Rövidülési tényező

A tápvonalaknál, illetve a koaxiális kábeleknél előfordul a rövidülési tényező fogalma. Ennek a megértéséhez elöbb azt kell megéreni, hogyan működik egy tápvonal. Az egyszerűség kedvéért gondoljunk egy koax kábelre. Az egyik végén zárja le egy generátor, a másik végén terhelés. A generátor váltakozó feszültséget állít elő. Más szavakkal: térerőt idéz elő a kapcsait jelentő fémben. Ez elmozdolásra kényszeríti az ott jelen lévő szabad elektronokat. Mivel a feszültség és így az eletromos tér is többnyire szinuszos lefolyású, az eletronokra ható térerő gyorsuló mozgást okoz. Az elmozdulás iránya és sebessége tehát változik. Az elektromos és mágneses tereknél leírtakból megtudható, hogy gyorsuló töltéshordozók környezetében elektromágneses hullám keletkezik. A koaxkábel mentén tehát kialakul egy hullám, ami a generátortól a terhelés felé halad. Ez a hullám a rádióhullámokhoz hasonlóan mágneses és elektromos térből tevődik össze. Az elektromos mező úgy alakul, hogy az erővonalai a központi vezető és az árnyékolóharisnya között sugárirányban haladnak. Irányuk folyton változik, a hullám pillanatnyi fázisának megfelelően. A mágneses mező pedig erre merőlegesen, a központi ér körül kialakuló koncentrikus körökként képzelhető el. A hullám, illetve az energia pedig a központi ér és az árnyékolóharisnya közötti térben halad. Tudjuk, hogy az elektromágneses hullámok terjedési sebessége mennyi vákumban. A koax kábel viszont valamilyen dielektrikummal van kitöltve. Ez biztosítja például a levegőnél jóval nagyobb átütési feszültséget, vagy a mechanikai stabilitást. A dielektrikum egyik fontos jellemzője a dielektromos állandó. A hullám tehát nem vákumban halad, hanem a dielektrikumban. A terjedési sebessége tehát a dielektromos állandótól függ. Ha a dielektromos állandó nagyobb egynél, akkor a terjedési sebesség kisebb, mint a vákumban. Ezért ugyanannyi idő alatt rövidebb utat tud megtenni. Ha a szabad térben egy elektromágneses hullám 1 métert tesz meg, akkor pédául az RG58 koaxkábelben ugyanannyi idő a csak 66 cm-re jut el. Ezt a jelenséget nevezik rövidülésnek, és a 0.66-os rövidülési tényező is ezt jelenti. Általában mindegy, hogy egy kábel végén mikor jön ki az energia. Ugyis nagyon hamar. A dolog akkor kezd fontossá válni, ha a kábel hossza és a hullámhossz közötti valamilyen törvényszerűséget ki kell használni. Ez előfordulhat, ha antennák táplálása során meghatározott fázist akarunk előidézni két antenna táplálása között a sugárzási tulajdonságok befolyásolása céljából.

Például két HB9CV antennát akarunk párhuzamosan táplálni úgy, hogy az előre sugárzás erősödjön, a hátra irányban pedig kölcsönösen gyengítse egymást a két antenna. Ekkor célszerű az egyik antennát negyed hullámmal előrébb tenni. Ha a szabad térben a negyed hullámhossz 52 cm ( kétméteres sáv ), akkor a két antenna táplálásának fázisában 90 fok eltérés lenne. Ha az egyik kábelt 32 cm-el hosszabbra, vagy rövidebbre választjuk, akkor a két antenna előre azonos, hátra pedig ellenfázisban fog sugározni, ami döbbenetesen megjavitja a hátra csillapítást, a közönséges, azonos hosszúságú kábellel táplált két antennához képest. Azok ugyanis hátra kevésbé, de azonos fázisban sugároznak.

Ha egy koax kábel elektromos hossza ( igy nevezik a rövidülési tényezővel figyelebe vett hosszt ) a hullámhossz fele, akkor a kábel érdekes tulajdonságot mutat. Az egyik végén rákapcsolt tetszőleges ellenállás jelenik meg a másik végén, de csak a hullámhossznak megfelelő frekvencián. Ez a félhullámhossz egész számu többszöröseire is igaz. Ez a jelenség arra jó, hogy például az antenna talpponti impedanciáját lehozza a kábel alsó végére. Igy a rádió mellől is lehet hangolni az antennát. Az elektromosan negyed hullámhosszú kábeleket impedancia transzformátornak lehet használni. Ha adott egy antenna talpponti ellenállás, amely nem egyezik az adó kimeneti ellenállásával, akkor negyedhullámú kábellel mégis lehet helyesen táplálni az antennát, ha a kábel hullámellenállása az antenna talpponti és az adó kimeneti ellenállásának mértani közepe. Például egy 120 Ohmos loop antennát lehet 75 Ohmos kábellel helyesen táplálni 50 Ohm kimenetű adóval, ha a 75 Ohmos kábel elektromos hossza negyed hullámnyi. A negyedhullámú koax transzformátor hullámellenállása tehát: [math]W=\sqrt{Z_1 Z_2}[/math] .