سلك مزدوج

كابل التوصيل المزدوج هو كابل مسطح ثنائي الموصلات يُستخدم كخط نقل متوازن لنقل إشارات الترددات الراديوية . يتكون من سلكين نحاسيين مجدولين ، أو سلكين فولاذيين مغلفين بالنحاس. يُثبّت السلكان على مسافة ثابتة بواسطة شريط بلاستيكي عازل جيد للترددات الراديوية (عادةً ما يكون من البولي إيثيلين ). يُسمى أيضًا كابل الشريط (ثنائي الأسلاك) . يُعد التباعد المنتظم بين السلكين أساسيًا لوظيفة الكابل كخط نقل: فأي تغيير مفاجئ في التباعد سيؤدي إلى انعكاس جزء من الإشارة عائدًا إلى المصدر، بدلًا من مرورها. كما يُغطي البلاستيك السلكين ويعزلهما.
يُستخدم مصطلح " السلك المزدوج" في أغلب الأحيان للإشارة تحديدًا إلى كابل الشريط ذي المقاومة 300 أوم ، وهو النوع الأكثر شيوعًا، ولكن في بعض الأحيان يُستخدم للإشارة إلى أي نوع من خطوط الأسلاك المتوازية . تتوفر خطوط الأسلاك المتوازية بقيم مختلفة للمقاومة المميزة ، مثل كابل الشريط ذي السلك المزدوج (75 أو 300 أوم )، وخط النافذة (300 أوم، 350 أوم، أو 450 أوم)، وخط السلك المفتوح أو خط السلم (500-650 أوم ).
يُستخدم الكابل المزدوج بشكل أساسي كخط تغذية للهوائيات في نطاقات الموجات القصيرة وترددات VHF ، لتوصيل أجهزة استقبال وإرسال الراديو بهوائياتها . يتميز هذا الكابل بفقدان إشارة أقل بكثير من الكابل المحوري المرن ، وهو البديل الرئيسي لخطوط التغذية في هذه الترددات؛ فعلى سبيل المثال، يفقد الكابل المحوري من نوع RG-58 ما مقداره 6.6 ديسيبل لكل 100 متر (330 قدمًا) عند تردد 30 ميجاهرتز، بينما يفقد الكابل المزدوج ذو المقاومة 300 أوم 0.55 ديسيبل فقط. [ 1 ] يُستخدم الكابل المزدوج ذو المقاومة 300 أوم على نطاق واسع لتوصيل أجهزة راديو FM بهوائياتها، وكان يُستخدم سابقًا لتوصيل هوائيات التلفزيون بأجهزة التلفزيون حتى تم استبداله بالكابل المحوري.
يعود انخفاض شعبية الكابلات ذات الأسلاك المتوازية جزئيًا إلى وفرة الكابلات المحورية العسكرية الفائضة الرخيصة، والتي تُعد أسهل استخدامًا بكثير. فالكابلات ذات الأسلاك المتوازية غير محمية، مما يجعلها أكثر عرضة للتداخل؛ إذ أن قربها من الأجسام المعدنية يُدخل إشارات في أي نوع من خطوط الأسلاك المتوازية، وهي إشارات كان من الممكن حجبها بواسطة الكابلات المحورية المحمية الأكثر شيوعًا وسهولة في الاستخدام . كما أن هذه الأجسام المعدنية نفسها تُشوه مقاومة الكابلات غير المحمية التي تمر بالقرب منها، مما يتسبب في انعكاس جزء من طاقة الإشارة عكسيًا من تلك النقطة على طول الخط. ولذلك، يتطلب استخدام الكابلات ذات السلكين مسارات واسعة حول مزاريب تصريف مياه الأمطار ، ومسافات بعيدة عن الأسوار المعدنية، وجدران الأسقف الخارجية، والأسقف المعدنية، كما يتطلب تركيبها على عوازل بارتفاع 30-60 سم عند مدها على جوانب أعمدة الهوائيات المعدنية.
الخصائص والاستخدامات

تُستخدم خطوط النقل ذات الموصلات المتوازية، بما في ذلك الموصلات المزدوجة، بشكل أساسي لتوصيل أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية بهوائياتها . تتميز خطوط النقل المتوازية بانخفاض فقد الطاقة لكل وحدة طول فيها بمقدار عشرة أضعاف مقارنةً بالكابلات المحورية ، وهي البديل الرئيسي لخطوط النقل . أما عيوبها فتتمثل في كونها أكثر عرضة للتداخل ، ويجب إبعادها عن الأجسام المعدنية التي قد تُسبب فقدًا في الطاقة وتشوهًا في المعاوقة (وبالتالي انعكاس الموجات). لهذا السبب، عند تركيبها على طول الجدران الخارجية للمباني أو على أعمدة الهوائيات، يجب استخدام عوازل فاصلة. كما يُعدّ من الممارسات الشائعة لفّ الموصل المزدوج في الأطوال الطويلة غير المُغطاة بالهوائيات لتقليل أي اختلال في توازن الخط.
يتم توفير خط الأسلاك المتوازية (بالمعنى العام للسلك المزدوج ) بأحجام مختلفة، معقيم مقاومة مميزة لـ
- 600 أوم ، 500 أوم ( خط السلم )،
- 450 أوم، 350 أوم ( خط النافذة )،
- 300 أوم (خط النافذة، كابل الشريط)، و
- 75 أوم (كابل شريطي).
كان كابل الشريط المزدوج ذو المقاومة 300 أوم هو النوع الأكثر شيوعًا في منتصف القرن العشرين، حيث كان يُستخدم على نطاق واسع لتوصيل أجهزة التلفزيون وأجهزة راديو FM بهوائيات الاستقبال الخاصة بها. ومنذ الربع الأخير من منتصف القرن العشرين، استُبدل كابل الشريط المزدوج ذو المقاومة 300 أوم إلى حد كبير بكابل محوري ذي مقاومة 75 أوم في تركيبات التلفزيون. وتُستخدم أشكال متعددة من خطوط الأسلاك المتوازية في محطات هواة الراديو كخطوط تغذية لنقل إشارات الترددات الراديوية بشكل متوازن ، وغالبًا ما يكون ذلك عبر خط نافذة ذي مقاومة 450 أوم، بدلاً من كابل الشريط المزدوج.
تعتمد المعاوقة المميزة للكابل المزدوج على مادة العزل وسماكتها، وقطر السلك والمسافة بين طرفيه؛ ففي النوع الأكثر شيوعًا، وهو كابل الشريط المزدوج ذو المعاوقة 300 أوم، يكون قطر السلك عادةً 20 أو 22 AWG (0.52 أو 0.33 مم² )، والمسافة بين طرفيه حوالي 7.5 مليمتر (0.30 بوصة) . [ 2 ] (ص 2416-2417) تتوافق هذه المعاوقة جيدًا مع المعاوقة الطبيعية لهوائي ثنائي القطب المطوي ، والتي تبلغ عادةً حوالي 275 أوم. يتميز الكابل المزدوج عمومًا بمعاوقة أعلى من كابلات النقل الشائعة الأخرى، وهي الكابلات المحورية (المحورية). يتميز كابل RG-6 المحوري واسع الاستخدام بمعاوقة مميزة تبلغ 75 أوم، مما يستلزم استخدام محول توازن ( بالون ) لمطابقة المعاوقة عند استخدامه مع أنواع الهوائيات الشائعة.
كيف يعمل؟

الكابل المزدوج (بالمعنى المحدد للكابل الشريطي) هو نوع من خطوط النقل المتوازنة ذات الأسلاك المتوازية . المسافة بين السلكين في الكابل المزدوج صغيرة مقارنةً بطول موجة إشارة التردد اللاسلكي ( RF) المحمولة في السلك. [ 2 ] (ص24، 1) يكون تيار التردد اللاسلكي في أحد السلكين مساويًا في المقدار ومعاكسًا في الاتجاه لتيار التردد اللاسلكي في السلك الآخر. لذلك، في منطقة المجال البعيدة عن خط النقل، تكون الموجات الراديوية المنبعثة من أحد السلكين متساوية في المقدار ولكنها معاكسة في الطور ( بفارق 180 درجة ) للموجات المنبعثة من السلك الآخر، وبالتالي تلغي الموجات المتداخلة المتعاكسة بعضها بعضًا. [ 2 ] (ص24، 16-17) والنتيجة هي أن الخط لا يشع أي طاقة راديوية صافية تقريبًا.
وبالمثل، فإن أي موجات راديو خارجية متداخلة ستُحدث تيارات تردد لاسلكي متساوية ومتوافقة في الطور ، تسير في نفس الاتجاه، في السلكين، طالما أن لكل منهما نفس المعاوقة. وبما أن الحمل عند الطرف المُستهدف موصول عبر السلكين، فإن التيارات التفاضلية المتعاكسة الاتجاه فقط هي التي تُحدث تيارًا في الحمل. وبالتالي، يتم إلغاء التيارات المتداخلة، لذا فإن السلك المزدوج لا يميل إلى التقاط ضوضاء الراديو.
مع ذلك، إذا وُضع جسم معدني على مسافة قريبة من خط مزدوج الأسلاك، ضمن مسافة تُقارب المسافة بين السلكين، فسيكون أقرب بكثير إلى أحد السلكين منه إلى الآخر. ونتيجةً لذلك، سيكون تيار الترددات الراديوية المُستحث في الجسم المعدني بواسطة أحد السلكين أكبر من التيار المُعاكس المُستحث بواسطة السلك الآخر، وبالتالي لن يُلغي التياران بعضهما. لذا، يُمكن للأجسام المعدنية القريبة أن تُسبب فقدًا في الطاقة في خطوط التوصيل المزدوجة، من خلال الطاقة المُبددة على شكل حرارة بفعل التيارات المُستحثة. وبالمثل، يُمكن للضوضاء الراديوية المُنشأة في الكابلات أو الأجسام المعدنية القريبة من خط التوصيل المزدوج أن تُحدث تيارات غير متوازنة في الأسلاك، مما يُؤدي إلى انتقال الضوضاء إلى الخط. لذلك، يجب إبقاء الخط على مسافة من الأجسام المعدنية مثل أسطح المنازل أو جدرانها المعدنية، وأسلاك المنازل، والمزاريب، وأعمدة الهوائيات.
لمنع انعكاس الطاقة من طرف الحمل في الخط، مما يؤدي إلى ارتفاع نسبة الموجة الموقوفة (SWR) وانخفاض الكفاءة، يجب أن تتطابق معاوقة الحمل مع المعاوقة المميزة للخط. هذا يجعل الحمل يبدو كهربائيًا امتدادًا للخط، مانعًا الانعكاسات. وبالمثل، لنقل الطاقة بكفاءة إلى الخط، يجب أن تتطابق معاوقة المصدر أيضًا مع المعاوقة المميزة. لتوصيل خط نقل متوازن بخط غير متوازن مثل الكابل المحوري ، يجب استخدام جهاز يُسمى بالون .
خط النافذة وخط السلم
بالإضافة إلى كابل الشريط المزدوج، يأتي خط الأسلاك المتوازي ثنائي الموصل في شكلين إضافيين: خط النافذة وخط السلم (المعروف أيضًا باسم خط الأسلاك المفتوح ).
خط النوافذ

يُعدّ كابل النافذة نوعًا أكبر حجمًا من كابلات الأسلاك المتوازية مقارنةً بكابل الشريط المزدوج؛ فهو مصمم بشكل مشابه ولكن بحجم أكبر، باستثناء أن شريط البولي إيثيلين الذي يربط الأسلاك ببعضها يحتوي على فتحات مستطيلة منتظمة التباعد (نوافذ). [ 3 ] [ 2 ] (ص24، 1)
من مزايا عمل "فتحات" في الشريط إمكانية تعديل حجم هذه الفتحات من قِبل المُصنِّع لإجراء تعديلات دقيقة على الخصائص الكهربائية لخط التغذية. تُخفِّف هذه الفتحات وزن الخط، وتقلل من مساحة السطح التي قد يتراكم عليها الغبار والرطوبة، مما يجعل خط الفتحات أقل عرضةً للتغيرات الناتجة عن العوامل الجوية في مقاومته المميزة. النوع الأكثر شيوعًا هو خط الفتحات ذو المقاومة الاسمية 450 أوم ، والذي تبلغ المسافة بين موصلاته حوالي بوصة واحدة ( 25 مم )؛ وقد تكون مقاومته الفعلية أقرب إلى 400 أوم. [ 2 ] (ص24، 1) كما يُصنع أيضًا بمقاومة اسمية 350 أوم (والتي قد تكون في الواقع أقرب إلى 300 أوم). [ 2 ] (ص24، 1)
خط السلم

خط السلم هو شكل أقدم وأبسط من خطوط الأسلاك المتوازية، ويُطلق عليه غالبًا خط السلك المفتوح . يشبه شكله سلمًا من الحبال ، ومن هنا جاءت التسمية. يمكن شراؤه جاهزًا من شركات الكابلات، أو صنعه منزليًا ؛ عملية التركيب سهلة، وإن كانت شاقة، وكان جميع هواة الراديو في الأصل يصنعون خط السلك المفتوح بأنفسهم. يتكون من سلكين، عادةً ما يكونان مغلفين بعازل للتيار المستمر أو مطليين بطلاء متين ، ويفصل بينهما مسافة ثابتة بواسطة فواصل معزولة.
يمكن صنع فواصل "درجات السلم" من أي مادة عازلة مناسبة - حاليًا، تُستخدم عادةً قطع قصيرة من أنابيب السباكة البلاستيكية - بينما كانت تُستخدم سابقًا عوازل خزفية طويلة ورفيعة أو قطع خشبية مقاومة للماء. تُثبّت "الدرجات" الأسلاك على مسافات ثابتة، تتراوح بين 13 سم و 5 بوصات ، حسب نوع السلك والمقاومة المطلوبة. تُباعد الدرجات كل 13-30 سم تقريبًا . على الرغم من أهمية ضمان انتظام المسافة بين الأسلاك، إلا أنه لا بأس إذا كانت المسافات بين الدرجات غير منتظمة، طالما بقيت المسافة ثابتة تقريبًا في حالة هبوب الرياح.
تحدد نسبة المسافة بين الأسلاك المختارة إلى قطر السلك المعاوقة المميزة للخط - والتي تتراوح عادةً بين 500 و600 أوم ، ولكنها تعتمد أيضًا على السماحية النسبية لعزل السلك وفقدان التوصيل في عوازل الدرجات، إن كان كبيرًا. [ 4 ] على سبيل المثال، لخط 500 أوم، يجب أن تكون المسافة بين سلكين مكشوفين أو مطليين 32 ضعف قطر كل منهما - أي حوالي 10 سم (4 بوصات ) في حالة السلك الشائع بقطر 3 مم ( 1/8 بوصة ) . إذا كانت الأسلاك معزولة، فقد يلزم زيادة المسافة قليلاً، اعتمادًا على نوع البلاستيك العازل. وللحصول على خط متوازي 600 أوم ، يجب أن تكون المسافة بين السلكين 23 سم (9 بوصات ) . 600 أوم هو الحد العملي تقريبًا لخطوط النقل المصنوعة من الأسلاك بدلاً من كابلات الصلب المغلفة بالنحاس السميكة ، أو من أنابيب الألومنيوم أو النحاس الصلبة.
مطابقة المعاوقة
عند استخدام خط نقل، تكون كفاءة النقل في أعلى مستوياتها عندما تتساوى معاوقة الهوائي، والمعاوقة المميزة لخط النقل المزدوج، ومعاوقة الجهاز. لهذا السبب، عند توصيل خط نقل مزدوج بكابل محوري، مثل خط النقل المزدوج ذي المعاوقة 300 أوم من هوائي التلفزيون المنزلي إلى مدخل هوائي التلفزيون المحوري ذي المعاوقة 75 أوم، يُستخدم عادةً محول توازن بنسبة 4:1 . لهذا المحول غرضان: أولًا، تحويل معاوقة خط النقل المزدوج البالغة 300 أوم لتتوافق مع معاوقة الكابل المحوري البالغة 75 أوم؛ وثانيًا، تحويل خط النقل المتوازن والمتماثل إلى مدخل الكابل المحوري غير المتوازن اسميًا. بشكل عام، عند استخدام خط النقل المزدوج (خاصةً إصدارات خط السلم) كخط تغذية، تكون كفاءته أعلى من كفاءة الكابل المحوري عند وجود عدم تطابق في المعاوقة بين خط التغذية والمصدر (أو المستقبل). بالنسبة للاستخدام في الاستقبال فقط، فإن هذا يعني ببساطة أن النظام يمكنه التواصل في ظل ظروف أقل مثالية قليلاً؛ أما بالنسبة للاستخدام في الإرسال، فقد يؤدي ذلك في كثير من الأحيان إلى فقدان طاقة أقل بكثير على شكل حرارة في خط النقل.
يمكن استخدام الأسلاك المزدوجة كمادة ملائمة لبناء هوائي ثنائي القطب مطوي بسيط . يمكن تغذية هذه الهوائيات إما باستخدام مغذي ذي أسلاك مزدوجة بمقاومة 300 أوم، أو باستخدام محول توازن بين 300 و75 أوم مع خط تغذية محوري، وعادةً ما تتحمل أحمال طاقة متوسطة دون ارتفاع درجة الحرارة.
المعاوقة المميزة
تعتمد المعاوقة المميزة لخط نقل الأسلاك المتوازية، مثل خط التوصيل المزدوج أو خط السلم، على أبعاده؛ قطر الأسلاكوانفصالهماهذا مشتق أدناه.
المعاوقة المميزةأي خط نقل يعمل بترددأو التردد الراديانييُعطى بواسطة
أما بالنسبة لخطوط النقل المزدوجة، فإن ثوابت الخط الأساسية هي
أينهو قطر السلك وهي المسافة بين الأسلاك المقاسة بين خطوطها المركزية؛هي السماحية المطلقة بين الأسلاك؛هي النفاذية المطلقة ؛تمثل الموصلية السطحية بين الأسلاك؛ حيث تُعطى المقاومة السطحية للأسلاك بالعلاقة التالية:
بإهمال مقاومة السلكوموصلية التسربهذا يعطي
أينهي مقاومة الفضاء الحر (حوالي 376.74 أوم)، وهي السماحية النسبية (والتي تبلغ 1.00054 للهواء ).
عندما الانفصالوهو أكبر بكثير من قطر السلكعندئذٍ يمكن استبدال دالة arcosh تقريبًا باللوغاريتم الطبيعي (مع مضاعفة وسيطها):
الصيغ الدقيقة والتقريبية للفصل اللازم لتحقيق معاوقة مميزة معينةوبالتالي فإن ما يمر عبر زوج من الأسلاك
المادة العازلة بين الموصلين، سواء في خطوط التوصيل المزدوجة أو خطوط السلم، ليست هواءً بالكامل : فنتيجة استخدام مادة عازلة "مختلطة"، تتكون جزئيًا من الهواء وجزئيًا من البولي إيثيلين أو أي نوع آخر من البلاستيك، ستكون المعاوقة الفعلية ضمن نطاق القيم المحسوبة بافتراض استخدام الهواء فقط أو البولي إيثيلين فقط. (انظر القيم المقاسة أو المنشورة بدقة لـ...)ستكون عادةً أكثر دقة من التقديرات المستندة إلى الصيغ.
الهوائيات
يمكن توصيل السلك المزدوج مباشرة بهوائي مصمم بشكل مناسب:
- هوائي ويندوم
- هوائي متعدد الرنين تتجمع معاوقاته الرنانة حول300 أوم .
- ثنائي القطب المطوي
- ثنائي قطب مزدوج الأسلاك، تبلغ معاوقته المميزة في الفضاء الحر حوالي300 أوم .
- ثنائي القطب
- على الرغم من أن المعاوقة المركزية عند الرنين تساوي تقريبًا73 أوم في الفضاء الحر ، أما في الاستخدام الفعلي فتتراوح بين30 و 100 أوم ، اعتمادًا على الارتفاع فوق سطح الأرض، لذلك مع خط التغذية ذي المعاوقة العالية، من المحتمل أن يكون من الضروري استخدام خط تغذية T-match أو Y-match.
- هوائي ياغي-أودا
- هوائي ياغي وهوائي موكسون الأبسط ، والهوائيات الاتجاهية الأخرى ؛ هناك حاجة إلى ترتيب خاص لمطابقة المعاوقة عند نقطة التغذية لأي كابلات، حيث أن التداخل بين التباعد المتقارب عادةً لقطاعات الهوائي المتوازية القريبة من الرنين يتسبب في انخفاض مقاومة نقطة التغذية بالإضافة إلى جعل الهوائي أكثر اتجاهية.
مراجع
- ↑ "لماذا خط السلم؟" . zs6hvb.za.net . جنوب أفريقيا: نادي هايفيلد لهواة اللاسلكي ( zs6hvb ). مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 أغسطس 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 مايو 2016 .
{{cite web}}: templatestyles stripmarker in|publisher=at position 30 ( help ) - 1 2 3 4 5 6 سترو، ر. دين؛ وآخرون ، محررون. (2000). كتاب هوائيات الرابطة الأمريكية لهواة الراديو ( الطبعة التاسعة عشرة). نيوينغتون، كونيتيكت: الرابطة الأمريكية لهواة الراديو . ISBN 0-87259-817-9.
- ↑ فورد، ستيف (ديسمبر 1993). "جاذبية خط السلم" (ملف PDF) . مجلة QST . نيوينغتون، كونيتيكت: الرابطة الأمريكية لهواة الراديو . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 2 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه في 16 سبتمبر 2011 .
- ↑ دانزر، بول (أبريل 2004). "خط تغذية سلكي مفتوح - نظرة ثانية" . مجلة QST . نيوينغتون، كونيتيكت: الرابطة الأمريكية لهواة الراديو . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 سبتمبر 2011 .
- ↑ ستيوارت، ويس (يونيو 1998). "خط النقل المتوازن في الممارسة الحالية للهواة". في: سترو، ر. دين؛ وآخرون (محررون). موسوعة هوائيات ARRL . المجلد 6. بينغري، ديف (رسام). نيوينغتون، كونيتيكت: الرابطة الأمريكية لهواة الراديو . ص 174. ISBN 978-0872-59743-3.
- ↑ سترو، ر. دين؛ وآخرون ، محررون. (2000). دليل الرابطة الأمريكية لهواة الراديو 2000 ( الطبعة 77). نيوينغتون، كونيتيكت: الرابطة الأمريكية لهواة الراديو (نُشر في يناير 1999). ص 193. ISBN 978-087259-183-7.
- كابلات الإشارة
- الهوائيات (الراديو)
- خطوط النقل
