Двухпроводная линия переменной длины.
Экспериментируя с различными радиолюбительскими антеннами, часто приходится пользоваться согласующими устройствами в виде двухпроводного шлейфа. Это позволяет согласовать антенны практически любого входного сопротивления с любым кабелем или любой двухпроводной линией. Но точно рассчитать длину шлейфа и точку подключения кабеля удается только в том случае, если точно известно входное сопротивление антенны и волновое сопротивление питающего фидера. А это чаще всего уравнение с двумя неизвестными. Вот и приходится радиолюбителю резать на куски дорогостоящий кабель, подбирая его длину, и, что еще хуже, осваивать обезьяньи навыки, пытаясь настроить антенну на рабочей высоте.
Предлагаемое устройство предназначено для облегчения процесса согласования, а также для проведения экспериментов с антеннами и линиями передачи. При этом нет необходимости резать кабель и подбирать его длину для антенн с неизвестными параметрами. Недостатком такой конструкции является ограниченный диапазон волновых сопротивлений линии. При увеличении волнового сопротивления размеры конструкции возрастают очень сильно, поэтому следует ограничиться малым волновым сопротивлением (до 200-240 Ом).
Общее описание.
Конструктивно шлейфы выполняются из двухпроводных линий с воздушной изоляцией, несимметричных (коаксиальных) или ленточных кабелей. При этом чаще всего, чтобы шлейф не болтался и не мешал при вращении антенны, его сворачивают в кольцо или бухту. В принципе, это не сказывается на свойствах шлейфа и вполне допустимо.
В предлагаемой конструкции шлейф выполнен в виде двухпроводной линии из голого медного провода, закрепленной на вращающемся барабане.
Провод плотно уложен в резьбовую канавку, при этом на каркасе нарезается двухзаходная резьба глубиной 1/3 диаметра провода. Выводы линии, выполненные на торцах каркаса и подвижные отводы, выполненные в виде роликов, скользящих по виткам провода позволяют использовать конструкцию в различных вариантах.
Интересны варианты применения устройства в качестве фазирующей линии для двухэлементных антенн с активным питанием.
В этом случае достижима очень высокая степень фазирования элементов.
Следует отметить, что в случаях с разомкнутыми шлейфами наблюдается два резонанса, ввиду двух разных разомкнутых отрезков, поэтому для разомкнутых линий следует выбирать общую длину линии переменной длины несколько больше расчетной.
Выводы одного провода линии подсоединяются к полуосям каркаса, выводы второго провода – к контактным дискам закрепленным на торцах каркаса. Электрический контакт с выводами осуществляется с помощью пружинной “булавки”, обхватывающей латунный наконечник оси и пружинной пластины, закрепленной на внутренней стороне щёчки.
Изменение электрической длины линии осуществляется с помощью роликовых токосъемников, прижимаемых к внешней стороне провода, образующего линии. Ролики могут свободно перемещаться по шпилькам при вращении каркаса.
На рисунке указаны только те размеры, которые можно сохранять вне зависимости от диапазона использования и размеров каркаса устройства. На каркасе выполняется резьбовая канавка в соответствии с выбранным волновым сопротивлением линии и требуемой длиной регулируемого отрезка. При этом расстояние между соседними витками линии должно быть в 2 раза больше расстояния между проводами линии. Это будет способствовать снижению потерь в линии. Расстояние между проводами должно быть рассчитано в соответствии с заданным значением волнового сопротивления линии.
Крепление устройств токосъема может быть выполнено любым способом. При изготовлении важно обеспечить полукруглый профиль роликов, с радиусом закругления, равным радиусу провода. В качестве материала каркаса лучше всего взять фторопласт, так как он наиболее долговечен и устойчив к высоким температурам, которые могут возникнуть в случае неплотного контакта в устройствах токосъема.
Все детали токосъема и отводов линии выполняются из латуни. Желательно применить серебрение этих деталей, а также проводов линии.
Небольшой совет по технологии изготовления.
Сложность вызывает только изготовление каркаса. При его изготовлении желательно использовать резец с полукруглой заточкой. Радиус заточки должен быть равен радиусу применяемого для линии провода Этим резцом можно выточить канавку на ролике и канавки на каркасе.
При изготовления каркаса сначала с заданным шагом резьбы протачивают одну резьбовую канавку, затем сместив резец на расстояние равное расстоянию между проводами линии, протачивают вторую резьбовую канавку с тем же шагом. Щёчки лучше изготавливать после того как выточены каркас и ролики, так легче определить место под шпильки. Пружины необходимо подбирать так, чтобы каркас вращался легко, а ролики не соскальзывали с провода.
Если планируется долговременная эксплуатация линии, ее нужно поместить в герметичный кожух, сделав нужное количество выводов из него.
Некоторые рекомендации по использованию:
Если вы хотите разместить устройство поближе к рабочему месту, можете соединить его с антенной полуволновыми повторителями из любого кабеля.
Интересен вариант применения устройства в качестве шлейфа рефлектора для антенн DELTA LOOP с переключаемой диаграммой направленности. В этом случае есть возможность более точно настраивать антенну при изменении направления излучения.
Опытный образец был проверен с антенной DELTA ROOST и позволил легко получить КСВ на заданной частоте 1.0 и не более 1.3 на границах 20 метрового диапазона. При замене питающего кабеля с 50 Ом на 75 Ом потребовалось всего несколько секунд для приведения КСВ в норму.
Огромная благодарность Юрию Никитину (RA9LO) за его простую, но нужную программу, позволившую сэкономить массу времени и кабеля при проведении экспериментов, и сподвигнувшую меня на разработку этого устройства.
Дальних вам связей!