ПОГОВОРИМ ОБ АНТЕННАХ?

В. ПАНТЕЛЕЕВ (UA3TX), Д. ПАНТЕЛЕЕВ (UA3TJW),
606007, Дзержинск Нижегородской обл., а/я 5.

Известно, что возможности самого совершенного трансивера не могут быть реализованы без использования высокоэффективных антенно-фидерных систем (АФС), включающих в себя комплекс устройств от выхода передатчика до антенн.

Мы рассмотрим некоторые общие вопросы содания АФС, более подробно остановившись на конструкции широкополосного трансформатора (ШПТ).

Практика показывает, что широкополосность ШПТ позволяет достичь удовлетворительных результатов их работы во всем диапазоне, но не гарантирует максимального использования возможностей АФС.

Такое положение можно объяснить недостаточной изученностью радиолюбителями степени влияния конструкции АФС на эффективность системы.

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ШПТ

Большинство ШПТ предназначено для работы во всех КВ-диапа-эонах: от 1,8 МГц до 28 МГц включительно.

Если принять во внимание различие механизмов передачи трансформаторами энергии низких и высоких частот, то с использованием ШПТ в широком спектре можно согласиться с [1].

Мы же разделяем точку зрения, к сожалению, не известного нам зарубежного автора, изложенную в статье "Новый класс трансформаторов на коаксиальных линиях";

Из анализа практики применения ШПТ автор делает выводы:

- ШПТ целесообразно применять только при работе с небольшими мощностями и только в низкочастотных участках КВ-диапазонов;

- к недостаткам ШПТ следует отнести нелинейность их характеристик при насыщении середечника, приводящую к искажению сигнала, а также опасность возникновения дугового рязряда при работе с большой мощностью, что может повлечь за собой разрушение седечника.

От себя добавим, что мы не исключаем принципиальной возможности создания ШПТ, обладающего хорошими показателями на высокочастотных КВ-диапазонах. Видимо, правильнее вести речь об ограничении частотного спектра ШПТ двумя-тремя смежными диапазонами, в пределах которых трансформатор обладает удовлетворительными показателями.

2. МАТЕРИАЛ ОБМОТОК ШПТ

Для обмоток ШПТ отечественные авторы рекомендуют использовать эмалированные провода или многожильный монтажный провод в ПВХ-изоляции [2].

3. КОНСТРУКЦИЯ ОБМОТОК ШПТ

Обмотки трансформатора с К=1:4 наматываются сложенным вдвое проводом. По нашему мнению, частотная характеристика ШПT может быть скорректирована путем изменения конструкции обмоток и количества витков в них.

4. НАСТРОЙКА АФС

Наивысшие показатели АФС достигаются при точном согласовании всех элементов системы, т.е. тогда, когда полные сопротивления сопрягаемых каскадов или равны, или согласованы с помощью специальных устройств.

Составляющие полного сопротивления - емкостная и индуктивная - с изменением частоты изменяются по разным законам, в связи с чем достичь полного согласования элементов системы в широком спектре частот невозможно.

Настройка АФС практически сводится к такому подбору конструкции элементов системы, при котором достигаются или достаточно равномерные и относительно высокие показатели ее работы на всех диапазонах, или наиболее высокие показатели в намеченном заранее частотном участке. О степени настройки АФС судят по значениям КСВ.

5. ПОКАЗАТЕЛЬ КСВ

КСВ является важнейшим показателем, по которому с определенной степенью достоверности можно судить о фактической эффективности АФС.

Практически все коротковолновики знают, что при настройке АФС следует стремиться к заветной "единичке" и не "выходить" за некоторые граничные значения КСВ. Но при этом далеко не все вникают в физическую сущность показателя, представляющую собой отношение большего из полных сопротивлений сопрягаемых элементов к меньшему.

Отметим, что по значениям КСВ нельзя определить, какое из сопрягаемых сопротивлений имеет большую величину. Например, если передатчик точно согласован с фидером 75 Ом и при этом КСВ-3,0, то входное сопротивлени антенны, подключенной непосредственно к фидеру, может составлять или 25 Ом, или 225 Ом. При таком широком разбросе возможных значений порядок величины сопротивления легко определяется по литературным данным. Фактическая величина сопротивления антенны может быть измерена приборами [3].

Как уже отмечалось, для радиолюбителей больший интерес представляет не величина сопротивления антенны, а выявление зависимости эффективности системы от конструкции ее элементов. Достижение минимальных значений КСВ свидетельствует о выполнении поставленной задачи.

Говоря о настройке АФС, мы предполагали, что передатчик точно настроен на расчетное сопротивление нагрузки.

Однако, как показывает практика, такой настройке не всегда уделяется дожное внимание, в результате чего снижается излучаемая мощность.

Мы предлагаем простую методику настройки передатчика в рабочем режиме.

К выходу передатчика через КСВ-метр необходимо подключить безындукционный эквивалент нагрузки и путем подстройки каскада, включая подбор индуктивностей, добиться КСВ-1,0.

(Заметим, что получившую широкое распространение практику использования в качестве эквивалента нагрузки различных ламп накаливания мы считаем ошибочной, т.к. лампа не обладает чисто активным сопротивлением.)

Выше отмечалось, что судить об эффективности АФС по показаниям КСВ-метра можно лишь с определенной степенью достоверности, зависящей как от конструкции АФС, так и от места расположения в ней КСВ-метра [5].

Как правило, прибор располагается на выходе передатчика, что удобно с практической точки зрения. Наибольшая достоверность оценки будет соответствовать случаю непосредственного подключения антенны к фидеру, наименьшая - при наличии согласующего устройства (СУ).

Достижение минимальных значений КСВ при наличии СУ свидетельствует о настройке АФС на заданную частоту, но не характеризует степени передачи энергии передатчика в антенну.

Для точного согласования всех элементов АФС, содержащей СУ, в процессе настройки системы необходимо одновременно замерять КСВ как до СУ, так и после него. При всей сложности практического осуществления измерений, они представляют несомненный интерес. В то же время замечание об измерении КСВ в линии от СУ к антенне скорее может быть отнесено к разряду пожеланий, т.к. используемые радиолюбителями КСВ-метры не предназначены для работы в высокоомных линиях передачи.

Но имеется компромиссный выход. О степени согласования СУ с антенной можно судить по максимальным значениям тока антенны измеряемым безиндукционным методом. С целью исключения ошибок, которые могут быть вызваны паразитными резонансами антенны, графики изменения тока следует рассматривать совместно с частотной характеристикой антенны.

Рекомендованная автором конструкция ШПТ [2] предназначалась для работы с антенной, имеющей входное сопротивление 300, Ом, работающей в диапазонах 1,8...28 МГц. Рекомендованное значение n=8...15 витков. Для обмоток рекомендованы провода в эмалевой изоляции или многожильный монтажный провод в ПВХ-иэоляции.

Нами были применены: середчник ТВС, провод - ПЭ 1,0. Вход ШПТ с помощью фидера 75 Ом длиной 18 м через КСВ-метр был подключен к ВЧ-генератрру. К выходу трансформатора поочередно подключались эквиваленты нагрузки RSH сопротивлением 75, 155, 310, 420, 500 и 600 Ом. Степень согласования входа ШПТ с генератором оценивалась по значениям КСВ. Первоначальные опыты, проводившиемся в широком спектре частот (табл.1), определили возможную сферу применения ШПТ.

Таблица 1.

КСВ В ФИДЕРЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ (F) И
КОЛИЧЕСТВА ВИТКОВ (9) ШПТ (Сопротивление эквивалента нагрузки Rэн=310 Ом)

F1 МГц

КСВ

n=10 витков

n=12 витков

1,88

1,13

1,00

3,575

1.38

1,07

4,68

1,00

-

7,020

3,38

2,57

8,9

1,14

-

12,85

2,28

-

33,37

-

3,17

13,50

-

1,22

17,25

3,54

-

17,50

-

9,55

21,4

3.0

-

21,65

-

5,28

25,8

1,85

-

2,59

-

1,75


Последующие опыты (табл.2, рис.1) проводились на средних частотах 160-ти, 80-ти и 40-метрового диапазонов, в которых предполагалась работа в эфире.

Таблица 2.

КСВ В ФИДЕРЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ (F),
КОЛИЧЕСТВА ВИТКОВ (n) ШПТ И СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТА НАГРУЗКИ (Rэн)

Rэн, Ом

КСВ

n=10 витков

n=12 витков

n=19 витков

F=1,88 МГц.

-

75

2,23

-

2,45

155

1,36

2,11

310

1,06

1,00

1,69

420

1,06

-

1,61

500

1,05

-

1,61

600

1,03

-

1,57

F=3,575 МГц

75

2,23

-

2,39

155

1,52

2,03

310

1,28

1,07

1,82

420

1,24

1,76

500

1,23

1,74

600

1,.22

1,74

F=7.020 МГЦ

75

5,67

--

7,33

155

3,88

5,45

310

3,35

2,57

4,56

420

3,17

4,41

500

3,17

4,41

600

3,08

-

4,18


an-992-1.gif
Рис. 1

По результатам опытов можно сделать следующие выводы об испытанных ШПТ.

Обобщая изложенное, постараемся сформулировать некоторые рекомендации по созданию и настройке многодиапазонных АФС с использованием ШПТ.

  1. Практически невозможно создать АФС, показатели которой были бы одинаково высокими в широком спектре частот.
  2. Использование одного ШПТ для работы во всех КВ-диапазонах от 1,8 МГц до 28 МГц включительно представляется весьма спорным.
  3. Область использования АФС следует ограничить двумя, максимум - тремя смежными диапазонами.
  4. Создание АФС следует начинать с определения частотных характеристик конкретного ШПТ в пределах намечаемых к работе диапазонов.
  5. При выбранном сердечнике оптимальный вариант ШПТ может быть найден.опытным путем в результате подбора количества витков и конструкции обмоток трансформатора.
  6. Настройку АФС следует производить только после настройки передатчика на расчетное сопротивление нагрузки.
  7. При настройке АФС с СУ желательно одновременно измерять КСВ в фидере и КСВ или ток в линии передачи от СУ к антенне.
  8. Для окончательной настройки АФС, возможно, потребуется проведение экспериментов по изменению входного сопротивления антенны путем изменения конструкции элементов антенны и их ориентации в пространстве.
  9. Представляется вероятным, что более равномерные частотные характеристики АФС могут быть достигнуты при использовании антенн с высоким входным сопротивлением.

Предлагая вниманию читателей результаты проведенных опытов, мы рассматриваем их только как информационный материал, а не как описание конструкции, подлежащей повторению. Цель статьи - обратить внимание на проблемы создания высокоэффективных АФС, призвать радиолюбителей к экспериментам, обмену опытом.

Литература.

1. С.Г.Бунин, Л.П.Яйленко. Справочник радиолюбителя-коротковолновика. Изд.2-е. Киев. "Техника". 1984г.
2. Газета "Советский патриот". 20.04.83 г.
3. К.Ротхаммель. Антенны. Изд. 2-е Пер. с немецкого. "Энергия". Москва. 1969г.
4. Л.Бвтеева. "Холодная" настройка П-контура передатчика. "Радио". N2,1981.
5. И.Подгорный. Как повысить эффективность работы радиостанции. "РЛ" N12,1991 г.

Радиолюбитель 9/92, с.41,47.