Kaapelihäviöt

Radioamatööriwikistä
Versio hetkellä 15. joulukuuta 2007 kello 19.31 – tehnyt >Oh2mqk (viitteitä)
(ero) ← Vanhempi versio | Nykyinen versio (ero) | Uudempi versio → (ero)
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Yleistä

Kaapelihäviöt ovat tekijöitä, jotka muuttavat kaapeliin syötettyä energiaa toiseen muotoon, tavallisesti lämpöenergiaksi.

Tasavirta- ja pientaajuuskaapeleissa merkitsee käytännössä johdemateriaalin resistanssi. Suurijännitteisissä vaihtovirtajakeluverkoissa myös johteen kapasitanssi ympäristöönsä pitää ladata ja purkaa joka puolijaksolla, jonka vuoksi suurjännitesiirrossa pienikapasitanssiset avolinjat ovat parempia, kuin suurempikapasitanssiset maakaapelit.

RF-tehoa siirtävissä symmetrisissä- ja koaksiaalikaapeleissa häviöitä ovat:

  • Johteen resistanssi, joka RF-tehon pienen tunkeumasyvyyden takia joutuu kulkemaan johteen pinnassa!
  • Kaapelin sisäisen eristeaineen häviöt
  • Kaapelin kuoren "vuoto" ulos. (Erityisesti punosvaippaisissa johtimissa joissa pieni osa vaippavirrasta näkyy kaapelin ulkopuolella.)

Aaltoputkien tapauksessa putken sisäpinnan johtavuus sanelee putken häviöt, siksi kuparinen putki onkin usein hopeoitu sisältä.

Koaksiaalikaapelin häviöiden laskenta

Olkoot:

  • (rho) = johdemetallin ominaisvastus (Kuparille , Hopealle )
  • = sisäjohtimen ulkosäde (metreinä)
  • = ulkojohtimen sisäsäde (metreinä)
  • = johtimien permeabiliteetti, käytä tähän "" - et halua käyttää ferromagneettisia metalleja tässä!

Silloin johteen häviö on:

jossa:

  • on linjan ominaisimpedanssi
  • 1 neper = 8.686 dB
  • R = johteiden resistanssi Ohmeina / metri =

missä: = johteiden "pintavastus" määriteltynä:

missä: f = taajuus Hertseinä

Keittämällä tämä kaavaliemi kasaan, saadaan:


Tuo näyttää, miksi johdehäviöt kasvavat taajuuden neliöjuuren tahdissa - koska johteiden pinnan resitiivisyys kasvaa sitä tahtia (oikeastaan tunkeumasyvyys pienenee). Tästä seuraa myös, että kaapelihäivöitä minimoidaksesi haluat käyttää paksuinta mahdollista kaapelia joka ei vielä päästä TE01 moodia liikkeelle (joka sekoittaa pahasti häviöitä ja VSWR:ää).

TE01 moodin raja-aallonpituus on:

Tai lausuttuna taajuutena ottaen huomioon välieristeen :n:


Yllä oleva häviökaava olettaa, että sekä sisäpuolisen että ulkoisen johtimen paksuus on huomattava verrattuna tunkeumasyvyyteen, eli että johtimet ovat ainakin 10 tunkeumasyvyyden paksuisia. Mikroaaltotaajuuksilla (tai edes VHF:llä) ei ole vaikeuksia saavuttaa tätä tilannetta.


Eristeaineen häviöiden suhteen matematiikka on yksinkertaisempaa. Olkoot:

  • c = valon nopeus tyhjössä
  • = eristemateriaalin "häviötangentti" (loss tangent)
  • = eristemateriaalin suhteellinen permittiivisyys

Silloin:

jota hieman tahkoamalla saadaan:

missä G on kaapelin eristeaineen johtavuus.

Eristeaineen häviöt ovat siis suorassa suhteessa taajuuteen, kun johtimien häviöt kasvavat vain taajuuden neliöjuuren tahdissa. Tämä palautuu mittakaavaan - eristeaineen häviöt skaalautuvat koon ja taajuuden tahtiin, mutta johteen häviöt eivät. Häviöyhtälöt kertovat myös, että eristeaineen häviöitä ei voi muuttaa kaapelin mitoitusta muuttamalla, kun taas johteen häviöitä voi. Ainoa mitä voi säätää, on käyttää eristemateriaalia jolla on erityisen pieni "häviötangentti". Esimerkiksi Teflon®:lla häviötangentin arvo on 0.0004.

Johde- ja eristehäviöiden suhteita kuvaa sekin, että 0.141" läpimittaisella teflon-eristeisellä kuparisella semi-rigid kaapelilla johdehäviöt ovat suurempia, kuin eristehäviöt aina TE01 rajataajuudelle asti, ollen sillä rajalla suunnilleen yhtä suuret.


Viitteitä: