Общеизвестно, что когда антенна имеет высокий КСВ, часть передаваемой нами мощности тратится впустую, а не передаётся. Но так ли это на самом деле? Проблема с “общеизвестностью” в том, что она распространяется без дальнейшего изучения. “Это должно быть правдой, потому что так думают все”. Но давайте рассмотрим другую перспективу.
Что происходит с нашим сигналом, когда он попадает на антенну с высоким коэффициентом стоячей волны? Часть сигнала излучается, а часть отражается обратно по линии передачи к источнику — трансиверу. Что происходит с отражённым сигналом, когда он достигает трансивера? Он снова отражается в сторону антенны, и цикл повторяется.
Значит ли это, что весь сигнал в конечном счёте излучается? Нет. Энергия теряется (КРАСНОЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ от физического факультета: энергия не может быть создана или уничтожена, она может только преобразовываться из одной формы в другую). Ладно, извинения физическому факультету: часть энергии преобразуется в тепло, когда наш сигнал проходит по линии передачи и через все согласующие устройства, балуны, трансформаторы импеданса или другие устройства на пути следования. Кроме того, энергия преобразуется в тепло из-за сопротивления проводов и импеданса самой линии передачи.
Таким образом, при каждом обмене данными между трансивером и антенной часть передаваемого радиочастотного сигнала преобразуется в тепло. Если у антенны высокий КСВ, часть нашего сигнала многократно передаётся между трансивером и антенной и при каждом обмене данными ещё больше ослабевает. Следовательно, если мы сможем уменьшить потери радиочастотного сигнала (из-за преобразования в тепло) при его прохождении через любые устройства на пути между источником (трансивером) и нагрузкой (антенной), мы повысим эффективность нашей антенной системы.
Как мы можем это сделать?
Один из простых способов добиться этого — скорректировать высокий КСВ непосредственно на антенне. Это можно сделать с помощью выносного тюнера. Нагрузочная катушка компенсирует высокое ёмкостное сопротивление короткой антенны, но из-за сопротивления провода нагрузочные катушки могут быть неэффективными. Это особенно актуально в случае с базовыми нагрузочными катушками на четвертьволновой вертикальной антенне. Сила тока максимальна у основания антенны, поэтому на нагрев будет уходить больше радиочастотной энергии (P = I^2 * R), чем в случае с катушкой с центральной или верхней нагрузкой.
Таким образом, настоящий виновник — не КСВ, а вносимые потери в ответвителях, симметрирующих трансформаторах, трансформаторах импеданса, нагрузочных катушках, трансформаторах и любых других устройствах «преобразования энергии», включая саму линию передачи, через которую должен пройти наш сигнал.
Потери при вставке 4:1 ununs
QRP 4:1 unun
Были собраны две версии преобразователя мощности 4:1; одну для QRP, а другую для того, что называют QROp. «QROp» — это неофициальное обозначение, которое принято за обозначение мощности около 20 ватт. 20 ватт дадут преимущество в 1 S-единицу по сравнению с 5 ваттами — возможно, этого будет достаточно, чтобы наш сигнал поднялся над уровнем шума, когда условия прохождения не очень хорошие.
QROp unun
Между версиями QRP и QROp есть два основных различия: версия QRP использует разъём BNC и трансформатор 4:1, намотанный на миниатюрный тороидальный трансформатор FT82-43. Версия QROp использует разъём SO-239 и трансформатор 4:1, намотанный на тороидальный трансформатор FT140-43.
Если мы посмотрим на таблицы ниже, мы увидим, что версия QRP может иметь несколько завышенные потери на входе. Когда мы пытаемся сделать как можно больше с минимальными затратами, каждый милливатт важен. Как любят говорить замечательные дружелюбные жители: «Немного — это много, если это всё, что у тебя есть».
Влияние потерь на входе в радиолюбительскую схему QRP unun
| Диапазон | Вносимые потери QRP (5 Вт) UNUN (дБ) | Потери мощности RF (ватты) | % Потери радиочастотной мощности |
|---|---|---|---|
| 10 м | 0.39 | 0.43 | 8.6 |
| 12 м | 0.37 | 0.41 | 8.2 |
| 15 м | 0.35 | 0.39 | 7.8 |
| 17 м | 0.34 | 0.38 | 7.6 |
| 20 м | 0.33 | 0.37 | 7.4 |
| 30 м | 0.32 | 0.36 | 7.2 |
| 40 м | 0.35 | 0.39 | 7.8 |
| 80 м | 0.73 | 0.77 | 15.4 |
Влияние вносимых потерь в Ham Radio вне коробки QROp
| Диапазон | Вносимые потери QROp (20 Вт) UNUN (дБ) | Потери мощности RF (ватты) | % Потери радиочастотной мощности |
|---|---|---|---|
| 10 м | 0.24 | 1.08 | 5.40 |
| 12 м | 0.23 | 1.03 | 5.15 |
| 15 м | 0.22 | 0.99 | 4.95 |
| 17 м | 0.21 | 0.94 | 4.70 |
| 20 м | 0.20 | 0.90 | 4.50 |
| 30 м | 0.20 | 0.90 | 4.50 |
| 40 м | 0.20 | 0.90 | 4.50 |
| 80 м | 0.22 | 0.99 | 4.95 |
Есть ещё что-то?
Да, действительно. Несимметричный трансформатор не ослабляет синфазный ток (CMC). Для этого нам нужен дроссель синфазного тока (CMCC). CMC — это ток на внешней поверхности оплётки коаксиального кабеля. Дифференциальный ток протекает по сердечнику и внутренней поверхности оплётки коаксиального кабеля. Есть ли у CMCC вносимые потери? Да, но насколько они велики? Давайте посмотрим.
Вносимые потери синфазного дросселя (CMCC) для QRP (5 Вт)
| Диапазон | Вносимые потери QRP (5 Вт) CMCC (дБ) | Потери мощности RF (ватты) | % Потери радиочастотной мощности |
|---|---|---|---|
| 10 м | 0.25 | 0.28 | 5.6 |
| 12 м | 0.22 | 0.25 | 5.0 |
| 15 м | 0.21 | 0.24 | 4.8 |
| 17 м | 0.19 | 0.21 | 4.2 |
| 20 м | 0.17 | 0.19 | 3.8 |
| 30 м | 0.15 | 0.17 | 3.4 |
| 40 м | 0.14 | 0.16 | 3.2 |
| 80 м | 0.13 | 0.15 | 3.0 |
QRP CMCC
Вносимые потери синфазного дросселя тока (CMCC) QROp (20 Вт)
| Диапазон | Вносимые потери QRP (5 Вт) CMCC (дБ) | Потери мощности RF (ватты) | % Потери радиочастотной мощности |
|---|---|---|---|
| 10 м | 0.18 | 0.81 | 4.05 |
| 12 м | 0.16 | 0.72 | 3.60 |
| 15 м | 0.15 | 0.68 | 3.40 |
| 17 м | 0.13 | 0.59 | 2.95 |
| 14 м | 0.11 | 0.50 | 2.50 |
| 30 м | 0.10 | 0.46 | 2.30 |
| 40 м | 0.09 | 0.41 | 2.05 |
| 80 м | 0.08 | 0.37 | 1.85 |
QROp CMCC
(Не такая уж и) значительная сумма RF, потраченная впустую
| Диапазон | Общая мощность QRP (5 Вт) % потерь радиочастотной мощности в результате нагрева | Общий коэффициент QROp (20 Вт) % потерь радиочастотной мощности в результате нагрева |
|---|---|---|
| 10 м | 14.2 | 9.09 |
| 12 м | 13.2 | 8.75 |
| 15 м | 12.6 | 8.35 |
| 17 м | 11.8 | 7.65 |
| 20 м | 11.2 | 7.00 |
| 30 м | 10.6 | 6.80 |
| 40 м | 10.0 | 6.55 |
| 80 м | 18.4 | 6.80 |
К какому выводу мы можем прийти?
Если мы будем учитывать только вносимые потери — в данном примере — в развязывающем трансформаторе 4:1 и синфазном дросселе, а также проигнорируем резистивные потери в линии передачи и, возможно, вносимые потери в трансформаторе («тюнере»), то сможем определить потенциальную эффективность нашей антенной системы.
- Для наших устройств QRP эффективность варьируется от 81,6 % до 90 % в зависимости от диапазона
- Для наших устройств QRO эффективность варьируется от 90,9 % до 93,5 % в зависимости от диапазона
Этот вывод основан на предположении, что в самой антенне нет потерь. Мы рассматриваем антенну, линию передачи, unun и CMCC как «антенную систему». Не учитывали потери из-за КСВ по причинам, указанным во вступлении к этой записи.
VA3KOT
