СОГЛАСОВАНИЕ АНТЕНН

0 3878
+1


 

В этой статье рассматривается редко используемый на практике метод согласования антенн с помощью настроенных линий передач. Линия передачи называется настроенной, если её электрическая  длина равна /4  (λ /4, 2λ /4, 3λ /4  и т. д.,  λ – длина волны). Несмотря  на наличие стоячих волн в такой линии её входное и выходное сопротивления являются чисто активными.

При длине линии kλ /2 (так называемый полуволновый повторитель)  входной импеданс антенны передаётся на выход фидера как 1 : 1. При длине линии равной нечётному числу четвертей волны (λ /4, 3λ /4, 5λ /4  и т. д.) высокоомный импеданс в начале линии становится низкоомным в её конце, и наоборот. Это так называемый четвертьволновый трансформатор. При этом  Zвх  = (Zтр)2 / Z вых. (Zтр – волновое сопротивление λ/4 отрезка, Z вх– сопротивление на входе этого отрезка, Zвых- сопротивление на его выходе).

Метод согласования антенн с помощью настроенных линий передачи может использоваться в тех случаях, когда не представляется возможным выполнить согласование непосредственно на входных зажимах антенны. Хотя в настроенной линии передачи, работающей в режиме стоячей волны, потери больше, чем в линии,  работающей в режиме бегущей волны (не настроенной), зато все работы по измерению и согласованию можно проводить на рабочем месте оператора с помощью различных приборов и различных согласующих устройств. Потери же в линии передачи можно компенсировать увеличением мощности передачи.

Для согласования однодиапазонных антенн, входное сопротивление которых   отличается   от волнового сопротивления фидера, часто между антенной и фидером включают четвертьволновый отрезок  кабеля (четвертьволновый трансформатор), с волновым сопротивлением, определяемым по формуле: Zтр = √ (Zвх ∙ Zвых).

Пример 1. Входное сопротивление антенны «Дельта», подвешенной на высоте  0,2 λ  -  около 110 Ом,  волновое сопротивление питающего фидера – 50 Ом. В этом случае для согласования потребуется четвертьволновый отрезок кабеля с волновым сопротивлением Zтр = √(110 x 50) = 74 Ом.

Иногда удаётся согласовать антенну двумя последовательно включёнными отрезками кабелей с разным волновым сопротивлением. Например, та же «Дельта», подвешенная ниже 0,2 λ может иметь входное сопротивление около 90 Ом. Длину двух согласующих отрезков кабелей с разным волновым сопротивлением для такого случая можно рассчитать с помощью программы MMANA(по пути: меню «СЕРВИС», всплывающее меню «Сервис и установки», закладка «СУ на линиях 1»). Рис.1 (нижняя половина закладки).

СОГЛАСОВАНИЕ АНТЕНН

В окне слева указывается волновое сопротивление питающего фидера -Ri(50 Ом), в крайнем правом окне -  входное сопротивление антенны - ZL (90 Ом) В средних окнах (Линия 1, Линия 2) нужно указать волновое сопротивление имеющихся в наличии  отрезков кабелей (в нашем случае 75 Ом и 50 Ом). Нажать кнопку «Настроить», программа выдаст вычисленную электрическую длину каждого отрезка (без учёта коэффициента укорочения). Верхнюю половину закладки «Согласование одним отрезком линии» можно использовать для случаев, рассмотренных в примере 1. Для многодиапазонной антенны такие варианты согласования не подойдут, а потребуются более сложные варианты согласования.

Пример 2. Антенна «GP» установлена на крыше пятиэтажки. Длина  излучателя и параллельных земле противовесов  по 5,1 м. Планируется согласовать эту антенну для работы на 14 МГц, 21 МГц и 28 МГц. Для  ввода фидера в окно квартиры на третьем этаже вполне достаточно, даже  с запасом,  около  20 метров. Подсчитаем необходимую длину настроенной линии передачи из кабеля РК – 75 с учётом коэффициента укорочения (Ку = 0,66). Получается, что 21 метр этого кабеля будет равен: 6 λ/4 (или 3 λ/2) - для 14.150 МГц; 9 λ/4 – для 21,200МГц, 12 λ/4 (или 6 λ/2) – для 28.300 МГц.

На 14 МГц и на 28 МГц такая линия передачи (полуволновый повторитель) будет трансформировать входной импеданс антенны на выход фидера без изменения (1:1). На 21 МГц эта линия передачи (четвертьволновый трансформатор) более высокоомный импеданс антенны будет трансформировать на выход фидера в более низкоомный импеданс.

Прибором для измерения импеданса измеряем импеданс на выходе фидера на всех трёх частотах в середине диапазонов. Получилось:

  • На 14.150 МГц Z = 37 + j4 (реактивность индуктивная)
  • На 21.200 МГц Z = 16 + j18 (реактивность индуктивная)
  • На 28.300 МГц Z = 66 – j69 (реактивность емкостная).

Теперь с помощью какого-либо подходящего согласующего устройства, включённого между передатчиком и фидером, можно согласовать эти комплексные сопротивления с 50-омным выходом передатчика. А можно для повышения оперативности, чтобы не крутить всякий раз ручки настройки СУ при переходе на другой диапазон, сделать согласующие цепи отдельно, переключаемые для каждого диапазона. Но в таком случае придётся смириться с некоторым повышением КСВ на краях  диапазонов. Рассчитать эти согласующие цепи можно легко и быстро также с помощью программы ММАNА (по пути: СЕРВИС – Сервис и установки – СУ на. Рис.2.)

 

СОГЛАСОВАНИЕ АНТЕНН

Здесь приведён результат расчёта согласующей LC цепи для частоты 28.300 МГц. Аналогично делается расчёт и для других частот. Расчёт для катушки индуктивностью L = 0,37 мкГн можно сделать в закладке «Индуктивность».

СОГЛАСОВАНИЕ АНТЕНН

 

Здесь заполняются окна, обозначенные галочками. Программа автоматом выдаёт число витков для катушки с выбранными параметрами. Так как при измерении импеданса  и при расчётах неизбежно  возникают погрешности, поэтому изготовленные согласующие цепи нуждаются в небольшой подстройке, что легко можно выполнить в помещении на рабочем столе оператора, где тепло, светло и мухи не кусают (ведь не на крыше).

Применяется и такой способ согласования, когда антенна и фидер представляют собой единое целое, отвечающее условиям резонанса, тогда фидер можно рассматривать как неизлучающее продолжение антенны. В линии длиной k λ/2 токи в проводах линии текут в противоположных направлениях, их поля взаимно уничтожаются, и такая линия (идеальная) не излучает. Если же концы такой линии развести в стороны, то разведённые концы линии превратятся в диполь.

СОГЛАСОВАНИЕ АНТЕНН

 

Теперь такой диполь станет излучать, т.е. будет антенной, которая очень хорошо согласована с линией передачи, а интенсивность излучения будет зависеть от длины разведённых концов (обычно от λ / 8 и более). Так как в этом случае линия запитывается в пучности напряжения, её входное сопротивление будет очень большим и потребуется согласующее устройство, обеспечивающее питание  линии в пучности напряжения. Такая антенна является гармониковой и может работать как многодиапазонная.

По такому принципу работает пятидиапазонная антенна, предложенная UA4PA[ 1 ]


 

СОГЛАСОВАНИЕ АНТЕНН

 

Резонансная длина (электрическая) этой антенны вместе с питающей линией выбрана равной 42,5 метра, что соответствует  λ/ 2 для 3.5 МГц, 2λ / 2 для 7 МГц, 4λ / 2 для 14МГц, 6λ/ 2 для 21МГц, 8 λ/ 2 для 28 МГц. Длина излучателя равна длине противовесов и может быть любой, лишь бы обеспечивалось достаточно эффективное излучение (λ / 8 и более). При этом физическая длина питающего фидера будет определяться выражением: L2 = (42,5 – L1) ∙ Ку. (Ку – коэффициент укорочения кабеля).

При таком питании антенны необходимо обеспечить в точке питания фидера пучность напряжения. Это обеспечивает СУ в виде параллельного колебательного контура LC(рис.5), который настраивается в резонанс конденсатором С и переключателем S1.1 на каждом диапазоне. Связь с передатчиком осуществляется через короткий отрезок кабеля от передатчика до СУ и часть витков катушки, подключаемой переключателем S1.2 . Антенна заземлена по постоянному току и грозобезопасна. При небольшом расстоянии от передатчика до антенны и для диапазонов 7 – 28 МГц резонансную длину системы можно уменьшить в 2 раза, а при большом расстоянии – увеличить.

Конструкция согласующего блока для этой антенны, рекомендации по его настройке и применении с другими типами антенн очень хорошо описаны в [2], [3], [4]. Если добавить ещё один переключатель (галету) к такому согласующему блоку, то его можно будет использовать с любыми антеннами с длиной питающего кабеля k λ /2 (полуволновый повторитель).


 

В. Костычев UN8CB, г. Петропавловск.


Литература:

1.О.Сафиуллин (UA4PA). Пятидиапазонная вертикальная антенна. Радио №9, 1969 г стр. 53.

2.О.Сафиуллин )UA4PA). Многодиапазонный вертикал. Радио-Дизайн № 22, стр.81.

3. В.Гладков (RW4HDK). «Мультибендер» из вертикала на 40 м. Радио-Дизайн № 17, стр.67.

4. В.Коротышкин (UA4QM) Компенсационный способ согласования антенн на КВ. Радио-Дизайн № 24, стр.71.

 

 



Источник | Опубликовал: RD3AVG


и поделитесь с друзьями в соц сетях:


Добавить комментарий

Похожие новости