Bezpłatna biblioteka techniczna ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Dopasowanie szerokopasmowe. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Anteny. Pomiary, regulacja, koordynacja Niektóre amatorskie pasma KF (160, 80 i 10 metrów) mają szerokie pasmo względne - prawie 10%, a nie każda antena działa zadowalająco na wszystkich częstotliwościach tych pasm. Wymiana anteny wąskopasmowej na antenę bardziej szerokopasmową nie jest najłatwiejszym ani najtańszym rozwiązaniem problemu. Istnieje jeszcze jedna możliwość znacznego poszerzenia pasma częstotliwości pracy anteny wąskopasmowej - za pomocą specjalnie zaprojektowanego urządzenia dopasowującego. W opublikowanym artykule omówiono problematykę tworzenia takich urządzeń. Często system antenowy wraz z urządzeniem dopasowującym (MD) nie pokrywa wymaganego pasma częstotliwości przy danym SWR. W tym przypadku antena ma swoje własne pasmo, a system sterowania ma swoje. Wydaje się, że po połączeniu szeregowym całkowite pasmo częstotliwości (BW) będzie mniejsze. Weźmy jednak pod uwagę, że antena i układ sterowania są z reguły urządzeniami rezonansowymi. Dlatego BW systemu antenowego może się zawęzić lub rozszerzyć, wszystko zależy od charakteru zmiany reaktywności jX(f) anteny i układu sterowania. Przypomnijmy sobie technikę filtrów pasmowo-przepustowych – filtr z podwójną pętlą może mieć szerszy pas przepustowy niż pojedyncza pętla. Jak wiadomo, prawidłowo wykonany filtr pasmowy zawiera naprzemienne szeregowe i równoległe obwody oscylacyjne. Mamy jeden z obwodów - antenę (w pewnym przybliżeniu można to rozważyć). Dlatego w zależności od charakteru zmiany jXa od częstotliwości (jak w przypadku szeregowego lub równoległego obwodu LC) należy wybrać charakter zmiany jXcу(f). 1. Dopasowanie szerokopasmowe przez równoległy obwód LC w punkcie zasilania W pobliżu częstotliwości rezonansowej równoważnym obwodem dipola półfalowego zasilanego centralnie (λ/2) jest konwencjonalny szeregowy obwód LC. To samo dotyczy λ/4 GP. Jeżeli pierwszy obwód (antena) jest szeregowy, to aby utworzyć szerokopasmowy filtr dwuobwodowy, należy do niego podłączyć równoległy obwód LC dostrojony do środkowej częstotliwości pasującego zakresu. Jest podłączony równolegle do kabla zasilającego i odpowiednio do anteny. Do czego to prowadzi, pokazano na ryc. 1, na przykładzie dipola λ/2 przy 28 MHz, do którego równolegle podłączony jest obwód LC (kondensator 500 pF i cewka indukcyjna 62 nH). Zależność jX(f) nabiera charakteru litery S charakterystycznego dla szerokopasmowych systemów dopasowywania i, jeśli jest odpowiednio skonfigurowana, trzykrotnie przekracza wartość zerową. Jest to konsekwencja wzajemnej kompensacji reaktywności anteny i układu sterującego (naszego obwodu). W rezultacie BW na poziomie SWR<2 zwiększa się ponad półtora raza w porównaniu z konwencjonalnym dipolem półfalowym. Zależność R(f) ma nietypową postać - przy częstotliwości środkowej (gdzie obwód LC jest dostrojony do rezonansu i nie ma żadnego wpływu) R odpowiada rezystancji prostego dipola. Po odstrojeniu w dowolnym kierunku od częstotliwości środkowej obecność obwodu LC prowadzi do transformacji rezystancji i wzrostu całkowitego R. W rezultacie zależność R(f) ma dwa maksima, położone prawie symetrycznie względem częstotliwość centralna. Reaktancja kondensatora pętlowego przy częstotliwości roboczej zwykle mieści się w zakresie 5...20 omów (całkiem duża pojemność), cewkę dobiera się na podstawie warunku uzyskania rezonansu. Praktyka pokazała, że nieco lepsze wyniki BW uzyskuje się, gdy częstotliwość rezonansowa obwodu LC jest nieco wyższa (o 10..15% bezwzględnego pasma BW) od częstotliwości średniej zakresu. Odległość pomiędzy skrajnymi zerami krzywej S na wykresie jX(f) zależy od pojemności kondensatora obwodu. Jego wzrost prowadzi do zbieżności skrajnych zer i odpowiednio do zawężenia pasma. Nadmierne zmniejszenie pojemności prowadzi do rozszerzenia krzywej S do tych częstotliwości, w których R już gwałtownie spada, co ponownie prowadzi do zawężenia BW. Optymalną wartość pojemności obwodu można łatwo wybrać za pomocą MMANA, w oparciu o wygląd krzywej S na wykresie jX(f) i szerokość pasma BW na wykresie SWR. Dobre wyniki uzyskuje się stosując takie dopasowanie dla λ/4 GR stojąc na ziemi, przy zasilaniu kablem 50 Ohm. Zwiększenie aktywnej części rezystancji wejściowej z 37 omów w środku do 50...60 omów na brzegach zakresu zapewnia dwa minimum SWR. Na ryc. Rysunek 2 pokazuje przykład dopasowania pasma 80 m c/a GP (rezonans GP przy 3,65 MHz) z obwodem równoległym dostrojonym do 3,67 MHz i pojemnością obwodu 7500 pF. SWR w całym zakresie 3,5...3,8 MHz nie przekracza 1,4 z dwoma wyraźnymi minimami w odcinkach CW i SSB DX. Zmniejszając wysokość pionową aż do osiągnięcia rezonansu przy 3,75 MHz, zwiększając częstotliwość obwodu układu sterowania do 3,78 MHz i zmniejszając pojemność kondensatora do 5000 pF, możliwe staje się pokrycie pasma powyżej 500 kHz. Podobnie λ/4 GP z własnym rezonansem przy 27,8 MHz przy użyciu obwodu równoległego (pojemność kondensatora 300 pF) jest dopasowywana w paśmie 26...29,7 MHz, obejmującym pasma SN i amatorskie. W ten sposób można rozszerzyć szerokość pasma dowolnej anteny, która przy swojej częstotliwości rezonansowej zachowuje się jak obwód szeregowy. Należą do nich prawie wszystkie anteny zasilane na aktualnej przerwie antywęzłowej (czyli większość anten), w tym ramki o obwodzie 1λ. Zauważam, że aby uzyskać optymalną charakterystykę, pożądane jest, aby własna (bez sterowania) impedancja wejściowa Ra w rezonansie była nieco niższa niż impedancja charakterystyczna Zo używanej linii przesyłowej. Stosunek Zo/Ra da szczytową wartość SWR w środku pasma. Zwiększenie szerokości pasma osiągnięte tą metodą jest 1,5...2 razy. Napięcie w obwodzie nie przekracza napięcia wyjściowego nadajnika, moc bierna kondensatora obwodu nie może być mniejsza niż moc nadajnika. Przed montażem na antenie obwód układu sterującego musi być dostrojony do środkowej częstotliwości zakresu i zwykle nie wymaga dalszego strojenia. Ale regulacja w małych granicach (poprzez rozciąganie lub ściskanie zwojów cewki konturowej) do maksymalnego BW nie zaszkodzi. 2. Dopasowanie szerokopasmowe poprzez szeregowy obwód LC poprzez A, 4 segmenty liniowe Pomimo wszystkich zalet metoda koordynacji opisana w poprzednim akapicie ma wady. Po pierwsze, wartość Ra w środku zakresu jest ustalana przez antenę i nie można jej zmienić, a po drugie, nie zawsze jest możliwość regulacji obwodu LC znajdującego się w miejscu zasilania (np. dla dipola). Opisana poniżej metoda nie ma tych wad. Opiera się ona na ciekawej właściwości odcinka linii o długości λ/4: jeśli załadujemy go na szeregowy obwód LC, to na wejściu linii charakter zależności jX(f) będzie odpowiadał obwodowi równoległemu ( powyżej częstotliwości rezonansowej jX będzie miała charakter pojemnościowy, a poniżej – indukcyjny). Jeśli podłączymy antenę o zmianie jX(f) podobnie jak w przypadku połączenia szeregowego przez odcinek linii o długości λ/4, to na końcu odcinka otrzymamy zależność jX(f) podobną do zależności równoległy obwód oscylacyjny. Oczywiście, aby rozszerzyć pasmo (czyli utworzyć filtr dwuobwodowy) pomiędzy obwodem równoległym (koniec odcinka linii λ/4) a główną linią zasilającą, konieczne jest włączenie obwodu szeregowego dostrojonego do środka częstotliwość zakresu. W metodzie tej możliwa jest także transformacja Ra, jeżeli impedancja charakterystyczna λ/4 odcinka nie jest równa Ra. W ten sposób λ/50 GP stojące na ziemi są skutecznie dopasowywane do linii 4 omów. Po podłączeniu za pomocą kawałka 50-omowego kabla o długości λ/4 rezystancja anteny Ra = 37 omów wzrasta przy średniej częstotliwości do 68 omów (co daje „garb” SWR 68/50 = 1,35). Dodanie szeregowego obwodu LC daje krzywą jX(f) w kształcie litery S z dwoma minimami SWR na końcach pasma i przedłużeniem BW. Ten schemat dopasowania wygląda następująco: kabel zasilający 50 omów jest podłączony bezpośrednio do GP (bez jednostki sterującej). W odległości λ/4 (biorąc pod uwagę współczynnik skracania zastosowanego kabla) do szczeliny podłącza się szeregowy obwód LC (L = 2,15 μH, C = 900 pF), dostrojony do częstotliwości środkowej zakresu w środkowym drucie kabla. Następnie do nadajnika trafia kabel 50 Ohm o dowolnej długości. Tak dobrana wysokość pionowa 19,5 m ma szerokość pasma ponad 450 kHz z dwoma wyraźnymi minimami SWR przy 3,5 i 3,8 MHz. Odległość pomiędzy skrajnymi zerami krzywej S na wykresie jX(f) zależy od pojemności kondensatora obwodu. Zmniejszenie pojemności prowadzi do zbieżności skrajnych zer i odpowiednio do zawężenia pasma. Nadmierny wzrost pojemności prowadzi do rozszerzenia krzywej S do tych częstotliwości, w których R już gwałtownie spada, co również prowadzi do zawężenia BW. Optymalną wartość kondensatora można łatwo wybrać w MMANA, w oparciu o wygląd krzywej S na wykresie jX(f) i szerokość pasma BW na wykresie SWR. Do zalet tej metody (oprócz możliwości transformacji Ra) należy dostępność obwodu podczas konfiguracji. Wadą jest dość duża indukcyjność cewki obwodu (reaktancja przy częstotliwości roboczej 100..300 omów), co wymaga wysokiego współczynnika jakości konstrukcji. Moc bierna kondensatora obwodu musi być kilkakrotnie większa (w stosunku do obciążonego współczynnika jakości obwodu) niż moc nadajnika. Napięcie robocze kondensatora jest tyle samo razy wyższe niż napięcie przetwornika przy dopasowanym obciążeniu. 3. Szerokopasmowe dopasowanie wibratorów za pomocą elementów dopasowujących gamma i omega Większość anten ma taki sam charakter zmian jX(f), jak w obwodzie szeregowym. Ale większość to nie wszystko. Niektóre anteny w pobliżu rezonansu mają zmianę jX(f) podobną do zmiany w obwodzie równoległym. Przede wszystkim są to anteny zasilane nie w miejscu przerwy wibratora, ale równolegle do niego, poprzez pętlę, zgodnie z układem dopasowującym gamma i omega. Naturalnie, aby w tym przypadku utworzyć filtr dwuobwodowy, konieczne jest połączenie szeregowego obwodu LC szeregowo z anteną. Zasadniczo antena z dopasowaniem gamma już to ma - indukcyjność pętli i połączony z nią szeregowo kondensator dostrajający tworzą pożądany obwód. Ale jest to konieczne zgodnie ze schematem, a wcale nie według wartości (aby rozszerzyć pasmo) zawartych w nim elementów. Długość pętli dopasowującej gamma jest wybierana na podstawie warunku uzyskania pożądanego Ra, a jej indukcyjność jest określana na podstawie tego, jaka będzie. Jest bardzo mało prawdopodobne, że będzie on pokrywał się z tym, co jest potrzebne do zapewnienia optymalnego pasma. Dlatego znacznie łatwiej jest podłączyć dodatkową cewkę szeregowo z pętlą, odpowiednio zmniejszając kondensator dostrajający. Pomysł na ten projekt zaproponował RA9MB. Uziemiony GP z rurki o średnicy 15 mm i wysokości 2,66 m przy takim dopasowaniu ma szerokość pasma większą niż 4 MHz i obejmuje zakresy 12 i 10 m. Lampa dopasowująca gamma (również o średnicy 15 mm) znajduje się w odległości 0,1 m od GP i ma długość 0,5 m. W punkcie zasilania szeregowo z kablem łączy się kondensator o pojemności 28 pF i cewkę indukcyjną 0,65 μH. Metodologia projektowania takiej anteny jest następująca: - Najpierw opracowano antenę z konwencjonalnym dopasowaniem gamma dla częstotliwości średniego zakresu. Długość lampy dopasowującej gamma dobiera się pod warunkiem uzyskania Ra, które nieznacznie przekracza impedancję charakterystyczną linii przesyłowej Zc. Stosunek Ra/Z0 da wartość SWR przy częstotliwości środkowej. Powinno być mniej niż akceptowalne. - Następnie szeregowy obwód LC (dostrojony do średniej częstotliwości) jest połączony szeregowo z kondensatorem strojenia, zapewniając rozszerzenie pasma. Zwiększanie indukcyjności tego obwodu prowadzi do zawężenia skrajnych zer krzywej S (podobnie jak opisano powyżej). - Po osiągnięciu żądanego pasma dwa połączone szeregowo kondensatory (dopasowujące pętlę i strojenie gamma) są przekształcane w jeden. W ten sposób możliwe jest uzyskanie bardzo niskiego SWR w szerokim paśmie częstotliwości. Uziemiony GP o wysokości 19,7 m (średnica pinu 40 mm, pasująca średnica rury 4 mm, jej wysokość 3,6 m, w odległości 0,3 m od GP kondensator 136 pF i cewka 8 μH są połączone szeregowo z kablem na punkt mocy) ma SWR mniejszy niż 1,25 w całym zakresie 3,5...3,8 MHz. Ten sam efekt można uzyskać stosując antenę dopasowaną do typu omega. I w ten sam sposób - podłączając cewkę między kondensatorem strojenia szeregowego a kablem zasilającym. Sposób zaprojektowania takiej anteny jest dokładnie taki sam, jak powyższy sposób dopasowania gamma (tylko zamiast zmieniać długość pętli, trzeba zmienić pojemność równoległego kondensatora). Parametry pętli dopasowującej dobiera się zgodnie z opisem, osiągalne rozszerzenie pasma jest 1,5...2 razy większe w porównaniu z szerokością pasma tej samej anteny bez pętli. 4. Dopasowanie anteny szerokopasmowej z równoległym elementem skupionym Oprócz rozważanych anten z układami dopasowującymi gamma i omega, anteny z równoległym dopasowaniem indukcyjnym (dopasowanie typu spinka do włosów) zachowują się jak równoległy obwód oscylacyjny. Jest to zrozumiałe - równoległy element dopasowujący wraz z reaktywnością anteny tworzy równoległy obwód oscylacyjny dostrojony do częstotliwości roboczej. Tutaj, aby zwiększyć przepustowość, wystarczy podłączyć szeregowy obwód LC pomiędzy anteną a kablem. Tak skoordynowana pionowa pozycja stojąca na ziemi o wysokości 2,37 m i średnicy 10 mm ma szerokość pasma 3,4 MHz przy średniej częstotliwości 27,5 MHz. Pomiędzy pionem a ziemią włączona jest cewka indukcyjna o wartości 0,25 μH, a pomiędzy środkowym przewodem kabla a pionem włącza się obwód szeregowy o parametrach L = 1,5 μH i C = 18 pF. Innym typem anten, które w rezonansie charakteryzują się zależnością jX(f), podobnie jak obwód równoległy, są wibratory skrócone z cewką na przeciwwęźle prądowym. Linię energetyczną takich anten podłącza się do odczepów cewki, co zapewnia dopasowanie. Dzieje się tak szczególnie często przy skróconych GP - cewka u podstawy zapewnia rezonans na żądanej częstotliwości, a odczep zapewnia koordynację z danym Z0. Szeregowy obwód LC pomiędzy linią zasilającą a odczepem cewki przedłużającej pozwala znacznie zwiększyć szerokość pasma, co jest szczególnie ważne w przypadku skróconych anten, których szerokość pasma jest zasadniczo mniejsza niż pełnowymiarowych. Rysunek 3 przedstawia skrócony (tylko 13 m wysokości) zasięg w pionie do 80 m z dwoma przewodami obciążenia pojemnościowego na górze, dopasowanymi w opisany sposób. Dopasowany obwód pokazano na ryc. 4. Średnica masztu wynosi 40 mm, przewody obciążenia pojemnościowego mają 2 mm każdy. Ta bardzo prosta i wygodna konstrukcja (obciążenia pojemnościowe są połączone z górnym poziomem odciągów masztu) anteny, pomimo niewielkich rozmiarów, ma ponad przyzwoitą szerokość pasma 370 kHz (patrz rys. 3), nieosiągalną przy konwencjonalnym dopasowaniu nawet dla Anteny pełnowymiarowe! I, co jest bardzo praktyczne, ma dwa wyraźne minimalne SWR wynoszące 1,2 zarówno w sekcji CW, jak i SSB DX. „Garb” SWR w środku zakresu, gdzie jego wartość sięga 1, odpowiada mało wykorzystywanemu obszarowi 8...3,6 MHz. Ustawienie CS (rys. 4) odbywa się według następującej metody. 1. Odłączyć dolny zacisk cewki L1 od masy. Obwód L2C1 jest również tymczasowo wyłączony. Kabel podłącza się pomiędzy masę a dolny zacisk cewki L1, który jest odłączony od masy. 2. Zmieniając indukcyjność L1, zerową składową reaktywną impedancji wejściowej anteny ustawia się na środkową częstotliwość zakresu. SWR będzie wysoki, ale na tym etapie nie ma to znaczenia. 3. Przywrócić połączenie pomiędzy dolnym zaciskiem cewki L1 a masą. Podłączając kabel do zaczepu L1 i przesuwając zaczep, uzyskujemy aktywną część rezystancji około 80 omów (mostek RF). W tym przypadku nie zwracają uwagi na część reaktywną (będzie element indukcyjny). Jeśli nie ma mostka RF, wykonaj kran od około 1/4 zwojów cewki. Ale wtedy będziesz musiał wykonać punkt 5. 4. Podłącz obwód szeregowy L2C1 (wstępnie dostrojony do średniej częstotliwości zakresu). Zmieniając pojemność kondensatora C1, uzyskuje się symetryczną krzywą w kształcie litery S części biernej rezystancji wejściowej (lub, co jest tym samym, wykres SWR z dwoma minimami). 5. Jeżeli wartość SWR przy częstotliwości 3,65 MHz jest większa niż 2 lub mniejsza niż 1,5, oznacza to, że zaczep cewki L1 jest zamontowany nieprawidłowo. Przesuń go trochę i powtórz krok 4. I tak kilka razy, aż zależność SWR od częstotliwości będzie taka sama jak na rys. 3. Zasadniczo jest to procedura strojenia konwencjonalnego dwuobwodowego filtra pasmowego. Jeśli sekcja 3,6...3,7 MHz jest dla Ciebie ważna, możesz albo przesunąć skrajne zera krzywej S, zwiększając indukcyjność L2 i odpowiednio zmniejszając pojemność C1 (zmniejszy to „garb” SWR w środku, ale jednocześnie nieznacznie zwiększy SWR na krawędziach) lub zastosować antenę podobną do opisanej, ale o mniejszych wymiarach. Zatem przy wysokości GP wynoszącej zaledwie 8,2 m możliwe jest uzyskanie szerokości pasma przekraczającej 150 kHz i dwóch minimów SWR przy częstotliwościach 3,525 i 3,625 MHz. 5. Rozszerzenie pasma wibratorów nierezonansowych o elementy dopasowujące gamma i omega Jeżeli długość GP różni się wyraźnie od X/4 (a symetryczny dipol od X/2), to przy dopasowaniu gamma i omega pojemność kondensatora dopasowującego szeregowo ulega znacznemu zmniejszeniu. W związku z tym wzrasta jego reaktancja, zwiększając współczynnik jakości systemu sterowania i zawężając szerokość pasma anteny. Rozwiązanie jest oczywiste: aby zwiększyć pojemność kondensatora szeregowego, konieczne jest zmniejszenie indukcyjności bocznika. Ponieważ jego długość jest stała, można to osiągnąć jedynie poprzez zauważalne zwiększenie średnicy. Bezpośrednie zwiększenie średnicy jest konstrukcyjnie niewygodne, więc robią to samo, co w dipolu Nadenenko - zastępują grubą rurkę kablową zestawem cienkich równoległych drutów. Umieść je w okręgu w pobliżu wibratora, jak pokazano na ryc. 5. W zakresie 14 MHz uziemiony skrócony GP o wysokości 3,5 m i średnicy 30 mm z konwencjonalnym dopasowaniem gamma z króćcem wykonanym z rurki o średnicy 12 mm ma szerokość pasma około 200 kHz. Przy wymianie rurki na „osłonę” złożoną z czterech drutów o średnicy 2 mm, umieszczoną wokół wibratora w odległości 0,2 m, ma ona szerokość pasma większą niż 300 kHz. W przypadku wydłużonych lekarzy pierwszego kontaktu o wysokości większej niż X/4, przy stosowaniu „spódnicy” pasek również rozszerza się półtora do dwóch razy. Prawie wszystkie anteny radiostacji średniofalowych wykonane są jako uziemione maszty ażurowe z „grubą” „płaszczyzną” bocznikową, której przewody są umieszczone wokół masztu. Plik modelu istniejącej anteny stacji nadawczej o mocy większej niż megawat, dopasowanej w opisany sposób, można znaleźć pod adresem qsl.net/dl2kq/mmana/4-3-12.htm (najnowszy na liście MW-Broadcasting.maa). Na tej samej stronie znajdują się pliki modeli (ze szczegółowymi wymiarami, mocami znamionowymi i charakterystyką) wszystkich anten wymienionych w tym artykule i wielu innych. Autor: I.Goncharenko (DL2KQ - EU1TT), Bonn, Niemcy Zobacz inne artykuły Sekcja Anteny. Pomiary, regulacja, koordynacja. Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu. Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika: Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
Inne ciekawe wiadomości: ▪ Nienormalnie wysoka temperatura zarejestrowana na Grenlandii ▪ W Europie pojawi się alternatywa dla wiadomości SMS ▪ Tkanina zapewniająca chłód w upale ▪ Kamera Sony Handycam FDR-AX4E 1K Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika
Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej: ▪ część witryny Uwaga dla ucznia. Wybór artykułu ▪ artykuł Pracuj beztrosko. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Czy możemy zapanować nad głodem i pragnieniem? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Lomonosa. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Jednostka sterująca przekaźnika IR. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Zostaw swój komentarz do tego artykułu: Komentarze do artykułu: gość Pytanie do specjalistów od dopasowania gamma. Czy można zwiększyć przepustowość anteny, umieszczając spódnicę nie na środku pionu, ale z boku? To znaczy, że pion odchodzi równolegle do grubego pióropusza? Wszystkie języki tej strony Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn www.diagram.com.ua |