Как работает согласующее устройство для антенны. Согласующие устройства КВ антенн (тюнеры)

При работе в полевых условиях, на даче или в экспедиции не всегда возможно использование резонансных антенн для каждого диапазона. Выбор их конструкции при этом зависит от месторасположения радиостанции и от наличия опор под установку антенны.
Во многих случаях возможно использование только нерезонансных проволочных антенн или затруднена настройка антенн в резонанс из-за отсутствия необходимых приборов и времени для этого. Для успешной работы с нерезонансными антеннами необходимо использовать согласующие устройства (СУ).

Рис.1.

СУ, используемые в QRP-экспедициях, имеют свои особенности. Они должны быть малыми по весу, иметь высокий КПД и выдерживать мощность до 50 ватт. Большинство известных согласующих устройств имеют в своем составе переменную индуктивность.

Трудно создать малогабаритное СУ, используя переменные индуктивности, которые для эффективной работы СУ должны иметь достаточно большие габариты.

Поэтому и были изготовлены два согласующих устройства с использованием только переменных конденсаторов для их настройки. Одно было выполнено для работы в диапазоне частот 1,8-14 МГц, другое - для диапазона 18-30 МГц.

Схема СУ для 1,8-14 МГц показана на рис.1, а для 18-30 МГц - на рис.2. При работе низкочастотного СУ на 160 метров параллельно С1 включается дополнительный конденсатор С2 емкостью 560 пФ.

При работе на 40, 30 и 20 метров используется часть катушки L2. С1 и С4 (рис. 1) - переменные, сдвоенные с воздушным диэлектриком максимальной емкостью 495 пФ. Секции этих конденсаторов включены последовательно для увеличения рабочего напряжения.

В СУ для работы на высокочастотных диапазонах используются переменные конденсаторы типа КПВ с максимальной емкостью 100 пФ. В каждом СУ имеется ВЧ-амперметр в цепи антенны. Трансформатор, используемый в нем, содержит 20 витков вторичной обмотки. Первичная обмотка - продетый сквозь кольцо антенный провод.

Для токового трансформатора можно использовать ферритовое кольцо внешним диаметром от 7 до 15 миллиметров и проницаемостью 400-600. Можно использовать и высокочастотные ферриты с проницаемостью 50-100, в этом случае легче получить линейную АЧХ измерителя тока антенны.

Рис.2.

Для линеаризации АЧХ измерителя тока необходимо использовать шунтирующий резистор R1 как можно меньшего значения. Но чем он меньше, тем ниже чувствительность измерителя тока антенны. Компромиссный номинал этого резистора - 200 Ом. При этом чувствительность амперметра составляет 50 мА.

Желательно с помощью стандартных приборов проконтролировать правильность показаний амперметра при работе на разных диапазонах. С помощью резистора R2 можно пропорционально уменьшить показания прибора. Это дает возможность измерять ток как высокоомных, так и низкоомных антенн.

Ток высокоомных антенн лежит в пределах 50-100 мА при подводимой к ним мощности 10-50 Вт.

Индуктивности для СУ на рис.1 наматываются на каркасе диаметром 30 мм, L1 - 5 витков ПЭЛ 1,0 в нижней части L2, длина намотки 12 мм, L2 - 27 витков ПЭЛ 1,0 с отводом от 10 витка считая от заземленного конца, длина намотки 55 мм. Индуктивности для СУ на рис.2 - на каркасе диаметром 20 мм, L1 - 3 витка ПЭВ 2,0, длина намотки 20 мм, L2 -14,5 витков ПЭВ 2,0 с длиной намотки 60 мм.

Настройка

Пользуются СУ следующим образом. Подключают его к трансиверу, “земле” и антенне. Конденсатор связи С4 (рис.1) или СЗ (рис.2) выводят на минимум. При помощи С1 настраивают контур в резонанс по максимальному свечению неонки VL1. Затем, увеличивая емкость конденсатора связи и уменьшая при этом емкость контурного конденсатора С1, добиваются максимальной отдачи тока в антенну. Согласующие устройства (рис. 1, рис.2) обеспечивают согласование нагрузки, имеющей сопротивление от 15 Ом до нескольких килоом.

СУ для низкочастотных диапазонов было выполнено в корпусе из фольгированного стеклотекстолита размерами 280*170*90 мм, СУ для высокочастотных диапазонов - в таком же корпусе размерами 170*70*70 мм.

При работе в полевых условиях, на даче или в экспедиции не всегда возможно использование резонансных антенн для каждого диапазона. Выбор их конструкции при этом зависит от месторасположения радиостанции и от наличия опор под установку антенны.
Во многих случаях возможно использование только нерезонансных проволочных антенн или затруднена настройка антенн в резонанс из-за отсутствия необходимых приборов и времени для этого. Для успешной работы с нерезонансными антеннами необходимо использовать согласующие устройства (СУ).

Рис.1.

СУ, используемые в QRP-экспедициях, имеют свои особенности. Они должны быть малыми по весу, иметь высокий КПД и выдерживать мощность до 50 ватт. Большинство известных согласующих устройств имеют в своем составе переменную индуктивность.

Трудно создать малогабаритное СУ, используя переменные индуктивности, которые для эффективной работы СУ должны иметь достаточно большие габариты.

Поэтому и были изготовлены два согласующих устройства с использованием только переменных конденсаторов для их настройки. Одно было выполнено для работы в диапазоне частот 1,8-14 МГц, другое - для диапазона 18-30 МГц.

Схема СУ для 1,8-14 МГц показана на рис.1, а для 18-30 МГц - на рис.2. При работе низкочастотного СУ на 160 метров параллельно С1 включается дополнительный конденсатор С2 емкостью 560 пФ.

При работе на 40, 30 и 20 метров используется часть катушки L2. С1 и С4 (рис. 1) - переменные, сдвоенные с воздушным диэлектриком максимальной емкостью 495 пФ. Секции этих конденсаторов включены последовательно для увеличения рабочего напряжения.

В СУ для работы на высокочастотных диапазонах используются переменные конденсаторы типа КПВ с максимальной емкостью 100 пФ. В каждом СУ имеется ВЧ-амперметр в цепи антенны. Трансформатор, используемый в нем, содержит 20 витков вторичной обмотки. Первичная обмотка - продетый сквозь кольцо антенный провод.

Для токового трансформатора можно использовать ферритовое кольцо внешним диаметром от 7 до 15 миллиметров и проницаемостью 400-600. Можно использовать и высокочастотные ферриты с проницаемостью 50-100, в этом случае легче получить линейную АЧХ измерителя тока антенны.

Рис.2.

Для линеаризации АЧХ измерителя тока необходимо использовать шунтирующий резистор R1 как можно меньшего значения. Но чем он меньше, тем ниже чувствительность измерителя тока антенны. Компромиссный номинал этого резистора - 200 Ом. При этом чувствительность амперметра составляет 50 мА.

Желательно с помощью стандартных приборов проконтролировать правильность показаний амперметра при работе на разных диапазонах. С помощью резистора R2 можно пропорционально уменьшить показания прибора. Это дает возможность измерять ток как высокоомных, так и низкоомных антенн.

Ток высокоомных антенн лежит в пределах 50-100 мА при подводимой к ним мощности 10-50 Вт.

Индуктивности для СУ на рис.1 наматываются на каркасе диаметром 30 мм, L1 - 5 витков ПЭЛ 1,0 в нижней части L2, длина намотки 12 мм, L2 - 27 витков ПЭЛ 1,0 с отводом от 10 витка считая от заземленного конца, длина намотки 55 мм. Индуктивности для СУ на рис.2 - на каркасе диаметром 20 мм, L1 - 3 витка ПЭВ 2,0, длина намотки 20 мм, L2 -14,5 витков ПЭВ 2,0 с длиной намотки 60 мм.

Настройка

Пользуются СУ следующим образом. Подключают его к трансиверу, “земле” и антенне. Конденсатор связи С4 (рис.1) или СЗ (рис.2) выводят на минимум. При помощи С1 настраивают контур в резонанс по максимальному свечению неонки VL1. Затем, увеличивая емкость конденсатора связи и уменьшая при этом емкость контурного конденсатора С1, добиваются максимальной отдачи тока в антенну. Согласующие устройства (рис. 1, рис.2) обеспечивают согласование нагрузки, имеющей сопротивление от 15 Ом до нескольких килоом.

СУ для низкочастотных диапазонов было выполнено в корпусе из фольгированного стеклотекстолита размерами 280*170*90 мм, СУ для высокочастотных диапазонов - в таком же корпусе размерами 170*70*70 мм.

Согласующее устройство, далее СУ, обеспечивает согласование
выходного сопротивления передатчика, с сопротивлением антенны и
дополнительно обеспечивает фильтрацию гармоник, особенно
транзисторных выходных каскадов, а так же имеет свойства преселектора
входной части трансивера. Ламповые выходные каскады,
имеют на выходе перестраиваемый П-контур, и больший диапазон
в согласовании с антенной. Но в любом случае, откалиброванный
П-контур лампового УМ на 50 или 75 ом и подключенный через СУ,
будет иметь гораздо меньше гармоник на выходе. Его использование
как фильтра, желательно, особенно в густо населенном районе.
При наличии хорошо настроенных антенн и УМ, нет необходимости
использовать СУ. Но когда антенна одна, на несколько диапазонов,
и нет возможности, по разным причинам использовать другие
антенны, СУ дает хорошие результаты. С помощью СУ можно согласовать
любой кусок провода, доведя КСВ=1, но это не значит, что Ваша
антенна будет работать эффективно. Но даже в случае настроенных
антенн, применение СУ оправдано. Взять хотя бы разные времена года,
когда изменение атмосферных факторов (дождь, снег, жара, мороз и пр.)
прилично влияют на параметры антенны. Буржуйские трансивера, имеют
внутренние тюнера, позволяющие согласовывать выход трансивера 50 ом,
с антенной, как правило, в небольших пределах от 15 - 150 ом, в зависимости
от модели трансивера. Для согласования в больших пределах, используются
внешние тюнера. В недорогих буржуйских трансиверах тюнера нет, поэтому,
чтобы не вышел из строя выходной каскад, необходимо иметь хорошо
настроенные антенны или СУ. Наиболее распространенные Г- образные и
Т-образные, в виде П-контура, симетричные, не симетричные СУ.
Право выбора за Вами, я остановился на хорошо зарекомендовавшей
себя схеме Т-образного тюнера, из статьи W1FB, опубликованной на СКР UN7GM,
выдержку, из которой, привожу ниже:

Для просмотра схемы в реальном размере, кликните по схеме левой кнопкой мыши.

Приведенная схема обеспечивает согласование Rвх=50 ом с нагрузкой R=25-1000 ом,
обеспечивая подавление 2-й гармоники на 14 дБ больше, чем Ultimate в
диапазонах 1,8-30 МГц. Детали - переменные конденсаторы имеют емкость 200 пф,
для мощности 2 кВт в пике, зазор между пластинами должен быть порядка 2 мм.
L1 - катушка с ползунком, максимальная индуктивность 25 мГн. L2 - 3 витка
голого провода 3,3 мм на оправке 25мм, длина намотки 38 мм. Методика настройки:
для ламповых передатчиков перевести переключатель в положение D (эквивалент
нагрузки), настроить передатчик на максимальную мощность
уменьшить мощность до нескольких ватт, перевести переключатель в положение
Т(тюнер) - поставить оба конденсатора в среднее положение и подстройкой
L1 добиться минимума КСВ, затем подстроить конденсаторы добиваясь опять таки
минимального КСВ - подстроить L1, затем С1, С2, каждый раз добиваясь минимального
КСВ до тех пор, пока не будут достигнуты наилучшие результаты
подать полную мощность с передатчика и еще раз подстроить все элементы в
небольших пределах. Для небольших мощностей порядка 100 Вт хорошо подходит 3-х
секционный переменный конденсатор от старого ГСС Г4-18А, там есть изолированная
секция.

Исходя из соображений, сделать на века, для приличной мощности и на все
случаи жизни, я приобрел КПЕ, переключатели и катушку с переменной индуктивностью
от радиостанций Р-130, "Микрон", РСБ-5, Вч-разъемы СР-50, эквивалент 50ом 20вт
(внутренний) и наружный (для настройки УМ и пр.) 50ом 1квт, прибор 100 мка.
Все это разместил на шасси, размерами 380х330х170, дополнив СУ коммутатором антенн
и индикатором выхода ВЧ. Шасси выполнено из дюралюминия толщиной 3мм,
корпус П-образный, из металла толщиной 1мм. Монтаж выполнять короткими
проводниками, для "земли" использовать шину по всему шасси, начиная от входа СУ
и всеми элементами схемы, заканчивая антенными разъемами. Шасси можно
сделать гораздо меньше, исходя из Вашей комплектующей. Если нет катушки
с переменной индуктивностью, можно использовать вариометр, с приемлемой
индуктивностью, или галетный переключатель с катушкой. Катушку расположить
как можно ближе к переключателю, чтобы отводы от катушки были как можно короче.
Дополнить СУ можно устройством "Искусственная земля".

При использовании случайных антенн, плохого заземления, это устройство доводит до
резонанса систему заземления радиостанции. Параметры земли входят в параметры антенны,
поэтому, чем лучше заземление, тем лучше работает антенна. Так же можно
дополнить СУ защитой от статических зарядов, установив на антенном разъеме
резистор 50-100 ком 2вт на массу.
Радиолюбители - народ творческий, поэтому обмен опытом всегда полезен.
Я буду рад, если помог, кому нибудь определиться в выборе СУ на наглядном
примере. И еще раз хочу напомнить, что СУ это компромисс, при очень низком
КПД антенно-фидерного устройства, оно превращается в нагревательный
прибор. Друзья - стройте нормальные антенны, чего бы Вам это не стоило!
Иван Е. Калашников (UX7MX)

Повсеместное использование транзисторных широкополосных выходных каскадов, предназначенных для работы на 50-омную нагрузку, внесло некоторое разнообразие в эксплуатацию домашнего оборудования. С одной стороны боязнь по неосторожности повредить своего дорогого «любимца» несовершенством собственной же антенны, с другой - поиск и приобретение недешевых антенных изысков. Как же использовать антенный тюнер и добиться максимальной мощности в антенне или обман за свой счет! Что нужно знать, чтобы правильно подключить «antenna tuner» и использовать его должным образом.

Что нужно знать, чтобы правильно соединять трансивер с 50-омным выходом с антенной? Оказывается обмануть трансивер несложно, достаточно лишь соблюсти определенные правила и симметрировать необходимую нагрузку, а антенну вообще оставить в покое. Для этого и придумали промежуточное звено — устройство, получившее в дальнейшем название «антенный тюнер» от «antenna tuner», «tuner» (англ.) по-русски — настройщик.

Таким образом, между трансивером и антенной появился (в прямом смысле) некий «черный ящик». Прямо как у иллюзиониста, причем с тем же назначением — для обмана. Только в данном случае он обманывает не нас с вами, а нашего любимца, и делает вид, что к его выходу подключена 50-омная нагрузка вне зависимости от имеющейся антенной системы.

Пара частых заблуждений:
1. Якобы антенный тююнер настраивает антенну. В действительности антенный тюнер НЕ НАСТРАИВАЕТ не только антенну, но и любую ее часть!
2. Якобы антенный тьюнер улучшает значение КСВ. На самом деле антенный тюнер вообще никак не влияет на КСВ в фидере. Величина КСВ в конкретной линии передачи зависит только от самой линии передачи и подключенной к ней нагрузке.

Говоря техническим языком, антенный тюнер преобразует полное сопротивление антенно-фидерного устройства и приводит его к типовому значению, присущему Вашему приемо-передатчику — 50 Ом или 75 Ом. Или к коаксиальному кабелю, используемому в качестве антенного фидера. Более продвинутые модели антенных тюнеров обеспечивают работу как с несимметричными (коаксиальными), так и с симметричными проводными линиями передачи, или одиночными проводными антеннами.

Антенный тюнер оказывает влияние на величину КСВ исключительно между передатчиком и самим тюнером. В этом-то и состоит эффект иллюзии. Настройкой антенного тюнера (элементы настройки - катушка индуктивности, оснащенная замедляющим верньером или многопозиционным переключателем и один, чаще два переменных конденсатора) КСВ между приемо-передатчиком и тюнером может быть сведен к минимуму.
Сам же тюнер по своим техническим параметрам способен трансформировать выходное сопротивление передатчика в строго определенный интервал сопротивлений. Этот интервал указывается в технических характеристиках для конкретно взятой модели антенного тюнера.

Например, некоторые модели автоматических тюнеров фирмы MFJ способны привести (согласовать) выходное сопротивление передатчика 50 0м к сопротивлению нагрузки в интервале от 6 до 1600 Ом в диапазоне частот 1,8-30 МГц.

Если технические условия по рабочим мощностям передатчика и тюнера не соблюсти, то во-первых, мощностью больше указанной в техническом паспорте, можно вывести из строя достаточно дорогую вещь или, выйдя из интервала сопротивлений нагрузок, получить большие погрешности при согласовании.

При размышлении относительно антенных тюнеров и КСВ важно помнить, что антенный тюнер вообще не оказывает никакого влияния на КСВ между собой и антенной, а только на КСВ между собой и приемо-передатчиком (трансивером). Тюнер — это своего рода корректируемый трансформатор полных сопротивлений между Вашим радио и антенной.

Вся хитрость в том, что когда передатчик «видит» полное сопротивление 50 Ом, то он «думает», что к нему подключена 50-омная антенна. Только тогда он отдаст полную мощность.
Но куда отдаст, в антенну? - Нет, в тюнер. А в нагрузку? - Несколько меньше или значительно меньше. Это зависит от разницы в сопротивлении нагрузок. А куда же девается разница? - А она остается в тюнере, точнее преобразуется в тепло на элементах тюнера. Потеря мощности и есть плата за согласование и, чем оно хуже, тем больше потери.

С одной стороны «обман» облегчает жизнь и защищает передатчик от разброса нагрузок при смене антенн, что само по себе уже немало, с другой стороны — необходимо понимать, что неэффективность линии передачи приводит к значительному снижению выходной мощности.

Выход из ситуации: в каждом конкретном случае нужно прикладывать максимум усилий для согласования своих антенн — только в этом случае можно снизить потери мощности. Конечно, если подводить киловатты, то потеря одной, другой сотни ватт практически не скажется на работе в целом. Но, когда речь идет о небольших подводимых мощностях, тогда даже небольшие потери станут влиять на качество (не путать с качеством излучаемого сигнала) проводимых радиосвязей.

Как подключать и использовать антенный тюнер

Когда уже имеется лучшее понимание, что собой представляет антенный тюнер, попробуем подключить его к радиостанции. Блок-схема, приведенная ниже, иллюстрирует типичный вариант подключения.
Наша цель заставить думать наш приемо-передатчик что он «видит» нужные ему 50 Ом. Полная система состоит из: приемо-передатчика (трансивера); Полосового НЧ фильтра; линейного усилителя мощности; КСВ/Ватт-метра; антенного тюнера; эквивалента нагрузки или самой антенны.

Простая блок-схема подключения:

Слева направо: 1. приемо-передатчик (трансивер), 2. КСВ /Ватт-метр, 3. антенный тюнер и на его выходе приемо-передающая антенна. Проигнорируем линейный усилитель мощности, НЧ-фильтр и эквивалент антенны, т.к. эти узлы могут и не входить в конфигурацию нашей системы.

Собственно говоря, это и все. Высокочастотный сигнал от приемопередатчика последовательно проходит через КСВ /Ватт-метр, показания которого (КСВ близкий к значению 1) будут свидетельствовать о том, что все хорошо и, следующий за ним тьюнер, все-таки «обманул» приемо-передатчик и создал на его выходе нужную нагрузку 50 0м. А мощность, отдаваемая в эту нагрузку максимальна. И далее (после тюнера) сигнал поступает в антенну.

А поскольку к выходу тюнера подключена настоящая антенна, то наша дальнейшая цель научиться настраивать непосредственно антенный тьюнер на конкретную антенну.

Как настроить тюнер

В большинстве промышленных и самодельных моделей антенных тюнеров содержится многопозиционный переключатель индуктивностии и два (чаще всего, реже один) переменных конденсатора. Переключатель индуктивностии маркируется как INDUCTOR. Конденсаторы маркируются как ANTENNA и TRANSMITTER (АНТЕННА и ПЕРЕДАТЧИК). В некоторых тюнерах многопозиционный переключатель индуктивности может быть заменен индуктивностью с плавной регулировкой, известной как катушка индуктивности с роликом (название при этом сохраняется).

Предположим, что мы используем тюнер с переключателем индуктивности. Оба переменных конденсатора ANTENNA и TRANSMITTER установим примерно в среднее положение.
Первоначально начинать работу с любым тюнером (даже с известным) лучше всего в режиме приема, если он подключен (скоммутирован) ко входу приемника. Если да, то вращая переключатель индуктивности и переменные конденсаторы, нужно добиться максимальной громкости какой-либо радиостанции или просто эфирного шума на нужном диапазоне. Эта простая процедура поможет провести более точную настройку тюнера в процессе передачи.

Для настройки в режиме передачи необходимо снизить мощность передатчика да минимально возможной величины (единиц ватт), чтобы ее хватало для полных показаний КСВ-метра (чувствительность разных приборов может быть неоднозначна). Также нужно помнить, что при большой подводимой мощности на элементах тюнера может выделяться большое количество тепла. Что может не самым лучшим способом отразиться на его работоспособности. Поэтому в случае самостоятельной проработки очень важно рассчитывать электрическую прочность элементов тюнера с учетом подводимых мощностей.

Настройка проводится в режиме «несущей». По показанию КСВ-метра необходимо добиться минимальных показаний прибора, а Ватт-метр, наоборот, должен показать наибольшую выходную мощность. Разумеется процедура настройки может занять некоторое время, особенно, при первоначальном знакомстве с работой тюнера. Приготовьтесь к тому, что придется по нескольку раз повторять настройку, т.е подбирать индуктивность и емкости обоих конденсаторов, выбирая наилучшее по показаниям прибора.

Величина индуктивности или позиция переключателя зависит от рабочей частоты (диапазона) и, более того, с большой уверенностью можно констатировать, что она незначительно зависит от конкретной антенны. Поэтому в инструкциях по применению промышленных тюнеров строго указаны позиции переключателя индуктивности в зависимости от рабочего диапазона. В самодельных конструкциях эти настройки проще всего определить, как указывалось выше, в режиме приема и они мало будут от реальной настройки в режиме передачи. Кстати, это утверждение имеет место и при работе с промышленными, хорошо проградуированными моделями.

В целом технология настройки не вызывает осложнений. Выделив индуктивностью соответствующий участок диапазона, дальнейшая часть работы сводится к настройке конденсаторов. Варьируя конденсаторами ANTENNA и TRANSMITTER, по показаниям встроенного в тюнер прибора (в промышленных моделях), определяется наилучшее значение КСВ.

Следует знать, что минимум КСВ (1:1) соответствует резонансной частоте настройки. Если же отстроиться в ту или иную сторону от резонансной частоты, величина КСВ начинает возрастать. Поэтому при значительных расстройках (100 кГц и более) желательно повторять перестройку тюнера.

По значениям КСВ можно определить полосу пропускания антенной системы. Но лучше это делать с отключенным тюнером на небольшой мощности передатчика. Отклоняясь вверх и вниз от резонансной частоты, нужно определить граничные частоты при КСВ=2 (иногда говорят как 2:1).

Разница в показаниях по частоте и будет полосой пропускания антенной системы по КСВ=2. Считается, что полоса пропускания по КСВ=2 является безопасным рабочим интервалом. За этой полосой величина КСВ начинает быстро возрастать и переходит из безопасной зоны (для вашего широкополосного передатчика) в опасную.

При превышениях КСВ>3 может сработать защита выходного каскада (хорошо, если он оснащен таковой) и тогда он сбросит выходную мощность до безопасной величины (если успеет). Если защиты нет, то … прощай транзисторы! Не хочется об этом даже и думать.

На этом, пожалуй, можно остановиться. В завершении лишь добавлю, что промышленность выпускает довольно много разнообразных моделей антенных тюнеров. Ручных, где вся процедура настройки, подобная описанной выше, проводится самим оператором, и автоматических, где настройка значительно упрощена и сводится буквально к нажатию одной кнопки.

Промышленные антенные тюнеры для радиолюбительских условий и применений рассчитаны на конкретную величину подводимых мощностей в интервале от 150 до 3000 Вт. Они оснащаются дополнительными возможностями, например, селекторами антенн.

В большинстве случаев предоставляется возможность подключения двух несимметричных (коаксиальных) антенн, одной симметричной линии и встроенного 50-омного эквивалента нагрузки «Dummy Load». В них обязательно установлен измерительный прибор КСВ/ Ватт-метр.

Могут быть и некоторые отличия, в зависимости от фирмы изготовителя и стоимости. Все возможности конкретной модели содержатся в техническом паспорте или инструкции по применению.
Сами же радиолюбители разработали много самодельных устройств для согласования своих антенн, но принцип работы остается «незыблемым, как скала». В его основу положен трансформатор полных сопротивлений.

В любительской практике не так часто можно встретить антенны, в которых входное сопротивление является равным фидера, а также выходному сопротивлению передатчика. В преимущественном большинстве случаев обнаружить такое соответствие не удается, поэтому нужно использовать специализированные согласующие устройства. Антенна, фидер, а также выход передатчика входят в единую систему, в которой энергия передается без каких-либо потерь.

Как это сделать?

Чтобы реализовать эту достаточно сложную задачу, нужно использовать согласующие устройства в двух основных местах - это точка соединения антенны с фидером, а также точка, где фидер соединяется с выходом передатчика. Наиболее широкое распространение сегодня получили специализированные трансформирующие устройства, начиная от колебательных резонансных контуров и заканчивая коаксиальными трансформаторами, выполненными в виде отдельных отрезков коаксиального кабеля нужной длины. Все эти согласующие устройства используются для согласования сопротивлений, что позволяет в конечном итоге минимизировать общие потери в линии передач и, что более важно, снизить внеполосные излучения.

Сопротивление и его особенности

В преимущественном большинстве случаев выходное сопротивление стандартно в современных широкополосных передатчиках составляет 500 м. При этом стоит отметить, что многие коаксиальные кабеля, использующиеся в качестве фидера, также отличаются стандартной величиной волнового сопротивления на уровне 50 или 750 м. Если же рассматривать антенны, для которых могут использоваться согласующие устройства, то в зависимости от конструкции и типа в них входное сопротивление имеет достаточно широкий диапазон величин, начиная от нескольких Ом и заканчивая сотнями и даже большим количеством.

Известно, что в одноэлементных антеннах входное сопротивление на резонансной частоте является практически активным, при этом чем больше частота передатчика будет отличаться от резонансной в те или иные стороны, тем больше появится реактивной составляющей индуктивного или же емкостного характера во входном сопротивлении самого устройства. В то же время многоэлементные антенны имеют входное сопротивление на резонансной частоте, имеющее комплексный характер за счет того, что в процесс образования реактивной составляющей свой вклад вносят различные пассивные элементы.

Если входное сопротивление относится к активным, его можно согласовать с сопротивлением, используя специализированное согласующее устройство для антенны. При этом стоит отметить, что потери здесь являются практически незначительными. Однако сразу после того, как во входном сопротивлении начнет образовываться реактивная составляющая, процедура согласования будет все более сложной, и нужно будет использовать все более и более сложное согласующие устройство для антенны, возможности которого позволят обеспечить компенсацию нежелательной реактивности, и располагаться оно должно непосредственно в точке питания. Если реактивность не будет компенсироваться, это негативно скажется на КСВ в фидере, а также существенно увеличит общие потери.

Нужно ли это делать?

Попытка полноценной компенсации реактивности в нижнем конце фидера является безуспешной, поскольку ограничивается характеристиками самого устройства. Любые перестройки частоты передатчика в границах узких участков любительских диапазонов в конечном итоге не приведут к появлению значительной реактивной составляющей, вследствие чего зачастую не возникает потребности в ее компенсации. Также стоит отметить, что правильный проект многоэлементных антенн также не предусматривает большой реактивной составляющей имеющегося входного сопротивления, что не требует ее компенсации.

В эфире можно достаточно часто встретить различные споры о том, какую роль и назначение имеет согласующее устройство для антенны («длинный провод» или другого типа) в процессе согласования с ней передатчика. Некоторые возлагают на него достаточно большие надежды, в то время как другие просто считают обыкновенной игрушкой. Именно поэтому нужно правильно понимать, чем же действительно может на практике помочь антенный тюнер, а где его использование будет лишним.

Что это такое?

В первую очередь, нужно правильно понимать, что тюнер представляет собой высокочастотный трансформатор сопротивлений, при помощи которого при необходимости можно будет обеспечить компенсацию реактивности индуктивного или же емкостного характера. Можно рассмотреть предельно простой пример:

Разрезной вибратор, который на резонансной частоте имеет активное входное сопротивление на уровне 700 м, и при этом в нем используется с передатчиком, имеющий входное сопротивление около 500 м. Тюнеры устанавливаются на выходе передатчика, и в этой ситуации будут представлять собой для какой-либо антенны (включая «длинный кабель») согласующие устройства между передатчиком и фидером, безо всяких сложностей справляясь со своей основной задачей.

Если в дальнейшем провести перестройку передатчика на частоту, которая отличается от резонансной частоты антенны, то в таком случае во входном сопротивлении устройства может появиться реактивность, которая впоследствии практически моментально начнет проявляться и на нижнем конце фидера. При этом согласующее устройство «Р» любой серии также сможет ее компенсировать, и передатчик снова получит согласованность с фидером.

Что будет на выходе, где фидер соединяется с антенной?

Если вы используете тюнер исключительно на выходе передатчика, то в таком случае не получится обеспечить полноценную компенсацию, и в устройстве начнут возникать различные потери, так как будет присутствовать не до конца точное согласование. В такой ситуации нужно будет использовать еще один, подключающийся между антенной и фидером, что позволит полностью исправить положение и обеспечить компенсацию реактивности. В данном примере фидер выступает в качестве согласованной линии передачи, имеющей произвольную длину.

Еще один пример

Рамочная антенна, у которой активное входное сопротивление имеет значение около 1100 м, нужно согласовать с линией передачи на 50 Ом. Выход передатчика в данном случае имеет значение 500 м.

Здесь нужно будет использовать согласующее устройство для трансивера или антенны, которое будет устанавливаться в точке, где фидер подключается к антенне. В преимущественном большинстве случаев многие любители предпочитают использовать ВЧ трансформаторы различных типов, оснащенные ферритовыми сердечниками, но на самом деле более удобным решением будет изготовление четвертьволнового коаксиального трансформатора, который можно сделать из стандартного 75-омного кабеля.

Как это реализовать?

Длина используемого отрезка кабеля должна рассчитываться по формуле А/4*0.66, где А представляет собой длину волны, а 0.66 является коэффициентом укорочения, использующимся для преимущественного большинства современных коаксиальных кабелей. Согласующие устройства КВ антенн в данном случае будут подключаться между 50-омным фидером и входом антенны, и если их свернуть в бухту диаметром от 15 до 20 см, то в таком случае он будет также выступать в качестве симметрирующего устройства. Фидер будет полностью автоматически согласовываться с передатчиком, а также при равенстве их сопротивлений, причем в такой ситуации можно будет полностью отказаться от услуг стандартного антенного тюнера.

Другой вариант

Для такого примера можно рассмотреть еще один оптимальный способ согласования - при помощи кратного половине волны или же полуволнового коаксиального кабеля в принципе с любым волновым сопротивлением. Его включают между тюнером, располагающимся возле передатчика, и антенной. В данном случае входное сопротивление антенны, имеющее значение на уровне 110 Ом, переносится на нижний конец кабеля, после чего, используя антенное согласующее устройство, трансформируется в сопротивление 500 м. В данном случае предусматривается полное согласование передатчика с антенной, а фидер используется в качестве повторителя.

В более тяжелых ситуациях, когда входное сопротивление антенны является несоответствующим волновому сопротивлению фидера, которое, в свою очередь, не соответствует выходному сопротивлению передатчика, требуются согласующие устройства КВ антенн в количестве двух штук. В данном случае одно используется вверху, чтобы добиться согласования фидера с антенной, в то время как другое обеспечивает согласование фидера с передатчиком внизу. При этом нет никакой возможности сделать какое-нибудь согласующее устройство своими руками, которое можно будет использовать одно для согласования всей цепи.

Возникновение реактивности сделает ситуацию еще более сложной. В данном случае согласующие устройства КВ диапазонов позволят существенно улучшить согласование передатчика с фидером, обеспечив таким образом значительное облегчение работы оконечного каскада, но большего от них ждать не стоит. Из-за того, что фидер будет рассогласован с антенной, появятся потери, поэтому эффективность работы самого устройства будет заниженной. Активированный КСВ-метр, установленный между тюнером и передатчиком, обеспечит фиксацию КСВ=1, а между фидером и тюнером такого эффекта не получится добиться, так как присутствует рассогласованность.

Вывод

Польза тюнера заключается в том, что он позволяет поддерживать оптимальный режим передатчика в процессе работы на несогласованную нагрузку. Но при этом не может обеспечиваться улучшение эффективности работы любой антенны (включая «длинный провод») - согласующее устройства бессильны, если она рассогласована с фидером.

П-контур, который используется в выходном каскаде передатчика, также может применяться в качестве антенного тюнера, но только в том случае, если будет присутствовать оперативное изменение индуктивности и каждой емкости. В преимущественном большинстве случаев как ручные, так и автоматические тюнеры представляют собой резонансные контурные перестраиваемые устройства вне зависимости от того, собираются они фабрично или кто-то решил сделать согласующее устройство для антенны своими руками. В ручных присутствует два или три регулирующих элемента, а сами они не оперативны в работе, в то время как автоматические являются дорогими, а для работы при серьезных мощностях их стоимость может быть крайне высокой.

Широкополосное согласующее устройство

Такой тюнер удовлетворяет преимущественному большинству вариаций, при которых нужно обеспечить согласование антенны с передатчиком. Такое оборудование является довольно эффективным в процессе работы с антеннами, использующихся на гармониках, если фидер представляет собой полуволновой повторитель. В такой ситуации входное сопротивление антенны отличается на разных диапазонах, но при этом тюнер позволяет обеспечить легкую согласованность с передатчиком. Предлагаемое устройство может без труда функционировать при мощностях передатчика до 1.5 кВт в частотной полосе от 1.5 до 30 МГц. Такое устройство можно сделать даже своими руками.

Основными элементами тюнера выступает ВЧ автотрансформатор на от отклоняющей системы телевизор УНТ-35, а также переключатель, рассчитанный на 17 положений. Предусматривается возможность использования конусных колец от моделей УНТ-47/59 или каких-либо других. В обмотке присутствует 12 витков, которые наматываются в два провода, при этом начало одной объединяется с концом второй. На схеме и в таблице нумерация витков сквозная, в то время как сам провод многожильный и заключен в фторопластовую изоляцию. По изоляции диаметр провода составляет 2.5 мм, предусматривая отводы от каждого витка, начиная с восьмого, если вести счет от заземленного конца.

Автотрансформатор устанавливается предельно близко к переключателю, при этом соединительные проводники между ними должны иметь минимальную длину. Предусматривается возможность использования переключателя на 11 положений, если будет сохранена конструкция трансформатора с не таким большим количеством отводов, к примеру, с 10 по 20 виток, но в такой ситуации произойдет уменьшение и интервала трансформации сопротивлений.

Зная точное значение входного сопротивления антенны, можно использовать такой трансформатор для того, чтобы согласовать антенну с фидером 50 или 750 м, используя только самые необходимые отводы. В такой ситуации его размещают в специальную влагонепроницаемую коробку, после чего заливают парафином и ставят в непосредственно в точке питания антенны. Само по себе согласующее устройство может выполняться в качестве самостоятельной конструкции или же включаться в состав специального антенно-коммутационного блока какой-нибудь радиостанции.

Для наглядности метка, установленная на ручке переключателя, показывает величину сопротивления, которое соответствует данному положению. Чтобы обеспечить полноценную компенсацию реактивной индуктивной составляющей, предусматривается возможность последующего подключения переменного конденсатора.

В приведенной таблице четко указывается, каким образом сопротивление зависит от количества сделанных вами витков. В данном случае произведение расчетов осуществлялось, основываясь на соотношении сопротивлений, которое находится в квадратичной зависимости от общего количества сделанных витков.