Симметрирующий трансформатор для антенны своими руками схема

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 18.09.2024

Для приемных антенн согласование с фидером не имеет ключевого значения, а для передающих антенн оно принципиально. Ведь при плохом согласовании кабеля и антенны в фидере образуются стоячие волны (а при асимметрии возникают паразитные токи), что снижает практически все показатели антенно-фидерного устройства (АФУ). Хорошее согласование улучшает не только КПД антенны, но также снижает уровень помех телевидению (TVI).

Наиболее популярны СУ в виде широкополосных согласующих трансформаторов, обмотки которых образуют длинную линию . Соотношение сопротивлений обмоток вычисляется по формуле: R1=k^2*R2, где к — коэффициент трансформации (отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной).

За рубежом в радиолюбительскую практику вошли широкополосные трансформаторы двух типов: Guanella (по току) и Ruthroff (по напряжению), по фамилиям авторов соответствующих статей:
1. Guanella, G., “Novel Matching Systems for High Frequencies”, Brown-Boveri Review, Vol 31, Sep 1944, pp. 327-329.
2. Ruthroff, C.L., “Some Broad-Band Transformers”, Proc IRE, Vol 47, August 1959, pp. 1337-1342.

В СССР своими публикациями о широкополосных трансформаторах известен В.Д. Кузнецов.

Когда необходимо сочетать минимальный коэффициент рассеяния с минимальной проходной емкостью рекомендуется применять трансформаторы с объемным витком. Относительная ширина рабочего диапазона 10-15 (отношение верхней частоты к нижней).

Трансформаторы с объемным витком (индуктивным шлейфом)

Конструкция трансформатора с объемным витком

Такому трансформатору свойственна высокая симметрия, так как емкостная связь между его обмотками сведена к минимуму.

Связь между первичной и вторичной обмотками, расположенными на кольцевых ферритовых сердечниках с большой магнитной проницаемостью, осуществляется при помощи объемного витка (индуктивного шлейфа), образованного корпусом (экраном) трансформатора и стержнем — болтом, стягивающим всю конструкцию.

Такой трансформатор применялся на радиостанции Р-140 как симметрирующий трансформатор приемной V-антенны.

Катушка с бифилярной намоткой для балуна 4:1

У ферритов два главных свойства: магнитная проницаемость и удельное сопротивление. Чем выше удельное сопротивление, тем меньше потери на вихревых токах, тем меньше нагревается сердечник.

Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора (Q-match — Quarter Wavelength Transformer Matching)

Четвертьволновый фидер является трансформатором сопротивления и если имеется антенна с входным сопротивлением Rа.вх и фидер с волновым сопротивлением Qф, то для согласования необходимо включить между ними четвертьволновый трансформатор, имеющий волновое сопротивление: Qтр=√(Rа.вх*Qф).

Теоретически, можно построить Q-match на любой случай, если иметь возможность создавать фидерные четвертьволновые линии любого волнового сопротивления. Однако в радиолюбительской практике Q-match используется редко, например, при согласовании антенны Delta Loop (которая имеет входное сопротивление около 112 Ом) с 50-омным кабелем. В этом случае между антенной и фидером включается четвертьволновый отрезок 75-омного кабеля. Другим ограничением для Q-match является однодиапазонность.

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.

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.

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 Т ₁, и таким образом обеспечивается контакт между оплеткой кабеля и трубкой Т ₁.Центральная жила кабеля питания через проходной изолятор выводится из трубки T ₁ и подсоединяется к трубке Т ₂. 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.

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, — 2 Z. Длина обоих отрезков линий составляет по λ/4. На рис. 1-58 показаны конструкции такого симметрирующего трансформатора, сделанные из ленточных или коаксиальных кабелей.

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.

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.

Лучшие результаты дает применение радиолюбительской конструкции — двойного коаксиального дросселя, предложенного радиолюбителем DL 1 UX . 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.

Простое самодельное устройство для улучшения качества ТВ сигнала: схема, фото и описание изготовления.

В прошлой статье мы уже рассмотрели изготовление самодельной телевизионной антенны для приёма цифровых каналов, сделанной из кабеля, процесс изготовления можно посмотреть здесь — самодельная антенна

Материалы для изготовления самоделки:

коаксиальный кабель;
F-разъемы – 4 шт.;
соединитель ТВ кабеля – 2 шт.;
термоусадочная трубка.

Необходимо взять отрезок коаксиального кабеля длиной 30-35 см.

В его центре отмечается отрезок 14 см, из которых будет сформирована петля. От него с боковых хвостов снимается первый слой изоляции. Нужно размотать оплетку и сорвать фольгу.

Из оплеток делается скрутка. Затем заготовка сгибается, и оплетки перекручиваются между собой.

Далее берется небольшой отрезок кабеля 20 см. На один его конец сразу же устанавливается F-разъем. За 4-5 см от второго края снимается верхняя изоляция. Затем также делается скрутка оплетки, и удаляется фольга.

Теперь нужно полностью убрать открытую нижнюю изоляцию на одном хвосте петли и на прямом отрезке. Изоляция на втором конце снимается с отступом от петли на 2 см.
Нужно скрутить оголенные центральные жилы, снятые полностью на прямом отрезке и первом конце петли. Скрутка укорачивается, достаточно оставить 1 см.

После этого перекручиваются все 3 оплетки. Они укорачиваются до 2-3 см и отгибаются в сторону петли. На скрутку центральных жил надевается F-разъем, и на него наматывается длинная оставшаяся жила. Затем место соединения изолируется термоусадочной трубкой.

На его второй конец подключается ТВ кабель.

Картинка на телевизоре после его установки станет намного четче.

Процесс изготовления также показан в этом видео:

Симметрирующие трансформаторы на ферритовых трубках

Ферритовая трубка обладает одним большим достоинством - её несложно найти на сигнальном кабеле старого ЭЛТ монитора или купить такой кабель в компьютерном магазине.

Обладая достаточной для КВ широкополосностью (порядка 1- 30 мггц) она позволяет реализовывать дешевые по цене антенны для трансивера.

Принцип подсчета количества витков:

Синий провод- 1 виток,
Красный провод- 1,5 витка.

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.
Для того, чтобы наш трансформатор реально имел широкую полосу пропускания, нужно компенсировать паразитную индуктивность рассеяния его обмоток, величина которой напрямую зависит от качества изготовления изделия, в целом. Для этого нужно использовать емкость компенсации, подключать которую нужно параллельно одной из обмоток. Порядок этой емкости - несколько десятков пикофарад, в зависимости от качества изготовления трансформатора.).
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.

Если требуется согласовать длинную линию с Z=200-400-500Ohm с фидером 50-75ом. Можно применить согласующий трансформатор на линиях. Сделан трифилярной намоткой на тор. феррите, любом (т.к. связь не трансформаторная) В сабже стоит 50ВЧ, Прежний был на 2000НН только он в коробку не влез.

Присоединённое изображение

Слева подключается питающий фидер, справа выбирается отвод для нужной антенны. Несимметричная(!) Это может быть наклонный луч, несиметричный диполь, tactikal wire, etc. etc. Т.е. то что быстро разворачивается в лесу- поле. Короче если вы радиохулиган на участках 2,920USB, 6,665USB, И есть сопля нужной длины с колышком и закидушкой. Это то что поможет быстро подключится и не спалить транс. Ес-сно не панацея, но и не тюнер за 5-10тыр.

источник образования. Э.Ред "О 50 омной технике"

Контакты на площадке с барашками используются для подключения земли и самой линии, за неё же и растягиваются.

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Как вариант, тем, кому большие кольца проблемма. Можно сабж изготовить и на ферритовом стержне. Используется совместо с верёвкой 22м. Габариты видны на сантиметровой сетке. Феррит 400НН, кусок от антенны р-приёмника Альпинист 407.

Присоединённое изображение

мля ктото из нас двоих тупит.. см. фото. Три конца слева это началы, три справа- концы, как их соединять на схеме ниже. Что конкретнее интересует.
Витков меньше т.к. использовал его на 11м и лоубэнде. На нижних КВ придерживаться количества 12-14, и феррит ес-сно подлиннее. А ещё лучше для этого МГТФ использовать 0,5-0,8

QUOTE (dr_vlad @ Apr 17 2009, 08:40 PM)

Интересно, а таким методом типовой балун 1/4 можно изготовить?

Симметрирующий и согласующий или просто согласующий? Широкополосный или однодиапазонный? Вопрос надо бы поконкретней. Правильный "Балун" приводил в статье по пеленгаторной антенне. щас поищу картинку. он в общем с двух частей, одна трансимпедансная другая симметрирующая. Примитивные трансы в интернете нарыть можно, их обычно все и ставят.

Да как бы это традиция. Э.Рэд опубликовал ещё в 60-х годах. От материала магнитопровода зависит уровень побочных излучений, и соответственно потерь. В кольцевом феррите их очевидно меньше. Далее. На ровную зависимость частота-импеданс я бы не расчитывал, впрочем работать худо бедно будет. Проверить очень просто. Повесить балун на выход 50ом источника типа Г2-104 и нагрузить его предполагаемым сопротивлением антенны любым безындуктивным сопротивлением, хотябы в СМД виде, и мерить амплитуду на нагрузке осциллографом в заданном диапазоне частот.

ШПТЛ следует использовать для сопряжения каскадов широкополосных неперестраиваемых усилителей мощности, либо для согласования с широкополосными антеннами, например как на приведённой картинке

Читайте также: