Tápvonal

A tápvonal egy olyan eszköz, amely elektromos jelet visz át két szerkezeti egység között. Feladata, hogy a jelet minél kisebb veszteséggel továbbítsa anélkül, hogy azt a környezetébe sugározná.

Tápvonaltípusok

Tápvonaltípusok frekvenciaátvitel alapján

Frekvenciaátvitel alapján kétféle tápvonalat különböztetünk meg, hangolt és hangolatlan tápvonalat.

Hangolt tápvonal

A hangolt tápvonal csak egy nagyon keskeny frekvenciatartományt képes átvinni, egy keskenyebb sávot, sávrészt, vagy egy csatornát.

• Az átviteli tartományában gyakorlatilag veszteség nélküli átvitelre képes.
• Az átviteli tartományon kívül nem továbbít zavarójelet.

Hangolatlan tápvonal

A hangolatlan tápvonal bármilyen frekvenciájú jelet átvisz. Általában egy felső határfrekvenciáig használható, ahol még elfogadható veszteséggel képes továbbítani a jelet.

Tápvonaltípusok a megtáplálási mód alapján

Megtáplálás módja alapján kétféle tapvonalat különböztetünk meg: szimmetrikus és aszimmetrikus tápvonalat.

Aszimmetrikus tápvonalak

Aszimmetrikus megtáplálásról akkor beszélünk, amikor egy vezetékpár egyik erén a jel továbbítódik, a másik éren pedig a két szerkezeti egység földpontja van összekapcsolva. Amelyik éren a két földpont van összekapcsolva, az az ér általában az árnyékolás szerepét is betölti.

A jelet továbbító eret meleg érnek, a földpontot átvivő eret hideg érnek nevezzük.

Szimmetrikus tápvonalak

Szimmetrikus megtáplálásról akkor beszélünk, amikor az egyik érpáron a jel továbbítódik, a másik érpáron pedig a jel tükörképe, vagy vívőfrekvenciás jel esetén a jel 180°-os fázistolással.

Tápvonalak csoportosítása

	Szimmetrikus	Aszimmetrikus
Hangolt	rövidzáras érpár	csőtápvonal
Hangolatlan	párhuzamos érpár szalagkábel sodrott érpár Lecher-vezeték	koaxiális kábel Goubau-vezeték

Tápvonalak általános jellemzői

A tápvonal hullámimpedanciája

A tápvonalaknál a gyártó a katalógusban megadja ezt a paramétert. Jele: Z₀ .

Ha ismeretlen kábellel dolgozunk, akkor reaktancia mérésére alkalmas mérőműszer segítségével meg tudjuk határozni ezt a paramétert. Először kapacitást mérünk a két ér között, majd rövidre zárjuk a kábel másik végét, és induktivitást mérünk. A két mért értékből kiszámíthatjuk a kábel hullámellenállását:

$Z_{0}={\sqrt {\frac {L}{C}}}$

• Z₀ - A kábel hullámellenállása (Ω)
• L - Mért induktivitás
• C - Mért kapacitás

Az L és C értékét egyforma prefixummal kell számolni.

A tápvonal vesztesége

A tápvonalaknál a gyártó a katalógusban megadja ezt a paramétert. Jele: A.

Legtöbbször dB/100m értékben adja meg, adott frekvenciákon. Ha más méretre és más frekvenciára kell kiszámítanunk, a következő képletet használhatjuk:

$A=A_{kat}{\sqrt {\frac {f}{f_{kat}}}}{\biggl (}{\frac {l}{l_{kat}}}{\biggr )}$

Ha nem logaritmikus értékben van megadva a csillapítás akkor a következő képletet kell használni:

$A=A_{kat}^{{\sqrt {\frac {f}{f_{kat}}}}{\biggl (}{\frac {l}{l_{kat}}}{\biggr )}}$

• A_kat - a katalógusban megadott csillapítás
• f_kat - a katalógusban megadott frekvencia
• l_kat - a katalógusban megadott vezetékhossz
• A - csillapítás
• f - üzemi frekvencia
• l - vezetékhossz

A rövidülési tényező

A tápvonalaknál a gyártó a katalógusban megadja ezt a paramétert. Jele: k.

A tápvonalak rövidülési tényezője elsősorban a két vezeték közötti dielektrikum anyagátó függ.

$k={\frac {1}{\sqrt {\epsilon _{r}}}}$

Általában a tömör műanyag dielektrikumú kábeleknek 0.66-os rövidülése van, a habosított műanyaggal készített kábeleknek 0.8, levegőben megvalósított párhuzamos érpáré 0.95 körüli.

Tapvonalak egyéb felhasználása

Tápvonal mint reaktáns elem

A tápvonal hosszának növelésével

• növekszik a párhuzamos kapacitása
• növekszik a soros induktivitása

Mivel a tápvonal hosszának növelésével növekszik az induktivitás, ezáltal az induktív reaktancia (X_L) is, továbbá a hossz növelésével növekszik a kapacitás, azaz a kapacitív reaktancia (X_C) fordított arányosságban osztódik, belátható, hogy lesz olyan tápvonalhossz, ahol X = X_L - X_C éppen nulla lesz. Ez éppen a rövidülési tényezővel szorzott negyedhullámú csonk. Ekkor

• a szakadással lezárt végű tápvonal esetében kialakul egy soros rezgőkör.
• a rövidzárral lezárt végű tápvonal esetében kialakul egy párhuzamos rezgőkör.

Hossz	Nyitott tápvonalvég	Rövidrezárt tápvonalvég
$l<k{\frac {\lambda }{4}}$	kapacitás	induktivitás
$l=k{\frac {\lambda }{4}}$	soros rezgőkör	párhuzamos rezgőkör
$k{\frac {\lambda }{4}}<l<k{\frac {\lambda }{2}}$	induktivitás	kapacitás
$l=k{\frac {\lambda }{2}}$	párhuzamos rezgőkör	soros rezgőkör

Impedancia invertálás

Ha a $k{\frac {\lambda }{4}}$ hosszúságú tápvonal végét

• rövidrezárjuk, akkor a bemenet felöl szakadást mutat,
• nyitva hagyjuk, akkor kis impedanciát mutat
• hullámimpedanciájával zárjuk, akkor a bemeneten is a hullámimpedancia értékét mutatja

Impedancia tükrözés

A $k{\frac {\lambda }{2}}$ hosszúságú tápvonal úgy is felfogható, mint kettő $k{\frac {\lambda }{4}}$ hosszúságú egymással szembe kötött tápvonal. Érdekes tulajdonsága, hogy a tápvonal belsejében alakulnak ki a feszültség- és árammaximumok, a félhullámú tápvonal két végén ugyanaz az impedancia látszik.

A tápvonalaknak ez a működése lehetővé teszi, hogy két egyforma impedanciájú szerkezeti egységet ilyen módon össze tudunk kapcsolni tetszőleges hullámimpedanciájú tápvonallal, az alábbi megkötésekkel:

• csak adott frekvencián, vagy annak egész számú többszörösén áll fenn ez a működés
• szállítási veszteséget okoz, annál nagyobbat, minél inkább eltér az összekötőkábel hullámimpedanciája az összekötött szerkezeti egységek impedanciájától
• a kábelnek nagyobb feszültségeket és áramokat kell elviselnie, annál nagyobbakat, minél inkább eltér a hullámimpedanciája az összekötött szerkezeti egységek impedanciájától.

Párhuzamosan kapcsolt tápvonalak

Ha n darab Z₀ hullámimpedanciájú tápvonalat párhuzamosan kapcsolunk, akkor az eredő hullámimpedanciájuk ${\frac {Z_{0}}{n}}$ lesz.

A tápvonal mint fázistoló

Mivel a jelnek a tápvonalon történő áthaladásához idő kell, így a tápvonal alkalmas fázistolásra.

$\phi ={\frac {360kl}{\lambda }}$