Апериодические симметрирующие устройства с использованием коаксиального кабеля. Способ изготовления такого симметрирующего устройства подобен описанным выше. Для токов асимметрии существует препятствие в виде дросселя. Для увеличения эффективности симметрирования антенна подключается к середине дросселя (рис. 3.21). Токи асимметрии, ослабленные при прохождении через дроссель, достигают точки D в противофазе и поэтому в линии питания взаимно компенсируют друг друга.
Такие системы крайне широкораспространены. Их достоинство заключается в том, что здесь не происходит трансформация сопротивлений. К недостаткам следует отнести то, что средний виток дросселя, подключаемый к антенне, находится под напряжением. Кроме того, в этой схеме могут возникнуть дополнительные потери, обусловленные потерями в диэлектрике, из которого выполнена защитная оболочка коаксиальной линии. Отметим, что в такой конструкции вход антенны шунтируется дополнительной емкостью, обусловленной межвитковой емкостью (в основном емкостью двух средних витков). Эта емкость изменяет резонансную частоту антенны. Поэтому антенну следует подстраивать.
На практике используют компромиссное решение, а именно для симметрирующего устройства, работающего в широкой полосе частот, витки дросселя укладывают как можно плотнее (витки прилегают друг к другу). Это приводит к росту межвитковой емкости и, следовательно, к ограничению полосы пропускания в области высших частот. Отметим, что рабочий диапазон частот определяется длиной провода, а на широкополосность влияет способ намотки, т. е. диаметр провода и число витков.
В половине дросселя, обозначенной на рис. 3.21 буквой В, основную роль играет внешний экран коаксиальной линии, средняя жила в этой половине не должна быть подключена.
На рис. 3.22 приведены две конструкции симметрирующего устройства, предназначенного для работы в диапазоне 80...250 МГц. На граничных частотах симметрирование, реализуемое данным устройством, удовлетворительное. Внутри диапазона (в пределах 100...200 МГц) достигается очень высокая степень симметрирования.
При конструировании симметрирующего устройства крайне важно обратить внимание на качество подключения внешних экранов питающих кабелей и половинок симметрирующего устройства. Место пайки обоих экранов следует изолировать, чтобы под защитную оболочку кабелей не проникла влага, могущая привести к коррозии. Целесообразно также все витки дросселя оплести диэлектрической лентой или нитью.
В табл. 3.5 приведены основные параметры симметрирующих устройств для диапазона воли 3...30 МГц, внешний вид которых показан на рис. 3.23.
| Длина провода, мм | Число витков | Диаметр катушки, мм | Индуктивность катушки, мкГн | Собственная емкость, пФ | Коэффициент асимметрии, дБ |
|---|---|---|---|---|---|
| 2×2050 | 2×3 | 210 | 11 | 145 | 30...50 |
| 2×1150 | 2×4 | 90 | 6 | 150 | 38...60 |
| 2×1000 | 2×2,5 | 130 | 5 | 50 | 42...55 |
| 2×3500 | 2×10 | 100 | — | — | — |
| 2×2500 | 2×4,5 | 170 | — | — | — |
Так как в симметрирующем устройстве не происходит трансформация сопротивлений, питание к нему подводят с помощью того же коаксиального кабеля, из которого изготовлено само симметрирующее устройство. Существует несколько способов закрепления симметрирующего устройства. На рис. 3.23а это устройство выполнено в виде скрутки из нескольких плотно уложенных витков. К этой скрутке подведены два провода от антенны и один коаксиальный кабель с разъемным контактным соединением для связи с коаксиальной линией питания.
Другим решением является цилиндрическое расположение витков, показанное на рис. 3.23б. Питание антенны можно осуществить с концов катушки, тогда линия питания подсоединяется к середине катушки (см. рис. 3.23б), либо наоборот (см. рис. 3.21).
Способ выполнения симметрирующей катушки, показанной на рис. 3.21, находит на практике широкое применение. Для этого на какой-либо цилиндрический предмет, диаметр которого равен 100 мм, наматывают около 3,5 м коаксиального кабеля, что составляет одну полукатущку В. На длине 3 см от конца этой полукатушки снимают изоляцию. На длине 2 см удаляют экран и, не повреждая среднюю жилу, снимают полиэтиленовую изоляцию.
К средней жиле и к экрану, являющемуся окончанием полукатушки В, присоединяется один вывод, идущий к антенне. Другой вывод, идущий к антенне, соединяется с экраном кабеля, который является началом полукатушки А. После аккуратной изоляции оголенной средней жилы между полукатушки В и А продолжают намотку еще 3,5 м коаксиального кабеля, составляющего полукатушку А. И, наконец, начало полукатушки В соединяют в точке D с питающим проводом полукатушки А (см. рис. 3.21). Обратите внимание на то, что в точке D достаточно осуществить электрический контакт только внешних экранов двух коаксиальных кабелей.
Для того чтобы предотвратить деформацию профиля катушки под действием собственной массы и массы питающей линии, катушку после снятия с намоточного цилиндрического тела закрепляют на изоляционных распорках, предварительно наложив в нескольких местах жгуты из изоляционного материала. Можно прикрепить всю катушку к несущим конструкциям мачты антенны.
В табл. 3.5 приведены ориентировочные значения собственной емкости катушки. Для того чтобы определить точное значение этой величины, можно воспользоваться методом, по которому вначале измеряется емкость одной полукатушки А (без присоединения полукатушки В). Далее присоединяют полукатушку В (второй конец ее в момент измерения свободен) и вторично измеряют емкость. Именно разность двух измеренных указанным способом емкостей и приведена в табл. 3.5. Эта емкость не является реальной емкостью, подключенной параллельно входу а—б антенны (см. рис. 3.21). Дело в том, что собственное реактивное сопротивление линии, соединяющей симметрирующее устройство с антенной, имеет индуктивный характер. Поэтому реальное значение реактивности, вносимой на вход антенны, будет определяться конкретным видом соединительной линии. Например, результирующая емкость, вносимая на вход антенны симметрирующим устройством и соединительной линией, в диапазоне 28 МГц будет меньше, чем в диапазоне 3,5 МГц.
Фактическое значение вносимой емкости можно определить, используя известные мостовые схемы измерения. Для этого симметрирующее устройство нагружают на активное сопротивление и измеряют величину Z0 па входе симметрирующего устройства (рис. 3.24). Из графика, приведенного на рис. 3.24, видно, что измеренная таким образом емкость С в диапазоне 7,5 МГц равна 30 пФ, а в диапазоне 30 МГц — 10 пФ. Изменение емкости приводит, во-первых, к изменению резонансной частоты диполя, а, во-вторых, согласно формуле (3.3), к изменению сопротивления RT.
Из-за случайной длины линии симметрирующего устройства изменение RT приводит к изменению входного сопротивления Rвх в пределах 51,5...55 Ом (согласно графику на рис. 3.24). Отметим, что такое рассогласование мало (Кст U < 1,1) и поэтому вполне допустимо.
Рассматриваемая схема симметрирующего устройства вносит небольшое дополнительное затухание, которое не превышает 0,5 дБ.
Небольшие размеры, простота конструкции и некритичность к ошибкам при изготовлении определили широкое использование данной схемы симметрирующего устройства в радиолюбительских антеннах для приема сигналов радиовещания и телевидения.