Вопросы согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидера, а также симметрирование антенн для радиолюбителей всегда были и остаются актуальными. В последние годы особый интерес проявляется к трансформирующим и согласующим устройствам на ферритовых кольцах. Это связано с тем, что такие устройства могут быть малогабаритными, иметь высокий (до 98 %) КПД. Кроме того, в них не проявляются резонансные свойства при перекрытии частотного интервала в несколько октав (например, от 1 до 30 МГц) что особенно удобно, когда используются многодиапазонные антенны ("квадраты", "INVERTED V" , 3-элементный трехдиапазонный "волновой канал" и т. д.).
В таких широкополосных трансформаторах обмотки выполняют в виде двухпроводных длинных линий передачи (на основе коаксиального кабеля или однородных), намотанных на ферритовое кольцо. Такое выполнение обмоток позволяет практически устранить индуктивность рассеивания и уменьшить индуктивность выводов.
Условное обозначение трансформатора на длинных линиях (ТДЛ), принятое в статье, с одной обмоткой из двухпроводной линии приведено на рис. 1.а, с несколькими (в данном случае с двумя) - на рис. 1.б.
На рис. 2 показано включение ТДЛ с коэффициентом трансформации n=1.
Трансформатор состоит из обмотки в виде однородной длинной линии, намотанной на кольцевой ферритовый магнитопровод. Ее электрическая длина P=2пl/L, где l - геометрическая длина линии, L - длина волны (лямбда). Так как при распространении высокочастотной волны токи, протекающие по проводникам линии, равны по значению и противоположны по направлению, то магнитопровод не намагничивается, а это значит, что мощность в феррите практически не теряется. При согласовании вол нового сопротивления линии g с сопротивлениями источника Rг и нагрузки Rн ТДЛ теоретически не имеет нижней и верхней граничных -частот. На практике же максимальная рабочая частота ограничивается из-за индуктивности выводов и излучения линии.
Следует обратить внимание на особенность ТДЛ. которая заключается в наличии двух видов напряжений: противофазного U, действующего между проводниками линии и определяемого мощностью сигнала, и синфазного (или продольного) V, обусловленного асимметрией нагрузки и зависящего от варианта включения трансформатора.
Как образуется синфазное напряжение, действующее между генератором и нагрузкой, т. е. на индуктивности линии Lл, хорошо видно из рис, 3.
Очевидно, что проводники длинной линии шунтируют нагрузку и генератор, если по ним протекают синфазные токи. Введение магнитопровода резко увеличивает индуктивность обмотки, тем самым повышает сопротивление синфазному току и резко уменьшает их шунтирующее действие. В тоже время на распространение волны магнитопровод не оказывает влияния, так как обеспечивается режим бегущей волны (Rг=g=Rи).
Существует несколько способов построения ТДЛ с целочисленным коэффициентом трансформации п. Можно, например, придерживаться следующего правила. Обмотки (их должно быть n) выполняют из равных по электрической длине отрезков двухпроводных линий. Каждую обмотку размещают на отдельном кольцевом магнитопроводе одного типа. Входы линий с повышающей стороны соединяют последовательно, с понижающей -- параллельно.
В общем виде схема включения ТДЛ с целочисленным коэффициентом трансформации п показана на рис. 4.
Здесь справедливы соотношения Rг=n2Rн, U1=nU2, g=nRн.
На рис. 5 изображены различные варианты включения ТДЛ.
Можно построить ТДЛ и на одном магнитопроводе, но при этом обязательно соблюдают следующие требования. Во-первых, число витков каждой линии должно быть пропорционально значению синфазного напряжения, действующего между концами этой линии, поскольку обмотки связаны общим магнитным потоком. Во-вторых, геометрические длины всех линий обязательно должны быть одинаковыми. В зависимости от варианта включения ТДЛ может даже случиться, что некоторые линии частично или полностью должны быть размещены не на магнитопроводе.
Чтобы определить число витков в обмотках, необходимо вычислить значения синфазных напряжений Vк на каждой линии.
В ТДЛ с несимметричными входом и выходом (тип НН. рис. 5, а)
в инвертирующем (тип НН, рис. 5, б) Vк=(n-к+1)Uн;
с симметричным входом и несимметричным выходом (тип СН, рис. 5, в)
Vк=(n/2-к)Uн;
с несимметричным входом и симметричным выходом (тип НС, рис. 5, г)
Vк=(n+1/2-к)Uн;
с симметричными входом и выходом (тип СС, рис. 5, д)
Vк=(n/2+t/2-к)Uн.
В формулах n - коэффициент трансформации, к - порядковый номер линии, считая сверху, Uн - напряжение на нагрузке.
Эти же формулы являются исходными. когда определяют отношение числа витков в обмотках, размещаемых на магнитопроводе. Если, например, ТДЛ с коэффициентом трансформации n=3 включают по схеме, изображенной на рис. 5, а, то V1:V2:V3=w1:w2:w3=2:1:0. Из этого следует, что верхнюю по рисунку линию размещают на магни-топроводе полностью (w1), у второй --только половину витков (w2=w1/2), а третья целиком (w3=0) должна находиться пне магнитопровода. Геометрическая длина всех линий одинакова.
При согласовании "волнового канала", имеющего входное сопротивление 18,5 Ом, с 75-омным коаксиальным кабелем с помощью ТДЛ (включен по схеме рис. 5, г) с коэффициентом трансформации 2 соотношение витков обмоток равно w1:w2= (2+1/2-1:(2+1/2-2)=3:1. Это означает, что на магнитопроводе верхняя по рисунку обмотка должна находиться целиком, а у второй - только ее третья часть.
Когда длина линий для обмоток много меньше длины рабочей волны, ТДЛ могут быть упрощены: линии, где синфазные напряжения равны нулю. заменяют перемычкой. В этом случае, например, трехобмоточный ТДЛ (рис. 5, д) преобразуется в двухобмоточный (рис. 6).
Коэффициент передачи ТДЛ зависит от того, насколько волновое сопротивление отлично от оптимального значения и каково при этом соотношение электрической длины линии и длины волны. Если, например, с отличается от требуемого в два раза, то потери в ТДЛ равны 0,45 дБ при длине линии лямбда/8 и 2,6 дБ при лямбда/4. На рис. 7 приведена зависимость коэффициента передачи ТДЛ с n=2 от фазовой длины его линий для трех значений g.
Расчет, приведенный в , показывает, что, если используются линии с оптимальными значениями у, коэффициент стоячей волны в ТДЛ не превышает 1,03 при длине линии лямбда/16 и 1,2 при длине лямбда/8. Отсюда можно сделать вывод, что параметры ТДЛ остаются удовлетворительными при длине двухпроводных линий меньше лямбда/8.
Исходными данными при расчете ТДЛ являются коэффициент трансформации п, вариант включения ТДЛ, нижняя и верхняя границы рабочего диапазона частот (в герцах), максимальная мощность Рmax на нагрузке (в ваттах), сопротивление нагрузки Rн (в омах) и волновое сопротивление фидера g (в омах). Расчет ведут в такой последовательности.
1. Определяют минимальную индуктивность проводника линии Lл (в генри) из условия, что
Lд>>Rг/2fн.
На практике Lл, можно брать в 5...10 раз больше вычисленного отношения Rг к 2fн.
2. Находят число витков w линии на кольце магнитопровода:
где dcp - средний диаметр кольца (в см), S - площадь поперечного сечения магнитопровода (в см 2),u - относительная магнитная проницаемость магнитопровода. 3. Рассчитывают синфазный ток Ic; (в амперах), протекающий по обмотке ТДЛ, на низшей рабочей частоте:
Ic=Vc/2пfнLл,
где Vc - синфазное напряжение на линии, вычисляемое для конкретных вариантов включения в соответствии с вышеприведенными соотношениями.
4. Определяют магнитную индукцию (в теслах) Магнитопровода:
B=4*10 -6 .uIc/dcp.
Магнитопровод выбирают с учетом, чтобы он не насыщался синфазным током (или постоянным, если он есть). Для этого магнитная индукция в магнитопроводе должна быть на порядок меньше индукции насыщения (берут из справочников).
5. Находят Пиковое напряжение Uпик в линии:
где у - КСВ в фидере.
6. Вычисляют эффективное значение тока Iэфф (в амперах):
7. Определяют диаметр d проводов (в миллиметрах) длинной линии:
где J - допустимая плотность тока (в амперах на миллиметр квадратный).
Для ТДЛ антенных согласующих устройств подходят кольцевые (типоразмерами К55Х32Х9, К65Х40Х9) магнитопроводы из ферритов 300ВНС, 200ВНС, 90ВНС, 50ВНС, а также 400НН, 200НН, 100НН. При необходимости магнитопровод может быть составлен из нескольких колец. Нужное волновое сопротивление длинной линии получают, равномерно скручивая между собой (с определенным шагом) проводники (см. таблицу). В случае крестообразного соединения проводов с оказывается ниже, чем когда соединены между собой соседние проводники. Волновое сопротивление линии из нескрученных проводов диаметром 1.5 мм равнялось 86 Ом.
Волновое сопротивление длинной линии в зависимости от шага скрутки и вида соединений
| Вид | Шаг скрутки, см | |||||
| 4 | 3 | 2 | 1 | 0.67 | 0.25 | |
| : | 70 | 60 | 56 | 44 | 36 | - |
| I I | 45 | 43 | 40 | 33 (32)* | - | - |
| X | 23 | 22 | 20 | 18 (19)* | - | 10** |
* При диаметре проводов 1 мм.
** При диаметре проводов 0.33 мм.
Чтобы улучшить параметры (в частности, коэффициент асимметрии) и одновременно упростить конструкцию согласующе-трансформирующего узла, применяют последовательное соединение нескольких ТДЛ различного типа.
Для примера по приведенной методике рассчитаем составной ТДЛ с n=2. Он должен согласовать входное сопротивление 12,5 Ом симметричной антенны с коаксиальным кабелем РК-50. Нижняя рабочая частота - 14 МГц. Мощность не превышает 200 Вт. Для ТДЛ предполагается использовать магнитопроводы типоразмером К45Х28Х8 (dcp=3,65 см, S=0,7 см 2) из феррита 100НН (его удельная индукция насыщения - 0,44 Тл/см 2 ).
Пусть первая ступень с коэффициентом трансформации n=2 составного ТДЛ (рис. 8) будет включена по схеме рис. 5, а, а вторая (с n=1) -по схеме рис. 5, г.
Рассчитываем первый ТДЛ.
1. Находим Lл:
Примем Lл равной 13,5 мкГн.
2. Вычисляем число витков обмотки:
Такое число витков двойного толстого провода с трудом можно разместить в окне магнитопровода. Поэтому целесообразно использовать два кольца. В этом случае магнитопровод будет иметь размеры К45Х 28Х16 (S=1.4 см 2). Новое число w:
3. Определяем пиковое напряжение на нагрузке:
4. Находим синфазное напряжение на обмотках в соответствии со схемой включения (рис. 5, а):
V1=(2-1)71=71 В. Поскольку синфазное напряжение на второй обмотке равно 0, то эта обмотка заменяется перемычками (рис. 6).
5. Синфазный ток равен:
6. Вычисляем магнитную индукцию в магнитопроводе:
В=4*10 -6 *100*9*0,06/3,65=59*10 -6 Тл, что значительно меньше индукции насыщения.
Волновое сопротивление линии g1=50 Ом.
Во втором ТДЛ целесообразно применять такие же кольца, как и в первом. Тогда Lл=13,5 мкГн, w=9 витков.
7. Синфазное напряжение на обмотке V=(2+1/2-1)71=106,5 В.
8. Синфазный ток равен:
L=106,5/2*3,14*14*10 6 *13,5*10 -6 =0,09 А.
9. Магнитная индукция
В=100*4*10 -6 *9*0,09/3,65=89*10 -6 Тл.
И в данном случае она получается меньше индукции насыщения. Волновое сопротивление линии обмотки выбирают около 12 Ом.
Диаметр проводов для линий ТДЛ определяют так же, как и диаметр проводов для обмотки в обычных трансформаторах. Этот расчет здесь не приводится.
Внимательный читатель может заметить неточность в приведенном расчете (связана с применением составных ТДЛ). Она заключается в том, что индуктивность Lл вычисляется без учета того, что обмотки ТДЛ первой и второй ступени соединены, т. е. с некоторым запасом. Так что на практике в ТДЛ каждой ступени можно уменьшить число витков в обмотках и применить ферритовые магнитопроводы меньших размеров.
Используя комбинации различных одиночных ТДЛ, можно получить широкую гамму ТДЛ с заданными характеристиками .
У изготовленных ТДЛ следует измерять КПД и коэффициент асимметрии . Схема включения ТДЛ при определении первого параметра показана на рис. 9, второго - на рис. 10. Потери а (в децибелах) в трансформаторе рассчитывают по формуле: а=20lg(U1/nU2).
Симметрирующий ТДЛ (тип НС) с коэффициентом трансформации n=1, работающий в диапазоне частот 1,5... 30 МГц при выходной мощности до 200 Вт, для согласования фидера РК-50 с входным сопротивлением антенны 50 Ом можно изготовить на магнитопроводе 50ВНС типоразмером
К65Х40Х9. Число витков обмоток линии (g=50 Ом) - 9. Обмотки 1-1", 2-2" (рис. 12) мотают в 2 провода ПЭВ-2 1,4 бифилярно, без скруток. Чтобы обеспечить постоянство расстояния между проводами, на них надевают фторопластовую трубку. Обмотку 3-3" наматывают отдельно на свободной части кольца тем же проводом и той же длиной, что обмотки 1-1", 2-2". КПД изготовленного ТДЛ был около 98%. коэффициент асимметрии - более 300.
ТДЛ с коэффициентом трансформации n=2 (тип НС), рассчитанный на мощность до 200 Вт, согласующий 75-омное волновое сопротивление фидера с симметричным входом антенны, у которой входное сопротивление 18 Ом. можно изготовить на магнитопроводе 200НН (рис. 13) типоразмером К65Х40Х9. Обмотки должны содержать 9 витков линий из проводов ПЭВ-2.1,0. Изготовленный трансформатор имел КПД 97 %, коэффициент асимметрии на частоте 10 МГц - 20, на частоте 30 МГц - не менее 60.
На рис. 14 приведена схема включения составного ТДЛ (типа НС) с коэффициентом трансформации n=3, согласующего антенну, имеющую входное сопротивление 9 Ом, с 75-омным коаксиальным кабелем. ТДЛ, рассчитанный на работу в диапазоне 10...30 МГц при мощности до 200 Вт, выполняют на кольцах (типоразмер К32Х20Х6) из феррита 50ВНС. Магнитопроводы трансформаторов WT1 и WT2 составляют из двух колец, обмотки и катушка L1 должны содержать по 6 витков. Длинные линии и катушку выполняют проводом ПЭВ-2 1,0. Волновое сопротивление линии для WT1 - 70 Ом, для WT2 - 25 Ом. Построенный ТДЛ имел КПД 97 %, коэффициент асимметрии - не менее 250.
Перед эксплуатацией ТДЛ следует принять меры по защите их от неблагоприятных климатических воздействий. Для этого трансформаторы обматывают фторопластовой лентой, помещают в коробку и, если есть возможность, заливают компаундом КЛТ.
Литература:
1. Беньковский З., Липинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн.- М.; Радио и связь, 1983.
2. Ротхаммель К. Антенны.- М.: Энергия, 1979.
3. Захаров В. Трехдиапазонная трехэлементная антенна волновой канал.- Радио, 1970. № 4.
4. Лондон С. Е., Томашевич С.В. - Справочник по высокочастотным трансформаторным устройствам.- М.; Радио и связь, 1984.
5. Михайлова М. и др. Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры.- М.: Радио и связь, 1983.
РАДИО N 6, 1987 г., c.26-29.
Принцип подсчета количества витков:
Синий провод
- 1 виток,
Красный провод
- 1,5 витка.
Balun 50 / 300
Начинаем с того, что наматываем 2,5 витка (голубой цвет ), исходя из требуемого сопротивления 300 Ом. Другой конец провода соединяем с массой на уровне подключения входа. Это будет общая точка массы. Беря начало из точки массы наматываем новые 2,5 витка провода (зеленый цвет ) которые заканчивают обмотку 300 ом. Опять начиная с точки массы, наматываем еще 2 витка провода (красный цвет ) который подключаем к входному разъему (PL).
Диаметр провода определяется возможностью уместить обмотки в ферритовой трубке.
(Прим. UA4AEU-Максимально толстым проводом.
Заполнение всего отверстия. Полным и равномерным заполнением окна сердечника можно добиться меньшего "завала" на ВЧ диапазонах.
Короткие выводы.
При желании иметь бОльшую мощность устройства, нужно стремиться не к увеличению числа трубок, а к увеличению сечения каждой трубки. А количество трубок должно быть минимальным, т.е. всего 2, но "толстых"!
Не забываем, что чем больше реактивная составляющая в нагрузке, тем хуже для трансформатора. )
Следуя этому принципу мы можем осуществить различные согласования, соблюдая количество витков в соответствии с таблицей:
На эквиваленте нагрузки измеренный КСВ не превышает 1,5 в диапазоне от 1 до 30 MHz.
Измеренные потери составили 0,4 dB.
(Прим. UA4AEU- можно добиться КСВ 1,1 компенсируя реактивность небольшой емкостью на входе или выходе балуна (подбирается экспериментально на самой высокой частоте.
При подключении к антенне возможен небольшой уход резонансной частоты АНТ.).
Исходя из размера, обмотка может быть выполнена из эмалированного жесткого провода. Легче выполнить обмотку из гибкого изолированного провода.
Похожие материалы:Я остановил свой выбор на подобной конструкции сразу же после первых испытаний и на сегодняшний день я не знаю лучшего способа трансформации сопротивлений при таких массо-габаритных показателях самого трансформатора.
Основа устройства - ферритовые трубки от сигнальных кабелей компьютерных мониторов. Мощность такого трансформатора зависит от сечения трубки и их количества. Например, пара даже самых маленьких трубок от кабелей свободно работает при 200 ваттах. Для увеличения мощности трансформатора, количество трубок можно пропорционально увеличивать. Такие столбики также можно набирать из отдельных колец высокой проницаемости. В этом случае, используя ферриты производства СНГ, будьте готовы увеличить массогабаритные показатели в виду больших потерь в них.
Вот так выглядит трансформатор в усилителе мощности:
Трансформатор таких габаритов может работать при подводимой мощности 500 Вт. Нетрудно представить габариты сердечника трансформатора для 1 кВт - они относительно небольшие! Реально же, я испытывал на прочность такой трансформатор с использованием явно завышенной для него мощностью с АСОМ-2000. Работа в пайлапе контеста на 80м диапазоне нагрели его и через 30 минут он перестал работать (КСВ антенны резко вырос), но через 10 минут КСВ пришел в прежнюю норму. А теперь представьте габариты трансформатора и подведенную к нему мощность!
Коэффициент трансформации считается так:
K=N 2 2 /N 1 2
где N 1 - количество витков в первичной обмотке,
N 2 - количество витков во вторичной обмотке
Например, трансформатор с К=2.25 содержит в первичной обмотке 2 витка и 3 витка во вторичной обмотке. Такой трансформатор можно использовать, например, для питания антенн с Rвх около 100 Ом.
Мотается трансформатор одновременно тремя проводами - мотаем 1 виток. Затем доматываем виток проводом первичной обмотки и по пол-витка проводами вторичной обмотки. Провода лучше использовать разноцветные. Два провода вторичной обмотки соеднить последовательно. Точка соединения имеет нулевой потенциал (если антенна симметрична) и ее нужно заземлять для стока статики. Первичную обмотку такого трансформатора имеет смысл мотать более толстым проводом.
Один виток выглядит так:
Весь трансформатор 1:2.25 мотается так:
Важное замечание: если антенна несимметрична, то заземлять среднюю точку вторичной обмотки нельзя! Для стока статики лучше произвести заземление этой точки через резистор порядка десятков кОм.
Для упомянутой выше антенны был использован трансформатор 1:2.78, который мотался на 4 трубках так: тремя проводами делалось 2.5 витка, а потом еще полвитка добавлялось для первичной обмотки. Вторичная соединялась последовательно. Получилось соотношение витков 5:3. Без компенсации я получил вот такой график на нагрузке 150 Ом:
Поскольку, антенна работала лишь в диапазонах 1.8 и 3.5 МГц, я отказался от компенсации.
У Валентина RZ3DK (SK) получился такой график без использования емкости компенсации:
При расчете витков нужно понимать, что нужен некий компромисс. С одной стороны, витков нужно делать минимально достаточно для самого нижнего диапазона, а с другой стороны, нам нельзя получать большую индуктивность рассеяния на самых высокочастотных диапазонах.
Для того, чтоб получить достойный экземпляр, необходимо руководствоваться некими "правилами":
1. Нужно стремиться иметь минимальное, но достаточное количество витков в обмотках
2. Провод брать возможно большего сечения, особенно низкоомной обмотки.
3. Для симметричной вторичной обмотки применять готовый кабель из двух проводов (типа тех, которые в сетевых шнурах раньше применялись), которые потом и соединяем последовательно. При этом, у них точно будет одинаковая длина и пр. параметры, чем и будет достигнута симметрия. Применять такой провод логичнее, если число витков вторичной обмотки до соединения концов кратно целому значению.
4. Полным и равномерным заполнением окна сердечника можно добиться меньшего "завала" на ВЧ диапазонах.
5. Отправной точкой для расчета можно принять минимально достаточное количество витков на самом низком диапазоне. Если для данной проницаемости трубок витков будет мало, вы получите рост КСВ к низкочастотным диапазонам и возможный нагрев.
6. При желании иметь бОльшую мощность устройства, нужно стремиться не к увеличению числа трубок, а к увеличению сечения каждой трубки. А количество трубок должно быть минимальным, т.е. всего 2, но "толстых"!
В заключении необходимо отметить, что массогабаритные показатели трансформаторов напрямую зависят от качества феррита. Не исключаю, что и при 100 ваттах, ваш трансформатор нагреется. Здесь выхода два: поменять трубки или увеличить их количество. Мои экземпляры при 100 ваттах свою температуру не изменяли совершенно.
Ну и не забываем, что чем больше реактивная составляющая в нагрузке, тем хуже для трансформатора.
Про ТДЛ в трех частях:
- #1
Здравствуйте Дмитрий!
У меня вопрос по ферр.трубкам.
Дело в том, что эти трубки имеют значительный разброс по проницаемости (от 10 до 300 - из тех, что мне попались и были замерены). Как Вы учитываете этот момент и какие (по проницаемости) лучше использовать?
В настоящее время использую такой транс-р на двух трубках для питания вертик.Дельты периметром 86 м. с симм.питанием коакс.кабелем РД-200. Транс-р находится рядом с TRX. Длина фидера 15 м. Антенна даже строится на 1,8 м Гц (hi !), конечно КПД её на этом диапазоне - как у паровоза... - #2
Проницаемость трубок нужна максимальная. 10 и даже 300 - этого мало. Правда, смотря какие цели преследовать. Не думаю, что есть желающие делать эти трансформаторы для работы только на 28МГц, например.
- #3
Здравствуйте Дмитрий!
В каких случаях надо делать гальваническую развязку обмоток, а в каких нет (как у Вас)? - #4
На антеннах всегда гальванически антенны связаны с землей хотя бы через высокоомное сопротивление.
- #5
Здравствуйте, Дмитрий! У меня 86-метровая Дельта питается симметричной линией из двух 75-омных кабелей, их оплётки соеденины вместе(никуда не подключены).Далее трансформатор, составленный в виде бинокля из десяти трубок. Сечение 5.8 см2 и далее 50-омный кабель(около 10 м). Необходимо ли соединять оплётки с землёй?
- #6
Недостаточно данных для оценки всей картины, но то, что оплетку нужно заземлить - точно!
- #7
Здравствуйте, Дмитрий!
хочу попробывать волновой диполь на 1,8 Мгц длинной примерно 164 метра запитать с помощью феритовой защелки.для того чтоб можно было передвигать по полотну точку запитки и найти оптимальную точку для 1,8 и 3,5 Мгц. судя по мане трансформатор нужен 1 к 2. подскажите как лучше сделать. дом 30метров на уровне лифтовой.[email protected] Сергей RD0L
- #8
Если двигать, значит во вторичке должен быть лишь один виток (полотно пропущено через кольцо один раз). Поскольку транс должен трансформировать 1:2 и повышать сопротивление до (как Вы пишете) 100 Ом, то в его первичке витков должно быть sqr(0.5)=0.7вит, что технически невозможно. Посему данный метод работает только с антеннами, у которых Rвх<=Rкабеля. И то, всего лишь несколько случаев, да еще и на очень высокопроницаемом феррите.
- #9
валентин (Wednesday, 13 September 2017 14:49 )
Дмитрий,спасибо за прекрасный пример тр-ра,все получилось на 5 работает четко,мощность 500 ватт,две трубки холодные,чему я очень рад,спасибо большое
- #10
ps Вдогонку,намотал еще 2 тр-ра на защелках для кабеля-все работают нормально,но емкость на выходе пришлось подбирать,для каждого случая своя емкость от 50пф до 30,5 пф на 29,8мгц мах ксв 1,35 по 330м,но на виндом все работает,хотя не все отвечают,мощность 100 ватт,спасибо все работает,еще раз спасибо
- #11
На здоровье, Валентин! Да, емкость для компенсации, действительно, зависит и от конструктивного исполнения.
- #12
Здравствуйте, Дмитрий!
Познакомился с материалами Вашей статьи.
Бесспорно изложенный материал полезен, теория без практики мертва. Большая мощность, большие токи в стационарных РПУ - КПД передатчика не особо актуален. Другое дело переносные, малогабаритные, широкополосные, линейные КВ усилители с питанием 12В.
РПУ строил на основе схем публикаций трансиверов 2011-2014 годов. Печальный опыт проб и ошибок привел к заключению, что ШПТ (при к=1:2 и 1:3) на биноклях амидон с медными трубками, не позволяет поднять КПД более 20-25% в диапазоне частот до 30 МГц.
ШПТЛ, на том же амидоне позволяет получить КПД порядка 30-50%, но обозначились другие проблемы: завалы в нижнем или верхнем участке частот (с этим еще можно бороться, наметки есть) и самое противное нелинейные искажения (модуляция 1 кГц искажения от 10 до 35%). Да, это согласуется с теорией.
А посему вопрос: Какой ШПТ или ШПТЛ можете рекомендовать для переносного линейного РПУ? - #13
Вы ни материалы Амидон (вообще, это Микрометалс, а Амидон только продает) не указали, который использовали, ни методику измерений. Я не поверю, что потолок по КПД 35%. И что в Вашем понимании есть "переносное РПУ"? Посему и ответ на Ваш вопрос давать не берусь. Для своих целей, лучшего способа трансформации токов, чем описанный здесь я не знаю и применяю только его даже на приемных антеннах.
- #14
Как будет работать трансформатор на трубках для согласования полуволнового провода с конца? При коэффициенте обмоток 1/16.
- #15
Плохо будет ему. Слишком большой коэффициент трансформации и, как одно из следствий - бааааальшие потери на этой трансформации. Применяйте автотрансформаторные включения. Тем более, что бесполезно пытаться гальванически развязать обмотки при питании полуволнового излучателя с конца. Вообще бесполезно.
- #16
Здравствуйте, RV9CX!
Имеются фильтры TDK ZCAT3035-1330 для сигнальных кабелей, как думаете, будет работать такой феррит хотя бы в переключаемой индуктивности антенного тюнера? - #17
Ну а ссыль на даташит где?
Я не рекомендую ставить ферриты в тюнер. Тем более, разборный. Одно дело когда согласовываешь чисто активную составляющую импеданса. Но, как правило, те кто пользуется тюнерами, работают на всякие случайные шнурки - там реактивка астрономическая и никакой феррит с ней не справится. Не - работать все будет, но в антенне мощности не досчитаетесь, ну и феррит осыплется в один прекрасный день. Это как крайний случай. - #18
Спасибо, так и полагал
https://product.tdk.com/info/en/catalog/datasheets/clamp-filter_commercial_zcat_en.pdf
Даташит скудный, не раскрывает характеристик феррита.. - #19
Из даташита понятно, что они не годятся для использования в качестве СМС. Ну а в тюнер, как и говорил, не ставьте. Да и что за необходимость наличия феррита в тюнере. Пока переписываемся - уже бы попробовали давно))) Можно же смоделировать ему реактивную нагрузку (конденсатором проще) и посмотреть как он себя поведет.
- #20
Намотал транс. 1/16 на 4х ферритовых трубках от монитора для согласования 21 метрового провода, (запитка) с конца на один диапазон 7мгц. Работает нормально. Но, недолго при 400вт сильно греется., Если я соединю 2 таких, шптл. Последовательно 1/4 + 1/4. Будет ли толк? В интернете таких способов не встречал.
- #21
Не буду ничего писать про нецелевое использование трансформатора, скажу по сути вопроса.
Даже в этой статье первая же фотка - именно на последовательных трубках. В самой статье я писал, что лучше не количество трубок надо увеличивать, а их сечение. Это два варианта, как нужно поступать!Что касается Вашего решения... Вы конечно можете так сделать. Особенно после подключения транса 1/16 на конец случайной сопли. Это решение уже ничто испортить еще больше просто не сможет. Но если интересует мое мнение, то я повторюсь: увеличивать мощность транса нужно его сечением, с пониманием тонкостей его работы. А именно, что реактивку такие трансы не переваривают.
- #22
Спасибо за быстрый ответ! Видимо, Вы правы. Я мерил только КСВ оно 1.7 но реактивное сопротивление замерить нечем. С автотрансформаторной намоткой на кольце Т-200 из Китая. КСВ ниже 3 не получалось, с другими нашими кольцами тоже. подгонка длинны провода не помогала! С трансформатором на Ф. трубках, можно долго работать на 100Вт. Но не с 400ВТ. Буду искать толстые Ф. трубки. Другую антенну как 20 метровый провод с балкона нет возможности сделать. Крыша. Закрыта.
- #23
Вам нужно делать Г-контур для каждого диапазона. Никак не ферритовый трансформатор! Трансформаторы - для других случаев. Например рядом у меня статья, где я в 2-диапазонной антенне вывел импеданс одинаковым и уже его трансформировал таким трансом. При этом, антенна была настроена!
Не знаю, какую аналогию привести, но наверно Вы поймете, если я скажу, что Вы поехали на Аляску на самокате. Ехать можно, но не далеко и не долго, и приедете Вы не в Аляску.
- #24
- #25
Благодаря Вашим (и не только, но в основном) статьям соорудил наклонный треугольник 82,7 метра с симметричной запиткой с угла, высота подвеса 22 м верх и 12 м низ. А вот согласование сделал по принципу T2FD. Т.е. в центр противоположного от угла запитки катета врезал резистор 300 Ом (посчитал, что бОльшее сопротивление нагрузки даст меньший ток в антенном полотне, соответственно меньшие потери). Согласовал по Вашим рекомендациям с помощью ШПТ 1:6 на трубках. Результат: Антенна прекрасно работает на всех НАМ диапазонах 3-30 МГц с КСВ не более 2! Включая WACи и СВ! Отработал со всеми континентами и собрал более 300 DX мощностью 50 вт!
Соорудил сего "монстра" из возможностей окружающей среды: центр города, антенна над двором.
Ещё раз спасибо и традиционные 73! - #26
ну антенн таких у меня никогда не будет описано. А вот согласование да - этот вариант самый оптимальный.
При работе приобретённого импортного трансивера в паре со своим старым, надёжным усилителем мощности (РА), служившим верой и правдой владельцу в течение долгих лет, часто возникает ситуация, когда сбрасывается мощность возбуждения РА. Причина в большом входном сопротивлении РА, отличающимся от выходного сопротивления трансивера.
К примеру, входное сопротивление РА с ОС:
на 3- х лампах ГУ-50 около 85 Ом; на 4-х лампах Г-811 около 75 Ом;
на ГК-13 около 375 Ом;
на ГК-71 около 400 Ом;
на двух ГК-71 около 200 Ом;
на ГУ-81 около 200-1000 Ом.
(Данные взяты из описаний конструкций РА в радиолюбительской литературе).
К тому же, входное сопротивление РА неодинаково по диапазонам и реагирует на изменения настройки выходной цепи. Так, для РА на лампе ГУ-74Б приводятся такие данные по входному сопротивлению: 1,9МГц – 98 Ом;
3,5 МГц – 77 Ом;
7 МГц – 128 Ом;
14 МГц – 102 Ом;
21 МГц – 54 Ом;
28 МГц – 88 Ом.
Кроме того, входное сопротивление РА с ОС изменяется в течение периода ВЧ колебаний от нескольких десятков и сотен Ом до нескольких кОм.
Из приведённых цифр видно, что согласование трансивера с РА явно необходимо. Обычно такое согласование выполняют с помощью или параллельных LC контуров, или П-контуров, устанавливаемых на входе лампы. Способ, безусловно, хорош, даёт согласование с КСВ не хуже 1,5, но требуется 6-9 контуров и две галеты переключателей.
Но их не всегда можно разместить в имеющемся старом РА: нет места и всё тут. Выбрасывать старый, хороший РА - жалко, а делать новый – хлопотно.
В зарубежной военной, гражданской, да и любительской радиоаппаратуре давно и широко используются для согласования 50-омных блоков широкополосные ВЧ трансформаторы. Они позволяют согласовывать эти блоки с другими цепями с сопротивлением, отличающимся от 50 Ом и лежащим в пределах 1 – 500 Ом. Такие широкополосные согласующие ВЧ трансформаторы можно использовать и для согласования трансиверов с РА. Они имеют небольшие размеры и всегда можно найти место для их размещения в корпусе (в подвале шасси) старого РА.
На
рис 1а. представлена схема ВЧ трансформатора на тороидальном ферритовом
сердечнике с коэффициентом трансформации со
противлений 1 ׃ │≥ 1…≤ 4 │ , зависящим от точки подключения отвода для выхода.
Рис.1
А на рис.1b – схема ВЧ трансформатора с коэффициентом трансформации сопротивлений 1 ׃ │ ≥4…≤9 │ , также в зависимости от точки подключения отвода для выхода.
Для выходной мощности трансивера до 100 Вт в качестве тороидального сердечника можно использовать два сложенных вместе ферритовых кольца размером 32 х 16 х 8 проницаемостью около 1000, или большего диаметра, но не с меньшим поперечным сечением сердечника.
Если входное сопротивление РА меньше 200 Ом, то намотка трансформатора выполняется по схеме рис.1а, а если – больше 200 Ом, но меньше 450 Ом, то – по схеме рис.1b.
Если же входное сопротивление РА неизвестно, следует изготовить трансформатор по второй схеме, который, в случае плохого согласования, можно переключить на первый вариант. Для этого нужно будет среднюю обмотку отключить, а крайние соединить, как на рис.1а.
Обмотки трансформатора выполняются одновременно для первого варианта двумя, а для второго - тремя проводами, слегка перекрученными, сделав 8 витков. При этом от каждого витка одного провода делается отвод в виде колечка (скрутки). Затем начало одной обмотки соединяется с концом второй, а начало второй обмотки соединяется с концом третьей, у которой сделаны отводы. Провод ПЭТВ диаметром 0,72… 0,8 мм. Кольца (кольцо) надо предварительно обмотать лентой из фторопласта или лакоткани.
На фото №1 видно два ВЧ трансформатора, выполненных по второму варианту.
Фото №1.
Один трансформатор выполнен без скрутки проводов (в один ряд), распаян отводами на галете переключателя, другой (меньшего размера) – со скруткой проводов, оба трансформатора имеют по 9 отводов (7 от обмотки и плюс 2 крайних).
Результаты испытаний трансформаторов .
1. Трансформатор без скрутки проводов. Входное сопротивление 50 Ом. Выходное сопротивление трансформируется в следующие значения (начиная от точки соединения 2 и 3 обмоток) по отводам 200 Ом; 220 Ом; 250 Ом; 270 Ом; 300 Ом; 330 Ом; 360 Ом; 400 Ом; 450 Ом. (Цифры ориентировочные). КСВ по диапазонам (по всем отводам): на 3.5 МГц; 7 МГц; 14 МГц не более 1,3; на 21 МГц не более 1,5; на 28 МГц - 1,8 (до 300 Ом), а далее КСВ ≥ 2.
При включении этого трансформатора по первому варианту (с отключённой средней обмоткой) выходное сопротивление трансформируется в следующие значения: 50,70, 80, 90, 100, 120, 140, 170, 200 (Ом). КСВ на всех диапазонах (по всем отводам) не больше 1.4.
2.Трансформатор со скруткой проводов показал лучшие результаты. Выходные сопротивления такие же, как и у первого трансформатора, но КСВ значительно меньше: на диапазонах 3,5; 7: 14 МГц не более 1,2; на 21 МГц – не более 1,4; на 28 МГц – 1,5 - 1,65. При включении трансформатора по первой схеме КСВ ещё лучше.
Трансформатор включается в разрыв меду входным разъёмом РА и переходным конденсатором, идущим к лампе (к катоду). Если есть возможность, то нужно установить галетный переключатель. В этом случае потребуется подобрать 2 – 3 позиции, при которых на всех диапазонах будет получен наименьший КСВ. Если такой возможности нет, то придётся искать компромисс, нужно будет найти один отвод от обмотки трансформатора с приемлемым КСВ на всех диапазонах. Подбирать отвод и измерять КСВ следует для работы РА в режиме рабочей мощности.
Для согласования трансивера с РА можно использовать простые согласующие устройства на базе Г-фильтра по схеме на рис.2, в виде отдельного блока, включаемого между трансивером и РА короткими отрезками ВЧ кабелей. (Можно с встроенным КСВ - метром).
Рис.2
Катушка бескаркасная – 34 витка, наматывается на оправке диаметром 22 мм проводом 1.0 мм. Отводы от входа сделаны через 2 +.2 + 2 +3 + 3 + 3 + 4 + 4 + 5 и ещё 6 витков. Катушка изгибается полудугой и короткими отводами припаивается к контактам галетного переключателя.
В положении переключателя 1 катушка закорачивается (включается «обход»), а в положении 11 подключается вся катушка. Конденсатор, сдвоенный от ламповых приёмников. Вместо переменного конденсатора можно подобрать для каждого диапазона постоянные, переключаемые с помощью второй галеты. Такое СУ позволяет согласовать трансивер и РА с входным сопротивлением 60 – 300 Ом. (Фото №2).
Фото №2
Но СУ в виде отдельного блока имеют существенный недостаток: в режиме приёма, когда в РА включается «обход», выход СУ оказывается рассогласованным с антенной. Однако это не сказывается в значительной мере на уровне принимаемого сигнала, т.к. обычно низкоомное сопротивление антенны нагружается на более высокоомный, теперь уже (для антенны) вход СУ.
При настройке переключать галетник необходимо только при выключенной передаче!
Литература
1. Э. Рэд. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике.- Мир. c.10 – 12.
2. С. Г.Бунин, Л. П. Яйленко , Справочник радиолюбителя – коротковолновика. – Киев, Техника, 1984. с.146.
3.В. Семичев . ВЧ трансформаторы на ферритовых магнитопроводах. – Радио, 2007, №3, с.68 – 69.
4. А. Тарасов . А вы применяете согласующее устройство? – КВ и УКВ, 2003, №4, №5.
5 .Я. С.Лаповок. Я строю КВ радиостанцию – Москва, Патриот, 1992. с. 137, с. 153.
В. Костычев, UN8CB
г. Петропавловск.
