Urządzenia koordynujące: cel i zasada budowy

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-12 11:41

W praktyce amatorskiej często nie można znaleźć anten, w których impedancja wejściowa jest równa impedancji falowej zasilacza, a także impedancji wyjściowej nadajnika. W zdecydowanej większości przypadków nie jest możliwe wykrycie takiej korespondencji, dlatego konieczne jest zastosowanie specjalistycznych urządzeń dopasowujących. Antena, zasilacz, a także wyjście nadajnika są zawarte w jednym systemie, w którym energia jest przesyłana bez strat.

Jak to zrobić?

Aby wykonać to dość skomplikowane zadanie, musisz użyć pasujących urządzeń w dwóch głównych miejscach - jest to punkt, w którym antena łączy się z podajnikiem, a także punkt, w którym podajnik łączy się z wyjściem nadajnika. Najbardziej rozpowszechnione są dziś wyspecjalizowane urządzenia transformujące, od oscylacyjnych obwodów rezonansowych po transformatory koncentryczne, wykonane w postaci oddzielnych kawałków kabla koncentrycznego o wymaganej długości. Wszystkie te elementy dopasowujące są używane do dopasowywania impedancji, ostatecznie minimalizując ogólną utratę linii transmisyjnej i, co ważniejsze, redukując emisje pozapasmowe.

Odporność i jej cechy

W większości przypadków standardowa impedancja wyjściowa w nowoczesnych nadajnikach szerokopasmowych wynosi 500 m. Warto zauważyć, że wiele kabli koncentrycznych używanych jako feeder różni się również standardową wartością impedancji falowej na poziomie 50 lub 750 m Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę anteny, do których można zastosować urządzenia dopasowujące, to w zależności od konstrukcji i typu impedancja wejściowa w nich ma dość szeroki zakres wartości, od kilku omów do setek, a nawet więcej.

Wiadomo, że w antenach jednoelementowych impedancja wejściowa przy częstotliwości rezonansowej jest praktycznie aktywna, podczas gdy im bardziej częstotliwość nadajnika różni się od rezonansowej w jednym lub drugim kierunku, tym bardziej składowa reaktywna indukcyjny lub pojemnościowy charakter pojawi się w samych urządzeniach o impedancji wejściowej. Jednocześnie anteny wieloelementowe mają impedancję wejściową przy częstotliwości rezonansowej, która jest złożona ze względu na fakt, że różne elementy pasywne przyczyniają się do tworzenia składowej reaktywnej.

Jeśli impedancja wejściowa jest aktywna, można ją dopasować do impedancji za pomocą specjalistycznego urządzenia dopasowującego antenę. Należy zauważyć, że straty tutaj są praktycznie znikome. Jednak natychmiast po tym, jak w rezystancji wejściowej zacznie tworzyć się składnik reaktywny, procedura dopasowywania będzie stawała się coraz bardziejKonieczne będzie zastosowanie złożonego i coraz bardziej złożonego dopasowania anteny, z możliwością kompensacji niepożądanej reaktywności i powinno być zlokalizowane bezpośrednio w punkcie zasilania. Jeśli reaktywność nie zostanie skompensowana, wpłynie to negatywnie na SWR w podajniku, a także znacznie zwiększy ogólne straty.

Czy powinienem to zrobić?

Próba pełnego skompensowania reaktywności na dolnym końcu podajnika nie powiodła się, ponieważ jest ograniczona charakterystyką samego urządzenia. Jakiekolwiek zmiany częstotliwości nadajnika w wąskich odcinkach pasm amatorskich ostatecznie nie doprowadzą do pojawienia się znaczącej składowej reaktywnej, w wyniku czego często nie ma potrzeby jej kompensowania. Warto również zauważyć, że prawidłowa konstrukcja anten wieloelementowych nie zapewnia również dużej składowej biernej dostępnej impedancji wejściowej, która nie wymaga jej kompensacji.

Na antenie często można znaleźć różne spory dotyczące roli i przeznaczenia urządzenia dopasowującego do anteny („długi przewód” lub inny typ) w procesie dopasowywania do niego nadajnika. Jedni wiążą z nim dość duże nadzieje, inni uważają go po prostu za zwykłą zabawkę. Dlatego musisz dobrze zrozumieć, w jaki sposób tuner antenowy może naprawdę pomóc w praktyce i gdzie jego użycie będzie zbędne.

Co to jest?

Przede wszystkim musisz poprawnie zrozumieć, że tuner jest transformatorem oporowym wysokiej częstotliwości, za pomocą którego w razie potrzeby będzie można skompensować reaktywność indukcyjną lub pojemnościową. Rozważ niezwykle prosty przykład:

Wibrator typu Split, który przy częstotliwości rezonansowej ma aktywną impedancję wejściową 700 m, a jednocześnie wykorzystuje kabel koncentryczny z nadajnikiem o impedancji wejściowej około 500 m. Na wyjściu zainstalowane są tunery nadajnika, a w tej sytuacji będzie dla dowolnej anteny (w tym „długiego kabla”) dopasowanie urządzeń pomiędzy nadajnikiem a podajnikiem, bez żadnych trudności poradzisz sobie z jego głównym zadaniem.

Jeśli dalej nadajnik zostanie dostrojony do częstotliwości, która różni się od częstotliwości rezonansowej anteny, w takim przypadku reaktywność może pojawić się w rezystancji wejściowej urządzenia, która następnie niemal natychmiast zaczyna pojawiać się na niższych koniec podajnika. W takim przypadku pasujące urządzenie „P” dowolnej serii również będzie w stanie to skompensować, a nadajnik ponownie otrzyma zgodność z podajnikiem.

Jakie będzie wyjście, gdzie podajnik łączy się z anteną?

Jeśli używasz tunera wyłącznie na wyjściu nadajnika, w takim przypadku nie będzie możliwe zapewnienie pełnej kompensacji, a w urządzeniu zaczną pojawiać się różne straty, ponieważ dopasowanie będzie niepełne. W tej sytuacji będziesz musiał użyćjeden podłączony między anteną a podajnikiem, co całkowicie skoryguje sytuację i zapewni kompensację reaktywności. W tym przykładzie podajnik działa jako dopasowana linia transmisyjna o dowolnej długości.

Inny przykład

Antena pętlowa, która ma aktywną rezystancję wejściową około 1100 m, musi być dopasowana do linii transmisyjnej 50 omów. Wyjście nadajnika w tym przypadku wynosi 500 m.

Tutaj musisz użyć odpowiedniego urządzenia do transceivera lub anteny, które zostanie zainstalowane w miejscu, w którym podajnik łączy się z anteną. W zdecydowanej większości przypadków wielu hobbystów woli używać różnego rodzaju transformatorów RF wyposażonych w rdzenie ferrytowe, ale w rzeczywistości ćwierćfalowy transformator koncentryczny, który można wykonać ze standardowego kabla 75 omów, jest wygodniejszym rozwiązaniem.

Jak to wdrożyć?

Długość użytego odcinka kabla powinna być obliczona według wzoru A/40.66, gdzie A jest długością fali, a 0,66 jest współczynnikiem prędkości stosowanym w większości nowoczesnych kabli koncentrycznych. Urządzenia dopasowujące anteny HF w tym przypadku będą podłączone między 50-omowy zasilacz a wejście antenowe, a jeśli zostaną zwinięte we wnękę o średnicy od 15 do 20 cm, to w tym przypadku będzie również działała jako balansująca urządzenie. Podajnik zostanie w pełni automatycznie dopasowany do nadajnika, a takżerówność ich rezystancji, a w takiej sytuacji będzie można całkowicie zrezygnować z usług standardowego tunera antenowego.

Inna opcja

Dla takiego przykładu możemy rozważyć inną optymalną metodę dopasowania - użycie wielokrotności połowy fali lub półfalowego kabla koncentrycznego, w zasadzie o dowolnej impedancji falowej. Znajduje się pomiędzy tunerem znajdującym się w pobliżu nadajnika a anteną. W tym przypadku impedancja wejściowa anteny, która ma wartość 110 omów, jest przenoszona na dolny koniec kabla, po czym za pomocą urządzenia dopasowującego antenę jest przekształcana na rezystancję 500 m. W tym przypadku w obudowie zapewnione jest pełne dopasowanie nadajnika do anteny, a podajnik pełni rolę repeatera.

W cięższych sytuacjach, gdy impedancja wejściowa anteny jest nieodpowiednia do impedancji charakterystycznej zasilacza, która z kolei nie odpowiada impedancji wyjściowej nadajnika, wymagane są dwa urządzenia dopasowujące anteny HF. W tym przypadku jeden służy do dopasowania podajnika do anteny na górze, a drugi do dopasowania podajnika do nadajnika na dole. Jednocześnie nie ma możliwości wykonania własnymi rękami jakiegoś pasującego urządzenia, które można wykorzystać samodzielnie do dopasowania całego obwodu.

Pojawienie się reaktywności jeszcze bardziej skomplikuje sytuację. W takim przypadku urządzenia dopasowujące HF znacznie się poprawiądopasowanie nadajnika do podajnika, co zapewnia znaczne uproszczenie pracy ostatniego etapu, ale nie należy od nich oczekiwać więcej. Ze względu na to, że podajnik będzie niedopasowany do anteny, pojawią się straty, a więc sprawność samego urządzenia będzie niedoszacowana. Aktywowany miernik SWR zainstalowany między tunerem a nadajnikiem zapewni, że SWR=1 jest stały, a tego efektu nie można osiągnąć między podajnikiem a tunerem, ponieważ występuje niedopasowanie.

Wniosek

Zaletą tunera jest to, że pozwala utrzymać optymalny tryb pracy nadajnika w procesie pracy na niespójnym obciążeniu. Ale jednocześnie nie można zapewnić poprawy wydajności jakiejkolwiek anteny (w tym „długiego przewodu”) - urządzenia dopasowujące są bezsilne, jeśli są niedopasowane do podajnika.

P-obwód, który jest używany w stopniu wyjściowym nadajnika, może być również używany jako tuner antenowy, ale tylko wtedy, gdy nastąpi operacyjna zmiana indukcyjności i każdej pojemności. W zdecydowanej większości przypadków zarówno ręczne, jak i automatyczne tunery są urządzeniami z rezonansowym konturem, niezależnie od tego, czy są montowane fabrycznie, czy ktoś zdecydował się własnoręcznie wykonać pasujące urządzenie do anteny. W ręcznych są dwa lub trzy elementy regulacyjne, które same nie działają, podczas gdy automatyczne są drogie, a przy pracy z dużymi wydajnościami ich koszt może być bardzo wysoki.

Szerokopasmowe urządzenie dopasowujące

Ten tuner spełnia większość wariantów, w których konieczne jest zapewnienie dopasowania anteny do nadajnika. Taki sprzęt jest dość skuteczny w procesie pracy z antenami używanymi na harmonicznych, jeśli podajnik jest wzmacniaczem półfalowym. W takiej sytuacji impedancja wejściowa anteny różni się na różnych pasmach, ale tuner pozwala na łatwe dopasowanie do nadajnika. Proponowane urządzenie może bez problemu pracować z mocami nadajnika do 1,5 kW w paśmie częstotliwości od 1,5 do 30 MHz. Możesz nawet zrobić takie urządzenie własnymi rękami.

Głównymi elementami tunera są autotransformator RF na pierścieniu ferrytowym z układu odchylania TV UNT-35, a także przełącznik przystosowany do 17 pozycji. Istnieje możliwość zastosowania pierścieni stożkowych z modeli UNT-47/59 lub dowolnych innych. W uzwojeniu jest 12 zwojów, które są nawinięte na dwa druty, a początek jednego łączy się z końcem drugiego. Na schemacie iw tabeli numeracja zwojów jest zakończona, podczas gdy sam drut jest skręcony i zamknięty w izolacji z fluoroplastu. W przypadku izolacji średnica drutu wynosi 2,5 mm, zapewniając odczepy z każdego zwoju, zaczynając od ósmego, licząc od uziemionego końca.

Autotransformator jest instalowany jak najbliżej wyłącznika, a przewody łączące między nimi muszą mieć minimalnądługość. Możliwe jest zastosowanie przełącznika z 11 pozycjami, jeśli konstrukcja transformatora z nie tak dużą liczbą odczepów zostanie zaoszczędzona np. od 10 do 20 zwojów, ale w takiej sytuacji zmniejszy się również interwał transformacji rezystancji.

Znając dokładną wartość impedancji wejściowej anteny, możesz użyć takiego transformatora, aby dopasować antenę do zasilacza 50 lub 750 m, używając tylko najbardziej niezbędnych odczepów. W takiej sytuacji umieszcza się go w specjalnym szczelnym pudełku, po czym napełnia się go parafiną i umieszcza bezpośrednio w miejscu zasilania anteny. Samo urządzenie dopasowujące może być wykonane jako samodzielny projekt lub zawarte w specjalnej jednostce przełączającej anteny jakiejś stacji radiowej.

Dla jasności, etykieta zamontowana na uchwycie przełącznika pokazuje wartość oporu odpowiadającą tej pozycji. Aby zapewnić pełną kompensację składowej biernej indukcyjnej, możliwe jest późniejsze podłączenie kondensatora zmiennego.

Poniższa tabela wyraźnie pokazuje, w jaki sposób opór zależy od liczby wykonanych obrotów. W tym przypadku obliczenia przeprowadzono w oparciu o stosunek oporów, który jest w kwadratowej zależności od całkowitej liczby wykonanych zwojów.