Координационни устройства: предназначение и принцип на конструкция

2024 Автор: Henry Conors | [email protected]. Последно модифициран: 2024-02-12 04:01

В любителската практика не е възможно често да се намерят антени, в които входният импеданс е равен на вълновия импеданс на фидера, както и изходния импеданс на предавателя. В преобладаващото мнозинство от случаите не е възможно да се открие такова съответствие, следователно трябва да се използват специализирани устройства за съвпадение. Антената, фидерът, както и изходът на предавателя са включени в една система, в която енергията се предава без никакви загуби.

Как да го направя?

За да изпълните тази доста сложна задача, трябва да използвате съвпадащи устройства на две основни места - това е точката, където антената се свързва към фидера, както и точката, където фидерът се свързва с изхода на предавателя. Най-разпространените днес са специализираните трансформиращи устройства, вариращи от осцилаторни резонансни схеми до коаксиални трансформатори, направени под формата на отделни парчета от коаксиален кабел с необходимата дължина. Всички тези съпоставители се използват за съгласуване на импедансите, като в крайна сметка се минимизира общата загуба на преносна линия и, което е по-важно, намаляват емисиите извън лентата.

Съпротивление и неговите характеристики

В повечето случаи стандартният изходен импеданс в съвременните широколентови предаватели е 500 м. Струва си да се отбележи, че много коаксиални кабели, използвани като фидер, също се различават по стандартната стойност на импеданса на вълната на ниво от 50 или 750 m Ако обаче вземете предвид антените, за които могат да се използват съответстващи устройства, тогава, в зависимост от дизайна и типа, входният импеданс в тях има доста широк диапазон от стойности, вариращи от няколко ома до стотици и дори повече.

Известно е, че в едноелементните антени входният импеданс при резонансната честота е практически активен, докато колкото повече честотата на предавателя се различава от резонансната в една или друга посока, толкова по-голяма е реактивната съставка на индуктивен или капацитивен характер ще се появи в самите устройства с входен импеданс. В същото време многоелементните антени имат входен импеданс на резонансната честота, което е сложно поради факта, че различни пасивни елементи допринасят за образуването на реактивния компонент.

Ако входният импеданс е активен, той може да бъде съпоставен с импеданса с помощта на специализирано устройство за съгласуване на антената. Трябва да се отбележи, че загубите тук са практически незначителни. Въпреки това, веднага след като реактивен компонент започне да се образува във входното съпротивление, процедурата за съвпадение ще става все повече и повечеще трябва да се използва сложно и все по-сложно съгласуване на антените, с възможност за компенсиране на нежелана реактивност и трябва да се намира директно в точката на захранване. Ако реактивността не се компенсира, това ще се отрази негативно на КСВ в захранващото устройство, както и значително ще увеличи общите загуби.

Трябва ли да направя това?

Опитът да се компенсира напълно реактивността в долния край на захранващото устройство е неуспешен, тъй като е ограничен от характеристиките на самото устройство. Всякакви промени в честотата на предавателя в тесните участъци на любителските ленти в крайна сметка няма да доведат до появата на значителен реактивен компонент, в резултат на което често няма нужда да се компенсира. Също така си струва да се отбележи, че правилният дизайн на многоелементните антени също не предвижда голям реактивен компонент на наличния входен импеданс, който не изисква неговата компенсация.

В ефир често можете да срещнете различни спорове за ролята и предназначението на съпоставящо устройство за антена („дълъг проводник“или друг тип) в процеса на съпоставяне на предавател с него. Някои имат доста големи надежди за него, докато други просто го смятат за обикновена играчка. Ето защо трябва правилно да разберете как антенният тунер наистина може да помогне на практика и къде използването му ще бъде излишно.

Какво е това?

На първо място, трябва правилно да разберете, че тунерът е високочестотен съпротивителен трансформатор, с който, ако е необходимо, ще бъде възможно да се компенсира индуктивната или капацитивната реактивност. Помислете за един изключително прост пример:

Разделен вибратор, който на резонансната честота има активен входен импеданс 700 м, като в същото време използва коаксиален кабел с предавател с входен импеданс около 500 м. На изхода са инсталирани тунери на предавателя и в тази ситуация ще бъде за всяка антена (включително „дълъг кабел“) устройства за съгласуване между предавателя и фидера, без никакви затруднения да се справи с основната си задача.

Ако допълнително предавателят е настроен на честота, която се различава от резонансната честота на антената, тогава в този случай може да се появи реактивност във входното съпротивление на устройството, което впоследствие почти веднага започва да се появява при по-ниската край на захранващото устройство. В този случай съответстващото устройство "P" от всяка серия също ще може да го компенсира и предавателят отново ще получи съгласуваност с подаващото устройство.

Какъв ще бъде изходът, където фидерът се свързва с антената?

Ако използвате тунера изключително на изхода на предавателя, тогава в този случай няма да е възможно да се осигури пълна компенсация и в устройството ще започнат да възникват различни загуби, тъй като ще има непълно съвпадение. В тази ситуация ще трябва да използватеедин, свързан между антената и фидера, който напълно ще коригира ситуацията и ще осигури компенсация на реактивността. В този пример захранващото устройство действа като съвпадаща предавателна линия с произволна дължина.

Друг пример

Примковата антена, която има активно входно съпротивление от около 1100 m, трябва да бъде съгласувана с 50 ома предавателна линия. Изходът на предавателя в този случай е 500 m.

Тук ще трябва да използвате подходящо устройство за трансивъра или антената, което ще бъде инсталирано на мястото, където фидерът се свързва с антената. В по-голямата част от случаите много любители предпочитат да използват различни видове RF трансформатори, оборудвани с феритни ядра, но всъщност четвъртвълнов коаксиален трансформатор, който може да бъде направен от стандартен 75 омов кабел, е по-удобно решение.

Как да го приложим?

Дължината на използвания кабелен участък трябва да се изчисли по формулата A/40,66, където A е дължината на вълната, а 0,66 е коефициентът на скоростта, използван за по-голямата част от съвременните коаксиални кабели. Устройствата за съгласуване на HF антената в този случай ще бъдат свързани между 50-омовия фидер и входа на антената и ако са навити в отвор с диаметър от 15 до 20 cm, тогава в този случай също ще действа като балансиращо устройство. Захранващото устройство ще бъде напълно автоматично съгласувано с предавателя, както иравенство на техните съпротивления и в такава ситуация ще бъде възможно напълно да се откажат услугите на стандартен антенен тунер.

Друга опция

За такъв пример можем да разгледаме друг оптимален метод за съпоставяне - използвайки кратно на половин вълна или полувълнов коаксиален кабел, по принцип с произволен импеданс на вълната. Включен е между тунера, разположен в близост до предавателя и антената. В този случай входният импеданс на антената, който има стойност 110 ома, се прехвърля към долния край на кабела, след което с помощта на устройство за съгласуване на антената се трансформира в съпротивление от 500 m. в случай, осигурява се пълно съответствие на предавателя с антената, а фидерът се използва като повторител.

В по-тежки ситуации, когато входният импеданс на антената е неподходящ за характерния импеданс на фидера, който от своя страна не съответства на изходния импеданс на предавателя, са необходими две устройства за съгласуване на HF антената. В този случай единият се използва отгоре, за да съпостави фидера с антената, докато другият се използва за съпоставяне на фидера с предавателя отдолу. В същото време няма начин да направите някакво съвпадащо устройство със собствените си ръце, което може да се използва самостоятелно, за да съответства на цялата верига.

Появата на реактивност ще направи ситуацията още по-сложна. В този случай устройствата за съгласуване на HF значително ще се подобрятсъпоставяне на предавателя с фидера, като по този начин осигурява значително опростяване на работата на крайния етап, но не трябва да очаквате повече от тях. Поради факта, че фидерът ще не съответства на антената, ще се появят загуби, така че ефективността на самото устройство ще бъде подценена. Активиран SWR метър, инсталиран между тунера и предавателя, ще гарантира, че SWR=1 е фиксиран и този ефект не може да бъде постигнат между фидера и тунера, тъй като има несъответствие.

Заключение

Предимството на тунера е, че ви позволява да поддържате оптималния режим на предавателя в процеса на работа при непостоянно натоварване. Но в същото време не може да бъде осигурено подобрение в ефективността на която и да е антена (включително „дългата жица“) - съпоставящите устройства са безсилни, ако тя не съответства на фидера.

P-верига, която се използва в изходния етап на предавателя, може да се използва и като антенен тунер, но само ако има оперативна промяна в индуктивността и всеки капацитет. В по-голямата част от случаите както ръчните, така и автоматичните тунери са резонансни устройства с регулируем контур, независимо дали са сглобени фабрично или някой е решил да направи съвпадащо устройство за антената със собствените си ръце. В ръчните има два или три регулиращи елемента и самите те не работят в експлоатация, докато автоматичните са скъпи, а за работа при сериозни мощности цената им може да бъде изключително висока.

Широколентово съвпадащо устройство

Този тунер удовлетворява по-голямата част от вариациите, при които е необходимо да се осигури съответствие на антената с предавателя. Такова оборудване е доста ефективно в процеса на работа с антени, използвани на хармоници, ако фидерът е полувълнов повторител. В тази ситуация входният импеданс на антената се различава в различните ленти, но тунерът позволява лесно съпоставяне с предавателя. Предложеното устройство може лесно да работи при мощности на предавателя до 1,5 kW в честотната лента от 1,5 до 30 MHz. Можете дори да направите такова устройство със собствените си ръце.

Основните елементи на тунера са RF автотрансформатор на феритен пръстен от отклоняващата система TV UNT-35, както и превключвател, предназначен за 17 позиции. Възможно е използване на конусни пръстени от модели UNT-47/59 или всякакви други. В намотката има 12 завоя, които са навити в два проводника, докато началото на единия се комбинира с края на втория. На диаграмата и в таблицата номерацията на завоите е крайна, докато самата жица е навита и затворена във флуоропластова изолация. За изолация диаметърът на проводника е 2,5 мм, осигуряващ кранове от всеки завой, като се започне от осмия, ако се брои от заземения край.

Автотрансформаторът е монтиран възможно най-близо до превключвателя, докато свързващите проводници между тях трябва да имат минимумдължина. Възможно е да се използва превключвател с 11 позиции, ако дизайнът на трансформатора с не толкова голям брой кранове е запазен, например от 10 до 20 завъртания, но в такава ситуация интервалът на трансформация на съпротивлението също ще намалее.

Като знаете точната стойност на входния импеданс на антената, можете да използвате такъв трансформатор, за да съпоставите антената с фидер от 50 или 750 m, като използвате само най-необходимите кранове. В такава ситуация се поставя в специална влагоустойчива кутия, след което се напълва с парафин и се поставя директно в точката на захранване на антената. Самото съпоставящо устройство може да бъде изпълнено като самостоятелен дизайн или включено в специален модул за превключване на антената на някаква радиостанция.

За по-голяма яснота, етикетът, монтиран на дръжката на превключвателя, показва стойността на съпротивлението, която съответства на тази позиция. За да се осигури пълна компенсация на реактивния индуктивен компонент, е възможно впоследствие да се свърже променлив кондензатор.

Таблицата по-долу ясно показва как съпротивлението зависи от броя на завъртанията, които сте направили. В този случай изчислението е извършено въз основа на съотношението на съпротивленията, което е в квадратична зависимост от общия брой направени завои.