Излучение фидера

При подключении антенн с центральным питанием, таких как диполи, Vs, треугольники, yagi, ромбы, петли и так далее, к коаксиальному кабелю, если не соблюдать осторожность, нетрудно получить фидерное излучение.

Потеря мощности может быть не только весьма значительной, но и серьёзно ухудшить характеристики излучения антенной системы.

Поскольку фидерная линия становится частью антенны, токи могут течь от линии в сеть и по телевизионным кабелям, металлическим мачтам и штангам yagi, вызывая различные проблемы с ЭМС, которые бывает очень трудно отследить. Часто эти проблемы возникают просто из–за дисбаланса, и решением является скромный балун.

Испытания, проведённые в безэховой камере для определения влияния дисбаланса на диаграммы направленности полуволнового диполя (опубликовано в апреле 1980 года в QST), показывают, насколько серьёзным это может быть и насколько важна функция балуна для достижения предсказуемых диаграмм направленности.

1/2-волновой диполь с балуном (не расположен в центре опоры)

 

Та же антенна без балуна (перемещение коаксиального кабеля значительно изменило диаграмму направленности)

 

Хотя эти результаты являются только ориентировочными и будут варьироваться в зависимости от каждого отдельного случая, независимо от того, является ли он принимающим или передающим, падение пиковой амплитуды на 5 дБ в схеме приёма несимметричной безбалансной антенны является значительным.

Более того, в реальной жизни объекты, находящиеся вблизи антенны, будут оказывать своё влияние на диаграмму направленности, поскольку сигналы отражаются от них и переизлучаются. Итак, то, как они установлены, имеет решающее значение для сбалансированности системы и достижения желаемой производительности, а также для качества и эффективности самого балуна.

Если питание антенной системы осуществляется в центре по параллельной проводящей линии (при условии соблюдения правильных процедур установки), баланс будет поддерживаться с токами равной и противоположной фазы, компенсирующими друг друга.

При подключении к коаксиальному кабелю этого не может произойти, поскольку токи, протекающие внутри кабеля от подключения к внутреннему проводнику, отделены от токов, протекающих снаружи от подключения к экрану, и в результате возникает дисбаланс, вызывающий излучение фидера. Однако, если два элемента электрической цепи (антенна и коаксиальный кабель) соединены с помощью baluna, баланс будет сохранён.

По сути, существует два типа балунов: дроссельный балун и трансформаторный балун, каждый из которых работает по-разному для достижения сходной цели. Название происходит от balance — «сбалансированный». Каждая из них направлена на решение проблемы, но совершенно разными способами.

Дроссельный балун предназначен для подавления тока в точке подачи, создавая большое последовательное сопротивление на внешней стороне кабеля, таким образом предотвращая протекание тока. Это может быть так же просто, как несколько витков кабеля в петле, кабель, намотанный на тороид или феррит, или пропущенный через ферритовые трубки или шарики для формирования рукава. Однако, если установка асимметрична, дроссельный балун может быть не в состоянии предотвратить поверхностные токи от электромагнитного соединения дальше по кабелю, особенно если длина питающей линии резонансная. Поэтому, если поверхностный ток сохраняется, требуется больше дросселей с интервалами вдоль линии подачи.

Добавление дросселя обычно не влияет на КСВН, поскольку оно воздействует только на внешнюю поверхность кабеля и не может повлиять на импеданс внутри кабеля. Однако это приведёт к дисбалансу, поскольку фидер становится частью антенной системы и изменяется сопротивление нагрузки. Дроссель просто подавляет поверхностные течения и не пытается создать баланс.

С другой стороны, трансформаторный балун создаёт баланс, подавая равные и противоположные токи по обе стороны от точки питания через тесно связанные обмотки внутри трансформатора. С помощью трансформатора balun также возможно изменять импеданс на коэффициент увеличения или уменьшения. Как и в случае с дроссельным балуном, важны качество и эффективность. Нежелательные резонансы из-за распределённой ёмкости между витками трансформатора могут вызывать несоответствие импеданса и дисбаланс, а также индуктивность утечки из-за ослабленной связи между обмотками.

Для достижения полного баланса по обе стороны от точки подачи необходимо также учитывать факторы установки и окружающей среды. Если какой-либо дисбаланс сохраняется, трансформаторный балун не будет подавлять возникающие поверхностные токи. Однако это может быть устранено путем использования дроссельных баллонов в дальнейшем по линии.

Приемлемым стандартом производительности на краях рабочей полосы обычно являются: баланс в пределах 1 дБ, фазовый угол 180 +/- 10 градусы и КСВН менее 1,5 при сбалансированной нагрузке. При неточном подборе нагрузок, особенно на высоких частотах, где длина спиральной линии передачи может приближаться к электрической волне ¼, балун не сможет компенсировать это, что отрицательно скажется на производительности балуна.

Факторы окружающей среды, влияющие на баланс, наиболее критичны на высокочастотных частотах. Однако на частотах VHF / UHF именно длины соединительных проводов и необходимый зазор в центре диполя вызывают трудности, препятствующие созданию симметричного соединения в точке питания, поскольку они часто составляют значительные доли длины волны.

С практической точки зрения всегда важно поддерживать баланс в системе. Там, где антенна расположена в непосредственной близости от зданий, может возникнуть дисбаланс, приводящий к излучению фидера и проблемам с ЭМС (см. диаграмму). Если условия на конце антенны отличаются, сбалансированная антенна может выйти из равновесия, что сведёт на нет эффект балуна. Если один конец подключить к металлическому зданию, металлическая конструкция может действовать как огромный конденсатор, что серьёзно ухудшает желаемую конструкцию антенны.

Излучение фидера и ЭМС

Условия на концах антенны различаются, создавая дисбаланс
излучения фидера из-за угла наклона линии подачи
Излучение от линии подачи реагирует с бытовой проводкой, что затрудняет установку ЭМС из-за телевизионной проводки.

Центральная линия питания всегда должна располагаться под прямым углом к проводу, в противном случае энергия может поступать по внешней стороне коаксиального кабеля из-за того, что она проходит почти в той же плоскости, что и провод антенны. В этом случае коаксиальный кабель больше не будет служить хорошим экраном. Энергия будет поступать в здание, реагируя на проводку в доме (и наоборот), вызывая проблемы с ЭМС и шумовые помехи в режиме приёма.

Хотя балун может показаться незначительным на более масштабной и сложной картине, наименьшим звеном в цепи, стоит помнить, что его функция имеет решающее значение. Устранение проблем, возникающих из-за дисбаланса, может привести к потере большого количества времени и денег. Зная, что ваша система центрального питания спроектирована и изготовлена таким образом, чтобы обеспечить предсказуемую сбалансированную производительность, вам остается беспокоиться только об установке.

См. канал в  Telegram