Koordinerende enheter: formål og konstruksjonsprinsipp

2024 Forfatter: Henry Conors | [email protected]. Sist endret: 2024-02-12 11:32

I amatørpraksis er det ikke ofte mulig å finne antenner der inngangsimpedansen er lik bølgeimpedansen til materen, samt utgangsimpedansen til senderen. I det overveldende flertallet av tilfellene er det ikke mulig å oppdage en slik korrespondanse, derfor må spesialiserte matchende enheter brukes. Antenne, mater og også utgangen til senderen er inkludert i et enkelt system der energi overføres uten tap.

Hvordan gjør jeg det?

For å utføre denne ganske kompliserte oppgaven, må du bruke matchende enheter på to hovedsteder - dette er punktet der antennen kobles til materen, og også punktet der materen kobles til utgangen på senderen. De mest utbredte i dag er spesialiserte transformasjonsenheter, alt fra oscillerende resonanskretser til koaksiale transformatorer, laget i form av separate deler av en koaksialkabel med ønsket lengde. Alle disse matcherne brukes til å matche impedanser, og til slutt minimere det totale tapet av overføringslinjer og, enda viktigere, redusere utslipp utenfor båndet.

motstand og dens funksjoner

I de fleste tilfeller er standard utgangsimpedans i moderne bredbåndssendere 500 m. Det er verdt å merke seg at mange koaksialkabler som brukes som mater også er forskjellige i standardverdien for bølgeimpedans på nivået 50 eller 750 m Hvis du imidlertid vurderer antenner som matchende enheter kan brukes til, så, avhengig av design og type, har inngangsimpedansen i dem et ganske bredt spekter av verdier, fra noen få ohm til hundrevis og enda mer.

Det er kjent at i enkeltelementantenner er inngangsimpedansen ved resonansfrekvensen praktisk t alt aktiv, mens jo mer senderfrekvensen skiller seg fra resonansen i en eller annen retning, jo mer er den reaktive komponenten til en induktiv eller kapasitiv natur vil vises i selve inngangsimpedansen. Samtidig har flerelementsantenner en inngangsimpedans ved resonansfrekvensen, noe som er komplekst på grunn av at ulike passive elementer bidrar til dannelsen av den reaktive komponenten.

Hvis inngangsimpedansen er aktiv, kan den tilpasses til impedansen ved hjelp av en spesialisert antennetilpasningsenhet. Det skal bemerkes at tapene her er praktisk t alt ubetydelige. Imidlertid, umiddelbart etter at en reaktiv komponent begynner å dannes i inngangsmotstanden, vil matchingsprosedyren bli mer og merkompleks, og mer og mer kompleks antennetilpasning må brukes, med mulighet for å kompensere for uønsket reaktivitet, og bør plasseres direkte ved matepunktet. Hvis reaktivitet ikke kompenseres, vil dette påvirke SWR i materen negativt, samt øke de totale tapene betydelig.

Skal jeg gjøre dette?

Et forsøk på å kompensere fullstendig for reaktivitet i den nedre enden av materen er mislykket, siden det er begrenset av egenskapene til selve enheten. Eventuelle endringer i frekvensen til senderen innenfor de smale delene av amatørbåndene vil til slutt ikke føre til utseendet til en betydelig reaktiv komponent, som et resultat av at det ofte ikke er behov for å kompensere for det. Det er også verdt å merke seg at den riktige utformingen av multi-element antenner heller ikke sørger for en stor reaktiv komponent av den tilgjengelige inngangsimpedansen, som ikke krever dens kompensasjon.

På lufta kan du ofte finne ulike tvister om rollen og formålet med en matchende enhet for en antenne (“lang ledning” eller en annen type) i ferd med å matche en sender med den. Noen har ganske store forhåpninger til det, mens andre rett og slett anser det som et vanlig leketøy. Det er derfor du må forstå hvordan en antennetuner virkelig kan hjelpe i praksis, og hvor bruken av den vil være overflødig.

Hva er dette?

Først av alt, må du forstå riktig at tuneren er en høyfrekvent motstandstransformator, med hvilken det om nødvendig vil være mulig å kompensere for induktiv eller kapasitiv reaktivitet. Tenk på et ekstremt enkelt eksempel:

Split vibrator, som ved resonansfrekvensen har en aktiv inngangsimpedans på 700 m, og samtidig bruker den en koaksialkabel med en sender som har en inngangsimpedans på ca 500 m. Tunere er installert ved utgangen av senderen, og i denne situasjonen vil være for enhver antenne (inkludert en "lang kabel") som matcher enheter mellom senderen og materen, uten noen problemer med å takle hovedoppgaven.

Hvis senderen er innstilt videre til en frekvens som avviker fra resonansfrekvensen til antennen, kan det i dette tilfellet vises reaktivitet i inngangsmotstanden til enheten, som deretter nesten umiddelbart begynner å vises ved den nedre enden av materen. I dette tilfellet vil den matchende enheten "P" i en hvilken som helst serie også kunne kompensere for det, og senderen vil igjen motta konsistens med materen.

Hva blir utgangen der materen kobles til antennen?

Hvis du bruker tuneren utelukkende ved utgangen av senderen, vil det i dette tilfellet ikke være mulig å gi full kompensasjon, og ulike tap vil begynne å oppstå i enheten, siden det vil være ufullstendig matching. I denne situasjonen må du brukeen koblet mellom antennen og materen, som vil korrigere situasjonen fullstendig og gi reaktivitetskompensasjon. I dette eksemplet fungerer materen som en tilpasset overføringslinje med vilkårlig lengde.

Et annet eksempel

Sløyfeantenne, som har en aktiv inngangsmotstand på ca. 1100 m, må matches med en 50 ohm overføringslinje. Senderens utgang i dette tilfellet er 500 m.

Her må du bruke en matchende enhet for transceiveren eller antennen, som vil bli installert på punktet der materen kobles til antennen. I de aller fleste tilfeller foretrekker mange hobbyister å bruke ulike typer RF-transformatorer utstyrt med ferrittkjerner, men faktisk er en kvartbølge-koaksi altransformator, som kan lages av standard 75 ohm-kabel, en mer praktisk løsning.

Hvordan implementerer jeg det?

Lengden på kabelseksjonen som brukes bør beregnes ved å bruke formelen A/40,66, hvor A er bølgelengden og 0,66 er hastighetsfaktoren som brukes for de aller fleste moderne koaksialkabler. HF-antennetilpasningsenhetene i dette tilfellet vil være koblet mellom 50-ohm-materen og antenneinngangen, og hvis de rulles inn i en bukt med en diameter på 15 til 20 cm, vil den i dette tilfellet også fungere som en balansering enhet. Materen vil bli helautomatisk tilpasset til senderen, samtlik motstand, og i en slik situasjon vil det være mulig å fullstendig nekte tjenestene til en standard antennetuner.

Et annet alternativ

For et slikt eksempel kan vi vurdere en annen optimal metode for matching - å bruke et multiplum av en halv bølge eller en halvbølge koaksialkabel, i prinsippet, med hvilken som helst bølgeimpedans. Den er inkludert mellom tuneren plassert i nærheten av senderen og antennen. I dette tilfellet overføres inngangsimpedansen til antennen, som har en verdi på 110 ohm, til den nedre enden av kabelen, hvoretter den ved hjelp av en antennetilpasningsenhet omdannes til en motstand på 500 m. I denne etui, full matching av senderen med antennen er gitt, og materen brukes som en repeater.

I mer alvorlige situasjoner, når inngangsimpedansen til antennen er upassende for den karakteristiske impedansen til materen, som igjen ikke samsvarer med utgangsimpedansen til senderen, kreves det to HF-antennetilpasningsenheter. I dette tilfellet brukes den ene på toppen for å matche materen til antennen, mens den andre brukes til å matche materen til senderen nederst. Samtidig er det ingen måte å lage en matchende enhet med egne hender, som kan brukes alene for å matche hele kretsen.

Fremveksten av reaktivitet vil gjøre situasjonen enda mer komplisert. I dette tilfellet vil HF-tilpasningsenheter forbedres betydeligå matche senderen med materen, og dermed gi en betydelig forenkling av arbeidet i sluttfasen, men du bør ikke forvente mer av dem. På grunn av det faktum at materen ikke stemmer overens med antennen, vil tap vises, så effektiviteten til selve enheten vil bli undervurdert. En aktivert SWR-måler installert mellom tuneren og senderen vil sikre at SWR=1 er fast, og denne effekten kan ikke oppnås mellom materen og tuneren, siden det er en mismatch.

Konklusjon

Fordelen med tuneren er at den lar deg opprettholde den optimale modusen til senderen i prosessen med å jobbe med en inkonsekvent belastning. Men samtidig kan en forbedring i effektiviteten til en hvilken som helst antenne (inkludert den "lange ledningen") ikke sikres - de matchende enhetene er maktesløse hvis de ikke stemmer overens med materen.

P-krets, som brukes i utgangstrinnet til senderen, kan også brukes som en antennetuner, men kun hvis det er en driftsendring i induktansen og hver kapasitans. I de aller fleste tilfeller er både manuelle og automatiske tunere enheter som kan justeres med resonanskontur, uavhengig av om de er satt sammen på fabrikken eller noen bestemte seg for å lage en matchende enhet for antennen med egne hender. Det er to eller tre reguleringselementer i manuelle, og de er i seg selv ikke operative i drift, mens automatiske er dyre, og for arbeid med alvorlige kapasiteter kan kostnadene være ekstremt høye.

Bredbåndsmatchende enhet

Denne tuneren tilfredsstiller de aller fleste variasjoner der det er nødvendig å sikre samsvar mellom antennen og senderen. Slikt utstyr er ganske effektivt i prosessen med å jobbe med antenner som brukes på harmoniske, hvis materen er en halvbølgerepeater. I denne situasjonen er inngangsimpedansen til antennen forskjellig på forskjellige bånd, men tuneren gjør det enkelt å matche med senderen. Den foreslåtte enheten kan enkelt operere med sendereffekter på opptil 1,5 kW i frekvensbåndet fra 1,5 til 30 MHz. Du kan til og med lage en slik enhet med egne hender.

Hovedelementene i tuneren er en RF-autotransformator på en ferrittring fra avbøyningssystemet TV UNT-35, samt en bryter designet for 17 posisjoner. Det er mulig å bruke kjegleringer fra modellene UNT-47/59 eller andre. Det er 12 svinger i viklingen, som er viklet til to ledninger, mens begynnelsen av den ene kombineres med slutten av den andre. I diagrammet og i tabellen er nummereringen av svingene gjennom, mens selve ledningen er strandet og innelukket i fluoroplastisk isolasjon. For isolasjon er ledningsdiameteren 2,5 mm, og gir uttak fra hver omdreining, fra den åttende, hvis man teller fra den jordede enden.

Autotransformatoren monteres så nær bryteren som mulig, mens forbindelseslederne mellom dem skal ha minimumlengde. Det er mulig å bruke en bryter med 11 posisjoner, hvis utformingen av transformatoren med et ikke så stort antall kraner lagres, for eksempel fra 10 til 20 omdreininger, men i en slik situasjon vil motstandstransformasjonsintervallet også reduseres.

Når du kjenner den nøyaktige verdien av inngangsimpedansen til antennen, kan du bruke en slik transformator for å matche antennen med en 50 eller 750 m feeder, ved å bruke bare de mest nødvendige kranene. I en slik situasjon legges den i en spesiell fuktsikker boks, hvoretter den fylles med parafin og plasseres direkte ved antennens matepunkt. Selve samsvarsenheten kan utføres som et uavhengig design eller inkluderes i en spesiell antennesvitsjingsenhet til en radiostasjon.

For tydelighetens skyld viser etiketten som er montert på bryterhåndtaket motstandsverdien som tilsvarer denne posisjonen. For å sikre full kompensasjon av den reaktive induktive komponenten, er det mulig å koble til en variabel kondensator i etterkant.

Tabellen nedenfor viser tydelig hvordan motstanden avhenger av antall svinger du har gjort. I dette tilfellet ble beregningen utført basert på forholdet mellom motstander, som er kvadratisk avhengig av det totale antallet svinger som er gjort.