Антенные согласующие устройства. Антенные тюнеры. Схемы
На рис. справа приведена принципиальная схема прибора, включающего в себя КСВ-метр, с помощью которого можно настроить Си-Би антенну, и согласующее устройство, позволяющее привести сопротивление настроенной антенны к Ra = 50 Ом.
Элементы КСВ-метра: Т1 — трансформатор антенного тока, намотанный на ферритовом кольце М50ВЧ2-24 12х5х4 мм. Его обмотка I — продетый в кольцо проводник с антенным током, обмотка II — 20 витков провода в пластиковой изоляции, ее наматывают равномерно по всему кольцу. Конденсаторы С1 и С2 — типа КПК-МН, SA1 — любой тумблер, РА1 — микроамперметр на 100 мкА, например, М4248.
Элементы согласующего устройства: катушка L1 — 12 витков ПЭВ-2 0,8, внутренний диаметр — 6, длина — 18 мм. Конденсатор С7 — типа КПК-МН, С8 -любой керамический или слюдяной, рабочее напряжение не менее 50 В (для передатчиков мощностью не более 10 вт). Переключатель SA2 — ПГ2-5-12П1НВ.
Устройство монтируют, минимизируя паразитные индуктивности и емкости ВЧ проводников.
Для настройки КСВ-метра его выход отключают от согласующего контура (в т. А) и соединяют с 50-омным резистором (два параллельно включенных резистора МЛТ-2 100 Ом), а ко входу подключают Си-Би радиостанцию, работающую на передачу. В режиме измерения прямой волны — в указанном на рис. 12.39 положении SA1 — прибор должен показать 70…100 мкА. (Это для передатчика мощностью 4 Вт. Если он мощнее , то «100» на шкале РА1 выставляют иначе: подбором резистора, шунтирующего РА1 при закороченном резисторе R5.)
Переключив SA1 в другое положение (контроль отраженной волны), регулировкой С2 добиваются нулевых показаний РА1.
Затем вход и выход КСВ-метра меняют местами (КСВ-метр симметричен) и эту процедуру повторяют, устанавливая в «нулевое» положение С1.
На этом настройку КСВ-метра заканчивают, его выход подключают к седьмому витку катушки L1.
КСВ антенного тракта определяют по формуле: КСВ=(А1+А2)/(А1-А2), где А1 — показания РА1 в режиме измерения прямой волны, а А2 — обратной. Хотя вернее было бы говорить здесь не о КСВ, как таковом, а о величине и характере антенного импеданса, приведенного к антенному разъему станции, о его отличии от активного Ra = 50 Ом.
Антенный тракт будет настроен, если изменениями длины вибратора, противовесов, иногда — длины фидера, индуктивности удлиняющей катушки (если она есть) и др. будет получен минимально возможный КСВ.
Некоторая неточность настройки антенны может быть компенсирована расстройкой контура L1C7C8. Это можно сделать конденсатором С7 или изменением индуктивности контура — например, введением в L1 небольшого карбонильного сердечника.
Как показывает опыт настройки и согласования Си-Би антенн самых разных конфигураций и размеров (0,1…3L), под контролем и с помощью этого прибора нетрудно получить КСВ = 1… 1,2 в любом участке этого диапазона.
Радио, 1996, 11
Согласование антенн и согласующие устройства | RUQRZ.COM
В любительской практике крайне редко используются антенны, входное сопротивление которых равно волновому сопротивлению фидера, и в свою очередь, выходному сопротивлению передатчика (идеальный вариант согласования). Чаще всего такого соответствия нет и приходится применять специальные согласующие устройства. Антенну, фидер и выход передатчика следует рассматривать как единую систему, в которой передача энергии должна осуществляться без потерь.
Реализация этой непростой задачи потребует согласования в двух местах: в точке соединения антенны с фидером и фидера с выходом передатчика. Наиболее популярны различного рода трансформирующие устройства: от резонансных колебательных контуров до коаксиальных трансформаторов в виде отрезков коаксиального кабеля требуемой длины. Все они нужны для согласования сопротивлений, что в конечном итоге и приводит к минимизации потерь в линии передачи. И, самое главное, к снижению внеполосных излучений.
Как правило, стандартное выходное сопротивление современных широкополосных передатчиков (трансиверов) 500м. Большинство применяемых в качестве фидера коаксиальных кабелей также имеют стандартную величину волнового сопротивления 50 или 750м. Антенны в зависимости от типа и конструкции могут иметь входное сопротивление в очень широком интервале величин: от нескольких Ом до сотен Ом и больше.
В том случае, когда входное сопротивление антенны имеет чисто активный характер, согласовать его с сопротивлением фидера несложно с помощью любого из подходящих трансформирующих устройств. При этом потери совсем незначительны. Но, как только во входном сопротивлении образуется реактивная составляющая, то согласование усложняется, и требуется более сложное согласующее устройство, способное скомпенсировать нежелательную реактивность. И это устройство должно находиться в точке питания антенны. Не скомпенсированная реактивность ухудшает КСВ в фидере и увеличивает потери.
В эфире часто возникают споры о роли и назначении антенного согласующего устройства (антенного тюнера) при согласовании передатчика с антенной. Одни возлагают на него большие надежды, другие считают его ненужной игрушкой. Чем же на самом деле (на практике) может и чем не может помочь антенный тюнер?
В первую очередь тюнер — это высокочастотный трансформатор сопротивлений, способный при необходимости скомпенсировать реактивность емкостного или индуктивного характера.
Рассмотрим простой пример:
Разрезной вибратор (диполь), имеющий на резонансной частоте входное сопротивление активного характера около 700м, соединен 75-омным коаксиальным кабелем (фидером) с передатчиком, выходное сопротивление которого 500м. Тюнер установлен на выходе передатчика и в данном случае выполняет роль согласующего узла между фидером и передатчиком, с чем он легко справляется.
Если передатчик перестроить на частоту отличную от резонансной частоты антенны, то во входном сопротивлении антенны возникнет реактивность, которая тут же проявится на нижнем конце фидера. Тюнер также способен ее скомпенсировать, и передатчик опять будет согласован с фидером антенны.
Что будет на выходе фидера, в точке его соединения с антенной?
Используя тюнер только на выходе передатчика, полную компенсацию обеспечить не удастся, и в фидере возникнут потери из-за неточного согласования с антенной. В этом случае понадобится еще один тюнер, который придется подключить между фидером и антенной, тогда он исправит положение и скомпенсирует реактивность. В зтом примере фидер выполняет роль согласованной линии передачи произвольной длины.
Еще один пример:
Рамочную антенну, имеющую входное сопротивление активного характера приблизительно 1100м, необходимо согласовать с 50-омной линией передачи. Выход передатчика 500м. Здесь потребуется согласующее устройство, установленное в точке подключения фиДера к антенне. Обычно многие любители используют ВЧ трансформаторы разных типов с ферритовыми сердечниками, но удобнее изготовить четвертьволновый коаксиальный трансформатор из 75-омного кабеля.
Я — длина волны,
0.66 — коэффициент укорочения для большинства известных коаксиальных кабелей.
Коаксиальный трансформатор включается между входом антенны и 50-омным фидером.
Если его свернуть в бухту диаметром 15…20см, то он будет выполнять и функцию симметрирующего устройства. Фидер с передатчиком согласуется автоматически, при равенстве их сопротивлений. В этом случае от услуг антенного тюнера можно вообще отказаться.
Для данного примера возможен еще один способ согласования:
При помощи полуволнового или кратного половине волны коаксиального кабеля вообще с любым волновым сопротивлением (также с учетом коэффициента укорочения). Он включается между антенной и тюнером, находящимся возле передатчика. Входное сопротивление антенны около 110Ом переносится к нижнему концу кабеля и с помощью тюнера трансформируется в сопротивление 500м. В этом случае имеет место полное согласование антенны с передатчиком, а фидер выполняет функцию повторителя.
В более сложных случаях, когда входное сопротивление антенны не соответствует волновому сопротивлению фидера, а сопротивление фидера не соответствует выходному сопротивлению передатчика, необходимы два согласующих устройства. Одно вверху для согласования антенны с фидером, другое внизу — для согласования фидера с передатчиком. И обойтись только одним антенным фидером для согласования всей цепи: антенна — фидер — передатчик не представляется возможным.
Наличие реактивности еще больше осложняет ситуацию. Антенный тюнер в этом случае значительно улучшит согласование передатчика с фидером, облегчив тем самым работу оконечного каскада, но не более того. Из-за рассогласования фидера с антенной будут иметь место потери, и эффективность работы самой антенны будет пониженной. Включенный КСВ-метр между передатчиком и тюнером зафиксирует КСВ=1, а между тюнером и фидером этого не произойдет по причине рассогласоаания фидера с антенной.
Напрашивается вполне справедливый вывод: тюнер полезен тем, что поддерживает нормальный режим передатчика при работе на несогласованную нагрузку, но при этом не способен улучшить эффективность работы антенны при ее рассогласовании с фидером.
П-контур, используемый в выходном каскаде передатчика, также может выполнять роль антенного тюнера, но при условии оперативного изменения индуктивности и обеих емкостей.
Как правило, антенные тюнеры и ручные и автоматические — это резонансные контурные перестраиваемые устройства. Ручные имеют два- три регулирующих элемента и не оперативны в работе. Автоматические — дороги, а для работы на больших мощностях — очень дороги.
Давайте рассмотрим довольно простое широкополосное согласующее устройство (тюнер) на рис 1, удовлетворяющее большинству вариаций при согласовании передатчика с антенной. :
Он очень эффективен при работе с антеннами (рамки, диполи), используемыми на гармониках, когда фидер является полуволновым повторителем. В данном случае входное сопротивление антенны на разных диапазонах различно, но с помощью согласующего устройства легко согласуется с передатчиком. Предлагаемый тюнер может работать при мощностях передатчика до 1,5кВт в полосе частот от 1.5 до 30МГц.
Основные элементы тюнера — ВЧ автотрансформатор на феррито- вом кольце от отклоняющей системы телевизора УНТ-35 и переключатель на 17 положений. Возможно применение конусных колец от телевизоров УНТ-47/59 или других.
Обмотка содержит 12 витков, намотанных в два провода. Начало одной обмотки соединяется с концом другой. В таблице и на схеме нумерация витков сквозная. Сам провод — многожильный во фторопластовой изоляции. Диаметр провода 2,5мм по изоляции. Отводы сделаны от каждого витка, начиная с восьмого от заземленного конца.
Переключатель — керамический, галетного типа на 17 положений.
Автотрансформатор располагается максимально близко к переключателю, а соединительные проводники между ними должны быть минимальной длины. Возможно применение переключателя на 11 положений при сохранении конструкции трансформатора с меньшим количеством отводов, например, с 10 по 20 виток. Но в этом случае уменьшится и интервал трансформации сопротивлений.
Зная входное сопротивление антенны, можно воспользоваться таким трансформатором для согласовании антенны с фидером 50 или 750м, сделав только необходимые отводы. В этом случае он помещается во влагонепроницаемую коробку, заливается парафином и устанавливается в точке питания антенны.
Также это согласующее устройство может быть выполнено как самостоятельная конструкция или входить в состав антенно-коммутационного блока радиостанции.
Для наглядности метка на ручке переключателя (на лицевой панели) указывает на величину сопротивления, соответствующую данному положению. Для компенсации реактивной составляющей индуктивного характера возможно подключение переменного конденсатора С1, рис.2.
Зависимость сопротивления от количества витков приводится в таблице 1. Расчет производился исходя из соотношения сопротивлений, которое находится в квадратичной зависимости от количества витков.
Таблица 1.
Что еще почитать по теме:
Антенна Фукса. Антенна Длинный провод. Согласование верёвки на КВ. Long Wire. Наклонный Луч. — 2 Апреля 2019
02.04.2019г.
ред. 06.04.2019
После длительных экспериментов с антенной типа Луч (Длинный провод, Long Wire), решил поделиться своими результатами на страницах сайта…
В сети представлен один из вариантов антенны Фукса:
Элементы в левой части схемы: Cv2 и L2 — ни что иное, как «искусственная земля». Разве что, длину отрезка провода я бы взял несколько больше и сделал индикатор настройки, как в промышленном варианте такого устройства, представленного компанией MFJ. Штука полезная, но достаточно дорогая. Помимо подстроечных элементов (высокодобротный контур с большим кол-вом отводов и КПЕ с достаточным зазором между пластинами) в изделии присутствует и индикатор настройки. На самом деле, я не представляю, как можно настроить систему в резонанс без этого индикатора…
Я попробовал однодиапазонный вариант антенны на 80м. Собственно, изначально луч длиной около 40м подвешивался именно с прицелом работы на диапазоне 80м.
Искусственную землю я применяю самодельную, с противовесом 10м, т.е. около 1/8 длины волны… Схема имеет следующий вид:
Значение индуктивности указано для отрезка провода длиною 10м. Ёмкость КПЕ получилась около 77пФ. При длине противовеса 20м, индуктивность была 11мкГн, ёмкость — 88пФ. Суть этой части схемы — подавить ВЧ-токи, затекающие на шасси передатчика. Электрический эквивалент цепочки из индуктивности, ёмкости и провода 10м составляет 1/4 длины волны и выполняет роль настраиваемого четвертьволнового противовеса, способного более тонко настроить систему в резонанс с учётом влияния окружающих предметов в конкретных условиях при различной длине провода…
Обратите внимание, я подключил контур к центральной жиле ВЧ-разъёма, а конденсатор и эквивалент противовеса — на шасси. При обратном подключении (как по ссылкам выше) получить результат без реактивность мне так и не удалось… Конечно, лучше, когда статика может стекать непосредственно на заземление (когда оно есть), в моём же случае, придётся заземлять антенну дополнительно по окончании работы в эфире.
Кстати говоря, самый распространённый вариант антенны Фукса с гальванической развязкой от антенны и катушкой связи тоже не дал какого-либо внятного результата на передачу (наблюдались наводки на бытовую аппаратуру при мощности от 10Вт) и, в конечном итоге, я от него отказался…
А вот и самое интересное — графики антенны с противовесом 10м, полученные с помощью антенного анализатора АА-330М (картинки кликабельны):
Полоса пропускания антенны без реактивности — около 80кГц.
Ниже по частоте у данной конструкции есть ещё одна область резонанса:
КСВ там выше, но область без реактивности заметно шире…
Что касается изготовления согласования полуволновой верёвки, то немногочисленные элементы должны обладать некоторыми свойствами, а именно: контура — добротностью, ёмкости — достаточным зазором.
Ссылка на I/Q-файлы работы данной антенны на приём. Для прослушивания можно использовать программу HDSDR. В качестве приёмника используется трансивер по схеме UT3MK V3.B.
12.04.2019г.
Хочу поделиться идеей переделки ручного тюнера MFJ-941E в «искусственную землю»… Не призываю никого делать из устройства с большей ценой устройство с меньшей ценой, но может оказаться так, что ручной тюнер в данный момент не нужен, а «искусственная земля» как раз будет кстати.
Суть переделки: оставить в цепи только один из КПЕ и переключаемый контур. Для этого достаточно отпаять только один провод от верхнего витка контура, идущего к контакту правого конденсатора (если смотреть на лицевую панель тюнера). Картинки кликабельны.
Схема переделки:
Далее, корпус тюнера соединяем с корпусом радио, а отрезок провода (а-ля противовеса) вставляем в центральный контакт разъема TRANSMITTER.
Переключатель ANTENNA SELECTOR должен быть в положении TUNED>>COAX1 или COAX2. Настройку в резонанс необходимо проверять по индикатору обратной волны на SWR-метре. Отклонение левой стрелки должно быть максимально возможным. Подстройку производить изменением положения переключателя индуктивности и левого КПЕ. Переключатель 30Вт/300Вт ступенчато изменяет чувствительность прибора.
Измерил индуктивность контура при различных положениях переключателя, результаты такие:
А-24,5uH/B-16uH/C-12,8uH/D-10,1uH/E-7,7uH/F-5,5uH/G-3,5uH/H-2,6uH/I-1,8uH/J-1,2uH/K-0,5uH/L-0,2uH.
Емкость конденсаторов: 22…346пФ.
Успехов в настройке!
Об антенне «Длинный провод» (Long Wire) или «верёвка» — R3RTambov
Радиолюбители частенько, по разным причинам, используют, в качестве передающей, антенну «длинный провод». Такое её название означает, что длина провода больше, чем длина рабочей волны, и, следовательно, антенна возбуждается на гармониках её собственной длины волны. О свойствах и конструктивных особенностях антенны в виде длинного провода далее.
Сооружение антенны в виде длинного провода достаточно просто и не требует больших затрат, но сама антенна занимает много места, так как пропорционально её длине увеличивается и её эффективность. При соответствующем подборе размеров антенны и фидера антенна может служить в качестве коротковолновой широкодиапазонной антенны.
Необходимая длина антенны в виде длинного провода определяется по формуле
где l — искомая длина, м;
n — число полуволн рабочей волны;
f — рабочая частота, МГц.
Из диаграммы направленности полуволнового вибратора (рис. 1-9) видно, что максимум излучения направлен перпендикулярно оси антенны.
С увеличением длины антенны направление основного лепестка диаграммы направленности все больше и больше приближается к оси антенны. Одновременно увеличивается и интенсивность излучения в направлении основного лепестка. На рис. 2-1 изображены диаграммы направленности антенн, имеющих различную длину.
Заметно, что с увеличением длины антенн появляются боковые лепестки.
Полученная многолепестковость диаграммы направленности не является существенным недостатком таких антенн (длинный провод), так как они всё-таки сохраняют удовлетворительную круговую диаграмму направленности, дающую возможность устанавливать связь почти в любых направлениях. Да и в направлении основного излучения достигается заметное усиление, увеличивающееся вместе с увеличением длины антенны.
Характерной чертой таких антенн, особенно полезной для DX связей, является то, что они имеют небольшие вертикальные углы излучения. На рис. 2-2 приведён график, по которому можно разобраться с теоретическим усилением антенны в децибелах (кривая I), увидеть угол между направлением основного излучения и плоскостью подвеса антенны (кривая III), а также сопротивление излучения антенны, отнесённое к току в пучности (кривая II).
Пример:
Необходимо рассчитать и изготовить антенну для любительского диапазона 20 м. Конкретные местные условия позволят подвесить провод длиной 85 метров в направлении восток — запад.
Нужно определить:
а) необходимую длину провода для 4λ антенны;
б) ожидаемое усиление антенны в направлении максимума основного лепестка;
в) сопротивление излучения и направление максимума основного лепестка.
Длина провода определяется по формуле:
Так как на 4λ антенне может разместиться 8 полуволн, то n = 8. Средняя частота 20-м диапазона 14,1 Мгц.
Таким образом, длина провода составляет 84,57 м.
Из рис. 2-2 находим, что при длине антенны 4λ (точка пересечений с кривой I) следует ожидать усиления антенны в направлении максимума основного лепестка около 3 дб.
Сопротивление излучения при этом 130 ом (кривая II), а угол между направлением основного лепестка диаграммы направленности и плоскостью подвеса антенны (кривая III) равен 26°.
В связи с тем, что антенна подвешена в направлении восток — запад, и это соответствует 270°, то, как видно из рассмотрения на рис. 2-1, основные максимумы диаграммы направленности имеют следующие направления:
270 + 26 = 296°,
270 — 26 = 244°,
90 + 26= 116°,
90 — 26 = 64°.
Определив направления основного излучения, можно по карте мира в конической равноугольной проекции найти те районы, с которыми может быть достигнута наиболее устойчивая связь при использовании рассмотренной здесь антенны.
Диаграммы направленности (рис. 2-1) представляют собой идеализированные теоретические диаграммы и на практике всегда претерпевают некоторые изменения. Например, заметная деформация диаграммы направленности имеет место, когда вибратор возбуждается на одном из его концов, т. е. питание антенны несимметричное. Для наглядности на рис. 2-3 приведена диаграмма направленности 2λ антенны в виде длинного провода в горизонтальной плоскости при симметричном и несимметричном питании. При возбуждении антенны на одном из ее концов (диаграмма изображена штриховой линией) диаграмма направленности также становится несимметричной, причем максимум излучения перемещается в направлении открытого конца антенны, а лепестки излучения, находящиеся в направлении конца антенны, с которого производится возбуждение антенны, ослабляются.
Подобная деформация диаграммы направленности возникает во всех антеннах с несимметричным питанием. Следовательно, антенна в виде длинного провода дает основное излучение в направлении открытого конца. Дальнейшая деформация диаграммы направленности происходит в случае, если антенна либо наклонена по отношению к земле, либо расположена над наклонным участком. Если открытый конец антенны наклонен или же антенна подвешена над наклонной поверхностью (рис. 2-4), то в направлении, указанном на рисунке стрелкой, в любительских коротковолновых диапазонах могут быть установлены дальние связи.
При установлении связей на больших расстояниях особенное значение имеет направление основного лепестка диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости. Как уже упоминалось, для дальних связей особенно благоприятным является «плоское» излучение, т. е. небольшие вертикальные углы излучения. В частности, для каждого из любительских диапазонов наиболее благоприятные средние углы вертикального излучения составляют: 80-м диапазон — 60°; 40-м — 30°; 20-м — 15°; 15-м — 12° и 10-м — 9°.
Антенны в виде длинного провода имеют пологие углы вертикального излучения в случае большой высоты подвеса провода. Например, при высоте подвеса, равной 2λ, вертикальный угол излучения составляет 10°, а при высоте 0,5λ — около 35°. При меньших высотах подвеса антенны уменьшение вертикального угла излучения и, следовательно, увеличение возможности дальних связей может быть достигнуто, как уже отмечалось выше, за счёт наклона вибратора.
Использование антенны «длинный провод» в качестве многодиапазонной
Самая простая из антенн коротковолнового диапазона L-образная антенна. По своему внешнему виду она мало чем отличается от радиовещательных антенн средневолнового диапазона (рис. 2-5). Её общая длина l (до антенного зажима подсоединяемого устройства) должна составлять по меньшей мере λ/2. Эту антенну можно использовать как многодиапазонную, если она рассчитана как полуволновая антенна для диапазона 80 м. В этом случае антенна представляет собой для диапазона 40 м 1λ антенну, для 20 м — 2λ антенну, для 15 м — 3λ антенну и для 10-м диапазона — 4λ антенну.
К сожалению, сказанное выше не совсем верно, когда по формуле:
определяется длина полуволновой антенны для f = 3 500 кГц, то имеем:
Однако, полуволновая антенна для частоты 7 МГц, по той же формуле, должна иметь длину:
Таким образом, полуволновая антенна короче требуемого значения более чем на 1 м.
Из приводимого ниже сравнения видно, что полуволновая антенна, рассчитанная для 3 500 кГц, в случае использования её на высших гармониках расчётной частоты, соответствующих любительским диапазонам, в каждом случае короче необходимого значения.
| Резонансная частота | Длина антенны, м |
|---|---|
| 3 500 (0,5λ) | 40,71 |
| 7 000 (1,0λ) | 41,78 |
| 14 000 (2,0λ) | 42,32 |
| 21 000 (3,0λ) | 42,50 |
| 28 000 (4,0λ) | 42,60 |
Таким образом, когда нормальная L-антенна используется в качестве многодиапазонной, то следует учитывать, что она может быть точно рассчитанной только для одного диапазона, а в остальных диапазонах полное согласование получено быть не может.
На практике длина антенны, равная 42,2 м, является достаточно хорошим компромиссным решением, так как в этом случае резонансная частота антенны расположена в пределах диапазонов 10, 15 и 20 м (f соответственно равна 14 040 кГц, 21 140 кГц, 28 230 кГц), а для диапазона 40 и 80 м такая антенна имеет длину, большую необходимой. Применение рассмотренной антенны в качестве вседиапазонной антенны, конечно, следует понимать, как вспомогательное решение.
Это связано с тем, что в густонаселенных районах вследствие того, что L-образная антенна излучает по всей своей длине, включая подводящий фидер, могут возникнуть сильные помехи радиовещательным и др. приёмникам. Часто предлагаемый способ связи антенны с колебательным контуром оконечного каскада через высоковольтный конденсатор (рис. 2-6) может в лучшем случае уменьшить излучение высших гармоник только у станций небольшой мощности.
В этом смысле целесообразно использовать связь L-образной антенны с колебательным контуром оконечного каскада передатчика через П-контур. С использованием П-контура можно добиться точного резонанса во всех диапазонах, а также подавить паразитные высшие гармоники (рис. 2-7). Такая L-образная антенна с П-образным контуром очень распространена и даёт хорошие результаты при условии, что 80% её общей длины подвешены, как можно выше и дальше от окружающих предметов.
73!lavrinenkov.blogspot.ru: Выбор простой антенны для размещения типа «окно
Рассмотрим три варианта размещения антенны (Горизонтальный диполь, вертикальный диполь, длинный провод). Рассмотрение задачи выбора простой проволочной антенны ведется для диапазона 14 МГц. (20 М), для низких этажей многоэтажных зданий.
1) Горизонтальный диполь, запитка в разрыв коаксиалом 50 Ом.
2) Вертикальный диполь, запитка в разрыв коаксиалом 50 Ом.
3) Антенна длинный провод (LW), в частном случае еще и EFA ( end fed dipole) диполь, запитываемый с конца.
Антенна LW показана с примером согласующего устройства.
4) Антенна типа Диполь, плечо которого есть оплетка коаксиального кабеля. Защита от ВЧ токов по оплетке с помощью защелки.
Схема простая, но этот вариант нельзя рассматривать для использования, т.к. магнитная защелка не сможет предотвратить утечку больших ВЧ токов по оплетке коаксиального кабеля в сторону передатчика.
Основные проблемы для всех этих антенн в данном размещении:
1) влияние земли
2) влияние здания
3) влияние дерева
Индивидуальные проблемы антенн:
Горизонтальный диполь (H Dipole):
1) Невозможность настройки после размещения этой антенны.
2) однодиапазонность
3) три провода на улице (два плеча и коаксиал) И в глаза бросается, и в помещение заводить
сложнее.
Вертикальный диполь (V Dipole):
1) Невозможность настройки после размещения этой антенны.
2) Поглощение деревом сигнала.
3) однодиапазонность
4) три провода на улице (два плеча и коаксиал) в отличие от горизонтального диполя менее заметен, в помещение всего один провод — коаксиал.
Длинный провод (Long Wire, LW):
1) Меньший КПД, чем у диполя.
2) Требует согласующее устройство
По приоритетности установки я бы расставил их: LW, H Dipole, V Dipole.
Невозможность настройки — серьезный повод задуматься. Конечно, можно снять изменить размеры, заново повесить антенну, однако на настройку могут еще влиять и атмосферные факторы. Следует заметить, что КПД плохорасположеного и ненастроенного диполя будет заведомо хуже чем настроенного LW.
Рассмотрим теперь схемы согласования для данной LW антенны.
У согласования контуром (3) «антенна Фукса» имеет наихудший КПД. Следует отметить, что СУ по схеме (2) сбрасывает статику с полотна антенны. Среди (1) и (2) варианта обычно СУ строят по (1), это так называемый Г — контур.
Элементная база:
Катушка 2.5 мкГн намотана проводом (1 мм диаметр) на оправке 2 см в диаметре.
Катушку обязательно до намотки раcсчитать в Coil32!
Переменные конденсаторы бывают такие:
Лучше использовать с большой емкостью (485 пФ), на фото такого нет. На фото все КПЕ могут работать лишь при мощностях менее 5 Вт. Но для меня это достаточно.
Первый вариант СУ:
Кабель до трансивера с магнитной защелкой, плата с компонентами, крокодилы заземления и подключения к полотну антенны. Провод заземления (0.5 м) можно оставить просто висеть неподключенным. Задача данного СУ, привести высокое сопротивление излучения (около 1000 Ом) к 50 Ом кабеля. При настройке лучше стремиться к бОльшей индуктивности и меньшей емкости. Интересная особенность для согласования большого сопротивления излучения к меньшему (антенны с длиной полотна ламбда/2 и более), конденсатор настройки ставится со стороны полотна антенны, в обратном случае (укороченные антенны) со стороны трансивера.
Небольшой эксперимент.
Эталонный генератор+СУ+осциллограф.
Настройка контура до получения максимальной амплитуды сигнала произошла при С = 50 + 1… 5 пФ
Тестовый сигнал Vpp = 2 В, f = 14.1 МГц.
Измерения:
Амплитуда на входе Vpp = 1.6 В. (зеленый)
Амплитуда на выходе Vpp = 4.8 В. (фиолетовый)
При отключенном LW от СУ, fр растет до 16 МГц.
При подключенном LW к СУ, fр = 14 МГц.
При свернутым в кольцо LW, fр снижается до 13 МГц.
LW вносит дополнительную емкость в контур и понижает частоту резонанса.
Осталось разобраться с добротностью. По определению добротность контура можно определить отношением напряжения на реактивном элементе Uc(Ul) к напряжению на активном сопротивлении (R) на частоте резонанса. Например я получил Uc pp = 2.25 В, а Ul pp = 1.2 В. Но при этом катушка является и реактивным и активным сопротивлением одновременно, и как это учитывать не ясно.
В конечном итоге получил следующий вариант:
Настраивать одной маленькой емкостью (КПЕ) оказалось непросто. Индуктивности тоже разные нужны. Поэтому в СУ добавлены два крокодила для подключения емкости, параллельно к КПЕ. А у катушки реализованы отводы (переключение крокодилом).
Практической настройкой подобраны следующие значения емкостей и индуктивностей:
Антенна LW 10 м.
Индуктивность:
0) 0 витков ~ 0.1 мкГн
1) 7 витков ~ 1.6 мкГн
2) 14 витков ~ 4.6 мкГн
3) 21 виток ~ 8.2 мкГн
===========================================
Подключаемая емкость «С1» разных номиналов.
===========================================
Переменная емкость «C» 6…80 пФ (нет данных, это оценка)
min= 6 пф, mid = 40 пФ, max = 80 пф
==========================================
Таблица согласования:
1.8 МГц (160 М)
SWR = Всегда плохо (10 делений из 10)
============================================
3.6 МГц (80 М)
L3 (5.4 мкГн) + С1 (470 пФ) + С (max)
SWR = Посредственный (4 деления из 10)
============================================
7.1 МГц (40 М)
L1 (1.8 мкГн) + С1 (470 пФ) + С (max)
SWR = Посредственный (4 деления из 10)
Область согласования по SWR = «1» лежит
от 6.000 МГц до 6.700 МГц dF = 700 кГц
============================================
10.1 МГц (30 М)
L3 (5.4 мкГн) + С1 (50 пФ) + С (max)
SWR = Отличный (0 делений из 10)
Область согласования по SWR = «1» лежит
от 10.000 МГц до 10.400 МГц dF = 400 кГц
============================================
14.2 МГц (20 М) (максимальный КПД в этом диапазоне)
L3 (5.4 мкГн) + С1 (7.5 пФ) + С (max)
SWR = Отличный (0 делений из 10)
Область согласования по SWR = «1» лежит
от 13.900 МГц до 14.400 МГц dF = 500 кГц
============================================
18.1 МГц (17 М)
L1 (1.8 мкГн) + С1 (22 пФ) + С (max)
SWR = Отличный (0 делений из 10)
Область согласования по SWR = «1» лежит
от 17.300 МГц до 18.300 МГц dF = 1000 кГц
=============================================
21.2 МГц (15 М)
L1 (1.8 мкГн) + С1 (33 пФ) + С (max)
SWR = Отличный (0 делений из 10)
Область согласования по SWR = «1» лежит
от 20.700 МГц до 21.600 МГц dF = 900 кГц
=============================================
24.95 МГц (12 М)
L1 (1.8 мкГн) + С1 (22 пФ) + С (min)
SWR = Хороший (1 деление из 10)
Область согласования по SWR = «1» лежит
от 24.100 МГц до 24.700 МГц dF = 600 кГц
=============================================
28.5 МГц (10 М)
L1 (1.8 мкГн) + С1 (7.5 пФ) + С (mid)
SWR = Отличный (0 делений из 10)
Область согласования по SWR = «1» лежит
от 27.600 МГц до 28.800 МГц dF = 1200 кГц
=============================================
27.135 МГц (CB)
L1 (1.8 мкГн) + С1 (7.5 пФ) + С (max)
SWR = Отличный (0 делений из 10)
Область согласования по SWR = «1» лежит
от 26.800 МГц до 28.100 МГц dF = 1300 кГц
Итого: Есть все диапазоны от 10 МГц до 28 МГц.
Для диапазона 40М область согласования оказалась на частотах 6.000…6.700 МГц, что
эквивалентно более длинному полотну антенны, чем необходимо. Я попробовал реализовать укорочение
емкостью. Для диапазона 40М схема согласования:
КПД скорее всего невысокий.
Оценим теперь диаграммы направленности полученной антенны.
Для диапазонов: 40М…15М (7МГц…21 МГц)
Для диапазонов: 12М…10М (24МГц…28 МГц)
Видим, что антенна обладает зенитным излучением, для диапазонов 40М…15М (7МГц…21 МГц). И лишь при частотах выше 24 МГц, угол излучения снижается. Таким образом такую антенну можно использовать для ближних и односкачковых связей.
Таблица импендансов, и углов излучения для разных частот этой антенны:
Ссылки:
[1] Расчет катушек индуктивности [http://coil32.ru ]
[2] Анализ антенн в MMANA-GAL [http://gal-ana.de/basicmm/ru/]
[3] Борис СТЕПАНОВ, EFA — «запитываемая с конца антенна» [http://rfanat.ru/s13/an-r205.html ]
[4] «Неумирающая антенна Фукса» (Радио, 2007, № 5 стр.67,68)
[5] Евгений Кузнецов «Антенна Фукса», [http://www.433175.ru/index.php?newsid=834] (CQ-QRP #32)
[6] Владимир Тимофеевич Поляков, «Об антенне HB9SL» CQ-QRP #16 (Весна 2007)
[7] «Согласование антенн случайной длины» [http://qrp.ru/media/kunena/attachments/1180/.pdf]
[8] Вариометр на трехпозиционных переключателях [http://qrp.ru/media/kunena/attachments/2110/Variometr_2015-11-21.pdf]
[9] Г.Члиянц, В.Гончарский «Универсальное согласующее устройство» [http://qrp.ru/media/kunena/attachments/2110/ATUuniversal.pdf]
[10] Николай Левочкин, «Простой антенный тюнер» [http://rfanat.ru/s15/su_ua3tcw.html]
[11] Иван (RA3WDK), «Дешевый тюнер для импортных (и не очень) трансиверов » [http://rfanat.ru/s14/ant41_06.html]
[12] Hendricks QRP Kits, BLTplus [http://qrpkits.com/files/BLTplusManualv21.pdf]
[13] Игорь Гончаренко, «Сравнение тюнеров» О том, как узнать область импедансов, которые могут согласованы конкретным антенным тюнером и сравнение по этому параметру разных схем тюнеров. [http://dl2kq.de/ant/3-100.htm]
Немного больше про данную антенну и другие радиотехнические самоделки можно прочитать в моей книге «Практика радиолюбителя. Антенны, маяки, скиммеры.» см. http://lavrinenkov.blogspot.com/2019/04/amateur-radio-practice.htmlУспехов в проектирования антенн и согласующих устройств!
72/73!
Лавриненков Игорь Сергеевич / R2AJA
Для связи mail: lis-soft /*at*/rambler точка ру
АСУ. Схемы. Антенные тюнеры — R3RTambov
На рис. справа приведена принципиальная схема прибора, включающего в себя КСВ-метр, с помощью которого можно настроить Си-Би антенну, и согласующее устройство, позволяющее привести сопротивление настроенной антенны к Ra = 50 Ом.
Элементы КСВ-метра: Т1 — трансформатор антенного тока, намотанный на ферритовом кольце М50ВЧ2-24 12х5х4 мм. Его обмотка I — продетый в кольцо проводник с антенным током, обмотка II — 20 витков провода в пластиковой изоляции, ее наматывают равномерно по всему кольцу. Конденсаторы С1 и С2 — типа КПК-МН, SA1 — любой тумблер, РА1 — микроамперметр на 100 мкА, например, М4248.
Элементы согласующего устройства: катушка L1 — 12 витков ПЭВ-2 0,8, внутренний диаметр — 6, длина — 18 мм. Конденсатор С7 — типа КПК-МН, С8 -любой керамический или слюдяной, рабочее напряжение не менее 50 В (для передатчиков мощностью не более 10 вт). Переключатель SA2 — ПГ2-5-12П1НВ.
Устройство монтируют, минимизируя паразитные индуктивности и емкости ВЧ проводников.
Для настройки КСВ-метра его выход отключают от согласующего контура (в т. А) и соединяют с 50-омным резистором (два параллельно включенных резистора МЛТ-2 100 Ом), а ко входу подключают Си-Би радиостанцию, работающую на передачу. В режиме измерения прямой волны — в указанном на рис. 12.39 положении SA1 — прибор должен показать 70…100 мкА. (Это для передатчика мощностью 4 Вт. Если он мощнее , то «100» на шкале РА1 выставляют иначе: подбором резистора, шунтирующего РА1 при закороченном резисторе R5.)
Переключив SA1 в другое положение (контроль отраженной волны), регулировкой С2 добиваются нулевых показаний РА1.
Затем вход и выход КСВ-метра меняют местами (КСВ-метр симметричен) и эту процедуру повторяют, устанавливая в «нулевое» положение С1.
На этом настройку КСВ-метра заканчивают, его выход подключают к седьмому витку катушки L1.
КСВ антенного тракта определяют по формуле: КСВ=(А1+А2)/(А1-А2), где А1 — показания РА1 в режиме измерения прямой волны, а А2 — обратной. Хотя вернее было бы говорить здесь не о КСВ, как таковом, а о величине и характере антенного импеданса, приведенного к антенному разъему станции, о его отличии от активного Ra = 50 Ом.
Антенный тракт будет настроен, если изменениями длины вибратора, противовесов, иногда — длины фидера, индуктивности удлиняющей катушки (если она есть) и др. будет получен минимально возможный КСВ.
Некоторая неточность настройки антенны может быть компенсирована расстройкой контура L1C7C8. Это можно сделать конденсатором С7 или изменением индуктивности контура — например, введением в L1 небольшого карбонильного сердечника.
Как показывает опыт настройки и согласования Си-Би антенн самых разных конфигураций и размеров (0,1…3L), под контролем и с помощью этого прибора нетрудно получить КСВ = 1… 1,2 в любом участке этого диапазона.
Радио, 1996, 11
Простой антенный тюнер
Эта схема антенного согласующего устройства срисована с фирменного Alinco EDX-1 HF ANTENNA TUNER , который работал с DX -70 и другими трансиверами, результаты отличные. Детали:
Но, к сожалению, в то время я не смог найти подходящих колец и поступил так: Выточил из оргстекла кольца и на них намотал провода до заполнения. Соединил их последовательно – это получился эквивалент L2. На оправке диаметром 18 мм (можно использовать пластиковую гильзу от охотничьего ружья 12 калибра) виток к витку намотал 36 витков – это получился аналог L3. Детали для изготовления тюнера абсолютно доступные. На снимке все видно. И КСВ-метр тоже. КСВ метр из описания Тарасова А. UT2FW «КВ-УКВ» № 5 за 2003 год. Все вопросы направлять: ra0jw (at) mail . ru Успехов 73! RA0JW С.Кадыров |