Симметрирующее устройство с использованием U-образного шунта

Симметрирующее устройство с использованием U-образного шунта (рис. 3.16). Симметрирующее устройство такого типа возникло как модификация дельта-трансформатора. Основным его элементом является провод в виде U-образного шунта (внешне напоминающего женскую шпильку для волос), который является индуктивной нагрузкой, подключенной параллельно к входу антенны.

Полуволновый диполь при резонансе имеет только активную составляющую R_A входного сопротивления. Небольшое укорочение диполя приводит к появлению реактивной составляющей емкостного характера. Для ее компенсации параллельно входу антенны подключают индуктивность в виде U-образного шунта. Благодаря этому на некоторой частоте антенна снова имеет только активное сопротивление R_T. Следовательно, можно сказать, что произошла трансформация входного сопротивления антенны R_A в R_T.

Отправной точкой при проектировании такого устройства является входное сопротивление диполя R_A. Для антенн типа Уда—Яги это сопротивление имеет значение 5...50 Ом. Более точно его можно рассчитать аналитическими методами, приведенными в дальнейших разделах книги. Можно достаточно точно измерить сопротивление с использованием мостовой схемы [23].

Вполне вероятно, что для существующих линий питания R_A ≠ Z₀. Тогда необходимо сопротивление R_A трансформировать в R_T=Z₀. Требуемое значение реактивного сопротивления U-образно-го шунта определяется зависимостью $$\begin{equation}X_L=\omega{L}=R_T\sqrt{\frac{R_A}{R_T-R_A}}\end{equation}\tag{3.2}$$

Зная X_L, нетрудно найти для частоты f значение L, например, используя графики на рис. 2.38б. Далее, зная L и пользуясь графиком на рис. 3.16в, определяют геометрические размеры U-образного шунта. Для антенны, работающей в диапазоне 14 МГц, можно использовать график на рис. 3.16д. И, наконец, зная Х_L и используя соотношение X_C = X_L, определяют по графику на рис. 3.16г требуемое укорочение диполя.

Надо отметить, что данный метод является приближенным в том смысле, что при определении R_A и длины диполя не учитывается влияние внешней среды. Точная подстройка схемы осуществляется при настройке на минимум K_стU путем изменения размеров шунта. На рис. 3.17 приведено конструктивное решение данного симметрирующего устройства.

Трансформацию сопротивления R_A в R_T можно осуществить и другим методом, а именно, удлинить диполь, а параллельно его входу включить шунтирующий конденсатор С. Реактивное сопротивление $$\begin{equation}X_C=\frac{1}{\omega{C}}=R_T\sqrt{\frac{R_A}{R_T-R_A}}\end{equation}\tag{3.3}$$ а искомое значение С определяют, зная Х_C, по графикам на рис. 2.38а.

Следует заметить, что данная схема симметрирования не осуществляет полной симметрии возбуждения диполя. Реальный уровень тока в плече диполя, подключенном к средней жиле питающей коаксиальной линии, выше, чем во втором плече. Для выравнивания токов и, следовательно, для достижения большей симметрии шунт выполняется несимметричным (рис. 3.17б). Изменяя расстояние от шунта до плеч диполя, можно получить полную компенсацию или даже перекомпенсацию. При этом следует помнить, что шлейф надо располагать ближе к тому плечу диполя, который возбуждается от средней жилы коаксиального кабеля.

Еще раз подчеркнем, что эта схема компенсации позволяет непосредственно подключить коаксиальную линию к диполю без опасения, что в схеме возникнет большая асимметрия. Обычно схему настраивают на минимум K_стU, а потом убеждаются, что ток асимметрии невелик. Если этого не произошло, т. е. ток асимметрии сравнительно велик, то, несколько изменяя ориентацию и конфигурацию шунта относительно плеч диполя, добиваются минимального уровня тока асимметрии.