|
|
Полуволновый повторитель: мифы и реальность
Автор: В.М. Тихонов / UR 4 III / |
Среди коротковолновиков, особенно среди тех, кто работает преимущественно на диапазонах 160 и 80 м., бытует мнение, что лучшим способом согласования антенны с выходным каскадом является использование полуволнового повторителя. Он, дескать, позволяет определить резонансную частоту антенны, трансформирует 1:1 её входное сопротивление к выходу передатчика и здесь посредством П-контура оно легко согласуется. КСВ при этом получается хороший не только на основном диапазоне, но и на других.
Истинность этого мнения легко проверяется качественным анализом процессов, происходящих в антенно-фидерной системе при полуволновой длине линии питания. Распределение тока и напряжения по полотну "резонансных" антенн аналогично такому же распределению в линиях питания.
Напомню, что, если линия разомкнута на конце, то при изменении её длины от нуля до четверти волны в её входном сопротивлении присутствует спадающая реактивность емкостного характера. При четвертьволновой длине входное сопротивление линии активное. При длине линии от четверти волны до половины во входном сопротивлении линии присутствует возрастающая реактивность индуктивного характера. При полуволновой длине входное сопротивление становится активным с теоретически бесконечным и практически большим значением. При дальнейшем увеличении длины линии в её входном сопротивлении проявляется спадающая реактивность емкостного характера.
Если линия замкнута на конце, то при изменении длины от нуля до четверти волны в её входном сопротивлении присутствует возрастающая реактивность индуктивного характера. При четвертьволновой длине сопротивление активное и большое. При длине от четверти до половины волны во входном сопротивлении присутствует спадающая реактивность емкостного характера. При полуволновой длине сопротивление активное и при увеличении её длины появляется возрастающая реактивность индуктивного характера.
Распределение тока и напряжения в разомкнутых антеннах аналогично распределению в разомкнутой линии, в рамочных антеннах аналогично распределению в замкнутой линии.
Рассмотрим свойства "повторителя" на примерах.
Пример 1.
Предположим, что имеем антенну диполь. Её резонансная частота 3600 кгц и входное сопротивление 75 ом. Но мы этого не знаем, а пытаемся определить. Изготавливаем полуволновой повторитель из кабеля с волновым сопротивлением 50 ом, рассчитанный на частоту 3650 кгц. Производим измерения в диапазоне частот. Что происходит при этом в антенне и в линии питания?
Распределение тока и напряжения в диполе аналогично распределению в разомкнутой линии длиной четверть волны. При возбуждении антенны частотой ниже резонансной во входном сопротивлении проявляется возрастающая емкостная составляющая. При возбуждении частотой выше резонансной проявляется возрастающая индуктивная составляющая входного сопротивления антенны.
А, какой характер будут носить процессы в самой линии?
Поскольку линия нагружена на сопротивление больше её волнового, то в ней устанавливается режим смешанных волн, причём стоячая волна аналогична волне в линии, разомкнутой на конце. Т.е. ниже частоты 3650 кгц будет проявляться спадающая индуктивная составляющая, а выше - спадающая емкостная составляющая входного сопротивления линии. Общая реактивность на входе линии равна сумме реактивностей антенны и "повторителя". На участке от 3500 до 3600 кгц складываются возрастающая емкостная составляющая входного сопротивления антенны и спадающая индуктивная составляющая "повторителя". На какой-то частоте они компенсируют друг друга и на входе линии останется только активная часть сопротивления. Резонанс!
На участке 3600 - 3650 кгц действуют возрастающая и спадающая индуктивные составляющие антенны и "повторителя". На участке 3650 кгц и выше действуют возрастающая индуктивная составляющая антенны и спадающая емкостная составляющая "повторителя". На какой-то частоте их сумма обусловит второй резонанс.
Обычно радиолюбители, измеряющие резонанс антенны, относят один резонанс к резонансу собственно антенны, а второй - к резонансу линии. Но, как видно, оба резонанса не совпадают с резонансной частотой антенны.
Изготовим "повторитель" из 100 омного кабеля и повторим рассуждения. В этом случае стоячая волна в "повторителе" будет аналогична волне в линии замкнутой накоротко. Ниже 3650 кгц "повторитель" будет привносить в общую реактивность антенно-фидерной системы возрастающую емкостную составляющую, а выше - возрастающую индуктивную. На частотах ниже 3600 кгц емкостные составляющие антенны и "повторителя" будут складываться. Также будут складываться возрастающие индуктивные составляющие антенны и "повторителя" на частотах выше 3650. Между 3600 и 3650 действуют возрастающие индуктивная антенны и емкостная "повторителя". И на какой-то частоте они обеспечат резонанс!
Уже близко, но это резонансная частота антенно-фидерной системы, но не антенны.
Пример 2.
Предположим, что антенна выполнена в виде замкнутой волновой рамки. Её резонансная частота такая же, как и в предыдущем примере, 3600 кгц., входное сопротивление 120 ом. Но мы этого естественно не знаем. Изготавливаем "повторитель" на частоту 3650 кгц из кабеля с волновым сопротивлением 75 ом.
Распределение тока и напряжения по полотну антенны аналогично распределению в полуволновой линии, замкнутой на конце. Ниже частоты 3600 кгц будет проявляться возрастающая емкостная, выше - возрастающая индуктивная составляющая входного сопротивления антенны.
Распределение тока и напряжения в "повторителе" аналогично распределению в линии, разомкнутой на конце. Ниже частоты 3650 кгц спадающая индуктивная составляющая, выше - спадающая емкостная.
На участке ниже 3600 кгц имеем сложение возрастающей емкостной реактивности антенны и спадающую индуктивную "повторителя". Где-то здесь обнаружится резонансная частота. Между 3600 и 3650 - индуктивные возрастающие и спадающие антенны и "повторителя". Выше 3650 кгц - возрастающая индуктивная антенны и спадающая емкостная "повторителя". Второй резонанс антенно-фидерной системы.
Если "повторитель" изготовить из линии с волновым сопротивлением 300 ом, то характер распределения тока и напряжения по его длине будет аналогичен распределению в линии, замкнутой на конце. В этом случае ниже частоты 3600 кгц имеем сложение возрастающих емкостных составляющих антенны и повторителя, выше частоты 3650 кгц сложение индуктивных составляющих. А в промежутке возрастающие индуктивную антенны и емкостную "повторителя". Как и в первом примере имеем один резонанс, близкий к резонансу антенны.
Этот анализ можно повторить при полуволновой длине "повторителя" ниже резонансной частоты антенны. Результат будет аналогичным.
Подведём итог рассуждений.
Миф 1. С помощью "повторителя" можно определить резонансную частоту антенны. Реально же можно определить "вошла" ли антенна в диапазон или нет. При этом желательно использовать в "повторителе" линию с большим волновым сопротивлением.
Миф 2. "Повторитель" трансформирует 1:1 сопротивление антенны к выходному каскаду передатчика.
Реально "повторитель" добавляет реактивность к реактивности антенны. То ли уменьшает, то ли увеличивает её. А вне своей резонансной частоты изменяет активное сопротивление.
Миф 3. "Повторитель" хорошо "согласуется" с П-контуром обеспечивая хороший КСВ.
КСВ-метр - это такой прибор, на одном конце которого всегда должно быть сопротивление, на которое он рассчитан. Со стороны антенны к нему "приплывает" в общем случае комплексное сопротивление с неизвестной активной составляющей. П-контур при согласовании перестраивается таким образом, чтобы добавить реактивность, противоположную по знаку реактивности "приплывшей" от антенны, и установить коэффициент трансформации, выравнивающие активные сопротивления "холодного" конца и входа антенно-фидерной системы. То есть здесь КСВ-метр не применим.
Реальным показателем согласования в этом случае является спад анодного тока.
| Просмотрено: 37479 раз(а) |
Обновлено 22.03.2004 в 22:00 Автор - В.М. Тихонов / UR 4 III / |
Все статьи на CQHAM.RU Экспорт статей с сервера CQHAM.RU
