Koordinerande enheter: syfte och konstruktionsprincip

2024 Författare: Henry Conors | [email protected]. Senast ändrad: 2024-02-12 12:56

I amatörövningar är det inte ofta möjligt att hitta antenner där ingångsimpedansen är lika med matarens vågimpedans, såväl som sändarens utgångsimpedans. I den överväldigande majoriteten av fallen är det inte möjligt att upptäcka en sådan korrespondens, därför måste specialiserade matchningsanordningar användas. Antenn, matare och även sändarens utgång ingår i ett enda system där energi överförs utan förlust.

Hur gör man det?

För att utföra denna ganska komplicerade uppgift måste du använda matchande enheter på två huvudsakliga ställen - det här är den punkt där antennen ansluts till mataren, och även den punkt där mataren ansluter till sändarens utgång. De mest utbredda idag är specialiserade transformationsanordningar, allt från oscillerande resonanskretsar till koaxi altransformatorer, gjorda i form av separata delar av en koaxialkabel av önskad längd. Alla dessa matchare används för att matcha impedanser, vilket i slutändan minimerar den totala överföringsledningsförlusten och, ännu viktigare, minskar utsläpp utanför bandet.

Resistans och dess egenskaper

I de flesta fall är standardutgångsimpedansen i moderna bredbandssändare 500 m. Det är värt att notera att många koaxialkablar som används som matare också skiljer sig i standardvärdet för vågimpedans på nivån 50 eller 750 m. Om man däremot överväger antenner för vilka matchande enheter kan användas, så har ingångsimpedansen i dem, beroende på design och typ, ett ganska brett spektrum av värden, allt från några ohm till hundratals och ännu mer.

Det är känt att i enelementsantenner är ingångsimpedansen vid resonansfrekvensen praktiskt taget aktiv, medan ju mer sändarfrekvensen skiljer sig från resonansen i en eller annan riktning, desto mer är den reaktiva komponenten av en induktiv eller kapacitiv karaktär kommer att visas i själva ingångsimpedansen. Samtidigt har flerelementsantenner en ingångsimpedans vid resonansfrekvensen, vilket är komplext på grund av att olika passiva element bidrar till bildandet av den reaktiva komponenten.

Om ingångsimpedansen är aktiv kan den matchas till impedansen med hjälp av en specialiserad antennmatchningsenhet. Det bör noteras att förlusterna här är praktiskt taget försumbara. Men omedelbart efter att en reaktiv komponent börjar bildas i ingångsresistansen kommer matchningsproceduren att bli mer och merkomplex, och mer och mer komplex antennmatchning kommer att behöva användas, med möjlighet att kompensera för oönskad reaktivitet, och bör placeras direkt vid matningspunkten. Om reaktivitet inte kompenseras kommer detta att påverka SWR i mataren negativt, samt öka de totala förlusterna avsevärt.

Ska jag göra det här?

Ett försök att helt kompensera för reaktivitet i den nedre änden av mataren misslyckas, eftersom det begränsas av själva enhetens egenskaper. Eventuella förändringar i sändarens frekvens inom de smala sektionerna av amatörbanden kommer i slutändan inte att leda till uppkomsten av en betydande reaktiv komponent, som ett resultat av vilket det ofta inte finns något behov av att kompensera för det. Det är också värt att notera att den korrekta designen av flerelementsantenner inte heller tillhandahåller en stor reaktiv komponent av den tillgängliga ingångsimpedansen, som inte kräver dess kompensation.

I luften kan du ofta hitta olika dispyter om rollen och syftet med en matchande enhet för en antenn (”lång tråd” eller annan typ) i processen att matcha en sändare med den. Vissa har ganska höga förhoppningar på det, medan andra helt enkelt anser att det är en vanlig leksak. Det är därför du måste förstå hur en antenntuner verkligen kan hjälpa i praktiken och var dess användning kommer att vara överflödig.

Vad är det här?

Först och främst måste du förstå att tunern är en högfrekvent resistanstransformator, med vilken det om nödvändigt kommer att vara möjligt att kompensera för induktiv eller kapacitiv reaktivitet. Tänk på ett extremt enkelt exempel:

Split vibrator, som vid resonansfrekvensen har en aktiv ingångsimpedans på 700 m, och samtidigt använder den en koaxialkabel med en sändare med en ingångsimpedans på ca 500 m. Tuners är installerade vid utgången av sändaren, och i denna situation kommer att vara för alla antenn (inklusive en "lång kabel") matchande enheter mellan sändaren och mataren, utan några svårigheter att klara av dess huvuduppgift.

Om sändaren ytterligare ställs in på en frekvens som skiljer sig från antennens resonansfrekvens, kan i detta fall reaktivitet uppträda i enhetens ingångsresistans, som därefter nästan omedelbart börjar visas vid den nedre änden av mataren. I det här fallet kommer den matchande enheten "P" i valfri serie också att kunna kompensera för det, och sändaren kommer återigen att ta emot överensstämmelse med mataren.

Vad blir utgången där mataren ansluts till antennen?

Om du använder tunern uteslutande vid sändarens utgång, kommer det i det här fallet inte att vara möjligt att ge full kompensation, och olika förluster kommer att börja uppstå i enheten, eftersom det blir ofullständig matchning. I den här situationen måste du användaen ansluten mellan antennen och mataren, vilket kommer att helt korrigera situationen och ge reaktivitetskompensation. I det här exemplet fungerar mataren som en matchad transmissionsledning med godtycklig längd.

Ett annat exempel

Slingantenn, som har ett aktivt ingångsmotstånd på cirka 1100 m, måste matchas med en 50 ohm transmissionsledning. Sändarens utgång är i detta fall 500 m.

Här måste du använda en matchande enhet för transceivern eller antennen, som kommer att installeras vid den punkt där mataren ansluts till antennen. I de allra flesta fall föredrar många hobbyister att använda olika typer av RF-transformatorer utrustade med ferritkärnor, men i själva verket är en kvartsvågskoaxi altransformator, som kan tillverkas av en standard 75 ohm-kabel, en mer bekväm lösning.

Hur implementerar man det?

Längden på kabelsektionen som används bör beräknas med formeln A/40,66, där A är våglängden och 0,66 är hastighetsfaktorn som används för de allra flesta moderna koaxialkablar. HF-antennmatchningsanordningarna i det här fallet kommer att anslutas mellan 50-ohm-mataren och antenningången, och om de rullas in i ett fack med en diameter på 15 till 20 cm, kommer det i det här fallet också att fungera som en balansering enhet. Mataren kommer att helt automatiskt anpassas till sändaren, liksomjämlikhet mellan deras motstånd, och i en sådan situation kommer det att vara möjligt att helt vägra tjänsterna för en standardantenntuner.

Ett annat alternativ

För ett sådant exempel kan vi överväga en annan optimal metod för matchning - att använda en multipel av en halvvågs- eller en halvvågskoaxialkabel, i princip, med valfri vågimpedans. Den ingår mellan tunern som är placerad nära sändaren och antennen. I detta fall överförs antennens ingångsimpedans, som har ett värde på 110 ohm, till den nedre änden av kabeln, varefter den, med hjälp av en antennmatchningsanordning, omvandlas till ett motstånd på 500 m. I denna fallet, full matchning av sändaren med antennen tillhandahålls, och mataren används som en repeater.

I svårare situationer, när ingångsimpedansen på antennen är olämplig för matarens karakteristiska impedans, som i sin tur inte motsvarar sändarens utgångsimpedans, krävs två HF-antennmatchningsanordningar. I det här fallet används den ena upptill för att matcha mataren till antennen, medan den andra används för att matcha mataren till sändaren i botten. Samtidigt finns det inget sätt att göra någon matchande enhet med dina egna händer, som kan användas ensam för att matcha hela kretsen.

Uppkomsten av reaktivitet kommer att göra situationen ännu mer komplicerad. I det här fallet kommer HF-matchningsanordningar att förbättras avsevärtmatcha sändaren med mataren, vilket ger en betydande förenkling av arbetet i det sista steget, men du bör inte förvänta dig mer av dem. På grund av det faktum att mataren inte matchar antennen kommer förluster att uppstå, så själva enhetens effektivitet kommer att underskattas. En aktiverad SWR-mätare installerad mellan tunern och sändaren kommer att säkerställa att SWR=1 är fixerad, och denna effekt kan inte uppnås mellan mataren och tunern, eftersom det finns en obalans.

Slutsats

Fördelen med tunern är att den låter dig behålla det optimala läget för sändaren när du arbetar på en inkonsekvent belastning. Men samtidigt kan en förbättring av effektiviteten hos en antenn (inklusive den "långa tråden") inte säkerställas - de matchande enheterna är maktlösa om den inte matchar mataren.

P-krets, som används i sändarens slutsteg, kan också användas som en antenntuner, men endast om det sker en funktionsändring i induktansen och varje kapacitans. I de allra flesta fall är både manuella och automatiska tuners resonanskonturavstämbara enheter, oavsett om de är monterade på fabriken eller om någon bestämde sig för att göra en matchande enhet för antennen med sina egna händer. Det finns två eller tre regleringselement i manuella, och de är själva inte i drift, medan automatiska är dyra, och för arbete med allvarliga kapaciteter kan deras kostnad vara extremt hög.

Bredbandsmatchningsenhet

Denna tuner uppfyller de allra flesta varianter där det är nödvändigt att säkerställa att antennen matchar sändaren. Sådan utrustning är ganska effektiv i processen att arbeta med antenner som används på övertoner, om mataren är en halvvågsrepeater. I denna situation skiljer sig antennens ingångsimpedans på olika band, men tunern möjliggör enkel matchning med sändaren. Den föreslagna enheten kan enkelt arbeta med sändareffekter upp till 1,5 kW i frekvensbandet från 1,5 till 30 MHz. Du kan till och med göra en sådan enhet med dina egna händer.

Huvudelementen i tunern är en RF-autotransformator på en ferritring från avlänkningssystemet TV UNT-35, samt en switch designad för 17 positioner. Det är möjligt att använda konringar från modellerna UNT-47/59 eller någon annan. Det finns 12 varv i lindningen, som lindas till två trådar, medan början av en kombineras med slutet av den andra. I diagrammet och i tabellen är numreringen av varven klar, medan själva tråden är tvinnad och innesluten i fluorplastisk isolering. För isolering är tråddiametern 2,5 mm, vilket ger tappningar från varje varv, med start från den åttonde, om man räknar från den jordade änden.

Autotransformatorn installeras så nära strömbrytaren som möjligt, medan anslutningsledarna mellan dem måste ha ett minimumlängd. Det är möjligt att använda en omkopplare med 11 lägen, om designen av transformatorn med ett inte så stort antal uttag sparas, till exempel från 10 till 20 varv, men i en sådan situation kommer också resistanstransformationsintervallet att minska.

Genom att veta det exakta värdet på antennens ingångsimpedans kan du använda en sådan transformator för att matcha antennen med en 50 eller 750 m matare, med endast de mest nödvändiga uttagen. I en sådan situation placeras den i en speciell fuktsäker låda, varefter den fylls med paraffin och placeras direkt vid antennens matningspunkt. Själva matchningsenheten kan utföras som en oberoende design eller inkluderas i en speciell antennväxlingsenhet hos någon radiostation.

För tydlighetens skull visar etiketten som är monterad på omkopplarhandtaget det motståndsvärde som motsvarar detta läge. För att säkerställa full kompensation av den reaktiva induktiva komponenten är det möjligt att i efterhand ansluta en variabel kondensator.

Tabellen nedan visar tydligt hur motståndet beror på antalet varv du har gjort. I det här fallet utfördes beräkningen utifrån förhållandet mellan motstånd, vilket är kvadratiskt beroende av det totala antalet gjorda varv.