Szerkesztő:HA5KJ

Egyoldalsávos jelek erősítése

Az egyoldalsávos jelek előállítása után, azok szintjét néhány watt és néhányszor száz watt közötti teljesítményre kell emelni. A jelek torzításmentes erősítésére szolgálnak a lineáris erősítők. Az ilyen erősítők kimenőfeszültsége arányos a bemenetükre adott feszültséggel. A szükséges erősítés eléréséhez többnyire két-három fokozat szükséges. Ezek mindegyikére teljesülni kell a linearitás feltételének. A jó linearitás és a jó hatásfok egymással ellentétes feltételek, így az erősítő tervezése során az ésszerű kompromisszumok megkeresése a feladat.

Az erősítőket üzemi beállításaik alapján osztályokba szokás sorolni. (A,B,C,AB stb) Az üzemi beállítások főként a vezérlőrács negatív előfeszültségével és az arra adott meghajtó feszültséggel jellemezhetők. Az alacsony szintű ssb jeleket A osztályú erősítővel szokás erősíteni. Az ilyen beállítású erősítők linearitása jó, de hatásfokuk alacsony. A hatásfok elméletileg 0.5, de a gyakorlatban 0.3-0.25 értékekre lehet számítani. Az anódáram formája ezekben az erősítőkben követi a vezérlőfeszültség formáját. Az anódkörbe iktatott árammérő konstans értéket mutat, a bemenőjel értékétől függetlenül. Ez azt jelenti, hogy a fokozatból kivehető teljesítmény nem haladhatja meg a csőre maximálisan megengedett anóddisszipációt. A vezérlőrácson a meghajtás során nem alakulhat ki a katódhoz képest pozitiv feszültség, igy rácsáram sem folyhat. A hatásfok és a teljesítmény között az alábbi összefüggés áll fenn:

[math]P=P_a{\eta\over{1-\eta}}[/math]

Ahol P a leadott teljesítmény, Pa a csőre megengedhető anódteljesítmény, η a hatásfok. Például ha Pa= 40 W ( GU50 ) és a hatásfok 0.25, akkor az erősítő által leadott teljesítmény : P=40[math]\cdot[/math]0.25/(1-0.25)= 13.3W

Ha a hatásfok 0.75 ( B osztályú erősítő ) akkor a leadott teljesítmény P=40[math]\cdot[/math]0.75/(1-0.75)=120W

Az anódon fellépő teljesítmény mindkét esetben 40 W, vagyis ha a hatásfok háromszorosára növelhető, akkor a kivehető teljesitmény majdnem megtízszereződik. Ezért a lineáris teljesítményerősítők nem A osztályú beállításban dolgoznak. Az AB1 beállításban kevesebb a rács negatív előfeszítése, igy a hatásfok kb 55%-ra javul, de a linearitás kissé romlik. Rácsáram ebben a beállításban sem folyhat. Az AB2 beállítás az AB1 és B osztályú beállítás közé esik. Az ilyen erősítőkben a vezérlőjel pozitív csúcsai környékén rácsáram is megjelenhet. Az anódáram mérő műszer kivezérlés nélkül sokkal kevesebbet mutat mint vezérlés esetén. A B osztályú beállítás esetén a nyugalmi anódáram nulla. A kivezérlés során az anódáram megszakad a vezérlőjel negatív félperiódusaiban, és csak a pozitiv félperiódus alatt folyik. Az anódáram folyási szöge [math]\theta[/math]=90 %. Az ilyen erősítő elméleti hatásfoka [math]\eta[/math]=[math]\pi[/math]/4 vagyis 78.5 %. Gyakorlatban 60-70 % hatásfok érhető el.

A C osztályú beállítás a táviró üzemmódra kedvező, megfelelő linearitás ilyen beállításban nem érhető el.

A lineáris erősítő torzításának hatása.

A torzítások hatása egy példán keresztül érzékelhető. Ha az egyoldalsávos jelet egy 7000-7003 kHz áteresztőtartományú szűrővel állítottuk elő, és két jellel, 1 illetve 2 kHz-el moduláljuk, akkor a szűrő kimenetén megjelenik 7001 és 7002 kHz-es jel. Az erősítő anódáramának lefolyása egy szinuszjel pozitív félperiódusához hasonló, míg a vezérlés negatív félperiódusa alatt nincs anódáram. Az anódáram tehát harmonikusokat tartalmaz. A harmonikusok frekvenciája 14002, 14004, 21003, 21006 stb kHz. Ezeket a harmonikusokat az anodköri 7 MHz-re hangolt rezgőkör hatásosan csillapitja. A nem lineáris karakterisztika miatt, a harmonikusok keresztmodulációja során azonban más frekvenciájú jelek is keletkeznek, de vizsgáljunk csak a második és harmadik harmonikusok hatásából néhányat:

14002-7002=7000 kHz –ez az ssb szűrő és a modulátor által elnyomott frekvencia, amit nem állt szándékunkban kisugározni, de az anódköri rezgőkőr nem csillapítja.

21003-14004=6999kHz –ez az elnyomott oldalsávba eső frekvencia, és az anódköri rezgőkőr ezt sem csillapítja.

21006-14002=7004 kHz –ilyen összetevő nem szerepelt a kisugárzott jelben, és az anódköri rezgőkör ezt sem csillapitja.

A példa két szinuszos modulálójel esetét vizsgálja. Ilyen állapotot kéthang generátorral lehet szimulálni. A valóságos helyzet ennél sokkal rosszabb, mivel a beszédhang sokkal több harmonikusból áll. Igy az üzemi csatornában dúsul a spektrum az eredeti hangban nem szereplő spektrális összetevőkkel, de az üzemi csatornán kívüli összetevök is megjelennek, például az elnyomott oldalsávhoz tartozó tartományban. Az ilyen beállítású adóra mondják a hallgatói, hogy fröcsköl. Az adó üzemeltetője meg azt mondja, hogy rossz a vevő állomás szűrője. Könnyű eldönteni melyik állítás igaz.

A nonlinearitás főleg két esetben jelentkezik. A csőkarakterisztika nyitó szakaszán, amikor kicsi a kivezérlés, és a túl nagy kivezérlések esetén, amikor a tápfeszültség korlátozza a kimenőjel további növekedését. Az első esetben a munkapont precíz beállítása, a második esetben az ALC helyes beállítása hozhat megoldást. (Vagy a meghajtás más módon történő korlátozása.) Sok amatőr azt gondolja, hogy amikor a meghajtást csökkenti, javul a linearitás. Ennek természetesen az ellenkezője igaz. A linearitás az optimális teljesimény esetén a legjobb.

Lineáris végfokozatok kimenő körének gyors méretezése, nomogramokkal.

A linearitás szempontjából rendkívül fontos az anódköri impedancia. A csöves lineáris végfokozatok anódkörében rezgőkör helyezkedik el, amely csatolásban van az antennával, illetve az antennához vezető tápvonallal. Ha a csatolás laza, akkor a rezgőkör nagy impedanciát képvisel, igy nem tud kialakulni az üzemi frekvenciának megfelelő, nagy anódáram. A nemlinearis torzítás igy egészen kis meghajtás esetén is jelentkezik. A túl szoros csatolás esetén kicsi lesz az anódköri impedancia, ezért a bevezetett teljesítmény jelentősebb része fog a csövön disszipálódni. Az optimális csatolás beállítása az amatőr gyakorlatban a Collins körrel történik. A kör elemeinek értékét kísérletezéssel, vagy ilyen módon kapott értékek alapján készült publikációkból állapítja meg sok rádióamatőr konstruktőr.

A következő példán bemutatott módszerrel pillanatok alatt meghatározhatók az adó kimeneti szűrőihez tartozó elemek értékei, 50 Ohmos terhelés esetére.

Végcső: 2 db GU50, párhuzamos kapcsolásban. Tápfeszültség 1000V. A maximális anódáram 240 mA. Ezt az értéket fogja mutatni az anódáram mérő müszer. Keressük C1, az anódoldali kapacitás, C2 az antenna oldali kapacitás és L a Collins tekercs induktivitás értékét az amatőrsávokon.

A járulékos kapacitások és induktivitások, mint például a cső kimeneti kapacitása, szerelési kapacitások , vezetékek induktivitása és a tekercs saját kapacitása, az anódoldali forgókondenzátorral kiegyenlíthető. A megoldás a következő lépésekből áll:

1. Döntsük el, milyen jósági tényezőjű szűrőt választunk. A nagyobb jósági tényezőjű szürő hatékonyabban nyomja el az üzemi frekvenciától eltérő frekvenciájú jeleket, de nagyobb lesz a vesztesége is. A szokásos értékek 10-15 körül vannak. Célszerű 12-es jósági tényezőt választani, ha nem indokolt az ettől való eltérés. 2. Határozzuk meg számítással a tápfeszültség és a maximális teljesítményhez tartozó anódáram hányadosát.

[math]{{E_a}\over{I_a}}={1000\over240}=4.16[/math]

Az 1 ábrán látható diagram vizszintes tengelyén keressük meg a 2 pontban kiszámított viszonyt. (4.16). Az Ea/Ia viszonyra adódott értéken keresztül húzzunk egy függőleges vonalat. 4.16-nál. A vonal metszi a Q=12 egyenest. A metszési pontot vetitsük a függőleges tengelyre, és olvassuk le az X ellenállást. 210 Ohm körüli érték adódik. Ez lesz az anódköri rezgőkör kapacitásának vagy induktivitásának reaktanciája. A rezgőkör kapacitív és induktív reaktanciája megegyezik a rezonanciafrekvencián.

A Collins körben a kapacitás C1 anódoldali és C2 antenna oldali soros kapcsolásának eredője. Xc tehát Xc1 és Xc2 összege. Xc1 és Xc2 minden sávon ugyanakkora. A kettő aránya is megegyezik.

A 2-ik és 3-ik ábrán látható nomogramból hasonló módon leolvasható Xc1 és Xc2 értéke. Xc1 értéke a 2.ábrából esetünkben kb 175 Ohm. Xc2 ellenállására 38 Ohm körüli érték olvasható le. Az első ábrából leolvasott reaktancia – a tekercs reaktanciája megyegyezik a két kondenzátorra kapott reaktanciák összegével. Valóban, 175+38 közelítőleg 210 Ohm. A megállapított reaktancia értékekhez a 4. ábra alapján olvashatók le a sávonkénti induktivitás és kapacitás értékek.

Az eljárás itt is hasonló. Most a kívánt reaktanciát kell megkeresni a viszszintes tengelyen. Erre a pontra állítsunk függőleges vonalat. A sávonként adódó kapacitás a nomogram bal oldalán, az induktivitás a jobb oldalán olvasható le. Példánkban Xl=210 Ohm. A nomogramból leolvasva rendre 11, 5, 2.4, 1.7 és 1 mikrohenry adódik a 80, 40, 20, 15 illetve 10 méteres sávra. Mivel Xc1=175 Ohm, a kapacitások 220, 110, 56, 38 és 33 pF értékűek. Az antenna oldali Xc2 38 Ohm körüli. A kondenzátorok ennek megfelelően 1200, 560, 270, 180 és 130 pF kapacitásúak. Mivel az antenna, kábel vagy műterhelés egyaránt 50 Ohm, a kimeneten nem szükséges forgó kondenzátor. A számítási, leolvasási hibák, szerelési és egyéb kapacitások az anódoldali forgókondenzátorral korrigálhatók. A rádióamatőr gyakorlatban a Collins kör tekercse gyakran két részből áll. A két tekercs közötti csatolás elkerüléséhez a tengelyeket egymásra merőlegesen kell megválasztani. Néhány esetben rendelkezésre áll katalógusadat egy-egy végcső optimális terhelőellenállására vonatkozóan. Az itt leírt módszer ez esetben is használható, mivel a cső optimális terhelőellenállása az anódköri rezgőkör jósági tényezőjének és a rezgőkör kapacitív vagy induktív reaktanciájának szorzata. A reaktancia tehát meghatározható a jósági tényező felvétele és az optimális terhelőellenállás értékéből. Ezután a nomogramokról leolvashatóak az értékek.

2006 febr 4 HA5KJ

Rezonáns teljesítményerősítők gyakorlati méretezése

A terhelés jellegének hatása a működésre.

Az erősítő bemenetére [math]E_g[/math] előfeszültség és [math]U_g\cdot\cos\omega t[/math] nagyfrekvenciás meghajtófeszültség kapcsolódik. A kivezérlés pillanatnyi értéke :

[math]u={E_g}+{U_g}\cos\omega t[/math]

Ha a cső beállítása A osztályú és a csö kivezérlése a rácsfeszültség anódáram karakterisztika lineáris szakaszára korlátozódik, akkor a csövön folyó áram:

[math]i={I_0}+I\cdot\cos\omega t[/math]

-itt i az anódváltakozó áram pillanatnyi értéke, [math]{I_0}[/math] az egyenáramu komponens, I pedig az alapharmonikus csúcsértéke.

Az anódáram két összetevőből áll. Az [math]I_0[/math] egyenáramú komponensből és egy váltóáramú komponensből. Ha az anód körben elhelyezett [math]Z_a[/math] ellenállás tiszta aktiv ellenállás, (Za=Ra) akkor a cső anódján keletkező feszültség:

[math]u={E_a}-i\cdot{R_a}=({E_a}-{I_0}\cdot{R_a})-{U_a}[/math]

-itt u az anódváltakozó feszültség pillanatnyi, Ua pedig csúcsértéke. Ez a feszültség is két összetevőből áll, [math]{E_a}-{I_0}\cdot {R_a}[/math] egyenfeszültségből, továbbá az [math]{U_a}={R_a}\cdot I\cos\omega t[/math] váltófeszültségű komponensből.

A tápegységből kivett teljesítmény:

[math]P={I_0}\cdot {E_a}[/math]

Ez a teljesítmény három összetevőből áll. Válóáramú teljesítményből, mely megfelel a felerősített jelnek, ezért ez a hasznos teljesítmény:

[math]{P_1}={{I\cdot {U_a}}\over 2} = {I^2{R_a}\over 2}[/math]

A P sub 2 = Idc sup 2 Ra teljesítmény szintén az anódellenálláson lép fel, de nem hordoz információt a felerősített jelre vonatkozóan, csak melegíti, ezért veszteség. Végül a Pa teljesítmény:

[Warning: formula ignored]

Amely az anódon lép fel, és melegíti a csövet. Ez is veszteség. Az erősítők hatásfokának a hasznos teljesítmény és a bevezetett teljesítmény viszonyát szokás nevezni. Eszerint:

η = P sub 1 over Pbe = (I Ua) over 2IdcEa = 0.5 I over Idc Ua over Ea

Ha az anódáramnak a vezérlőfeszültség lefutását kell követni torzítás nélkül, akkor I nem lehet nagyobb mint Idc. Ugyanígy Ua sem lehet nagyobb Ea felénél. Ekkor a hatásfok:

η = 0.5 I over Idc Ua over Ea = 0.5 cdot 1 cdot 0.5 = 0.25

Mint látható az A osztályú beállítás hatásfok szempontjából nem kedvező. Az is látszik, miként lehet a hatásfokot növelni. Ha az Idc kisebb lenne I-hoz képest, valamint az Ua nagyobb lehetne az Ea-hoz képest, akkor a hatásfok nőne. A teljesitmények eloszlásából kiindulva az is belátható, hogy az anódon fellépő teljesitményt kellene csökkenteni. Az anódáram egyenáramú komponense úgy csökkenthető, hogy a munkapontot balra toljuk a negativ előfeszités növelésével. Ez az anódáram lefolyását eltorzitja a vezérlő jelhez képest. A vezérlés pozitiv félperiódusaiban követi az anódáram változása a vezérlőjel alakját, de a negativ félperiódusok alatt a cső lezár, és az anódáram nulla lesz. Az anódáram impulzus jellegűvé válik. Az is mondható, hogy az anódáram periódikus marad, de nem szinuszos lefolyású. Pillanatnyi értékét a következő képlet irja le:

ia = I sub 0 + Ia sub 1 cos ωt+Ia sub 2 cos 2ωt +Ia sub 3 cos 3ωt+ ...Ia sub 1 sin ωt+ Ia sub 2 sin 2ωt+Ia sub 3 sin 3ωt+...

Mivel az anódáram formája szimmetrikus, vagyis ia(+ωt)=ia(-ωt) , a szinuszt tartalmazó tagok értéke nulla. Az anódáram gyakorlatilag a

ia=I sub 0+Ia sub 1 cos ωt + Ia sub 2 cos 2ωt+...=I sub 0+ sum from 1 to infty Ik cos kωt..

képlettel irható le. A kifejezés két részből áll. Egyenáramú összetevőből mely az anódáram közepes értéke a teljes periódusidőre, és harmonikusok összegéből, melyek frekvenciája az alapharmonikus egésszámú többszöröse. A cső anódján fellépő feszültség az anódellenállástól és a rajta átfolyó áramtól függ. Ha Za=Ra akkor:

e sub a=Ea-I sub 0 Ra - Ra sum from 1 to infty I sub ak cos kωt

Ha az anódkörben nagy induktivitásó tekercs és vele párhuzamos ellenállás van, továbbá Xa>>Ra , akkor az egyenáramú összetevőre Za nulla lesz. Ezért az anódon keletkező feszültség:

e sub a= Ea -Ra sum from 1 to infty I sub ak cos kωt

ez ugyanaz mint a korábban kapott kifejezés, csak hiányzik belőle a -IaRa tag. Ez azt jelenti, hogy a váltakozó feszültség ugyanakkora, de a tengelye most az Ea egyenes lesz. A feszültség pillanatnyi értéke tehát meghaladhatja a tápfeszültséget. Ennek az az oka, hogy amikor a cső le van zárva, az áram nem szakad meg a tekercsen, hanem az ellenálláson fog tovább folyni a tápegység felé, amig ezt a tekercsben tárolt energia lehetővé teszi.

Az olyan terhelés, melyben nincs aktiv ellenállás az egyenáramú összetevőre, kevesebb veszteséget okoz I sub 0 sup 2 Ra értékkel, igy a hatásfok javul.

Ha az anódkörben párhuzamos rezgőkör van, akkor annak ellenállása általában:

Za=((r sub 1+iX sub L)(r sub 2 -iX sub C)) over ( r sub 1+ r sub 2 +i(X sub L-X sub C))

ha r sub 1 << X sub L és r sub 2 << X sub C továbbá r sub 1+ r sub 2= r akkor

Za= (X sub L X sub C) over (r + i( X sub L - X sub C))

ha rezonancia van, akkor X sub L= X sub C=ρ

ekkor Z sub a= R sub oe = X sup 2 over r= ρ sup 2 over r = X sub L Q= X sub C Q

Vizsgáljuk meg Za értékét ha ω= 2ω,3ω,..kω

Behelyettesitve az induktiv illetve kapacitiv reaktanciába ω=kω-t, megkapjuk a reaktanciákat a harmonikusokon:

X sub L= kωL=kρ, X sub C= 1 over (kωC)=1 over k ρ

most az anódköri impedanciára alkalmazva:

Z sub a simeq (X sub L X sub C) over (i(X sub L -X sub C)) = -iρ k over ( k sup 2 -1)

k lehet nagyobb egynél. Ekkor Z sub a simeq X sub a kisebb mint nulla. Ez kapacitiv jelleget jelent. Ha k kisebb egynél, vagyis a reconancia alatti tartományban vagyunk, akkor Xa pozitiv. Vagyis az induktivitás dominál.

Felhasználva a kapott összefüggéseket könnyen meghatározhatók az anódon keletkező feszültségek az egyes harmonikusokra.

U sub a1 = I sub a1 Z sub a1 = I sub a1 ρ Q ; U sub a2 = I sub a2 ( -i 2 over 3 ρ)

Igy megállapitható az egyes harmonikusok aránya is:

lline U sub a2 over U sub a1 rline = I sub a2 over I sub a1 (2 over 3 ρ) over ρQ = I sub a2 over I sub a1 2 over 3 1 over Q

Feltételezve hogy I sub a2 simeq 0.5 I sub a1; Q=10 a második harmonikus aránya az alapharmonikushoz képest:

0.5 cdot 2 over 3 1 over 10 = 0.03 ami azt jelenti, hogy az anódon fellépő feszültség második harmonikusa csak 3 %-a az alapharmonikusnak. Ez rendkivül fontos eredmény:

A csöves végfokozat anódkörében elhelyezett elég nagy jósági tényezőjü rezgőkörön a feszültség nagyon jó közelitéssel szinuszos, függetlenül az anódáram formájától!

Ez fontos következtetésekhez vezet: -lehet 180 foknál kisebb folyási szög mellett vezérelni a végfokot, ami jó hatásfokhoz vezet. Az anódáram karakterisztikának olyan tartományát is lehet használni, ahol beindul a rácsáram, illetve ahol nagyon lecsökken az anódfeszültség. Ennek alapján az adócsövek azzal jellemezhetők, hogy lehet nemlineáris a karakterisztikájuk, továbbá lehet csökkenteni a meghajtófeszültséget mert nagy meredekségű jobbra tolódott karakterisztikájú csöveket lehet készíteni melyeknél a rácsáram is megengedett. A megnövekedett hatásfok miatt viszonylag alacsony anódveszteségű csővel is lehet nagy teljesítményt előállítani.

A teljesítményerősítők üzemmódjai és dinamikus karakterisztikája.

A cső anódköre rezgőkört tartalmaz. A cső által leadott teljesítmény az alapharmonikus teljesítményével egyenlő:

P sub ki approx P sub 1= U sub a1*I sub a1 over 2= U sub a*I sub a1 over 2

A tápegységből felvett teljesítmény:

P sub 0=E sub a*I sub a0

A két kifejezésből meghatározható a hatásfok:

η=P sub 1 over P sub 0 = (U sub a I sub a1) over (2E sub a I sub a0)= 0.5 U sub a over E sub a I sub a1 over I sub a0 = 0.5 ξ I sub a1 over I sub a0

A kapott képletben ξ az anódváltakozó feszültség csúcsértékének és a tápfeszültségnek a hányadosa, -anódfeszültség kihasználási tényező.

Az anódon fellépő teljesítmény:

P sub a= P sub 0-P sub 1

Ahhoz, hogy nagy kimenőteljesitmény legyen, az szükséges, hogy I sub a1 valamint U sub a nagy legyen. Ennek érdekében nagy -Eg-vel kell dolgozni. Ekkor az anódáram impulzus jellegűvé válik. Ennek az áramnak az alapharmonikusa annál nagyobb, minél nagyobb a maximális anódáram, de az áramimpulzus formájától is függ. Az áram alapharmonikusának, és az anódáram impulzus csúcsértékének hányadosát

I sub a1 over I sub am = α sub 1 -el jelölik, és az első harmonikus tényezőjének nevezik. A nagy teljesítményhez tehát az szükséges, hogy α sub 1 valamint I sub am nagy legyen, továbbá, hogy ξ is minél nagyobb legyen. A cső anódáram anódfeszültség karakterisztikáiból ismeretes, hogy a rácsfeszültség pozitiv csúcsai környékén, a cső nyitása miatt csökken az anódfeszültség. A lecsökkenő anódfeszültség és a meginduló rácsáram miatt az anódáram maximuma belapul, esetleg akár nullára is visszaeshet. A meghajtást csak addig érdemes fokozni, amig a maximálisan kialakuló anódáram nem kezd csökkenni. A meghajtásnak ilyen kiválasztását nevezik kritikus üzemnek. Ekkor ugyan az anódfeszültség kihasználásának nincs maximuma, de a kivehető teljesítmény ekkor maximális, miközben a csövön disszipálódó teljesítmény sem haladja meg a megengedett értéket. Az is bizonyítható, hogy a folyási szög változtatásával optimalizálható az erősítő működése. Az első harmonikus tényező 120 fok körüli, a második harmonikus tényezője 60 fok, a harmadik harmonikus tényezője 45 fok körüli folyási szög esetén ad maximumot az anódáram alap, második illetve harmadik harmonikusára az anódáram maximumhoz képest. Ez azt jelenti, hogy sokszorozó esetén csökkenteni kell a folyási szöget, és kritikus üzemmódig kell kivezérelni. Ekkor keletkezik legjobb hatásfokkal a második vagy harmadik harmonikus. Ilyenkor az anódkör természetesen a harmonikusra van hangolva. Hibás elképzelés, hogy a sokszorozót jól túl kell vezérelni, mert egy nyitásba vezérelt cső vagy tranzisztor váltóáramú szempontból rövidrezárja a rezgőkőrt. Igy abban semmilyen rezgés nem tud keletkezni ezalatt az idő alatt.

Gondolatok a tápvonal témákról..

Nos, rövidülési tényező. Ennek a megértéséhez elöbb azt kellene 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. Például 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: W= négyzetgyök alatt a két végén lévő ellenállás szorzata. HA5KJ

tápvonal vita:

Megjegyzés a hullámimpedancia jelentőségéhez:

A hullámimpedanciának nem az a jelentősége, hogy le kell zárni a kábeleket. Az igaz, hogy helyesen lezárt kábelen nincs visszaverődés, vagyis a túlvégén kijön belőle amit beadunk. De ezt megtehetjük 600 Ohmos tápvonallal ugyanúgy mint 50 Ohmossal. Én azt gondolom a hullámimpedancia más szempontok miatt kell foglalkozni. Energiát lehet továbbítani akármilyen hullámellenállású tápvonallal. Az a fontos, hogy minél könnyebben lehessen kezelni, kevesebb legyen a vesztesége, és elfogadható legyen a költsége. A könnyebb kezelhetőség azt jelenti, hogy illeszkedjen meglévő eszközökhöz, például az adóm kimenetéhez, vagy az antennám talpponti ellenállásához, továbbá be tudjam vezetni az ablakpárkány mellett, és a többletet fel tudjam tekerni, hogy ne kelljen elvágni. Ha tíz évre kell behúzni egy hosszú kábelt, lehet merev is, csak ne csillapítson. De amit mindennap csatlakoztatni kell, az legyen könnyen szerelhető, hajlékony, lehet kicsit nagyobb a csillapítása, ugyis rövid kell belőle. A kevesebb veszteség nyilván a huzal vastagságtól, a dielektrikum veszteségétől, esetleges nemkívánatos sugárzástól, vagy más tárgyakkal való kölcsönhatásától függ. A költsége attól függ mekkora energiát kell rajta továbbítani. Nagy impedanciát nem lehet választani, mert ugyan a rézdrót ára csökken, de a szigetelő eszközök drágulnak. Például 600 Ohmos tápvonalon 100W 245 V-ot jelent. Ugyanez a feszültség 50 Ohmos kábelen 1200 Watt. Alacsony impedancia sem túl szerencsés, mert a szigetelés lehet olcsóbb, de ugyanakkora teljesítménynél nagyobb áram adódik. ezért túl vastag huzal kell hozzá. Sokféle kábelt gyárt az ipar. Ez azért van, hogy a hullámimpedanciát az adott feladathoz lehessen kiválasztani. HA5KJ