1-9. Симметрирующие цепи

Почти все антенны, применяемые в диапазоне УКВ, симметричные, и поэтому для точного согласования их с линиями передачи сами линии передачи должны быть симметричными (ленточные кабели УКВ, экранированные двухпроводные линии, двухпроводные линии с воздушной изоляцией). Однако во многих случаях в качестве линии питания симметричной антенны целесообразно использовать коаксиальный кабель, который не обладает симметрией. При питании симметричной антенны по коаксиальному кабелю, даже при совпадении входного сопротивления антенны и волнового сопротивления кабеля, антенна нагружается кабелем несимметрично и в результате возникают уравнивающие токи, протекающие по внешней стороне оплетки кабеля. Кабель питания начинает излучать электромагнитные волны, что является паразитным излучением, искажающим диаграмму направленности антенны. Устройства, которые позволяют подключать кабель к входным зажимам антенны симметрично относительно земли, называются симметрирующими устройствами.

Четвертьволновый симметрирующий трансформатор

Конструкция четвертьволнового симметрирующего трансформатора показана на рис. 1-52.

Рис. 1-52. Четвертьволновый симметрирующий трансформатор.

Подобная конструкция в основном применяется в диапазоне дециметровых волн и УКВ. Длина внешнего металлического проводника равна λ/4·0,95. Внешний диаметр D для обычно применяемых коаксиальных кабелей равен приблизительно 25—40 мм. Кабель проходит через центральное отверстие, просверленное в металлической шайбе, которая соединяет низ внешней трубки с оплеткой кабеля. Защитное покрытие кабеля снимается на длину λ/4 от места его подключения к антенне. Верх внешней трубки закрывается шайбой, изготовленной из изолирующего материала, в центре которой просверливается отверстие для коаксиального кабеля. Для предотвращения проникновения влаги в трансформатор следует тщательно уплотнить его вход, для чего можно использовать полистироловые стружки, растворенные в хлороформе.

Симметрирующий трансформатор

Особенно простым, применяемым также и в диапазоне коротких волн, является симметрирующее устройство, изображенное на рис. 1-53.

Для такого устройства требуется только отрезок коаксиального кабеля с любым волновым сопротивлением (длина λ/4·0,95). Необходимо, чтобы диаметр отрезка кабеля равнялся диаметру основного кабеля. Нижний конец четвертьволнового отрезка кабеля закорачивается и соединяется с оплеткой основного кабеля. Расстояние X некритично и может составлять от 2 до 4 см.

На рис. 1-54 изображена более простая конструкция рассматриваемого симметрирующего устройства, в которой вместо отрезка кабеля используется трубка, диаметр которой также должен быть равен диаметру кабеля питания.

Рис. 1-53. Симметрирующий трансформатор. Рис. 1-54. Измененная схема симметрирующего трансформатора. Рис. 1-55. Симметрирующий шлейф.

Симметрирующий шлейф

На рис. 1-55 изображена конструкция симметрирующего шлейфа, который, как нетрудно видеть, представляет собой разновидность симметрирующего устройства, рассмотренного выше. Симметрирующий шлейф отличается лишь тем, что кабель питания соответствующей длины (несколько больше λ/4), очищенный от внешней защитной оболочки, пропускается в трубку Т1, и таким образом обеспечивается контакт между оплеткой кабеля и трубкой Т1.Центральная жила кабеля питания через проходной изолятор выводится из трубки T1 и подсоединяется к трубке Т2. Замыкающую перемычку в нижнем конце шлейфа делают обычно подвижной для точной настройки.

Четвертьволновый симметрирующий шлейф

На рис. 1-56 изображено очень простое симметрирующее устройство, которое конструктивно вполне выполнимо и в диапазоне коротких волн.

Оно состоит из замкнутого на нижнем конце отрезка коаксиального кабеля длиной (электрической) λ/4. Следует учитывать коэффициент укорочения коаксиальных кабелей, который в среднем составляет около 0,66, т. е. следует брать отрезок кабеля длиной λ/4·0,66. Расстояние между четвертьволновым отрезком кабеля и кабелем передачи должно равняться по меньшей мере 5 см. В точке подключения к антенне кабель передачи и проводники симметрирующего устройства соединяются параллельно с перекрещиванием.

Рис. 1-56. Четвертьволновый симметрирующий шлейф.

Все рассмотренные до сих пор симметрирующие устройства не дают преобразования полного сопротивления в точке питания антенны, т. е. эти симметрирующие устройства действуют как трансформаторы с коэффициентом трансформации 1 : 1

Симметрирующая цепь в виде кольца

Симметрирующее устройство, изображенное на рис. 1-57, обладает также способностью трансформировать полное сопротивление.

Круговой шлейф изготовляется из того же кабеля, что и линия передачи. Геометрическая длина шлейфа равна λ/2·k. Как видно из рис. 1-57, оплетка шлейфа соединяется с оплеткой кабеля питания. Коэффициент трансформации кольцевого симметрирующего шлейфа 1:4, т. е. с помощью такого симметрирующего трансформатора к антенне с входным сопротивлением 240 ом можно подключить симметрично относительно земли коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 60 ом.

Симметрирующий трансформатор

Симметрирующий трансформатор можно сделать, соединив два отрезка линий передачи одинаковой длины на одном конце параллельно, а на другом последовательно. При этом коэффициент трансформации равен 1 : 4. Волновое сопротивление линий Z, из которых сделан трансформатор, при параллельном соединении преобразуется в,сопротивление Z/2 и не обладает симметрией относительно земли; напротив, при последовательном соединении линий питания получаем сопротивление, симметричное относительно земли, — 2Z. Длина обоих отрезков линий составляет по λ/4. На рис. 1-58 показаны конструкции такого симметрирующего трансформатора, сделанные из ленточных или коаксиальных кабелей.

Рис. 1-57. Симметрирующая схема в виде полуволнового шлейфа.

Двойной коаксиальный дроссель в качестве симметрирующего устройства

При питании симметричных антенн по несимметричному коаксиальному кабелю без применения симметрирующих устройств, как уже указывалось выше, возникает паразитное излучение линии передачи (поверхностные волны). Эти поверхностные волны особенно интенсивны в тех случаях, когда кабель питания случайно оказывается в резонансе по отношению к рабочей частоте. Следует отметить, что поверхностные волны нельзя замерить с помощью прибора для измерения стоячих волн.

Рис. 1-58. Симметрирующий трансформатор.

Для широкодиапазонных антенн применение большинства описанных выше симметрирующих устройств невозможно, так как их свойства зависят от частоты.

Для широкодиапазонных антенн диапазона коротких волн симметрирование можно произвести, изготовив из коаксиального кабеля катушку, конец которой подключается к антенне. Коаксиальный дроссель с 10—12 витками диаметром 120 мм и с расстоянием 1—2 мм между витками обеспечивает в диапазоне 10, 15 и 20 м значительное ослабление поверхностных волн.

Рис. 1-59. Симметрирующая схема в виде двойного коаксиального дросселя.

Лучшие результаты дает применение радиолюбительской конструкции — двойного коаксиального дросселя, предложенного радиолюбителем DL1UX. Конструкция и соединение дросселя с антенной показано на рис. 1-59. Двойной коаксиальный дроссель изготовляется следующим образом: наматывается 20 витков коаксиального кабеля диаметром 100 мм, причем конец кабеля припаивается к оплетке, как показано на рисунке, таким образом, чтобы расстояния от середины дросселя до места припайки были равными. В середине дросселя кабель на расстоянии 3—5 см очищается от оплетки и диэлектрика, и к его центральной жиле припаиваются проводники, идущие к антенне.

Описанный двойной коаксиальный дроссель полностью свободен от поверхностных волн, имеет максимальное вносимое ослабление по мощности порядка 0,5 дб и обладает широкой полосой пропускания, что позволяет применять такое симметрирующее устройство в трехдиапазонных коротковолновых антеннах.