QRZ-Прикарпаття » Технічна частина » Погодження антен чвертьхвильовим трансформатором

Погодження антен чвертьхвильовим трансформатором

Опублікував на сайті UW5SW від 28.02.2024, 06:59
 (голосів: 2)

DELTA LOOP 28MHz

 

Впродовж багатьох років на колективних радіостанціях UR4SYM, UR4SWF добре себе зарекомендували у роботі антени Delta Loop на діапазони 80м, 40м, 20м. Погодження цих антен з фідером здійснено короткозамкнутим шлейфом з коаксиального кабелю РК-75. При виготовленні антен використано готові розрахунки довжини кабелю, але методики цих розрахунків не збереглось. Під час виготовлення антени на діапазон 10м, на мій подив, пошук в інтернеті простої методики розрахунків чвертьхвильового трансформатора результатів не дав. Згодом вдалось знайти статтю Владислава, UT4EN на сайті радіоаматорів Павлограда за даною тематикою, про що й піде мова далі.

Оригінал статті та калькуляторanttune.zip [583.29 Kb] (скачувань: 24)

Нижче приведений переклад статті.

Чвертьхвильовий трансформатор виготовлений з відрізку кабелю, довжиною у чверть довжини хвилі. Він може бути виконаний також у вигляді хвильової лінії чи резонатора, але на КХ доцільно використовувати саме коаксиальний кабель.

Електрична довжина відрізка – чверть довжини хвилі, фізична довжина – з урахуванням Ку – коефіцієнта вкорочення кабелю, математична довжина – π/2 або 90о. Така лінія має властивість трансформувати опір і називається чвертьхвильовим трансформатором.

Такий трансформатор можна використовувати для узгодження антени із фідерною лінією. Для прикладу, візьмемо широко поширену антену (повнорозмірну рамку з периметром, що дорівнює довжині хвилі) - трикутник «дельта», опором 112 Ом і зробимо розрахунки для живлення кабелем з хвильовим опором 50 Ом. Трансформатор виготовлений з кабелю з хвильовим опором 75 Ом:

 

Rн = 75·75/112 = 50,22

 

Слід зазначити, що узгодження за допомогою чвертьхвильового трансформатора – це однодіапазонний варіант. Розрахунки проводяться на частоті резонансу антени, де опір не має реактивної складової. Якщо антена дозволяє працювати на різних діапазонах, то для кожного діапазону потрібен свій трансформатор. За допомогою чвертьхвильових трансформаторів легко пояснити принцип напівхвильового повторювача. Представимо його у вигляді двох чвертьхвильових трансформаторів, з'єднаних послідовно.

Взявши вихідні дані з попереднього прикладу – Rа = 112 Ом та кабель 75 Ом, отримаємо:

перший трансформатор перетворює:

 

R1 = 75·75/112 = 50,22 Ом,

 

другий:

 

Rн = 75·75/50,22 = 112 Ом.

 

На виході такого напівхвильового відрізка отримуємо той самий опір, що й на вході.

Повернемося до чвертьхвильового трансформатора. Якщо один кінець такого трансформатора замкнути накоротко, відкритий кінець матиме, теоретично, безскінечний опір. 

Якщо до відкритого кінця підключити навантаження з опором , то опір уздовж лінії розподілиться від нуля до але не лінійно, пропорційно до синусоїдальної функції. І коли кут змінюється від нуля град. до 90 град. (π/2) (а це відповідає лінійним розмірам від закороченого кінця до точки підключення навантаження) значення синуса змінюються від 0 до 1, а опір від нуля до опору навантаження.

Якщо підключити фідер до такого трансформатора, то пересуваючи точку підключення, можна знайти точку з опором, що дорівнює хвильовому опору фідера.

Ця властивість використовується для узгодження антен із фідером. При цьому не має значення яким кабелем, з яким хвильовим опором зроблений чвертьхвильовий трансформатор і яким кабелем виконана фідерна лінія. Вони можуть мати різний хвильовий опір та різний коефіцієнт вкорочення. На жаль, ніде не приводиться розрахунок такого погодження, а даються готові розміри для конкретного випадку. Шукати точку підключення експериментально-невдячне заняття. Розглянемо кілька варіантів.

 

1. Опір антени вищий від хвильового опору кабелю.

 

У цьому випадку підключаємо антену до відкритого кінця трансформатора.

Нам необхідно розрахувати в яку точку підключити фідер, міряючи від закороченого кінця. На рисунку це довжина L.

Для розрахунку використовуємо формулу:

де        

Ra – опір антени;

Rф – хвильовий опір фідерної лінії;

Ку – коефіцієнт вкорочення кабелю трансформатора;

F – частота в МГц.

 

Для нашого прикладу (опір антени 112 Ом, фідера 75 Ом, трансформатор з кабелю з Ку = 0,66, F = 3,6 МГц) знайдемо точку підключення фідера, рахуючи від закороченого кінця:

 

L =  150·0,66·arcsin(sqrt(75/112))/3,14/3,6  =  8,39 м

 

Якщо підставити у формулу рівні значення опорів антени і фідера (наприклад, опір фідера дорівнює опору антени = 112 Ом),

 

L =  150·0,66·arcsin(sqrt(112/112))/3,14/3,6  =  13,75 м

 

Це і є чверть довжини хвилі.

Чвертьхвильовий трансформатор має ще одну чудову властивість. При зміні частоти в сторону від резонансу, опір антени набуває комплексного характеру зі знаком реактивної складової плюс або мінус. Опір чвертьхвильового трансформатора також стає реактивним, але з протилежним знаком. Це призводить до взаємної компенсації реактивних складових та розширення смуги пропускання резонансних антен до 20%, що є дуже важливим на діапазонах 80 і 40 м.

 

2. Опір антени нижче опору кабелю.

 

У цьому випадку до відкритого кінця чвертьхвильового трансформатора підключають фідер, а антену до точки між замкнутим кінцем трансформатора та фідером.

Якщо чвертьхвильовий трансформатор і фідерна лінія виготовлені з однакового кабелю, можна зробити таке перетворення:
Залишається зробити розрахунок точки підключення антени. Розрахунок проводимо практично за тією ж формулою, помінявши місцями Rа і Rф:
Владислав Кеденко UT4EN ut4en@ukr.net  

Методика розрахунку та калькуляторanttune.zip [583.29 Kb] (скачувань: 24)

 

Переклад: UW5SW

Шановний відвідувач, ви зайшли на сайт як незареєстрований користувач.
Рекомендуємо вам зареєструватись або увійти на сайт під своїм позивним.

Коментарі:

Залишити коментар