Тюнер для симметричной линии

ref  в блоге  Антенны
А.КРОХМАЛЬ, RM4HM, г.Сызрань.
В последние годы, из-за роста цен на коаксиальный кабель, радиолюбители вспомнили о замечательном антенном фидере — симметричной линии. По сравнению с коаксиальным кабелем симметричная линия имеет очень низкие потери при больших значениях КСВ (когда коаксиапьный кабель практически неработоспособен) и возможность настройки практически пюбого вибратора в резонанс при электрическом удлинении или укорочении линии (это открывает широкое поле деятельности при создании качественных многодиапазонных антенн). Подробно свойства симметричной пинии питания рассмотрены в [1]. 

Непосредственное подключение симметричной линии к несимметричному выходу оконечного каскада передатчика, как правило, приводит к негативным результатам. Даже если поспе элементов согласования П-контура установить симметрирующий широкополосный трансформатор или применить Т-образной тюнер с симметрирующим трансформатором на выходе, удовпетвори-тельной работы можно добиться только при минимальной реактивности на входе симметричной линии. Один из таких примеров — питание вибратора в пучности напряжения с помощью симметричной пинии, длина которой составляет Л/4 рабочего диапазона частот (или кратна нечетному количеству длин )JA). У такой антенны симметричная линия является трансформатором, согласующим низкое входное сопротивление трансивера с высоким сопротивле-нием антенны. Как правипо, под такую антенную систему рассчитаны симметричные выходы в различных импортных Т-образных тюнерах. 

Если же реактивность на входе симметричной линии (в точке подключения трансивера или тюнера) велика, то в силу того, что широкополосные трансформаторы плохо работают на реактивную нагрузку, потери в антенно-фидерной системе будут велики, и при большой мощности передатчика широкополосный трансформатор может выйти из строя. Разумеется, в такой антенно-фидерной системе теряются все выгоды применения симметричной линии. 

Для того чтобы в полной мере использовать замечательные свойства симметричной линии, необходим симметричный тюнер, элементы трансформации и компенсации реактивных составпяющих которого непосредственно «работают с импедансом» симметричной линии, т.е. компенсируют реактивность на входе линии. 

Некоторые зарубежные фирмы выпускают симметричные тюнеры. К сожалению, эти устройства довольно дороги (например, хорошо зарекомендовавший себя в работе на симметричную линию антенный тюнер MFJ-976 стоит почти 500 USD). Это приводит нас, радиолюбителей, к мысли о самостоятельном изготовлении такой конструкции. 

Схема симметричного тюнера, который имеет элементы трансформации сопротивлений и компенсации реактивных составпяющих, приведена на рис.1. Эта схема с так называемым V-образным или р (бета)-согласованием. Принцип ее работы прост: при согласовании выходного сопротивпения широкопо лосного трансформатора Т1 с комплексным сопротивлением, имеющимся на входе симметричной линии, к меньшему сопротивлению подкпючается последовательный реактивный элемент (емкость), а к большему — параллельный (индуктивность). Т1 — симметрирующий широкополосный трансформатор (ШПТ) с коэффициентом трансформации сопротивлений 1:4. В качестве сердечника трансформатора можно применить кольцевой ферритовый сердечник К20ВЧ — К400НН. Типоразмер сердечника опредепяет габаритную мощность трансформатора и максимальную ВЧ мощность, которую можно подать на вход тюнера. С достаточной дпя практических цепей точностью можно принять, что 1 см2 поперечного сечения кольцевого ферритового сердечника способен трансформировать 300 Вт подводимой к нему мощности. 
t1a.JPGПри этом необходимо учесть спедующее. Ферритовые кольца К100НН — К400НН с повышением рабочей частоты теряют способность передавать магнитный поток. Это приводит к тому, что габаритная мощность широкополосного трансформатора на таких кольцах с повышением частоты уменьшается. Наоборот, передача магнитного потока у колец К20ВЧ — К50ВЧ на любительских НЧ диапазонах минимальна, а с повышением частоты увеличивается, а значит, увеличивается габаритная мощность такого трансформатора. В любом случае, применяя кольца той или иной магнитной проницаемости, ШПТ следует изготовить с запасом габаритной мощности — лишним это не будет. 

При изготовлении ШПТ 1:4 для обмоток удобно использовать двухжильный монтажный медный провод с сечением жил не менее 1,5 мм2, применяемый для прокладки скрытой электропроводки в квартирах. Диэлектрические свойства виниловой изоляции этого провода вполне достаточны для надежной работы трансформатора при подводимых к нему мощностях до 1 кВт. Если приобретение ферритовых колец затруднено, то не стоит отчаиваться. Симметрирующий трансформатор 1:4 можно изготовить из коаксиального кабеля (рис.2). Кабель свивают в плоскую катушку с последующим креплением витков ПХВ-изолентой.
Согласующим элементам схемы абсолютно безразлично, до какого значения трансформировать/согласовывать подведенный к ним импеданс симметричной линии. Поэтому в качестве Т1 может работать трансформатор с коэффициентом трансформации сопротивлений 1:1. Вариант схемы тюнера, в котором применяется такой трансформатор, приведен на рис.3. Здесь становится ненужным переключатель выбора вида согласования, но переключатель удобно использовать для режима «Обход». В таком режиме можно работать с симметричной линией, имеющей минимальную реактивность на входе. Однако изготовление трехобмоточного трансформатора менее технологично и более трудоемко, чем двухоб-моточного с коэффициентом трансформации сопротивлений 1:4.
t2a.JPG

На максимальную подводимую к тюнеру мощность влияет не только габаритная мощность трансформатора Т1, но и зазор между пластинами конденсаторов переменной емкости С1.1 и С1.2. При мощности передатчика 300 — 350 Вт зазор между пластинами должен быть не менее 0,5 мм. Кроме того, роторы и статоры КПЕ должны размещаться на фарфоровых осях и изоляторах, т.е. быть изолированы как от корпуса, так и друг от друга, но иметь общую ось настройки. Не путайте эти два КПЕ с 2-секционными КПЕ, роторы которых связаны контактом не только между собой, но и с корпусом конденсатора! 

Конструкция катушки с переменной индуктивностью — любая. Лучшей является катушка с перемещаемым роликовым или пол-зунковым контактом. Вполне приличные результаты можно получить, применив шаровый вариометр. Если используется катушка с переключаемыми отводами, то следует обратить внимание на электрическую прочность переключателя отводов. Для точного согласования изменение индуктивности у катушки отводами должно происходить с небольшим шагом. 

Еще раз подчеркну, что данная схема тюнера очень критична к емкости и индуктивности реактивных элементов схемы согласования. Их величина зависит не только от частоты, но и от импеданса и реактивности на входе симметричной линии. 
t3a.JPG
Широкополосный трансформатор Т1 — самая ответственная деталь в симметричном тюнере. От качества работы трансформатора зависит качество работы всей конструкции в целом. Качество са-мостоятельно изготовленного трансформатора можно легко определить экспериментально. Для этого включаем КСВ-метр между трансивером и трансформатором. В зависимости от выходного сопротивления трансивера (50 или 75 Ом) КСВ-метр должен быть сконструирован и отградуирован для работы с выбранным волновым сопротивлением тракта. Выход трансформатора нагружаем на два включенных последовательно безындукционных резистора сопротивлением 100 (150) Ом для ШПТ 1:4 и 25 (37,5) Ом для ШПТ 1:1. Резисторы следует подобрать с максимально близким сопротивлением. 

Подаем с трансивера ВЧ сигнал и измеряем КСВ на всех KB диапазонах. В идеале КСВ на всех частотах должен быть близок к 1. Однако добиться этого крайне сложно из-за завала АЧХ, определяемой свойствами примененного ферритового сердечника и качеством намотки трансформатора. Например, в авторском варианте широкополосного трансформатора при использовании ферритового кольца К300НН завал АЧХ происходит на частотах от 21 МГц и выше (в диапазоне 10 м КСВ увеличивается до 1,5). 

ВЧ вольтметром относительно «земли» (общего провода) следует измерить ВЧ напряжение на выходах трансформатора. На обоих выходах оно должно быть одинаковым (разница напряжений — не более ±5%). При измерении напряжения относительно средней точки соединения резисторов ВЧ вольтметр не должен фиксировать ВЧ напряжение. В противном случае имеет место асимметрия выходного напряжения, обусловленная некачественным изготовлением трансформатора, т.е. разной длиной проводов обмоток. 

Равенство напряжений на выходах трансформатора и отсутствие «перекоса» напряжений на резисторах нагрузки свидетепьствует о хорошей симметрии обмоток трансформатора. Измерения следует произвести во всех пюбитепьских KB диапазонах, а затем, для сравнения рабочих характеристик трансформатора, свести их в таблицу. 

t4a.JPGДля проведения измерений не обязательно применять промышленный ВЧ вольтметр. В точках измерения мы имеем дело с низким сопротивпением, поэтому исследо-вание рабочих характеристик трансформатора можно провести самодельным низкоомным ВЧ вольтметром (рис.4). Правда, из-за зависимости свойств диода от частоты не удастся-измерить реальную величину завала АЧХ и КПД трансформатора, но этот прибор позвонит измерить напряжения на выходах трансформатора и обнаружить «перекос» напряжений на нагрузочных резисторах. 

Как и при работе с КСВ-метром, точность самодепьного ВЧ вольтметра повышается при подведении к трансформатору достаточно большой ВЧ мощности от передатчика. 

Подробно с принципами работы и расчета ШПТ можно познакомиться в [2], а радиолюбители, которые не имеют возможности изготовить самодельный ШПТ, могут в качестве Т1 применить фирменные симметрирующие трансформаторы с коэффициентом трансформации 1:4 или 1:1 (например, LDG RBA 1:1 (1:4) или MFJ-918). 

Существуют другие схемы согласующих устройств для работы с симметричной линией (3]. По мнению автора, схему, предпоженную в [3], следует применять при очень большой мощности передатчика. Если мощность передатчика не превышает 1 кВт, нецепесообразно отказываться от компактного симметрирующего трансформатора на ферритовом кольце. 

Литература
  1. К.Ротхаммель. Антенны. Т.1, изд. 11, исправпенное.
  2. С.Бунин, Л.Яйленко. Справочник радиолюбитепя — коротковолновика. — Киев, Техтка, 1984.
  3. И.Подгорный, EW1MM. Универсальное антенное согласующее устройство. — Радиолюбитель, 1994, №8.

  • 0
  • 0
  • мне нравится
    не нравится
    0
  • 14769