Coördinerende apparaten: doel en constructieprincipe

2024 Auteur: Henry Conors | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-02-12 11:19

In de amateurpraktijk is het niet vaak mogelijk om antennes te vinden waarbij de ingangsimpedantie gelijk is aan de golfimpedantie van de feeder, evenals de uitgangsimpedantie van de zender. In de overgrote meerderheid van de gevallen is het niet mogelijk om een dergelijke overeenkomst te detecteren, daarom moeten gespecialiseerde matching-apparaten worden gebruikt. Antenne, feeder en ook de output van de zender zijn opgenomen in een enkel systeem waarin energie zonder verlies wordt verzonden.

Hoe het te doen?

Om deze nogal gecompliceerde taak te volbrengen, moet u op twee hoofdplaatsen overeenkomende apparaten gebruiken - dit is het punt waar de antenne wordt aangesloten op de feeder en ook het punt waar de feeder wordt aangesloten op de uitgang van de zender. De meest wijdverbreide tegenwoordig zijn gespecialiseerde transformerende apparaten, variërend van oscillerende resonantiecircuits tot coaxiale transformatoren, gemaakt in de vorm van afzonderlijke stukken van een coaxkabel van de vereiste lengte. Al deze matchers worden gebruikt om impedanties op elkaar af te stemmen, waardoor uiteindelijk het algehele verlies van de transmissielijn wordt geminimaliseerd en, nog belangrijker, de out-of-band emissies worden verminderd.

Weerstand en zijn kenmerken

In de meeste gevallen is de standaard uitgangsimpedantie in moderne breedbandzenders 500 m. Het is vermeldenswaard dat veel coaxkabels die als feeder worden gebruikt, ook verschillen in de standaardwaarde van de golfimpedantie op het niveau van 50 of 750 m Als echter antennes worden overwogen waarvoor bijpassende apparaten kunnen worden gebruikt, dan heeft de ingangsimpedantie daarin, afhankelijk van het ontwerp en type, een vrij breed bereik aan waarden, variërend van een paar ohm tot honderden en zelfs meer.

Het is bekend dat in antennes met één element de ingangsimpedantie bij de resonantiefrequentie praktisch actief is, terwijl hoe meer de zendfrequentie in de een of andere richting verschilt van de resonantie, hoe meer de reactieve component van een inductieve of capacitieve aard zal verschijnen in de ingangsimpedantie zelf apparaten. Tegelijkertijd hebben antennes met meerdere elementen een ingangsimpedantie bij de resonantiefrequentie, die complex is vanwege het feit dat verschillende passieve elementen bijdragen aan de vorming van de reactieve component.

Als de ingangsimpedantie actief is, kan deze worden aangepast aan de impedantie met behulp van een gespecialiseerd antenne-aanpassingsapparaat. Opgemerkt moet worden dat de verliezen hier praktisch te verwaarlozen zijn. Echter, onmiddellijk nadat zich een reactieve component begint te vormen in de ingangsweerstand, zal de afstemmingsprocedure meer en meer wordencomplexe en steeds complexere antenne-aanpassing zal moeten worden gebruikt, met de mogelijkheid om ongewenste reactiviteit te compenseren, en moet direct bij het voedingspunt worden geplaatst. Als de reactiviteit niet wordt gecompenseerd, zal dit een negatief effect hebben op de SWR in de feeder en zullen de totale verliezen aanzienlijk toenemen.

Moet ik dit doen?

Een poging om de reactiviteit aan de onderkant van de feeder volledig te compenseren, is niet succesvol, omdat deze wordt beperkt door de kenmerken van het apparaat zelf. Eventuele veranderingen in de frequentie van de zender binnen de smalle delen van de amateurbanden zullen uiteindelijk niet leiden tot het verschijnen van een significant reactief onderdeel, waardoor er vaak geen compensatie nodig is. Het is ook vermeldenswaard dat het juiste ontwerp van antennes met meerdere elementen ook niet voorziet in een grote reactieve component van de beschikbare ingangsimpedantie, waarvoor geen compensatie nodig is.

In de ether kun je vaak verschillende geschillen vinden over de rol en het doel van een apparaat dat overeenkomt met een antenne ("lange draad" of een ander type) tijdens het matchen van een zender ermee. Sommigen hebben er nogal hoge verwachtingen van, terwijl anderen het gewoon als gewoon speelgoed beschouwen. Daarom moet je goed begrijpen hoe een antennetuner in de praktijk echt kan helpen en waar het gebruik ervan overbodig is.

Wat is dit?

Allereerst moet u goed begrijpen dat de tuner een hoogfrequente weerstandstransformator is, waarmee, indien nodig, inductieve of capacitieve reactiviteit kan worden gecompenseerd. Overweeg een extreem eenvoudig voorbeeld:

Gesplitste vibrator, die bij de resonantiefrequentie een actieve ingangsimpedantie van 700 m heeft, en tegelijkertijd een coaxkabel gebruikt met een zender met een ingangsimpedantie van ongeveer 500 m. Aan de uitgang zijn tuners geïnstalleerd van de zender, en in deze situatie zal voor elke antenne (inclusief een "lange kabel") apparaten tussen de zender en de feeder passen, zonder enige problemen om zijn hoofdtaak aan te kunnen.

Als de zender verder is afgestemd op een frequentie die afwijkt van de resonantiefrequentie van de antenne, kan in dit geval reactiviteit optreden in de ingangsweerstand van het apparaat, die vervolgens vrijwel onmiddellijk begint te verschijnen bij de lagere uiteinde van de voerbak. In dit geval kan het overeenkomende apparaat "P" van elke serie dit ook compenseren en zal de zender opnieuw consistentie met de feeder ontvangen.

Wat zal de output zijn waar de feeder op de antenne wordt aangesloten?

Als u de tuner uitsluitend aan de uitgang van de zender gebruikt, is het in dit geval niet mogelijk om volledige compensatie te bieden en zullen er verschillende verliezen optreden in het apparaat, omdat er onvolledige afstemming zal zijn. In deze situatie moet u gebruik maken vaneen aangesloten tussen de antenne en de feeder, die de situatie volledig corrigeert en reactiviteitscompensatie biedt. In dit voorbeeld fungeert de feeder als een overeenkomende transmissielijn van willekeurige lengte.

Nog een voorbeeld

Lusantenne, die een actieve ingangsweerstand heeft van ongeveer 1100 m, moet worden gecombineerd met een 50 ohm transmissielijn. De zenderuitgang is in dit geval 500 m.

Hier moet je een passend apparaat gebruiken voor de zendontvanger of antenne, die zal worden geïnstalleerd op het punt waar de feeder wordt aangesloten op de antenne. In de overgrote meerderheid van de gevallen geven veel hobbyisten de voorkeur aan verschillende soorten RF-transformatoren die zijn uitgerust met ferrietkernen, maar in feite is een kwartgolf coaxiale transformator, die kan worden gemaakt van een standaard 75 ohm-kabel, een handiger oplossing.

Hoe het te implementeren?

De lengte van de gebruikte kabelsectie moet worden berekend met behulp van de formule A/40,66, waarbij A de golflengte is en 0,66 de snelheidsfactor die wordt gebruikt voor de overgrote meerderheid van moderne coaxkabels. De HF-antenne-aanpassingsapparaten worden in dit geval aangesloten tussen de 50-ohm-feeder en de antenne-ingang, en als ze in een baai met een diameter van 15 tot 20 cm worden gerold, zal het in dit geval ook als balancering fungeren apparaat. De feeder wordt volledig automatisch afgestemd op de zender, evenals:gelijkheid van hun weerstanden, en in een dergelijke situatie zal het mogelijk zijn om de diensten van een standaard antennetuner volledig te weigeren.

Een andere optie

Voor een dergelijk voorbeeld kunnen we een andere optimale aanpassingsmethode overwegen - in principe een veelvoud van een halve golf of een halve golf coaxkabel gebruiken, met elke golfimpedantie. Het zit tussen de tuner in de buurt van de zender en de antenne. In dit geval wordt de ingangsimpedantie van de antenne, die een waarde heeft van 110 ohm, overgebracht naar het onderste uiteinde van de kabel, waarna deze met behulp van een antenne-aanpassingsapparaat wordt omgezet in een weerstand van 500 m. In dit geval geval, volledige afstemming van de zender met de antenne is voorzien, en de feeder wordt gebruikt als een repeater.

In meer ernstige situaties, wanneer de ingangsimpedantie van de antenne niet geschikt is voor de karakteristieke impedantie van de feeder, die op zijn beurt niet overeenkomt met de uitgangsimpedantie van de zender, zijn twee HF-antenne-aanpassingsapparatuur vereist. In dit geval wordt de ene bovenaan gebruikt om de feeder aan de antenne aan te passen, terwijl de andere wordt gebruikt om de feeder aan de onderkant aan te passen aan de zender. Tegelijkertijd is er geen manier om met je eigen handen een bijpassend apparaat te maken, dat alleen kan worden gebruikt om het hele circuit te matchen.

De opkomst van reactiviteit zal de situatie nog ingewikkelder maken. In dit geval zullen HF-afstemmingsapparaten aanzienlijk verbeterenhet afstemmen van de zender op de feeder, wat een aanzienlijke vereenvoudiging van het werk van de laatste fase oplevert, maar meer moet u er niet van verwachten. Vanwege het feit dat de feeder niet overeenkomt met de antenne, zullen er verliezen optreden, waardoor de efficiëntie van het apparaat zelf wordt onderschat. Een geactiveerde SWR-meter die tussen de tuner en de zender is geïnstalleerd, zorgt ervoor dat de SWR=1 vast is, en dit effect kan niet worden bereikt tussen de feeder en de tuner, omdat er een mismatch is.

Conclusie

Het voordeel van de tuner is dat u de optimale modus van de zender kunt behouden tijdens het werken aan een inconsistente belasting. Maar tegelijkertijd kan een verbetering van de efficiëntie van een antenne (inclusief de "lange draad") niet worden gegarandeerd - de overeenkomende apparaten zijn machteloos als deze niet overeenkomen met de feeder.

P-circuit, dat wordt gebruikt in de eindtrap van de zender, kan ook worden gebruikt als antennetuner, maar alleen als er een operationele verandering is in de inductantie en elke capaciteit. In de overgrote meerderheid van de gevallen zijn zowel handmatige als automatische tuners resonante contourafstembare apparaten, ongeacht of ze in de fabriek zijn geassembleerd of dat iemand heeft besloten om met eigen handen een passend apparaat voor de antenne te maken. Er zijn twee of drie regelelementen in handmatige, en ze zijn zelf niet operationeel in gebruik, terwijl automatische zijn duur, en voor werk met serieuze capaciteiten kunnen hun kosten extreem hoog zijn.

Breedband matching device

Deze tuner voldoet aan de meeste variaties waarin het nodig is om de antenne op de zender af te stemmen. Dergelijke apparatuur is behoorlijk effectief bij het werken met antennes die worden gebruikt op harmonischen, als de feeder een halvegolfrepeater is. In deze situatie verschilt de ingangsimpedantie van de antenne op verschillende banden, maar de tuner zorgt voor een gemakkelijke afstemming met de zender. Het voorgestelde apparaat kan gemakkelijk werken bij zendvermogens tot 1,5 kW in de frequentieband van 1,5 tot 30 MHz. Je kunt zo'n apparaat zelfs met je eigen handen maken.

De belangrijkste elementen van de tuner zijn een RF-autotransformator op een ferrietring van het afbuigsysteem TV UNT-35, evenals een schakelaar die is ontworpen voor 17 standen. Het is mogelijk om kegelringen van modellen UNT-47/59 of andere te gebruiken. Er zijn 12 windingen in de wikkeling, die in twee draden zijn gewikkeld, terwijl het begin van de ene wordt gecombineerd met het einde van de tweede. In het diagram en in de tabel is de nummering van de windingen doorlopen, terwijl de draad zelf is gevlochten en ingesloten in fluoroplastische isolatie. Voor isolatie is de draaddiameter 2,5 mm, met aftakkingen van elke winding, beginnend bij de achtste, indien geteld vanaf het geaarde uiteinde.

De autotransformator wordt zo dicht mogelijk bij de schakelaar geïnstalleerd, terwijl de verbindingsgeleiders ertussen een minimum moeten hebbenlengte. Het is mogelijk om een schakelaar met 11 standen te gebruiken, als het ontwerp van de transformator met een niet zo groot aantal tikken wordt bespaard, bijvoorbeeld van 10 tot 20 beurten, maar in een dergelijke situatie zal ook het weerstandstransformatie-interval afnemen.

Als je de exacte waarde van de ingangsimpedantie van de antenne kent, kun je een dergelijke transformator gebruiken om de antenne te matchen met een 50 of 750 m feeder, met alleen de meest noodzakelijke aftakkingen. In zo'n situatie wordt deze in een speciale vochtbestendige doos geplaatst, waarna deze wordt gevuld met paraffine en direct op het voedingspunt van de antenne wordt geplaatst. Het bijpassende apparaat zelf kan worden uitgevoerd als een onafhankelijk ontwerp of worden opgenomen in een speciale antenne-schakeleenheid van een radiostation.

Voor de duidelijkheid: het label dat op de schakelaarhendel is gemonteerd, toont de weerstandswaarde die overeenkomt met deze positie. Om volledige compensatie van de reactieve inductieve component te garanderen, is het mogelijk om achteraf een variabele condensator aan te sluiten.

De onderstaande tabel laat duidelijk zien hoe de weerstand afhangt van het aantal beurten dat je hebt gemaakt. In dit geval werd de berekening uitgevoerd op basis van de verhouding van weerstanden, die in kwadratische afhankelijkheid is van het totale aantal gemaakte beurten.