Многодиапазонная антенна с симметричной линией питания

Возможность работать в эфире на всех любительских диапазонах, включая WARC, при этом без помех телевидению, привело автора к созданию описанного далее устройства для антенны, так как антенные тюнеры, хорошо работающие с однопроводными и коаксиальными линиями передачи, имеют ряд недостатков при использовании с симметричным фидером.

Огромное спасибо В. Жукову RW3RV, который помог разобраться в конструкции по описанию в журнале «Радиолюбитель».

Современные антенные тюнеры, хорошо зарекомендовали себя с однопроводными и коаксиальными линиями передачи, однако, 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 Dipol 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.) полностью устраняет недостатки так 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 «отражённая волна», установленного на входе устройства. При использовании данной конструкции следует отметить значительное улучшение реальной избирательности приёмного устройства, так как связь приёмника 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 (расчётное 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 3 витка,

28 МГц— от 2 витка.

Возможно, придётся 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 неё, устанавливают определённое количество гнёзд для подключения Симметричного фидера, соединяют гнёзда 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 всё же тогда, когда отводы С и D будут находиться па одинаково большом удалении от катушек связи L1 и L2. После получения КСВ = 1,0 увеличивают мощность, например, включают усилитель и, при необходимости, производят дополнительную подстройку с помощью переменных емкостей С1 и С2.

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 ёмкости С1, С2 и подбирая отвод Е от катушки L3B, начиная вблизи катушки связи L2, до получения КСВ = 1,0.

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 (приёмника) 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:

 

Z 450 500 600 390 400 450 500 600 300 400 Ώ
d 10 18 40 10 14 20 30 40 12 20 мм
D 0,5 0,5 0,5 1 1 1 1 1 2 2 мм

 

Радиолюбитель 8/94 (стр. 44)

73!