perdite cavo coassiale vs ROS

[IZ7QSS]

esiste una tabella o un tool per calcolare la perdita su un cavo coassiale in funzione del ROS?

Per esempio, io ho 25m di discesa di M&P ULTRAFLEX 10, quanta potenza arriva in cima al variare del ROS in antenna?

[i4ewh]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

Scusami, ma la domanda non è corretta. Il cavo attenua in base alla frequenza, non in base al rapporto di onde stazionarie. In ogni modo nel sito del produttore c'è una tabella dei valori di attenuazione.

Paolo I4EWH

[IZ2UUF]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

esiste una tabella o un tool per calcolare la perdita su un cavo coassiale in funzione del ROS?

Per esempio, io ho 25m di discesa di M&P ULTRAFLEX 10, quanta potenza arriva in cima al variare del ROS in antenna?

Ciao IZ7QSS.

L'attenuazione delle linee di trasmissione aumenta all'aumentare del disadattamento tra l'impedenza caratteristica del cavo e quella del carico.
Per cui se si usa una linea a 300 ohm su un carico a 300 si avrà la minor perdita possibile anche se per le nostre radio 300 ohm sono ROS 6.

La maggiore attenuazione è dovuta alla maggior corrente che si sviluppa sulla linea in presenza di onde stazionarie.
E' possibile calcolare con precisione tali perdite solo conoscendo delle costanti caratteristiche della linea che si possono ottenere tramite una misura con VNA.

Puoi fare tali calcoli con questo calcolatore online in cui sono inserite le costanti di molti cavi coassiali e c'è la possibilità di inserire costanti personalizzate per cavi non censiti. In generale usare un cavo che presenti circa la stessa impedenza caratteristica e la stessa attenuazione in condizioni adattate del cavo che intendiamo usare fornisce già un'idea abbastanza accurata sull'entità delle perdite.

Se vuoi maggiori dettagli su perché ci sono tali perdite e dei rilevamenti sperimentali che confrontano le perdite effettive con quelle calcolate dalla formula puoi dare un'occhiata a questo articolo.

Attenzione che una linea disadattata si presenta al generatore con impedenza diversa da quella nominale. Ad esempio, 10m di RG213 collegati ad un carico di 300+j0 a 10MHz presentano al generatore un'impedenza di 250 -66j (anche questo dato è calcolato dal calcolatore online), cioè ROS >5 per una radio a 50 ohm. In queste condizioni di ROS la radio in genere è costretta ad uscire a potenza ridotta: questa riduzione non è la potenza persa dal cavo, ma è l'incapacità del generatore di alimentare un carico di quell'impedenza.
Quando si parla di "potenza dissipata dalla linea" (quello che viene calcolato dal calcolatore di cui sopra) si intende la differenza tra la potenza che entra nella linea (qualunque essa sia) e quella che ne esce.

Si noti anche come in presenza di carichi molto disadattati la linea arrivi a dissipare quantità enormi di potenza: questa è una delle cause per cui accordare in stazione su una banda antenne nate per un'altra banda spesso porta ad un certo disappunto. In genere la colpa viene data all'accordatore, ma salvo casi particolarmente sfortunati (in genere con antenne molto corte per la banda utilizzata), gli accordatori hanno di per sé perdite molto basse, nell'ordine di qualche decimo di dB.

Ciaoo
Davide

[IZ7QSS]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

Scusami, ma la domanda non è corretta. Il cavo attenua in base alla frequenza, non in base al rapporto di onde stazionarie. In ogni modo nel sito del produttore c'è una tabella dei valori di attenuazione.

Paolo I4EWH

a parità di frequenza, quello che butto all'inizio del cavo me lo ritrovo alla fine (a meno delle perdite del cavo) sia con carico adattato che non?
L'impedenza caratteristica del cavo a cosa serve?

[IZ7QSS]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

Ciao IZ7QSS.

L'attenuazione delle linee di trasmissione aumenta all'aumentare del disadattamento tra l'impedenza caratteristica del cavo e quella del carico.
Per cui se si usa una linea a 300 ohm su un carico a 300 si avrà la minor perdita possibile anche se per le nostre radio 300 ohm sono ROS 6.

La maggiore attenuazione è dovuta alla maggior corrente che si sviluppa sulla linea in presenza di onde stazionarie.
E' possibile calcolare con precisione tali perdite solo conoscendo delle costanti caratteristiche della linea che si possono ottenere tramite una misura con VNA.

Puoi fare tali calcoli con questo calcolatore online in cui sono inserite le costanti di molti cavi coassiali e c'è la possibilità di inserire costanti personalizzate per cavi non censiti. In generale usare un cavo che presenti circa la stessa impedenza caratteristica e la stessa attenuazione in condizioni adattate del cavo che intendiamo usare fornisce già un'idea abbastanza accurata sull'entità delle perdite.

Se vuoi maggiori dettagli su perché ci sono tali perdite e dei rilevamenti sperimentali che confrontano le perdite effettive con quelle calcolate dalla formula puoi dare un'occhiata a questo articolo.

Attenzione che una linea disadattata si presenta al generatore con impedenza diversa da quella nominale. Ad esempio, 10m di RG213 collegati ad un carico di 300+j0 a 10MHz presentano al generatore un'impedenza di 250 -66j (anche questo dato è calcolato dal calcolatore online), cioè ROS >5 per una radio a 50 ohm. In queste condizioni di ROS la radio in genere è costretta ad uscire a potenza ridotta: questa riduzione non è la potenza persa dal cavo, ma è l'incapacità del generatore di alimentare un carico di quell'impedenza.
Quando si parla di "potenza dissipata dalla linea" (quello che viene calcolato dal calcolatore di cui sopra) si intende la differenza tra la potenza che entra nella linea (qualunque essa sia) e quella che ne esce.

Si noti anche come in presenza di carichi molto disadattati la linea arrivi a dissipare quantità enormi di potenza: questa è una delle cause per cui accordare in stazione su una banda antenne nate per un'altra banda spesso porta ad un certo disappunto. In genere la colpa viene data all'accordatore, ma salvo casi particolarmente sfortunati (in genere con antenne molto corte per la banda utilizzata), gli accordatori hanno di per sé perdite molto basse, nell'ordine di qualche decimo di dB.

Ciaoo
Davide

grazie Davide, ottimo articolo, come sempre

[IZ7QSS]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

Davide, una domanda mi viene spontanea: mettere l'accordatore alla fine della linea è "quasi" un falso mito?

[IK2CLB]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

A mio avviso mettere l'accordatore a fine della linea, equivale a mettere un trasformatore di impedenza ai capi dell' antenna, quindi le perdite saranno date dalle perdite del cavo più quelle del trasformatore.

Grazie Davide per l' esaustiva spiegazione.

[i4ewh]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

a parità di frequenza, quello che butto all'inizio del cavo me lo ritrovo alla fine (a meno delle perdite del cavo) sia con carico adattato che non?

Mettiamola così: se hai un TX con uscita da 50 Ohm e un carico da 100 Ohm avrai 2:1 di stazionarie, con un carico da 150 Ohm avrai 3:1 e un quarto della potenza tornerà indietro verso lo stadio finale, in pratica quando connetti un carico con impedenza diversa c'è un' onda riflessa che in effetti provoca dei nodi di tensione nel cavo, però con livelli di stazionarie non esagerati ci possiamo convivere. Diciamo che in pratica variando la lunghezza del cavo, se il carico è bene adattato non si nota nessun cambiamento, nel caso contrario modificando la lunghezza del cavo cambiano le stazionarie (e le tensioni) che vedi in un dato punto, tuttavia il cavo non irradia a meno che non ci siano correnti di modo comune.

L'impedenza caratteristica del cavo a cosa serve?

Tutte le linee hanno una loro impedenza caratteristica, è come il diametro di un tubo da acqua, che va collegato a un altro tubo rigorosamente dello stesso diametro altrimenti ci saranno grosse perdite. Spero di non aver semplificato troppo, in ogni modo se vuoi approfondire ti consiglio i due volumi del Neri, che mi pare si trovino anche su Amazon.

Paolo I4EWH

[IZ2UUF]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

Ciao a tutti.

Mettiamola così: se hai un TX con uscita da 50 Ohm e un carico da 100 Ohm avrai 2:1 di stazionarie, con un carico da 150 Ohm avrai 3:1 e un quarto della potenza tornerà indietro verso lo stadio finale, in pratica quando connetti un carico con impedenza diversa c'è un' onda riflessa che in effetti provoca dei nodi di tensione nel cavo, però con livelli di stazionarie non esagerati ci possiamo convivere. Diciamo che in pratica variando la lunghezza del cavo, se il carico è bene adattato non si nota nessun cambiamento, nel caso contrario modificando la lunghezza del cavo cambiano le stazionarie (e le tensioni) che vedi in un dato punto, tuttavia il cavo non irradia a meno che non ci siano correnti di modo comune.

Questo è vero (se il TX è un generatore ideale con 50 ohm di impedenza) però secondo me ci sono un paio di considerazioni da fare.

Supponiamo che da datasheet il nostro coassiale a 50 ohm, alla frequenza in uso, perda 3dB. L'antenna è perfettamente tarata, il trasmettitore vede ROS 1, eroga 100W e 50W arrivano all'antenna mentre 50W sono dissipati in calore dal cavo a causa dei 3dB di perdite.
Ora colleghiamo un'antenna a 150 ohm (ROS 3). Il trasmettitore all'altra fine del coassiale non vedrà più ROS 1, ma un ROS "x" maggiore di 1 (comunque minore di 3 dato che la linea non è lossless).
Supponiamo che con questo ROS "x" riesca ad erogare solo 80W. Quanta potenza ci aspettiamo arrivi all'antenna, 40W?

Sbagliato.
Per via della dinamica delle onde stazionarie illustrato nel link che ho messo nel post prima, l'attenuazione del cavo aumenta, per cui arriveranno meno di 40W e il cavo si scalderà proporzionalmente di più dissipando una percentuale maggiore di potenza in calore. La perdita aggiuntiva è facilmente calcolabile ed è possibile misurarla con un setup adeguato.

La seconda considerazione è che parlare di disadattamento lato trasmettitore con ROS 3 o superiori è un'operazione più che altro teorica. Infatti il radioamatore mediamente comincia a sudare freddo ad ogni movimento del rosmetro e non appena si muove un po' di più di niente, inserisce l'accordatore. Se poi il ROS è molto alto, deve necessariamente utilizzare l'accordatore, altrimenti il trasmettitore va in protezione.
Nel momento in cui usa l'accordatore, egli ha adattato l'impedenza della radio con quella presentata dalla linea: qualunque sia il carico in antenna, se la radio eroga 100W, nella linea saranno "pompati" quasi 100W (in moltissime condizioni, anche con disadattamenti molto grandi, le perdite in dissipazione termica dell'accordatore sono molto basse).

Quando l'impedenza caratteristica della linea è fortemente disadattata rispetto al carico, cosa che è possibile fare grazie all'accordatore, le perdite in calore da parte della linea possono salire in maniera catastrofica.

Facciamo un esempio reale con qualche numero. Usando NEC ho simulato un dipolo mezz'onda tarato per 7.1MHz e alimentato con 30m RG-213 (ho usato i dati del Belden 8267). A 7.1MHz il dipolo è quasi perfettamente adattato le perdite del cavo sono 0.5dB.
Ora supponiamo che, stando in stazione, cerchiamo di accordarlo per a 14.2 MHz per usarlo anche in 20m.
NEC ci dice che a 14.2MHz la sua impedenza è 4644-j1756, pari a ROS 105. Inseriamo i dati nel calcolatore e vediamo che in quelle condizioni:
- il cavo perde 9.367dB!
- al generatore l'impedenza risultante è 5.554 -30.057j, VSWR=12.3

Ora prendiamo un accordatore e accordiamo. Possiamo calcolare le perdite introdotte conoscendo il Q dei componenti, cosa che fa egregiamente il "T-Network tuner simulator" (http://fermi.la.asu.edu/w9cf/tuner/tuner.html) della Arizona State University.

Vediamo che per accordare a 14.2MHz 5.554 -30.057j, l'accordatore campione perde 0.8dB.

Se facciamo le somme, vediamo che la perdita complessiva per usare un dipolo dei 40m in 20m accordando in stazione è di 0.8dB+9.367dB=10.167dB: di 100W erogati,in antenna ce ne arrivano solo 9.6!

Ora facciamo la stessa cosa ma mettendo il medesimo accordatore tra l'antenna e il coassiale (accordo remoto).
Il calcolatore dice che per accordare 4644-j1756 a 50+j0 a 14.2 MHz l'accordatore perde 0.5dB. La linea è ora alimentata con un carico da 50+j0 (l'uscita dell'accordatore) pertanto la sua perdita è di 0.643dB (naturalmente un po' superiore ai 0.5dB dei 40m dato che siamo a frequenza più alta).

Facendo le somme vediamo ora che la perdita è di 0.643dB+0.5dB, 1.143dB, cioè solo 0.5dB in più di perdita rispetto ad un'antenna perfettamente tarata per i 20m alimentata con lo stesso cavo.

In conclusione:
* le perdite della linea di trasmissione possono essere catastrofiche se la linea è molto disadattata rispetto al carico
* le linee bilanciate hanno meno perdite su carichi disadattati perché essendo ad alta impedenza... sono meno disadattate. Ad esempio 4644-j1756 è ROS 105 per una linea a 50 ohm, ma solo ROS 11 per una a 450: per questo che con le linee bilanciate si può lavorare con l'accordatore in stazione.
* la colpa delle perdite viene data sempre all'accordatore quando nella maggior parte dei casi ha un ruolo del tutto marginale
* è molto più efficace accordare l'impedenza in modo che la linea sia nel lato adattato, cioè mettendo l'accordatore tra l'antenna e la linea (accordatore remoto)
* il punto di cui sopra è all'origine del successo dei vari scatolotti magici tipo 9:1 e simili, che è vero che adattano l'impedenza a costo di perdite abbastanza importanti, ma sono molto meno di quanto perderebbe il coassiale senza di essi a lavorare disadattato
* se il ROS dell'antenna è basso, le perdite aggiuntive saranno minime; ad esempio, se il carico fosse 150+j0 a 14.2MHz (ROS 3), il solito RG213 da 30m perderebbe solo 0.3dB in più
* il tutto vale naturalmente anche in ricezione, dato che in ricezione il "generatore" è l'antenna e il "carico" è il nostro ricevitore

Ciaoo
Davide

[IZ7QSS]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

grazie mille. ora è decisamente tutto più chiaro

[I0GOD]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

Tutto quanto detto nasce dall'utilizzo dei cavi coassiali che hanno una impedenza bassa e usano un dielettrico con perdite. Quando si usavano linee monofilari e bifilari in aria ciò non accadeva e si poteva trasmettere anche con antenne disadattate e accordate alla base. Vedi prese calcolate, end fed, zeppelin,levy e compagnia cantando. Era il tempo delle prese calcolate alimentate con il monofilo. Questo sistema si usa tuttora sulle navi che hanno lunghe filari alimentate con grossi accordatori e isolatori ceramici per tenere le tensioni in gioco. L'unica indicazione che si aveva per vedere il carico delle antenne era una lampadina in serie al filo che saliva verso l'antenna, il resto era ignoto. Poi gli americani misero sui loro apparati uno strumento (l'ammeter) che misurava la corrente a RF (strumento oggi pressocchè introvabile) e la lampadina andò in pensione. Se oggi avessimo maggiore diffusione delle linee bifilari avremmo minori perdite in assoluto.
73 Godifredo

[i4ewh]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

Mi viene in mente che anni fa tentai di costruirmi un amperometro di antenna per uscire in onde lunghe:
http://i4ewh.altervista.org/LongWaves/Amperometro.html
che potrei chiamare pressappochimetro vista la precisione delle misure
Ovviamente accetto consigli per migliorarlo, così com'è serve giusto a ruotare il variometro per il massimo.

Paolo I4EWH

[I0GOD]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

Per fare un ammeter ci vuole la termocoppia, oggetto introvabile ai giorni d'oggi. In pratica la corrente cammina nella termocoppia e la scalda, così facendo si genera una tensione che viene misurata ed è proporzionale al valore della corrente. Ad averci la termocoppia è banale.
73 Godifredo

[i4ewh]

Re: perdite cavo coassiale vs ROS

E' vero. Io naturalmente avevo solo una lampadina da macchina, e ho usato quella per accordare le prime volte. Mi chiedo se poteva avere una lettura più immediata rispetto all'inerzia termica di una termocoppia, ma probabilmente sbaglio qualcosa.

Paolo I4EWH