Узгоджувальні пристрої: призначення і принцип побудови

В аматорській практиці не так часто можна зустріти антени, у яких вхідний опір є рівним хвильовому опору фідера, а також вихідного опору передавача. У переважній більшості випадків виявити така відповідність не вдається, тому потрібно використовувати спеціалізовані узгоджувальні пристрої. Антена, фідер, а також вихід передавача входять у єдину систему, в якій енергія передається без яких-небудь втрат.

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 розповсюдження сьогодні отримали спеціалізовані трансформуючі пристрої, починаючи від коливальних резонансних контурів і закінчуючи коаксіальними трансформаторами, виконаними у вигляді окремих відрізків коаксіального кабелю 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 внеполосние 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 кабелі, що використовуються в як 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 одноелементних 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 ємнісного характеру у вхідному опорі самого пристрою. У той же час багатоелементні антени мають вхідний опір на резонансній частоті, 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 згода пристрій для антени. При цьому варто зазначити, що втрати тут є практично незначними. Проте відразу після того, як у вхідному опір почне утворюватися реактивна складова, процедура узгодження буде все більш складною, і потрібно буде використовувати все більш і більш складне погоджують пристрій для антени, можливості якого дозволять забезпечити компенсацію небажаної реактивності, і воно повинно розташовуватися 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 у 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 призведуть 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 згода пристрій для антени («довгий дріт або іншого типу) в процесі узгодження з нею передавача. Деякі покладають на нього досить великі надії, час як інші просто вважають звичайною 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 ємнісного характеру. Можна розглянути простий приклад: Розрізної вібратор, який на резонансній частоті має активний вхідний опір на рівні 700 м, і при цьому в ньому використовується коаксіальний кабель з передавачем, що має вхідний опір близько 500 м. Тюнери встановлюються на виході передавача, і в цій ситуації будуть представляти собою для антени (включаючи «довгий кабель») узгоджувальні пристрої між передавачем і фідером, без всяких 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 вмить почне проявлятися і на нижньому кінці фідера. При цьому згода пристрій «Р» будь 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 вхідна 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 згода пристрій для трансивера або антени, яке буде встановлюватися в точці, де фідер підключається до антени. У переважній більшості випадків багато любителі воліють використовувати ВЧ трансформатори різних типів, оснащені феритовою серцевиною, але насправді більше зручним 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*066 де А являє собою довжину хвилі, а 066 є коефіцієнт укорочення, що використовується для переважної більшості сучасних коаксіальних кабелів. Узгоджувальні пристрої КВ антен в даному випадку будуть підключатися між 50-омних 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 симетрувального пристрою. Фідер буде повністю автоматично узгоджуватися з передавачем, а також при рівності їх опорів, причому в такій ситуації можна 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 полуволнового коаксіального кабелю в принципі з будь-яким хвильовим опором. Його вмикають між тюнером, розташованим біля передавача, і антеною. В даному випадку вхідний опір антени, що має значення на рівні 110 Ом, переноситься на нижній кінець кабелю, після чого, використовуючи антенне згода пристрій, 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 вихідного опору передавача, потрібні узгоджувальні пристрої КВ антен в кількості двох штук. В даному випадку використовується одне вгорі, щоб домогтися узгодження фідера з антеною, час як інша забезпечує узгодження фідера з передавачем внизу. При цьому немає ніякої можливості зробити яку-небудь згода пристрій своїми руками, яку можна буде використовувати для узгодження всій ланцюга. 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. З-за того, що фідер буде рассогласованного з антеною, з'являться втрати, тому ефективність роботи самого пристрою буде заниженою. Активоване КСВ-метр, встановлений між тюнером і передавачем, забезпечить фіксацію КСХ=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 антени (включаючи «довгий провід») – згода пристрою безсилі, якщо вона рассогласована з фідером. П-контур, який використовується у вихідному каскаді передавача, також може застосовуватися в якості антенного тюнера, але тільки в тому випадку, якщо буде присутній оперативне зміна індуктивності і кожної ємності. У переважній більшості випадків як ручні, так і автоматичні тюнери являють собою резонансні контурні перебудовувані пристрої незалежно від того, чи збираються вони фабрично чи хтось вирішив зробити згода пристрій для антени своїми руками. У ручних є два або три регулюють 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 згода пристрій

Такий тюнер задовольняє переважній більшості варіацій, при яких потрібно забезпечити узгодження антени з передавачем. Таке обладнання є досить ефективним в процесі роботи з антенами, які використовуються на гармоніках, якщо фідер являє собою півхвильовий повторювач. У такій ситуації вхідний опір антени відрізняється на різних діапазонах, але при цьому тюнер дозволяє забезпечити легку узгодженість з передавачем. Пропоноване пристрій може без праці функціонувати при потужності 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 феритовому кільці від відхиляючої системи телевізор УНТ-35 а також перемикач, розрахований на 17 положень. Передбачається можливість використання конусних кілець від моделей УНТ-47/59 або яких-небудь інших. В обмотці присутній 12 витків, які намотуються в два дроти, при цьому початок однієї поєднується з кінцем другий. На схемі і в таблиці нумерація витків наскрізна, у той час як сам провід багатожильний і поміщений в фторопластову ізоляцію. По ізоляції діаметр дроту складає 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 відведень, наприклад, з 10 по 20 виток, але в такій ситуації відбудеться зменшення та інтервалу трансформації опорів. Знаючи точне значення вхідного опору антени, можна використовувати такий трансформатор для того, щоб погодити антену з фідером 50 або 750 м, використовуючи тільки найнеобхідніші відводи. У такій ситуації його розміщують у спеціальну вологонепроникну коробку, після чого заливають парафіном і ставлять безпосередньо в точці живлення антени. Сама по собі згода пристрій може виконуватися в якості самостійної конструкції або ж включатися до складу спеціального антенно-комутаційного блоку якийсь радіостанції. Для наочності мітка, встановлена на ручки перемикача, показує величину опору, яке відповідає даному положенню. Щоб забезпечити повноцінну компенсацію реактивної індуктивної складової, передбачається можливість наступного з'єднання 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 квадратичній залежності від загальної кількості зроблених витків.