и вертолеты. Устройства антенно фидерные связи, навигации, посадки и УВД. Общие технические требования, параметры, методы измерений оригинал документа: Входное сопротивление антенны отношение напряжения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 50860-2009: Самолеты и вертолеты. Устройства антенно-фидерные радиосвязи, навигации, посадки и управления воздушным движением. Общие технические требования, параметры, методы измерений — Терминология ГОСТ Р 50860 2009: Самолеты и вертолеты. Устройства антенно фидерные радиосвязи, навигации, посадки и управления воздушным движением. Общие технические требования, параметры, методы измерений оригинал документа: 3.1 входное… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р ИСО/МЭК 19762-4-2011: Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 4. Общие термины в области радиосвязи — Терминология ГОСТ Р ИСО/МЭК 19762 4 2011: Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 4. Общие термины в области радиосвязи оригинал документа: ALOHA [ALOHA slotted]:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 51807-2001: Фидеры передающие внутренние диапазонов низких, средних и высоких частот. Типы, основные параметры, технические требования, методы измерений — Терминология ГОСТ Р 51807 2001: Фидеры передающие внутренние диапазонов низких, средних и высоких частот. Типы, основные параметры, технические требования, методы измерений оригинал документа: 3.1.2 диапазон рабочих частот: Диапазон, ограниченный … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
КПД — 34. КПД: Отношение выходной мощности к расходу теплоты топлива, подсчитанное по его низшей теплоте сгорания при нормальных условиях. Источник: ГОСТ Р 51852 2001: Установки газотурбинные. Термины и определения оригинал документа Смотри также ро … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 51665-2000: Устройства сложения мощностей передатчиков низких, средних и высоких частот. Основные параметры. Общие технические требования. Методы измерений — Терминология ГОСТ Р 51665 2000: Устройства сложения мощностей передатчиков низких, средних и высоких частот. Основные параметры. Общие технические требования. Методы измерений оригинал документа: 3.1.2 диапазон рабочих частот: Диапазон частот, в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 23611-79: Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Термины и определения — Терминология ГОСТ 23611 79: Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Термины и определения оригинал документа: Electromagnetic compatibility of radioelectronic equipment 1 Определения термина из разных документов: Electromagnetic… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Эквивалентом антенны называют неизлучающую электрическую цепь, входное сопротивление которой равно или близко к входному сопротивлению антенны.
Входное сопротивление антенны Zвх – это отношение напряжения к току на зажимах антенны.
Полное сопротивление Zвх (импеданс) складывается из активной части Rвх и реактивной части Xвх. Чем меньше Xвх и чем ближе Rвх к волновому сопротивлению , тем лучше антенна согласована с фидером.
Коэффициент полезного действия устройств антенно-фидерных трактов (антенна, фидер) характеризует потери мощности в устройстве.
Коэффициент полезного действия антенны (КПД) ( ) есть отношение мощности излучения Pи к сумме мощностей излучения Ри и потерь Рп, т.е. к полной мощности, которая подводится к антенне передающей станции от передатчика:
.
Антенны метрового и дециметрового диапазонов волн имеет КПД близкий к единице. Поэтому, определив потери мощности в фидере и потери на согласование контуров передатчика, фидера и антенны, нам будет приблизительно известна мощность излучения Pи .
Определение КПД антенных фидеров и устройств АФТ.
Возрастание частоты почти всегда приводит к увеличению коэффициента затухания. Существуют лишь редкие исключения из этого правила, например, для волны типа H0 в круглом волноводе. Коэффициент затухания из-за потерь в диэлектрике растет прямо пропорционально частоте, а коэффициент затухания из-за потерь в проводниках увеличивается с ростом частоты более медленно – прямо пропорционально квадратному корню из частоты.
Поэтому неоднородности, образованные в кабеле из-за его сильных перегибов («изломов»), что очевидно в полевых условиях при частом разматывании и сматывании кабелей, имеют преимущественное значение, определяющее коэффициент затухания.
В антенно-фидерном тракте (АФТ) все устройства пассивные – вносящие затухание.
Затухание обусловлено неизбежным расходом части распространяющейся мощности на нагрев проводников и диэлектриков, а также на образование паразитного излучения.
В общем случае коэффициент затухания принято выражать в логарифмических единицах-децибелах (дБ):
Если общее затухание в линии разделить на длину линии l, получим погонное затухание .
Для перевода погонного затухания в децибелах в затухание в разах по мощности используют формулу
и наоборот
Эффективность передачи мощности в нагрузку принято характеризовать коэффициентом полезного действия (КПД), равным отношению мощности, выделяемой в нагрузке Pн, к мощности падающей волны Pпад, отдаваемой генератором (передатчиком) в линию передачи:
КПД фидера определяется отношением мощности сигнала на выходе фидера к мощности сигнала на его входе Рвх:
Между формулами имеется значительная разница и заключается она в условии согласования выходного сопротивления передатчика е волновым сопротивлением фидера и последнего с нагрузкой.
В идеальном случае Рпад = Рвх, когда отраженной волны нет (Ротр вх = 0). А если имеет место рассогласование, то в этом случае часть энергии отразится от входа фидера и .
В технической литературе приводится формула для определения КПД фидера:
которой нельзя пользоваться, так как в ней заложена грубая ошибка. Это связано с тем, что величина Ротр.вых зависит от согласования волнового сопротивления фидера и сопротивления нагрузки. Получается, что при изменении согласования этих двух величин будет изменяться КПД фидера. Но КПД фидера зависит только от его параметров: погонного затухания ( ), магнитной проницаемости ( ) для данной частоты.
Тогда правильная формула для определения КПД фидера будет иметь вид:
Но для определения КПДАФТ антенно-фидерного тракта (до антенны) используют другую формулу, в которой учитываются потери из-за рассогласования выходного сопротивления передатчика и волнового сопротивления фидера:
где Рпад.А и Ротр.А соответственно падающая и отраженная мощности (подводимая и отраженная) от антенны, а Рпер- мощность передатчика.
Коэффициент затухания и коэффициент полезного действия фидера связаны обратно пропорциональной зависимостью:
Распространение электромагнитной волны вдоль любой реальной линии передачи сопровождается ослаблением мощности бегущей волны по закону:
где l – расстояние вдоль линии передачи в сторону движения волны или длина фидера в метрах, – погонное затухание в дБ/м.
Множитель называют коэффициентом ослабления мощности падающей волны.
Отражение падающей волны от нагрузки из-за рассогласования волновых сопротивлений фидера и нагрузки приводит к дополнительному уменьшению передаваемой в нагрузку мощности в раз, и поэтому КПД антенно-фидерного тракта равен:
,
где РА – мощность, равная РА пад – PА отр;
РА пад – мощность, подводимая к антенне;
PА отр – мощность, отраженная от антенны;
Рпер – мощность передатчика;
– модуль коэффициента отражения.
,
где КБВн – коэффициент бегущей волны нагрузки (антенны).
Таким образом, мы выяснили, от каких параметров зависит затухание линии , КПД – это частота, длина линии, техническое состояние линии (состояние диэлектрика), коэффициента отраженной волны или согласования (равенства) импедансов линии и нагрузки.
Рис.2. Графическая взаимосвязь КПД и КБВ фидера
КБВ и режимы работы фидерных линий.
Фидерные линии предназначены для передачи энергии радиочастоты от передатчика к передающей антенне, от приемной антенны к приемнику, а также для изготовления симметрируюших и согласующих устройств, междуэтажных соединений в сложных антеннах и т.д.
Основные параметры фидерных линий: волновое сопротивление, коэффициент укорочения длины волны, постоянная распространения и погонное затухание.
Волновым сопротивлением линии ( ) называют предельное активное входное сопротивление линии без потерь, длина которой стремится к бесконечности. Волновое сопротивление определяется как отношение напряжения к току бегущей волны и зависит от первичных параметров линии Спог и L пог (погонные):
Волновое сопротивление зависит от формы и взаимного расположения проводников линии, а также от диэлектрической постоянной ( ) и магнитной проницаемости ( ) материала, разделяющего проводники.
Если сопротивление нагрузки Z на конце линии отличается от волнового сопротивления , то в линии возникают отраженные волны напряжения и тока, распространяющиеся от нагрузки к генератору.
Коэффициент отражения равен:
где Uотр и Uпад – соответственно амплитуды напряжений отраженной и падающей волн, а Ротр и Pпад соответствующие мощности сигнала.
Рис. 3. Распределение тока и напряжения вдоль линии, нагруженной на активное сопротивление различной величины
Длина волны , измеренная между точками, имеющими одинаковую фазу, зависит от скорости распространения волны вдоль линии
определяемой первичными параметрами линии
При наличии отраженных волн распределение амплитуд напряжения (тока) вдоль линии становится неравномерным – пучности (места максимальной амплитуды) напряжения (тока) чередуются с узлами (местами минимальной амплитуды) напряжения (тока), причем расстояние между соседними пучностью и узлом составляет четверть длины волны, между соседними пучностями или соседними узлами- половину длины волны.
Коэффициент бегущей волны КБВ
Рис. 4. График изменения КБВ и КСВ фидера от изменения согласования с нагрузкой
Если сопротивление нагрузки чисто активно Rн , то при R < КБВ = R/ , а при R > КБВ = /R .
В зависимости от соотношения между волновым сопротивлением линии и сопротивлением нагрузки Z различают три основных режима работы линии.
Режим бегущей волны (рис. 2.2.1, б) имеет место при резистивной нагрузке с сопротивлением, равным волновому сопротивлению (Z =Rн = ). Волны напряжения и тока распространяются только в одном направлении – от генератора к нагрузке. Мощность, поступающая от генератора в линию, полностью передается в нагрузку. Амплитуды напряжения и тока вдоль линии – постоянны (КБВ=1). Линия полностью согласована с нагрузкой и работает в наивыгоднейшем режиме.
Ток и напряжение в линии в этом случае находятся в фазе. Входное сопротивление линии в таком режиме в любой точке равно её волновому сопротивлению.
Уравнение, описывающее изменение напряжения в линии для этого режима, можно получить следующим образом.
Если напряжение на генераторе (рис. 2, а), включенном в начале линии, изменяется по закону
то в точке, расположенной на расстоянии х от конца линии, оно изменяется так же, но с запаздыванием на время
за которое электромагнитная волна доходит до данной точки.
Следовательно, напряжение в этой точке изменяется по закону
С увеличением времени кривая распределения напряжения перемешается – «бежит» вдоль линии от её начала (от генератора) к концу (к нагрузке).
Режим стоячей волны (рис.2, в) имеет место, когда линия замкнута накоротко (Zн=0), разомкнута (Zн= ) или нагружена на чисто реактивное сопротивление – индуктивность или емкость (Zн=jx ). Перенос мощности вдоль линии отсутствует: вся мощность, поступающая из генератора в линию в виде падающих волн напряжения и тока, отражается от конца линии и поступает обратно в генератор. Эта волна, распространяющаяся от конца линии к генератору, называется обратной, или отраженной. Таким образом, в линии одновременно распространяются в противоположных направлениях две волны: падающая и отраженная. В результате их сложения в линии устанавливаются так называемые стоячие волны.
Линия полностью рассогласована с нагрузкой, распределение амплитуд напряжения и тока вдоль линии имеет вид стоячих волн (КБВ=0).
Промежуточный режим (рис.2, г) имеет место при сопротивлении нагрузки, содержащем резистивную и реактивную составляющие, а также при чисто резистивной нагрузке, не равной волновому сопротивлению
( Zн=R ) . Часть мощности, поступающей из генератора в линию, передается в нагрузку, а другая часть отражается от нагрузки и поступает обратно в генератор (о < КБВ < 1) .
В реальных линиях амплитуда колебаний убывает к концу линии .
Погонное затухание фидерной линии – затухание на единицу ее длины; выражается обычно в децибелах на метр (дБ/м). С увеличением частоты затухание в линии вырастает.
Погонные затухания коаксиальных кабелей приведены в таблице 1.
Таблица 1
Тип кабеля | Погонное затухание дБ/м на частотах | |||||
Новое обозначение | Старое обозначение | |||||
PK-75-4-15 | PK-1 | 0,09 | 0.146 | |||
PK-75-9-12 | РК-3 | 0,053 | 0,1 | 0,5 | ||
PK-75-9-13 | PK-103 | 0,052 | 0,095 | 0,9 | ||
PK-156 | 0,08 | 1,3 | ||||
PK-120 | 0,12 | 1,1 | ||||
PK-75-17 | 0,07x | 0,3 |
Примечание. 0,07x- для 100МГц.
Потерями в линии определяется коэффициент полезного действия линии.
Поиск по сайту:
В редких случаях антенна может быть связана с KB радиостанцией без применения фидерной линии, которая обеспечивает соединение точек питания антенны с выходом передатчика (входом приемника). Основное требование к фидерной линии — минимальные потери энергии. На высоких частотах они определяются излучением фидера, потерями из-за активного сопротивления его проводов и диэлектрическими потерями из-за неидеальности изоляции.
Особенно нежелательны потери на излучение, так как кроме снижения КПД антенно-фидерного устройства они приводят и к искажениям диаграммы направленности и могут быть причиной помех, создаваемых устройствам, вблизи которых проходит фидер. Поэтому радио-любители-коротковолновики практически не используют излучающие фидерные линии типа одиночного неэкранированного провода. Наиболее распространенными фидерными линиями, применяемыми для питания KB антенн, являются коаксиальные кабели и (реже) двухпроводные симметричные линии.
Важной характеристикой фидерной линии является ее волновое сопротивление. Если фидер нагружен на активное сопротивление, равное волновому сопротивлению линии, амплитуды напряжений между проводниками линии и протекающих по ним токов постоянны по всей ее длине. Отношение этих амплитуд равно волновому сопротивлению фидерной линии. При рассогласовании волнового сопротивления линии с нагрузкой в фидере появляются стоячие волны: амплитуда напряжения в одной из точек линии достигает максимума, а ток минимума («пучность» напряжения и «узел» тока), в другой точке линии наоборот — напряжение минимально («узел» напряжения), а ток максимален («пучность» тока). Отношение напряжений или токов в «пучности» и «узле» — это коэффициент стоячей волны (КСВ) в фидерной линии. Поскольку омические потери в фидере пропорциональны квадрату амплитуды тока а диэлектрические — квадрату амплитуды напряжения, увеличение потерь в «пучностях» не компенсируется их уменьшением в «узлах» и наличие стоячих волн приводит к снижению КПД фидерной линии.
В табл. 3.1 приведены характеристики наиболее часто используемых радиолюбителями коротковолновиками фидерных линий. Они разбиты на пять групп по величине потерь—все входящие в одну группу фидерные линии имеют практически одинаковые потери. Зависимость КПД фидерных линий от их длины для фидеров, характеристики которых указаны в табл. 3.1, приведены на рис. 3.1 — 3.7. Кривые на рисунках имеют номера групп по потерям (табл. 3.1).
Если необходимо определить характеристики фидера, не включенного в табл. 3.1, то это можно сделать, определив его группу но потерям, исходя из геометрических размеров, которые близки к размерам одного из данных кабелей.
Из табл. 3.1 и графиков зависимости КПД фидеров от их длины видно, что потери в фидерной линии при ее одинаковой длине уменьшаются с увеличением толщины фидера, его волнового сопротивления и длины волны. Это объясняется тем, что на коротких волнах у коаксиальных кабелей и двухпроводной симметричной линии с распорками из диэлектрика (полистирол, фторопласт, стеклотекстолит) практически отсутствуют потери на излучение и диэлектрические потери А омические потери уменьшаются с уменьшением сопротивления проводников (оно снижается с увеличением их толщины из-за уменьшения «скин-эффекта») и уменьшением тока, необходимого для передачи определенной мощности, с ростом волнового сопротивления фидера.
Определить потери в фидере при КСВ != 1 можно по рис. 3.8. У фидера, не имеющего потерь при КСВ = 1, КПД равно 100% при любом значении КСВ (верхняя кривая рис. 3.8). Но такой фидер не существует. Чем больше потери в фидере при КСВ=1, тем заметнее снижается КПД с ростом КСВ.
Рассмотрим примеры определения КПД фидерной линии.
1. Коаксиальный кабель РК50-3-11 длиной 30 м на диапазоне 10 м КСВ — 3.
Из табл. 3.1 определяем группу этого кабеля по потерям — 2. Из рис. 3.7 видим, что при КСВ=1 КЭД фидера равен 65%, а из рис. 3.8 определяем, что из-за КСВ КПД снизится до 53%.
2. Двухпроводная линия из двух медных проводов диаметром 3 мм с расстоянием между проводами 200 мм. Длина линии 30 м, диапазон 40 м, КСВ-8 (фидер с волновым сопротивлением 600 Ом питает антенну с входным сопротивлением 75 Ом).
Такой фидер относится к группе 5 табл. 3.1. Из рис. 3.3. определением потери при КСВ = 1; 98%. Из рис. 3.8 видим, что из-за высокого КСВ КПД снижается только до вполне приемлемого значения 92%.
Приведенные примеры показывают, что значение КСВ в некоторых случаях не определяет целесообразность использования данного кабеля из-за его КПД. Из-за предельной мощности кабеля может оказаться существенной возможность работы фидера с определенным значением КСВ. В табл. 3.1 приведены допустимые значения передаваемой по кабелю мощности на любительских KB диапазонах (на частотах до 30 МГц) при КСВ=1 С ростом КСВ допустимая мощность падает пропорционально его значению. Для фидеров 5-й мощности падает пропорционально его значению. Для фидеров 5-й группы по потерям максимальная разрешенная любительским KB радиостанциям мощность может быть передана практически при любом реально возможном значении КСВ.
Входное сопротивление антенно-фидерного устройства зависит от КСВ, В фидерной линии при КСВ = 1 это сопротивление равно волновому сопротивлению линии вне зависимости от ее длины. А при KCB != 1 входное сопротивление фидера зависит от значения КСВ и длины линии. Обычно легко удается согласовать фидер с передатчиком при КСВ <= 2, а при больших значениях КСВ приходится включать между выходом передатчика и фидером специальное согласующее устройство.