Симметрирующие устройства и антенные трансформаторы на ферритах
Хомич Вадим Иванович
В телевидении наиболее распространены симметричные антенны (горизонтальный вибратор и его модификации). Вход телевизоров обычно несимметричен, и для связи антенны с телевизором используют в большинстве случаев несимметричный коаксиальный кабель. При прямом соединении симметричной антенны с несимметричным входом телевизора таким кабелем возникают потери энергии, ослабляется чувствительность установки и создаются многократные отражения. Для избавления от подобных явлений применяется простейшее симметрирующее устройство типа U-колена, а также так называемый «запирающий стакан», не имеющий ряда конструктивных недостатков U-колена. Однако оба эти устройства являются узкодиапазонными.
Применяя ферриты, можно изготовить более компактное симметрирующее устройство с достаточно простой перестройкой в широком диапазоне частот. На рис. 54 показано такое устройство в разрезе. Как видно из рисунка, соединительный кабель в стакане уложен спирально. Этим достигается значительное «укорачивание» размеров устройства. В устройстве без феррита спираль из кабеля РК-1 имеет 13 витков, внешний диаметр ее равен внутреннему диаметру стакана (40 мм), выполненного из дюралюминиевой трубы (высота стакана 250 мм).
Рис. 54. Симметрирующее устройство.
1 — корпус. 2 — направляющая втулка; 3 — ферритовый стержень; 4 — выходные зажимы; 5 — кабель.
На верхнюю крышку устройства, изготовленную из высокочастотного диэлектрика (полистирола или органического стекла), выводятся к соответствующим зажимам жила и оболочка кабеля. К этим же зажимам присоединяются и выводы вибратора антенны. Нижняя латунная крышка плотно соединена со стаканом. Если уменьшить внешний диаметр спирали до 25 мм и увеличить число витков до 20, то симметрирующее устройство можно настроить на частоту 75 Мгц.
Более совершенно и удобно в эксплуатации симметрирующее устройство, в котором используется ферритовый сердечник для перестройки, введенный внутрь спирали. Перемещая сердечник с помощью простейшего механизма, можно изменять частоту настройки устройства без изменения размеров спирали. Внутрь спирали вводится также направляющая втулка, облегчающая перемещение ферритового сердечника. В этом устройстве использован сердечник из феррита 600НН диаметром 8 и длиной 200 мм. Введение стержня позволило плавно изменять частоту настройки симметрирующего устройства от 42 до 85 Мгц.
Антенные трансформаторы на ферритах
Как уже неоднократно указывалось, антенные трансформаторы, используемые для подключения несимметричного кабеля к симметричной антенне, играют важную роль в схемах с применением ферритовых антенн. Назначение их не только в трансформации сопротивлений сопрягаемых элементов, но и в обеспечении перехода от симметричной антенны к несимметричному входу приемника.
Особые трудности возникают при изготовлении трансформаторов в коротковолновом и ультракоротковолновом диапазонах, где различия в значениях паразитных емкостей частей обмотки приводят к нарушению симметрии антенны, что вызывает появление антенного эффекта, иеопределеииости нуля диаграммы и пр.
Рис. 55. Симметрирующие антенные трансформаторы.
а — трансформатор без сердечника; б — трансформатор на торе (кольце); в — трансформатор с индуктивным шлейфом (объемным витком).
Простейшим таким устройством можно считать трансформатор без сердечника (рис. 55, а). Однако такой трансформатор из-за большой индуктивности рассеяния имеет весьма малый диапазон частотного перекрытия. Лучше в этом отношения антенный трансформатор с обмотками на ферритовом торе (рнс. 55,6), а еще лучше трансформатор с индуктивным шлейфом (рис. 55, в), которому свойственна высокая симметрия, так как емкостная связь между его обмотками сведена до минимума.
Устройство трансформатора с индуктивным шлейфом показано на рис. 56. Как видно из эквивалентной схемы трансформатора (рис. 55, в), связь между первичной и вторичной его обмотками, расположенными на тороидальных сердечниках, изготовленных из магнитного материала с большой проницаемостью, осуществляется при помощи объемного витка (индуктивного шлейфа), образованного корпусом (экраном) трансформатора и центральным стержнем, стягивающим всю конструкцию. Корпус трансформатора и центральный стержень выполнены из посеребренной латуни.
Экспериментальное исследование различных конструкций показало, что конструкция с индуктивным шлейфом содержит в себе большие потенциальные возможности, позволяя значительно улучшить параметры антенных трансформаторов в широком диапазоне частот.
Рассеяние в трансформаторе с индуктивным шлейфом уменьшено благодаря применению ферритовых тороидальных сердечников с большой проницаемостью, особой намотки обмоток тороидов (пучком параллельных проводов, закрывающих большую часть поверхности тороидов) и высокой связи между обмотками и объемным витком, что достигается особой конструкцией витка-экрана, в основу которой заложено стремление приблизить экран к обмоткам.
Рис. 56. Конструкция трансформатора с индуктивным шлейфом.
1 — гайка; 2 и 4 чашки корпуса; 3 — разделительная шайба; 5 — стяжной болт, 6 — обмотки.
Решающим фактором, обеспечивающим расширение диапазона частот антенного трансформатора, оказывается правильный выбор магнитного материала сердечников. Изучение особенностей поведения магнитных материалов в широком диапазоне частот показало, как уже неоднократно говорилось, что, начиная с некоторой (граничной) частоты, магнитная проницаемость материала начинает постепенно уменьшаться при увеличении частоты. Работа на этом участке магнитной характеристики сулит известные перспективы с точки зрения расширения рабочего диапазона частот трансформатора, так как в этой области замедляется рост реактивного сопротивления при увеличении частоты. Между тем, в известных до сих пор устройствах это свойство ферритов не использовалось, очевидно, вследствие больших потерь, которыми сопровождается переход в эту область частот. Более того, частота, после которой магнитная проницаемость начинала падать, считалась обычно конечной границей рабочего участка для данного типа материала. Выбирая для антенного трансформатора ферриты соответствующей проницаемости, мы получаем возможность увеличить его рабочий диапазон частот.
Размеры антенного трансформатора, в котором используется этот принцип, выбирают, исходя из размеров имеющихся стандартных ферритовых колец, а также руководствуясь конструктивными требованиями. Как показывает практика, наилучшими получаются трансформаторы, у которых зазоры между кольцами и корпусом трансформатора составляют 1-2 мм. Для уменьшения емкостной связи между кольцами устанавливается электростатический экран (диск с отверстием), диаметр которого несколько превышает диаметр стяжного болта. Хорошие результаты в ультракоротковолновом диапазоне (30—70 Мгц) дает трансформатор на кольцах из феррита 600 НН с внешним диаметром 11 и внутренним 6 мм при ширине кольца 5 мм. Число витков в обмотках трансформатора обычно берется от 10 до 20 (в зависимости от диапазона и назначения трансформатора). Корпус с внешним диаметром 15 и внутренним 12 мм изготавливается из латуни. Поверхность его покрывается серебром. Диаметр стяжного болта 5 мм.
Интересны трансформаторы на ферритах, представляющие собой сочетание длинной линии и идеального трансформатора. Принцип действия такого трансформатора поясняется на рис. 57, а. Его обмотки, образующие длинную линию, намотаны бифилярно, что обеспечивает коэффициент передачи, близкий к единице в широком диапазоне частот (от 100 кгц до сотен мегагерц). В этом трансформаторе фаза колебания, поданного па вход, может быть повернута на 180° путем выбора точки заземления на выходе. Достоинством такого трансформатора является также независимость его параметров от тока подмагничивания и амплитудной нестабильности ферритов.
Рис. 57. Схема трансформаторов, использующих принцип длинной линии.
В таких трансформаторах обычно применяют ферритовые сердечники с высокой начальной проницаемостью, что позволяет использовать в диапазоне радиочастот падающий участок частотной характеристики магнитной проницаемости. В этом случае ферритовый сердечник трансформатора является средой, изменяющей параметры длинной линии в сторону улучшения передачи энергии.
Рассмотренные трансформаторы просты в изготовлении и имеют малые размеры. Так, например, симметрирующий трансформатор (рис. 57,б) для диапазона частот 20—100 Мгц изготавливается на ферритовых (600НН или 400НН) кольцах с внешним диаметром 12,5 мм. Он состоит из 3—4 витков обмотки, намотанной бифилярно, и такого же количества витков симметрирующей обмотки из литцендрата 7x0,1. Расстояние между проводами бифи-лярной обмотки берется минимальным и строго выдерживается по всей длине кольца. Подобный трансформатор обеспечивает коэффициент симметрии от 100 до 15—20 'при условии постоянства входного и выходного сопротивлений.
Хорошие результаты дает трансформатор сопротивлений 1:4, показанный иа рис. 57,в. Он состоит из 5 витков бифилярной обмотки, аналогичной обмотке вышеописанного трансформатора. Применяя в этом трансформаторе тороидальные сердечники из феррита 600НН или 1000НН с внешним диаметром 10—20 мм, удается получить высокую точность трансформации сопротивлений (и напряжений) в диапазоне частот 1—50 Мгц.
Сопутствующие статьи:
- Конструкции ферритовых антенн и пути их развития
- Комнатные телевизионные ферритовые антенны
- Широкодиапазонная компенсированная ферритовая антенна
- Ферритовая антенна для определения направления распространения радиоволн
Источник:
Хомич В.И. Приемные ферритовые антенны (2-е изд.). МРБ Вып.485, 1963 г.
Материал подготовил RA3TOX.