|
 |
Симетриране
|
Диполните и рамковите антени от електрическа гледна точка са симетрични излъчватели и изискват симетрично захранване. Най-доброто решение за целта е използуването на симетрични отворени линии. За малки мощности с успех могат да се използуват 240 и 300 омови симетрични телевизионни кабели. За по-големи мощности симетричните линии следва да се правят в домашни условия (вижте опита на LZ1AQ и DL2KQ). Проблемът с използуването на симетрични линии е тяхната чувствителност към атмосферните условия, особено натрупването по тях на сняг и обледеняването им през зимата. И не толкова, че се променят техните параметри, колкото до предпоставките за тежки механични поражения в антенната система.
|
Фиг.1
Чукни върху фигурата за уголемяване
|
|
|
Антенно-фидерен ефект
При нискочестотните жични антени симетрирането е доста сложен проблем, поради което захранването се извършва директно с коаксиален кабел. Проблемът е, че при симетрични антени, захранени с коаксиален кабел, известна част от подаваната енергия се излъчва от оплетката на кабела или проявлението на така наречения антенно-фидерен ефект. На фиг.1а схематично е показано неговата поява и действие. Рамената на симетричния дипол се захранват чрез коаксиална фидерна линия. Знаем, че високочестотните токове текат по повърхността на проводниците (скин ефект). Във фидерната линия протичат протифофазните и еднакви по амплитуда токове, I1 - по повърхността на централното жило и I2 - по вътрешната повърхност на оплетката. В рамената протичат съответно токовете Ia1 и Ia2, които са причината за излъчване на антената. Поради асиметрията в точката на захранване, тези два тока вече не са еднакви по амплитуда, поради появата на синфазния ток I3, който тече по външната повърхност на оплетката на коаксиалния кабел. Този ток се нарича още ток на асиметрия. Тъй като токовете I1 и I2, са балансирани, то спокойно можем да игнорираме вътрешната част на фидерната линия и да поставим източника на енергия в точката на захранване, а оплетката представяме като обикновен проводник свързан към едно от рамената (фиг.1b).
Токът на асиметрия I3 , който в някои случаи достига до 25% от тока в антената, също е източник на излъчване, което е нежелателно, тъй като води до радиотелевизионни смущения и до връщане на енергия чак до предавателя (парене по шасито). Решаването на този проблем се свежда до редуцирането на амплитудата на симфазния ток непосредствено след точката на захранване. Това може да стане като включим в това място импеданса ZL, който може да се разглежда като съпротивление от порядъка на 1 или няколко килоома (фиг.1с). При такова съпротивление можем да приемем, че оплетката е прекъсната за ВЧ токовете и фидера с дължина Lф може да се разглежда като свободен отделен проводник, не влизащ във състава на антената. Въпросът е как да превърнем външната повърхност на оплетката на коаксиалния кабел в такова съпротивление. За целта се използуват т.н. токови дросели при които се използува индуктивността на оплетката. Съществуват няколко начина за превръщане на оплетката в "спирачен" дросел.
|
|
Фиг. 2
Единият начин е захранването на антената през коаксиален токов балун (дросел), оформен като бобина, както е показано на фиг.2. Най-лесно това се прави, като непосредствено след точката на захранване, 6-8 метра от захранващия коаксиален кабел се навива накуп или във вид на плоска бобина от 8-10 навивки, която има индуктивност около 25 µH и реактивно съпротивление около 550 ома на 3.5MHz и 2000ома на 14 MHz. Видно е, че за да увеличим "спирачното" съпротивление, трябва или да увеличим диаметъра на бобината или броя на навивките. Но това води до допълнителен разход на кабел и до натоварване на опън на рамената и обтяжките на дипола. Ето защо този метод е приложим при високите честоти. Този балун също крие опасности от обледеняване през зимните месеци и до допълнително механично натоварване на антената.
В крайна сметка целта е да се получи "спиращ" дросел със съпротивление около 1000 ома на работната честота. Друг начин за постигане на това е използуването на феритна сърцевина. Ако разполагате с феритен пръстен с голям диаметър (100 -150 мм) с µ около 1000, достатъчно е през него да прекарате 2-3 навивки от фидера, за да получите исканата индуктивност. За целта може да се използува и феритна сърцевина от ТХО на стари телевизори.
|
|
 Фиг.3
Третият начин е, ако върху един проводник с дължина около 250 мм, който има индуктивност около 250 nH, нанижем феритна сърцевина с µ = 1000, индуктивноста на този проводник е вече 250 µH. Аналогично, ако върху парче коаксиален кабел нанижем феритни пръстени и го свържем между антената и фидера, то това парче кабел вече е много голяма "спирачка" за блуждаещите по оплетката токове на асиметрия.
Това всъщност е идеята на W2DU за феритен широколентов дросел, състоящ се от плътна поредица феритни пръстени с обща дължина 200-300 мм, нанизани върху коаксиалния кабел, непосредствено след мястото на съединяването му с дипола. Още информация на тази тема, можете да намерите на сайта на LZ1AQ .
|
|
Фиг. 4
Такива балуни се продават под названието Common choke baluns, които са разположени във водонепроницаем пластмасов кожух, с куки за окачване към централния изолатор и към рамената, и конектор PL259 са присъединяване на фидера (фиг. 4). В балуните на W2DU се използуват около 50 бр. феритни пръстени FB -73-2401 с D=10mm, d = 5mm, h = 5mm и μ = 2500 и коаксиален кабел RG-142/U.
Подобен балун е възможно да се изработи и в любителски условия от парче коаксиален кабел RG-58 , пластмасова тръба с тапи в двата края, коаксиален конектор и феритни пръстени от захранващи кабели на РС монитори или феритни маниста от памети на стари изчислителни машини.
Четвъртият начин, който е най-лесно осъществим е, ако непосредствено след точката на захранване върху коаксиалния кабел нанижем феритни пръстени. 1 см от дължината на оплетката има индуктивност около 50 nH. Поставена във вътрешността на феритен пръстен със същата дължина, индуктивноста нараства µ пъти ( µ - магнитната проницаемост на ферита). Схемата на такъв дросел е показана на фиг. 5.
|
|
 Фиг. 5 (чукни върху фигурата за уголемяване)
Оплетката с нанизаните феритни пръстени има импеданс ZL, който може да бъде представен като две последователно свързани съпротивления - XL (реактивното съпротивление на индуктивността) и Rm (съпротивлението внесено от загубите във феритната сърцевина). Докато XL може да бъде лесно изчислено за дадена честота, то Rm е трудно да се определи, тъй като то зависи от размерите и материала на различните ферити, но може да се приеме че е около 20% от XL.
Оразмеряването на тъкъв дросел може да се извърши чрез определяне на броя на пръстените на база на посочените по-горе изходни данни.
UR0GT дава следната формула за определяне индуктивността на феритен дросел:
Lдр = 0.002 * h * µ * ln(D-d) [µH]
където h - общата дължина на набора феритни пръстени в см; µ - магнитната проницаемост на ферита; D - външен диаметър на феритния пръстен в см; d - вътрешен диаметър на феритния пръстен в см.
DK2KQ (EU1TT) пък предлага следната формула за определяне на общата дължина на набора от феритни пръстени:
L = 159 * XL * (D+d) / F * µ * (D-d) [см]
където XL - заложеното съпротивление на дросела; D и d - съответно външен и вътрешен диаметър на феритните пръстени в см; F - работната честота в MHz; µ - магнитната проницаемост на ферита.
В качеството на феритни сърцевини най-добре е да се използуват от т.н. EMI suppresors core, втулките FB33-1020; FB-43-1020; FB-77-1020 или разцепените втулки 2x43-151P2, показани тук. При големи мощности, много подходящи са композитните тороиди на Amidon CT-82-57 и CT-82A-57, които са съставени от два аксиални слоя - единия от ферит марка 77 (µ=2000), а другия от карбонилно желязо марка 52 (µ=100 - с висок праг на насищане).
|
|
Предимства и недостатъци на различните видове дросели
Дроселът, изпълнен от коаксиален кабел във вид на бобина има предимствата, че може да пренесе максимално допустимата мощност за даденият тип коаксиален кабел. Недостатъците му са, че има голяма маса, голяма себестойност и собствен капацитет, което може да бъде причина за резонанс на висши хармонични.
Токовият дросел изпълнен във вид на няколко навивки около феритна сърцевина изисква да се изпълни от тънък коаксиален кабел, което ограничава предаваната мощност. Също така се изисква голям по сечение феритен пръстен за предаване на мощността ( 1 cm2/100W ).
Най-лекият и лесно изпълним дросел е този с нанизани пръстени върху кабела. Недостатъка на този дросел е, че изисква първите пръстени да са с по-голямо сечение (1 cm2/100W), ако ще се предава по-голяма мощност.
Ефектът и от трите вида дросели е еднакъв и се свежда до "откъсване" на оплетката на коаксиалния кабел от рамената на антената, като по този начин се възстановява симетрията на антената. От тук нататък, фидера след дросела може да се разглежда като свободно висящо парче проводник с дължина Lф (фиг.5). Ако фидера не се спуска строго перпендикулярно с цялата си дължина спрямо рамената на антената, то във външната повърхност на оплетката могат да се индуктират токове от енергията излъчена от самата антена. В случай, че тази дължина Lф е еднаква с резонансната дължина на основната честота или нейни висши хармонични, то тогава фидерната линия може да започне да преизлъчва допълнително индуктираната енергия. Борбата с тези явления се свежда до "накъсване" на фидерната линия с помощта на феритни дросели, на парчета с дължина по-малка от 1/4 λ за най-високата честота. Това се налага предимно при многобандовите антени.
|
|
|
|
|
|
