Impedanţa caracteristică (antene)

Dacă analizăm o linie din două conductoare (fig. 25), putem admite că fiecare porţiune (de lungime arbitrară, cuprinsă între două linii punctate) prezintă între cele două conductoare o anumită capacitate C, şi pentru fiecare din conductoare o anumită inductanţă L/2 şi, respectiv, L pentru cele două conductoare.

Să presupunem această capacitate C încărcată la o tensiune V. Energia astfel înmagazinată va fi egală cu CV²/2. Dacă vom descarcă această capacitate C în inductanţa L, energia se va regăsi sub formă magnetică şi egală cu Ll²/2, pentru a relua apoi forma electrostatică în reîncărcarea capacităţii C.

Lasînd la o parte pierderile, putem egala cele două expresii ale aceleiaşi energii CV²/2 = LI²/2, de unde V/l = L/C.

Or, raportul V/I, respectiv tensiune/intensitate, ne face imediat să ne gîndim la expresia rezistenţei din legea lui Ohm.

Cum însă avem de-a face cu curent alternativ, în loc de rezistenţă vom vorbi de impedanţă, şi remarcăm că dacă vom considera o porţiune mai mare de lungime, dublă, triplă sau de n ori mar mare, cele doua valori L şi C vor fi simultan duble, triple sau de n ori mai mari. Ca urmare, valoarea termenului L/C nu se schimbă, chiar dacă linia devine de lungime infinită.

Termenul L/C reprezintă o caracteristică proprie a liniei, independentă de lungimea ei, dar definită prin valoarea lui L şi C, care sînt la rîndul lor determinate de caracteristicile fizice ale liniei (în care diametrul conductoarelor, distanţa dintre acestea., natura izolamentului dintre ele ramîn neschimbate pe toata lungimea ei) şi poartă denumirea de impedanţă caracteristică, notată cu Z0 = L/C.

Reprezentarea, în fig. 25, a unei linii formate din porţiuni, face să ne gîndim la filtrele electrice, la care impedanţa caracteristică este numită „impedanţă de repetiţie”.

Daca prima porţiune de impedanţă caracteristică Z0 este închisă la intrare cu o impedanţă egală cu a sa, se va găsi în aceleaşi condiţii ca şi următoarele porţiuni, şi totul se va petrece ca şi cum aceste porţiuni nu ar exista.

În cazul unei linii ideale, lipsită de pierderi, rezultă că aceste porţiuni nu consumă şi, deci, în aparenţă nu există. Ajungem prin urmare la constatarea că în impedanţa caracteristică nu se disipă energie. Din contră, impedanţa exprimă rezistenţa prezentată la trecerea unui curent alternativ printr-un circuit cuprinzînd o rezistenţă şi o rezultantă reactivă (de natură inductivă şi capacitivă).

În această rezistenţă, opusă trecerii curentului alternativ, se va disipa o anumită putere (exact ca într-o frînare mecanică, unde puterea se transformă în căldură).

Trebuie deci să nu confundăm impedanţa caracteristică a liniei cu impedanţa circuitului de utilizare. În plus, să reţinem că impedanţa caracteristică a liniei nu este măsurabilă direct şi poate fi determinată dintr-un calcul, bazat pe una din proprietăţile liniei în sfert de lungime de undă.

În cazul liniilor unde cele două conductoare sînt separate numai prin aer, impedanţa caracteristică este calculabilă prin una din formulele următoare:

1. Pentru liniile cu două conductoare paralele, cu diametrul d„ distanţa dintre cele două axe ale conductoarelor fiind D :

2. Pentru liniile coaxiale, unde d este diametrul conductorului axial şi D diametrul interior al tubului conductor exterior (cămaşa cablului coaxial)

Abacele din fig. 26 şi 27 dau direct impedanţa caracteristică a liniilor din conductoare separate prin aer, în realizările practice.