Согласующий трансформатор - электротехническое устройство, обеспечивающее передачу или преобразование полезного гармонического сигнала различной частоты с минимальными искажениями и потерей мощности. Такой результат становится возможным только благодаря точному согласованию полного сопротивления (импеданса) источника сигнала и нагрузки или отдельных каскадов электронных схем.

Назначение

Известно, что минимизировать потери электрических сигналов при передаче потребителю можно только тогда, когда его полное сопротивление соответствует внутреннему сопротивлению источника. Это правило действует для всех схем - многокаскадных электронных устройств, при подключении нагрузки к усилителям или подаче на них сигнала, например, от звукоснимателя или микрофона.

Основное назначение согласующего трансформатора связано именно с необходимостью масштабирования сопротивления источника и нагрузки. При этом само непосредственное изменение показателей силы тока и напряжения не имеет значения. Применяются такие приборы тогда, когда требуется подключение нагрузки, не соответствующей по сопротивлению допустимым значениям для источника сигнала.

Принцип работы

При подключении к первичной обмотке трансформатора источника переменного тока за счет сердечника магнитный поток, который охватывает и вторичную обмотку устройства. При этом индуцируется электродвижущая сила, которая и обеспечивает появление в цепи тока при подключении нагрузки. Благодаря этому осуществляется передача энергии или сигнала без непосредственной электрической связи между обмотками.

Чтобы обеспечить согласование нагрузки и источника по сопротивлению, соотношение числа витков во вторичной обмотке к первичной должно равняться квадратному корню отношения сопротивления нагрузки и источника сигнала. Только в этом случае можно обеспечить передачу без лишних потерь энергии и искажений.

Пример расчёта

Виды магнитопроводов

Особенности конструкции

Передача энергии между обмотками в трансформаторах осуществляется за счет воздействия создаваемого магнитного поля. В зависимости от типа согласующего устройства оно может иметь разную конструкцию:

Устройства для работы с низкочастотным электрическим сигналом обычно наматывают на броневых или стержневых сердечниках из электротехнической стали. Именно такие устройства применяются в усилителях и звуковоспроизводящей аппаратуре. Габаритные размеры зависят от передаваемой мощности, но обычно они не отличаются большими значениями.

Для высокочастотных согласующих трансформаторов чаще всего применяют тороидальные сердечники из ферромагнитных веществ. Они имеют форму кольца с прямоугольным сечением.
Отдельные виды ВЧ согласующих устройств могут быть выполнены по принципу воздушных трансформаторов. Простейший пример - петля из коаксиального кабеля, которая устанавливалась при подключении антенны к основному проводу. Существует вариант и распечатанных непосредственно на плате маломощных трансформаторов согласующего типа.

Для обмоток применяют изолированный медный провод круглого сечения, диаметр которого подбирается на основании расчета. Допускается и намотка проводниками прямоугольной формы, но только при сечении более 5 мм2. В качестве дополнительной изоляции применяется нанесение 2 слоев специального лака.

Основная область применения

Необходимость подобного масштабирования сопротивления существует практически во всех областях, связанных с передачей электрических сигналов и энергии. Но наибольшее применение согласующие трансформаторы получили в следующих сферах:

В усилителях низкой частоты (звуковых усилителях) в качестве межкаскадных и выходных трансформаторов. Необходимость в подобных устройствах была связана с тем, что старые усилители изготавливались на ламповой компонентной базе. При этом практически все лампы отличались высоким внутренним сопротивлением и подключение к ним 4 или 8-омных динамиков напрямую к ним было невозможно. Даже с появлением транзисторов, операционных усилителей ситуация в корне не изменилась, так как без согласования сопротивлений увеличивался уровень искажений сигнала.
В качестве входных согласующие трансформаторы применяются в звуковоспроизводящей аппаратуре для подключения микрофонов, звукоснимателей различных типов. Сопротивление этих устройств варьируется в пределах от десятка до сотни ом, а для подключения к усиливающей аппаратуре требуются значения, которые будут на порядок больше.
Еще одна сфера связана с передачей радиосигнала. Трансформаторы этого типа используются для согласования сигнала при подключении антенн к приемным и передающим устройствам. Без их применения получить качественный сигнал не удается. Отметим, что в этих целях используются высокочастотные согласующие трансформаторы.

На этом область применения не ограничивается. Так, даже обычный сварочный трансформатор в какой-то степени можно считать согласующим, что обусловлено требованиями к величине нагрузки на электрические сети.

Виды согласующих трансформаторов

Наибольшее применение на практике получил звуковой согласующий трансформатор входного и выходного типов. Для усилителей на транзисторной элементной базе используют устройства серии ТОТ (оконечный транзисторный), а на ламповых элементах ТОЛ (оконечный ламповый).

В качестве входных получила применение серия ТВТ (входной транзисторный).

Для антенны применяют устройства тороидального типа на ферромагнитных кольцах или конусах необходимого диаметра. Отметим, что для таких трансформаторов не обязательна сплошная намотка по сечению магнитопровода. Достаточно провести через внутреннюю часть прямые проводники, что позволяет сэкономить на производстве за счет уменьшения потребности в электротехнических материалах.

Особенности в эксплуатации

Отметим, что каждая серия устройств предназначена для определенных условий эксплуатации. В большинстве случаев допустимый температурный диапазон составляет -60/+85°С, атмосферное давление не менее 5 мм рт. ст., но не более 3 атмосфер. Допускается эксплуатация при относительной влажности до 98 %.

В любом случае при выборе оборудования этого типа необходимо уточнить допустимые эксплуатационные условия.

Как сделать своими руками

Особых сложностей и отличий в изготовлении согласующих трансформаторов нет. Технология сходна со сборкой понижающих устройств. Но необходимо соблюдать следующие рекомендации:

Обмотки укладываются равномерно без повреждения изоляции.
Пластины малогабаритных устройств не нуждаются в дополнительной изоляции, лакируют только детали наборных сердечников более мощных трансформаторов.
При выборе типа сердечника необходимо обращать на технические характеристики трансформаторной стали или ферромагнитных колец.

Отметим, что самостоятельное изготовление устройств такого типа экономически нецелесообразно. Закупка отдельных комплектующих обойдется дороже. Согласующее устройство с требуемым коэффициентом трансформации по сопротивлению в заводском исполнении обойдется дешевле.

Антенные согласующие устройства. Тюнеры

АСУ. Антенные тюнеры. Схемы. Обзоры фирменных тюнеров

В радиолюбительской практике не так часто можно встретить антенны, в которых входное сопротивление является равным волновому сопротивлению фидера, а также выходному сопротивлению передатчика.

В преимущественном большинстве случаев обнаружить такое соответствие не удается, поэтому приходиться использовать специализированные антенные согласующие устройства. Антенна, фидер и выход передатчика (трансивера) входят в единую систему, в которой энергия передаётся без каких-либо потерь.

Нужен ли вам антенный тюнер?

От Алексея RN6LLV:

В данном видео я расскажу начинающим радиолюбителям об антенных тюнерах.

Для чего нужен антенный тюнер, как его грамотно использовать совместно с антенной, и какие типичные заблуждения о применении тюнера бытуют у радиолюбителей.

Речь идёт о готовом изделии - тюнере (произведённом фирмой), если есть желание построить собственный, сэкономить или поэкспериментировать - то можно видео пропустить и см. далее (ниже).

Совсем внизу - обзоры фирменных тюнеров.

Антенный тюнер, антенный тюнер купить, цифровой тюнер +с антенной, автоматический антенный тюнер, антенный тюнер mfj, кв антенные тюнера, антенный тюнер +своими руками, антенный тюнер кв диапазона, схема антенного тюнера, а нтенный тюнер LDG, ксв метр

Вседиапазонное согласующее устройство (с раздельными катушками)

Переменные конденсаторы и галетный переключатель от Р-104 (блок БСН).

При отсутствии указанных конденсаторов, можно применить 2-секционные, от вещательных радиоприемников, включив секции последовательно и изолировав корпус и ось конденсатора от шасси.

Также можно применить обычный галетный переключатель, заменив ось вращения на диэлектрическую (стеклотекстолит).

Данные контурных катушек тюнера и комплектующих:

L-1 2,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.

L-2 4,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.

L-3 3,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.

L-4 4,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.

L-5 3,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.

L-6 4,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.

L-7 5,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружный диаметр катушки 30 мм.

L-8 8,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружный диаметр катушки 30 мм.

L-9 14,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружный диаметр катушки 30 мм.

L-10 14,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружный диаметр катушки 30 мм.

Источник: http://ra1ohx.ru/publ/skhemy_radioljubitelju/soglasujushhie_ustrojstva_antennye_tjunery/vsediapazonnoe_su_s_razdelnymi_katushkami/19-1-0-652

Простое согласование антенны LW - "длинный провод"

Нужно было срочно запустить 80 и 40 м в чужом доме, выхода на крышу нет, да и времени на установку антенны нет.

Бросил с балкона третьего этажа на дерево полёвку чуть более 30 м. Взял кусок пластиковой трубы диаметром примерно 5 см, намотал порядка 80 витков провода диаметром 1 мм. Снизу сделал отводы через каждые 5 витков, а сверху через 10 витков. Собрал на балконе вот такое простейшее согласующее устройство.

На стенку повесил индикатор напряжённости поля. Включил диапазон 80 м в режиме QRP, сверху катушки подобрал отвод и конденсатором настроил свою "антенну " в резонанс по максиму показаний индикатора, потом внизу подобрал отвод по минимуму КВС.

Времени не было, а посему галетники не ставил. и по виткам "бегал " при помощи крокодильчиков. И вот на такой суррогат мне отвечала вся европейская часть России, особенно на 40 м. На мою полёвку даже никто не обратил внимания. Это конечно не настоящая антенна, но информация будет полезна.

RW4CJH info - qrz.ru

Согласующее устройство для антенн НЧ диапазонов

Радиолюбители, проживающие в многоэтажных домах, нередко применяют на НЧ диапазонах рамочные антенны.

Такие антенны не требуют высоких мачт (их можно натянуть между домами на сравнительно большой высоте), хорошего заземления, для их питания можно применить кабель, да и помехам они меньше подвержены.

На практике удобен вариант рамки в виде треугольника, так как для ее подвески требуется минимальное число точек крепления.

Как правило, большинство коротковолновиков стремятся использовать такие антенны в качестве много диапазонных, однако в этом случае крайне сложно обеспечить приемлемое согласование антенны с фидером на всех рабочих диапазонах.

В течение более чем 10 лет я использую антенну типа "Дельта" на всех диапазонах от 3.5 до 28 МГц. Ее особенности - это расположение в пространстве и использование согласующего устройства.

Две вершины антенны закреплены на уровне крыш пятиэтажных домов, третья (разомкнутая) - на балконе 3-го этажа, оба ее провода введены в квартиру и подключены к согласующему устройству, которое соединено с передатчиком кабелем произвольной длины.

При этом периметр рамки антенны около 84 метров.

Принципиальная схема согласующего устройства приведена на рисунке справа.

Согласующее устройство состоит из широкополосного симметрирующего трансформатора Т1 и П-контура, образованного катушкой L1 с отводами и подключаемыми к ней конденсаторами.

Один из вариантов выполнения трансформатора Т1 приведен на рис. слева.

Детали. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце диаметром не менее 30 мм с магнитной проницаемостью 50- 200 (некритично). Обмотка выполняется одновременно двумя проводами ПЭВ-2 диаметром 0,8 - 1,0 мм, число витков 15 - 20.

Катушка П-контура диметром 40...45 мм и длиной 70 мм выполнена из голого или эмалированного медного провода диаметром 2-2.5 мм. Число витков 13, отводы от 2; 2,5; 3; 6 витков, считая от левого по схеме вывода L1. Подстроенные конденсаторы типа КПК-1 собраны на шпильках в пакеты по 6 шт. и имеют емкость 8 - 30 пФ.

Настройка. Для настройки согласующего устройства необходимо в разрыв кабеля включить КСВ метр. На каждом диапазоне согласующее устройство настраивается по минимуму КСВ с помощью подстроенных конденсаторов и при необходимости подбором положения отвода.

Советую перед настройкой согласующего устройства отсоединить от него кабель и настроить выходной каскад передатчика, подключив к нему эквивалент нагрузки. После этого можно восстановить соединение кабеля с согласующим устройством и выполнить окончательную настройку антенны. Диапазон 80 метров целесообразно разбить на два поддиапазона (CW и SSB). При настройке легко добиться КСВ близкого к 1 на всех диапазонах.

Данную систему можно использовать также на WARC диапазонах (надо только подобрать отводы) и на 160 м, соответственно увеличив число витков катушки и периметр антенны.

Необходимо отметить, что все сказанное выше справедливо только при непосредственном подключении антенны к согласующему устройству. Конечно, данная конструкция не заменит "волновой канал" или "двойной квадрат" на 14 - 28 МГц, но она хорошо настраивается на всех диапазонах и снимает многие проблемы у тех, кто вынужден использовать одну многодиапазонную антенну.

Вместо переключаемых конденсаторов можно применить КПЕ, но тогда придется каждый раз настраивать антенну при переходе на другой диапазон. Но, если дома такой вариант неудобен, то в полевых или походных условиях он вполне оправдан. Уменьшенные варианты "дельты" для 7 и 14 МГц я неоднократно применял при работе в "поле". При этом две вершины крепились на деревьях, а питающая подключалась к согласующему устройству, лежащему непосредственно на земле.

В заключение могу сказать, что используя для работы в эфире только трансивер с выходной мощностью около 120 Вт без каких-либо усилителей мощности, с описанной антенной на диапазонах 3,5; 7 и 14 МГц никогда не испытывал затруднений, при этом работаю, как правило, на общий вызов.

С. Смирнов, (EW7SF)

Конструкция простого антенного тюнера

Конструкция антенного тюнера от RZ3GI

Предлагаю простой вариант антенного тюнера, собранного по Т-образной схеме.

Опробованы совместно с FT-897D и антенной IV на 80, 40 m.

Строится на всех КВ диапазонах.

Катушка L1 намотана на оправке 40 мм с шагом 2 мм и имеет 35 витков, провод диаметром 1,2 - 1,5 мм, отводы (считая от "земли") - 12, 15, 18, 21, 24, 27, 29, 31, 33, 35 витков.

Катушка L2 имеет 3 витка на оправке 25 мм, длина намотки 25 мм.

Конденсаторы С1, С2 с Сmax = 160 пф (от бывшей УКВ станции).

КСВ метр применяется встроенный (в FT - 897D)

Антенна Inverted Vee на 80 и 40 метров - строится на всех диапазонах.

Юрий Зиборов RZ3GI.

Фото тюнера:

«Z-match» антенный тюнер

Под названием «Z-match» известно превеликое множество конструкций и схем, я бы даже сказал больше конструкций чем схем.

Основа схемного решения от которого я отталкивался широко распространена в интернете и offline литературе, всё выглядит примерно так (см. справа):

И вот, рассматривая множество различных схем, фотографий и заметок размещенных в сети, родилась у меня идея собрать и для себя антенный тюнер.

Под рукой оказался мой аппаратный журнал (да, да, я приверженец старой школы - олдскул, как выражается молодёжь) и на его страничке родилась схема нового, для моей радиостанции прибора.

Пришлось изъять страничку из журнала «для приобщения к делу»:

Заметно, что имеют быть значительные отличия от первоисточника. Я не стал применять индуктивную связь с антенной с её симметричностью, для меня достаточно автотрансформаторной схемы т.к. питать антенны симметричной линией не планируется. Для удобства настройки и контроля за антенно-фидерными сооружениями я добавил в общую схему КСВ-метр и Ваттметр.

Покончив с расчетами элементов схемы можно приступить к макетированию:

Кроме корпуса приходится изготавливать и некоторые радиоэлементы, одной из немногих радиодеталей которую радиолюбитель может сделать сам это катушка индуктивности:

А вот, что получилось в результате, внутри и снаружи:

Еще не нанесены шкалы и обозначения, лицевая панель безлика и не информативна, но главное РАБОТАЕТ!! И это хорошо…

R3MAV. info - r3mav.ru

Согласующее устройство по аналогии Alinco EDX-1

Эта схема антенного согласующего устройства заимствована мной с фирменного Alinco EDX-1 HF ANTENNA TUNER, который работал с моим DX-70.

Детали:

С1 и С2 300 пф. Конденсаторы с воздушным диэлектриком. Шаг пластин 3 мм. Ротор 20 пластин. Статор 19. Но можно применить сдвоенные КПЕ с пластиковым диэлектриком от старых транзисторных приёмников или с воздушным диэлектриком 2х12-495 пф. (как на снимке)

Вы спросите: «А не прошьёт?». Дело в том, что коаксиальный кабель припаян непосредственно к статору, а это 50 Ом, и где должна проскочить искра при таком низком сопротивлении?

Достаточно от конденсатора протянуть "голым" проводом линию длиной 7-10 см, как он сгорит синим пламенем. Для снятия статики конденсаторы можно зашунтировать резистором 15 кОм 2 W. (цитата из "Усилители мощности конструкции UA3AIC").

L1 - 20 витков посеребренного провода Д=2.0 мм, бескаркасная Д=20 мм. Отводы, считая от верхнего по схеме конца:

L2 25 витков, ПЭЛ 1.0, намотана на двух, сложенных вместе ферритовых кольцах, размером Д наруж.=32 мм, Д вн.=20 мм.

Толщина одного кольца = 6 мм.

(Для 3.5 МГц).

L3 28 витков, а всё остальной как у L2 (Для 1.8 МГц).

Но, к сожалению, в то время я не смог найти подходящих колец и поступил так: Выточил из оргстекла кольца и на них намотал провода до заполнения. Соединил их последовательно – это получился эквивалент L2.

На оправке диаметром 18 мм (можно использовать пластиковую гильзу от охотничьего ружья 12 калибра) виток к витку намотал 36 витков – это получился аналог L3.

На снимке все видно. И КСВ-метр тоже. КСВ метр из описания Тарасова А. UT2FW «КВ-УКВ» № 5 за 2003 год.

Согласующее устройство для антенн дельта, квадрат, трапеция

Среди радиолюбителей большую популярность имеет петлевая антенна периметром 84 м. В основном его настраивают на 80М диапазон и с небольшим компромиссом его можно использовать на всех радиолюбительских диапазонах. Такой компромисс можно принять если работаем ламповым усилителем мощности, но если имеем более современный трансивер, там дело уже не пойдет. Нужен согласующее устройство, который устанавливает КСВ на каждом диапазоне, соответствующий нормальной работе трансивера. HA5AG рассказывал мне за простое согласующее устройство и прислал мне краткое его описание (смотри рисунок). Устройство разработано для петлевых антенн практически любой формы (дельта, квадрат, трапеция, и.т.д.)

Краткое описание:

У автора согласующее устройство было опробовано на антенне, форма которого почти квадрат, установленная на высоте 13 м в горизонтальном положении. Входное сопротивление этой QUAD антенны на 80 м –ом диапазоне 85 Ом, а на гармониках 150 – 180 Ом. Волновое сопротивление питающего кабеля 50 Ом. Задача стояла согласовать этот кабель с входным сопротивлением антенны 85 – 180 Ом. Для согласования был применен трансформатор Tr1 и катушка L1.

В диапазоне 80 м с помощью реле Р1 замыкаем накоротко катушку n3. В цепи кабеля остается включенным катушка n2, которая со своей индуктивностью ставит входное сопротивление антенны на 50 Ом. На остальных диапазонах Р1 отключен. В цепи кабеля включены катушки n2+n3 (6 витков) и антенна согласует 180 Ом на 50 Ом.

L1 – удлиняющая катушка. Он найдет свое применение на диапазоне 30 м. Дело в том, что третья гармоника 80 м –го диапазона не совпадает с разрешенным диапазоном частоты 30 м –го диапазона. (3 х 3600 Кгц = 10800 Кгц). Трансформатор T1 согласует антенну на 10500 Кгц, но это еще мало, нужно включить и катушку L1 и в таком включении антенна уже будет резонировать на частоте 10100 Кгц. Для этого с помощью К1 включаем реле Р2, который при этом открывает свои нормально замкнутые контакты. L1 еще может послужить и в диапазоне 80 м, когда желаем работать в телеграфном участке. На 80 м–ом диапазоне полоса резонанса антенны около 120 Кгц. Для сдвига частоты резонанса можно включить L1. Включенная катушка L1 заметно снижает КСВ и на 24 Мгц частоте, а также на 10 м диапазоне.

Согласующее устройство выполняет три функции:

1. Обеспечивает симметричное питание антенны, так как полотна антенны изолирована по ВЧ от «земли» через катушки трансформатора Tr1 и L1.

2. Согласует импеданс, описанным высшее способом.

3. С помощью катушек n2 и n3 трансформатора Tr1 ставит резонанс антенны в соответствующие, разрешенные полосы частоты по диапазонам. Об этом немного подробнее: Если антенна изначально настроена на частоту 3600 кгц (без включения согласующего устройства), то на 40 м диапазоне будет резонировать на 7200 Кгц, на 20 м на 14400 Кгц, а на 10 м уже на 28800 Кгц. Это значит – антенну нужно удлинять в каждом диапазоне, и при этом чем высшее частота диапазона тем больше требует удлинения. Вот, как раз такое совпадение используется для согласования антенны. Катушки трансформатора n2 и n3, T1 c определенной индуктивностью, тем больше удлиняет антенну, чем высшее частота диапазона. Таким способом на 40 м катушки удлиняют в очень маленькой степени, а на 10 м диапазоне уже в значительной степени. Правильно настроенную антенну согласующее устройство ставит в резонанс на каждом диапазоне в районе первой 100 Кгц частоты.

Положение выключателей К1 и К2 по диапазонам указаны в таблице (справа):

Если входное сопротивление антенны на 80 м диапазоне устанавливается не в пределах 80 – 90 Ом а в пределах 100 – 120 Ом, то количество витков катушку n2 трансформатора T1 нужно увеличить на 3, а если сопротивление еще больше так на 4. Параметры остальных катушек остаются без изменений.

Перевод: UT1DA источник - (http://ut1da.narod.ru) HA5AG

КСВ-метр с согласующим устройством

На рис. справа приведена принципиальная схема прибора, включающего в себя КСВ-метр, с помощью которого можно настроить Си-Би антенну, и согласующее устройство, позволяющее привести сопротивление настроенной антенны к Ra = 50 Ом.

Элементы КСВ-метра: Т1 - трансформатор антенного тока, намотанный на ферритовом кольце М50ВЧ2-24 12х5х4 мм. Его обмотка I - продетый в кольцо проводник с антенным током, обмотка II - 20 витков провода в пластиковой изоляции, ее наматывают равномерно по всему кольцу. Конденсаторы С1 и С2 - типа КПК-МН, SA1 - любой тумблер, РА1 - микроамперметр на 100 мкА, например, М4248.

Элементы согласующего устройства: катушка L1 - 12 витков ПЭВ-2 0,8, внутренний диаметр - 6, длина - 18 мм. Конденсатор С7 - типа КПК-МН, С8 -любой керамический или слюдяной, рабочее напряжение не менее 50 В (для передатчиков мощностью не более 10 вт). Переключатель SA2 - ПГ2-5-12П1НВ.

Для настройки КСВ-метра его выход отключают от согласующего контура (в т. А) и соединяют с 50-омным резистором (два параллельно включенных резистора МЛТ-2 100 Ом), а ко входу подключают Си-Би радиостанцию, работающую на передачу. В режиме измерения прямой волны - в указанном на рис. 12.39 положении SA1 - прибор должен показать 70...100 мкА. (Это для передатчика мощностью 4 Вт. Если он мощнее, то "100" на шкале РА1 выставляют иначе: подбором резистора, шунтирующего РА1 при закороченном резисторе R5.)

Переключив SA1 в другое положение (контроль отраженной волны), регулировкой С2 добиваются нулевых показаний РА1.

Затем вход и выход КСВ-метра меняют местами (КСВ-метр симметричен) и эту процедуру повторяют, устанавливая в "нулевое" положение С1.

На этом настройку КСВ-метра заканчивают, его выход подключают к седьмому витку катушки L1.

КСВ антенного тракта определяют по формуле: КСВ=(А1+А2)/(А1-А2), где А1 - показания РА1 в режиме измерения прямой волны, а А2 - обратной. Хотя вернее было бы говорить здесь не о КСВ, как таковом, а о величине и характере антенного импеданса, приведенного к антенному разъему станции, о его отличии от активного Ra = 50 Ом.

Антенный тракт будет настроен, если изменениями длины вибратора, противовесов, иногда - длины фидера, индуктивности удлиняющей катушки (если она есть) и др. будет получен минимально возможный КСВ.

Некоторая неточность настройки антенны может быть компенсирована расстройкой контура L1C7C8. Это можно сделать конденсатором С7 или изменением индуктивности контура - например, введением в L1 небольшого карбонильного сердечника.

Как показывает опыт настройки и согласования Си-Би антенн самых разных конфигураций и размеров (0,1...3L), под контролем и с помощью этого прибора нетрудно получить КСВ = 1... 1,2 в любом участке этого диапазона.

Радио, 1996, 11

Простой антенный тюнер

Для согласования трансивера с различными антеннами можно с успехом применить простейший ручной тюнер, схема которого показана на рисунке. Он перекрывает диапазон частот от 1,8 до 29 мГц.Кроме того, этот тюнер может работать как простейший коммутатор антенн, имеющий еще и эквивалент нагрузки. Мощность, подводимая к тюнеру, зависит от от зазора между пластинами применяемого конденсатора переменной емкости С1 – чем он больше, тем лучше. С зазором 1,5-2 мм тюнер выдерживал мощность до 200 Вт (может и больше – для дальнейших экспериментов мощности моего TRX не хватило). На входе тюнера для измерения КСВ можно включить один из КСВ-метров, хотя при совместной работе тюнера с импортными трансиверами это не обязательно - все они имеют встроенную функцию измерения КСВ (SVR). Два (или больше) ВЧ разъема типа PL259 позволяют подключить антенну, выбранную с помощью галетного переключателя S2 «Коммутатор антенн» для работы с трансивером. Этот же переключатель имеет положение «Эквивалент», при котором трансивер может быть подключен к эквиваленту нагрузки сопротивлением 50 Ом. С помощью релейной коммутации можно включить режим «Обход» и антенна или эквивалент (в зависимости от положения коммутатора антенн S2) будут напрямую подсоединены к трансиверу.

В качестве С1 и С2 применяются стандартные КПЕ-2 своздушным диэлектриком 2х495 пФ от промышленных бытовых приемников. Их секции продернуты через одну пластину. В С1 задействованы две секции, соединенные параллельно. Он установлен на пластине из оргстекла толщиной 5 мм. В С2 – задействована одна секция. S1 – галетный ВЧ переключатель на 6 положений (2Н6П галеты из керамики, их контакты соединены параллельно). S2 - такой же, но на три положения (2Н3П, или на большее число положений в зависимости от количества антенных разъемов). Катушка L2 - намотана голым медным проводом d=1мм (лучше посеребренный), всего 31 виток, намотка с небольшим шагом, внешний диаметр 18 мм, отводы от 9 + 9 + 9 + 4 витка. Катушка L1 -тоже, но 10 витков. Катушки установлены взаимно-перпендикулярно. L2 можно припаять выводами к контактам галетного переключателя, изогнув катушку полукольцом. Монтаж тюнера проводится короткими толстыми (d=1,5-2 мм) отрезками голого медного провода. Реле типа ТКЕ52ПД от радиостанции Р-130М. Естественно, оптимальным вариантом является применение более высокочастотных реле, например, типа РЭН33. Напряжение для питания реле получено от простейшего выпрямителя, собранного на трансформаторе ТВК-110Л2 и диодном мосту КЦ402 (КЦ405) или им подобным. Коммутация реле осуществляется тумблером S3 "Обход" типа МТ-1, установленном на лицевой панели тюнера. Лампа La (не обязательна) служит индикатором включения. Может оказаться, что на низкочастотных диапазонах не хватает емкости С2. Тогда параллельно С2 можно с помощью реле Р3 и тумблера S4 подключать или его вторую секцию или дополнительные конденсаторы (подобрать 50 – 120 пФ - на схеме показано пунктиром).

По рекомендации, оси КПЕ соединены с ручками управления через отрезки дюритового бензошланга, служащие изоляторами. Для их фиксации использованы водопроводные хомутики d=6 мм. Тюнер был изготовлен в корпусе от набора «Электроника-Контур-80». Несколько бОльшие размеры корпуса, чем у тюнера, описанного в , оставляют достаточный простор для доработок и модификаций данной схемы. Например, ФНЧ на входе, согласующий симметрирующий трансформатор 1:4 на выходе, вмонтированный КСВ-метр и другие. Для эффективной работы тюнера не следует забывать о хорошем его заземлении.

Простой тюнер для настройки симметричной линии

На рисунке приведена схема простого тюнера для согласования симметричной линии. В качестве индикатора настройки используется светодиод.

Сегодня, по поводу воскресенья, был в гостях. Недалеко, в почти такой же деревне как моя. И увидел насколько труднее быть радиолюбителем без подсказки более опытных товарищей. Это я не про себя. Несколько нескромно, но моя заслуга в предлагаемом материале в основном перевод с английского. Потому что всё что я предложу известно давно и не раз опубликовано в наших журналах "Радио". Акцент в этот раз будет стоять на слове "просто". Без заумных коэффициентов укорочения и слов типа "импеданс". И намоточные данные катушек приведу. Очень хочется помочь тем, кому по жизни не пришлось слушать курс радиотехники в институте или техникуме. Поразмыслив, решил просто найти проверенную конструкцию.

Конечно же я говорю про "действующих" радиолюбителей, тех, кто пытается проводить радиосвязи несмотря на отсутствие возможностей использовать хорошие антенны. Часто радиолюбителю достаётся место жительства с ограниченным пространством вокруг. Антенна "длинный провод", являясь самой простой, требует пространства (ну раз "длинный") Но бывает что даже полуволновый LW не помещаются по длине. Иногда это только несколько метров от балкона до ближайшего дерева. Тогда используются антенны из провода случайной длины. Отсутствие какого-либо согласования сводит к нолю 40 ватт от UW3DI. Вместе с тем известно, что можно заставить работать даже сильно укороченную антенну. И все знают волшебное слово для этого - "согласующее", и большая часть радиолюбителей его так и воспринимает - как согласователь сопротивлений, точнее импедансов:-(а обещал этого слова не говорить).
Note: О самих антеннах. Есть несколько советов, которые могут улучшить ситуацию. Random-wire это не полная свобода, а вынужденная мера, поэтому учитывать некоторые моменты всё-таки следует. Понятно, что если антенна получается укороченной, то растягивать её нужно в направлении куда возможна её максимальная длина. Изгибы и повороты нежелательны, но не критичны. До тех пор пока провод антенны не пойдёт в обратном направлении. Смысла в таком дополнительном отрезке нет. Высота подвеса должна быть максимально возможной. Если есть возможность поднять горизонтальную часть антенны вверх, то это надо делать сразу при "выходе" проводника наружу. А далее растягивать на всё доступное пространство. "Проход" через окно или стену лучше сделать через фарфоровую (или ВЧ изолятора) трубку. Сам провод должен быть минимального диаметра чтобы он был максимально лёгкий, но выдерживать свой вес. К тому же тонкий провод почти не заметен. Это может быть плюсом с точки зрения хороших отношений с соседями .

Предлагаемая конструкция (или две, если считать SWR meter) - это трансформатор случайного сопротивления случайной длины провода в нужные 50 или 75 ом в зависимости от конструкции передатчика. Подвесив в соответствии со своими возможностями "верёвку" в положении при котором её длина максимальна, а высота от земли на пределе возможного, получаем задачу со множеством неизвестных. Вернее с одним неизвестным, зависящим от множества других: проводимость земли, расстояние до ближайших физических объектов, изменение высоты подвеса по длине антенны и т.д. Никогда нельзя сказать точно какой импеданс и реактивность будет иметь нижний конец провода. В этом состоит основная причина ошибок не очень опытных радиолбителей. Они пытаются угадать сопротивление, применить трансформатор на ферритах или "бинокле" и привести всё к сопротивлению фидера. Между тем главное - не применять фидер и сделать антенну частью настроенного контура. Её импеданс по прежнему остаётся величиной неизвестной. Но есть способ методом последовательных приближений (научного тыка:-) приблизиться к эффективному использованию того что есть. В случае когда мы подключаем антенну (любую) к трансиверу с автотюнером посредством кабеля, тюнер настраивается на волновое сопротивление кабеля и следующей за ним, как следующий вагон в электричке, антенны. Если длина кабеля определена заранее как волновой повторитель, то тюнер точно будет настраивать выход передатчика на сопротивление антенны. Но не факт, что он при этом "увидит" нужное сопротивление антенны. А если оно еще и неизвестно какое - тогда и результат будет никаким.
Разница между этим, и тем, что будет описано ниже состоит как раз в том что в нашем случае мы действительно "введём" антенну и часть нашего устройства в резонанс, добившись максимального излучения антенны, и при этом добъёмся равенства сопротивлений передатчик-антенна (условия при котором в антенну попадет максимально возможная часть энергии). К сожалению, законов физики никто не отменял, и для использования этого (каждого конкретного) случайной длины провода на различных диапазонах интервала перестройки конденсатора переменной ёмкости (и точки отвода катушки) будет недостаточно. Поэтому в конструкции Левиса МакКоя (Lewis G.McCoy) W1ICP, описанной в книге "ARRL Antenna Anthology", применяется система из базовой конструкции с подключаемыми внешними комбинациями индуктивностей, позволяющая трансформировать "всё во всё".
На фотографии устройство в сборе - со встроенным рефлектометром и две совокупности индуктивностей на разъёме. Как видно, самый главнй элемент - "крокодилы" на гибких проводниках. :-) Сразу следует предупредить о соблюдении необходимых мер предосторожности - на "горячем" конце контура может быть высокое напряжение. Не осуществляйте переключения при включенном передатчике. Это опасно в первую очередь для транзисторов выходного каскада. Ну и поберегите ваши пальцы - ВЧ ожог при не соблюдении этих рекомендаций гарантирован.
P.S. Одним из побочных (и очень неприятным) эффектом будет значительно более близкое расположение излучающего элемента к вашему организму, электронным приборам, которым оно, конечно же будет мешать, а так же возможность наводок на предварительные каскады вашего радио. Например, потребуется значительное улучшение защиты от ВЧ наводок микрофонного (или ACC входа при работе RTTY/PSK/SSTV)
А справа эквивалентные схемы включения для различных вариантов LW. Вариант А лучше использовать при длине провода антенны соизмеримой с длиной волны, варианты В и C для сильно укороченных антенн. Такая гибкая схема и реверсирование включения позволяет эффективно запитывать любые длины в диапазонах от 80 до 10 метров. Обратите внимание на слово "запитывать". Это не эквивалент слова "излучать". Хотя это всё равно лучший способ использования антенн LW не кратной полуволне длины.

Вот еще более простая эквивалентная схема идеи, которую я успешно использовал сразу после армии, еще не имея радиотехнического образования. Все сведения были почерпнуты из популярной книги "Радио - это очень просто" :-) Тогда моё радио состояло из Р-250 и армейского легендарного передатчика РСБ-5. Антенна, конечно же, длинный провод неизвестной длины из окна до дерева на другой стороне дороги. Согласно указанного выше источника, сопротивление паралельного колебательного контура изменяется от 0 в точке "земля" до неизвестного, но максимума в верхней точке. Подбирая точку включения антенны можно найти наилучшие условия - равенство сопротивления антенны и части контура:-), а вторая точка подключения - нижняя - подключение передатчика. И задача облегчается тем, что его выходное сопротивление известно - 50 ом. Стало быть она будет расположена значительно ниже по телу катушки контура:-) Это теперь я знаю, что это называется автотрансформатор:-)
Но как бы то ни было, если в хозяйстве сохранился вариометр и конденсатор переменной ёмкости от РСБ-5 (а конденсатор хорош тем, что имеет на оси переключатель, который при повороте более чем на 180 градусов подключает параллельно пластинам постоянную ёмкость), с использованием двух гибких проводников (выпотрошенная оплетка от любого кабеля) и тонкогубых "крокодилов", то это может быть использовано в качестве высокоэффективного автотрансформатора. Вернее двух автотрансформаторов. Но если есть желание повторить конструкцию один к одному, по автору, то продолжаю. Вот рисунок (схема) основной конструкции. Её основа - встроенный КСВ-метр и панель с контактной планкой (разъём одна "мама" три "папы") на пять контактов. В этом месте я бы сделал отступление от конструкции и использовал керамические галетные переключатели типа тех, что стоят в UW3DI или аналогичных. С точки зрения удобства пользования (и сохранности формы катушек:-) несравненно лучше. Как я уже упоминал выше, при использовании одного или двух диапазонов от этого узла можно отказаться вовсе. И если у вас есть достаточно надёжный КСВ-метр, то встроенный также можно не делать. Но тем не менее, по автору всё выглядит так:

В варианте А работает чистый трансформатор с индуктивной связью, причём её величину изменить невозможно, что не очень хорошо для системы, перестраиваемой в широком диапазоне значений индуктивности и ёмкости. Настройка осуществляется путем циклический действий: подключение антенны, настройка контура С1L1 в резонанс по максимуму "показометра" напряжённости поля ("неонка" или индикатор поля), после этого подстройка входа - С2 по минимуму КСВ. Затем переподключение "крокодила" проводника антенны в другое место и снова настройки и сравнение результатов. Добившись самого хорошего результата, можно зафиксировать точку подключения к катушке краской, рисунком на бумажке:-) или записать номера витка. Может показаться неудобным, но после двух-трёх настроек смена диапазона будет проходить быстро.
В вариантах B и C связь с колебательным контуром, часть которого составляет наш провод неизвестной дины, представляет из себя автотрансформатор. Коммутация осуществляется подключением других планок с индуктивностями и перемычками. Ниже представлены схемы вариантов B и C. Как можно заметить, в схемах с индуктивностями конденсатор переменной ёмкости перемещается из одного конца индуктивности в другой.
В варианте B и С мы видим что это варианты нашего автотрансформатора с различными коэффициентами трансформации (с точки зрения сопротивлений, вариант С это вариант А наоборот). Конденсатор С1 с максимальной ёмкостью от 150 до 300 пф. Катушки L3 и L4 - индуктивности ответвителей в КСВ-метре и поэтому отдельно не рассматриваются. Данные катушек L1 и L2 ниже на рисунке и в тексте (так как они для различных диапазонов разные). Для диапазона 80 и 40 метров они выполнены бескаркасной бифилярной намоткой на изоляционных распорках проводом диаметром 1,5 мм (#14 на американский манер:-) с шагом 3 мм (8 витков на дюйм (25 мм) и диаметром 65 мм. Через один виток провод "продавливается" внутрь катушки для закрепления витков и облегчения подключения к ним "крокодила" . Катушки имеют соответственно 18 и 6 витков с пропусканием одного оборота между собой - вместо одного витка укладывается только его половина (см. рисунок и фото). Это достаточно трудоёмкая часть работы, но выполнить её нужно очень аккуратно, хорошенько натягивая провод и фиксируя витки.
Для диапазонов от 10 до 18 мгц катушки L1 и L2 бескаркасные диаметром 65 мм. L1 содержит 4 витка при длине намотки 36мм (с шагом 9 мм). L2 - один виток с таким же шагом. Она расплогается на расстоянии 13 мм от L1. В диапазонах от 21 до 28 мгц L1 имеет два витка, а L2 также имеет один виток такого же диаметра и на таком же расстоянии от L1.
Конечно же не обязательно повторять всё один к одному, можно использовать либо часть описанного, либо вообще сделать трансмаш неперестраиваемой нижней частью проводника однодиапазонной антенны, используя внешний КСВ метр. Но при настройке обязательно нужно использовать еще и индикатор напряженности поля. Пусть даже простейший - "неонку" или люминесцентную лампу. То есть секрет прост: используя два инструмента настройки можно получить и резонансную антенну и наилучший КСВ для антенны в виде провода случайной длины. Мне представляется что это очень эффективный способ улучшить качество связи в условиях полевых дней, экспедиций да и в повседневной работе с радио.

Назад
Вперёд

You have no rights to post comments Недостаточно прав для комментирования

Известный австралийский радиолюбитель Анедрей Михайлов (VK5MAV/9) в апреле снова едет в Коралловок море. IOTA OC265. Российская кампания, как и ранее, понемногу спонсирует и выпустит HAM plaque "Coral see OC265". На сайте "Most Wanted DX " есть рассказы о предыдущих экспедициях. С фотографиями.

Внук Буратино

Проверяя еще раз выкладки по универсальной антенне для спутниковой связи нашёл вариант исполнения из коаксиального кабеля и на диапазон 435 мгц. Не правда ли очаровательно. Что-то среднее между антенной потерпевшего крушение на необитаемом острове и антенной собранной из пробкового дерева (пробки из винных бутылок). Но я уверен, что работает. И скорее всего параметры такие -же. :-) Только видно, что делал или сам столяр-краснодеревщик, или его сын Catterpiller... Или его внук Буратино:-)

На самом деле решена одна из главных проблем при создании квадрифиляров. Если вы читали и смотрели на моём сайте описание этих антенн, то обращали внимание: если элементы не из толстых трубок, то механическая прочность конструкции никакая. На фото ниже моя антенна после падения на землю. Отмечу - на мягкую траву. Садовое покрытие у меня не хуже чем на ЭмиратСтадиум. А эту можно в багажнике возить:-) Такая же, только из железа, стоит на АО-7.

Вопросы согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидера, а также симметрирование антенн для радиолюбителей всегда были и остаются актуальными. В последние годы особый интерес проявляется к трансформирующим и согласующим устройствам на ферритовых кольцах. Это связано с тем, что такие устройства могут быть малогабаритными, иметь высокий (до 98 %) КПД. Кроме того, в них не проявляются резонансные свойства при перекрытии частотного интервала в несколько октав (например, от 1 до 30 МГц) что особенно удобно, когда используются многодиапазонные антенны ("квадраты", "INVERTED V" , 3-элементный трехдиапазонный "волновой канал" и т. д.).

В таких широкополосных трансформаторах обмотки выполняют в виде двухпроводных длинных линий передачи (на основе коаксиального кабеля или однородных), намотанных на ферритовое кольцо. Такое выполнение обмоток позволяет практически устранить индуктивность рассеивания и уменьшить индуктивность выводов.

Условное обозначение трансформатора на длинных линиях (ТДЛ), принятое в статье, с одной обмоткой из двухпроводной линии приведено на рис. 1.а, с несколькими (в данном случае с двумя) - на рис. 1.б.

На рис. 2 показано включение ТДЛ с коэффициентом трансформации n=1.

Трансформатор состоит из обмотки в виде однородной длинной линии, намотанной на кольцевой ферритовый магнитопровод. Ее электрическая длина P=2пl/L, где l - геометрическая длина линии, L - длина волны (лямбда). Так как при распространении высокочастотной волны токи, протекающие по проводникам линии, равны по значению и противоположны по направлению, то магнитопровод не намагничивается, а это значит, что мощность в феррите практически не теряется. При согласовании вол нового сопротивления линии g с сопротивлениями источника Rг и нагрузки Rн ТДЛ теоретически не имеет нижней и верхней граничных -частот. На практике же максимальная рабочая частота ограничивается из-за индуктивности выводов и излучения линии.

Следует обратить внимание на особенность ТДЛ. которая заключается в наличии двух видов напряжений: противофазного U, действующего между проводниками линии и определяемого мощностью сигнала, и синфазного (или продольного) V, обусловленного асимметрией нагрузки и зависящего от варианта включения трансформатора.

Как образуется синфазное напряжение, действующее между генератором и нагрузкой, т. е. на индуктивности линии Lл, хорошо видно из рис, 3.

Очевидно, что проводники длинной линии шунтируют нагрузку и генератор, если по ним протекают синфазные токи. Введение магнитопровода резко увеличивает индуктивность обмотки, тем самым повышает сопротивление синфазному току и резко уменьшает их шунтирующее действие. В тоже время на распространение волны магнитопровод не оказывает влияния, так как обеспечивается режим бегущей волны (Rг=g=Rи).

Существует несколько способов построения ТДЛ с целочисленным коэффициентом трансформации п. Можно, например, придерживаться следующего правила. Обмотки (их должно быть n) выполняют из равных по электрической длине отрезков двухпроводных линий. Каждую обмотку размещают на отдельном кольцевом магнитопроводе одного типа. Входы линий с повышающей стороны соединяют последовательно, с понижающей -- параллельно.

В общем виде схема включения ТДЛ с целочисленным коэффициентом трансформации п показана на рис. 4.

Здесь справедливы соотношения Rг=n2Rн, U1=nU2, g=nRн.

На рис. 5 изображены различные варианты включения ТДЛ.

Можно построить ТДЛ и на одном магнитопроводе, но при этом обязательно соблюдают следующие требования. Во-первых, число витков каждой линии должно быть пропорционально значению синфазного напряжения, действующего между концами этой линии, поскольку обмотки связаны общим магнитным потоком. Во-вторых, геометрические длины всех линий обязательно должны быть одинаковыми. В зависимости от варианта включения ТДЛ может даже случиться, что некоторые линии частично или полностью должны быть размещены не на магнитопроводе.

Чтобы определить число витков в обмотках, необходимо вычислить значения синфазных напряжений Vк на каждой линии.

В ТДЛ с несимметричными входом и выходом (тип НН. рис. 5, а)

в инвертирующем (тип НН, рис. 5, б) Vк=(n-к+1)Uн;

с симметричным входом и несимметричным выходом (тип СН, рис. 5, в)

Vк=(n/2-к)Uн;

с несимметричным входом и симметричным выходом (тип НС, рис. 5, г)

Vк=(n+1/2-к)Uн;

с симметричными входом и выходом (тип СС, рис. 5, д)

Vк=(n/2+t/2-к)Uн.

В формулах n - коэффициент трансформации, к - порядковый номер линии, считая сверху, Uн - напряжение на нагрузке.

Эти же формулы являются исходными. когда определяют отношение числа витков в обмотках, размещаемых на магнитопроводе. Если, например, ТДЛ с коэффициентом трансформации n=3 включают по схеме, изображенной на рис. 5, а, то V1:V2:V3=w1:w2:w3=2:1:0. Из этого следует, что верхнюю по рисунку линию размещают на магни-топроводе полностью (w1), у второй --только половину витков (w2=w1/2), а третья целиком (w3=0) должна находиться пне магнитопровода. Геометрическая длина всех линий одинакова.

При согласовании "волнового канала", имеющего входное сопротивление 18,5 Ом, с 75-омным коаксиальным кабелем с помощью ТДЛ (включен по схеме рис. 5, г) с коэффициентом трансформации 2 соотношение витков обмоток равно w1:w2= (2+1/2-1:(2+1/2-2)=3:1. Это означает, что на магнитопроводе верхняя по рисунку обмотка должна находиться целиком, а у второй - только ее третья часть.

Когда длина линий для обмоток много меньше длины рабочей волны, ТДЛ могут быть упрощены: линии, где синфазные напряжения равны нулю. заменяют перемычкой. В этом случае, например, трехобмоточный ТДЛ (рис. 5, д) преобразуется в двухобмоточный (рис. 6).

Коэффициент передачи ТДЛ зависит от того, насколько волновое сопротивление отлично от оптимального значения и каково при этом соотношение электрической длины линии и длины волны. Если, например, с отличается от требуемого в два раза, то потери в ТДЛ равны 0,45 дБ при длине линии лямбда/8 и 2,6 дБ при лямбда/4. На рис. 7 приведена зависимость коэффициента передачи ТДЛ с n=2 от фазовой длины его линий для трех значений g.

Расчет, приведенный в , показывает, что, если используются линии с оптимальными значениями у, коэффициент стоячей волны в ТДЛ не превышает 1,03 при длине линии лямбда/16 и 1,2 при длине лямбда/8. Отсюда можно сделать вывод, что параметры ТДЛ остаются удовлетворительными при длине двухпроводных линий меньше лямбда/8.

Исходными данными при расчете ТДЛ являются коэффициент трансформации п, вариант включения ТДЛ, нижняя и верхняя границы рабочего диапазона частот (в герцах), максимальная мощность Рmax на нагрузке (в ваттах), сопротивление нагрузки Rн (в омах) и волновое сопротивление фидера g (в омах). Расчет ведут в такой последовательности.

1. Определяют минимальную индуктивность проводника линии Lл (в генри) из условия, что

Lд>>Rг/2fн.

На практике Lл, можно брать в 5...10 раз больше вычисленного отношения Rг к 2fн.

2. Находят число витков w линии на кольце магнитопровода:

где dcp - средний диаметр кольца (в см), S - площадь поперечного сечения магнитопровода (в см 2),u - относительная магнитная проницаемость магнитопровода. 3. Рассчитывают синфазный ток Ic; (в амперах), протекающий по обмотке ТДЛ, на низшей рабочей частоте:

Ic=Vc/2пfнLл,

где Vc - синфазное напряжение на линии, вычисляемое для конкретных вариантов включения в соответствии с вышеприведенными соотношениями.

4. Определяют магнитную индукцию (в теслах) Магнитопровода:

B=4*10 -6 .uIc/dcp.

Магнитопровод выбирают с учетом, чтобы он не насыщался синфазным током (или постоянным, если он есть). Для этого магнитная индукция в магнитопроводе должна быть на порядок меньше индукции насыщения (берут из справочников).

5. Находят Пиковое напряжение Uпик в линии:

где у - КСВ в фидере.

6. Вычисляют эффективное значение тока Iэфф (в амперах):

7. Определяют диаметр d проводов (в миллиметрах) длинной линии:

где J - допустимая плотность тока (в амперах на миллиметр квадратный).

Для ТДЛ антенных согласующих устройств подходят кольцевые (типоразмерами К55Х32Х9, К65Х40Х9) магнитопроводы из ферритов 300ВНС, 200ВНС, 90ВНС, 50ВНС, а также 400НН, 200НН, 100НН. При необходимости магнитопровод может быть составлен из нескольких колец. Нужное волновое сопротивление длинной линии получают, равномерно скручивая между собой (с определенным шагом) проводники (см. таблицу). В случае крестообразного соединения проводов с оказывается ниже, чем когда соединены между собой соседние проводники. Волновое сопротивление линии из нескрученных проводов диаметром 1.5 мм равнялось 86 Ом.

Волновое сопротивление длинной линии в зависимости от шага скрутки и вида соединений

Вид	Шаг скрутки, см
Вид	4	3	2	1	0.67	0.25
:	70	60	56	44	36	-
I I	45	43	40	33 (32)*	-	-
X	23	22	20	18 (19)*	-	10**

* При диаметре проводов 1 мм.
** При диаметре проводов 0.33 мм.

Чтобы улучшить параметры (в частности, коэффициент асимметрии) и одновременно упростить конструкцию согласующе-трансформирующего узла, применяют последовательное соединение нескольких ТДЛ различного типа.

Для примера по приведенной методике рассчитаем составной ТДЛ с n=2. Он должен согласовать входное сопротивление 12,5 Ом симметричной антенны с коаксиальным кабелем РК-50. Нижняя рабочая частота - 14 МГц. Мощность не превышает 200 Вт. Для ТДЛ предполагается использовать магнитопроводы типоразмером К45Х28Х8 (dcp=3,65 см, S=0,7 см 2) из феррита 100НН (его удельная индукция насыщения - 0,44 Тл/см 2 ).

Пусть первая ступень с коэффициентом трансформации n=2 составного ТДЛ (рис. 8) будет включена по схеме рис. 5, а, а вторая (с n=1) -по схеме рис. 5, г.

Рассчитываем первый ТДЛ.

1. Находим Lл:

Примем Lл равной 13,5 мкГн.

2. Вычисляем число витков обмотки:

Такое число витков двойного толстого провода с трудом можно разместить в окне магнитопровода. Поэтому целесообразно использовать два кольца. В этом случае магнитопровод будет иметь размеры К45Х 28Х16 (S=1.4 см 2). Новое число w:

3. Определяем пиковое напряжение на нагрузке:

4. Находим синфазное напряжение на обмотках в соответствии со схемой включения (рис. 5, а):

V1=(2-1)71=71 В. Поскольку синфазное напряжение на второй обмотке равно 0, то эта обмотка заменяется перемычками (рис. 6).

5. Синфазный ток равен:

6. Вычисляем магнитную индукцию в магнитопроводе:

В=4*10 -6 *100*9*0,06/3,65=59*10 -6 Тл, что значительно меньше индукции насыщения.

Волновое сопротивление линии g1=50 Ом.

Во втором ТДЛ целесообразно применять такие же кольца, как и в первом. Тогда Lл=13,5 мкГн, w=9 витков.

7. Синфазное напряжение на обмотке V=(2+1/2-1)71=106,5 В.

8. Синфазный ток равен:

L=106,5/2*3,14*14*10 6 *13,5*10 -6 =0,09 А.

9. Магнитная индукция

В=100*4*10 -6 *9*0,09/3,65=89*10 -6 Тл.

И в данном случае она получается меньше индукции насыщения. Волновое сопротивление линии обмотки выбирают около 12 Ом.

Диаметр проводов для линий ТДЛ определяют так же, как и диаметр проводов для обмотки в обычных трансформаторах. Этот расчет здесь не приводится.

Внимательный читатель может заметить неточность в приведенном расчете (связана с применением составных ТДЛ). Она заключается в том, что индуктивность Lл вычисляется без учета того, что обмотки ТДЛ первой и второй ступени соединены, т. е. с некоторым запасом. Так что на практике в ТДЛ каждой ступени можно уменьшить число витков в обмотках и применить ферритовые магнитопроводы меньших размеров.

Используя комбинации различных одиночных ТДЛ, можно получить широкую гамму ТДЛ с заданными характеристиками .

У изготовленных ТДЛ следует измерять КПД и коэффициент асимметрии . Схема включения ТДЛ при определении первого параметра показана на рис. 9, второго - на рис. 10. Потери а (в децибелах) в трансформаторе рассчитывают по формуле: а=20lg(U1/nU2).

Симметрирующий ТДЛ (тип НС) с коэффициентом трансформации n=1, работающий в диапазоне частот 1,5... 30 МГц при выходной мощности до 200 Вт, для согласования фидера РК-50 с входным сопротивлением антенны 50 Ом можно изготовить на магнитопроводе 50ВНС типоразмером

К65Х40Х9. Число витков обмоток линии (g=50 Ом) - 9. Обмотки 1-1", 2-2" (рис. 12) мотают в 2 провода ПЭВ-2 1,4 бифилярно, без скруток. Чтобы обеспечить постоянство расстояния между проводами, на них надевают фторопластовую трубку. Обмотку 3-3" наматывают отдельно на свободной части кольца тем же проводом и той же длиной, что обмотки 1-1", 2-2". КПД изготовленного ТДЛ был около 98%. коэффициент асимметрии - более 300.

ТДЛ с коэффициентом трансформации n=2 (тип НС), рассчитанный на мощность до 200 Вт, согласующий 75-омное волновое сопротивление фидера с симметричным входом антенны, у которой входное сопротивление 18 Ом. можно изготовить на магнитопроводе 200НН (рис. 13) типоразмером К65Х40Х9. Обмотки должны содержать 9 витков линий из проводов ПЭВ-2.1,0. Изготовленный трансформатор имел КПД 97 %, коэффициент асимметрии на частоте 10 МГц - 20, на частоте 30 МГц - не менее 60.

На рис. 14 приведена схема включения составного ТДЛ (типа НС) с коэффициентом трансформации n=3, согласующего антенну, имеющую входное сопротивление 9 Ом, с 75-омным коаксиальным кабелем. ТДЛ, рассчитанный на работу в диапазоне 10...30 МГц при мощности до 200 Вт, выполняют на кольцах (типоразмер К32Х20Х6) из феррита 50ВНС. Магнитопроводы трансформаторов WT1 и WT2 составляют из двух колец, обмотки и катушка L1 должны содержать по 6 витков. Длинные линии и катушку выполняют проводом ПЭВ-2 1,0. Волновое сопротивление линии для WT1 - 70 Ом, для WT2 - 25 Ом. Построенный ТДЛ имел КПД 97 %, коэффициент асимметрии - не менее 250.

Перед эксплуатацией ТДЛ следует принять меры по защите их от неблагоприятных климатических воздействий. Для этого трансформаторы обматывают фторопластовой лентой, помещают в коробку и, если есть возможность, заливают компаундом КЛТ.

Литература:

1. Беньковский З., Липинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн.- М.; Радио и связь, 1983.
2. Ротхаммель К. Антенны.- М.: Энергия, 1979.
3. Захаров В. Трехдиапазонная трехэлементная антенна волновой канал.- Радио, 1970. № 4.
4. Лондон С. Е., Томашевич С.В. - Справочник по высокочастотным трансформаторным устройствам.- М.; Радио и связь, 1984.
5. Михайлова М. и др. Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры.- М.: Радио и связь, 1983.

РАДИО N 6, 1987 г., c.26-29.

Широкополосные высокочастотные трансформаторы с магнитной связью широко применяются радиолюбителями для согласования различных устройств. В частности, широкополосный трансформатор, имеющий коэффициент трансформации сопротивлений 1:9 (коэффициент трансформации напряжений - 1:3) удобно использовать для согласования проволочных антенн, запитанных с конца. Однако следует напомнить, что для таких антенн обязательно требуются системы заземления или противовесы, и чем ниже входное сопротивление антенны, тем эффективнее должна быть «земля».

«Классический» широкополосный трансформатор с магнитной связью, имеющий коэффициент трансформации сопротивлений 1:9, позволяет, например, трансформировать сопротивление с 50 до 450 Ом. Такой трансформатор можно использовать для согласования 50-омного коаксиального кабеля с длинными проволочными антеннами (70 - 100 м), имеющими входное сопротивление около 500 Ом и довольно малую реактивную составляющую, а также с антеннами Windom.

Например, антенна Windom длиной 13,59 + 6,84 м (длина проволочного фидера - 4,9 м), предназначенная для работы в диапазонах 7,14 и 28 МГц, при питании с помощью широкополосного трансформатора обеспечила приемлемый КСВ в 50-омном коаксиальном кабеле.

Несмотря на то что минимум КСВ часто находился за пределами любительских диапазонов, тем не менее, широкополосный трансформатор является вполне полезным устройством для согласования антенны Windom. Как известно, однопроводный фидер антенны Windom довольно трудно завести в помещение радиостанции без риска не только ухудшить работу антенны, но и в придачу получить проблемы электромагнитной совместимости с бытовой радиоаппаратурой. Используя широкополосный трансформатор, конец однопроводного фидера можно не заводить внутрь здания, а подвести к месту подключения противовесов, применяя для питания антенны коаксиальный кабель, который подключается к радиостанции. Дополнительного снижения уровня помех можно достичь, используя токовый дроссель, препятствующий излучению оплетки кабеля.

Как известно, коаксиальный кабель имеет определенное затухание. В результате КСВ, измеренный на выходе передатчика, может быть значительно меньше, чем при измерениях, проведенных непосредственно на клеммах антенны. Приводим результаты измерений на частоте 14 МГц для нескольких типовых кабелей.

В другом случае для согласования штыревой антенны длиной 5 м с 50-омным кабелем использовался широкополосный трансформатор, намотанный на сердечнике из порошкового железа. Обмотка была выполнена из провода, применяемого для электропроводки, содержала 3×7 витков и имела индуктивность 8 мкГн. Измерялся КСВ в первичной обмотке (КСВвых) трансформатора и на выходе передатчика (КСВвх). Влияние роста затухания кабеля на КСВ в зависимости от частоты можно видеть ниже.

Таким образом, увеличение затухания в кабеле с повышением частоты приводит к уменьшению КСВ, измеряемого на выходе передатчика. Потери в кабеле неизбежны, а их снижение может повлечь за собой значительное увеличение стоимости антенно-фидерной системы. С этой точки зрения более эффективным решением при согласовании антенны с коаксиальным кабелем является использование LC-цепей, но конструкция широкополосного трансформатора значительно проще.

Применение трансформатора с магнитной связью, имеющего коэффициент трансформации сопротивлений 1:9, не предотвращает на практике появление высокого КСВ. Трансформатор с дополнительными обмотками позволяет получить 4-, 9-, 16- и 25-кратное преобразование сопротивлений и благодаря этому улучшить согласование 50-омного кабеля с антеннами, имеющими импеданс соответственно 200, 450, 800 и 1250 Ом. Однако коммутация отводов может значительно усложнить конструкцию согласующего устройства.

Измерения, проведенные с трансформаторами, намотанными как на ферритовых сердечниках, так и на сердечниках из порошкового железа, показали, что с ростом числа витков частотная характеристика ухудшается независимо от индуктивности обмотки. На основе полученных результатов можно разработать следующую концепцию конструкции трансформатора.
Широкополосный трансформатор для определенного сопротивления нагрузки должен обеспечить такую индуктивность обмоток, чтобы активное сопротивление на самых низких рабочих частотах не менее чем в 4 раза превышало трансформируемое сопротивление. Это обеспечит пренебрежимо малое влияние индуктивности трансформатора на условия согласования. Однако этот принцип не удается применить в трансформаторе с магнитной связью. Теоретически он трансформирует сопротивление 450 Ом в 50 Ом, но на практике входное сопротивление антенны лежит в широких пределах (36 - 5000 Ом) и имеет в общем случае комплексный характер. Выполнение данного условия требовало бы, в итоге, чтобы реактивное сопротивление обмотки на наименьшей частоте составляло 20 кОм, что соответствует индуктивности 900 мкГн на частоте 3,5 МГц.

В том случае, когда основная индуктивность трансформатора должна оставаться низкой, она подлежит такой же трансформации, как сложный мнимый импеданс антенны. В результате получим реальную нагрузку сопротивлением 50 Ом.

Для трансформаторов, предназначенных для согласования линий, намотанных на сердечниках из порошкового железа, нагруженная добротность может составлять 10 - 20. Для сопротивления нагрузки R = 5000 Ом это означает, что реактивное сопротивление обмотки на наименьшей частоте может составлять 250 - 500 Ом. В оригинальном исполнении трансформатор содержал 3 обмотки по 9 или 7 витков, намотанных на сердечнике Т130-2, что давало соответственно индуктивность 8 или 4,85 мкГн и реактивное сопротивление соответственно 171 или 106 Ом на частоте 3,5 МГц. Для нагрузки 5000 Ом это соответствовало нагруженной добротности 28 или 47 (в диапазоне 1,8 МГц они были бы в два раза больше). В случае сердечника из порошкового железа добротность ненагруженной обмотки была еще больше требуемой нагруженной добротности. Это означает возможность использования трансформатора с такими низкими индуктивностями также на низкочастотных диапазонах, однако он будет работать на границе допустимого.

Для минимизации потерь энергии в катушках в выходных контурах передатчиков стремятся, чтобы их нагруженная добротность не превышала 10 - 15. Дополнительно низкое сопротивление обмоток затрудняет согласование по мере снижения частоты работы. На частотах выше 10 МГц потери в сердечнике не составляют существен
ной проблемы, и можно легко обеспечить согласование.

Предложение повышения индуктивности трансформатора - принципиально правильное, если имеются в виду низкочастотные диапазоны. Во избежание необходимости намотки чрезмерного числа витков вместо сердечника из порошкового железа следует применять ферритовый сердечник. Так, трансформатор, состоящий из четырех обмоток ло 9 витков, намотанных на сердечнике FT40-43 (расчетная индуктивность - 1,23 мкГн), на частоте 3,5 МГц имеет реактивное сопротивление 27 кОм и обеспечивает согласование в узком диапазоне сопротивлений.

Сердечники с большой магнитной проницаемостью проверены в конструкциях приемных антенн и обеспечивают улучшение согласования даже для коротких проводов и штыревых антенн, что позволяет отказаться от применения активных антенн. Однако в передающих устройствах, когда можно компенсировать влияние реактивности обмотки, оптимальным решением может стать использование больших сердечников из порошкового железа (например, Т200А или Т255А) либо феррито-никелево-цинковых сердечников с низкой проницаемостью.

Для области с малыми потерями и с малой проницаемостью можно выполнить это требование через соответствующее ограничение максимальной индуктивности обмотки. В случае сердечника с большой проницаемостью ситуация не столь критична, как для малой, что можно объяснить тем, что на высоких частотах большую роль играет способ выполнения обмотки, нежели величина проницаемости сердечника.

Эквивалентное параллельное сопротивление потерь для сердечников, выполненных из порошкового железа, выше, нежели для ферритовых сердечников с низкой проницаемостью. Независимо от типа сердечника это сопротивление растет с ростом индуктивности обмотки. При мощности передатчика 100 Вт не наблюдалось нагрева сердечников Т60 и ТХ36, однако сердечник из материала 43 с обмоткой 125 мкГн сильно нагревался, а сердечник из материала 77 с обмоткой 1,4 мГн - только немного, что можно объяснить относительно высокой индуктивностью обмотки.
Для устранения потерь в сердечнике эквивалентное параллельное сопротивление потерь должно быть значительно выше наибольшего входного сопротивления антенны. Для этого также считаются приемлемыми сопротивления от 5000 Ом на низких частотах и около 2000 Ом на частоте 30 МГц. Потери в сердечнике приводят к видимому «улучшению» КСВ, аналогично как и потери в питающем кабеле.

Как следует из представленных здесь противоречивых выводов, трансформаторы с магнитной связью нельзя считать идеальными согласующими устройствами. Однако они имеют простую конструкцию, небольшие потери и преобразуют импеданс антенны к границам, в которых возможно согласование с помощью типовых согласующих устройств (например, антенных тюнеров). В таблице ниже приведены данные широкополосных трансформаторов, в конструкции которых особое внимание было обращено на достижение низкой индуктивности обмоток, намотанных в четыре провода.