Универсальное согласующее устройство для вертикальных УКВ антенн
Универсальное согласующее устройство для вертикальных УКВ антенн
Предлагаемое универсальное согласующее устройство, позволяет согласовывать любые типы вертикальных антенн, имеющих круговую диаграмму направленности, а именно: четвертьволновые GP, петлевые четвертьволновые GP, полуволновый вибратор, вибратор 5/8l, многоэлементные коллинеарные антенны. При этом антенны могут иметь различное входное сопротивление. Обычно, в зависимости от типа антенны и её входного сопротивления, выбирают приемлемую схему согласования антенны с кабелем питания. Согласование производят с помощью L,C элементов, шлейфов или применяют согласующие трансформаторы; Согласование с помощью L,C элементов требует расчета элементов под конкретное входное сопротивление антенны, измерения индуктивности, что не всегда доступно многим радиолюбителям, возникают проблемы, связанные с герметизацией элементов, электрической прочностью, грозозащитой. При согласовании с помощью трансформаторов, выполненных из отрезков коаксиального кабеля, проблемы, связанные с отсутствием кабеля нужного волнового сопротивления и т.д. В диапазоне УКВ наиболее приемлем способ согласования антенн при помощи короткозамкнутых шлейфов. Известны три схемы согласования: одним, двумя и тремя шлейфами. Согласование одним шлейфом удобно только в открытых двухпроводных линиях передачи, где имеется легкий доступ к проводникам линии. Для настройки в режиме бегущей волны выбирается или рассчитывается место включения шлейфа и его длина. Волновое сопротивление шлейфа выбирается чисто из конструктивных соображений и, чаще всего, оно совпадает с волновым сопротивлением линии передачи. Так как шлейф имеет чисто реактивную входную проводимость, то в месте его включения, активная проводимость линии питания на расчетной частоте не изменится, а сумма нормированных реактивных проводимостей шлейфа и фидера должна обращаться в нуль. В экранированных линиях передачи применяются двухшлейфовые и трехшлейфовые согласующие схемы. В этих схемах не нужно рассчитывать положение шлейфов, оно строго фиксировано, волновое сопротивление шлейфов также выбирается чисто из конструктивных соображений, регулируется только длина шлейфа. В принципе, расстояние между шлейфами может быть любым, кроме значений близких к l/2 или n l/2, где n -количество полуволн. На практике следует стремиться к наиболее близкому расположению шлейфа к нагрузке и к наименьшей длине шлейфа, так как в этом случае в несогласованном участке фидера, от нагрузки до шлейфа и в самом шлейфе запасается наименьшее количество электромагнитной энергии и эквивалентная добротность нагрузки вместе с coгласующим устройством получается наименьшей, а полоса согласования наибольшей. Наиболее оптимальным и универсальным является трехшлейфовое согласование, которое позволяет согласовывать фидер с произвольной нагрузкой.
Если сопротивление нагрузки (антенны) меньше сопротивления линии питания, согласование осуществляется первым и вторым шлейфом. Например: входное сопротивление антенны 30 Ом, кабель питания 50 или 75 Ом. Подбирая длину первого, короткозамкнутого шлейфа мы трансформируем 30 Ом в 50 или в 75 Ом в точке включения второго шлейфа, то есть входное сопротивление антенны становится равным волновому сопротивлению кабеля питания. Во время настройки, кабель идущий к генератору, подключается к высокочастотному мосту, которым и контролируется сопротивление. Если нет высокочастотного моста, то степень согласования можно контролировать по КСВ-метру, подав сигнал от передатчика или генератора. Если при измерении ВЧ-мостом, подбирая длину первого шлейфа, мы увидим, что стрелка не ложится на нуль, это говорит о том, что в нагрузке (антенне) присутствует реактивная составляющая емкостного или индуктивного характера, которую необходимо компенсировать. При контроле по КСВ-метру, КСВ не равен единице, что также указывает на присутствие реактивности. Компенсация оставшейся реактивности осуществляется изменением длины второго шлейфа, при этом для оптимального согласования, после регулировки длины второго шлейфа, возможна небольшая коррекция длины первою шлейфа. В данном конкретном случае, когда сопротивление нагрузки меньше сопротивления питающего кабеля, третий шлейф остается не задействованным и его исключают из схемы установив его длину равной 0,25l · К (где к - коэффициент укорочения), при такой длине он никоим образом не воздействует на схему. Если сопротивление антенны больше волнового сопротивления линии передачи, регулировка проводится вторым и третьим шлейфами, а длину первого шлейфа так же выставляют 0,25 Х-к, как бы исключая его из схемы. Такое правило настройки является не обязательным и возможен порядок согласования, при котором используется регулировка всех трех шлейфов. Начальную длину шлейфов и расстояние между шлейфами берут 0,25l с учетом укорочения в кабеле. Все вертикальные антенны имеют как минимум по три противовеса, поэтому целесообразно расположить три короткозамкнутых шлейфа в противовесах. Па высоких частотах в качестве короткозамкнутых шлейфов удобно применять не РК-кабель, а самодельные полосковые линии выполненные на диэлектрике или жесткие проводники, расположенные над экраном. Шлейфы-противовесы с подвижными короткозамыкателями могут иметь любую доступную для изготовления форму: в виде круглой трубы, квадратной, прямоугольной, П-образной или в виде треугольного желоба.
Так как волновое сопротивление не имеет значения, то диаметр трубы и центральной жилы выбираются произвольного размера обеспечивающего конструктивную жесткость. При установке таких шлейфов-противовесов к узлу крепления антенны, щель или открытая сторона короба должна быть обращена в низ, чтобы в противовес не попадала дождевая вода или снег. В полосковом варианте линия изготавливается, например, из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита и размещается в противовесе.
Длина полосковой линии зависит от диэлектрической проницаемости подложки материала из которого изготовлена полосковая линия. Коэффициент укорочения к =
При регулировке длины винт и гайка отжаты, короткозамыкатель свободно передвигается внутри трубы. Для фиксации, сначала зажимаем винт, обеспечив хороший контакт с центральным проводником, потом зажимаем гайку, чтобы обеспечить контакт с внешним проводником. Универсальное согласующее устройство состоит из стакана к которому прикреплены шлейфы-противовесы. Внутри стакана находятся отрезки кабеля L1, L2 см. по схеме. Сверху стакана изолятор с креплением антенны. Закрепив любой вертикальный излучатель на такое устройство, мы всегда сможем обеспечить режим наилучшего согласования антенны с кабелем питания. Такое устройство удобно при замене антенн, для сравнения различных антенн по их характеристикам. Кроме того, так как все три шлейфа закорочены на землю, обеспечивается хорошая грозозащита.
В случае использования только одной антенны с известным входным сопротивлением, шлейфы выполняются из коаксиального кабеля и могут быть размешены не в противовесах, а в стакане, так же как и отрезки L1, L2. Откусывая кусочки кабеля и закорачивая их на конце добиваются режима наилучшего согласования. При этом используют только два нужных по схеме шлейфа, третий шлейф в этом случае можно вообще не ставить. Однако, это будет уже устройство согласования под конкретную антенну, а не универсальное устройство. Предлагаемая схема позволяет согласовать антенну и в коротковолновом диапазоне, единственный недостаток при этом - это большой расход коаксиального кабеля.
EW8AU, |
. Для стеклотекстолита коэффициент укорочения равен 0,5, для флана - от 0,3 до 0,25. Например, если для диапазона 145 МГц (четверть длины волны равна 0,5м) полосковую линию изготовить из фольгированного стеклотекстолита, то длина её будет равна 250 мм, из флана она будет еще короче. От ширины верхней дорожки, материала подложки и его толщины зависит волновое сопротивление линии, но в нашем случае это не важно.
