Антенное согласующее устройство
Антенное согласующее устройство, принципиальная схема которого показана на рисунке, является достаточно простым и эффективным средством согласования 50-омного выхода трансивера с антеннами типа LW, V-beam, а также с антеннами, имеющими симметричную линию питания. Устройство выполнено по распространенной схеме Т-типа, однако отличительными особенностями предлагаемой схемы являются применение в качестве катушки с переменной индуктивностью шарового вариометра и минимальное количество механических переключателей, которые заменены высокочастотными реле.
Можно использовать шаровой вариометр любого типа, катушки которого не имеют конструктивного соединения между собой, с максимальной индуктивностью при последовательном соединении катушек не более 30 мкГн. Как видно из схемы, при обесточенных обмотках реле К1, К2 постоянного тока обмотки вариометра соединены параллельно. Необходимость последовательного и параллельного включения катушек вариометра L1 и L2 определяется опытным путем, в зависимости от применяемой антенны и диапазона. При работе в диапазоне до 30 МГц может понадобиться включение дополнительной катушки L3, которая подключается к вариометру с помощью реле К3. Таким образом, комбинируя включение катушек L1, L2, L3, можно добиться оптимальной индуктивности, соответствующей выбранному для работы диапазону частот. Переключателем S1 можно при необходимости подключать антенну непосредственно ко входу трансивера в обход антенного согласующего устройства.
Детали и конструкция. В антенном согласующем устройстве применяется шаровой вариометр от радиостанции Р-140. Желательно, чтобы катушки L1 и L2 были намотаны посеребренным проводом на керамических каркасах. Конденсаторы переменной емкости С1, С2 можно взять от старых ламповых радиоприемников в случае, если передаваемая мощность не превышает 100…150 Вт. При большей мощности следует применять конденсаторы с более широким зазором. В качестве реле К1-К4 необходимо использовать малогабаритные высокочастотные реле типа «Торн» или от радиостанции РСБ-5. Катушка L3 содержит 3.4 витка медного посеребренного провода диаметром 2,5.3 мм. Катушка выполнена бескаркасной на оправке диаметром 50 мм. Трансформатор Т1, включаемый реле К4 при использовании симметричной антенны, выполнен на ферритовом кольце с наружным диаметром 60.120 мм и магнитной проницаемостью 400.600. Он содержит две обмотки, выполненные проводом с фторопластовой изоляцией двумя проводами с равномерным размещением на кольце.
Устройство смонтировано в металлическом корпусе. Соединительные провода должны быть минимальной длины, катушки вариометра расположены на расстоянии не менее 20 мм от корпуса. В качестве трансформатора Т2 можно применить любой мощностью 20.30 Вт. Переключатель S1 содержит 4 группы контактов на керамическом основании. Весьма желательно применить вместо него два дополнительных реле, аналогичных реле К1-К3. Разъемы типа СР50. Переключатели S2, S3 — тумблеры типа МТ-1 или аналогичные.
Налаживание. Налаживание устройства не представляет особой трудности. Необходимо практическим путем определить положение переключателей S2, S3 для работы в конкретном диапазоне. В некоторых случаях может понадобиться корректировка индуктивности катушки L3, которая зависит от типа применяемой антенны. Контроль согласования антенны и трансивера осуществляется КСВ-метром по минимальному значению коэффициента стоячей волны.
Автор: С.Г. Клименко, US4LEB, г. Харьков
Литература:
1. Бунин С.Г., Яйленко Л.П. Справочник радиолюбителя- коротковолновика.- К.: Технка, 1984.- 264 с.
2. Беньковский З., Липинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн.- М.: Радио и связь, 1983.479 с.
3. Григоров И. Согласующие устройства // Радиолюбитель.- КВ и УКВ.- 1997.- №10.- С.32.К
|
Данная статья является продолжением цикла моих статей по обмену опытом и некоторым первичным источником информации для начинающих, тех кто строит антенны своими руками и не хочет наступать на свои и чужие грабли. Для моего географического положения (западная Сибирь), крайне важно, иметь хороший сетап. Нужны эффективные антенны, особенно на низких диапазонах. Как и все мои коллеги по эфиру мечтают о большем, но реалии «гнут» нас к земле и приходится обходиться тем, что имеем или можем себе позволить. Практический опыт позволяет с каждой следующей моделью антенны, получать лучшие результаты. Сегодня я расскажу о своих «рукодельных» способах постройки согласующего устройства для вертикала, подчеркиваю – это СУ может быть использовано для любого GP. Я построил несколько вертикалов разной высоты (от 12м до 27м), ориентир был на диапазоны 160-80м. Использовал в конструкции удлиняющие катушки, емкостные нагрузки и т.д. Все публикуемые варианты построения GP и хвалебные отзывы о фантастической работе одиночных вертикальных антенн – полная чушь, вертикал он и в Африке вертикал! Ничего выдающегося вы из него не выдавите, кроме тех характеристик, которые эта антенна может обеспечить. Выводы, которые подтвердились в процессе эксплуатации, известны из классической теории:
Собственно, ничего нового. Все укороченные антенны работают хуже полноразмерных, но для низких диапазонов особенно актуальны габариты. Все стремятся найти компромисс между размерами и эффективностью данной антенны, еще и воткнуть данную конструкцию на свой земельный участок или крышу многоквартирного дома. Точно также поступил и я. Поскольку антенну на 160-80м все равно придется удлинять электрически, можно выбрать практически любую длину. Удлинение производиться с помощью катушки на самой антенне или в согласующем устройстве. Я выбрал второе, так как настраивать и управлять проще, не нужно ронять ствол вертикала. А высоту антенны выбрал «серединку» = 21-22м, метод соединения — телескоп, диаметр труб – от 60 мм внизу, до 20 мм наверху. Использую в своей конструкции емкостные нагрузки, которые можно прикинуть в MMANA. У меня два биметалических провода (d=1.8 мм), длиной по 8 м каждый, они же являются частью растяжек. Закреплены нагрузки на высоте 16 м от земли непосредственно к стволу антенны. Угол между проводами составляет около 100 градусов. Уменьшая или увеличивая этот угол, можно «гонять» резонанс антенны в небольших пределах в ту или иную сторону, точно также как длиной нагрузок и местом подключения к антенне (по высоте). Вот файл для творчества: скачать *.maa антенны для участка=3.550 Mhz. Согласующее устройство. Задача сводится к тому, чтобы устройство переключало компоненты СУ на антенный фидер в зависимости от нескольких участков диапазонов. В данном случае я нацелился на 160CW — 160SSB — 80CW — 80SSB – 40CW – 30CW. На 40-ке и 30-ке полоса широкая, нет необходимости делить по участкам, если только вы не крутой «радиогурман». Схема выглядит так: Нам понадобятся: медный провод диаметром 2-2.5мм для изготовления катушки. Я не нашел эмалированного провода подходящего диаметра, поэтому купил в магазине электротоваров одножильный медный провод (диаметр жилы 2.4 мм), предназначенный для прокладки заземляющего проводника в эл.цепях. Он имеет цветную виниловую оболочку (маркировка: желтый с зеленым), которую нужно будет снять. То, что не нашел эмалированный провод, оказалось даже преимуществом, нежели недостатком. Не нужно зачищать от лака участки витков катушки при настройке., а «ползать» по виткам придется много и долго! Так что настоятельно рекомендую этот вариант! Конденсаторы переменной емкости (удобно для плавной настройки), релюшки с большим током коммутации, чтобы не горели контакты и не было неприятностей с переходным сопротивлением контактов. Монтажные провода, желательно одножильные таким же диаметром, как диаметр провода катушки (по крайней мере не меньше!). Наконечники (под болт) для крепления отводов катушки к плате коммутатора и пластиковый корпус, куда разместить всю конструкцию. В конечном итоге после настройки, все это хозяйство окультурить и залить лаком, чтобы не было коррозии и перетекания токов при конденсате. Как бы вы не старались, вакуума в корпусе все равно не достичь, там всегда будет присутствовать влага, вот от нее и защищаемся. Двусторонний фольгированный текстолит для изготовления платы коммутатора толщиной 1.5-2 мм, с фольгой 70 микрон, если есть 100 мк – будет замечательно! Диоды – любые кремневые на рабочее напряжение реле, конденсаторы на напряжение 250 в – в цепях питания реле (для блокировки ВЧ токов), можно использовать СМД компоненты. Высоковольтные конденсаторы на напряжение 500 В, например тип КСО. Набирая С1 — С3 из нескольких конденсаторов, имейте в виду, что допустимая реактивная мощность одного конденсатора типа КСО 75 Вт (это по паспорту, реально они выдерживают раза в три больше). Безусловно тип К15У-1 предпочтительнее, я выбрал именно их. Компактные, дисковые, с двух сторон имеется болтовое соединение, работают в широком диапазоне температур, имеют практически одинаковую толщину, поэтому набирать их в линейку и крепить одно удовольствие.
Итак по порядку. Как изготовить катушку? Да все очень просто, берем оргстекло для изготовления каркаса толщиной 4мм. Если меньше, то конструкция будет слабенькая и при намотке (утяжке витков) будет деформироваться. Если больше, конечно будет устойчивей, обработка будет происходить дольше. Собственно выбор каждого, по моему оптимум = 4мм, да и купить в магазине проще, размер широко распространен. Для этих целей вполне пригоден радиопрозрачный текстолит. Я покажу пару-тройку вариантов изготовления каркасов и намотки катушки. Первый: Размечаем полосы, ширина = 60-65мм, длина 200мм, посредине паз в половину дины и шириной 4мм (толщина оргстекла). Каркас будет состоять из двух взаимно перпендикулярных половинок, которые вставляются в пазы, навстречу друг другу. Пилим обычной ножовкой с мелким зубом либо лобзиком. После раскройки нужно на гранях нарезать пазы для укладки витков катушки, здесь очень важно выдержать равный шаг между витками (у меня 5мм) и глубину пазов (у меня 2мм). Это делается с помощью трехгранного напильника. Еще один важный момент, когда вы будете делать пазы, необходимо сделать сдвиг пазов смежных граней каркаса на расстояние половинного шага. Это нужно чтобы при укладке витков, соблюдался правильный наклон витков, в противном случае переход с одной грани на другую будет резкий изгиб провода. Поскольку провод достаточно толстый, то может привести к неудобству плавной намотки, и непопаданию провода в паз следующей грани.
Для того чтобы каркас можно было закрепить в корпусе, понадобятся еще разнополочные алюминиевые уголки. Они также продаются в отделах фурнитуры мебельных магазинов, сантехники или торгующих метизами. Отрезаем нужный фрагмент и сверлим отверстия, через которые с помощью болтов М3 закрепим их на каркасе. (см фото) Для намотки катушки нужно отмерить кусок провода. Катушка будет содержать около 30 витков, в моих конструкциях GP варировалось от 26 до 33 витков. Если диаметр катушки 60 мм, то длину можете посчитать сами (3.14*0.06*30=5.562, берем 6 м), тем более, катушку нужно намотать с небольшим запасом. Укоротить при настройке всегда проще, а вот нарастить – будет уже неаккуратно и лишние «сопли» с пайкой. Вобще, для достижения максимальной добротности катушки, было бы неплохо намотать с пропорцией (дина/диаметр) 1:2, но т.к. корпус мелковат, я довольствовался текущим диаметром, как описал. Далее берем пластиковую трубу для прокладки канализации диаметром 45 мм, делаем с торца паз, чтобы закрепить конец провода и методично, не спеша, удерживая натяг, укладываем витки вплотную друг к другу. Как только вы завершили намотку, можно снять с трубы. При этом катушка спружинит и ее диаметр увеличится примерно на 5-7 мм — это нам и нужно, чтобы при намотке на каркас был небольшой натяг и в то же время ее диаметр был меньше, чем размер пропилов на каркасе.
Теперь катушку надеваем на каркас, закрепляем конец и с натягом укладываем витки в пропиленные пазы на гранях. Еще раз протягиваем витки и фиксируем второй конец провода на каркасе, лишнее отрезаем. Все, катушка практически готова.
Второй вариант: Выпиливаем заготовки из оргстекла, описанным выше способом, но заготовка будет шире на 10-15 мм. В принципе, можно обойтись одной заготовкой. Вместо пазов на гранях у нас будут отверстия, размечаем и сверлим отверстия сверлом, чуть больше чем диаметр провода (например 2.6 мм), с нужным нам шагом (5 мм). После сверления прямых отверстий, на них нужно сделать фаски с обеих сторон, сверлом диаметром 6-7мм.
Далее производим намотку, просто вкручиваем катушку в эти отверстия каркаса, как болт в гайку. Процесс немного трудоемкий и требующий терпения. Конструкция достойная, витки катушки сидят очень плотно, шаг соблюден, расстояние между витками сохраняется. Простота изготовления каркаса подкупила, но с намоткой сложнее, чем в первом варианте. Проделав такую работу, я бы не стал повторять для себя такую конструкцию. Лучше я повожусь с пропилами на гранях, чем с укладкой витков в отверстия каркаса. Это мое личное мнение! Катушка готова, что же получилось, проводим измерения. Индуктивность получилась 21.8 мкГн. Эта примерная индуктивность необходимая для настройки диапазона 160 м.
Третий вариант: Могу порекомендовать еще один способ изготовления катушки. Если вы не захотите возиться с напильником, в качестве каркаса возьмите любую пластиковую трубу подходящего диаметра. Далее намотайте двойным проводом нужное количество витков катушки. Витки должны укладываться очень плотно друг к другу, по окончании намотки, концы первого провода закрепить. Второй провод используется для установки межвиткового расстояния, его нужно снять аккуратно, а витки катушки залить силиконом (например, четыре полоски под 900 вдоль всей длины катушки) . Силикон продается в тюбиках и балонах, в бытовых товарах или сантехники. Возьмите тот тип, который применяется для наружных работ, в этом случае при минусовых температурах он не рассыплется. После высыхания катушка готова. Так как провода всегда дефицит, вместо него можно использовать обычный бельевой шнур подходящего диаметра, тем самым вы этой вкладкой (доп.провод или шнур) между витками катушки, регулируете межвитковое расстояние. Конденсаторы: Теперь настала очередь изготовления конденсаторов. Если у вас есть возможность приобрести готовые, можете не париться. Но я радиолюбитель, предпочитаю своими ручками прочувствовать и получить наслаждение от результатов труда. В свое время я переделал множество различных конструкций конденсаторов. В моей юности в магазинах максимум что было, это двухсекционные емкости на 465 пф. Я выдирал пластины, через одну, чтобы увеличить расстояние между ними, чтобы можно было применить в передатчике. Приходилось собирать из нескольких, плюс управлять несколькими одним рычагом… В общем эти мытарства не по мне, уже тогда я решил изготовить свой, нужных габаритов и нужной емкости. Уверяю вас, пластины конденсаторов изготовленные из листового железа (консервного или оцинкованного), работали ни сколько не хуже, чем из фольгированного текстолита или листового дюраля. Сегодня возможности гораздо шире, есть материалы и есть готовые изделия, только отстегивай денежку! Для изготовления конденсаторов я заказал пластины двух размеров в мастерскую, где на станке лазерной резки мне 100 шт сделали за 10 минут, не успел и кофе допить. Пластины из листового дюраля толщиной 0.8-1 мм. Сегодня это не проблема, заходите в интернет в поисковике набираете «лазерная резка металла» и получаете кучу ссылок на фирмы, делаете эскизы, заказываете и получаете посылку в течении недели-двух на дом, в том случае, если в вашем городе нет такой мастерской или завода. В крайнем случае, вырежьте ножницами свои пластины из подручного материала и просверлите отверстия в нужных местах. Если потребуется пайка — не стесняйтесь, пропаяйте для надежности! На внешний вид кроме вас смотреть никто не будет, а работать они будут не хуже заводских, проверено практикой!
Для крепления пластин купил шпильки М4 метровой длины, гайки и шайбы. Из оргстекла 4мм вырезал торцовые стенки конденсатора, лучше использовать для этих целей текстолит, все таки он прочнее. Дальше пошла сборка. Отрезал шпильки необходимой длины и закрепил на передней стенке конденсатора. С помощью шайб устанавливаю расстояние между пластинами. Надеваю пластины и шайбы последовательно. Поскольку шайбы изготовлены методом прессовой резки, толщина их разнится, поэтому важно подбирать толщину пакета для равномерного распределения пластин по шпилькам. Итог мне не понравился, расстояние между пластинами не одинаковое. Как я не старался, все равно не получился нужный интервал. После стяжки пластин, я неоднократно пересобирал статор и ротор, увеличивая или уменьшая расстояние в нужных местах, путем подбора толщины набора шайб. Так что предостерегаю от использования данного метода в своих многопластинчатых конструкциях! Если вы уверены, что толщина шайб близка к идеальной или ваш конденсатор имеет в наборе не более 8-10 пластин, то можно воспользоваться этим способом набора. Этот вариант конденсатора я хотел использовать как временный, исключительно для того чтобы определить нужную емкость при настройке СУ каждого диапазона, ну и так, для некритичных экспериментов. Безусловно, такой конденсатор работать будет, но мелкие огрехи мешают спать, если не отнестись серьезно к изготовлению конструкции, то эта конструкция тебя подведет в самый неподходящий момент. Следующим шагом по совершенствованию конденсатора, у меня было использование втулок вместо шайб. Втулки также продаются в метизных магазинах, но у меня есть друг-токарь, я не стал прыгать по магазинам, просто сообщил ему нужные размеры и результатом был комплект, который с успехом воплотил в мою конструкцию. Втулки можно изготовить из дюралевых трубок малого диаметра 8-10 мм, в этом случае отпиливать их нужно аккуратно, а после промерять штангенциркулем и доводить напильником. Конечно, проще это сделать на токарном станке. Конденсаторы становились все красивее. Процесс захватил настолько, что я решил идти до конца и изготовить вполне профессиональные версии. Теперь я знал, расстояние между пластинами в 2.5 мм, емкость пары моих пластин равна около 20 пф, исходя из этого, могу проектировать и собирать любую нужную емкость. Для СУ мне нужно три конденсатора. Два шт на 80-ку и один на 30-ку. Из фольгированного 3 мм текстолита вытравил торцовые панельки конденсаторов (двусторонний текстолит толщиной 3 мм), из латуни выточил втулочки и запаял их на панельки. Комплекты пластин у меня уже собраны, заменил оргстекло на текстолитовые панельки, к тому же с торца панельки появилась возможность регулировки с помощью натяжного винта натяг и позицию ротора относительно статора. У втулок лицевых пластин внутреннее отверстие гладкое, а у тыловых — я нарезал резьбу М6 для винта регулировки. Места вращения вала и сопряжения движущихся контактов, смазал электропроводной смазкой. Вот теперь я счастлив, мои емкости ничем не уступают заводским, а в чем-то и превосходят! Что касается стоимости изготовления конденсаторов, то по моим оценкам, мне обошлись дешевле минимум раза в полтора, а может и более, чем покупные. Преимуществом явилось то, что габариты и емкость, я подгонял под свои хотелки — это главное! А приятное — это экземпляры собраные своими руками! Скачать файлы панелек конденсаторов в формате Sprint-Layout: панелька = 60мм, панелька = 80мм. Примечание: Если вы надумаете изготовить ручной антенный тюнер, поставив его в шеке перед трансивером, то конденсаторы можно изготовить описанным способом. Емкости до 1000-15000 пф не проблема! Собираете обычный П-контур, катушка-вариометр плюс пару таких конденсаторов, уверяю, все существующие у вас антенны будут согласованы, вплоть до ножниц, воткнутых во входной разъем, диапазон волновых сопротивлений согласования ОЧЕНЬ велик!
Основные детали в наличии! Теперь нужно развести плату коммутатора, спаять детали и приступить к настройке СУ. В качестве релюшек я выбрал герметичные RT314024. Работают в диапазоне температур от минус 400 до плюс 850 С, 24 вольта постоянного тока, две контактных группы, расстояние между контактами 2.5 мм, ток коммутации 16 А, время срабатывания 3 миллисекунды, габариты 29х12.7х15.7 мм, стоимость в зависимости от производителя и продавца 70-150 руб за шт. В общем класс!!! Для мощности в киловатт есть запас, это вполне достойный вариант. Есть аналогичные релюхи, высота их чуть больше и время срабатывания до 7-10 миллисекунд, установочные размеры те же: TRA2 D24VDC-S-Z (см.фото). Еще можно использовать Вакуумные реле П1Д-1В, П1Д-3В, П1Д-4В, ток протекающий через контакты от 3 А (П1Д-1В) до 7.5 А (П1Д-3В, П1Д-4В) по паспорту, рабочее напряжение на частоте 30 Мгц = 1.5 Кв. На том, что я перечислил, свет клином не сошелся, можете поискать в интернете подходящий вариант, главный критерий большой ток коммутации, расстояние между контактов не менее 2 мм, герметичность и рабочее напряжение удобное для пульта управления 12, 24 или 27 вольт. Я выбрал 24 в поскольку имеется готовый блок питания. Применение ВЧ-реле или коаксиальных, считаю в данной конструкции нецелесообразным, вот на УКВ без них не обойтись. Любителям QRO можно взять мощные вакуумные (В1В-1В, В1В-1В1, В1В-1Т1, В1В-1Т2), и как следствие изготовить покруче катушку и емкости. Выбирайте друзья, выбирайте!
Плата коммутатора размером 140 х 100 мм (лицевая сторона и оборотная). К контактам 0-5 подключаются отводы катушки, IN — вход (кабель от трансивера) OUT — выход к клеммам антенны, GND — общий, К1-К6 питание катушек с пульта управления. Плата разведена в том числе с применением СМД компанентов, выглядит так (скачать плату в формате Sprint-Layout):
Меня все устраивает, я приступаю к сборке опытного образца СУ. Закрепляю компоненты на пластиковую крышку будущего корпуса. Сверху катушка, ниже плата коммутатора, еще ниже конденсатор. Почему опытный образец, спросите вы? Потому что наступает ответственный момент – предварительная настройка, и на этом этапе я должен определить количество витков катушки, относительно которых будут сделаны отводы по диапазонам, ну и определить емкости для моей конструкции, чтобы настроить резонансы в нужных диапазонных участках. Для проведения этих работ нужно иметь доступ к виткам катушки со всех сторон, позже вам станет ясно почему. После этого, будет более тщательная, тонкая подгонка уже в собранном виде СУ.
На фото видно, нижнюю часть антенны. Снизу труба (опора для антенны) диаметром 60 мм и длиной 1 м. Высота выбрана не случайно, при малой высоте нужно ползать на коленках, настраивая СУ. При большой — нужна стремянка, тоже не удобно. Оптимально на уровне 1-1.3 м, на параметры антенны никак не сказывается, точнее это влияние настолько мизерно, что можно пренебречь. Далее текстолитовая вставка (изолятор) и выше сама антенна. К нижней трубе закреплены дюралевые пластины, к ним крепятся изолированные радиалы. На уровне изолятора закреплен согласующий блок с помощью дюралевых пластин, они одновременно служат как держатель корпуса и являются проводниками между СУ и антенной (контакты «OUT» платы коммутатора).
Настройка Для настройки необходимы приборы, антенный анализатор или КСВ-метр, чтобы контролировать процесс и видеть в каком участке диапазона резонанс. На фото опытного образца у меня один конденсатор вместо трех. Я умышленно так поступил, во первых: чтобы не мешались, во вторых: одного достаточно, чтобы определить емкость на каждом участке настраиваемых диапазонов, настроил — измерил емкость, запомнил и перешел к следующему. Перед настройкой СУ желательно настроить в резонанс радиалы каждого диапазона и подключить их «кучкой» к заземленной шине СУ (см.схему). Начинаем с диапазона 160м. Пошагово выполняем следующие действия:
На этом этапе телеграфный участок 160 м настроен, переходим к настройке телефонного участка. Здесь все проще, ничего не меняем с подключениями: нижний конец катушки [0] – на земле, отвод [1] – на центральной жиле кабеля. Подбираем положение отвода [4]. Его положение вниз в пределах 1-3х витков от верхнего [5] конца катушки, при этом должен быть КСВ=1, как и в предыдущем случае. Следующим шаг – настройка диапазона 40 м. Все действия как на предыдущем этапе, по методике описанной для 160 м диапазона. Здесь участвует верхняя часть катушки, витки от отвода [2] до отвода [5].
Настройка диапазонов 80 м и 30 м сводится к подбору емкостей на нужных участках, просто крутим ротор конденсатора и запоминаем номинал. Вот и вся предварительная настройка! Величины, которые получились такие:
Теперь, когда все величины известны и положения отводов определены, пакую все детали в корпус. После сборки СУ и подключения к антенне, резонансы немного сдвинулись. Так и должно быть, взаиморасположение элементов конструкции оказывает влияние на настройку СУ. Вот теперь займемся тонкой настройкой, нужно тщательно подобрать положения отводов катушки и окончательно их зафиксировать пайкой. Лепестки для отводов я вырезал из консервного железа, облудил их и припаял торцом в витку катушки в месте, определенном на этапе настройки. Не стал непосредственно припаивать плату к виткам на случай удобства монтажа/демонтажа. Прикручиваю отводы к проводникам платы с помощью болтов М3. Хотя правильным решением считаю, все же непосредственную пайку. Также необходимо подкорректировать величину емкости конденсаторов, слегка вращая ротор и подгоняя резонанс в нужный участок диапазона.
Результатом творчества стала вот такая конструкция (см.ниже), корпус немного великоват, впрочим, не таскать же его! После сборки СУ, если вы уверены, что не будете ничего менять, можно покрыть защитным лаком для печатных плат и эл.компонентов в балончиках (очень удобно). Лак продается в отделах радиотоваров. Лучше если он буден не прозрачным, а с цветным оттенком, его видно на плате и деталях. Я довольствовался прозрачным, покрыл все открытые участки пакйки, контактов и витки катушки. На провода цепи управления реле, сделал три витка на ферритовом кольце непосредственно у платы, скрутив в жгут эти проводники, а концы припаял к разъему управления. Кабель управления — обычный многожильный, можно использовать «витую пару» для внешней прокладки, лучше если такой кабель будет экранирован. Радиалы, после растяжки и настройки, закопал в землю на глубину 5-8 см, чтобы не запинаться о них, да и лужайка приличней выглядит. На работу антенны это никак не сказалось.
Если вы предполагаете проводить эксперименты в будущем, оставьте переменные конденсаторы в корпусе. В противном случае рекомендую заменить их на постоянные, предварительно замерив их значения, при этом конструкция будет намного легче, компактнее и проще. Я так и сделал (см.фото), для конкретной антенны – конкретная конструкция СУ. В качестве пульта управления вы можете использовать простой блок питания для релюшек и коммутировать с помощью галетного переключателя. Более изящный вариант — автоматический антенный коммутатор, в котором имеется возможность на одном диапазоне настраивать отдельные участки и снимать управляющее напряжение на независимые выходы. Можно собрать собственную «цифровую балалайку», которая также будет управлять нашими релюшками.
Еще раз хочу напомнить: После установки компонентов в корпус СУ, необходима тонкая подстройка на всех участках настраиваемых диапазонов. В этом легко убедиться, посмотрев на фото показаний анализатора (см.выше) и графиков посте окончательной подгонки, КСВ отличается в лучшую сторону. Не пренебрегайте финальным этапом настройки системы! Для наглядности приведу графики КСВ на настроенных участках. Показания снимал в шеке с помощью антенного анализатора RigExpert 520 и компьютерной программы которая идет в комплекте с прибором. Длина кабеля RG-213 от шека до антенны составляет около 25 м. По пути кабеля в шек, имеется антенный коммутатор и газоразрядник Cushcraft LAC-4H. Он позволяет эффективно защитить приемный тракт радиостанции от высоковольтных импульсов которые могут возникать в антенной системе при грозах и снегопадах. Коаксиальное исполнение с волновым сопротивлением 50 Ом, работает до 500 МГц, КСВ не более 1,1, потери на затухание менее 0.2 дБ, выдерживает мощность передатчика до 2000 Ватт. Все элементы вносят свои мелкие погрешности в конечный результат, тем не менее, что мне удалось выжать в моих условиях смотрите на графиках. Идеала я не достиг, но результатами доволен, вполне приличные. Графики сверху вниз:
Поскольку я предпочитаю CW, поэтому резонансы (40 м и 30 м) сместил в телеграфные участки, вы вольны руководствоваться своими предпочтениями. Посмотрите, на 80-ке полоса широкая, если вас не пугает КСВ=2.5 на краях диапазона, можно обойтись одним конденсатором и настроить СУ на середину диапазона. В этой статье я не описывал подробно конструктивные особенности антенны и настройку радиалов, поскольку цель другая – согласующее устройство. Ни в коем случае нельзя сбрасывать со счетов эти пункты, ведь под конкретную конструкцию мы изготавливаем СУ. Перед реализацией вашего антенного проекта, необходимо все посчитать смоделировать и выбрать подходящий, оптимальный вариант GP. В данном случае мы настраиваем антенную систему, а не отдельный элемент, здесь важно ВСЁ! Вы можете настроить антенну в идеальных условиях, например, в чистом поле, но когда перенесете эту антену к себе на участок, то волосы «встанут дыбом», антенная система — не рабочая (!), нужно всю настройку повторить для нового местоположения. Все существующие объективные факторы, влияющие на настройку системы необходимо учитывать для реальных условий установки антенны. Данные которые я приводил могут отличаться от ваших, не бойтесь, это нормально, так и должно быть. Все окружающие антенну предметы, деревья, строения, ЛЭП газовые магистрали, телефонные линии, грунт и его поверхность, также как и крыша многоэтажки … и т.д., все это так или иначе скажется на работе вашей антенны. Минимизировать это влияние и призвано согласующее устройство. Настройка радиалов – отдельная тема, в интернете много статей, о своем опыте расскажу в следующей статье. ***** Прошло много времени ***** Вот и первая неприятность: На чемпмонате РФ CW 2016 перестало строить СУ на 80м и 160м. КСВ полез за пределы… Первый тур провален, немного поработал на 40-ке и плюнул. На следующий день снял коробку с антенны и что я вижу? Двухмиллиметровая плата выгорела между дорожками. Версии были такие:
Так до сих пор не понял что произошло. Дорожки толщиной 70 мк и шириной 3.2 мм — выдерживают ток в 14 А, а если учесть, что дорожки дублируются, получается внушительное значение и проблемм здесь быть не должно. Если молния, то последствия должны быть серьезнее. Если слабый контакт, то контакты должны грется значительно и как следствие расплавить пайку, но пробить лак, а тем более выжечь текстолит, как то не верится. На всякий случай выпаял релюху и разобрал. С виду контакты нормальные, только у основания видны следы наргева пластин. К тому же подвижная часть(пластмасска-толкатель), залипла… То ли это заводской брак, то ли следствие нагрева контактной группы, возможно здесь кроется причина. Прожечь текстолит нужно какое-то время, это произошло не мгновенно. Больше склоняюсь к версии конденсата, после зимы, да весенняя переменчивая погода, могли сделать свое дело, но до конца не уверен.
Так или иначе заменил реле, края платы в месте прожога, опилил надфилем. Все запаял и залил лаком.
|
Russian Hamradio :: Антенные согласующие устройства.
Современная приемо-передающая транзисторная техника, как правило, имеет широкополосные тракты, входные и выходные сопротивления которых составляют 50 или 75 Ом. Поэтому для реализации заявленных параметров такой аппаратуры требуется обеспечить активную нагрузку сопротивлением 50 или 75 Ом как для приемной, так и для передающей частей. Акцентирую внимание на том, что для приемного тракта также требуется согласованная нагрузка!
Например, при отклонении от номинальных нагрузочных сопротивлений, в полосовых фильтрах приемника появляются дополнительные провалы в АЧХ, падает чувствительность, УВЧ из-за отсутствия оптимальной нагрузки изменяет свои параметры, иногда вплоть до «подвозбуда». Расстроенные «полосовики» влияют на работу первого смесителя, может произойти разбаланс плеч и, соответственно, появятся дополнительные паразитные каналы приема и «пораженки».
Конечно, в приемнике это никак ни на ощупь, ни на цвет или вкус без приборов не заметить. По-видимому, из-за этого некоторые коротковолновики «с пеной у рта» отстаивают преимущества старых РПУ типа Р-250, «Крот» и им подобных перед современной техникой. Старая техника чаще всего комплектуется подстраиваемой (или перестраиваемой) входной цепью, с помощью которой можно согласовать РПУ с проволокой-антенной с «КСВ=1 почти на всех диапазонах».
Если радиолюбитель действительно хочет проверить качество согласования цепи «вход трансивера — антенна», ему достаточно собрать примитивнейшее согласующее устройство (СУ), например, П-контур, состоящий из двух КПЕ с максимальной емкостью не менее 1000 пФ (если предполагается проверка и на НЧ-диапазонах) и катушки с изменяемой индуктивностью. Включив это СУ между трансивером и антенной, изменением емкости КПЕ и индуктивности катушки добиваются наилучшего приема. Если при этом номиналы всех элементов СУ будут стремиться к нулю (к минимальным значениям) — можете смело выбросить СУ и со спокойной совестью работать в эфире и дальше, по крайней мере, слушать диапазоны.
Для тракта передатчика отсутствие оптимальной нагрузки может окончиться более печально. Рано или поздно ВЧ-мощность, отраженная от рассогласованной нагрузки, находит слабое место в тракте трансивера и «выжигает» его, точнее, такой перегрузки не выдерживает какой-нибудь из элементов. Конечно, можно и ШПУ изготовить абсолютно надежным (например, с транзисторов снимать не более 20% мощности), но тогда по стоимости он будет, сопоставим с узлами дорогой импортной техники.
Например, 100-ваттный ШПУ, производимый в США в виде набора для трансивера К2, стоит 359 USD, а тюнер для него — 239 USD. И зарубежные радиолюбители идут на такие затраты, дабы получить «всего-то какое-то согласование», о котором, как показывает опыт автора этой статьи, не задумываются многие наши пользователи транзисторной техники… Мысли о согласовании трансивера с нагрузкой в головах таких горе радиолюбителей начинают возникать только после случившейся аварии в аппаратуре.
Ничего не поделаешь — таковы сегодняшние реалии. Экзамены при получении лицензий и повышении категории любительской радиостанции зачастую проводятся формально. В лучшем случае у претендента на лицензию проверяется знание телеграфной азбуки. Хотя в современных условиях, на мой взгляд, целесообразно больший акцент делать на проверку технической грамотности — поменьше было бы «групповух для работы на даль» и «рассусоливаний» по поводу преимуществ UW3DI перед «всякими Айкомами и Кенвудами».
Автора статьи радует тот факт, что все реже и реже на диапазонах слышны разговоры о проблемах при работе в эфире с транзисторными усилителями мощности (например, появления TVI или низкой надежности выходных транзисторов). Компетентно заявляю, что если транзисторный усилитель правильно спроектирован и грамотно изготовлен, а при эксплуатации постоянно не превышаются максимальные режимы работы радиоэлементов, то он практически «вечен», теоретически, в нем ничего сломаться не может.
Обращаю внимание на то, что если постоянно не превышаются максимально допустимые параметры транзисторов, они никогда не выходят из строя. Кратковременную перегрузку, особенно транзисторы, предназначенные для линейного усиления в КВ-диапазоне, выдерживают достаточно легко. Изготовители мощных ВЧ-транзисторов проверяют надежность произведенного продукта таким способом — берется резонансный ВЧ-усилитель, и после того как на выходе устанавливаются оптимальный режим и номинальная мощность, вместо нагрузки подключают испытательное устройство. Элементы настройки позволяют менять активную и реактивную составляющие нагрузки.
Если в оптимальном режиме нагрузка связана с испытуемым транзистором через линию с волновым сопротивлением 75 Ом, то обычно в рассматриваемом устройстве отрезок линии замыкается резистором сопротивлением 2,5 или 2250 Ом. При этом КСВ будет равен 30:1. Такое значение КСВ не позволяет получить условия от полного обрыва до полного короткого замыкания нагрузки, но реально обеспечиваемый диапазон изменений достаточно близок к этим условиям.
Завод-изготовитель гарантирует исправность транзисторов, предназначенных для линейного усиления КВ-сигнала, при рассогласовании нагрузки 30:1 в течение не менее 1 с при номинальной мощности. Этого времени вполне достаточно для срабатывания защит от перегрузки. Работа усилителя мощности при таких значениях КСВ не имеет смысла, т.к. эффективность практически «нулевая», т.е. речь, конечно, идет об аварийных ситуациях.
Для решения проблемы согласования приемо-передающей аппаратуры с антенно-фидерными устройствами существует довольно дешевый и простой способ — применение дополнительного внешнего согласующего устройства. Хотелось бы акцентировать внимание счастливых пользователей «буржуинской» техники, не имеющей антенных тюнеров (да и самодеятельных конструкторов тоже), на этом очень важном вопросе.
Вся промышленная приемо-передающая аппаратура (и ламповая в том числе) комплектуется не только фильтрующими, но и, дополнительно, согласующими блоками. Возьмите, к примеру, ламповые радиостанции Р-140, Р-118, Р-130 — у них согласующие устройства занимают не менее четверти объема станции. А транзисторная широкополосная передающая техника вся, без исключения, комплектуется такими согласователями.
Изготовители идут даже на увеличение себестоимости этой техники — комплектуют автоматическими СУ (тюнерами). Но эта автоматика предназначена для того, чтобы обезопасить радиоаппаратуру от бестолкового пользователя, который смутно себе представляет, что и зачем он должен крутить в СУ. Предполагается, что радиолюбитель с позывным обязан иметь минимальное представление о процессах, происходящих в антенно-фидерном устройстве его радиостанции.
В зависимости от того, какие антенны применяются на любительской радиостанции, можно использовать то или иное согласующее устройство. Заявление некоторых коротковолновиков о том, что они применяют антенну, КСВ которой почти единица на всех диапазонах, поэтому СУ не требуется, показывает отсутствие минимальных знаний по этой теме. «Физику» здесь еще никому не удалось обмануть — никакая качественная резонансная антенна не будет иметь одинаковое сопротивление ни внутри всего диапазона, ни тем более на разных диапазонах.
Рис.1.
Что и происходит чаще всего — устанавливается или «инвертед-V» на 80 и 40 м, или рамка с периметром 80 м, а в худшем случае бельевая веревка используется в качестве «антенны». Особенно «талантливые» изобретают универсальные штыри и «морковки», которые, по безапелляционным заверениям авторов, «работают на всех диапазонах практически без настройки!»
Настраивается такое сооружение в лучшем случае на одном-двух диапазонах, и все — вперед, «зовем — отвечают, что еще больше нужно?» Печально, что для увеличения «эффективности работы» таких антенн все поиски приводят к «радиоудлинителям» типа выходного блока от Р-140 или Р-118. Достаточно послушать любителей «работать в группе на даль» ночью на 160 и 80-метровых диапазонах, а в последнее время такое можно уже встретить на 40 и 20 м.
Если антенна имеет КСВ = 1 на всех диапазонах (или хотя бы на нескольких) — это не антенна, а активное сопротивление, или тот прибор, которым измеряется КСВ, «показывает» окружающую температуру (которая в комнате обычно постоянна).
Не знаю — удалось или нет мне убедить читателя в том, что применять СУ требуется обязательно, но, тем не менее, перейду к описанию конкретных схем таких устройств. Их выбор зависит от применяемых на радиостанции антенн. Если входные сопротивления излучающих систем не опускаются ниже 50 Ом, можно обойтись примитивным согласующим устройством Г-образного типа — рис.1, т.к. оно работает только в сторону повышения сопротивления. Для того чтобы это же устройство «понижало» сопротивление, его необходимо включить наоборот, т.е. поменять местами вход и выход.
Рис.2.
Автоматические антенные тюнеры почти всех импортных трансиверов выполнены по схеме, показанной на рис.2. Антенные тюнеры в виде отдельных устройств фирмы изготавливают чаще по другой схеме (рис.3). Описание этой схемы можно найти, например, в [1, с.237]. Во всех фирменных СУ, изготовленных по этой схеме, имеется дополнительная бескаркасная катушка L2, намотанная проводом диаметром 1,2…1,5 мм на оправке диаметром 25 мм. Число витков — 3, длина намотки — 38 мм.
С помощью двух последних схем можно обеспечить КСВ = 1 практически на любой кусок провода. Однако не забывайте — КСВ = 1 говорит о том, что передатчик имеет оптимальную нагрузку, но это ни в коей мере не означает высокую эффективность работы антенны. С помощью СУ, схема которого приведена на рис.2, можно согласовать щуп от тестера в качестве антенны с КСВ = 1, но, кроме ближайших соседей, эффективность работы такой «антенны» никто не оценит. В качестве СУ можно использовать и обычный П-контур — рис.4. Достоинство такого решения — не требуется изолировать КПЕ от общего провода, недостаток — при большой выходной мощности трудно найти переменные конденсаторы с требуемым зазором.
Рис.3.
При применении на станции более или менее настроенных антенн и в том случае, когда не предполагается работа на 160 м индуктивность катушки СУ может не превышать 10…20 мкГн. Очень важно, чтобы имелась возможность получения малых индуктивностей до 1 …3 мкГн.
Шаровые вариометры для этих целей обычно не подходят, т.к. индуктивность перестраивается в меньших пределах, чем у катушек с «бегунком». В фирменных антенных тюнерах применяются катушки с «бегунком», у которых первые витки намотаны с увеличенным шагом — это сделано для получения малых индуктивностей с максимальной добротностью и минимальной межвитковой связью.
Достаточно качественное согласование можно получить, применяя в СУ «вариометр бедного радиолюбителя». Это две последовательно включенные катушки с переключением отводов (рис.5). Катушки — бескаркасные, и содержат по 35 витков провода диаметром 0,9…1,2 мм (в зависимости от предполагаемой мощности), намотанного на оправке 020 мм.
После намотки катушки сворачивают в кольцо и отводами припаивают на выводы обычных керамических переключателей на 11 положений. Отводы у одной катушки следует сделать от четных витков, у другой — от нечетных, например — от 1,3,5,7,9,11, 15,19, 23, 27-го витков и от 2,4, 6, 8,10, 14,18,22,28,30-го витков. Включив две такие катушки последовательно, можно переключателями подобрать требуемое количество витков тем более, что для СУ не особенно важна точность подбора индуктивности. С главной задачей — получением малых индуктивностей — «вариометр бедного радиолюбителя» справляется успешно.
Рис.4.
Чтобы этот самодельный тюнер по своим возможностям квазиплавной настройки приближался к «буржуинским» антенным тюнерам, например, АТ-130 от ICOM или АТ-50 от Kenwood, придется вместо одного галетного переключателя ввести закорачивание отводов катушки «релюшками», каждая из которых будет включаться отдельным тумблером. Семи «релюшек», коммутирующих семь отводов, будет достаточно, чтобы смоделировать «ручной АТ-50».
Пример релейной коммутации катушек приведен в [2]. Зазоры между пластинами в КПЕ должны выдерживать предполагаемое напряжение. Если применяются низкоомные нагрузки, при выходной мощности до 200…300 Вт можно обойтись КПЕ от старых типов РПУ. Если высокоомные — придется подобрать КПЕ с требуемыми зазорами (от промышленных радиостанций).
Рис.5.
Подход при выборе КПЕ очень прост — 1 мм зазора между пластинами выдерживает напряжение 1000 В. Предполагаемое напряжение можно найти по формуле U = ЦP/R , где:
На радиостанции обязательно должен быть установлен переключатель, при помощи которого трансивер отключается от антенны в случае грозы (или в выключенном состоянии), т.к. более 50% случаев выхода из строя транзисторов связаны с наводкой статического электричества. Переключатель можно смонтировать или в антенном коммутаторе, или в СУ.
П-образное согласующее устройство
Итогом различных опытов и экспериментов по рассмотренной выше теме стала реализация П-образного «согласователя» — рис.6. Конечно, трудно избавиться от «комплекса схемы буржуинских тюнеров» рис.2 — эта схема имеет важное преимущество, заключающееся в том, что антенна (по крайней мере, центральная жила кабеля) гальванически развязана от входа трансивера через зазоры между пластинами КПЕ. Но безрезультатные поиски подходящих КПЕ для этой схемы вынудили отказаться от нее. Кстати, схему П-контура используют и некоторые фирмы, выпускающие автоматические тюнеры, например, американская КАТ1 Elekraft или голландская Z-11 Zelfboum.
Помимо согласования, П-контур выполняет еще и роль фильтра низких частот, что очень полезно при работе на перегруженных радиолюбительских диапазонах — вряд ли кто-то откажется от дополнительной фильтрации гармоник. Главный недостаток схемы П-образного согласующего устройства — необходимость применения КПЕ с достаточно большой максимальной емкостью, что наводит на мысль о причине, по которой такая схема не применяется в автоматических тюнерах импортных трансиверов. В Т-образных схемах чаще всего используются два КПЕ, перестраиваемые моторчиками. Понятно, что КПЕ на 300 пФ будет намного меньше размером, дешевле и проще, нежели КПЕ на 1000 пФ.
Рис.6.
В схеме СУ, показанной на рис.6, применены КПЕ с воздушным зазором 0,3 мм от ламповых приемников. Обе секции конденсатора включены параллельно. В качестве индуктивности применена катушка с отводами, переключаемыми керамическим галетным переключателем.
Катушка — бескаркасная, и содержит 35 витков провода 00,9… 1,1 мм, намотанных на оправке 021…22 мм. После намотки катушка свернута в кольцо и своими короткими отводами припаяна к выводам галетного переключателя. Отводы сделаны от 2, 4, 7, 10, 14, 18, 22, 26 и 31-го витков.
КСВ-метр изготовлен на ферритовом кольце. Проницаемость кольца при работе на KB решающего значения, в общем-то, не имеет, в авторском варианте применено кольцо 1000НН с внешним диаметром 10 мм.
Кольцо обмотано тонкой лакотканью, а затем на него намотаны 14 витков провода ПЭЛ 0,3 (без скрутки, в два провода). Начало одной обмотки, соединенное с концом второй, образует средний вывод.
В зависимости от требуемой задачи (точнее, от того, какую мощность предполагается пропускать через СУ, и от качества светодиодов VD4 и VD5), можно использовать кремниевые или германиевые детектирующие диоды VD2 и VD3. При использовании германиевых диодов можно получить более высокую чувствительность. Наилучшие из них — ГД507. Однако автор применяет трансивер с выходной мощностью не менее 50 Вт, поэтому в КСВ-метре отлично работают обычные кремниевые диоды КД522.
Как «ноу-хау», помимо обычной, на стрелочном приборе, применена светодиодная индикация настройки. Для индикации «прямой волны» используется светодиод VD4 зеленого цвета, а для визуального контроля за «обратной волной» — красного цвета (VD5). Как показала практика, это очень удачное решение — всегда можно оперативно отреагировать на аварийную ситуацию. Если во время работы в эфире что-то случается с нагрузкой, красный светодиод начинает ярко вспыхивать в такт с излучаемым сигналом.
Ориентироваться по стрелке КСВ-метра менее удобно — не будешь же постоянно пялиться на нее во время передачи! А вот яркое свечение красного света хорошо заметно даже боковым зрением. Это положительно оценил Юрий, RU6CK, когда у него появилось такое СУ (к тому же, у Юрия плохое зрение). Уже более года и сам автор использует в основном только «светодиодную настройку» СУ, т.е. настройка «согласователя» сводится к тому, чтобы погас красный светодиод и ярко «полыхал» зеленый. Если уж и захочется более точной настройки, ее можно «выловить» по стрелке микроамперметра. В качестве микроамперметра применен прибор М68501 с током полного отклонения 200 мкА. Можно применить и М4762 — они устанавливались в магнитофонах «Нота», «Юпитер». Понятно, что С1 должен выдерживать напряжение, выдаваемое трансивером в нагрузку.
Настройка изготовленного устройства выполняется с использованием эквивалента нагрузки, который рассчитан на рассеивание выходной мощности каскада. Присоединяем СУ к трансиверу «коаксиалом» минимальной длины (насколько это возможно, т.к. этот отрезок кабеля будет использоваться в дальнейшей работе СУ и транисивера) с требуемым волновым сопротивлением, на выход СУ без всяких «длинных шнурков» и коаксиальных кабелей подключаем эквивалент нагрузки, выкручиваем все ручки СУ на минимум и выставляем при помощи С1 минимальные показания КСВ-метра при «отраженке». Следует заметить, что выходной сигнал передатчика не должен содержать гармоник (т.е. должен быть фильтрованный), в противном случае минимум можно и не отыскать. Если конструкция изготовлена правильно, минимум получается при емкости С1, близкой к минимальной.
Затем меняем местами вход и выход прибора и снова проверяем «баланс». Проверку осуществляем на нескольких диапазонах. Сразу предупреждаю, автор не в состоянии помочь каждому радиолюбителю, который не справился с настройкой описанного СУ. Если у кого-то не получается изготовить СУ самостоятельно, у автора данной статьи можно заказать готовое изделие. Всю информацию можно получить здесь [3].
Светодиоды VD4 и VD5 необходимо выбирать современные, с максимальной яркостью свечения. Желательно, чтобы светодиоды имели максимальное сопротивление при протекании номинального тока. Автору удалось приобрести красные светодиоды сопротивлением 1,2 кОм и зеленые — 2 кОм. Обычно зеленые светодиоды светятся слабо, но это и неплохо — ведь изготавливается не елочная гирлянда. Главное требование к зеленому светодиоду — его свечение должно быть достаточно отчетливо заметно в штатном режиме передачи. А вот цвет свечения красного светодиода, в зависимости от предпочтений пользователя, можно выбрать от ядовито-малинового до алого.
Как правило, такие светодиоды имеют диаметр З…3,5 мм. Для более яркого свечения красного светодиода применено удвоение напряжения — в схему введен диод VD1. По этой причине точным измерительным прибором наш КСВ-метр уже не назовешь — он завышает «отраженку». Если требуется измерять точные значения КСВ, необходимо применить светодиоды с одинаковым сопротивлением и сделать два плеча КСВ-метра абсолютно одинаковыми — или оба с удвоением напряжения, или без удвоения. Однако оператора скорее волнует качество согласования цепи «трансивер — антенна», а не точное значение КСВ. Для этого вполне достаточно светодиодов.
Предложенное СУ эффективно при работе с антеннами, запитанными через коаксиальный кабель. Автор испытывал СУ на «стандартные», распространенные антенны «ленивых» радиолюбителей — «рамку» периметром 80 м, «инвертед-V» — совмещенные 80 и 40 м, «треугольник» периметром 40 м, «пирамиду» на 80 м.
Константин, RN3ZF, (у него FT-840) применяет такое СУ со «штырем» и «инвертед-V» в том числе, и на WARC-диапазонах, UR4GG — с «треугольником» на 80 м и трансиверами «Волна» и «Дунай», a UY5ID с помощью описанного СУ согласовывает ШПУ на КТ956 с многосторонней рамкой периметром 80 м с симметричным питанием (используется дополнительный переход на симметричную нагрузку).
Если при настройке СУ не удается погасить красный светодиод (достичь минимальных показаний прибора), это может означать, что, помимо основного сигнала, в излучаемом спектре содержатся гармоники (СУ не в состоянии обеспечить согласование одновременно на нескольких частотах). Гармоники, которые по частоте располагаются выше основного сигнала, не проходят через ФНЧ, образуемый элементами СУ, отражаются, и на обратном пути «поджигают» красный светодиод. О том, что СУ «не справляется» с нагрузкой, может говорить только лишь тот факт, что согласование происходит при крайних значениях (не минимальных) параметров КПЕ и катушки, т.е. когда не хватает емкости или индуктивности. Ни у кого из указанных пользователей при работе СУ с перечисленными антеннами ни на одном из диапазонов таких случаев не отмечено.
СУ было испытано с «веревкой», т.е. с проволочной антенной длиной 41 м. Не следует забывать, что КСВ-метр является измерительным прибором только в случае обеспечения с обеих его сторон нагрузки, при которой он балансировался. При настройке на «веревку» светятся оба светодиода, поэтому за критерий настройки можно принять максимально яркое свечение зеленого светодиода при минимально возможной яркости красного. По-видимому, это будет наиболее верная настройка — по максимуму отдачи мощности в нагрузку.
Хотелось бы обратить внимание потенциальных пользователей данного СУ на то, что ни в коем случае нельзя переключать отводы катушки при излучении максимальной мощности. В момент переключения происходит разрыв цепи катушки (хотя и на доли секунды), и резко меняется ее индуктивность. Соответственно, подгорают контакты галетного переключателя и резко меняется сопротивление нагрузки выходного каскада. Переключать галетный переключатель необходимо только в режиме приема.
Информация для дотошных и «требовательных» читателей — автор статьи сознает, что КСВ-метр, установленный в СУ, не является прецизионным высокоточным измерительным прибором. Да такой цели при его изготовлении и не ставилось! Основная задача была — обеспечить трансиверу с широкополосными транзисторными каскадами оптимальную согласованную нагрузку, еще раз повторю — как передатчику, так и приемнику. Приемник, как и мощный ШПУ, в полной мере нуждается в качественном согласовании с антенной!
Кстати, если в вашем «радио» оптимальные настройки для приемника и передатчика не совпадают, это говорит о том, что настройка аппарата или вообще толком не производилась, а если и производилась, то, скорее всего, только передатчика, а полосовые фильтры приемника имеют оптимальные параметры при других значениях нагрузки.
КСВ-метр, установленный в СУ, покажет, что регулировкой элементов СУ мы добились параметров той нагрузки, которую присоединяли к выходу ANTENNA трансивера во время его настройки. Применяя СУ, можно спокойно работать в эфире, зная, что трансивер не «пыжится и молит о пощаде», а имеет почти ту же нагрузку, на которую его и настраивали. Разумеется, это не говорит о том, что антенна, подключенная к СУ, стала работать лучше. Не забывайте об этом!
Радиолюбителям, мечтающим о прецизионном КСВ-метре, могу рекомендовать изготовить его по схемам, приведенным во многих зарубежных серьезных изданиях, или купить готовый прибор. Но придется раскошелиться — действительно, приборы, выпускаемые известными фирмами, стоят от 50 USD и выше СВ — ишные польско-турецко-итальянские во внимание не беру. Удачная, хорошо описанная конструкция КСВ-метра приведена в [2].
А. Тарасов, (UT2FW) [email protected]
Литература:
- Бунин С.Г., Яйленко Л.П. Справочник радиолюбителя-коротковолновика. — К.: Техника, 1984.
- М. Левит. Прибор для определения КСВ. — Радио, 1978, N6.
- http://www.cqham.ru/ut2fw/
Согласующее устройство | RadioNic.ru
john 17 мая, 2013 — 23:27
На эту конструкцию выходного дня меня вдохновила статья А.Ю.Тарасова (UT2FW) и А.Н.Ковалевского (RN6LW). Правда КСВ-метр я решил пока не делать, а основной мотив был не столько создание согласующего устройства, сколько проверить возможность изготовления корпусов из алюминиевых композитных панелей (АКП).
Схема точно такая же, как в статье «Согласующее устройство c индикацией КСВ», но без КСВ-метра:
Несколько советов для тех, кто захочет повторить это устройство. Самый ответственный узел — катушка, размещенная на контактах галетного переключателя. Лучше всего взять кусок лакированного провода ПЭЛ-1 длиной 310 см. по 15 см с каждого конца — это отводы катушки, т.е. отступаем от 15 см, затем залуживаем участок провода длиной 5-8 мм, следующий участок залуживаем через 16 см (2 виток), слудующий еще через 16 см (4 виток), следующий через 24 см (7 виток) и так далее из расчета 8 см на виток. Всего у нас отводы идут от 2, 4, 7, 10, 14, 18, 22, 26, 31 витка. После того как «пятачки» залужены — наматываем катушку на оправе диаметром 22 мм. После снятия с оправы катушка немного «спружинит», а когда витки немного раздвинутся в процесс припаивания к контактам галеты — «пятачки» чётко встанут на свои места.
Немного о материале для корпуса. АКП представляет собой два алюминиевых листа, толщиной 0,2 мм и пластиковый наполнитель между ними. Толщина примененного АКП — 3 мм, достаточно жесткий корпус получается, но при этом материал легко обрабатывается, а корпус получается хорошо экранированным. Материал недорогой и найти его намного проще, чем алюминиевые или дюралевые листы. Кроме того, одна сторона АКП покрыта специальной грунтовкой и в зависимости от типа применяемого АКП может иметь лакокрасочное покрытие и закрыто защитной пленкой, которая убирается после изготовления необходимой заготовки. Другая сторона АКП — просто алюминий. Детали изготовленные из АКП соединяются между собой при помощи алюминиевого уголка.
Весь процесс изготовления — в фотоальбоме http://oldradio.su/main.php?g2_itemId=43423 , если кому нужны чертежи с размерами — пишите, предоставлю.
Итак, устройство собрано, на изготовление ушло всего несколько часов, впереди испытания и доработка корпуса (нужно изготовить еще боковые и верхнюю крышки, возможно покрасить), возможно все-таки установлю в корпус КСВ-метр — места в корпусе с запасом. Так что продолжение следует…
Варианты двухзвенных согласующих устройств.1) Устройство согласующее активную нагрузку и активное эквивалентное совпротивление выходного контура. Если необходимо повысить фильтрующие способности этого устройства, то между конденсатором и индуктивностью включается последовательный контур настроенный на эту же частоту.. Тогда получается автотрансформаторный вход передатчика. Реактивное сопротивление конденсатора здесь равно сумме сопротивлений согласующего устройства и кондесатора дополнительного последовательного контура. Если пна подключаемых концах антенны имеется какое-то реактивное сопротивление, то оно может быть нейтрализовано изменением емкости С согласующего устройства. Таким образом это устройство может согласовывать нагрузки, если она меньше эквивалентного сопротивления выходного каскада. Для варианта Для этого устройства целесообразно провести новый расчет Представим это выражение в виде Далее, при последовательном подключении реактивного сопротивление от катушки L1 получим Наконец, введя обозначения и подсоединяя паралелльно катушку XL2 получим Условие резонанаса сводится к равенству нулю мнимого второго члена, что возможно при Отсюда Отсюда следуют два предельных случая , при котором XL2=0 и XL1=0 . После подстановки сюда a и b получим Это очень примечательное выражение, ибо оно дает возможность вычислить сопротивление индуктивности по известному сопротивлению нагрузки и емкостному реактивному соппротивлению параллельного контура. Отсюда видно, что подключение нагрузки к параллельному контуру изменяет частоту резонанса. Расчет по новому выражению для П-контура, для приведенных выше условий, дает значения: с1=60,11 пкф, с2=232пкф, L=9,31мкгн. Как видно, различие в значениях, особенно с2, с ранее приведенным, весьма большое. Именно по этим данным такая настройка и проводится практически. То есть этот расчет показывает, что правильно рассчитанный П-контур действительно хорошо фильтрует сигнал и согласует входное сопротивление антенны в случае отсутствия в нем реактивной составляющей. Но он удобен только в случае лампового выходного каскада с высоким эквивалентным сопротивлением. Для выходного каскада на транзисторах, с низким выходным сопротивлением, расчетные значения конденсаторов оказываются очень большими и трудно выполнимыми практически. Поэтому здесь целесообразно использовать второй вариант комбинации двух Г- образных звеньев, когда они меняются местами и соединяются своими точками с высоким напряжением, а точки с низким напряжением соединяются с антенной и выходным каскадом с низким эквивалентным сопротивлением,. Впрочем, можно несколько изменить Т- контур заменив индуктивности на емкости и наоборот. Тогда будет новый вариант.Можно ли работать на нескольких диапазонах с одной антенной?Судя по рассмотренным выше особенностям П-контура, его применение как согласующего устройства для работы с одной антенной на разных диапазонах, возможно, для ламповых выходных каскадов, если дополнительно компенсировать реактивные сопротивления в самой антенне. Оно ограничено только возможным диапазоном изменения переменных конденсаторов и переменных индуктивностей с переключателями на различное число витков. Допустим очень трудно регулировать очень малые емкости или создавать большие индуктивности. Если антенна питается через коаксиальный кабель, то в принципе это ничего не меняет, ибо надо только рассчитать какой ток он может выдержать в узлах. Для транзисторных выходных каскадов более подходит, описанный выше Т- контур. Однако все зависит еще и от фактических входных параметров антенны на разных диапазонах. Вообще желание иметь одну антенну на все диапазоны вполне осуществимое дело. Надо только хорошо разбираться как это сделать. Трудно ли определить сопротивление излучения и реактивную составляющую антенны на разных диапазонах? Эти параметры также являются весьма завуалированными в различных описаниях, ибо отсутствуют простые способы их определения. Автор практически опробовал несколько вариантов таких устройств и подобрал наиболее удачную схему. Для ее реализации нет необходимости строить специальное сооружение в корпусе ибо в таком виде оно даже может исказить результаты. На первых порах достаточно иметь ГИР (Например, промышленный ГИР1) , микроамперметр на 50 мка с выпрямляющим мостом, два переменных конденсатора 15-500 пкф, две катушки индуктивности в 30 мкгн., с напаянными выводами для захвата крокодильчиками через 2-3 витка, размещенных на корпусах диаметром 60 мм с шагом укладки намотки в 3-1,5мм -для удобства напайки жестких отводов. Можно также использовать катушки со скользящими контактами. Кроме этого надо иметь набор проводов длиной по 10-15 см с крокодильчиками на концах для проведения временных соединений. Затраты на изготовление и приобретение всего названного с лихвой окупятся эмоциональностью лицезрения действия многих полезных функций создаваемого прибора. Полная схема его показана на рис 3: Рис 3. Схема прибора. . Микроамперметр присоединяется параллельно к клеммам 1 совместно с клеммами ВЧ напряжения от ГИРа. Если используется источник ВЧ напряжения с низким выходным сопротивлением, то подключение проводится через резистор. Падение напряжения на нем как раз и фиксируется в резонансе. Установив нужную частоту источника, постепенно увеличивается напряжение ВЧ и проверяется наличие отклонения стрелки прибора.. Теперь можно приступить к первому этапу работы- тарировке емкости конденсаторов по углу поворота и индуктивности по числу витков. Сначала надо добиться резонанса вращением конденсатора С1 в сторону максимума показания прибора. После этого следует увеличить ВЧ напряжение до максимальной точки шкалы. Подключая параллельно контуру различные постоянные конденсаторы и восстанавливая резонанс находится несколько контрольных точек, по которым определяется зависимость емкости конденсатора от угла поворота. Затем по показаниям емкости тарируется катушка индуктивности. Эти данные заносятся в таблицу и интерполируются на целые деления угла поворота через 10 градусов. Аналогичная процедура проводится и с парой С2 , После этого можно приступить к измерениям. Для несведущих напомним, что любая антенна ведет себя двояко. С одной стороны ее можно представить как последовательный контур, соединяющий индуктивность и емкость, и некоторое активное сопротивление называемое сопротивлением излучения. Если к концам 2 на рис 3 подключить активное сопротивление то вместе с L2 и C2 как раз и будет образован последовательный контур. С другой стороны та же самая антенна может работать как параллельный контур по типу L1, C1 с концами 1 замкнутыми сопротивлением излучения. Эти сопротивления, для одной и той же антенны, отличается на порядок. Почему именно так работает антенна никому неизвестно, хотя и есть обоснованные предположения. Но что это именно так, можно убедиться из последующих измерений. Чтобы определить сопротивление излучения при параллельном подключении антенны используется только L1 и C1. Включив ГИР необходимо подать переменное напряжение на одном из рабочих диапазонов добившись резонанса по максимуму отклонения стрелки микроамперметра. Затем необходимо определить емкость конденсатора по углу поворота. После этого к концам катушки L1 подключаются выводы антенны (Для антенны типа длинный провод одним концом является заземление.). После подключения показания прибора снизятся. Это произойдет ввиду наличия в антенне реактивного и активного сопротивления. Вращая ручку конденсатора следует вновь добиться резонанса по максимуму показаний и определить емкость конденсатора. Необходимо также записать новое показание прибора. Если емкость конденсатора увеличилась, то это значит, что антенна обладает дополнительным индуктивным сопротивлением Xa, которое подключаясь параллельно к индуктивному сопротивлению L1 уменьшая его значение. Для определения индуктивного сопротивления антенны, именно в этом случае, необходимо вычислить емкостное сопротивление конденсатора, которое было до подключения антенны и после подключения Xc, Xca, и провести вычисления по формулам X=Xc-Xca Xa=X*Xc/(Xc-X) . Далее по Xa следует вычислить величину индуктивности за зажимах антенны. Подключая затем вместо антенны переменное сопротивление и устанавливая резонанс необходимо добиться того же показания прибора, которое было при подключенной антенне. Это как раз и будет сопротивлением излучения. Если емкость при подключении антенны, в резонансе, уменьшится, то это значит, что антенна обладает дополнительным емкостным сопротивление. Величина изменения емкости конденсатора как раз и будет равна входной емкости антенны. . Работа по определению сопротивления излучению при последовательном резонансе проводится после подключения антенны к разъему 2. При этом устанавливается максимум показаний при вращении конденсатора 1 и минимум показаний при вращении конденсатора 2. Это достигается последовательно несколькими настройками. После этого записываются показания двух конденсаторов и прибора. Далее вместо антенны подключается переменное сопротивление и, повторяя всю процедуру устанавливая резонанс двумя конденсаторами и величину сопротивления так, чтобы добиться прежнего показания прибора. После этого вновь записывают показания двух конденсаторов и тестером измеряют величину переменного сопротивления. Она и будет равна сопротивлению излучения. Величина емкости С1 должна автоматически быть той же, что и при подключении антенны. По значению отклонения С2 с антенной и с активным сопротивлением можно найти величину реактивного сопротивления антенны. Если емкость с антенной была меньше, чем с активным сопротивлением, то это значит, что антенна имеет дополнительное индуктивное входное сопротивление, которое в приборе компенсируется уменьшением емкости. Это уменьшение и будет численно равно индуктивному сопротивлению. Если, наоборот, емкость с антенной больше, что означает уменьшение емкостного сопротивления, то следовательно антенна имеет дополнительное емкостное сопротивление- как раз то, на которое уменьшилось сопротивление конденсатора. Точка подключения к контуру L1, C1 определяется удобством измерений. В качестве примера ниже приведены результаты таких измерение для антенны типа LW длинный провод с заземлением имеющей собственную резонансную частоту в 5,94 мгц.
Что же дальше?После определения сопротивления излучения и реактивного сопротивления на всех диапазонах антенна была подключена к П- контуру передатчика с возможностью регулировки мощности в пределах 1-20 ватт и минимальным эквивалентным сопротивлением выходного каскада на лампе ГУ-50 равным 7500 ом. В результате оказалось, что на 28 мгц антенна работала в последовательном резонансе с добротностью порядка 11, что можно подсчитать разделив 7500 на сопротивление излучения в 75 ом и извлекая квадратный корень из по полученного значения. На 21 мгц антенна работала в параллельном резонансе. На 14 мгц удалось добиться согласования регулировкой конденсаторов контура, но антенна работала в параллельном резонансе- то есть конденсатор связи пришлось уменьшить почти до предела. Естественно большое сопротивление нагрузки привело к уменьшению добротности до 1,4. При этом естественно фильтрация гармоник практически отсутствовала ( для нормальной работы добротность должна быть не ниже 8). На 7 мгц антенна также работала в параллельном подключении с плохими фильтрующими свойствами. На частотах 3,5 и 1,84 мгц добиться хотя бы удовлетворительной работы не удалось. Далее были предприняты попытки применить дополнительные согласующие устройства. На частоте 28 мгц оказалось удобным подключить в разрыв антенны последовательный контур настроенный на эту же частоту переменным конденсатором из того же набора, что и в измерениях. Установка последовательного контура здесь играет двойную роль. Он, с одной стороны, компенсирует излишнее реактивное сопротивление антенны, и действует как фильтр-пробка для гармоник. Путем последующей подстройки контура на 28 мгц удалось несколько улучшить согласование, то есть анодный ток увеличился. На 21 мгц таким добавлением также несколько улучшилось согласование. На частоте 14 мгц добиться перехода в последовательный резонанс не удалось. Но за счет установки последовательного контура значительно увеличилась добротность и емкость конденсатора связи стала больше. То есть произошло смещение в сторону последовательного резонанса и добротность стала равной примерно 8. Отдаваемая мощность увеличилась примерно на 20 процентов.. Это же самое произошло и на частоте 7 мгц., где мощность увеличилась на 25-30 процентов. На частоте 3,5 мгц., с помощью последовательного контура удалось полностью компенсировать реактивное сопротивление и антенна хорошо работала в последовательном резонансе отдавая полную мощность при высокой добротности- около 20-ти. На частоте 1,84 мгц оказалось целесообразным подключить антенну к параллельному контуру и того же набора, что и при измерениях. Затем на 1/5 витков катушки был подключен выход передатчика, что снизило сопротивление нагрузки до 760 ом Далее настройкой П-контура и конденсатора параллельного контура весьма своеобразным способом удалось добиться полного согласования и отдачи мощности так, что этот диапазон стал доступным несмотря на 13-метровую антенну. Из параметров антенны должно быть ясным почему именно на этом диапазоне пришлось применить параллельный контур- ведь сопротивление излучения в параллельном резонансе, для этого диапазона, очень велико. Таким образом в данном конкретном случае удалось согласовать имеющуюся антенну для работы на всех диапазонах без каких-либо действий над самой антенной, а лишь только путем установки дополнительного последовательного контура.. Только в диапазоне 1,84 мгц был установлен дополнительный параллельный контур. Думаю, что таким же образом можно исследовать любую антенну и добиться удовлетворительной или даже хорошей ее работы не загрязняя эфир побочными излучениями. Характерной особенностью работы настроенной антенны является полное совпадения максимума мощности с максимумом тока и напряжением в антенне и максимумом анодного тока, а также максимума напряженности поля. Таким образом однозначно решается вопрос о способе определении точки полной настройки антенны- ее можно определять только по максимальному анодному току. КСВ-метр оказался лишним. Кстати он определяет только отношение мощности отраженной или возвращаемой мощности, ввиду несогласованности, к подводимой, но не раскрывает причину почему это происходит. При полном согласовании полностью пропадают признаки какого-либо самовозбуждения или наличия ВЧ на ключе, педали управления и наушниках. Более того практически исчезают помехи телевидению там, где ранее, как казалось, они были неизбежны. Приведенный пример послужит помощью тем, кто уже имеет передатчик с П- контуром. Для тех же, кто имеет импортную аппаратуру с фиксированным выходным эквивалентным сопротивлением, например в 50 ом, то здесь несколько сложней добиться именно такого входного сопротивления от антенны. Очевидно придется сделать специальное согласующее устройство использующее свойства Г- образного звена последовательного контура… Беспокоиться о фильтрации гармоник здесь не придется ибо на выходе, как правило, сигнал уже хорошо отфильтрован. Надо только избавиться от реактивной составляющей за счет дополнительного значения последовательного включения емкости или индуктивности. Для тех, кто занимается конструированием передающей аппаратуры на транзисторах придется решать задачу согласования при очень маленьком эквивалентным сопротивлении выходного каскада. Как отмечено выше это удобней сделать Т-контуром. Например, антенна, с приведенными выше параметрами, согласовывалась с транзисторным выходом трансивера мощностью 2 ватта, с эквивалентным выходным сопротивлением в 35 ом, на трех диапазонах 14, 7 и 3,5 мгц. В первом случае, ввиду отсутствия реактивной составляющей антенны, использовался Т-контур, в котором катушка индуктивности подключалась одним концом к массе, а ко второму концу подключался корпус двухсекционного переменного конденсатора, неподвижные и изолированные секции которого образовывали две ветви. К одной из них подключалась антенна, а ко второй -выход передатчика. Затем подбором витков и настройкой в резонанс по максимуму коллекторного тока устанавливалось полное согласование. Впрочем на этом же диапазоне хорошо работал просто последовательный контур, у которого катушка индуктивности подключалась к массе, а конденсатор- к выходу трансивера. Антенна присоединялась к части витков катушки индуктивности так, чтобы при резонансе ток был максимально допустимым. Кстати, этот вариант очень простой и удобный. Надо только соблюдать условия достаточности фильтрации сигнала устанавливая значения емкости и индуктивности соответствующие большой добротности . Добротность рассчитывается как корень квадратный из частного от деления сопротивления в точке соединения этих элементов на эквивалентное сопротивление выходного каскада. На диапазоне 7 мгц использовался только последовательный контур подключенный как описано выше. Поскольку на этом диапазоне антенна имеет дополнительное индуктивное сопротивление, то, при подключении ее к части витков индуктивности контура, уменьшает индуктивность той части катушки, к которой она присоединяется. Это уменьшение компенсируется подстройкой конденсатора. На диапазоне 3,5 мгц также использовался последовательный контур. При этом катушка индуктивности подключалась к массе, а антенна- к конденсатору. Выход от передатчика подключался к части витков катушки индуктивности. Поскольку на этом диапазоне антенна имеет емкостное сопротивление, то оно компенсируется увеличенной индуктивностью контура. Таким образом и в этом случае удается добиться хорошего согласования.ЗаключениеЗа долгую и славную эпоху существования радиолюбительского движения энтузиасты эфира внесли большой вклад в теорию и практику проведения связей и конструирования аппаратуры. Думаю, что появление этой статьи побудит новую волну многочисленных исследователей по раскрытию еще неизвестных закономерностей в области антенн. Мы просто должны преодолеть то, что нам еще неизвестно или в чем мы сомневаемся . Несмотря на появление специальных импортных Матч-боксов, в том числе и встроенных в трансивер, с автоматической подстройкой под любую антенну, которые как бы уже все решают, в основе их, все еще, просто механическая копировка известных решений без осмысленного применения. Основываясь на изложенных здесь принципах и при использовании компьютерных программ, можно быстро рассчитать любое устройство и, затем, с меньшими затратами провести опытную проверку с минимальной доработкой. Это дает также возможность внести изменения в существующие конструкции, где по разным причинам оказались скрытыми неучтенные возможности или погрешности в расчетах. |
Согласующее устройство для антенн НЧ диапазонов — Согласующие устройства. Антенные тюнеры
Радиолюбители, проживающие в многоэтажных домах, нередко применяют на НЧ диапазонах рамочные антенны. Такие антенны не требуют высоких мачт (их можно натянуть между домами на сравнительно большой высоте), хорошего заземления, для их питания можно применить кабель, да и помехам они меньше подвержены. На практике удобен вариант рамки в виде треугольника, так как для ее подвески требуется минимальное число точек крепления.Как правило, большинство коротковолновиков стремятся использовать такие антенны в качестве много диапазонных, однако в этом случае крайне сложно обеспечить приемлемое согласование антенны с фидером на всех рабочих диапазонах.
В течение более чем 10 лет я использую антенну типа «Дельта» на всех диапазонах от 3.5 до 28 МГц. Ее особенности — это расположение в пространстве и использование согласующего устройства. Две вершины антенны закреплены на уровне крыш пятиэтажных домов, третья (разомкнутая) — на балконе 3-го этажа, оба ее провода введены в квартиру и подключены к согласующему устройству, которое соединено с передатчиком кабелем произвольной длины. При этом периметр рамки антенны около 84 метров.
Рис.1
Принципиальная схема согласующего устройства приведена на рис.1.
Согласующее устройство состоит из широкополосного симметрирующего трансформатора Т1 и П-контура, образованного катушкой L1 с отводами и подключаемыми к ней конденсаторами.
Один из вариантов выполнения трансформатора Т1 приведен на рис.2.
Рис.2
Детали
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце диаметром не менее 30 мм с магнитной проницаемостью 50— 200 (некритично). Обмотка выполняется одновременно двумя проводами ПЭВ-2 диаметром 0,8 — 1,0 мм, число витков 15 — 20.
Катушка П-контура диметром 40…45 мм и длиной 70 мм выполнена из голого или эмалированного медного провода диаметром 2—2.5 мм. Число витков 13, отводы от 2; 2,5; 3; 6 витков, считая от левого по схеме вывода L1. Подстроенные конденсаторы типа КПК-1 собраны на шпильках в пакеты по 6 шт. и имеют емкость 8 — 30 пФ.
Настройка
Для настройки согласующего устройства необходимо в разрыв кабеля включить КСВ—метр. На каждом диапазоне согласующее устройство настраивается по минимуму КСВ с помощью подстроенных конденсаторов и при необходимости подбором положения отвода.
Советую перед настройкой согласующего устройства отсоединить от него кабель и настроить выходной каскад передатчика, подключив к нему эквивалент нагрузки. После этого можно восстановить соединение кабеля с согласующим устройством и выполнить окончательную настройку антенны. Диапазон 80 метров целесообразно разбить на два поддиапазона (CW и SSB). При настройке легко добиться КСВ близкого к 1 на всех диапазонах.
Данную систему можно использовать также на WARC диапазонах (надо только подобрать отводы) и на 160 м, соответственно увеличив число витков катушки и периметр антенны.
Необходимо отметить, что все сказанное выше справедливо только при непосредственном подключении антенны к согласующему устройству. Конечно, данная конструкция не заменит «волновой канал» или «двойной квадрат» на 14 — 28 МГц, но она хорошо настраивается на всех диапазонах и снимает многие проблемы у тех, кто вынужден использовать одну многодиапазонную антенну.
Вместо переключаемых конденсаторов можно применить КПЕ, но тогда придется каждый раз настраивать антенну при переходе на другой диапазон. Но, если дома такой вариант неудобен, то в полевых или походных условиях он вполне оправдан. Уменьшенные варианты «дельты» для 7 и 14 МГц я неоднократно применял при работе в «поле». При этом две вершины крепились на деревьях, а питающая подключалась к согласующему устройству, лежащему непосредственно на земле.
В заключение могу сказать, что используя для работы в эфире только трансивер с выходной мощностью около 120 Вт без каких-либо усилителей мощности, с описанной антенной на диапазонах 3,5; 7 и 14 МГц никогда не испытывал затруднений, при этом работаю, как правило, на общий вызов.
С. Смирнов, (EW7SF)
Поделитесь записью в своих социальных сетях!
При копировании материала обратная ссылка на наш сайт обязательна!
Блок согласования антенны с приёмником
Вопросам согласования входа приёмника с антенной следует уделять большое внимание, т.к. хорошее согласование позволяет увеличить реальную чувствительность и улучшить подавление зеркального канала. Если связь с антенной сделать переменной, то появится возможность регулировки усиления по входу, что весьма полезно при наличии мощных мешающих станций.
Как известно, провод антенны обладает распределённой ёмкостью, индуктивностью и активным сопротивлением. Можно настроить в резонанс антенный контур, в который входят распределённые L, C и R провода и катушки связи, с входным контуром приёмника. Если катушку связи сделать переключаемой, то получить резонанс в антенном контуре несложно. Антенный и входной контуры приёмника образуют двухконтурный фильтр с большим коэффициентом передачи по напряжению. Полоса такого фильтра невелика, но достаточна для растянутого КВ диапазона. В диапазонах с большим перекрытием ( 1,5 – 3,0 раза ) перестройка антенного контура неудобна. Если оставлять резонансную частоту антенного контура неизменной, то коэффициент передачи и чувствительность приёмника в пределах диапазона получаются слишком неравномерными. Для улучшения равномерности коэффициента передачи в диапазонах ДВ, СВ и обзорном КВ резонансную частоту антенного контура выносят за диапазон ( обычно ниже ) путём соответствующего выбора индуктивности катушки связи.
Между катушкой связи и антенной может быть включено специальное согласующее устройство, позволяющее настраивать антенную цепь в резонанс с частотой сигнала. Применение блока согласования с антенной позволяет несколько увеличить реальную чувствительность, повысить избирательность по зеркальному каналу и получить дополнительную регулировку усиления по высокой частоте. При этом, например, улучшение подавления зеркального канала в диапазоне 31 м. ( 9,5 Мгц ) достигает величины 15 дб ( 5,6 раза ).
Вариант принципиальной схемы блока согласования с антенной приведены на Рис.1. Антенная цепь может быть настроена переменным конденсатором С1 на последовательный или параллельный резонанс. Регулируя степень связи, согласование с входным контуром можно сделать оптимальным. Переключатель SA1 ( для переключения на последовательный или параллельный резонанс ) позволяет использовать приставку практически с антеннами любой длинны. Катушка L2 подключается ко входу приёмника с помощью короткого отрезка экранированного провода. Связь между катушками L1 и L2 можно изменять посредством изменения расстояния между катушками. Вариант схемы ( Рис.1 ) даёт лучшее согласование, если приёмник имеет низкое входное сопротивление. Для приёмников с более высоким входным сопротивлением лучший результат можно получить, увеличив количество витков L2 в 2 – 3 раза. Какой из вариантов целесообразно использовать, определяют опытным путём по уровню сигнала.
Приставка рассчитана на работу в диапазоне 5,9 – 12,1 Мгц. Если приставку надо использовать для приёма любительских станций, то её диапазон можно расширить введением в схему переключаемых катушек. Схема такого варианта с диапазоном 3,4 – 30,0 Мгц приведена на Рис.2.
Конструктивно блок согласования представляет собой экранированную коробку ( 75х120х250 мм ) из немагнитного металла, в которую помещены три пары катушек диаметром 24 мм, переменный конденсатор и все остальные детали схемы. Неподвижные катушки L1, L3 и L5 ( 72, 20 и 4 витка ) расположены на одной оси. Катушки L2, L4 и L6 ( 20, 12 и 2 витка ) закреплены на оси из изолирующего материала так, что при вращении её подвижные катушки входят в зазоры между неподвижными. Передний конец оси выходит из коробки и на нём закреплена ручка регулировки степени связи. На задней стенке находятся гнёзда для подключения антенны и коаксиальный разъём для подключения блока к приёмнику. Блок согласования включается между антенной и приёмником. Включив соответствующий КВ диапазон, находят станцию по шкале приёмника и подстраивают С1 на максимум громкости. В зависимости от длинны антенны и диапазона лучшие результаты могут быть либо при параллельном, либо при последовательном резонансе. Правильным является то положение SA1, при котором при резонансе получается больший уровень сигнала.
Е. А. Момот, “ПРИСТАВКИ К РАДИОПРИЁМНИКАМ”, ” Массовая радиобиблиотека”, стр. 13 – 15