4-х элементная система, запитанная по методу Коллинза

0 2075
0

Существующий метод активного питания с помощью кабельных линий задержки имеет один существенный недостаток. Все дело в том, что длина линии задержки в такой системе зависит от входного импеданса антенны в который входит и сопротивление потерь в системе радиалов. К примеру если при расчете длины линии задержки введено сопротивление потерь 2 Ом а у вас фактически получилось 10 Ом, то можно с уверенностью сказать, что такая расчитанная длина линии задержки в данном случае будет не верна и конечно же работать система не будет. Иными словами линия задержки работает под строго определенный входной импеданс антенны. Это следует учитывать.

Один из методов активного питания антенных систем был предложен Фредом Коллинзом W1FC в 80-х годах прошлого века. Этот метод свободен от вышеизложенного недостатка. Рассогласование в данном случае лишь выразится в слегка повышенном КСВ, но система работать будет хорошо. Этот метод основан на применении гибридного ответвителя. В принципе для радиолюбителей выпускаются такие ответвители изготовленные по методу Леволлена и по методу Коллинза. Стоимость их очень высока, поэтому есть смысл изготовить это самому. Первый отличается от второго тем, что в нем для сдвига фаз используются катушки индуктивности. Во втором используются катушки на ферритовых торах. Эти системы имеют свои достоинства и недостатки. Первый имеет достоинства:

  • Выше КПД, практически вся подведенная мощность уходит в антенну.
  • Недостаток:

  • Узкополосность системы, как правило не превышающая 100 кГц.
  • Необходимость экранировки катушек.
  •  

    Вторая имеет достоинства:

  • Широкополосность системы.
  • Простота изготовления.
  • Недостаток:

  • Пониженный КПД, который тем меньше, чем больше отличается рабочая частота от расчетной.
  • В чем это выражается? Если в узкополосной системе вы далеко перестроились от расчетной частоты то система начинает выдавать неправильные фазы и как результат ДН антенны резко становится хуже.

    Во втором случае, даже если вы ушли очень далеко от расчетной частоты ДН антенны сохраняется, но увеличиваются потери, которые рассеиваются на нагрузочном резисторе. Я считаю, что для станции важнее сохранить ДН даже ценой потери части мощности

     

    Это основные достоинства и недостатки систем, которые помогут вам выбрать нужную систему. К примеру, если вам нужна широкополосная система скажем для работы в полосе 3,5 – 3,8 Мс то лучше использовать вторую систему.

    Итак сердцем системы по методу Коллинза является гибридный ответвитель на ферритовых кольцах. Сразу оговорюсь, что для успешного изготовления потребуется LC измеритель.

    4-х элементная система, запитанная по методу Коллинза

    Ответвитель выдает  фазы  0 гр,  90 гр., и -90 гр. Сразу надо отметить, что эта система как и другие однодиапазонная. Схема достаточно простая и пояснений не требует. Требуются 2 кольца от Амидон Т200-2. Кольцо имеет диаметр 50 мм и легко работает до мощности 2 квт. Намотку кольца лучше всего делать скрученным(1 скр на 2 см) многожильными изолированными лучше разноцветными проводами диаметром 1,5-1,7 мм. Намотка на кольце располагается равномерно. Для того чтобы знать какое количество витков намотки надо провести несложные вычисления. Индуктивность каждой из обмоток кольца должна быть:

     

    L= Xo/6.28 f , где Хо – системный импеданс, обычно 50 Ом

    f – рабочая частота. Для частоты 7,05 Мс индуктивнсть будет 1,13 мкГ.

     

    Далее считаем конденсаторы.

    Хс1 = Хс2 = 2 х 50 = 100 Ом

     

    С1=С2= 1000000/6,28 х 7,05 х 100 = 226 пФ

    Вот и все расчеты.

    Теперь скрученным вдвое проводом наматываем на кольце Т1 примерно 10 витков. Зачищаем оба конца одной из обмоток и измеряем LC метром индуктивность намотки. Она должна быть 1,13 +/- 5%. Можно перемещать витки по кольцу и достигнув нужной индуктивности зафиксировать пластиковыми фиксаторами, которые применяют электрики. С обмоткой пока все закончено. Теперь измерим емкость между обмотками. Подключим LC метр к началам разных обмоток и к примеру измеренная емкость получиться 25 пФ. Теперь из вычисленной нами ранее емкости 226 Пф вычтем 25 Пф. Получается 201 Пф. Это значит, что в схему нам надо будет установить два конденсатора по 201 +/- 5% пФ.

    Второй трансформатор Т2 наматывается аналогично Т1 т.е. столько же витков скрученными проводами. Обратите внимание на фазировку обмоток. У Т1 начала обмоток слева по схеме а у Т2 начала обмоток сверху.

    Конденсаторы С1 и С2 должны быть мощные керамические с минимальным ТКЕ т.е. термостабильные  или же слюдяные на напряжение 1 кВ. Это могут быть параллельно соединенные конденсаторы, но точность емкости должна быть до 5%. От этого зависит фазовые углы и значит качество работы антенны.

    Собирается ответвитель в металлической коробке, защищенной от влаги, пыли и пр. Элементы монтируются на стеклотекстолите и соединяются либо печатным методом либо навесным методом. В первом случае следует учесть ширину дорожек печатного монтажа т.к. при мощностях 2 квт ожидается протекание весьма высоких ВЧ токов. Лично я делал это навесным монтажом на куске стеклопластика без фольги. В лубом случае, длина соединений должна быть минимально короткой и диаметр проводников должен быть 1,5 – 2 мм.

    После того, как Т1 будет установлен на плату из стеклоплатика и закреплен пластиковыми фиксаторами к плате рекомендую еще раз убедиться в том, что намотка имеет нужную индуктивность т.е. 1,13 мкГ. В случае необходимости нужно подвигать витки намотки на кольце. Кольца можно устанавливать как вертикально так и горизонтально на плате. Это не критично т.к. кольца не восприимчивы к внешним полям, компонентам и т.д.

    Реле должны быть мощные, желательно герметизированные и все на напряжение желательно 24 в, чтобы было меньше падения напряжения на линии управления реле. Каждое реле должно иметь по две группы контактов. К шунтирующим диодам нет особых требований.

    Все порты ответвителя должны быть пронумерованы в точности со схемой.

    Питается ответвитель кабелем 50 Ом любой длины.

    Схема блока управления проста и думаю, пояснений не требует. Переключатель направлений установлен в положение N-E т.е. все реле обесточены.

    К порту Load 50 OHM следует подключить нагрузку – резистор мощностью 1 квт, если вы будете работать мощностью 2 квт или более. Если же работа предполагается 500 -800 ватт, то достаточно будет и 100-150 Вт нагрузки. На резонансной частоте на нагрузке рассеивается порядка 15 Вт при работе более чем 1 квт.

    Я лично использовал MFJ-250X с маслом.

    В качестве разъема можно использовать любой разъем на 3 и более контакта. Особых требований здесь нет. Я использовал DB-9.

    Вот и все по ответвителю.

    Теперь перейдем непосредственно к самим антеннам. Это должны быть 4 вертикала высотой по 10,7 м каждый. Почему увеличенная высота? Это связано с тем, что будучи в системе вертикалы по 10,2 м окажутся настроенными на частоту примерно на 95 - 110 кГц выше расчетной. Для компенсации этого сдвига вверх и взята высота вертикалов по 10,7 м.

    Вертикалы устанавливаюся по углам квадрата со стороной 10,2 м. Каждый вертикал имеет строго свой номер, согласно рисунка. К каждому вертикалу следует подключить 1 - 8 радиалов по 10 м изолированным проводом. Радиалы следует располагать в секторе примерно 45 гр. по направлению от центра квадрата. Иными словами крайне нежелательно чтобы радиалы соседних вертикалов пересекались или шли параллельно друг-другу. Высота радиалов над землей может быть от 0,5 м.

    Сами вертикалы у меня были телескопическми от 27 мм внизу и до 12 мм вверху. Если используются другие диаметры труб, то высота вертикала может отличаться от 10,7 м. В любом случае, резонансная частота одиночного вертикала должна быть 6,96 Мс, тогда в системе резонансная частота будет 7,05 Мс.

    Теперь перейдем к фидерной системе. Каждый вертикал запитывается отрезком кабеля 75 Ом и длиной 0,25 волны. Поскольку ответвитель равноудален от всех вертикалов то надо брать кабель питания с Ку=0,76 минимум а лучше 0,82 или больше. В этом случае вам хватит длины 0,25 волны отрезка. Если нет кабеля с Ку=0,76 и выше то в этом случае надо брать 4 отрезка по 3/4 волны или 21,05 м для 7,05 Мс. Отрезки кабеля могут быть смотаны в бухты возле каждого вертикала. Очень рекомендую нанизать на конец каждого кабеля, который будет соединяться с вертикалом ферритовые кольца. Суммарное индуктивное сопротивление по оплетке может быть 1кОм, что соответсвует примерно 22 мкГ. Чтобы узнать сколько потребуется колец на кабель, надо лишь через пробный отрезок провода пропустить столько колец, чтобы получилась индуктивность примерно 22 мкГн. Затем все эти колечки надеть на кабель. Это делается для того, чтобы кабель не излучал оплеткой и не портил ДН антенны. Можно так же каждый кабель намотать на большое ферритовое кольцо, количество витков кабеля зависит от параметров кольца.

    Очень желательно кабель питания реле так же развязать подобным образом. ДН антенны выглядит вот так. Антенна максимально излучает по диагоналям квадрата. На рисунке показана ДН антенны в положении переключателя на N-W.






    В основном это и есть полное описание антенны.

    В заключении хочу сказать, что данная система на 7 Мс была опробована в экспедиции в Квебек 25 - 31 Декабря 2007 г. Пробы в эфире показали очень хорошую работу этой системы. Были опрошены VE3EJ, VE3YAA, CO2FC, а также ряд американских станций и станция из Украины. Все оценки были таковы – разница 4 балла или 24 дб. 

    Если нет возможности установить 4 вертикала, то можно установить два вертикала. В этом случае не нужен Т2 и нужно только одно реле для того, чтобы запитать один излучатель с фазой -90 а другой с фазой 0 гр. В этом варианте следует использовать 2 отрезка кабеля по 50 Ом и длиной 0,25 волны. Кабель может иметь Ку=0,66. Два порта ответвителя не используются.

    Хочу отметить, что данным ответвителем(вариант для 2 вертикалов) можно питать не только вертикалы, но и слоперы, диполи, рамки, подвешенные как вертикально так и горизонтально.

    Рисунки к тексту взяты с сайта TK5EP. Ну лень мне было рисовать схемы :-)

    Alex Barski
    VE3KF




    Источник | Опубликовал: RD3AVG


    и поделитесь с друзьями в соц сетях:


    Добавить комментарий

    Похожие новости