Menu

5.3.2. A hangolt tápvonal

 

Az 5.2.3. pontban bemutattuk, hogy a tápvonal hogyan használható hangolóelemként. Mint az 5.27., 5.28. és 5.29. ábrákból látható, a hangolt  tápvonal impedanciája minden áram- és feszültségcsomópontnál valóssá válik. Mint tudjuk, az áram-és feszültségcsomópontok mindig λ/4 távolságban ismétlődve alakulnak ki. Ezért egy tápvonal akkor tekintendő hangoltnak, ha hossza λ/4 vagy annak egész számú többszöröse (2xλ/4, 3xλ/4 stb.), noha az ilyen hangolt tápvonalon állóhullámok vannak, bemeneti és kimeneti impedanciája mégis valós, vagyis tisztán rezisztív.

5.32. ábra. Állóhullámok az elektromosan λ/2 hosszú  kéthuzalos tápvonalon

Az 5.32. ábrán egy elektromosan λ/2 hosszúságú  hangolt kéthuzalos tápvonalon fellépő áram- és  feszültségeloszlást tüntettünk fel. A két nyíl arra utal, hogy a vonal két szárában folyó áram iránya ellentétes. Ez egyébként az árameloszlási görbe helyzetéből is következik. Mint már említettük, az ellentétes áramirány következtében a mágneses erőterek is kioltják egymást, ezért a tápvonal alig sugároz. A sugárzás annál kisebb, minél kisebb az üzemi frekvencia és a huzalköz. Minthogy a kisebb huzalköz szükségszerűen kisebb hullámellenállást jelent, általánosságban kimondhatjuk, hogy azonos frekvencián kisebb hullámellenállású tápvonal kevésbé sugároz (kisebb a sugárzási veszteség), mint a nagyobb hullámellenállású tápvonal.

Az 5.32. ábrából az is látható, hogy a félhullámú tápvonal ki- és bemenetén azonos impedanciaviszonyok uralkodnak, mert az áram és feszültség  viszonya mindkét esetben azonos. Az a körülmény, hogy a feszültség 180°-kal fázisban el van tolva, fenti meggondolásaink szempontjából érdektelen. A gyakorlat számára az alábbi szabály foglalható össze: Egy hangolt tápvonal, amelynek az elektromos hossza az üzemi frekvencia hullámhosszának fele vagy annak egészszámú többszöröse (2" λ/2; 3" λ/2 stb.), annak mindkét végén azonos áram-feszültség viszony uralkodik. Ezért az antenna talpponti impedanciája l:1 arányban jelenik meg a tápvonal végén.

Ez azt jelenti, hogy az antenna illesztése céljából magán az antennán semmilyen módosítást nem kell végrehajtani, mert a talppont impedancia értékétől függetlenül a tápvonal adó felőli végén megjelenik. Itt pedig viszonylag egyszerűen illeszthető impedancia helyesen az adó-végfokozathoz vagy vevő-bemenethez. Hangolt tápvonal segítségével az antenna felharmonikus gerjesztéssel több sávon is üzemeltethető, ami illesztett tápvonallal nem oldható meg.

5.33. ábra. Hangolt tápvonallal gerjesztett dipólus:

(a) hangolt λ/2 hosszú tápvonal, a ZZ bemeneti ellenállás a tápvonal alsó végén mint azonos Z'Z' ellenállás jelenik meg;

(b) ugyanaz a dipólus, de kétszeres frekvencián gerjesztve: az eredetileg félhullámú (dipólus teljeshullámúvá alakul át; a tápvonal hossza lλ, Z'Z' szintén azonos ZZ-vel

 

Az 5.33. ábrán egy ilyen esetet tüntettünk fel. Az a részábrán egy félhullámú 7 MHz-es dipólus látható, amelyet hangolt félhullámú tápvonal segítségével gerjesztünk. A félhullámú dipólus mintegy 60©-os ZZ talpponti ellenállása a tápvonal alsó végén 1:1 arányban mint Z'Z' jelenik meg  (a tápvonal saját hullámellenállása ez esetben érdektelen). Ha ugyanezt a dipólust kétszeres frekvencián (14MHz) gerjesztjük, teljeshullámú dipólusként fog viselkedni, melynek ZZ talpponti ellenállása igen nagy lesz. Mint az 5.33.(b) ábrán  látható, a félhullámú tápvonal teljeshullámúvá  (2xλ/2) alakul át, és az antenna ZZ bemeneti ellenállása azonos értékben mint Z'Z' jelenik meg  a tápvonal alsó végén, és itt illesztendő az adó-végfokozathoz.

Mint ismeretes, a kéthuzalos tápvonal bemeneti és kimeneti ellenállása valós érték, ha az elektromos hossz λ/4 (lásd az 5.2.3. pontot). Ezért a negyedhullámú tápvonal is használható hangolt tápvonalként. Az 5.34. ábrán a λ/4 tápvonal áram- és feszültségeloszlását tüntettük fel: látható, hogy az  áram- és feszültségviszonyok a tápvonal két végén tükörképei egymásnak; ebből következik, hogy a bemenetre kapcsolt nagy impedancia a kimeneten, mint kis impedancia jelentkezik és fordítva. Ezért a negyedhullámú tápvonalat általában negyedhullámú transzformátornak nevezik (részletesebben lásd a 6. fejezetben). Ez esetben azonban a tápvonal Z hullámellenállása döntő fontosságú tényező; ez határozza meg ugyanis az áttételi viszonyt

Z=ZEZA,                    (5.31)

 

ahol ZE a tápvonal bemeneti ellenállása és ZA a  tápvonal kimeneti ellenállása.

A hangolt negyedhullámú tápvonalra az alábbi szabály érvényes: az a hangolt tápvonal, amelynek elektromos hossza λ/4 vagy annak páratlan számú többszöröse (3/4, 5/4λ, 7/4λ stb.), annak bemenetén az áram feszültség viszony fordítottja a kimeneten levő áram feszültség viszonynak, tehát ímpedanciatranszformátorként működik.

5.34. ábra. Elektromosan λ/4 hosszú kéthuzalos tápvonal áram- és feszültségeloszlása

Az 5.35. ábrán negyedhullámú tápvonallal gerjesztett antennák láthatók. Az 5.35.(a) ábrán látható félhullámúdipólus kicsiny talpponti ellenállása ZZ ( H" 60 ©) a tápvonal alján az (5.31) összefüggésnek megfelelően, mint nagy impedancia jelentkezik. Az 5.35.(b) ábra teljeshullámú dipólusának ZZ talpponti ellenállása a tápvonal alján, mint Z'Z' kis ellenállás jelentkezik, mint az egyébként az árameloszlásból is kitűnik.

5.35. ábra. Illesztett tápvonallal gerjesztett dipólus:

(a) félhullámú dipólus λ/4 hosszú illesztett tápvonallal; a sugárzó kis ZZ bemeneti ellenállása Z'Z' betáplálás pontban mint nagy ellenállás jelentkezik; (b) teljeshullámú dipólus λ/4 hosszú illesztett tápvonallal; a sugárzó nagy ZZ bemeneti ellenállása a Z'Z' betáplálási pontban mint kis ellenállás jelentkezik

A hangolt tápvonal az antenna nem sugárzó meghosszabbításaként is felfogható. A tápvonal­nak és antennának együttesen is rezonanciában kell lenniük. Ez azt jelenti, hogy a sugárzó és a nem sugárzó hányadnak külön-külön vizsgálva nem kell feltétlenül rezonanciában lennie, ha együttesen rezonanciában is vannak. Ezért pl. egy túl rövidre vagy túl hosszúra sikerült sugárzó meddő hányada a tápvonal alsó végének meghosszabbításával, illetve rövidítésével kompenzálható. A gyakorlatban a tápvonalnak ez a meghosszabbítása, illetve megrövidítése nem mechanikusan, hanem - megfelelő antennahangoló egységekkel - elektromos úton végezhető (lásd 5.36. ábra).

5.36. ábra. Tápvonal csatlakoztatása:

(a) kis Z'Z' bemeneti ellenállású tápvonal csatlakoztatása az adó­hoz (áramcsatolás);

(b) nagy Z'Z' bemeneti ellenállású tápvonal csatlakoztatása az adóhoz (feszültségcsatolás);

(c) áram- vagy feszültségcsatolású általános csatolóegység

Ilyenkor először a tápvonal végén uralkodó impedanciaviszonyok határozandók meg: nagy impedancia - áramminimum, kis impedancia árammaximum.

Áramcsatolásnál az 5.36.(a) szerinti soros csatolást alkalmazzuk, míg feszültségcsatolásnál az 5.36.(b) szerinti párhuzamos csatolást. Többsávos antennáknál jól bevált az 5.36.(c) ábra szerinti univerzális csatolókör, amelyet szükség szerint áram vagy feszültségcsatolóként alkalmazhatunk. Erre a célra a szimmetrikus  Π-szűrők (az ún. Collins-szűrők) is kiválóan megfelelnek. A csatolóköröket egy későbbi fejezetben részletesen tárgyaljuk.

A hangolt tápvonalak geometriai hosszát nem célszerű pontosan rezonanciára méretezni, mert ez esetben a Föld felé azonos fázisú hullámok léphetnek fel (ún. Marconi-effektus). Ilyenkor a hangolt tápvonal antennaként működik és erősen sugároz, ezért célszerű a hangolt tápvonalat rezonáns hosszánál valamivel rövidebbre vagy hosszabbra készíteni és antennacsatolókörrel pontos rezonanciába hozni.

A hangolt és illesztett tápvonal kombinációját, a vegyes táplálást a 8. fejezetben fogjuk tárgyalni.

Az illesztett tápvonal

Tartalom

Illesztő és transzformáló egységek