Журнал Радио 4 номер 2003 год. 
"РАДИО" — О СВЯЗИ
О СОГЛАСОВАНИИ ПОЛУВОЛНОВОЙ АНТЕННЫ
Юрии ВИНОГРАДОВ,
г. Москва
Полуволновая вертикальная антенна, отличаясь простотой (проводник длиной ≈λ/2) и эффективностью, получила в Си-Би широкое распространение. Но возбуждаемая с конца — в пучности напряжения, она имеет высокий и трудно прогнозируемый импеданс Za, который зависит, в частности, от ее конструктивных особенностей.
Она должна иметь согласующее (трансформирующее) устройство, понижающее высокое активное сопротивление Ra ( в него обращается Za после настройки антенны) до обычно используемого в технике связи волнового сопротивления фидера 50 Ом. Согласование может быть осуществлено трансформатором, автотрансформатором, П-контуром, каким-либо иным преобразователем, имеющим коэффициент трансформации по напряжению k ≈ √50/Ra и, конечно, не вносящим сколько-нибудь существенных потерь.
Часто "полволны" согласуют с 50-ом-ным фидером, настроенным на рабочие частоты контуром, индуктивностью которого служит воздушная катушка, к части витков которой подключают фидер, а ко всему контуру — полуволновый вибратор. В явном виде емкость в этом контуре обычно отсутствует. Ее функцию выполняет собственная емкость катушки, которую иногда увеличивают подключенным к основанию вибратора металлическим "флажком". На настройку антенного контура будет влиять, конечно, и реактивная составляющая самого вибратора, если его длина l ≠ λ/2.
Однако возможные здесь расчеты на точность не претендуют и неизбежна доводка самодельной "полволны" в довольно трудоемком эксперименте. Забравшись на крышу, антенну "валят", меняют или точку подключения фидера к катушке (нередко смещая ее лишь на долю витка), или длину вибратора (шаг не более 1—2 см), или чуть сдвигают-раздвигают витки катушки. Сделав то, другое или третье — порознь, попарно или все сразу — и вернув антенну в рабочее положение, измеряют получившийся КСВ. И так — много раз, пока в нужном диапазоне частот не будет получен КСВ < 1,5—2. Или... будет куплена "фирменная антенна, замечательная лишь тем, что в ней почти вся эта работа уже кем-то сделана.
Когда говорят, что при КСВ = 1,5 мощность излучения уменьшается на 4 %, а при КСВ = 2 — на 11 % (и то и другое считается еще терпимым), то причиной этого являются не потери в линии связи, а несогласованность передатчика с нагрузкой. Если считать его генератором с напряжением холостого хода U и внутренним сопротивлением Rвн = 50 Ом*, то зависимость рассеянной на нагрузке мощности Рн от сопротивления нагрузки Rн имеет вид:
Но при КСВ > 1 возникают потери и в самом фидере. При малом погонном затухании фидера или малой его общей длине этими потерями в нем можно пренебречь практически при любом КСВ. В таком случае устройство согласования полволны" может быть таким, как показано на рис. 1.
В качестве наружного согласователя, лишь в первом приближении приводящего Rа антенны к волновому сопротивлению фидера используется автотрансформатор Т1 выполненный на ферритовом кольцевом магнитопроводе 400НН 22x12x5 мм.
На магнитопровод с заглаженными ребрами сначала наматывают обмотку n2 — 20 витков провода МШП-0,07 (одножильный монтажный сечением 0 07 мм2) а по верх нее — синфазно с ней включенную обмотку n1 — 5 витков провода МШП-0,2 (рис. 2). Поскольку индуктивность рассеяния в таком трансформаторе невелика, то его коэффициент трансформации к = n1/(n1+n2) = 0,2.
Нагрузив выходную обмотку с числом витков (n1 + n2) автотрансформатора резистором RH = 1250 Ом, а входную (n1) подключив через КСВ-метр к антенному выходу 4-ваттной Си-Би радиостанции (заметим, что Rн = 1250 Ом, пересчитанное на антенный выход радиостанции, обращается в оптимальное для нее Rн = 1250•к2 = 50 Ом), удалось оценить его работу на частотах 11-метрового диапазона. Отдаваемая в резистор мощность составила 3,4...3,5 Вт, а КСВ не поднимался выше 1,2.
Этот автотрансформатор был бы уже достаточно хорошим согласователем для настроенной "полволны", имеющей Rа = 1250 Ом. Но даже если активное сопротивление антенны будет другим, он приведет это сопротивление к величине, уже не столь резко отличающейся от волнового сопротивления фидера и тем самым уменьшит потери в нем до пренебрежимо малых.
Находящаяся на другом конце фидера регулируемая ступень согласующего устройства представляет собой контур L1C1, к катушке которого автотрансформаторно подключены радиостанция и фидер.
Катушку L1 наматывают проводом ПЭВ-2-1,4 на каркасе диаметром 6,5 мм. Число витков — 12, длина намотки — 22 мм. Отвод к станции — от 7-го (считая от "земли") витка; отводы к фидеру — от 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9-, 10 или 11-го витка, которые заводят на переключатель SA1 типа ПГ2 на 12 положений, установленный около катушки (его соединения с катушкой делают предельно короткими проводниками).
Конденсатор С1 — типа КСО-1. Возможно, его емкость потребуется уточнить.
Контур L1C1 подстраивают карбонильным сердечником М4х10 мм, заключенным в толстую пластиковую трубку, которая должна входить в катушку с некоторым сопротивлением. Контур можно подстраивать и переменным конденсатором емкостью 30...40 пф, подключенным параллельно конденсатору С1.
Поскольку после лишь трансформаторного согласования вибратора с фидером режим бегущей волны в нем, скорее всего, не возникнет, рекомендуется использовать фидер не произвольной длины, а кратной λ/2 (в коаксиальном кабеле со сплошной полиэтиленовой изоляцией это 0.66λ/2). Фидер такой длины (его называют высокочастотным повторителем) лишь передаст в неизменном виде Zа' — преобразованный в Т1 антенный импеданс — на регулируемый согласователь, где реактивная составляющая этого комплексного сопротивления будет компенсирована расстройкой контура L1C1, а активная переключениями отводов на L1 трансформирована в сопротивление, близкое к 50 Ом.
Описанное устройство использовалось для согласования проволочной "полволны", имеющей емкостный "расширитель" на другом конце вибратора. Антенна настраивалась и согласовывалась лишь в частотной сетке С. Однако и на других частотах Си-Би диапазона КСВ получился не выше 1,2. По-видимому, это связано с более широкополосным преобразованием сопротивлений в Т1, нежели это имеет место в обычных воздушных трансформаторах. Ведь сама по себе "полволны", тем более с емкостным "расширителем", не должна быть узкополосней любого другого полуволнового вибратора.
________________________________________*) Но если это генератор с весьма малым Rвн, режим которого просто рассчитан на 50-омную нагрузку, то потери при тех же рассогласованиях резко увеличатся, даже при КСВ = 7,5 они могут составить 25 30 %. К тому же реакция генератора на рассогласование с нагрузкой уже не будет "симметричной". Так, если при Rн = 150 Ом (КСВ 3) мощность излучения лишь резко уменьшится, то при Rн=16,7 Ом (тот же КСВ) могут быть сожжены выходные транзисторы.
Вернуться к содержанию журнала "Радио" 4 номер 2003 год
| Ваш комментарий к статье | ||||
