Антенна с симметричной линией питания

Желание работать в эфире на всех радиолюбительских диапазонах (включая WARC) без помех телевидению после ряда экспериментов с антеннами с коаксиальным кабелем привело к описанному ниже устройству. Огромное спасибо Володе Жукову (RW3RV), который помог разобраться в данной конструкции. За основу было взято описание из журнала "Радиолюбитель" 8/94 (стр.44) и показано как можно конструктивно выполнить конструкцию.

 Современные антенные тюнеры, хорошо зарекомендовавшие себя в работе с однопроводными и коаксиальными линиями передачи, имеют ряд недостатков при использовании с симметричным фидером.

 На выходе тюнера для этих целей обычно используют широкополосный симметрирующий трансформатор с коэффициен­том трансформации 1:4, выполненный па ферритовом кольце.

 Иногда такой трансформатор выполняют па диэлектрической трубке. В этом случае он является узкополосным устройством и имеет коэффициент перекрытия 1:5, так что в диапазоне частот 1,8 —30 МГц изготавливают три трансформатора с различными данными в зависимости от рабочей частоты.     

С помощью симметрирующего трансформатора невозможно достичь точного согласования между антенной системой и пе­редающим устройством, т.к. он имеет фиксированный коэффи­циент трансформации и может быть использован с очень ограни­ченным количеством антенн, у которых входное сопротивление всегда постоянно на любом из любительских диапазонов, на­пример, входное сопротивление антенны "FOLDED DIPOLE" на 80,40,20, 15 и 10-метровом диа­пазонах составляет 300 Ом.

Однако подавляющее боль­шинство антенн, запитанных  двухпроводной линией передачи, в многодиапазонном варианте не имеет постоянного входного сопротивления при переходе с диапазона на диапазон. Входное со­противление антенны различно и на ВЧ диапазонах может дости­гать нескольких килоом.

Это — антенны типа Dipole c общей длиной излучающей части 0,5 длины волны 80-метрового диапазона, Delta Loop с периметром, равным одной длине волны 80-метрового диапазона, V-Вeam со стороной плеча, равной одной длине  волны 80-метрового диапазона, 1/4 длины волны Ground Plane 40-метрового диапазона. Эти антенны можно использо­вать как многодиапазонные от 3,5 до 30 МГц с применением симметричного фидера и антенного согласующего устройства.

При использовании известных Т-образных схем антенных тюнеров с симметрирующим трансформатором на выходе, антенны, запитанные симметричным фидером, будут работать неэффективно. Хотя симметрирование будет произведено, тем не менее, будет иметь место высокий уровень потерь за счет рассогласования между таким трансформатором и симметричным фидером. При увеличении мощности возможно насыщение ферромагнитного материала симметрирующего трансформатора, что перейдет в  проблему TVI и RFI. Температура такого трансформатора достигает высокого уровня даже если выполнить его предварительно сложив несколько колец вместе.

Нагрев трансформатора, помехи телевидению, телефонами звукозаписывающей аппаратуре, высокие потери ВЧ энергии происходят не из-за увеличения мощности передающего устройства, а в связи с большим рассогласованием между трансформатором и линией передачи вышеупомянутых антенн. В линии присутствует большая реактивная составляющая, и чтобы произвести точное согласование между источником и нагрузкой (передатчиком и антенной системой), устранить реактивную составляющую, желательно применить такую схему согласующего устройства, которая не содержит симметрирующего трансформатора любого типа.

Предлагаемая схема антенного тюнера (рис. 1) полностью устраняет недостатки гак называемых Т-образных SPC последовательно — параллельное соединение конденсаторов) и других coгласующих устройств при работе их с симметричными (двухпроводными) линиями передачи, так как здесь уже в самой схеме заложен симметричный выход. Также возможна работа с однопроводной или коаксиальной линией передачи. Диапазон устройства —3.5 ~ 30 МГц.  

Точное согласование достигается с помощью регулирующих элементов антенного тюнера по минимуму показаний прибора КСВ метра в положении "отраженная волна", установленного на входе устройства. При использовании данной конструкции следует отметить значительное улучшение реальной избирательности приемного устройства, так как связь приемника с антенной индуктивная, а не емкостная.

По этой же причине показатель дополнительной фильтрации гармоник передатчика здесь тоже выше, что является положительным фактором. Детали тюнера:

(С1—200 пф (обычно от старого вещательного лампового приёмника)

С2 — по 100 пФ каждая секция. Обычный двухсекционный конденсатор с зазором между пластинами не менее 1,5 — 2 мм при 200 Вт полезной мощности, не менее 3,2 мм для мощности 1 кВт (расчетное значение).

Катушки L1, L2, L3A и L3B бескаркасные, выполненные го­лым медным проводом диаметром 1,6 мм. Диаметр оправки — 63 мм, расстояние между витками — 1,6 мм. Провод, соединяющий катушки L3A и L3B, проходят внутри катушек связи L1 в L2. L3A - 28 витков, L3B - 28 витков, L1 - 5 витков L2 - 5 витков. Суммарное количество витков - 66. Конструктивно это выглядит так. Берется кусок стеклотекстолита, просверливаются отверстия друг против друга в соответствии с диаметром провода и самих катушек, затем провод катушки вкручивается в отверстия. Легче выполнить эту процедуру намотав единую катушку, а затем разделив её на 4 части в соответствии со схемой. С помощью ВЧ переключателя S1 в диапазоне 80 и 40 метров катушки связи L1 и L2 включаются последовательно, а в диапазоне 20,15 и 10 метров — параллельно.

Переключатель ВЧ — типа S2A, S2B — 2 галеты на одной оси. Для любителей QRO — это галетный переключатель керамического типа или несколько ВЧ реле, предназначенных работать в цепях с соответствующей колебательной мощностью. Следует отметить в данном случае существенную нагрузку на элементы выходкой части антенного тюнера. Отводы от L3A и L3B по диапазонам, считая от края катушек, соответственно:          

3,5 МГц — от 28 витка,

7 МГц —  от 16 витка,

14 МГц — от 5 витка,

21 МГц — от 3витка,

28 МГц— от 2 витка.

Возможно, придется незначительно изменить отводы от L3A и L3B в случае отсутствия КСВ=1 на участке передатчик — антенный тюнер при использовании конкретного типа антенны.

Двухпроводную линию передачи подключают к выходам антенного тюнера Х-1 и Х-2. Отводы С и D от катушек L3A и L3B конструктивно представляют медные зажимы типа "крокодил". Работающим QRO лучше использовать штыревую систему отводов С и D. Для этого заднюю стенку антенного тюнера изготавливают из диэлектрика, катушки располагают в непосредственной близости от нее, устанавливают определенное количество гнезд для подключения Симметричного фидера, соединяют гнезда с витками кату­шек L3A и L3B.

Порядок настройки устройства.

Если в выходном каскаде трансивера используется П-контур с двумя регулирующими элементами (переменные конденса­торы анодный и связи с антенной), выходной каскад нагружают на эквивалент антенны 50 Ом и производят настройку по максимуму ВЧ напряжения на нем. Предварительно следует убедиться, что номинальное выходное сопротивление П-контура действительно равно 50 Ом. Затем ВЧ сигнал подают на вход антенного тюнера. Переменные емкости антенного тюнера С1 и С2 устанавливают в максимальное положение. Подбирая отводы С и D от катушек L3A и L3B, изменяя емкости С1, С2, производят настройку устройства по минимуму показаний КСВ- метра.

Первоначально подбор отводов С и D начинают ближе к катушкам связи L1 и L3 Однако наилучшее положение настройки будет все же тогда, когда отводы С и D будут находиться па одинаково большом удалении от катушек связи L1 и L2. После получения КСВ-1 увеличивают мощность, например, включают усилитель и, при необходимости, производят дополнительную подстройку с помощью переменных емкостей С1 иС2.

При работе на однопроводную линию передачи используют выход антенного тюнера X-2, а выход Х-1 заземляют.

Отвод С должен быть установлен в среднее положение катушки  L3A на данном диапазоне. Настройка производится подбором отвода D от катушки L3B и изменением емкостей С1 и С2 на данном диапазоне до получения КСВ-1. При работе на коаксиальную линию передачи ее подключают к выходу Х-3 антенного тюнера. Выход Х-2 заземляют, а отвод D  от катушки L3B устанавливают в центре на данном диапазоне. Настройку производят изменяя емкости С1, С2 и подбирая отвод Е от катушки L3B, начиная вблизи катушки связи L2, до получения КСВ=1.         

При изменении рабочей частоты на 80 — 100 кГц возможно потребуется незначительная подстройка антенного тюнера с помощью переменных емкостей С1 и С2.

Несмотря на то, что на первый взгляд данная схема имеет не совсем удобную коммутацию после практических работ время, затраченное на настройку устройства на конкретном диапазоне, сведено к минимуму. Кроме того, подобные схемы согласующих устройств по многим показателям превосходят Т-образмые и другие тюнеры. Такие принципы согласования передатчика (приемника) с антенной системой использовались радиолюбителями старшего поколения в 50-60-х годах, а также широко используются в профессиональной радиосвязи в настоящее время.

Антенна и симметричная линия питания.

Линия передачи типа КАТВ, "Лапша" или самодельная открытая линия должна быть расположена относительно земли на расстоянии не менее 3d, где d- расстояние между проводниками линии. Распорки можно выполнить из оргстекла, проваренного в парафине дерева. Можно применять провод в пластиковой изоляции. На рисунке показан вариант выполнения линии с изолятором на трении. При построении линии можно пользоваться приведённой ниже таблицей:

Источники информации:

Радиолюбитель 8/94 (стр.44)

СМР http://radio3r.narod.ru/