3.3. УСТРОЙСТВА СОГЛАСОВАНИЯ АНТЕННЫ С ПЕРЕДАТЧИКОМ И ПРИЕМНИКОМ
Непосредственно к передатчику можно подключить только антенно-фидерное устройство, входное сопротивление которого обеспечивает его нормальную работу. Питание большинства антенн, применяемых в настоящее время радиолюбителями-коротковолновика-ми, осуществляется с помощью коаксиального кабеля с КСВ, близким к 1 (обычно не более 2). Имеющиеся в выходных каскадах ламповых усилителей мощности устройства связи с антенной обеспечивают возможность согласования с такими антенно-фидерными устройствами, т. е. передачу максимальной выходной мощности в антенну. Транзисторные усилители мощности могут не иметь органов регулировки согласования с антенной и требуют подключения к ним фидера с КСВ не более 1,1 ... 1,2. Поэтому между антенно-фидерным устройством с большим КСВ и любым передатчиком и между передатчиком, рассчитанным на работу с определенным согласованным фидером (на активную нагрузку 50 или 75 Ом), и любым антенно-фидерным устройством необходимо включить устройство согласования. Для контроля настройки устройства согласования между передатчиком и входом антенны включают измеритель КСВ, как это показано на рис. 3.11. При этом КСВ-метр должен работать при полной выходной мощности передатчика. Схема подключения устройства согласования рис. 3.11 отличается от обычно приводимых схем в учебниках по антенно-фидерным устройствам, где устройство согласования включается между антенной и фидером, обеспечивая минимальный КСВ, а следовательно, и потери в фидере. В практике радиолюбителей-коротковолновиков согласование антенны с фидером достигается включением его в точки питания антенны, сопротивление между которыми близко к волновому сопротивлению фидера или использованием простейших трансформаторов сопротивлений между антенной и фидером. А в некоторых типах KB радиолюбительских антенн применяются фидеры, рассогласованные с антенной, такие сооружения радиолюбители называют антеннами с питанием стоячей волной. При применении в этих антеннах фидерных линий с малыми потерями (например, воздушных двухпроводных симметричных линий) КПД антенно-фидерного устройства, как было показано выше, сохраняется достаточно высоким.
Согласующее устройство, трансформирующее входное сопротивление антенны в активное сопротивление, близкое к 75 Ом, оказывается полезным и при приеме. Оно обеспечивает оптимальное согласование входной цепи приемника (обычно рассчитанной на подключение коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 ... 75 Ом) и, следовательно, реализацию полной чувствительности приемника.
Используемые радиолюбителями согласующие устройства (в частности, и описанные ниже) полезны и для улучшения фильтрации побочных излучений передатчика и являются хорошим средством защиты от помех телевизионному приему.
На рис.3.12 приведена схема универсального согласующего устройства, предназначенного для работы с несимметричным антенно-фидерным устройством (антенна, питаемая коаксиальным кабелем, антенна типа «длинный провод» с заземлением и т.п.). Это устройство обеспечивает возможность согласования передатчика, рассчитанного на нагрузку 50 или 75 Ом, с антенной, имеющей активную составляющую входного сопротивления от 10 до 1000 Ом и индуктивную или емкостную реактивную составляющую входного сопротивления до 500 Ом. Диапазон рабочих частот 1,8 ... 30 МГц, подводимая мощность до 200 Вт. При необходимости работать с полной мощностью, разрешенной любительским KB радиостанциям, детали устройства (рис. 3.12) должны быть рассчитаны на работу при ВЧ напряжениях, достигающих 3000 В, — зазоры между пластинами С1 должны быть не менее 3 мм, расстояния между контактами переключателей не менее 10 мм. При работе с меньшими мощностями или при согласовании антенн, питаемых коаксиальными кабелями при КСВ не более 3, достаточно использовать С1 с зазором 0,5 мм (сдвоенный конденсатор переменной емкости от старых радиовещательных приемников) и обычные галетные керамические переключатели. Катушка L1 намотана на керамическом каркасе диаметром 50 мм медным проводом диаметром 1,5 мм. Считая от конца, соединенного с XS1, она содержит: два витка с шагом 5 мм, конца, соединенного с XS1, она содержит: два витка с шагом 5 мм, два витка с шагом 5 мм, три витка с шагом 3 мм, три витка с шагом 3 мм, пять витков с шагом 3 мм, пять витков с шагом 3 мм и пять секций по семь витков с шагом 2 мм.
Переключатель SA1 регулирует индуктивность катушки LI. Переключатель SA2 изменяет схему согласования: в показанном на рис. 3.12 положении SA2 конденсатор С1 подключен между выходом передатчика и корпусом, a L1 - между выходом передатчика и антенной.
При этом обеспечивается согласование антенн, имеющих низкое входное сопротивление.
В следующем (по схеме) положении SA2 конденсатор С1 подключается между антенной и корпусом, a L1 остается включенной между выходом передатчика и антенной. В таком положении SA2 обеспечивается согласование антенн, имеющих высокое входное сопротивление. В последнем (по схеме) положении SA2 элементы С1 и L1 включаются последовательно между выходом передатчика и антенной, что позволяет скомпенсировать реактивную составляющую входного сопротивления антенны без трансформации его активной составляющей.
Схему рис. 3.12 можно применить и для связи передатчика с несимметричным выходом (под коаксиальный кабель) с симметричной антенной. Для этого между XS2 и антенной необходимо включить симметрирующий трансформатор (рис. 3.13).
Соединитель XS1 подключается к антенному выходу согласующего устройства по схеме рис. 3.12, а к XS2 и XS3 подключаются провода симметричного кабеля, питающего антенну. Трансформатор Т1 можно выполнить на тороидальном ферритовом магнитопроводе с магнитной проницаемостью 70 ... 200, диаметром около 100 мм и сечением не менее 2 см2. Обмотка выполняется проводом во фторопластовой изоляции, сечение провода не менее 2 мм2 (можно использовать медный провод, пропущенный в фторопластовую трубку или медный провод с любой другой высокочастотной изоляцией, рассчитанной на напряжение до 3000 В). Обмотку выполняют двумя проводами, скрученными с шагом около 15 мм на одно перекрещивание проводов. Число витков 2x15, начало одного провода соединяют с концом другого, образуя заземляемый отвод трансформатора. Следует учитывать, что в зависимости от входного сопротивления антенны и материала сердечника число витков Т1 возможно придется подобрать. Кроме того, магнитопровод трансформатора может стать источником потерь и нелинейных искажений сигнала, приводящих к появлению побочных составляющих сигнала передатчика в антенне при их отсутствии на его выходе.
Более надежным для работы с симметричной антенной является согласующее устройство, собранное по схеме рис. 3.14. Как и устройство, показанное на рис. 3.12, оно рассчитано на подводимую мощность до 200 Вт в диапазоне 1,8 ... 30 МГц. Конденсатор С1 должен иметь зазор между пластинами не меньшее 0,5 мм, а С2 — не меньшее 2 мм. Катушка L1 намотана на керамическом каркасе диаметром 50 мм. От заземляемого отвода в обе стороны ведется намотка медным проводом диаметром 1,2 мм. Первые десять витков в обе стороны от отвода наматываются с шагом 4 мм, далее еще по 20 витков с шагом 3 мм. От каждого витка катушки делается отвод (его удобно выполнить в виде лепестка из медной фольги). Отводы располагаются равномерно по окружности катушки так, что к любому из них легко подключить выводы, соединяющие L1 с устройствами. На каждом диапазоне необходимо подобрать положение подключений соединителей XS2 и SS3 (связь с антенной) и индуктивность L1 закорачивающими перемычками. При этом число положений подключения фидера и число действующих витков с каждой стороны L1 от заземленного отвода должно быть одинаковым. Отвод, подключающий к L1 конденсатор С1 , регулирует связь согласующего устройства с передатчиком. Конденсатор С1 настраивает в резонанс цепь связи с передатчиком, а С2 — цепь связи с антенной. Выполнение регулировки согласующих устройств, сделанных по схемам рис. 3.12 и 3.14 дело трудоемкое. Большое число имеющихся в этих схемах органов настройки позволяет в кабеле, идущем к передатчику, добиться КСВ, близкого к 1. Так как при произвольном положении органов настройки согласующих устройств передатчик может оказаться резко рассогласованным с нагрузкой, регулировку согласования с антенной надо начинать при минимальной мощности передатчика.
Можно использовать на каждом диапазоне (или только на диапазонах, где КСВ в фидере антенны велико) отдельные согласующие устройства, выполненные на основе схем рис. 3.12 и 3.14.
Устройство, собранное по схеме рис. 3.14, позволяет добиться согласования передатчика с антенной при различных установках отводов регулировки связи передатчика и антенны При слабой связи с обоих сторон повышается фильтрующее действие согласующего устройства, но снижается его КПД в процессе эксплуатации радиостанции можно подобрать оптимальные связи в согласующем устройстве, при которых полностью отсутствует проявление побочных излучений при достаточно малых потерях в нем При работе с симметричной антенной целесообразно проверить, выполняется ли в действительности ее симметричное питание Для этого замеряются ВЧ напряжения на проводах фидера по отношению к корпусу передатчика. Их значения должны быть равны с точностью не хуже ±2%.
