트윈 리드

300Ω 트윈 리드

트윈 리드 케이블은 Radio Frequency(RF; 무선주파수) 신호를 반송하기 위한 평형 전송선으로 사용되는2개의 컨덕터 플랫케이블입니다플라스틱(일반적으로 폴리에틸렌) 리본으로 정확한 거리를 유지한 2개의 연선 또는 단단한 구리 또는 구리 피복 강선으로 구성됩니다.와이어의 균일한 간격은 케이블의 전송 선로 기능상의 열쇠입니다.간격을 갑자기 변경하면 신호의 일부가 소스로 되돌아갑니다.또한 플라스틱은 와이어를 덮고 절연합니다.여러 가지 특성 임피던스 값과 함께 사용할 수 있으며, 가장 일반적인 유형은 300Ω입니다.

트윈 리드는 주로 단파 및 VHF 주파수에서 안테나 공급선으로 사용되며, 무선 수신기와 송신기를 안테나에 연결합니다.예를 들어 타입 RG-58 동축 케이블은 30MHz에서 100m당 6.6dB가 손실되는 반면 300옴 트윈 리드선의 손실은 0.^[1]55dB에 불과합니다.300Ω 트윈 리드는 FM 라디오를 안테나에 연결하는 데 널리 사용되었으며, 이전에는 TV 안테나를 TV에 연결하는 데 사용하다가 동축 케이블로 교체되었습니다.그러나 간섭에 더 취약합니다.금속 물체에 근접하면 동축 케이블에 의해 차단되는 신호가 트윈 리드에 주입됩니다.따라서 빗물받이 주변과 금속 지지대 돛대를 따라 절연체를 분리해야 합니다.

특징과 용도

트윈 리드 및 기타 유형의 병렬 도체 전송선은 주로 무선 송신기와 수신기를 안테나에 연결하는 데 사용됩니다.병렬 전송로는 단위 길이당 손실이 전송로의 주요 대체 형태인 동축 케이블보다 크기가 작다는 장점이 있습니다.단점은 간섭에 더 취약하고 전력 손실을 일으킬 수 있는 금속 물체로부터 멀리 떨어져 있어야 한다는 것입니다.따라서 건물 외부 및 안테나 마스트에 설치할 경우 스탠드오프 절연체를 사용해야 합니다.또한 라인에 유발된 불균형을 추가로 배제하기 위해 트윈 리드를 긴 자유자재 길이로 비틀어 놓는 것이 일반적입니다.

트윈 리드는 600, 450, 300 및 75Ω의 특성 임피던스 값으로 여러 가지 다른 크기로 공급됩니다.가장 일반적인 300Ω 트윈 리드는 한때 텔레비전 수상기와 FM 라디오를 수신 안테나에 연결하는 데 널리 사용되었습니다.텔레비전 설치용 300Ω 트윈 리드는 대부분 75Ω 동축 케이블 공급선으로 대체되었습니다.쌍선은 아마추어 라디오 방송국에서도 무선 주파수 신호의 균형 있는 전송을 위한 전송 선로로 사용됩니다.

트윈 리드의 특성 임피던스는 와이어 직경과 그 간격의 함수입니다.가장 일반적인 타입인 300Ω 트윈 리드의 경우 와이어는 보통 약 7.5mm(^[2]0.30인치) 간격으로 20 또는 22게이지(0.52 또는 0.33mm²)입니다.이는 접힌 다이폴 안테나의 자연 임피던스(일반적으로 약 275Ω)와 잘 일치합니다.일반적으로 트윈 리드는 다른 일반적인 전송 배선인 동축 케이블(동축)보다 임피던스가 높습니다.널리 사용되는 RG-6 동축은 75옴의 특성 임피던스를 가지고 있으며, 일반적인 안테나 타입과 함께 사용할 경우 임피던스를 일치시키려면 발룬을 사용해야 합니다.

구조

300~75옴의 발룬(오른쪽에는 트윈 리드가 표시됨)

트윈 리드는 병렬 와이어 균형 전송선의 한 형태입니다.2개의 와이어 사이의 간격은 ^[3]와이어에 전송되는 무선주파수(RF) 신호의 파장에 비해 작습니다.한쪽 와이어의 RF 전류는 크기가 같고 다른 쪽 와이어의 RF 전류와 반대 방향입니다.따라서 전송로에서 멀리 떨어진 원계 영역에서는 한쪽 와이어가 방사하는 전파는 크기는 같지만 다른 쪽 와이어가 방사하는 전파와 위상이 반대(180° 어긋남)이기 때문에 서로 ^[3]중첩되어 상쇄된다.그 결과 회선에 의해 방사되는 순무선 에너지는 거의 없습니다.

마찬가지로 간섭하는 외부 전파는 2개의 와이어에서 동일한 방향으로 전파되는 위상 RF 전류를 유도합니다.대상 엔드의 로드는 와이어를 통해 연결되므로 와이어에서 반대 방향의 차동 전류만 부하에 전류를 생성합니다.따라서 간섭 전류가 제거되므로 트윈 리드는 무선 노이즈를 감지하지 않습니다.

단, 금속 조각이 2개의 리드선에 충분히 가까운 위치에 있는 경우 와이어 간격과 동등한 거리 내에 있으면 금속 조각은 다른 와이어보다 훨씬 더 가까운 위치에 있습니다.그 결과 한 와이어에 의해 금속물체에 유도되는 RF전류가 다른 와이어에 의해 유도되는 반대전류보다 커지기 때문에 전류가 소거되지 않는다.따라서 근처의 금속 물체는 유도 전류에 의해 열로 방산되는 에너지를 통해 이중 리드선에서 전력 손실을 일으킬 수 있습니다.마찬가지로 케이블 또는 트윈 리드선 근처에 있는 금속 물체에서 발생하는 무선 노이즈는 와이어에 불균형 전류를 유도하여 노이즈를 회선에 결합시킬 수 있습니다.따라서 선은 홈터나 돛대 같은 금속 물체로부터 떨어져 있어야 합니다.

회선의 로드 엔드에서 전력이 반사되어 SWR이 높고 비효율적인 것을 방지하기 위해서는 회선의 특성 임피던스에 맞는 임피던스가 부하에 있어야 합니다.이로 인해 부하는 라인의 연속과 전기적으로 동일하게 나타나 반사를 방지합니다.마찬가지로 회선에 전력을 효율적으로 전송하려면 소스도 특성 임피던스와 일치해야 합니다.평형 전송선을 동축 케이블과 같은 평형되지 않은 선로에 연결하려면 바란이라고 하는 장치를 사용해야 합니다.

사다리선

450Ω "가느다란 선"

600Ω "열린 와이어 라인"

사다리선 또는 "창문선"은 비슷하게 구성된 트윈 리드의 변형입니다. 단, 와이어 사이의 폴리에틸렌 웨빙에는 ^[2]^[4]직사각형 개구부("창문")가 절단되어 있습니다.이 라인은 몇 인치마다 플라스틱으로 이루어진 두 개의 절연 와이어로 구성되어 있어 사다리처럼 보입니다."윈도우"의 장점은 라인을 가볍게 하고 또한 먼지 및 습기가 쌓일 수 있는 표면의 양을 줄여 래더 라인을 날씨로 인한 특성 ^[2]임피던스 변화에 덜 취약하게 만든다는 것입니다.가장 일반적인 유형은 450Ω 사다리 라인으로 도체 간격이 약 ^[2]1인치입니다.

사다리 라인은 플라스틱 또는 세라믹 절연 바를 넓게 간격을 두고 600옴 ^[5]이상의 특성 임피던스를 갖는 2개의 평행 와이어로 구성된 "오픈 와이어 라인"으로 제조 또는 DIY 구성될 수도 있습니다.

임피던스 매칭

전송로로서 안테나의 임피던스, 트윈 리드선의 특성 임피던스, 기기의 임피던스가 동일할 때 전송 효율이 최대가 된다.이 때문에, 가정용 텔레비전 안테나로부터 텔레비전의 75 옴 동축 안테나 입력에의 300 옴의 트윈 리드 등, 동축 케이블 접속에 트윈 리드선을 접속하는 경우는, 일반적으로 4:1의 비율을 가지는 발룬이 사용됩니다.목적은 이중입니다. 첫째, 트윈 리드의 300Ω 임피던스를 75Ω 동축 케이블 임피던스와 일치하도록 변환하고 둘째, 균형 잡힌 대칭 전송선을 불균형 동축 입력으로 변환합니다.일반적으로 피드라인으로 사용할 경우 피드라인과 소스(또는 싱크) 사이에 임피던스가 일치하지 않는 경우 트윈 리드(특히 래더 라인 버전)는 동축 케이블보다 효율이 높아집니다.수신 전용의 경우, 이것은 단지 시스템이 약간 덜 최적의 조건에서 통신할 수 있다는 것을 의미할 뿐입니다.송신 사용의 경우, 이것은 종종 송전선로의 열로서 손실되는 에너지를 현저하게 줄일 수 있습니다.

트윈 리드는 간단한 접이식 다이폴 안테나를 제작하는 편리한 재료로도 사용할 수 있습니다.이러한 안테나는 300Ω의 트윈 리드 공급기를 사용하거나 300~75옴의 발룬과 동축 공급선을 사용하여 공급할 수 있으며 보통 과열 없이 적당한 전력 부하를 처리합니다.

특성 임피던스

트윈 리드선이나 래더선과 같은 병렬 와이어 전송선의 특성 임피던스는 와이어의 치수, $와이어$ 의 직경 및 $분리$ D에 따라 달라집니다.이는 다음과 같습니다.

전송선의 특성 $임피던스$ _o Z는 다음과 같습니다.

({displaystyle Z_{\mathsf {o}}=sqrt {\frac {R+j,\Omega},L}{\;G+j,\Omega},}}}

여기서 트윈 리드 라인의 경우 기본 라인 상수는 다음과 같습니다.

R=sfrac {,2,R_{\mathsf {s}},}{\pi },d}

({displaystyle L=frac {,\pi },\operatorname {frac},\frac {,D,},\right)}

G=pi frac {\operatorname {\operosh} \left frac {,D,} {d} \right}

({displaystyle C=cappi},\varepsilon},{,\operatorname {caposh}\leftfrac {,D,}{d}},\right})

$여기$ 서 d는 와이어 직경, $D$ 는 와이어의 중심선 사이에서 측정된 와이어의 간격, $θ$ 는 와이어 간의 절대 유전율, 와이어의 표면 저항은 다음과 같습니다.

R_{\mathsf {s}}=rt {\frac {,\pi {,f},\mu _{\mathsf {c}}}}{\;}~

와이어 $저항$ R과 누출 $전도율$ G를 무시하면

({displaystyle Z_{\mathsf {o}}=pi {\pi rt {\mathsf {R}},}}}}},}},},\operatorname {\frac {,D},d},\right}) = frac {\mathsfrec{{\mathf}{\freta}{\mathf}{{f}}}{{{\f}\f}\pa}{,119.92,{\mathsf {\Omega }},}{\sqrt {varepsilon _{\mathsf {R}},}},\ln \left({\frac {,2,D,}}{d}}}\right}~}

^[6]

여기서 $θ$ 는_o 자유 공간의 임피던스(약 376.74Ω), $θ$ 는_R 상대 유전율(공기의 경우 1.00054).

따라서 2개의 와이어를 통해 특정 특성 $임피던스$ Z를 달성하기 위해 필요한 분리는 다음과 같습니다.

D=d,\cosh \leftfrac {\pi },Z_{\mathsf {o}}{\brightrt {\varepsilon _{\mathsf {R}},}}}{\zeta _{\mathsf {o}}}}}}}}}\right

$분리$ D가 와이어 $직경$ d보다 몇 배 클 경우 $아코시$ 함수는 자연 로그로 대략적으로 대체할 수 있습니다(인수가 두 배로 증가).

(\displaystyle Z\frac {,119.92,\mathsf {Omega },{\sqrt {\mathsf {R}},}},}},},},\ln \left({\frac {,2,D,}},\right})\frac {,276,\f},{{f},\f}},{f}},{f},{f},f}},{f},f},f},f},\frac},\fright},{f},

^[7]

2개의 리드선 또는 래더선을 가진 두 도체 사이의 유전체 물질이 모두 공기는 아닙니다."혼합" 유전체, 부분 공기와 부분 폴리에틸렌 또는 기타 플라스틱의 효과는 실제 임피던스가 모든 공기 또는 모든 폴리에틸렌을 가정하여 계산된 값 사이에 떨어진다는 것입니다.일반적으로 공식의 추정치보다 신중하게 측정된 $Z$ _o 값이 더 정확합니다.

안테나

트윈 리드는 적절한 설계의 안테나에 직접 접속할 수 있습니다.

공명 임피던스가 약 300Ω인 윈돔 안테나
자유 공간에서의 특성 임피던스가 약 400Ω인 접힌 쌍극자
다이폴, 공진 시의 중심 임피던스는 빈 공간에서 약 73Ω이지만 T-match 또는 Y-match 피드가 필요할 수 있습니다.
Yagi 안테나 또는 유사한 평형 안테나. 단, Yagi의 전형적인 저임피던스 때문에 피드 포인트에서 특별한 임피던스 매칭 배치가 필요합니다.

레퍼런스

^ "Why ladder line?". Highveld Amateur Radio Club.
^ ^a ^b ^c ^d Straw, R. Dean, Ed. (2000). The ARRL Antenna Book, 19th Ed. USA: American Radio Relay League. pp. 24.16–17. ISBN 0-87259-817-9.
^ ^a ^b Straw, R. Dean, Ed. (2000). The ARRL Antenna Book, 19th Ed. USA: American Radio Relay League. p. 24.1. ISBN 0-87259-817-9.
^ Ford, Steve (December 1993). "The Lure Of Ladder Line" (PDF). QST. ARRL. Archived from the original (PDF) on 2 April 2012. Retrieved September 16, 2011.
^ Danzer, Paul (April 2004). "Open Wire Feed Line—A Second Look". QST. ARRL. Retrieved September 16, 2011.
^ Stewart, Wes, N7WS. "Balanced transmission line in current amateur practice". ARRL Antenna Compendium. Vol. 6. Newington, CT: American Radio Relay League.{{cite book}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
^ ARRL Handbook for Amateur Radio. Newington, CT: American Radio Relay League. 2000. p. 19.3.

[1] "Why ladder line?". Highveld Amateur Radio Club.

[ARRL2-2] Straw, R. Dean, Ed. (2000). The ARRL Antenna Book, 19th Ed. USA: American Radio Relay League. pp. 24.16–17. ISBN 0-87259-817-9.

[ARRL-3] Straw, R. Dean, Ed. (2000). The ARRL Antenna Book, 19th Ed. USA: American Radio Relay League. p. 24.1. ISBN 0-87259-817-9.

[QST2-4] Ford, Steve (December 1993). "The Lure Of Ladder Line" (PDF). QST. ARRL. Archived from the original (PDF) on 2 April 2012. Retrieved September 16, 2011.

[qst-5] Danzer, Paul (April 2004). "Open Wire Feed Line—A Second Look". QST. ARRL. Retrieved September 16, 2011.

[6] Stewart, Wes, N7WS. "Balanced transmission line in current amateur practice". ARRL Antenna Compendium. Vol. 6. Newington, CT: American Radio Relay League.{{cite book}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)

[7] ARRL Handbook for Amateur Radio. Newington, CT: American Radio Relay League. 2000. p. 19.3.

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