प्रतिरूप लीड

300 ओम प्रतिरूप लीड

प्रतिरूप लीड केबल एक द्वि-सुचालक समान्य केबल है जिसका उपयोग रेडियो आवृत्ति (RF) सिग्नल ले जाने के लिए संतुलित संचरण लाइन के रूप में किया जाता है। यह दो गुंफित, ठोस तांबे या तांबे से आच्छादित स्टील के तारों से बना होता है, जो एक प्लास्टिक (आमतौर पर पॉलीथीन) रिबन द्वारा अलग-अलग दूरी पर होता है। तारों की एकसमान दूरी एक संचरण लाइन के रूप में केबल के प्रकार्य का सूचक है; अंतरण में कोई अचानक परिवर्तन स्रोत की ओर कुछ संकेत वापस प्रदर्शित करेगा। प्लास्टिक तारों को आवरण और विसंवाहक भी करता है। यह विशिष्ट प्रतिबाधा के कई अलग-अलग मानो के साथ उपलब्ध है, सबसे सामान्य प्रकार 300 ओम है।

रेडियो अभिग्राहित्र और प्रेषक को उनके ऐन्टेना से जोड़ने के लिए प्रतिरूप लीड मुख्य रूप से लघु तरंग और वीएचएफ आवृत्तियों पर ऐन्टेना फीडलाइन के रूप में उपयोग किया जाता है। इसमें लघु नम्य समाक्षीय केबल की तुलना में कम सिग्नल हानि हो सकती है, इन आवृत्तियों पर फीडलाइन का मुख्य वैकल्पिक प्रकार; उदाहरण के लिए, प्रकार RG-58 समाक्षीय केबल 30 MHz पर 6.6 dB प्रति 100 m नष्ट करता है, जबकि 300 ओम प्रतिरूप लीड केवल 0.55 dB नष्ट करता है। 300 ओम प्रतिरूप लीड दूर दूर तक एफएम रेडियो को उनके एंटेना से जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है और पहले टेलीविजन एंटेना को टेलीविजन से जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता था जब तक कि इसे समाक्षीय केबल द्वारा प्रतिस्थापित नहीं किया गया था। हालांकि, यह हस्तक्षेप के प्रति अधिक असुरक्षित है; धातु की वस्तुओं से सामीप्य सिग्नल को प्रतिरूप लीड में अन्तःक्षेप करेगी जो समाक्षीय केबल द्वारा अवरुद्ध हो जाएगी। इसलिए इसमें धातु के समर्थित स्तंभों के साथ वृष्टि गटर और गतिरोध विसंवाहक (इन्सुलेटर) के आसपास की दूरी की आवश्यकता होती है।

विशेषताएं और उपयोग

प्रतिरूप लीड और अन्य प्रकार की समानांतर-संवाहक संचरण लाइन का उपयोग मुख्य रूप से रेडियो प्रेषित्र और अभिग्राहित्र को उनके एंटेना से जोड़ने के लिए किया जाता है। समानांतर संचरण लाइन का यह लाभ है कि प्रति एकांक लम्बाई में इसका नुकसान समाक्षीय केबल की तुलना में छोटे परिमाण का एक क्रम है, जो संचरण लाइन का मुख्य वैकल्पिक रूप है। इसका नुकसान यह है कि यह हस्तक्षेप के प्रति अधिक असुरक्षित है, और इसे धातु की वस्तुओं से दूर रखा जाना चाहिए जिससे ऊर्जा की हानि हो सकती है। इस कारण से, जब इमारतों के बाहर और एंटीना स्तंभों पर स्थापित किया जाता है, तो गतिरोधक विसंवाहक का उपयोग किया जाना चाहिए। लाइन में किसी भी प्रेरित असंतुलन को और अस्वीकृत करने के लिए लंबे समय तक स्वतंत्र रूप से स्थायित्व लंबाई पर प्रतिरूप लीड को मोड़ना भी सामान्य कार्य प्रणाली है।

600, 450, 300, और 75 ओम विशिष्ट प्रतिबाधा के मानो के साथ प्रतिरूप लीड की आपूर्ति कई अलग-अलग आकारों में की जाती है। सबसे सामान्य, 300 ओम प्रतिरूप लीड, एक बार व्यापक रूप से टेलीविजन सेट और एफएम रेडियो को उनके अभिग्राही ऐन्टेना से जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता था। टेलीविजन संस्थापनों के लिए 300 ओम प्रतिरूप लीड को बड़े पैमाने पर 75 ओम समाक्षीय केबल फीडलाइन से बदल दिया गया है। रेडियो आवृत्ति सिग्नल के संतुलित प्रसारण के लिए संचरण लाइन के रूप में अव्यावसायिक प्रसारण केन्द्रों में प्रतिरूप लीड का भी उपयोग किया जाता है।

प्रतिरूप लीड की विशिष्ट प्रतिबाधा तार के व्यास और उसके अंतरालन का एक फलन है; 300 ओम प्रतिरूप लीड में, सबसे सामान्य प्रकार, तार आमतौर पर 20 या 22 गेज (0.52 or 0.33 mm2) होते है, लगभग 7.5 mm (0.30 इंच) अलग होते है। यह वलित द्विध्रुव एंटीना की प्राकृतिक प्रतिबाधा से अच्छी तरह सुमेलित है, जो सामान्य रूप से लगभग 275 ओम है। प्रतिरूप लीड में आमतौर पर अन्य सामान्य संचरण तार, समाक्षीय केबल (समाक्ष) की तुलना में अधिक प्रतिबाधा होती है। व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले RG-6 समाक्ष में 75 ओम की विशिष्ट प्रतिबाधा होती है, जिसे सामान्य एंटीना प्रकारों के साथ उपयोग किए जाने पर प्रतिबाधा से सुमेल करने के लिए बलून के उपयोग की आवश्यकता होती है।

यह कैसे काम करता है

एक 300 से 75 ओम बलून, दाहिनी ओर प्रतिरूप लीड दिखा रहा है

प्रतिरूप लीड समानांतर-तार संतुलितसंचरण लाइन का एक रूप है। तार पर किए गए रेडियो आवृत्ति (RF) सिग्नल की तरंग दैर्ध्य की तुलना में प्रतिरूप लीड में दो तारों के बीच का अंतराल सामान्य होता है। एक तार में RF धारा परिमाण में बराबर और दूसरे तार में RF धारा की दिशा के विपरीत होती है। इसलिए, संचरण लाइन से सुदूर क्षेत्र में, एक तार से निकलने वाली रेडियो तरंगें परिमाण में बराबर होती हैं, लेकिन चरण में विपरीत (180 ° चरण से बाहर) दूसरे तार से निकलने वाली तरंगों के लिए होती हैं, इसलिए वे एक दूसरे को अध्यारोपित और अन्य रद्द करती हैं। परिणाम यह है कि लाइन द्वारा लगभग कोई शुद्ध रेडियो ऊर्जा विकिरित नहीं की जाती है।

इसी तरह, कोई भी हस्तक्षेप करने वाली बाहरी रेडियो तरंगें दो तारों में एक ही दिशा में गमन करते हुए, चरण RF धाराओं में समान रूप से प्रेरित होंगी। चूंकि गंतव्य सीमा पर विद्युत भार तारों की ओर जुड़ा हुआ है, केवल अंतरीय, तारों में विपरीत-दिष्ट धाराएं विद्युत भार में विद्युत प्रवाह उत्पन्न करती हैं। इस प्रकार हस्तक्षेप करने वाली धाराएं रद्द हो जाती हैं, इसलिए प्रतिरूप लीड रेडियो रव नहीं उत्पन्न करते हैं।

हालांकि, अगर धातु का एक टुकड़ा तार की दूरी के तूलनीय दूरी के अंदर एक प्रतिरूप लीड लाइन पास पर्याप्त रूप से स्थित है, तो यह दूसरे की तुलना में एक तार के काफी करीब होगा। फलस्वरूप, एक तार द्वारा धातु की वस्तु में प्रेरित RF धारा दूसरे तार द्वारा प्रेरित विपरीत धारा से अधिक होगा, इसलिए धाराएँ अब निष्प्रभाव नहीं होंगी। इस प्रकार आस-पास की धातु की वस्तुएँ प्रेरित धाराओं द्वारा उष्मा के रूप में क्षयित ऊर्जा के माध्यम से प्रतिरूप लीड लाइन में ऊर्जा हानि का कारण बन सकती हैं। इसी तरह, प्रतिरूप लीड लाइन के पास स्थित केबलों या धातु की वस्तुओं में उत्पन्न होने वाला रेडियो रव तारों में असंतुलित धाराओं को उत्पन्न कर सकता है, जो रव को लाइन में जोड़ता है। इसलिए लाइन को धातु की वस्तुओं जैसे गटर और स्तंभ से कुछ दूरी पर रखना चाहिए।

लाइन की विद्युत भार सीमा से ऊर्जा को परावर्तित होने से रोकने के लिए, उच्च SWR और अदक्षता के कारण, विद्युत भार में एक प्रतिबाधा होनी चाहिए जो लाइन की विशिष्ट प्रतिबाधा से सुमेलित हो। यह विद्युत भार को विद्युत रूप से लाइन निरंतरता के समान दिखाई देता है, परावर्तन को रोकता है। इसी प्रकार, ऊर्जा को दक्षता से लाइन में स्थानांतरित करने के लिए, स्रोत को विशिष्ट प्रतिबाधा से भी सुमेलित होना चाहिए। एक संतुलित संचरण लाइन को समाक्षीय केबल जैसी असंतुलित लाइन से जोड़ने के लिए एक उपकरण का उपयोग करते है, जिसे बलून कहा जाता है|

लैडर लाइन

300 Ω प्रतिरूप लीड या दो तार रिबन केबल। ध्यान दें कि तारों के बीच प्लास्टिक अखंडित है - कोई "विंडोज़" नहीं।

नाममात्र 450 ओम "विंडो लाइन"। तारों के बीच विवृति कट "विंडोज़" में से एक है।

समानांतर तार लाइन तीन अलग-अलग रूपों में आती है:

• प्रतिरूप लीड, या (दो तार) रिबन केबल,
  जिसकी चर्चा ऊपर अनुभाग में की गई है
• विंडो लाइन
• लैडर लाइन या विवृत तार लाइन

विंडो लाइन प्रतिरूप लीड का एक प्रकार है जो समान रूप से निर्मित होता है, सिवाय इसके कि तारों के बीच पॉलीथीन फ़ीता होता है, जो उन्हें अलग रखता है जिसमें आयताकार विवृत (विंडोज़) होता हैं। रिबन में "विंडो" संपादन (कटिंग) के फायदों में से एक यह है कि संपादन के आकार को समायोजित करके केबल निर्माताओं को फीडलाइन के विद्युत गुणों में ठीक समायोजन करने का साधन प्रदान करता है। विंडोज़ लाइन को हल्का करती हैं और उस सतह की मात्रा को कम करती हैं जिस पर गंदगी और नमी जमा हो सकती है, जिससे विंडोज़ अपनी विशिष्ट प्रतिबाधा में मौसम-प्रेरित परिवर्तनों के प्रति कुछ हद तक कम असुरक्षित हो जाती हैं। सबसे सामान्य प्रकार नाममात्र (नॉमिनल) 450 ओम विंडो लाइन है, जिसमें लगभग एक इंच का चालकता अंतरण होता है; इसकी वास्तविक प्रतिबाधा 400 Ω के करीब हो सकती है।इसे नाममात्र 350 ओम प्रतिबाधा में भी बनाया जाता है।

500 ~ 600 Ω "लैडर लाइन", या "विवृत तार लाइन"। तारों के बीच विद्युतरोधी अन्तरालक लैडर के "छड़" हैं।

500 ~ 600 Ω "विवृत तार लाइन" या "लैडर लाइन" एक उच्च तार एंटीना साधक है।

लैडर लाइन समानांतर-तार लाइन का एक पुराना, सरल रूप है जिसमें दो तार (आमतौर पर विद्युत् रोधी) होते हैं, रोधी प्लास्टिक (पूर्व में अभिक्रियित लकड़ी या चीनी मिट्टी) के छड़ होते हैं, जो उन्हें हर कुछ इंच पर एक साथ पकड़ते हैं, जिससे यह रस्सी को सीढ़ी (लैडर) का रूप देता है। लैडर लाइन भी निर्मित हो सकती है या एक विवृत तार लाइन के रूप में DIY-निर्मित हो सकती है, जिसमें दो समानांतर तार होते हैं जो व्यापक रूप से दूरी वाले प्लास्टिक या चीनी मिट्टी के विद्युत् रोधी छड़ होते हैं और विद्युत्‍रोधन या तार अंतरण के आधार पर 500 ओम या उससे अधिक विशिष्ट प्रतिबाधा होती है, हालांकि आमतौर पर 600 ओम से अधिक नहीं होती है |

प्रतिबाधा सुमेलन

Main article: प्रतिबाधा सुमेलन

संचरण लाइन की तरह, संचरण दक्षता तब अधिकतम होगी जब एंटीना की प्रतिबाधा, प्रतिरूप लीड लाइन की विशिष्ट प्रतिबाधा और उपकरण की प्रतिबाधा समान हो। इस कारण से, जब एक समाक्षीय केबल जोड़ने के लिए एक प्रतिरूप लीड लाइन संलग्न करते हैं, जैसे कि एक घरेलू टेलीविजन एंटीना से 300 ओम प्रतिरूप लीड टेलीविजन के 75 ओम समाक्षीय एंटीना निवेश में 4: 1 अनुपात वाला एक बलून आमतौर पर उपयोग किया जाता है। इसका उद्देश्य द्विगुण है: पहला, यह प्रतिरूप लीड के 300 ओम प्रतिबाधा को 75 ओम समाक्षीय केबल प्रतिबाधा से सुमेलन करने के लिए रूपांतरित करता है; और दूसरा, यह संतुलित, सममित संचरण लाइन को असंतुलित समाक्ष निविष्ट में परिवर्तित करता है। सामान्य तौर पर, जब फीडलाइन के रूप में उपयोग किया जाता है, तो फीडलाइन और स्रोत (या सिंक) के बीच एक प्रतिबाधा बेमेल होने पर प्रतिरूप लीड (विशेष रूप से लैडर लाइन संस्करण) में समाक्षीय केबल की तुलना में उच्च दक्षता होती है। केवल-प्राप्त करने के लिए इसका तात्पर्य केवल यह है कि प्रणाली साधारणत: कम इष्टतम स्थितियों में संचार कर सकती है; संचार उपयोग के लिए, यह अक्सर संचरण लाइन में ऊष्मा के रूप में काफी कम ऊर्जा नष्ट करती है।

प्रतिरूप लीड भी एक उपयुक्त सामग्री के रूप में काम कर सकता है जिसके साथ एक साधारण वलित द्विध्रुवीय एंटीना बनाया जा सकता है। इस तरह के एंटेना को 300 ओम प्रतिरूप लीड फीडर का उपयोग करके या 300-से-75-ओम बलून का उपयोग करके और समाक्षीय फीडलाइन का उपयोग करके संघबद्ध किया जा सकता है और आमतौर पर ज़्यादा गरम किए बिना मध्यम बिजली भार को संभालेगा।

विशिष्ट प्रतिबाधा

प्रतिरूप लीड या लैडर लाइन जैसी समांतर-तार संचरण लाइन की विशिष्ट प्रतिबाधा इसके आयामों पर निर्भर करती है; तारों का व्यास d और उनका पृथकन D है। यह नीचे व्युत्पन्न है।

किसी भी संचरण लाइन की विशिष्ट प्रतिबाधा Zo द्वारा दी जाती है

$Z_{\mathsf {o}}={\sqrt {{\frac {R+j\,\omega \,L}{\;G+j\,\omega \,C\;}}\,}}$

जहां प्रतिरूप लीड लाइन के लिए प्राथमिक लाइन नियतांक हैं

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

$L={\frac {\mu }{\,\pi \,}}\,\operatorname {arcosh} \left({\frac {\,D\,}{d}}\right)$

$G={\frac {\pi \,\sigma }{\,\operatorname {arcosh} \left({\frac {\,D\,}{d}}\right)\,}}$

$C={{\pi \,\varepsilon } \over {\,\operatorname {arcosh} \left({\frac {\,D\,}{d}}\right)\,}}$

जहां d का तार व्यास है और D उनके केंद्र-लाइन के बीच मापे गए तारों का पृथकन है, ε तारों के बीच निरपेक्ष विद्युत् शीलता है, और जहां तारों की सतह का प्रतिरोध दिया जाता है

$R_{\mathsf {s}}={\sqrt {{\frac {\,\pi \,f\,\mu _{\mathsf {c}}\,}{\sigma _{\mathsf {c}}}}\;}}~.$

तार का प्रतिरोध R और क्षरण चालकता G की उपेक्षा करना, यह देता है

$Z_{\mathsf {o}}={\frac {\zeta _{\mathsf {o}}}{\,\pi {\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\,}}\,}}\,\operatorname {arcosh} \left({\frac {\,D\,}{d}}\right)={\frac {\zeta _{\mathsf {o}}}{\,\pi {\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\,}}\,}}\,\ln {\Biggl [}\,{\tfrac {\,D\,}{d}}+{\sqrt {\left({\tfrac {\,D\,}{d}}\right)^{2}-1~}}\,{\Biggr ]}~.$

$\quad ={\frac {\zeta _{\mathsf {o}}}{\,\pi {\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\,}}\,}}\left[\ln \left({\frac {\,2\,D\,}{d}}\right)-\left({\frac {d}{\,2\,D\,}}\right)^{2}-\operatorname {\mathcal {O}} \left\{\left({\tfrac {d}{\,2\ D\,}}\right)^{4}\right\}\right]$

$\quad \approx {\frac {\,119.92\,{\mathsf {\Omega }}\,}{\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\,}}}\left[\ln \left({\frac {\,2\,D\,}{d}}\right)-\left({\frac {d}{\,2\,D\,}}\right)^{2}\right]\approx {\frac {\,119.92\,{\mathsf {\Omega }}\,}{\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\,}}}\,\ln \left({\frac {\,2\,D\,}{d}}\right)~.$

जहां ζ_o मुक्त आकाश की प्रतिबाधा है (लगभग 376.74 ओम), ε_R सापेक्ष परावैद्युतांक है (जो हवा के लिए 1.00054 है)।

जब पृथकन D तार के व्यास d से कई गुना अधिक होता है तो आर्कोश फलन को लगभग एक प्राकृतिक लघुगणक द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है (इसके तर्क को दोगुना करके):

$Z_{\mathsf {o}}={\frac {119.92\,{\mathsf {\Omega }}}{\,{\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\,}}\,}}\,\operatorname {arcosh} \left({\frac {\,D\,}{d}}\right)\approx {\frac {\,119.92\,{\mathsf {\Omega }}\,}{\,{\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\,}}\,}}\,\ln \left({\frac {\,2\,D\,}{d}}\right)\approx {\frac {\,276\,{\mathsf {\Omega }}\,}{\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\,}}}\,\log _{10}\left({\frac {\,2\,D\,}{d}}\right)~.$

इसलिए दो तारों के माध्यम से विशिष्ट प्रतिबाधा Z प्राप्त करने के लिए पृथकन आवश्यक है

$D\approx d\,\cosh \left({\frac {\,\pi \,Z_{\mathsf {o}}{\sqrt {\varepsilon _{\mathsf {R}}\,}}\,}{\zeta _{\mathsf {o}}}}\right)~.$

दो चालकों के बीच प्रतिरूप लीड या लैडर लाइन के बीच की असंवाहक सामग्री सभी हवा नहीं है। एक "मिश्रित" परावैद्युत, कुछ हवा और कुछ पॉलीथीन या अन्य प्लास्टिक का प्रभाव यह है कि वास्तविक प्रतिबाधा सभी हवा या सभी पॉलीथीन को मानते हुए गणना किए गए मान के बीच कहीं गिर जाएगी। Zo के लिए प्रकाशित, सावधानीपूर्वक मापे गए मान आमतौर पर सूत्रों के अनुमानों की तुलना में अधिक सटीक होंगे।

एंटेना

प्रतिरूप लीड को उपयुक्त रूप से रूपांकित किए गए एंटीना से सीधे जोड़ा जा सकता है:

विंडम ऐन्टेना

एक बहु-अनुनाद एंटीना जिसका अनुनाद प्रतिबाधा लगभग 300 ओम क्लस्टर करता है।

वलित द्विध्रुव

द्विक-तार द्विध्रुव जिसकी विशिष्ट प्रतिबाधा मुक्त आकाश में लगभग 400 ओम है।

द्विध्रुवीय

हालांकि अनुनाद पर केंद्र प्रतिबाधा मुक्त आकाश में लगभग 73 ओम है, वास्तविक उपयोग में यह 30–100 ओम के बीच भिन्न होता है, जो आधार से ऊपर की ऊंचाई पर निर्भर करता है, इसलिए उच्च-प्रतिबाधा फीडलाइन के साथ एक टी-संयोजन या वाई-संयोजन प्रभरण संभवतः आवश्यक होगा /

यागी-यूडीए एंटेना

यागी और सामान्य मोक्सन ऐन्टेना, और अन्य दिशात्मक ऐन्टेना; फ़ीड बिंदु पर कुछ विशिष्ट प्रतिबाधा सुमेलन क्रम बद्धता किसी भी केबिल तंत्र के लिए आवश्यक है, क्योंकि समानांतर निकट-अनुनाद ऐन्टेना खंडों के औसतन निकट-दूरी के बीच व्यतिकरण कम फ़ीड बिंदु प्रतिरोध के साथ-साथ ऐन्टेना को अधिक दिशात्मक बनाता है।