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.
Известно, что входное сопротивление одноэлементных антенн на резонансной частоте носит практически активный характер. И чем больше частота передатчика отличается от резонансной* частоты антенны в ту или другую сторону, тем больше во входном сопротивлении антенны появляется реактивная составляющая емкостного или индуктивного характера. В многоэлементных антеннах входное сопротивление на резонансной частоте имеет комплексный характер, так как свою лепту в образование реактивной составляющей вносят пассивные элементы.
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.
Попытка полной компенсации реактивности на нижнем конце фидера (у передатчика) безуспешна, так как ограничена параметрами самого фидера. Перестройка частоты передатчика в пределах узких участков любительских диапазонов не приводит к появлению значительной реактивной составляющей, поэтому в большинстве случаев нет необходимости компенсировать реактивность. Правильно спроектированные многоэлементные антенны также не имеют большой реактивной составляющей входного сопротивления, и обычно ее компенсации не требуется.
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.
Длина отрезка кабеля А/4 х 0.66, где
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.
По многочисленным просьбам радиолюбителей-путешественников и радиолюбителей-дачников, в этой статье, мы опять будем говорить про пешеходные радиоэкспедиции и продолжим изучать возможности проведения связей на КВ, при минимальном весе антенной системы и простой конструкции. Эти антенны испытывались с трансивером FT-817 и тюнером MFJ-902.
...про провод
Сначала определимся, какими свойствами должна обладать проволока из которой мы будем делать антенну. Первое материал, в нашем случае, для создания эффективного излучателя подходит медь. Причём не просто медный провод, а медный провод в изоляции. Диаметр этого провода доолжен быть в переделах 1.5 - 2.5мм, Более тонкий порвётся при сильном ветре, а толстый будет неоправданно тяжёлым. Обратите внимание, что провод должен быть не сильно мягким и не жёстким. Сейчас, можно без труда подобрать провод отвечающий этим условиям.
На фотографиях вы видите три удачных варианта провода в изоляции. Второй вопрос, на который нам предстоит ответить: "Какой длины должен быть провод?" Это зависит от КВ диапазона, но нам нужна антенна которая может работать с достаточной эффективностью на всех диапазонах. Определимся с приоритетами, радиоэкспедиции в первую очередь выбирают диапазоны 7МГц и 14МГц. Поэтому будем ориентироваться на них, чтобы получить хорошие параметры. Исходя из этого, можно сразу сказать что длина провода, должна быть не менее 9 и не более 21 метра. Почему так, понятно? Нам нужна антенна без противовесов, это значит её длина должна быть ½λ или 1λ. Более длинная, это лишний вес, более короткая - низкая эффективносить.
Если во время радиоэкспедиции, вы планируете работать в основном на 14 - 28Мгц - берите кусок провода длиной около 10 метров. С ним в сможете проводить ближние и дальние QSO на 14Мгц и вполне прилично работать на 18 - 28Мгц, а при необходимости перейти на 7Мгц, хотя эффективность здесь будет не высокой, но тем не менее это ¼λ на 7Мгц и работать она будет.
С куском проволоки длиной около 20 метров, вы можете эффективно работать на 14 и 7Мгц, а также на всех ВЧ-диапазонах до 29Мгц и проводить местные QSO на 3.6Мгц. Замечу, что если условия позволят подвесить один конец провода на высоте не менее 10 метров, то на 3.6Мгц вы сможете проводить и дальние связи.
...как вешать будем?
С проводом и его длиной опеределились, теперь нужно разобраться как вешать кусок провода в пространстве, чтобы максимально эффективно работать малой мощностью (а мы используем FT-817)
на КВ диапазонах.
Классический вариант подвеса антенн такого типа, это наклонный лучь. Один конец цепляем за дерево, на максимально возможной высоте (обычно 3 - 6 метров). Этот вариант вы видите на картинке. В сторону наклона наблюдается совсем небольшая направленность. Чтобы повысить эффективность антенны, при длине провода 20 метров, можно использовать дополнительную мачту из удилища или палки, как показано на картинке.
 |
 |
|
 |
 |
|
 |
 |
На средней картинке справа, направление излучения будет иметь небольшой максимум в противоположную сторону от наклона луча. На нижней картинке слева, в диапазоне 14Мгц, мы получаем прижатый лепесток и небольшое усиление. На 7МГц, такой вариант работает как и полуволновой вибратор, только запитанный скраю, а не в центре.
Особенность всех этих антенн (на основе длинного провода), в том что излучают они одновременно как горизонтальную так и вертикальную поляризацию. При небольшой мощности передатчика (5Вт), это скорее минус, потому что излучение неравномерно делится между поляризациями и соответственно уменьшается в каждой из них.
Могут ли антенны типа лучь, соперничать с диполями и штырями? И да и нет, лучь проще и быстрее повесить, чем диполь. Эффективность лучей чуть ниже (при одинаковой высоте подвеса), только за счёт излучения двух поляризаций. В реальном эфире, при определённых условиях это может быть незаметно.
Важное приемущество лучей - многодиапазонность, без каких-либо переключениё и коммутаций. В заключении, несколько общих советов, которые помогут вам получить максимальную эффективность антенной системы:
Если вы идёте в известное место, где есть опора на которую можно поднять один конец провода, то мачту (удилище) можно не брать.
UA6HJQ
http://ua6hjq.qrz.ru/ant/kusok.htm
В любительской практике не так часто можно встретить антенны, в которых входное сопротивление является равным фидера, а также выходному сопротивлению передатчика. В преимущественном большинстве случаев обнаружить такое соответствие не удается, поэтому нужно использовать специализированные согласующие устройства. Антенна, фидер, а также выход передатчика входят в единую систему, в которой энергия передается без каких-либо потерь.
Как это сделать?
Чтобы реализовать эту достаточно сложную задачу, нужно использовать согласующие устройства в двух основных местах - это точка соединения антенны с фидером, а также точка, где фидер соединяется с выходом передатчика. Наиболее широкое распространение сегодня получили специализированные трансформирующие устройства, начиная от колебательных резонансных контуров и заканчивая коаксиальными трансформаторами, выполненными в виде отдельных отрезков коаксиального кабеля нужной длины. Все эти согласующие устройства используются для согласования сопротивлений, что позволяет в конечном итоге минимизировать общие потери в линии передач и, что более важно, снизить внеполосные излучения.
Сопротивление и его особенности
В преимущественном большинстве случаев выходное сопротивление стандартно в современных широкополосных передатчиках составляет 500 м. При этом стоит отметить, что многие коаксиальные кабеля, использующиеся в качестве фидера, также отличаются стандартной величиной волнового сопротивления на уровне 50 или 750 м. Если же рассматривать антенны, для которых могут использоваться согласующие устройства, то в зависимости от конструкции и типа в них входное сопротивление имеет достаточно широкий диапазон величин, начиная от нескольких Ом и заканчивая сотнями и даже большим количеством.
Известно, что в одноэлементных антеннах входное сопротивление на резонансной частоте является практически активным, при этом чем больше частота передатчика будет отличаться от резонансной в те или иные стороны, тем больше появится реактивной составляющей индуктивного или же емкостного характера во входном сопротивлении самого устройства. В то же время многоэлементные антенны имеют входное сопротивление на резонансной частоте, имеющее комплексный характер за счет того, что в процесс образования реактивной составляющей свой вклад вносят различные пассивные элементы.
Если входное сопротивление относится к активным, его можно согласовать с сопротивлением, используя специализированное согласующее устройство для антенны. При этом стоит отметить, что потери здесь являются практически незначительными. Однако сразу после того, как во входном сопротивлении начнет образовываться реактивная составляющая, процедура согласования будет все более сложной, и нужно будет использовать все более и более сложное согласующие устройство для антенны, возможности которого позволят обеспечить компенсацию нежелательной реактивности, и располагаться оно должно непосредственно в точке питания. Если реактивность не будет компенсироваться, это негативно скажется на КСВ в фидере, а также существенно увеличит общие потери.
Нужно ли это делать?
Попытка полноценной компенсации реактивности в нижнем конце фидера является безуспешной, поскольку ограничивается характеристиками самого устройства. Любые перестройки частоты передатчика в границах узких участков любительских диапазонов в конечном итоге не приведут к появлению значительной реактивной составляющей, вследствие чего зачастую не возникает потребности в ее компенсации. Также стоит отметить, что правильный проект многоэлементных антенн также не предусматривает большой реактивной составляющей имеющегося входного сопротивления, что не требует ее компенсации.
В эфире можно достаточно часто встретить различные споры о том, какую роль и назначение имеет согласующее устройство для антенны («длинный провод» или другого типа) в процессе согласования с ней передатчика. Некоторые возлагают на него достаточно большие надежды, в то время как другие просто считают обыкновенной игрушкой. Именно поэтому нужно правильно понимать, чем же действительно может на практике помочь антенный тюнер, а где его использование будет лишним.
Что это такое?
В первую очередь, нужно правильно понимать, что тюнер представляет собой высокочастотный трансформатор сопротивлений, при помощи которого при необходимости можно будет обеспечить компенсацию реактивности индуктивного или же емкостного характера. Можно рассмотреть предельно простой пример:
Разрезной вибратор, который на резонансной частоте имеет активное входное сопротивление на уровне 700 м, и при этом в нем используется с передатчиком, имеющий входное сопротивление около 500 м. Тюнеры устанавливаются на выходе передатчика, и в этой ситуации будут представлять собой для какой-либо антенны (включая «длинный кабель») согласующие устройства между передатчиком и фидером, безо всяких сложностей справляясь со своей основной задачей.
Если в дальнейшем провести перестройку передатчика на частоту, которая отличается от резонансной частоты антенны, то в таком случае во входном сопротивлении устройства может появиться реактивность, которая впоследствии практически моментально начнет проявляться и на нижнем конце фидера. При этом согласующее устройство «Р» любой серии также сможет ее компенсировать, и передатчик снова получит согласованность с фидером.
Что будет на выходе, где фидер соединяется с антенной?
Если вы используете тюнер исключительно на выходе передатчика, то в таком случае не получится обеспечить полноценную компенсацию, и в устройстве начнут возникать различные потери, так как будет присутствовать не до конца точное согласование. В такой ситуации нужно будет использовать еще один, подключающийся между антенной и фидером, что позволит полностью исправить положение и обеспечить компенсацию реактивности. В данном примере фидер выступает в качестве согласованной линии передачи, имеющей произвольную длину.
Еще один пример
Рамочная антенна, у которой активное входное сопротивление имеет значение около 1100 м, нужно согласовать с линией передачи на 50 Ом. Выход передатчика в данном случае имеет значение 500 м.
Здесь нужно будет использовать согласующее устройство для трансивера или антенны, которое будет устанавливаться в точке, где фидер подключается к антенне. В преимущественном большинстве случаев многие любители предпочитают использовать ВЧ трансформаторы различных типов, оснащенные ферритовыми сердечниками, но на самом деле более удобным решением будет изготовление четвертьволнового коаксиального трансформатора, который можно сделать из стандартного 75-омного кабеля.
Как это реализовать?
Длина используемого отрезка кабеля должна рассчитываться по формуле А/4*0.66, где А представляет собой длину волны, а 0.66 является коэффициентом укорочения, использующимся для преимущественного большинства современных коаксиальных кабелей. Согласующие устройства КВ антенн в данном случае будут подключаться между 50-омным фидером и входом антенны, и если их свернуть в бухту диаметром от 15 до 20 см, то в таком случае он будет также выступать в качестве симметрирующего устройства. Фидер будет полностью автоматически согласовываться с передатчиком, а также при равенстве их сопротивлений, причем в такой ситуации можно будет полностью отказаться от услуг стандартного антенного тюнера.
Другой вариант
Для такого примера можно рассмотреть еще один оптимальный способ согласования - при помощи кратного половине волны или же полуволнового коаксиального кабеля в принципе с любым волновым сопротивлением. Его включают между тюнером, располагающимся возле передатчика, и антенной. В данном случае входное сопротивление антенны, имеющее значение на уровне 110 Ом, переносится на нижний конец кабеля, после чего, используя антенное согласующее устройство, трансформируется в сопротивление 500 м. В данном случае предусматривается полное согласование передатчика с антенной, а фидер используется в качестве повторителя.
В более тяжелых ситуациях, когда входное сопротивление антенны является несоответствующим волновому сопротивлению фидера, которое, в свою очередь, не соответствует выходному сопротивлению передатчика, требуются согласующие устройства КВ антенн в количестве двух штук. В данном случае одно используется вверху, чтобы добиться согласования фидера с антенной, в то время как другое обеспечивает согласование фидера с передатчиком внизу. При этом нет никакой возможности сделать какое-нибудь согласующее устройство своими руками, которое можно будет использовать одно для согласования всей цепи.
Возникновение реактивности сделает ситуацию еще более сложной. В данном случае согласующие устройства КВ диапазонов позволят существенно улучшить согласование передатчика с фидером, обеспечив таким образом значительное облегчение работы оконечного каскада, но большего от них ждать не стоит. Из-за того, что фидер будет рассогласован с антенной, появятся потери, поэтому эффективность работы самого устройства будет заниженной. Активированный КСВ-метр, установленный между тюнером и передатчиком, обеспечит фиксацию КСВ=1, а между фидером и тюнером такого эффекта не получится добиться, так как присутствует рассогласованность.
Вывод
Польза тюнера заключается в том, что он позволяет поддерживать оптимальный режим передатчика в процессе работы на несогласованную нагрузку. Но при этом не может обеспечиваться улучшение эффективности работы любой антенны (включая «длинный провод») - согласующее устройства бессильны, если она рассогласована с фидером.
П-контур, который используется в выходном каскаде передатчика, также может применяться в качестве антенного тюнера, но только в том случае, если будет присутствовать оперативное изменение индуктивности и каждой емкости. В преимущественном большинстве случаев как ручные, так и автоматические тюнеры представляют собой резонансные контурные перестраиваемые устройства вне зависимости от того, собираются они фабрично или кто-то решил сделать согласующее устройство для антенны своими руками. В ручных присутствует два или три регулирующих элемента, а сами они не оперативны в работе, в то время как автоматические являются дорогими, а для работы при серьезных мощностях их стоимость может быть крайне высокой.
Широкополосное согласующее устройство
Такой тюнер удовлетворяет преимущественному большинству вариаций, при которых нужно обеспечить согласование антенны с передатчиком. Такое оборудование является довольно эффективным в процессе работы с антеннами, использующихся на гармониках, если фидер представляет собой полуволновой повторитель. В такой ситуации входное сопротивление антенны отличается на разных диапазонах, но при этом тюнер позволяет обеспечить легкую согласованность с передатчиком. Предлагаемое устройство может без труда функционировать при мощностях передатчика до 1.5 кВт в частотной полосе от 1.5 до 30 МГц. Такое устройство можно сделать даже своими руками.
Основными элементами тюнера выступает ВЧ автотрансформатор на от отклоняющей системы телевизор УНТ-35, а также переключатель, рассчитанный на 17 положений. Предусматривается возможность использования конусных колец от моделей УНТ-47/59 или каких-либо других. В обмотке присутствует 12 витков, которые наматываются в два провода, при этом начало одной объединяется с концом второй. На схеме и в таблице нумерация витков сквозная, в то время как сам провод многожильный и заключен в фторопластовую изоляцию. По изоляции диаметр провода составляет 2.5 мм, предусматривая отводы от каждого витка, начиная с восьмого, если вести счет от заземленного конца.
Автотрансформатор устанавливается предельно близко к переключателю, при этом соединительные проводники между ними должны иметь минимальную длину. Предусматривается возможность использования переключателя на 11 положений, если будет сохранена конструкция трансформатора с не таким большим количеством отводов, к примеру, с 10 по 20 виток, но в такой ситуации произойдет уменьшение и интервала трансформации сопротивлений.
Зная точное значение входного сопротивления антенны, можно использовать такой трансформатор для того, чтобы согласовать антенну с фидером 50 или 750 м, используя только самые необходимые отводы. В такой ситуации его размещают в специальную влагонепроницаемую коробку, после чего заливают парафином и ставят в непосредственно в точке питания антенны. Само по себе согласующее устройство может выполняться в качестве самостоятельной конструкции или же включаться в состав специального антенно-коммутационного блока какой-нибудь радиостанции.
Для наглядности метка, установленная на ручке переключателя, показывает величину сопротивления, которое соответствует данному положению. Чтобы обеспечить полноценную компенсацию реактивной индуктивной составляющей, предусматривается возможность последующего подключения переменного конденсатора.
В приведенной таблице четко указывается, каким образом сопротивление зависит от количества сделанных вами витков. В данном случае произведение расчетов осуществлялось, основываясь на соотношении сопротивлений, которое находится в квадратичной зависимости от общего количества сделанных витков.
Антенные согласующие устройства. Тюнеры
АСУ. Антенные тюнеры. Схемы. Обзоры фирменных тюнеров
В радиолюбительской практике не так часто можно встретить антенны, в которых входное сопротивление является равным волновому сопротивлению фидера, а также выходному сопротивлению передатчика. Преимущественно в большинстве случаев обнаружить такое соответствие не удается, поэтому приходиться использовать специализированные антенные согласующие устройства. Антенна, фидер и выход передатчика (трансивера) входят в единую систему, в которой энергия передаётся без каких-либо потерь.
Вседиапазонное согласующее устройство (с раздельными катушками)
Переменные конденсаторы и галетный переключатель от Р-104 (блок БСН).
При отсутствии указанных конденсаторов, можно применить 2-секционные, от вещательных радиоприемников, включив секции последовательно и изолировав корпус и ось конденсатора от шасси.
Также можно применить обычный галетный переключатель, заменив ось вращения на диэлектрическую (стеклотекстолит).
Данные контурных катушек тюнера и комплектующих:
L-1 2,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.
L-2 4,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.
L-3 3,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.
L-4 4,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.
L-5 3,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.
L-6 4,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.
L-7 5,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружн. диаметр катушки 30 мм
L-8 8,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружн. диаметр катушки 30 мм
L-9 14,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружн. диаметр катушки 30 мм
L-10 14,5 витка, пров. ПЭВ 2,2 мм, наружн. диаметр катушки 30 мм.
Нужно было срочно запустить 80 и 40 м в чужом доме, выхода на крышу нет, да и времени на установку антенны нет.
Бросил с балкона третьего этажа на дерево полёвку чуть более 30 м. Взял кусок пластиковой трубы диаметром примерно 5 см, намотал порядка 80 витков провода диаметром 1 мм. Снизу сделал отводы через каждые 5 витков, а сверху через 10 витков. Собрал на балконе вот такое простейшее согласующее устройство.
На стенку повесил индикатор напряжённости поля. Включил диапазон 80 м в режиме QRP, сверху катушки подобрал отвод и конденсатором настроил свою «антенну » в резонанс по максиму показаний индикатора, потом внизу подобрал отвод по минимуму КВС.
Времени не было, а посему галетники не ставил. и по виткам «бегал » при помощи крокодильчиков. И вот на такой суррогат мне отвечала вся европейская часть России, особенно на 40 м. На мою полёвку даже никто не обратил внимания. Это конечно не настоящая антенна, но информация будет полезна.
RW4CJH info — qrz.ru
Согласующее устройство для антенн НЧ диапазонов
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.
Принципиальная схема согласующего устройства приведена на рисунке справа.
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. слева.
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)
Конструкция простого антенного тюнера
Конструкция антенного тюнера от RZ3GI
Предлагаю простой вариант антенного тюнера, собранного по Т-образной схеме.
Опробованы совместно с FT-897D и антенной IV на 80, 40 m. Строится на всех КВ диапазонах.
Катушка L1 намотана на оправке 40 мм с шагом 2 мм и имеет 35 витков, провод диаметром 1,2 — 1,5 мм, отводы (считая от «земли») — 12, 15, 18, 21, 24, 27, 29, 31, 33, 35 витков.
Катушка L2 имеет 3 витка на оправке 25 мм, длина намотки 25 мм.
Конденсаторы С1, С2 с Сmax = 160 пф (от бывшей УКВ станции).
КСВ метр применяется встроенный (в FT — 897D)
Антенна Inverted Vee на 80 и 40 м — строится на всех диапазонах.
Юрий Зиборов RZ3GI
Фото тюнера:
Под названием «Z-match» известно превеликое множество конструкций и схем, я бы даже сказал больше конструкций чем схем.
Основа схемного решения от которого я отталкивался широко распространена в интернете и offline литературе, всё выглядит примерно так (см. справа):
И вот, рассматривая множество различных схем, фотографий и заметок размещенных в сети, родилась у меня идея собрать и для себя антенный тюнер.
Под рукой оказался мой аппаратный журнал (да, да, я приверженец старой школы - олдскул, как выражается молодёжь) и на его страничке родилась схема нового, для моей радиостанции прибора.
Пришлось изъять страничку из журнала «для приобщения к делу»:
Заметно, что имеют быть значительные отличия от первоисточника. Я не стал применять индуктивную связь с антенной с её симметричностью, для меня достаточно автотрансформаторной схемы т.к. питать антенны симметричной линией не планируется. Для удобства настройки и контроля за антенно-фидерными сооружениями я добавил в общую схему КСВ-метр и Ваттметр.
Покончив с расчетами элементов схемы можно приступить к макетированию:
Кроме корпуса приходится изготавливать и некоторые радиоэлементы, одной из немногих радиодеталей которую радиолюбитель может сделать сам это катушка индуктивности:
А вот, что получилось в результате, внутри и снаружи:
Еще не нанесены шкалы и обозначения, лицевая панель безлика и не информативна, но главное РАБОТАЕТ!! И это хорошо…
R3MAV. info — r3mav.ru
Согласующее устройство по аналогии Alinco EDX-1
Эта схема антенного согласующего устройства заимствована мной с фирменного Alinco EDX-1 HF ANTENNA TUNER, который работал с моим DX-70.
С1 и С2 300 пф. Конденсаторы с воздушным диэлектриком. Шаг пластин 3 мм. Ротор 20 пластин. Статор 19. Но можно применить сдвоенные КПЕ с пластиковым диэлектриком от старых транзисторных приёмников или с воздушным диэлектриком 2х12-495 пф. (как на снимке)
Вы спросите: «А не прошьёт?». Дело в том, что коаксиальный кабель припаян непосредственно к статору, а это 50 Ом, и где должна проскочить искра при таком низком сопротивлении?
Достаточно от конденсатора протянуть «голым» проводом линию длиной 7-10 см, как он сгорит синим пламенем. Для снятия статики конденсаторы можно зашунтировать резистором 15 кОм 2 W. (цитата из «Усилители мощности конструкции UA3AIC»).
L1 — 20 витков посеребренного провода Д=2.0 мм, бескаркасная Д=20 мм. Отводы, считая от верхнего по схеме конца:
L2 25 витков, ПЭЛ 1.0, намотана на двух, сложенных вместе ферритовых кольцах, размером Д наруж.=32 мм, Д вн.=20 мм.
Толщина одного кольца = 6 мм.
(Для 3.5 МГц).
L3 28 витков, а всё остальной как у L2 (Для 1.8 МГц).
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.
Согласующее устройство для антенн дельта, квадрат, трапеция
Среди радиолюбителей большую популярность имеет петлевая антенна периметром 84 м. В основном его настраивают на 80М диапазон и с небольшим компромиссом его можно использовать на всех радиолюбительских диапазонах. Такой компромисс можно принять если работаем ламповым усилителем мощности, но если имеем более современный трансивер, там дело уже не пойдет. Нужен согласующее устройство, который устанавливает КСВ на каждом диапазоне, соответствующий нормальной работе трансивера. HA5AG рассказывал мне за простое согласующее устройство и прислал мне краткое его описание (смотри рисунок). Устройство разработано для петлевых антенн практически любой формы (дельта, квадрат, трапеция, и.т.д.)
Краткое описание:
У автора согласующее устройство было опробовано на антенне, форма которого почти квадрат, установленная на высоте 13 м в горизонтальном положении. Входное сопротивление этой QUAD антенны на 80 м –ом диапазоне 85 Ом, а на гармониках 150 – 180 Ом. Волновое сопротивление питающего кабеля 50 Ом. Задача стояла согласовать этот кабель с входным сопротивлением антенны 85 – 180 Ом. Для согласования был применен трансформатор Tr1 и катушка L1.
В диапазоне 80 м с помощью реле Р1 замыкаем накоротко катушку n3. В цепи кабеля остается включенным катушка n2, которая со своей индуктивностью ставит входное сопротивление антенны на 50 Ом. На остальных диапазонах Р1 отключен. В цепи кабеля включены катушки n2+n3 (6 витков) и антенна согласует 180 Ом на 50 Ом.
L1 – удлиняющая катушка. Он найдет свое применение на диапазоне 30 м. Дело в том, что третья гармоника 80 м –го диапазона не совпадает с разрешенным диапазоном частоты 30 м –го диапазона. (3 х 3600 Кгц = 10800 Кгц). Трансформатор T1 согласует антенну на 10500 Кгц, но это еще мало, нужно включить и катушку L1 и в таком включении антенна уже будет резонировать на частоте 10100 Кгц. Для этого с помощью К1 включаем реле Р2, который при этом открывает свои нормально замкнутые контакты. L1 еще может послужить и в диапазоне 80 м, когда желаем работать в телеграфном участке. На 80 м–ом диапазоне полоса резонанса антенны около 120 Кгц. Для сдвига частоты резонанса можно включить L1. Включенная катушка L1 заметно снижает КСВ и на 24 Мгц частоте, а также на 10 м диапазоне.
Согласующее устройство выполняет три функции:
1. Обеспечивает симметричное питание антенны, так как полотна антенны изолирована по ВЧ от «земли» через катушки трансформатора Tr1 и L1.
2. Согласует импеданс, описанным высшее способом.
3. С помощью катушек n2 и n3 трансформатора Tr1 ставит резонанс антенны в соответствующие, разрешенные полосы частоты по диапазонам. Об этом немного подробнее: Если антенна изначально настроена на частоту 3600 кгц (без включения согласующего устройства), то на 40 м диапазоне будет резонировать на 7200 Кгц, на 20 м на 14400 Кгц, а на 10 м уже на 28800 Кгц. Это значит – антенну нужно удлинять в каждом диапазоне, и при этом чем высшее частота диапазона тем больше требует удлинения. Вот, как раз такое совпадение используется для согласования антенны. Катушки трансформатора n2 и n3, T1 c определенной индуктивностью, тем больше удлиняет антенну, чем высшее частота диапазона. Таким способом на 40 м катушки удлиняют в очень маленькой степени, а на 10 м диапазоне уже в значительной степени. Правильно настроенную антенну согласующее устройство ставит в резонанс на каждом диапазоне в районе первой 100 Кгц частоты.
Положение выключателей К1 и К2 по диапазонам указаны в таблице (справа):
Если входное сопротивление антенны на 80 м диапазоне устанавливается не в пределах 80 – 90 Ом а в пределах 100 – 120 Ом, то количество витков катушку n2 трансформатора T1 нужно увеличить на 3, а если сопротивление еще больше так на 4. Параметры остальных катушек остаются без изменений.
Перевод: UT1DA источник — (http://ut1da.narod.ru) HA5AG
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.
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.
Для согласования трансивера с различными антеннами можно с успехом применить простейший ручной тюнер, схема которого показана на рисунке. Он перекрывает диапазон частот от 1,8 до 29 мГц.Кроме того, этот тюнер может работать как простейший коммутатор антенн, имеющий еще и эквивалент нагрузки. Мощность, подводимая к тюнеру, зависит от от зазора между пластинами применяемого конденсатора переменной емкости С1 – чем он больше, тем лучше. С зазором 1,5-2 мм тюнер выдерживал мощность до 200 Вт (может и больше – для дальнейших экспериментов мощности моего TRX не хватило). На входе тюнера для измерения КСВ можно включить один из КСВ-метров, хотя при совместной работе тюнера с импортными трансиверами это не обязательно — все они имеют встроенную функцию измерения КСВ (SVR). Два (или больше) ВЧ разъема типа PL259 позволяют подключить антенну, выбранную с помощью галетного переключателя S2 «Коммутатор антенн» для работы с трансивером. Этот же переключатель имеет положение «Эквивалент», при котором трансивер может быть подключен к эквиваленту нагрузки сопротивлением 50 Ом. С помощью релейной коммутации можно включить режим «Обход» и антенна или эквивалент (в зависимости от положения коммутатора антенн S2) будут напрямую подсоединены к трансиверу.
В качестве С1 и С2 применяются стандартные КПЕ-2 с воздушным диэлектриком 2х495 пФ от промышленных бытовых приемников. Их секции продернуты через одну пластину. В С1 задействованы две секции, соединенные параллельно. Он установлен на пластине из оргстекла толщиной 5 мм. В С2 – задействована одна секция. S1 – галетный ВЧ переключатель на 6 положений (2Н6П галеты из керамики, их контакты соединены параллельно). S2 — такой же, но на три положения (2Н3П, или на большее число положений в зависимости от количества антенных разъемов). Катушка L2 - намотана голым медным проводом d=1 мм (лучше посеребренный), всего 31 виток, намотка с небольшим шагом, внешний диаметр 18 мм, отводы от 9 + 9 + 9 + 4 витка. Катушка L1 -тоже, но 10 витков. Катушки установлены взаимно-перпендикулярно. L2 можно припаять выводами к контактам галетного переключателя, изогнув катушку полукольцом. Монтаж тюнера проводится короткими толстыми (d=1,5-2 мм) отрезками голого медного провода. Реле типа ТКЕ52ПД от радиостанции Р-130М. Естественно, оптимальным вариантом является применение более высокочастотных реле, например, типа РЭН33. Напряжение для питания реле получено от простейшего выпрямителя, собранного на трансформаторе ТВК-110Л2 и диодном мосту КЦ402 (КЦ405) или им подобным. Коммутация реле осуществляется тумблером S3 «Обход» типа МТ-1, установленном на лицевой панели тюнера. Лампа La (не обязательна) служит индикатором включения. Может оказаться, что на низкочастотных диапазонах не хватает емкости С2. Тогда параллельно С2 можно с помощью реле Р3 и тумблера S4 подключать или его вторую секцию или дополнительные конденсаторы (подобрать 50 – 120 пФ — на схеме показано пунктиром).
По рекомендации, оси КПЕ соединены с ручками управления через отрезки дюритового бензошланга, служащие изоляторами. Для их фиксации использованы водопроводные хомутики d=6 мм. Тюнер был изготовлен в корпусе от набора «Электроника-Контур-80». Несколько бОльшие размеры корпуса, чем у тюнера, описанного в , оставляют достаточный простор для доработок и модификаций данной схемы. Например, ФНЧ на входе, согласующий симметрирующий трансформатор 1:4 на выходе, вмонтированный КСВ-метр и другие. Для эффективной работы тюнера не следует забывать о хорошем его заземлении.
Простой тюнер для настройки симметричной линии
На рисунке приведена схема простого тюнера для согласования симметричной линии. В качестве индикатора настройки используется светодиод.
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!
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.
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.
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 . 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.
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.
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 . 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).
Подход при выборе КПЕ очень прост - 1 мм зазора между пластинами выдерживает напряжение 1000 В. Предполагаемое напряжение можно найти по формуле U = Ц P/R , где:
- Р - мощность,
- R - сопротивление нагрузки.
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.
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 .
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 .
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/
