^Вверх

foto1 foto2 foto3 foto4 foto5


3G 4G LTE

CDMA

Wi-Fi

Антенны своими руками

3G-Aerial

Поиск на сайте

Сейчас на сайте

На сайте 59 гостей и ни одного пользователя

Вход на сайт

4.2 1 1 1 1 1 Рейтинг 84% [5 Голоса (ов)]

Я спрошу у вас, что может быть более интересное для изучения, чем переменный ток?

Николо Тесла.

полуволновая петля Всевозможные схемы согласования и симметрирования при соединении антенны и коаксиального фидера достаточно подробно описаны в любом букваре по антеннам. Однако не только неискушенный аноним, но и посетители достаточно серьезных форумов, часто впадают в шоковое состояние, увидев, например, схему согласования вибратора Писторкольса с помощью полуволнового U-колена. "Это какой то бред!" - пишут они - "Как может работать схема, в которой один конец подключен к антенне, а второй висит в воздухе? Цепь то не замкнута!" Это не бред, дорогой аноним, это переменный ток, текущий по "длинной линии". Вернее будет сказать - электромагнитная волна, распространяющаяся по длинной линии. Давайте разберемся в этом...

Для начала определимся зачем вообще городить этот огород с петлями. Из-за скин-эффекта ВЧ ток протекает в тонком поверхностном слое проводника толщиной в несколько микрометров. В результате коаксиальный кабель можно представить как систему из трех проводников - центрального, внутренней поверхности оплетки и совершенно независимой от нее внешней поверхности оплетки. Если коаксиальный кабель соединить напрямую с вибратором, то последний нагрузится несимметрично, диаграмма направленности его исказится, причем этот эффект еще усугубится подключением к вибратору внешней стороны оплетки, которая при этом становится частью антенны. В итоге мы можем прийти к ситуации, когда антенна с таким подключением становится эквивалентна куску провода, заброшенному на дерево. Так что, чтобы "посадить оплетку на ноль", придется мудрить петли, уважаемый аноним.

У симметричного вибратора Писторкольса с входным сопротивлением около 300 Ом точка нулевого потенциала находится на его геометрическом центре. При этом он представляется состоящим из двух одинаковых половин ("0-a" и "0-b") с противофазными источниками напряжения и сопротивлениями по 150 Ом. Соединяем "0-a" с "0-b" с помощью полуволновой петли. Петля не изменяет сопротивление, но переворачивает фазу на 180°. полуволновая петляВ результате на входе коаксиального кабеля оказываются два синфазных параллельных источника с сопротивлениями по 150 Ом. Напряжения суммируются, сопротивление из-за параллельного соединения, делится пополам и 75-омный фидер оказывается согласованным с источником. В сложных антеннах, например Uda-Yagi, варьируя размерами, прежде всего расстоянием до рефлектора, можно сделать входное сопротивление вибратора равным 200 Ом. Тогда "половинки" вибратора будут по 100 Ом и он согласуется по той же схеме с фидером 50 Ом. Поскольку свойства полуволновой петли не зависят от ее волнового сопротивления, возникает вопрос, какое сопротивление выбрать. Обычно используют тот же кабель, что и для фидера или пигтейла. Полоса пропускания такой системы получается около 30% от центральной частоты, что в большинстве случаев достаточно. Однако, если использовать петлю с волновым сопротивлением равным сопротивлению половинок вибратора (150 или 100 Ом), то она будет работать в режиме бегущей волны и не будет ограничивать полосу пропускания антенно-фидерной системы в целом. Так что если вам попался в руки кусок коаксиала с волновым сопротивлением 150 (100) Ом, приберегите его для U-колена.

Мы не зря в начале статьи привели цитату Н.Тесла, который стоял у истоков современной системы электроснабжения. Как известно, при симметричной нагрузке в трехфазной сети можно отказаться от использования нейтрали, поскольку сумма токов от всех фаз в ней равна нулю. В нашем случае, на концах петли присутствует противофазное напряжение и на участке 0-0` сумма токов равна нулю, поэтому этот кусок провода можно выбросить и схема останется работоспособной. Многие специалисты советуют оставить это соединение. Действительно, на метровых и дециметровых волнах в таком случае антенна работает лучше. Однако иногда, как у антенны Бабочка или Amos, нулевая точка находится "в воздухе" и подключаться просто некуда. На СВЧ лишний кусок провода - уже сам длинная линия, поэтому там лучше использовать минимально короткие выводы без лишних соединений. На следующем рисунке слева можно видеть как надо соединять петлю и фидер на частотах 3G, а справа - как не надо.match03

В случае разрезного вибратора, имеющего сопротивление около 75 (50) Ом, как у антенны Uda-Yagi конструкции DL6WU, тоже можно применять для согласования и симметрирования полуволновую петлю с небольшим дополнением. Вибратор также представляется состоящим из двух противофазных половинок с сопротивлениями 37,5 (25) Ом. К каждой половинке подключается четвертьволновый трансформатор, который трансформирует его в величину 150 (100) Ом в точки a и b (см. формулу для четвертьволнового трансформатора в статье о длинных линиях), после которых работает уже та же схема с полуволновой петлей. Конечно же нет необходимости делать разрыв в точке a, это сделано только для лучшего понимания механизма работы. Реально практическая конструкция петли для 75(50)-омного вибратора состоит из двух кусков с электрической длиной 3λ/4 и λ/4 такого же волнового сопротивления.match04

Поскольку волновое сопротивление фидера практически совпадает с входным сопротивлением разрезного вибратора, то хорошо было бы подключить его напрямую, исключив при этом протекание тока по внешней стороне оплетки. Такие схемы симметрирования существуют и называются схемами с отсечкой тока. Одна из них - схема с четвертьволновым стаканом. Идея заключается в том, что ток на внешней стороне оплетки попадает в дополнительный короткозамкнутый четвертьволновый отрезок линии с бесконечным сопротивлением (к сожалению только в теории бесконечным), отсекается ним, и дальше этого стакана не течет. Сложность заключается в некоторой геморройности конструктивного исполнения такого стакана, поскольку он висит на фидере. Как упростить эту задачу хорошо описано здесь.match05

Другим способом отсечки паразитного тока на внешней стороне оплетки фидера, с меньшими конструктивными сложностями, является применение четвертьволнового шлейфа. В принципе - это тот же четвертьволновый короткозамкнутый отрезок, только выполненный не в виде стакана, а в виде двухпроводной длинной линии. Иначе можно сказать, что параллельно основному фидеру, вернее его внешней стороне оплетки, подключается такой же провод с противофазным током от другой половинки вибратора и эти противофазные токи потом взаимно компенсируются в точке замыкания. Такая схема в свое время широко популяризировалась для антенны Тройной квадрат. Шлейф можно сделать из таких же трубок, как и вибратор, так и из коаксиального кабеля, такого же как и фидер.

Шлейфы и стаканы являются резонансными цепями и ограничивают полосу пропускания, однако они достаточно широкополосны, с полосой до 60% от центральной частоты. В тоже время, для таких антенн, как зигзаг Ховермана, - этого недостаточно. Выходом из положения является применение широкополосных трансформаторов на длинных линиях с ферритовыми сердечниками, ШПТЛ - в нашей литературе, TLT - в зарубежной. Теоретически такие ШПТЛ в режиме бегущей волны не имеют частотных ограничений, однако на практике их полоса ограничена сверху и снизу. Такие трансформаторы используются во всех польских усилителях с коэффициентом трансформации 4:1. Они намотаны на ферритовое кольцо или на "бинокль" и неплохо работают как в режиме 300:75, так и 200:50, имея полосу пропускания, охватывающую весь ДМВ диапазон.match06 Для согласования (симметрирования) антенн с входным сопротивлением 75(50) Ом также можно использовать ШПТЛ, но с коэффициентом трансформации 1:1. С этой целью можно переделать "польский" трансформатор, удалив из него одну из линий и произведя соединения по схеме на последнем рисунке под буквой г). Иногда можно встретить такие же ШПТЛ, но реализованные в виде полосковых линий на печатной плате. На частотах выше 1 ГГц можно просто надеть несколько ферритовых колец на фидер, получив суррогат ШПТЛ, а можно, для надежности отсечки тока, комбинировать это решение с четвертьволновым стаканом, как это сделано в конструкции коллинеарной антенны.

 Чем выше частота, тем выше вредное влияние паразитных индуктивностей и емкостей выводов, поэтому применение ферритовых ШПТЛ на частотах выше 1000 МГц нецелесообразно. По той же причине на СВЧ иногда имеет смысл сконструировать антенну без применения специальных симметрирующих устройств, как например сделал проф. Маршалл, справедливо полагая, что сплошной экран с размерами не менее длины волны неплохо может справиться с задачей отсечки паразитного тока в оплетке фидера.

Полезные ссылки:


  • DL2KQ - резонансное симметрирование отрезками линий

http://dl2kq.de

Комментарии   

DrakonMihan007
#1 DrakonMihan007 12.02.2016 09:22
Как согласовать 4 вибратора Харченко? 2 на 586мгц, 2 на 735, соедененны параллельно.Дум аю SWA справится...
3G-Aerial admin
#2 3G-Aerial admin 15.02.2016 08:38
pionnerd
#3 pionnerd 05.03.2016 16:06
Здравствуйте добавьте калькулятор антенны уголковый отражатель и диполь!
Спасибо.
bal
#4 bal 15.03.2016 21:12
помогите расчитать балун 6:1 (300ом в 50)
для частоты 88-108(централь ная 98мгц)
антенна яги для приёма
3G-Aerial admin
#5 3G-Aerial admin 16.03.2016 08:43
Цитирую bal:
помогите расчитать балун 6:1...

Писать такие просьбы и при этом подписываться несуществующим E-mail как то неэтично по меньшей мере, я думаю. На вопрос постараемся ответить на форуме.
Евгений
#6 Евгений 26.01.2017 18:44
СПОСОБЫ ПИТАНИЯ СОЕДИНЕННЫХ В СТЕК АНТЕНН
http://ra6foo.qrz.ru/stack.html
3G-Aerial admin
#7 3G-Aerial admin 27.01.2017 10:15
Комментарий больше бы подошел сюда, Евгений:
http://3g-aerial.biz/splitter
Аоександр
#8 Аоександр 10.01.2018 11:39
Про ШПТЛ 1:4 ясно, почти всё. А про ШПТЛ 1:1 физика процесса неясна. Поясните?
3G-Aerial admin
#9 3G-Aerial admin 10.01.2018 21:27
Спасибо что обратили внимание, Аоександр, на картинке ошибка. Правильно будет так:

Или лучше трехпроводный:
vk6ysf.com/balun_1-1.htm
Аоександр
#10 Аоександр 11.01.2018 00:01
Хорошо. Волновое сопротивление двухпроводной линии, намотанной дважды на сердечник, имеет значение? Зачем две встречновключен ных обмотки, это очень важно? Наружная часть оплетки кабеля снижения все равно будет излучать?
3G-Aerial admin
#11 3G-Aerial admin 11.01.2018 11:38
Это так называемый дроссельный балун. Приведено его схематичное изображение. Встречные обмотки играют роль только при повышенных уровнях мощности. Реально на частотах ДМВ достаточно намотать 2-3 витка коаксиала на кольцо или бинокль, на частотах выше 1ГГц можно просто надеть несколько колец на фидер. Отсечка тока в наружной части оплетки происходит за счет потерь в феррите и высокого индуктивного сопротивления такому току.
Аоександр
#12 Аоександр 11.01.2018 17:00
Не понятен смысл такого согласования/си мметрирования. Почему двухпров.линия дает эффект симметрирования и согласования? Ее волн.сопр.важно ?
3G-Aerial admin
#13 3G-Aerial admin 11.01.2018 18:29
Сопротивления входа, выхода и волновое сопротивление самой линии должны совпадать. Поэтому согласование здесь не происходит за ненадобностью. Симметрирование происходит как в дифференциально м трансформаторе за счет подавления синфазных токов. Как это понять по отношению к коаксиальной линии достаточно хорошо и подробно описано здесь:
dl2kq.de/ant/kniga/363.htm
и далее здесь:
dl2kq.de/ant/kniga/5542e.htm
Это о физике явления.
Аоександр
#14 Аоександр 12.01.2018 14:08
Симм.вибратор Пистольк. 300 Ом 500МГц и выше согласован U-коленом. Кабель сниж.75 Ом для отсечки наруж.волны на кольцо намотать или 1/4волн.шлейф КЗ лучше?
3G-Aerial admin
#15 3G-Aerial admin 12.01.2018 14:57
В U-колене, кроме трансформации сопротивлений, т.е. согласования, происходит и симметрирование . Поскольку оплетка в этом случае "сидит на нуле", а не подключена ко второму плечу вибратора,параз итного тока по наружной ее стороне нет. Поэтому в специальных мерах по отсечке тока нет необходимости.

Добавить комментарий

Комментарии от анонимов (не зарегистрированных пользователей сайта) предварительно модерируются. Модерация не проходит в реальном времени, возможна задержка. Особо нетерпеливых анонимов просим не публиковать подряд один и тот же пост. Пост в этом случае может быть отклонен модератором.
На сайте работает форум, на котором имеется гораздо больше возможностей для общения, чем в комментариях.


Последние коммы

  • Выбор материала для изготовления антенн.
    • 3G-Aerial admin
      Большинство наших калькуляторов, в том числе калькулятор антенны Харченко, основаны на компьютерных моделях ...
       
    • Петр
      Если программа показывает диаметр проволоки 10 мм то можно взять полосу шириной 10 мм или вытравить на ...
  • Расчет антенны Amos
    • Миша
      Извините что в рандом пост пишу, но все же - посоветуйте самую маленькую антенну для fm диапазона ...
  • Расчет спиральной антенны
    • 3G-Aerial admin
      Начало витка - точка пайки треугольника.
       
    • khomyakk
      Подскажите пожалуйста. Длина треугольного трансформатора входит в длину витка? Или по другому. Начало ...

Рейтинг@Mail.ru