Twin-koax

Sparky

Well-Known Member
Anledningen till denna tråd:

Jag har i ett annat forum (S-match) ställt denna fråga, men kanske inte bästa forumet för detta, som ju var lite ”off-topic” där och riskerade att försvinna i ”bruset” av alla matchningsdiskussioner.
Därför väljer jag att starta en ny tråd.

Jag matar min min dipol (inv v) med "twin-koax". Skärmarna sammanbundna uppe vid antennen, men inte anslutna till något. Bägge koaxerna ligger tätt buntade och i sin tur liggandes intill mastbenet. I nedre änden, vid min tuners balanserade utgång, är skärmarna oxo hopbundna och anslutna till tunerns jordskruv. Den är i sin tur ansluten till "stationsjord" och galvaniskt skild från "nätjord". Det senare får väl någon att höja på ögonbrynen med tanke på elsäkerhet m.m. men vi Hams förutsätts veta vad vi håller på med....

Fakta: Inga störningar, ingetr brus, ingen RF-feedback på något band.

Jag har mycket grunnat på hur detta fysikaliskt funkar. Ska man betrakta varje antennhalva för sig som en separat L-antenn som samverkar med den andra halvan gentemot jord ? Typ fasade L-antenner ? Eller ska hela arrangemanget betraktas som en normal dipol ?
Strömbalansen kan ju rimligen inte fungera som i en öppen stege, varje innerledare "vet ju inte om den andra" eftersom skärmarna skymmer innerledarna från varandra och alltså kan obalans i strömmarna inte påverka systemet på samma sätt som i en stege och det finns ingen returström på koaxernas skärm-insidor. Common-mode ström på skärmarnas utsidor kan givetvis förekomma, om antennbenen inte sitter symetriskt med avseende på nedledningen (det gör de, i mitt fall).

I antennhandböcker nämns sporadiskt och summariskt denna typ av matning, men aldrig någon förklaring på hur systemet uppträder.
Att förlusterna är högre än i en öppen stege köper jag. Personligen betalar jag gärna det för att få en störningsfri signal. Att den skärmade matningen oxo bidrar till att inte släppa in omgivningens "man-made noise" på ett effektivare sätt än öppen stege med obalans skriver jag under på av egen erfarenhet.
Dessutom är mataledningen helt känslokall för närliggande föremål. Den kan t o m grävas ned utan att det påverkar HF-egenskaperna.

Till sist: Jag använder 75 ohm koax avsedd för satellit-tv, med både strumpa och folie. En 100m rulle kostade någon hundring på Biltema. I princip är det helt utan betydelse vilken impedans koaxen har. Till och med skarvning av olika impedanser inbillar jag mig skulle funka, förutsatt att skärmarna är intakta hela vägen. Konjugatmatchningen vid tunern stämmer av hela systemet ändå. På alla band (om tunern har tillräcklig variationsmöjlighet).
Någon som kan kasta ljus över det fysikaliska ?

TNX / Sparky
 
Hej Sparky,

Har du mätt HF-strömmen i den gemensamma inkopplingspunkten för koaxen?
Det vore intressant, kanske går det ingen ström alls i skärmen.

Kan du höra någon skillnad i brusnivån/störningar om du lämnar skärmen frikopplad från jord? (jag undrar för egen räkning i kommande installation)

Vi pratade ju om det där med faraday-skärmad link-koppling som ger en E-fältskärmning men inte stänger ute H-fältet.
Kan det vara desamma med dina koaxer att dom visst ser varandras H-fält.

/Micke
 
Hejsan Sparky!
Eftersom feedrarna i varje branch ligger i var sin koax så borde avståndet mellan dem inte spela någon roll. Så vitt jag förstå kan avståndet variera hur som helst utan att innerledaren känner av detta pga att kabelskärmarna skärmar innerledarna från varandra?
Går det att definiera en karakteristisk impedans i en sån matare?
Har Du testat låta avståndet variera mellan koaxerna?
Tore
 
Det finns en artikel om detta i 73 Magazine februari 1984 sid 10. Antennen med twin-coax feeder tillskrivs egenskaper som "extremely low noise factor" :)

Men skisserna är i alla fall tydliga och det påstås vidare att koaxkablarnas längd skall vara minst 20% längre än en kvartvåg på lägsta arbetsfrekvens. Ett fall för antennsimulatorn och se vad som händer kanske?

http://ia600808.us.archive.org/25/items/73-magazine-1984-02/02_February_1984.pdf

(Hela tidningen som pdf 37 Mb)

Här finns för övrigt alla nummer av 73 mellan 1960-2002 som pdf.

Internet Archive Search: collection:73-magazine

Ser nu att Steve VK1OD rotat i samma ämne här: An analysis of current flow at the end of shielded twin line at radio frequencies

VK1OD skriver om antennen som finns i 73 Magazine feb 2004 följande; "An NEC model of a W4HDX dipole for 3.5MHz and up at 10m height gives a feed point impedance of 29-j350Ω. Fed with the recommended 26m of twin RG58C/U, line loss of 6.8dB can be expected. Under these conditions, 79% of the power from the ATU is delivered to the dipole feedpoint. This stunningly bad feedline performance is not mentioned in the article, but probably contributes to the claimed low noise 'magic' of this antenna."

Ingen gratis lunch här heller...

/Bengt
 
Last edited:
SM0GLD:Nej, inte mätt ev HF-ström !
Och nej igen, jag har inte "frikopplat" som du säger. Har helt enkelt inte kommit på tanken. Men å andra sidan, varför ? Annat än för att göra jämförelser, ett syfte gott nog, så det ska jag göra ! Återkommer när ett antal försök gjorts !
H-fältet... Där fick du mig att tänka på något ! Intresseant ! Vi får väl avvakta expertis på området ! Det lär säkert dyka upp synpunkter här !

SM7CBS:
Hallå Tore !
Nej, avståndet mellan koaxerna har ingen betydelse. Den slutsatsen drar jag av att de delade sig i blåsväder en gång. Buntbanden som höll dem samman gick av och de fladdrade hej vilt, upp till flera meter åtskilda och långt ut från masten !
Enligt min mening går det inte att definiera karakteristisk impedans i en sån matare. De källor som beskriver matningen ö h t säger att impedansen blir 2 x impedansen för varje koax. Alltså i mitt fall skulle den bli 150 ohm (2x75 ohm). Erfarenhetsmässigt, jag gjorde en vertikal loop för 40m, 4x10m, som teoretiskt ska ge 150 ohm i matningspunkten och matade den med twin-koax 2x75 ohm. Den blev mycket bredbandig och tunern behövde aldrig justeras inom bandet, så kanske att teorien om 2ximpedansen stämmer !
Som jag spånade om i trådens början, är verkligen koaxens impedans tillämpbart, när man inte har någon returström i skärmens insida ?? Det kan man inte ha vid twin-koax-matning eftersom skärmen ö h t inte ansluts till antennelementen !

Så oklarheten består i min ursprungluiga frågeställning :)
Spännande fortsättning alltså... Välkomna med lite brainstorm. Inte bara vetenskapliga utäggningar, utan även från jordnära och folk med ideer & erfarenhet !

CU Folks !
de Sparky
 
SM7EQL:

OK !Q Fick se ditt svar precis när jag postat mitt förra inlägge till -GLD & -CBS.

Jodå, nog har jag läst det du beskriver. M E N mitt spörsmål rörde inte ev verkningsgrad, förluster och användbarhet.
Jag vill veta specifikt hur denna anordning fungerar rent fysikaliskt och det svaret får jag inte genom dessa källor !
Så frågan kvarstår....

TNX / Sparky
 
Sparky skrev; "Jag har mycket grunnat på hur detta fysikaliskt funkar. Ska man betrakta varje antennhalva för sig som en separat L-antenn som samverkar med den andra halvan gentemot jord ? Typ fasade L-antenner ? Eller ska hela arrangemanget betraktas som en normal dipol ?"
-------------

Jag gissar på att man kan betrakta antennen, refererat till matningspunkten, som en helt normal dipol men som matas av en onormal matarledning. Närmast matchboxen så får man sannolikt effekten av att matarkabeln fungerar som faradayskärm vilken reducerar upptagning av störningar i dess omedelbara närhet. Därutöver ställer nog den dubbla koaxmataren bara till problem som visar sig som förluster. Det är min teori... men det går kanske att förklaras matematiskt också.

/Bengt
 
Sparky,

två koaxialkablar med impedansen Zo som är sammankopplade "back-mot-back" så som du gjort uppträder elektriskt som en skärmad dubbelledning med impedansen 2Zo. Fördelen med att använda ett sådant arrangemang är att man kan få bättre symmetri i antennsystemet, men förlusterna kan bli högre (beroende av SWR). Precis som med öppen dubbelledning kan man få obalans på en sådan här ledning om antennen är osymmetrisk och den obalansen yttrar sig som en antennström till jord som är fördelad på de båda skärmarna på något sätt. Eventuellt kan det vara givande att inte ansluta skärmarna till HF-jord i neränden av matarledningen.

Har man god symmetri i antennsystemet för övrigt kan en en "dubbelkoax" vara en bra åtgärd för att bibehålla symmetrin (med reservation för ökade förluster). 73/Janne SM0AQW
 
Är då en sådan, kan vi kalla den för skärmad stege? byggd av två ihoptejpade koaxar kanke lämpad att förlägga där öppen stege inte är lämpad. Är det där vi finner eventuella fördelar? Nedgrävd kanske.
Med 2 x 100 Ohms nätverks koax kanske förlsuterna kan minska

de
FPD
 
SM0GLD:

Har du mätt HF-strömmen i den gemensamma inkopplingspunkten för koaxen?
Det vore intressant, kanske går det ingen ström alls i skärmen.

Kan du höra någon skillnad i brusnivån/störningar om du lämnar skärmen frikopplad från jord? (jag undrar för egen räkning i kommande installation)

Vi pratade ju om det där med faraday-skärmad link-koppling som ger en E-fältskärmning men inte stänger ute H-fältet.
Kan det vara desamma med dina koaxer att dom visst ser varandras H-fält.


Jag lovade återkomma när jag gjort några mätningar.
Nu har jag gjort det.

Ingen ström flyter in eller ut från jordsskruven till "systemjord" ! Inte på något band. Skärmarna verkar helt strömlösa !
Obalansen mellan innerledarna ligger runt 1-2 %. Anledningen är att antennhalvorna "ser" lite olika omgivning. Syrenbuskar nära det ena benet (som närmast ca 2 m de sista 5 metrarna av antennbenet) och huskropp nära det andra (ca 3 m de sista 5 metrarna av antennbenet). Den lilla skillnaden orkar inte driva någon CM-ström ! Iallafall inte mätbar.
Jag har inte mätt absolutvärdet på strömmarna i innerledarna, bara den relativa skillnaden och instrumentet är är betrakta som linjärt i det aktuella mätområdet.

Jag frikopplade från skärmarna (tog väck dem från jordskruven). Ingen som helst skillnad varken i brus/störningar eller avstämning ! Detta skulle kunna bero på att matarledningen hela vägen ligger an an mot mastbenet (stål) och på så vis kapacitivt jordas hela vägen upp (utom de sista 2 metrarna ut till antennen).

I övrigt så ligger matarledningen helt symetriskt i förhållande till mittpunkten av antennen (2x30m in v) hela vägen.

Ang H-fältet: Inget svar på det. Men som jag skrev tidigare, så kapsejsade buntbanden (gamla & murkna), som höll ihop koaxerna, i en häftig blåst och var flera meter åtskilda och långt från masten. Ändå märktes ingen skillnad i funktion ! Så jag tror vi kan glömma det där....

SM4FPD:

Ja, kanske kan man påverka förlusterna gynnsamt med en annan typ av kabel. En som tål att grävas ned dessutom :)
Men jag undrar fortfarande om specifika impedansen är tillämpbar rakt av, när man inte har någon returström i skärmen ?
En sak till: Skulle förlusterna i en twin-koax vara större än en "enkel-loax-matad" antenn med balun vid antennen ?? (Förutsatt att den skall användas multiband med tuner i nederänden).
Att öppen stege är överlägsen vet väl alla, men hur stor är skillnaden ?
Enda sättet (om än praktiskt knöligt), är väl att mäta effekten i nederänden och sedan flytta sig till antennen och mäta där. Då får man ju svaret direkt i watt. Jag bjuder gärna på 10% (om det nu rör sig om så mkt), mot friheten att kunna dra mataren efter behag !

Jag efterlyser fortfarande svar på mina inledande frågor i denna tråd.

BCNU / Sparky
 
Hej Sparky,
Intessant att ingen ström flyter i skärmarna vilket givetvis var vad vi hoppades på.
Det låter som om skärmarna bara fungerar som distansmaterial mot omgivningen.

En liten tanke kom upp i skallen...
Om ingen ström flyter i skärmen så finns det inget elektriskt fält mellan mittledaren och skärmens innsida vilket då betyder att PVC-kärnans dielektriska förluster uteblir.

Vad säger du om den slutsatsen?

/Micke
 
SM0GLD:

Jag får nog göra en pudel :)
Vad jag mätt är om det förekom några mantelströmmar, CM, alltså.
Jag mätte aldrig i serie med skärm-jordskruv. Jag har några HF-instrument, så nästa koll blir att koppla in något sådant i resp skärm och mäta varje skärm för sig. Det är gamla fartygsgrejor och avsedda för strömmar från 1 A upp till 10 A med olinjära skalor. Frågan är om 100 W ger något avläsbart. På något band har jag väl strömmax vid anslutningspunkten !
Men å andra sidan, skulle innerledarna inducera ström på insidan av skärmarna så skulle ju dessa bli motriktade och följaktligen ta ut varandra vid sammankopplingen till jorskruven & systemjord ! Så i praktiken är det alltså strömlöst vid tunern ändå !

Återkommer / Sparky
 
Jag blev så nyfiken på det här så jag kopplade upp en Twin-coax-matare på labbordet för att göra några snabba mätningar med nätverksanalysatorn.

Utsignalen från analysatorn matade en balun följd av en balanserad 20 dB dämpare med utgångsimpedansen 100 ohm. Sak samma på kabeln till ingången på analysatorn. Båda koaxkablarna försågs med ett knippe ferriter för att minimera ev common mode-strömmar.

De båda 100 ohms anslutningarna kopplades samman för kalibrering till referensnivån 0 dB. Frekvensområdet 10-300 MHz.

En bit RG58 fiskades upp ur skrotlådan och delades på mitten. En Twin-koax tillverkades där de båda kablarna råkade bli 1,423 m mätt skärm-skärm. Innerledarna tilläts sticka ut några millimeter så att de skulle kunna lödas fast på 100 ohms dämpsatserna. Skärmens ena sida anslöts till 50 ohms sidan vid balunens ingång. Den närmaste jordpunkten i systemet.

Vad hände?

EDIT 20 feb 2012
Det som hände var att mätresultaten visade sig ha blivit helt felaktiga beroende på att de använda balunerna som vid närmare granskning inte alls var några baluner. Se inlägg 20 för mer info om detta minst sagt överraskande missöde! :)

För att inte förvirra ev sent ankomna läsare i denna tråd så har jag tagit bort de felaktiga mätresultaten i detta inlägg. Inledningen som beskriver mätuppkopplingen är dock fortfarande relevant och med "riktiga" baluner erhölls mer rimliga mätresultat.
.
..
...
....

/Bengt
 
Last edited:
EQL:

Med all respekt för dina kunskaper i mätteknik :)
Jag har svårt att visualisera din uppkoppling ! Skulle du kunna bifoga en skiss som visar hur du kopplat samman det hela ?

Sparky
 
Last edited:
Här kommer en skiss på mätuppkopplingen.

Nederst ser vi hur kalibreringen gjordes. De båda dämpsatsernas 100 ohm anslutningar kopplades ihop med så korta ledningar som möjligt. Därefter kalibrerades instrumenten för S21 (Trans Forward) så att 0 dB dämpning representerades av det horisontella strecket på plotten i förra inlägget.

Efter kalibreringen anslöts Twin-coax-matarledningen som skissen nedan visar.
De båda skärmarna var ihopkopplade i båda ändar och den ena änden (till vänster) jordades i skärmen till 50 ohms kabeln. Det är den närmaste punkten som kan fungera som referensjord som jag ser på saken.

attachment.php


För mer noggranna mätningar så kan man göra en full 2-ports kalibrering där även S22, S11 och S12 tas med. Men jag brydde mig inte om detta då jag bara ville känna lite på hur en Twin-coax beter sig i största allmänhet.

Syftet med en transmissionsledning är i första hand att överföra effekt från punkt A till B.

/Bengt
 

Attachments

  • Set-up.jpg
    Set-up.jpg
    52,3 KB · Views: 595
Bengt,
det är ganska enkelt att göra en ekvivalensberäkning mellan en "twin coax" och en symmetrisk ledning. Om de båda koaxerna i "twin"-ledningen har impedansen Zo, dämpningsfaktorn A (Neper) och elektriska längden L så har den ekvivalenta ledningen impedansen 2*Zo, dämpningsfaktorn A och längden L.

Jag har läst VK1OD-s artikel ( An analysis of current flow at the end of shielded twin line at radio frequencies ) och har inget att invända - den är tydlig och saklig. 73 //Janne SM0AQW
 
Funderar på om referensjorden inte måste vara ansluten till mittpunkten på Z100 ohm i stället. Men då behövs en sådan matchbox med mittnolla. Skall prova det också. :)

EDIT
OK Janne. Jag har bara ögnat igenom VK1OD:s artikel häromdagen. Ville bara se om man fick ut något av en mätning på labbänken. Men visst måste skärmen anslutas till 100 ohms källan som t ex kan utgöras av 50+50 ohm i serie?

/Bengt
 
Last edited:
Nej - skärmen behöver inte anslutas - den kan lämnas svävande om belastningen är symmetrisk - det fungerar ändå. Prova att rita koaxstumparna som två hopkopplade fyrpolaer och märk ut strömmarna och spänningarna med sina riktningar så ser du direkt att skärmen bara är mittpunkt, en symmetrilinje, som kan vara bra att ha, men som inte måste vara ansluten! En "twin coax" kan leda obalansströmmar på utsidan av skärmen lika bra som en enkelkoax !

vördsamt 73 //Janne 0AQW
 
Tack till er alla som bidrar med info ang detta matningssätt.
Jag fick anledning att plocka fram min sedan länge utprintade klarläggningen av VK1OD och lusläsa den en gång till.

Jag fastnade för det här:

Effectively grounding the shields at the transition and increasing the common mode impedance of the shielded twin line can divert a significant port of the total common mode to ground and reduce the common mode current flowing into the shack. The grounded shielded twin line may reduce the effects of common mode current, but it would often be lossier than the equivalent open wire line and so degrade antenna system efficiency.

Det tycker jag räcker för praktisk tillämpning. Även om jag har svårt att svälja 6 dB förluster under vissa betingelser. Besk medicin !

En sak, som jag oxo fastnat för, är att den ström som går på insidan av koaxerna i en "twin" är helt och hållet inducerad från innerledarna, medan den i normal koaxmatning är en aktiv antennström för matning av antennen. Detta borde rimligtvis påverka systemet mer (?) Osäker här....

Men ska vi enas om att twin-koax-matning har den stora fördelen att vara betydligt "användarvänligare" vad gäller föräggning (jmf med öppen stege) och acceptera "ofta dras med mer förluster" (enl den engelska texten). Vilken koaxmatning gör inte det förresten :)
Mitt typfall överensstämmer mycket väl med VKOD's brasklapp, att om man ser till att mata så symetriskt som möjligt, så minimeras CM-ström till nära noll in i shacket.

Jag har idag mätt med HF-amperemeter i serie med de sammanfogade skärmarna till jordskruven på tunern. Noll ! Tyvärr kommer jag inte åt att mäta skärmarna individuellt, då de är inne i ett kopplingsskåp och jag måste löda loss svåråtkomliga anslutningar. Det är till höljet på detta som "systemjord" är kopplad, därifrån en grov tamp till gemensam jordpunkt för vidare transport ut till jordtag.
Kanske du Bengt, -EQL, kan göra en sådan mätning i ditt labb ?

Återigen: en öppen stege är överlägsen vad gäller förluster, men hur står sig twin-koax jmf med "vanlig" koaxmatning med baluner & gewesen uppe vid antennen ? Är förlusterna dubbelt så stora eller hälften (impedansen blir summan av koaxernas tydligen, men förlusterna ?)

Sådana jämförelser tror jag de flesta är intresserade av. Inte ens VK1OD ger besked här !

Att mataren ska var 20% längre.... torde bero på att man inte ska riskera resonansfenomen om mataren hänger fritt. Hos mig ligger den ju kloss an mot den jordade masten.

Med risk för att ämnet blir uttjatat så tror jag fortfarande att det är intressant för mer än mig själv ! Så, Bengt -EQL, tebax till ritbordet & labbet och smörj oss med mer info :)

TNX de Sparky
 
Se på fan! Nu har jag gjort två åtgärder.

1/ Först öppnade jag de noga ihoplödade plåtburkarna som påstods innehålla mätbaluner och 20 dB dämpare. Made in USA stod det på locket. Några baluner fann jag inte, Dock sex motstånd och två kondensatorer i en märklig koppling. Första och sista gången de kom till "nytta". Vilken bluff! Elektronikåtervinningen nästa.

Nåväl, som Sparky skrev så tillbaks till ritbordet. :)

2/ Jag rotade fram två riktiga ferritbaluner 50 ohm/200 ohm och försåg dom med var sin c:a 10 dB H-pad dämpsats som beräknades för 200 ohm in och 100 ohm ut. Närmaste standardvärden på motstånden men de hamnade nog ganska rätt.

Kalibrerade precis som tidigare och anslöt sedan Twin-coaxen. Med skärmen svävande i båda ändar så erhölls c:a 0 dB dämpning mellan 10-300 MHz utan några toppar och dalar. Nåja, dämpningen är någon tiondels dB på de högre frekvenserna. Jordning av skärmen i ena, andra eller båda ändar hade ingen som helst betydelse. Kurvan svajar någon tiondel men inte mer.

Kabeln är helt okänslig för handkapacitans och kan buntas ihop utan minsta påverkan. Några tiondels dB hit och dit men inte mer.

Så kontentan blir väl att Twin-coax är en utmärkt lösning om man är i behov av en balanserad matarledning som tål att förläggas nära metall, grävas ner, buntas mot fackverksmastens ben och om antennens impedans inte avviker allt för mycket från 100 ohm.

Jag hann också med att läsa VK1OD:s uppsats och tycker att de flesta pusselbitarna nu fallit på plats. En sak är att läsa vad folk beskriver med matematiska formler men en annan är att försöka verifiera det i praktiken och få en känsla av hur saker och ting beter sig.

/Bengt
 
Last edited:
Back
Top