Меню

Двухпроводная линия питания антенн



Двухпроводная линия питания антенн

Новое на сайте

  • Последние изменения: Понедельник 27 Июль 2020, 19:45:55.

Вход на сайт

Линии и настройки

1. Почти ЛЮБАЯ антенна (диполь, веревка, дельта, инвертор, и т.п.) может вполне нормально работать как многодиапазонная (начиная от того диапазона, где ее линейные размеры антенны становятся ориентировочно более 0,3 лямбды). Причем не как суррогат, а именно как вполне пристойная антенна, почти не уступающая, например, резонансному диполю на каждый диапазон (а часто и превосходящая его). Для этого надо.
2. Настроить антенну так чтобы она отдавала всю мощность передатчика. В свою очередь для этого надо решить четыре задачи:
2.1. Согласовать сопротивление в конце линии питания со входным сопротивлением антенны на данном диапазоне (ясное дело, условие передачи максимальной мощности-равенство сопротивлений нагрузки и внутреннего сопротивления генератора).
2.2. По тем же соображением согласовать выходное сопротивление передатчика со входным сопротивлением линии питания.
2.3. По тем же причинам, обеспечить нужное и стабильное сопротивление нагрузки для лампы (транзистора) выходного каскада.
2.4. Позаботиться о высоком КПД линии передачи, чтоб в ней все не затухало.

Для упрощения, давайте договоримся, что мы имеем либо транзисторный TX c антенным тюнером, либо ламповый с настраиваемым П-контуром (который заодно играет роль тюнера) на выходе. То есть, считаем, что требования п. 2.2 и 2.3 всегда выполняемы, то есть активный элемент (лампа, транзистор) всегда «видит» оптимальное для себя сопротивление, а тюнер способен трансформировать его в любое другое, в том числе — комплексное. При качественном тюнере потерь на данном этапе нет (или ими можно пренебречь). Как реально выполнить требования п 2.1? Тут приходит на помощь то свойство длинной линии, что можно получить какое угодно сопротивление на одном ее конце (у антенны то бишь), меняя импеданс на другом её конце (у тюнера). Вот как раз для последней операции и нужен тюнер. Потерь и на этом этапе не просматривается. Остается один п. 2.4 — КПД линии передачи. Потери в линии, увы, будут. К тому ж в нашем случае, она работает со стоячей волной. Не вдаваясь в дебри теории скажу, что КПД двухпроводной линии значительно выше КПД коаксиального кабеля. Дело не в каких-то магических свойствах двухпроводной линии, а только в ее высоком волновом сопротивлении — при той же мощности в ней течет меньший ток. А потери пропорциональны его квадрату. По этой же самой причине ЛЭП делают высоковольтными (высокоомными, то есть) — энергетики заботятся о высоким КПД своих линий. Возвращаясь к нашей двухпроводной линии, заметим, что в ней как правило получается меньший чем в коаксиале КСВ. Сравните: коаксиал 50 Ом при КСВ=10 имеет диапазон нагрузок 5. 500 Ом (входные сопротивления проволочной антенны менее 30-ти Ом практически не встречаются, а вот >500 Ом — сколько угодно), а двухпроводная линия 400 Ом — диапазон 40. 4000 Ом (это как раз то, что может дать проволочная антенна). Цифры для ориентировки. Двухпроводная линия 400 Ом, выполненная из проводов по 1 мм, при длине 40 м и КСВ=10, на частоте 28 МГц имеет КПД более 90%. Коаксиал в тех же условиях (1 мм — центральная жила) — от силы 40% (причем заметьте 40 м — это электрической длины, физически двухпроводная линия и будет 40 м, а коаксиал — только 26,4 м). Кстати, в профессиональных антеннах, питаемых двухпроводной линией, антенна считается удовлетворительно согласованной, если КСВ (там вообще-то меряют КБВ, величину обратную КСВ) меньше 5. (КБВ >0,2). Некоторые выводы. Суммарный КПД нашей системы почти исключительно определяется потерями в линии (тюнер мы считаем хорошим). Если линия получается большой длины, то двухпроводная линия, конечно лучше. Но если от тюнера до антенны недалеко, а коаксиал использовать большой толщины (можно уменьшать потери и так) — то тоже не очень страшно. Нюанс — даже при использовании в качестве линии передачи толстого коаксиала (а двухпроводную линию само собой) — тюнер должен быть СИММЕТРИЧНЫМ! Абсолютно не тянут на это гордое имя простые тюнеры, у которых симметричный выход делается просто ферритовым колечком. Ферриты на выходе тюнера — дурной тон. Схем симметричных тюнеров немало публиковалось — он должен иметь на выходе либо незаземленную катушку (с катушкой связи), либо сдвоенный незаземленный КПЕ — по одному КПЕ в каждом выходном проводе тюнера, либо и то и другое.
Настраивать антенну, КРАЙНЕ ЖЕЛАТЕЛЬНО в точке питания, причем при возможности это лучше делать не ГИР-ом, а ВЧ-мостом (крайне полезный прибор, экономит много сил и времени; при настройке.). Расхожее мнение «Ну нет прибора лучше КСВ метра, остальное от лукавого»! Отсюда и высказывания об идиотах-авторах и их «неправильных» антеннах. Точно, КСВ-метром у трансивера можно пользоваться при настройке антенны ТОЛЬКО ТОГДА, КОГДА ЕЕ ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ НА РЕЗОНАНСЕ ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ ВОЛНОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КАБЕЛЯ НЕ БОЛЕЕ, ЧЕМ НА 20. 30%. Во всех остальных случаях, КСВ-метр будет показывать все что угодно, кроме правды.
Разве может быть такое, чтоб одна проволочная антенна работала на 40, 20 и 15 метров. Я всегда считал, что если антенна на 20 и 40 м, то; там она и должна работать, а не на других диапазонах. А в принципе и «гвоздик» будет работать, но как. Не надо людям мозги пудрить. Уж сколько раз твердили миру. О резонансном и нерезонансном питании антенн. Но воз и ныне там, многие до сих пор не очень понимают разницу, чему подтверждение приведенные фрагменты. Нужно сразу определиться для чего нужна антенна, если для бесед с соседними областями, то это один вариант, если по дальше или для DX, то это совсем другое. Иногда смешно читать и слышать в эфире, как один перед другим хвастается, что у него одна веревка работает везде и работает отлично, а другие развесив уши слушают и еще просят выслать размеры данного уникума. Если описываете антенну, то в заголовке сразу пишите для чего она сделана и опробована ли на всех трассах и в том числе в «pule up», а то понапишут всякого. . Придется повторять истины из учебника. Резонансное и нерезонансное питание отличаются ТОЛЬКО ВЕЛИЧИНОЙ КСВ в линии питания, но никак не КПД излучения антенны.

Читайте также:  Питание вредное для сахарного диабета

Поэтому, если:
1. Физические размеры излучателя больше, условно говоря, трети длины волны (цифра повторю условна, по эффективности излучения).
2. Потери в линии питания малы (это не всегда бывает! При коаксиале, особенно тонком потери с ростом КСВ заметно растут, при двухпроводной линии — почти нет, почти все многодиапазонные антенны с резонансным питанием используют двухпроводную линию), то, как ни странно СОВЕРШЕННО ВСЕ РАВНО какое питание используется. В самом деле — если ВСЯ (ну или почти вся «моща») доходит до полотна антенны, то дальше надо только обеспечить согласование входного импеданса антенны с выходным линии.
Есть еще один не очень широко известный факт. Даже в самом что ни на есть полуволновом диполе, с чисто активным входным сопротивлением ПО ВСЕЙ ДЛИНЕ АНТЕННЫ УСТАНАВЛИВАЕТСЯ распределение тока и напряжения вдоль антенны такое же как в линии СО СТОЯЧЕЙ ВОЛНОЙ. Такое распределение (читай стоячая волна) существует в ЛЮБОЙ (кроме апериодических) антенне, причем НЕЗАВИСИМО от того, резонансная длина полотна или нет. Отличия только во входном импедансе. И если вы обеспечили передачу мощности на комплексный импеданс (тюнером в точке питания антенны — он за этим и нужен при высоком КСВ в линии), то антенна будет работать хоть при ее длине 0,3l, хоть 0,7l (будут конечно отличия в ДН).
Важный момент тюнер внизу у TRX — это хуже, имеются потери в линии из-за высокого КСВ (хотя та же двухпроводная линия при КСВ=10 имеет КПД более 90%, коаксиал в тех же условиях, в зависимости от толщины и длины потерять до половины мощности). Если же тюнер (хороший) стоит в точке питания антенны (он уже будет именоваться СУ антенны) — то дополнительных потерь нет, и антенна ЛЮБОЙ длины (от 0,3l и длиннее) работает не хуже полуволнового диполя. Более того, если у Вас есть возможность установить СУ в точке питания (например, на балконе высотного дома на верхних этажах), то это одно из лучших решений для все диапазонной антенны.

Источник

Двухпроводная линия своими руками

Высокоомная двухпроводная линия нередко нужна в радиолюбительской практике. И как отрезки для согласования и трансформации, и как питающий фидер многодиапазонной симметричной антенны (кстати, последнее – один из лучших способов создания многодиапазонной антенны).

Обычно описания изготовления двухпроводной линии сводятся к тому, что надо взять побольше каких-нибудь одинаковых диэлектрических распорок и как-нибудь закрепить на них параллельно два провода. Это правильно. Но на практике возникают вопросы: где взять много одинаковых распорок, и чем крепить провода (особенно если линия длинная, десятки метров, и точек крепления выходит не одна сотня)?

В качестве материала распорок в журнале «Funkamateur» рекомендовали отрезки пластиковой транспортной ленты, которой в магазинах стянуты большие картонные коробки (например, упаковки с плитами, холодильниками, мебелью и т.д.). При распаковке эту ленту разрезают и выбрасывают. На любом заднем дворе магазина можно бесплатно набрать десятки метров такой разрезанной ленты: там она считается отработанным мусором. Но мы так считать не будем: пластик там очень хороший: как электрически, так и механически (достаточно жёсткий при толщине всего 0,6-0,8 мм, устойчив к ультрафиолету).

Обычными ножницами отрезаем от такой ленты кусочек 30-50 мм длиной, и делаем в нём два отверстия (например, горячим жалом паяльника), как показано на рис. 1. Расстояние между отверстиями должно быть на 1-3 мм меньше, чем должно быть между проводами линии. Получилась распорка.

Далее берём большую пачку капроновых кабельных стяжек и привязываем ими провода к распорке, как показана на рис. 2 (понятно, что дырки в распорке должны быть достаточны для прохода хвостика стяжки). Важно, чтобы провода лежали бы на распорке сверху, а не на её торце. Тогда провода жёстко фиксируются и распорка никуда не съедет.

Затем отрезаем лишние хвостики стяжек. Далее нарезаем сколько надо распорок, дырявим их, и приступаем к изготовлению линии. Ничего кроме пачки стяжек, кусачек и часа на свежем воздухе для этого не потребуется. Легко получается аккуратная и «красивая» линия.

Дополнительным преимуществом такой линии является её хорошая ремонтопригодность. Провода не продеты сквозь распорки. Поэтому при каких-либо проблемах просто отрезаются стяжки соответствующей распорки, она выбрасывается и заменяется на новую.

Читайте также:  Можно ли кормить кота детским питанием при заболевании печени

Густота установки распорок зависит от типа провода линии. На вышеприведённых фото использован мягкий многожильный провод, отчего распорки пришлось ставить довольно часто: одну на 8-10 см длины. При жёстком одножильном проводе их можно ставить меньше (пореже).

На фото ниже показан многодиапазонный диполь с двухпроводной линией, изготовленный по описанной технологии DL4PU. Вернее на фото линия ещё в процессе изготовления.

Для антенны и линии использован распущенный надвое провод для подключения громкоговорителей (он имеет хорошее сочетание толщины жилы и цены).

Источник

Двухпроводная линия питания антенн

Глава 1. Линии передач. Коаксиал или двухпроводная линия.
Суррогатные и самодельные фидеры.

Сейчас стоимость коаксиальных кабелей растет не по дням, а по часам, качество же их падает так же сильно. Но во многих случаях, особенно тем, кто только начинает свою работу на 160 метров, можно обойтись и без покупки коаксиального кабеля.

1. Работа линий передачи.

Рассмотрим упрощенно теорию линий передач. Есть три режима работы линии – работа на согласованную нагрузку, работа на нагрузку большую волнового сопротивления линии и на нагрузку меньшую волнового сопротивления линии (рис.1).

Режим на рис.1а называют режимом бегущей волны. В этом случае U макс. = U мин. , R н = Z л

Режим на рис. 1б и 1в называют режимом работы линии со стоячей волной. Коэффициент стоячей волны К, который равен

К = U макс / U мин = I макс / I мин ,

или К = Z л / R н, когда Z л> R н ,

или К = R н / Z л , когда R н> Z л .

Понятно, что в режиме бегущей волны фидерная линия используется оптимально. Если же антенная система работает с КСВ, то фидерная линия используется не оптимально.

2. Коаксиальные линии передач.

Эти линии, не без помощи радиолюбителей, широко стали использовать во время второй мировой войны. Коаксиальная линия представляет собой провод 1, окруженный диэлектриком 2, и заключенный в металлическую оплетку 3, которая в свою очередь защищена пластиковой оболочкой 4 (рис.2). Все электромагнитное поле такой линии заключено внутри нее, поэтому ее можно располагать как угодно (сгибать, свивать в бухту) и где угодно (около металла и даже под водой.

Для уменьшения потерь коаксиальных линий передач используют высококачественный диэлектрик, в некоторых случаях он состоит из фарфоровых чешуек.

Но надо признать, что качество бытовых и коаксиальных кабелей ухудшается из года в год, и часто кабель, приобретенный сейчас, гораздо хуже кабеля, сделанного несколько лет назад. Особенно это касается коаксиальных кабелей производства СНГ. Вместо плетеного экрана сейчас часто ставят несколько десятков несвитых тонких проводов, заметно хуже и качество пластмасс.

Если такой коаксиал годен для приема, то на передачу он уже подходит с трудом, да и то лишь при условии, что такая линия работает с невысоким КСВ.

Работа с большим КСВ особенно опасна для коаксиальных кабелей, так как протекающие при этом значительные токи могут привести к перегреву внутренней жилы и местному расплавлению внутренней изоляции кабеля и, как следствие этого, кабель в этом месте “стягивается” и приходит в негодность. В пучности напряжения возможен пробой коаксиального кабеля. При плохой оплетке работа с КСВ ведет к усилению излучения кабеля.

Волновое сопротивление коаксиальных кабелей Z o лежит в пределах 30-120 Ом. Его можно определить как

Z o = (138 / e ) ´ log 10 (D/d),

где D – внутренний диаметр оплетки,

d – внешний диаметр жилы,

e – диэлектрическая постоянная внутренней изоляции кабеля.

3. Двухпроводная линия передачи.

Двухпроводная линия передачи представляет собой два провода 1, между которыми расположены изоляторы 2 (рис.3). Сопротивление двухпроводной линии лежит в пределах 200-600-Ом и определяется как

Z л = 276 log 10 (D/d),

где D – расстояние между центрами проводников,

d – диаметр проводников.

Электромагнитное поле сосредоточено как внутри, так и за линией (рис.4).

Это обуславливает влияние на линию различных близлежащих предметов на расстоянии до 10D. Происходит увеличение излучения линии на высоких частотах из-за рассимметрирования антенны. При рассимметрировании, токи, протекающие в разных проводах линии находятся не в фазе, и не компенсируют друг друга, что приводит к излучению фидера.

При использовании двухпроводных линий, провода которых проходят в диэлектрике, будем иметь больше потери в нем на ВЧ. Двухпроводная линия переносит режим работы с КСВ значительно легче. Действительно, она обычно выполнена из достаточно толстого провода, способного пропустить значительные токи, и большое расстояние между проводами защищает линию от пробоя.

4. Работа линий передач с КСВ.

Можно без опаски питать через 600-Омную линию 60-Омную антенну (рис.5). Действительно, КСВ в линии при этом будет около 10, но линия будет работать. Для примера рассчитаем значение действующих в этом случае токов и напряжений в линии при мощности в нагрузке 120 Вт. При этом ток в нагрузке будет 1,5 А, напряжение 90 В. Напряжение пика в линии будет 900 В. Хотя это на первый взгляд большая величина, но обычная двухпроводная линия передачи его выдержит. Можно использовать и 300-Омную двухпроводную линию, КСВ в этом случае изменится.

Обычно радиолюбители не используют антенны сопротивлением выше 600 Ом. Но предположим, мы запитываем длинной линией полуволновой диполь на 40 м. Такая антенна имеет входные сопротивления около 75 Ом на 40-метровом диапазоне и около 1200 Ом на 20- и 10-метровых диапазонах.

Читайте также:  Гетеротрофное питание животных сообщение

Режим работы на 40 м мы рассмотрели выше. На 20 и 10 метрах, при использовании такой линии, КСВ будет около 2 (рис.6). Ток в антенне, при подводимой к ней мощности 120 Вт будет 0,3 А, напряжение на ней 380 В. Ток пика будет 0,6 А и напряжение пика 760 В, что очень немного практически для любой линии. Работа коаксиального кабеля при нагрузке больше и меньше его волнового сопротивления

аналогична работе двухпроводной линии. При работе с высоким КСВ коаксиал не имеет запаса ни по напряжению, ни по току, в отличие от двухпроводной линии, и может быть выведен из строя чрезмерными токами или напряжением.

Вот почему при использовании коаксиального кабеля работают только на согласованную антенну. Использование двухпроводной линии позволит сделать простую антенну без заградительных контуров, согласующих цепей, которая будет работать как в гармониковых диапазонах (т.е. антенна на 80 будет работать на 40, 20, 10), так и в промежуточных – 160, 30, 17, 15, 12 (рис.7).

При использовании коаксиального кабеля такую простую антенну построить невозможно. Можно рекомендовать начинающим коротковолновикам не мучиться с поисками качественного коаксиального кабеля, настройкой антенны, а выполнить эту простую и в то же время эффективную антенную систему.

5. Суррогатные линии передач.

Обычный сетевой шнур питания имеет волновое сопротивление около 60-120 Ом. Его можно успешно использовать для запитки таких антенн как дельта, диполь, штырь. Но изоляция сетевого провода имеет повышенные потери, которые растут на высоких частотах. В разных сетевых шнурах используется разная изоляция, которая, как показывает опыт, может работать до 7-10 МГц и даже выше. Простой способ определить, работоспособен ли сетевой шнур в качестве фидера – подключить его к антенне, измерить КСВ, и если КСВ будет Вас устраивать, попробовать шнур на ощупь. Если он теплый, а тем более горячий, использовать его на этой частоте нельзя. Такой фидер более подвержен влиянию атмосферных воздействий, чем коаксиальный кабель.

Экранированный шнур, используемый в звуковой технике, имеет волновое сопротивление около 30-70 Ом, и его можно использовать с антеннами 160-80 метрового диапазона, которые обычно имеют малую высоту подвеса и, вследствие этого, малое сопротивление. Такой кабель должен иметь пластиковую изоляцию поверх экрана. На более высоких частотах использовать его не рекомендуется из-за возрастающих потерь.

Двухпроводная линия типа “лапша”, используемая для прокладки радио и телефонной сети идеально подходит в качестве высокоомного фидера питания. Такая линия имеет волновое сопротивление около 600 Ом, что позволяет питать антенны типа Цеппелин, Т2FD, Beverage. Такая линия хорошо работает и до 30 МГц. Плохо, что она не обладает механической прочностью, поэтому рекомендуется ее прикреплять к капроновому шнуру (рис.8).

Изоляция этой линии не рассчитана на работу в атмосферных условиях и уже через несколько лет приходит в негодность. Через такую линию можно передавать значительные мощности – до 200 Вт.

6. Изготовление открытой линии в домашних условиях.

Для изготовления открытой линии мной был изготовлен станок (рис.9). Он состоял из доски 1, на которой были укреплены две бобины с проводом 2, используемые для изготовления открытой линии. От этих бобин провод поступал на выполненную из дерева форму 3, которая обеспечивала формирование расстояния между проводами открытой линии. В паз 4 формы 3 закладывался изолятор 5, выполненный из термопластмассы. Прижимом 6 провода натягивались и паяльником 7 вплавлялись в изолятор. После этого готовая линия сматывалась на самодельную бобину 8. С помощью линейки 9 обеспечивалось равное расстояние между изоляторами.

Для изоляторов можно использовать толстые полиэтиленовые стержни или другие пластмассы, позволяющие производить в них заплавку и обладающие достаточной прочностью. Для унификации можно выполнить изоляторы самому из подручных материалов. Для этого берутся две пустые консервные банки (рис.10), причем банка 1 большего диаметра, чем банка 2.

В банке 2 формируется носик, в нее закладывается материал для производства пластмассы для изоляторов – это могут быть старые полиэтиленовые пакеты, пластиковые банки из-под моющих средств и т.д. затем банка 2 ставится на банку 3 и закрывается банкой 1. Через некоторое время пластмасса будет готова и ее можно разлить в форму 4. Эта форма выполнена из жести от консервной банки, которая свернута уголком. После заливки и остывания получим угловой изолятор 5, который после этого распиливают на заготовки нужной длины. В эту пластмассу провод легко вплавляется, и она обладает достаточной механической прочностью.

Из этой пластмассы можно изготовлять и мелкие детали (ручки, кнопки, каркасы для катушек) для радиолюбительских нужд. Работы по приготовлению и разливке пластмассы лучше производить на открытом воздухе или в хорошо проветриваемом помещении.

Таблица, приведенная здесь, окажет помощь в изготовлении самодельной открытой линии. Для линии лучше использовать медный одножильный провод в изоляции типа ПЭТВ-2 (влаготеплостойкий). При использовании неизолированного провода он со временем окислится, что ухудшит работу линии. Канатик с тонкими жилами в городских условиях под действием кислотных дождей и смога может быстро прийти в полную негодность, кроме того, он не обеспечивает достаточной жесткости линии.

Г.И.Атабеков и др. Теоретические основы электротехники. М.,Энергия, 1979.

Г.З.Айзенберг. Коротковолновые антенны. М., РиС, 1985.

Источник