Укороченный вертикал и бета-согласование

0 2237
0

Проблема настройки в резонанс и согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидера может быть решена различными схемными решениями. Здесь речь идёт об укороченном балконном вертикале (антенна-удочка) и бета-согласовании. Подразумевается, что в месте расположения антенны имеется заземление (металлическое ограждение балкона\крыши, металлическая крыша дома\гаража\ангара\сарая и т.п.). Это важно – без хорошего противовеса\заземления эта схема не работает. Конечно, принцип бета-согласования можно применить и к укороченным дипольным антеннам, тогда про заземление\противовес можно не беспокоиться.
     Часто бывает трудно или невозможно установить вертикал резонансных размеров (так, на 7 МГц это около 10,5 метров, а на 3,5 МГц – все 20 метров). Но выход есть даже для установки антенн этих диапазонов в городских условиях – в условиях балкона! Правда, желательно иметь верхний этаж, но это мечта… Дело в том, что на балконе верхнего этажа можно смело монтировать вертикал высотой 5…10 и более метров, нет проблем с соседями сверху. Для других этажей есть выход: ставить антенну не строго вертикально, а с наклоном от стены, горизонтально или с наклоном вниз.
     Итак, антенна-удочка установлена, вдоль неё проложен (снаружи или внутри – это дело вкуса) и закреплён провод, антенна надёжно закреплена. Но у нас укороченная (нерезонансная) антенна. Поэтому её нужно: 1. Настроить в резонанс и 2. Согласовать с волновым сопротивлением фидера. Чаще всего это коаксиальный кабель 50 Ом.
     Для начала рассмотрим эволюцию бета-согласования. Если взять заземлённый вертикал резонансной длины (то есть высота равна 0,25 длины волны с учётом коэффициента укорочения за счёт краевого эффекта), входное сопротивление на частоте резонанса будет распределяться по длине вертикала от нуля в точке заземления до максимума (несколько килоом) в верхней точке. Это видно на рисунке 1.
     Для настройки укороченной антенны в резонанс её нужно электрически удлиннить. Это достигается включением в полотно антенны удлинняющей катушки. Место включения катушки может быть разным – в верхнюю часть вертикала, в середину или в нижнюю часть. Чисто конструктивно удобно включать удлинняющую катушку в нижнюю часть вертикала, так как она будет доступна для настройки и не нужно будет несколько раз устанавливать и снимать антенну для манипуляций. Есть мнение о снижении эффективности такого места установки удлинняющей катушки, но расчёт говорит о незначительной разнице. Итак, мы установили удлинняющую катушку нужной индуктивности и добротности и, таким образом, настроили укороченную вертикальную антенну в резонанс. Входное сопротивление теперь чисто активное, характер его изменения по длине антенны представлен на рисунке 2. Нижняя часть графика выделена более тёмным цветом. Заметно, что характер изменения сопротивления вдоль удлинняющей катушки более резкий, чем у вертикала «нормальной» высоты. Оно и понятно: компактная катушка (длиной 10…20 см) заменяет несколько метров провода.
     Если теперь подключить фидер (коаксиальный кабель 50 Ом) в точку, где входное сопротивление антенны равно 50 Ом, то получим бета-согласование (рисунок 3). Конструктивно катушка согласующего устройства – одна, от части её витков сделан отвод для подключения центральной жилы кабеля. Так как антенна резонансная (входное сопротивление активно, то есть не содержит реактивной составляющей), согласована с волновым сопротивлением кабеля, то получается идеальный вариант – на центральной частоте резонанса КСВ=1,0.

     Усиление укороченной антенны меньше, чем у полноразмерной. Но даже при укорочении в 2…2,5 раза снижение усиления практически незаметно. Добротность удлинняющеё катушки должна быть достаточно высокой, но без фанатизма: серебрить и полировать провод катушки смысла нет, достаточно применить медный провод\шину\трубку диаметром 1,5…5 мм и каркас 50…100 мм, наматывать с расстоянием между витками равным диаметру провода.
 

Укороченный вертикал и бета-согласование

 

Расчёт параметров укороченного вертикала и бета-согласования проведём по методике, изложенной в «Укороченной антенне на диапазон 160 метров».
Пример:
     высота вертикала А 6,9 м
     резонансная частота f 7,1 МГц
     диаметр провода антенны d 4 мм
Результат вычисления:
     длина волны λ 42,25 м
     угол φ 58,829 градусов
     промежуточный параметр S 1725
     характеристическое сопротивление Z 455,56 Ом
     реактивное сопротивление Хс 275,58 Ом
     индуктивность катушки L 6,178 μH

     Для удлинняющей катушки индуктивностью 6,178 μH выбираем диаметр каркаса 50 мм, провод для намотки 2,5 мм, шаг намотки 5 мм. Программа расчёта Coil32 v6.2 выдаёт результат: 14,7 витка.
Наматываем на каркасе (сантехническая пластмассовая труба Ø50 мм) витки с запасом (лишнее потом откусить легче, чем доматывать недостающее).
     Расчёт параметров в MMANA-GAL (файл прилагается) выдал результат:
  индуктивность нижней части катушки (от «земли» до отвода) 0,669 μH
  индуктивность верхней части катушки (от отвода до вертикала) 5,085 μH
  общая индуктивность катушки СУ 5,754 μH
     Разница в результатах (6,178 и 5,754 μH) есть, но не фатальная. Главное - не удачное совпадение расчётов по разным методикам, а настройка по месту!
    Расчёты – ориентир, настройка –необходимость!
Если «ловить блох», то:
- методика расчёта в «Укороченной антенне на диапазон 160 метров» считает скорость света 300 тыс.км/сек, MMANA-GAL считает скорость света 299,7904 тыс.км/сек;
- посчитать в MMANA-GAL можно немного по-разному, но правильно;
- от точности ручного ввода числа π результат также немного меняется;
-программы рассчёта индуктивностей 32 Coil32 v6.2 и 32 Coil32 v7.2 выдают чуть-чуть разное количество витков для одинаковой индуктивности, добротность Q вообще отличается в разы …

     Настройка антенны заключается в подборе на катушке двух точек для подключения вертикального провода и отвода на кабель. Стремимся получить КСВ=1,0. Для этого используем два «крокодильчика», переставляя их по виткам контролируем КСВ. При необходимости слегка раздвигаем или сжимаем витки катушки. По окончании настройки обеспечиваем постоянные контакты и их защиту от внешних воздействий.
     Двух-трёх-диапазонный укороченный балконный вертикал с бета-согласованием вполне реален. Нужно лишь переключать (галетный переключатель) катушку СУ в двух точках: на вертикальный провод и отвод на кабель.
     Сложнее с диапазонами, где вертикал не является укороченным: бета-согласование не работает. Нужно применять другую схему СУ.

Коаксиальная вертикальная антенна


     Схема коаксиальной антенны показана на рисунке. Первоначально антенна была смоделирована, позднее замерена антенным анализатором. Выводы такие:
- коаксиальная антенна позволяет получить настройку в резонанс при меньших (по сравнению с однопроводной антенной) линейными размерами (примерно в 1,6 раза). То есть полноразмерная 0,25λ вертикальная коаксиальная антенна на 7,1 МГц будет высотой около 6,2 м. Усиление в модели примерно равно усилению однопроводной антенны.
- если сравнивать коаксиальную антенну и равную по высоте однопроводную антенну, то коаксиальная антенна более широкополосная (примерно в 1,5 раза).
     Используя эти преимущества (либо меньшие размеры, либо большую широкополосность, либо то и другое по чуть-чуть) можно конструировать коаксиальные антенны, полноразмерные или укороченные. Платой за преимущества является применение коаксиального кабеля в качестве полотна антенны – не такая уж и большая плата!
     И в модели, и в реальных измерениях виден второй резонанс антенны. Частота его не кратна двум, как его применить для двухдиапазонной антенны – пока не знаю. Так что коаксиальная вертикальная антенна – однодиапазонная (пока?). Многодиапазонность (широкополосность) обеспечивается переключением витков СУ у основания антенны.

 

Укороченный вертикал и бета-согласование

 

 

RA9SVY

 

 



Источник | Опубликовал: RD3AVG


и поделитесь с друзьями в соц сетях:


Добавить комментарий

Похожие новости