SuperminarenandClaude Sonnet 5.5
f7fa8cfbc1
- Sections and slides rewritten in Swedish; German law and institutions replaced by Swedish/CEPT/ITU equivalents (PTS, SSA, PTSFS 2025:1, SSMFS 2008:18), unverified statements marked "% TODO VERIFY" - New toc: INSTEG, HAREC, UPPGRADERING; section idents are Swedish (see ident-map.tsv) - Exam-question tags, BNetzA question pool, solutions and the German SWL course removed - Static pages, snippets, applets, READMEs and image alt-texts translated - TikZ labels translated; SVG drawings regenerated (drawing 689 still fails to build upstream: it references a missing photo) - Changed from the original: not endorsed by DARC e.V., SSA or PTS Co-Authored-By: Claude Sonnet 5.5 <noreply@anthropic.com>
3.7 KiB
Tidigare har vi lärt känna den parallelltrådiga matarledningen, även kallad stegledare (se bild [ref:a_huenerleiter]). Den består av två parallella ledare. Tvåtrådsledningar beter sig, så länge de matas och belastas symmetriskt, symmetriskt även när det gäller ström- och spänningsfördelning. Det betyder att ström och spänning på en viss plats har samma belopp men motsatt tecken på de två ledarna, som visas i bild [ref:a_zweidrahtleitung].
[photo:324:a_huenerleiter:Stegledare, även kallad tvåtrådsledning]Strömmarna på de två ledarna flyter alltså hela tiden i motsatta riktningar. Man talar om motfasströmmar (differentialströmmar). De elektromagnetiska fälten från de två ledarna verkar därigenom i större avstånd mestadels mot varandra och tar till stor del ut varandra. En symmetriskt driven tvåtrådsledning strålar därför bara lite.
[picture:1107:a_zweidrahtleitung:Ström- och spänningsfördelning på en tvåtrådsledning]Är matarledningen däremot inte helt symmetrisk kan även likfasströmmar (common mode-strömmar) uppstå. Då flyter en del av strömmen i samma riktning på båda ledarna. Fälten från dessa strömmar tar inte ut varandra. Matarledningen kan då själv verka som en antenn och stråla ut högfrekvent energi. Sådana likfasdelar kan till exempel uppstå om en dipol inte är exakt symmetriskt uppbyggd, om en osymmetrisk antenn eller last ansluts, eller om övergången mellan en symmetrisk antenn och en osymmetrisk matarledning inte avkopplas med en lämplig balun respektive mantelvågsspärr.
Särskilt i närfältet av andra ledningar eller elektriska apparater kan dessutom en starkare elektromagnetisk koppling uppstå. Därför utförs matarledningar inomhus vanligen skärmade, till exempel som koaxialkabel. I en koaxialkabel ligger motfasfälten i stort sett mellan innerledare och skärm. Därmed minskar både matarledningens utstrålning och inkopplingen av yttre störningar.
Som skärmad kabel passar koaxialkabeln, som vi redan lärt känna. Koaxialkablar finns i många olika utföranden. Här betraktar vi koaxialkablars högfrekvensegenskaper, alltså deras elektriska egenskaper vid höga frekvenser. De viktigaste är:
- den karakteristiska impedansen,
- kabeldämpningen och
- förkortningsfaktorn,
som vi tittar närmare på strax. Böjradien är däremot en mekanisk egenskap som anger hur snävt kabeln får läggas i en kurva. Returdämpningen anger hur mycket reflektioner som finns, vilket beror på lasten som är ansluten till en ledning och därmed inte är någon kabelegenskap.
Förkortningsfaktorn beror på dielektrikumet mellan inner- och ytterledare. Där finns största delen av den elektromagnetiska våg som leds genom kabeln. Valet av dielektrikum avgör hur snabbt en våg kan fortplanta sig genom kabeln. Utbredningshastigheten i koaxialkabeln är lägre än ljushastigheten i fritt rum. Vanliga material för dielektrikumet är polyeten (PE) och teflon (PTFE). Genom skumning uppstår så att säga en blandning med luft, vilket ger lägre kabeldämpning.
Den av dielektrikumet minskade utbredningshastigheten ger sig till känna i förkortningsfaktorn, som anger till vilken längd en kabel mekaniskt måste kortas för att den elektriskt ska ha en viss längd (t.ex. en kvarts våglängd). För förkortningsfaktorn gäller sambandet:
k_\mathrm{v} = \frac{L_\mathrm{G}}{L_\mathrm{E}} = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}}
Här är k_\mathrm{v} förkortningsfaktorn, L_\mathrm{G} den geometriska (”mekaniska”) längden och L_\mathrm{E} den elektriska längden. Den relativa permittiviteten \epsilon_\mathrm{r} beror på det dielektrikum som används. För oskummad polyeten (PE) är den relativa permittiviteten \num{2,29}.