Согласование передатчика с асимметричной линией

На рис. 3.27 показаны типовые схемы выходных каскадов передатчиков, часть из которых в виду слабой фильтрации высших гармоник мало применяется на практике.

В схеме на рис. 3.27а антенна непосредственно подключена к части выходного контура передатчика. Настройка всей системы в данном случае осуществляется или изменением емкости выходного контура или изменением числа витков катушки, к которым непосредственно присоединена антенна. Индикатором тока обычно служит амперметр или, в более простых системах, индикаторная лампочка. Наиболее распространенной ошибкой является убеждение, что большой ток свидетельствует о хорошем согласовании передатчика с антенной. Дело в том, что ток может достигать больших значений и в случае, когда в линии питания возникает стоячая волна. Например, в случае обрыва антенны в линии питания будет существовать только одна стоячая волна (К_{ст U} → ∞) и может так случиться, что амперметр находится в том месте линии питания, которому соответствует пучность тока. Поэтому его показания никак не могут быть однозначным свидетельством правильности настройки. Необходимо еще измерить коэффициент стоячей волны и убедиться, что уровень К_{ст U} находится в допустимых пределах.

На рис. 3.27б и в приведены схемы, в которых происходит лучшая фильтрация высших гармоник передатчика. Однако из-за индуктивности связи L_св они вносят в антенный тракт дополнительную реактивность индуктивного характера. Иногда большая величина L_св может существенным образом изменить распределение токов в линии питания н в самой антенне. Можно скомпенсировать индуктивность L_св введением последовательно с ней емкости C_св (рис. 3.27г). Однако в этом случае отсутствует цепь для постоянного тока, что мешает стеканию с антенны электростатических зарядов. Значения L_св и C_св выбираются из условий, чтобы добротность Q_св была равна примерно 2, в то время как Q_A = 10. При этом система наилучшим образом выполняет свою роль и не требует перестройки во всей рабочей полосе. Ориентировочно можно выбрать C_св исходя из следующего равенства: X_C = 2Z₀. Например, для Z₀ = 75 Ом сопротивление емкости C_св равно X_C = 150 Ом. Требуемое значение C_св определяется для заданной частоты с помощью номограмм, приведенных на рис. 2.38а. Если связь между катушками L_N и L_св переменная, то при настройке вначале осуществляют малую связь между L_N и L_св и настраивают всю систему в резонанс. Далее, увеличивая связь между L_N и L_св, осуществляют подстройку системы.

Для простых схем передающих устройств, выполненных на транзисторах, повышение сопротивления достигается путем использования обычной резонансной системы (рис. 3.27б). Степень трансформации сопротивлений зависит от соотношения С₁ и С₂.

В диапазоне УКВ часто используется схема, в которой выходным каскадом передатчика и антенным контуром осуществляется индуктивная связь, а точная настройка антенного контура достигается вариацией емкости С₁ (рис. 3.27е).

Уровень тока высших гармонических составляющих во многом определяется значением межвитковой емкости катушек выходного каскада передатчика. Это справедливо для всех схем, приведенных на рис. 3.27б—е, в диапазонах как КВ, так и УКВ. Иногда для уменьшения этого эффекта между катушками связи устанавливают экран Фарадея (рис. 3.27ж).

В более современных передающих устройствах вместо экрана Фарадея используется оболочка экрана коаксиального кабеля, выполненного так, как показано на рис. 3.27з. Эту схему можно рекомендовать тогда, когда уровень тока высших гармонических составляющих очень высок. В этом случае петлю кабеля (обычно один виток) располагают вблизи заземленного края катушки индуктивности выходного каскада передатчика.

Дальнейшее улучшение фильтрации высших гармоник и согласования можно получить, используя схему, изображенную на рис. 3.27и, в которой антенный контур электрически разделен от контуров фильтрации и согласования. В качестве элемента связи можно использовать петлю из коаксиального кабеля (см. рис. 3.27ж). Можно также контуры фильтрации и согласования вынести дальше от выходного каскада и разместить их в более удобном месте. В коротком отрезке линии, соединяющем фильтр с передатчиком, может возникнуть стоячая волна. Однако потери из-за этого эффекта обычно крайне малы. Поэтому линию можно выполнить в виде коаксиального кабеля с произвольным волновым сопротивлением Z₀.

В радиолюбительской литературе достаточно часто встречается описание метода проектирования так называемого фильтра Коллинза (см. рис. 3 27и).

Если R_N — нагрузка выходной лампы передатчика, a Z₁ — входное сопротивление фильтра, то отношение числа витков анодной катушки п к числу витков катушки связи п_св $$\begin{equation}\frac{n}{n_{св}}=\sqrt{\frac{R_N}{Z_1}}\end{equation}\tag{3.6}$$

Полагая Q = 12, a ω = 2πf, где f — средняя частота диапазона в мегагерцах, получаем значение емкости С₁ (в пикофарадах): $$\begin{equation}C_1=\frac{Q}{\omega{Z_1}}=\frac{12}{\omega{Z_1}}=\frac{2000}{fZ_1}\end{equation}\tag{3.7}$$

Значение емкости С₂ рассчитывается по формуле (3.8) $$\begin{equation}\sqrt{\frac{Z_1}{Z_2}}=\frac{C_1}{C_2}\end{equation}\tag{3.8}$$ где Z₂ — выходное сопротивление фильтра.

И, наконец, индуктивность катушки $$\begin{equation}L_2=13\frac{Z_1}{f}+Z_1C_1\frac{\sqrt{Z_1Z_2}}{145}\end{equation}\tag{3.9}$$

Еще раз напомним, что в приведенных формулах Z₁ и Z₂ выражены в килоомах, C₁ и С₂ — в пикофарадах; L — в микрогенри, f — в мегагерцах.