Узгоджувальні пристрої: призначення і принцип побудови
В аматорській практиці не так часто можна зустріти антени, в яких вхідний опір є рівним хвильовому опору
Содержание
Як це зробити?
Щоб реалізувати цю досить складну задачу, потрібно використовувати узгоджувальні пристрої в двох основних місцях - це точка з`єднання антени з фідером, а також точка, де фідер з`єднується з виходом передавача. Найбільш широке поширення сьогодні отримали спеціалізовані трансформують пристрої, починаючи від коливальних резонансних контурів і закінчуючи коаксіальними трансформаторами, виконаними у вигляді окремих відрізків коаксіальногокабелю потрібної довжини. Всі ці узгоджувальні пристрої використовуються для узгодження опорів, що дозволяє в кінцевому підсумку мінімізувати загальні втрати в лінії передач і, що більш важливо, знизити позасмугових випромінювання.
Опір і його особливості
У переважній більшості випадків вихідний опір стандартно в сучасних широкосмугових передавачах становить 500 м. При цьому варто відзначити, що багато коаксіальні кабелю, що використовуються в якості фідера, також відрізняються стандартною величиною хвильового опору на рівні 50 або 750 м. Якщо ж розглядати антени, для яких можуть використовуватися узгоджувальні пристрої, то в залежності від конструкції і типу в них вхідний опір має досить широкий діапазон величин, починаючи від декількох Ом і закінчуючи сотнями і навіть великою кількістю.
Відомо, що в одноелементні антенах вхідний опір на резонансній частоті є практично активним, при цьому чим більше частота передавача буде відрізнятися від резонансної в ті чи інші сторони, тим більше з`явиться реактивної складової індуктивного або ж ємнісного характеру у вхідному опорі самого пристрою. У той же час багатоелементні антени мають вхідний опір на резонансній частоті, що має комплексний характер за рахунок того, що в процес освіти реактивної складової свій внесок вносять різні пасивні елементи.
Якщо вхідний опір відноситься до активних, його можна узгодити з опором, використовуючи спеціалізоване пристрій, що для антени. При цьому варто відзначити, що втрати тут є практично незначними. Однак відразу після того, як у вхідному опорі почне утворюватися реактивна складова, процедура узгодження буде все більш складною, і потрібно буде використовувати всі більш і більш складне погоджують пристрій для антени, можливості якого дозволять забезпечити компенсацію небажаної реактивності, і розташовуватися воно повинно безпосередньо в точці живлення. Якщо реактивність НЕ буде компенсуватися, це негативно позначиться на КСВ в фідері, а також істотно збільшить загальні втрати.
Чи потрібно це робити?
Спроба повноцінної компенсації реактивності в нижньому кінці фідера є безуспішною, оскільки обмежується характеристиками самого пристрою. Будь-які перебудови частоти передавача в межах вузьких ділянок аматорських діапазонів в кінцевому підсумку не приведуть до появи значної реактивної складової, внаслідок чого часто не виникає потреби в її компенсації. Також варто відзначити, що правильний проект багатоелементних антен також не передбачає великий реактивної складової наявного вхідного опору, що не вимагає її компенсації.
В ефірі можна досить часто зустріти різні суперечки про те, яку роль і призначення має пристрій, що для антени ( «довгий провід» або іншого типу) в процесі узгодження з нею передавача. Деякі покладають на нього чималі надії, в той час як інші просто вважають звичайної іграшкою. Саме тому потрібно правильно розуміти, чим же дійсно може на практиці допомогти антенний тюнер, а де його використання буде зайвим.
Що це таке?
В першу чергу, потрібно правильно розуміти, що тюнер являє собою високочастотний трансформатор опорів, за допомогою якого при необхідності можна буде забезпечити компенсацію реактивності індуктивного або ж ємнісного характеру. Можна розглянути гранично простий приклад:
Розрізний вібратор, який на резонансній частоті має активну вхідний опір на рівні 700 м, і при цьому в ньому використовується коаксіальний кабель з передавачем, який має вхідний опір близько 500 м. Тюнери встановлюються на виході передавача, і в цій ситуації будуть являти собою для будь або антени (включаючи «довгий кабель») погоджують пристрої між передавачем і фідером, без жодних складнощів справляючись зі своїм основним завданням.
Якщо в подальшому провести перебудову передавача на частоту, яка відрізняється від резонансної частоти антени, то в такому випадку у вхідному опорі пристрою може з`явитися реактивність, яка згодом практично моментально почне проявлятися і на нижньому кінці фідера. При цьому згода пристрій «Р» будь-якої серії також зможе її компенсувати, і передавач знову отримає узгодженість з фідером.
Що буде на виході, де фідер з`єднується з антеною?
Якщо ви використовуєте тюнер виключно на виході передавача, то в такому випадку не вийде забезпечити повноцінну компенсацію, і в пристрої почнуть виникати різні втрати, так як буде присутній не до кінця точне узгодження. У такій ситуації потрібно буде використовувати ще один, що підключається між антеною та фідером, що дозволить повністю виправити становище і забезпечити компенсацію реактивності. В даному прикладі фідер виступає в якості узгодженої лінії передачі, що має довільну довжину.
Ще один приклад
Рамкова антена, у якій активну вхідний опір має значення близько 1100 м, потрібно узгодити з лінією передачі на 50 Ом. Вихід передавача в даному випадку має значення 500 м.
Тут потрібно буде використовувати пристрій, що для трансивера або антени, яке буде встановлюватися в точці, де фідер підключається до антени. У переважній більшості випадків багато любителів воліють використовувати ВЧ трансформатори різних типів, оснащені феритовими сердечниками, але насправді зручнішим рішенням буде виготовлення четвертьволнового коаксіального трансформатора, який можна зробити з стандартного 75-омного кабелю.
Як це реалізувати?
Довжина використовуваного відрізка кабелю повинна розраховуватися за формулою А / 4 * 0.66, де А являє собою довжину хвилі, а 0.66 є коефіцієнтом укорочення, що використовується для переважної більшості сучасних коаксіальних кабелів. Узгоджувальні пристрої КВ антен в даному випадку будуть підключатися між 50-омним фідером і входом антени, і якщо їх згорнути в бухту діаметром від 15 до 20 см, то в такому випадку він буде також виступати в якості сімметрірующего пристрою. Фідер буде повністю автоматично узгоджуватися з передавачем, а також при рівності їх опорів, причому в такій ситуації можна буде повністю відмовитися від послуг стандартного антенного тюнера.
Інший варіант
Для такого прикладу можна розглянути ще один оптимальний спосіб узгодження - за допомогою кратного половині хвилі або ж півхвильового коаксіальногокабелю в принципі з будь-яким хвильовим опором. Його включають між тюнером, розташованим біля передавача, і антеною. В даному випадку вхідний опір антени, має значення на рівні 110 Ом, переноситься на нижній кінець кабелю, після чого, використовуючи антенне пристрій, що погодить, трансформується в опір 500 м. В даному випадку передбачається повне узгодження передавача з антеною, а фідер використовується в якості повторювача .
У більш важких ситуаціях, коли вхідний опір антени є невідповідним хвильовому опору фідера, яке, в свою чергу, не відповідає вихідному опору передавача, потрібні узгоджувальні пристрої КВ антен в кількості двох штук. В даному випадку одне використовується вгорі, щоб домогтися узгодження фідера з антеною, в той час як інша зобов`язується привести фідера з передавачем внизу. При цьому немає ніякої можливості зробити якесь пристрій, що своїми руками, яке можна буде використовувати одне для узгодження всьому ланцюгу.
Виникнення реактивності зробить ситуацію ще більш складною. В даному випадку узгоджувальні пристрої КВ діапазонів дозволять істотно поліпшити узгодження передавача з фідером, забезпечивши таким чином значне полегшення роботи кінцевого каскаду, але більшого від них чекати не варто. Через те, що фідер буде неузгоджені з антеною, з`являться втрати, тому ефективність роботи самого пристрою буде заниженою. Активоване КСВ-метр, встановлений між тюнером і передавачем, забезпечить фіксацію КСВ = 1, а між фідером і тюнером такого ефекту не вийде добитися, так як присутня неузгодженість.
висновок
Користь тюнера полягає в тому, що він дозволяє підтримувати оптимальний режим передавача в процесі роботи на неузгоджену навантаження. Але при цьому не може забезпечуватися поліпшення ефективності роботи будь-якої антени (включаючи «довгий провід») - погоджує пристрою безсилі, якщо вона неузгоджені з фідером.
П-контур, який використовується в вихідному каскаді передавача, також може застосовуватися в якості антенного тюнера, але тільки в тому випадку, якщо буде присутній оперативну зміну індуктивності і кожної ємності. У переважній більшості випадків як ручні, так і автоматичні тюнери представляють собою резонансні контурні перебудовувані пристрою незалежно від того, збираються вони фабрично або хтось вирішив зробити пристрій, що для антени своїми руками. У ручних присутній два або три регулюючих елемента, а самі вони не оперативні в роботі, в той час як автоматичні є дорогими, а для роботи при серйозних потужностях їх вартість може бути вкрай високою.
Широкосмугове пристрій, що погодить
Такий тюнер задовольняє переважній більшості варіацій, при яких потрібно забезпечити узгодження антени з передавачем. Таке обладнання є досить ефективним в процесі роботи з антенами, що використовуються на гармоніках, якщо фідер є полуволновой повторювач. У такій ситуації вхідний опір антени відрізняється на різних діапазонах, але при цьому тюнер дозволяє забезпечити легку узгодженість з передавачем. Пропонований пристрій може легко функціонувати при потужностях передавача до 1.5 кВт в частотній смузі від 1.5 до 30 МГц. Такий пристрій можна зробити навіть своїми руками.
Основними елементами тюнера виступає ВЧ автотрансформатор на феритових кільцях від відхиляє телевізор УНТ-35, а також перемикач, розрахований на 17 положень. Передбачається можливість використання конусних кілець від моделей УНТ-47/59 або будь-яких інших. В обмотці присутній 12 витків, які намотуються в два дроти, при цьому початок однієї об`єднується з кінцем другий. На схемі і в таблиці нумерація витків наскрізна, в той час як сам провід багатожильний і ув`язнений в фторопластову ізоляцію. За ізоляції діаметр проводу становить 2.5 мм, передбачаючи відводи від кожного витка, починаючи з восьмого, якщо вести рахунок від заземленого кінця.
Автотрансформатор встановлюється гранично близько до перемикача, при цьому з`єднувальні провідники між ними повинні мати мінімальну довжину. Передбачається можливість використання перемикача на 11 положень, якщо буде збережена конструкція трансформатора з не такою великою кількістю відводів, наприклад, з 10 по 20 виток, але в такій ситуації відбудеться зменшення і інтервалу трансформації опорів.
Знаючи точне значення вхідного опору антени, можна використовувати такий трансформатор для того, щоб узгодити антену з фідером 50 або 750 м, використовуючи тільки найнеобхідніші відводи. У такій ситуації його розміщують в спеціальну влагонепроницаемую коробку, після чого заливають парафіном і ставлять в безпосередньо в точці харчування антени. Саме по собі пристрій, що може виконуватися як самостійна конструкції або ж включатися до складу спеціального антенно-комутаційного блоку який-небудь радіостанції.
Для наочності мітка, встановлена на ручці перемикача, показує величину опору, яке відповідає цим положенням. Щоб забезпечити повноцінну компенсацію реактивної індуктивної складової, передбачається можливість подальшого підключення змінного конденсатора.
У наведеній таблиці чітко вказується, яким чином опір залежить від кількості зроблених вами витків. В даному випадку твір розрахунків здійснювалося, грунтуючись на співвідношенні опорів, яке знаходиться в квадратичної залежності від загальної кількості зроблених витків.
