Сайт о ЕН-Антеннах
Сайт, посвященный ЕН-Антеннам. Статьи. Описания. Конструкции. Эксперименты. Результаты испытаний.
В моих предществующих статьях об ЕН-Антеннах, я, главным образом сконцентрировался на антеннах, которые используют схемы согласования L+L типа. Теперь я опишу два других способа согласования и фазирования, изобретенные Тедом Хартом (W5QJR). Тед назвал эти способы L+T и STAR. (Опубликовано в журнале "Любительского Радио" в Июле 2004)


Ллойд Батлер (Lloyd Butler )

VK5BR
Материал с сайта:
http://www.qsl.net/vk5br/EHAR4.htm

ЕН-Антенна с L+T и STAR согласующими и фазирующими схемами.

Переход на первую статью - ЗДЕСЬ
Переход на вторую статью - ЗДЕСЬ
Переход на третью статью (ЕН-Антенна на диапазон 10-метров) - ЗДЕСЬ
Переход на пятую статью (проблемы излучения ВЧ энергии кабелем) - ЗДЕСЬ


Введение
В моих предществующих статьях об ЕН-Антеннах, я, главным образом сконцентрировался на антеннах, которые используют схемы согласования L+L типа.

Теперь я опишу два других способа согласования и фазирования, изобретенные Тедом Хартом (W5QJR). Тед назвал эти способы L+T и STAR.

Описывая ЕН-Антенну с системой согласования L+L, я рассказывал о двух областях Е, как они формируются. Первое образуется из дифференциального напряжения, а второе сдвинутого на 90 градусов продольного напряжения. (Ток смещения из вторичной области Е, генерирует поле Н, в фазе с первичным полем Е). В ЕН-Антенне с согласованием L+L, оба цилиндра питаются через мостовую схему согласования L+L. Тем не менее, в L+T системе согласования и STAR системе согласования, более низкий цилиндр подключается непосредственно к экрану линии питания 50 Ом и система таким образом не сбалансирована. Ясно, что идея дифференциального и продольного напряжений не объясняет работу таких схем согласования и здесь должно быть другое объяснение.

Система согласования L+T
На Рис. 1 показана типовая схема согласования L+T, с номиналами, расчитанными на калькуляторе опубликованном в интернете. Для частоты 14,1 МГц были взяты для емкости между цилиндрами 9 Пф. Название L+T получилось из-за того, что катушка L1 как бы образована из двух катушек и объединенной Т секции. Такая схема согласования применялась в ЕН-Антеннах, названных Тедом Хартом Backpacker и которая продается как конструктор для сборки ЕН-Антенны на территории США. Активное сопротивление такой антенны определено Тедом, как 30 Ом.


Рис. 3
Схема согласования L+T.

чтобы понять эту схему согласования лучше, я разделил схему на секции L, которые соединены вместе (см. Рис. 2). Для того чтобы это сделать, я разделил катушку L1 на две последовательно соединенные катушки, а конденсатор С2, на два параллельно соединеные конденсатора. (Величины разделенных компонентов соответствуют приведенным на Рис. 1).


Рис. 3
Схема согласования L+T, разделенная на отдельные компоненты.

Первая секция с L, состоящая из С1-L1А, преобразует сопротивление из 50 Ом в 25 Ом (секция А). Вторая секция L, состоящая из L1В-С2А преобразует сопротивление из 25 Ом в 200 Ом. В третьей секции L, состоящей из С2В-L2А, происходит преобразование из 200 Ом в 34,5 Ом. (величины элементов легко просчитываются формулами из статьи VK3IY, см. ссылку (5) в конце статьи). Если вы посмотрите на схему, то увидите, что сопротивление из 50 Ом на входе преобразуется в 34,5 Ом, в секции С, на выходе.

Теперь мы переходим к L2B. Реактивность L2B сделана равной емкостной составляющей антенны Ха при резонансе, таким образом, выходное сопротивление схемы согласования равно сумме сопротивлений излучения антенны и сопротивлению потерь (главным образом потерь в индуктивности).

Вторичное поле Е
Следующий вопрос - как нам получить сдвиг в 90 градусов и где расположено вторичное поле Е. Так как секция С выглядит как сопротивление, мы можем представить ее как последовательно включенные индуктивность L2B и емкость антенны Ха, как видно из рисунка Рис. 3


Рис. 3
Фазовый сдвиг в 90 градусов. Мы видим два поля Е сдвинутых на 90 градусов.

Особенность этой схемы в том, что возникает сдвиг в 90 градусов за счет индуктивности. Теперь ясно, что первичное поле Е вызывало потенциал между верхним цилиндром и общим проводом нижнего цилиндра и коаксиальным кабелем. В моей теории существует 90 градусный сдвиг в сформированном вторичном поле Е от индуктивности к общему проводу. Так как в антенне с L+L согласованием, ток смещения этого вторичного поля генерирует поле Н в фазе с первичным полем Е.

Интересной особенностью этого метода сдвига фазы на 90 градусов является то, что она работает, если входное сопротивление активно. На Рис. 4 видно, что к источнику сигнала добавлена индуктивность. Проследите - для того, чтобы схема была в резонансе, реактивность индуктивности L2B должна сдвигать фазу менее чем на 90 градусов,


Рис. 4
Реактивность добавлена к входной цепи. Индуктивность L2B должна сдвигать фазу менее, чем на 90 градусов.

Я пробовал запитывать антенну коаксиальным кабелем 50 Ом. Мне казалось, что сопротивление антенны было почти 30 Ом, должно быть небольшое рассогласование. Это действительно работало, но связь между антенной и перемещением питающего кабеля была большой (как и во всех ЕН-Антенных системах). Я пришел к выводам, что предшествующие элементы схемы согласования L+T нужны для обеспечения развязки (как буфер) для уменьшения этого эффекта. Тем не менее, даже с таким буфером, сопротивление источника может отразиться на настройке антенны, плоть до необходимости изменения катушки настройки.

Относительно входного сопротивления источника: интересные испытания в эксплуатации ЕН-Антенны Backpacker провел Adam Macdonald (N1GX). Он обнаружил, что при питании антенны непосредственно от генератора, без коаксиальной линии, излучение антенны падало. Поэтому он и другие люди решили, что это является следствием излучения кабеля. Тем не менее, Тед Харт доказывал, что антенна была чувствительна к фазе входного сигнала и что локальный генератор имел реактивное выходное сопротивление, которое и нарушило согалсование. Эти разноречивые мнения не были разрешены до результатов моих собственных тестов с балансом токов, не поддерживающих выводов Adams`а. (смотрите мои предшествующие статьи).

ЕН-Антенна STAR
Более поздняя (последняя) версия ЕН-Антенны, разработатнная Тедом Хартом показана на Рис. 5. Эта схема согласования ЕН-Антенны была названа STAR. Эта схема напоминает схему показанную на Рис.3, но модефицированная в части ввода сигнала в катушку настройки, к отводу этой катушки, регулируюшему согласование. Так на рисунке Рис. 3 видно первичное поле Е в 90 градусов между цилиндрами и поле от вторичного поля Е и общим проводом, связанным с нижним цилиндром.


Рис. 5
Схема согласования STAR, показан сдвиг фазы в 90 градусов от вторичного поля Е.

Для того чтобы получить сдвиг фазы в 90 градусов и приемлемый КСВ с согласованием с 50 Ом кабеля, вероятно необходимо добавить небольшую индуктивную реактивность последовательно с входным сигналом. Для этого введена небольшая катушка, как показано на Рис. 6. Я не пытался теоретически обосновать это, но действительно подтверждаю необходимость этого, на тестах по измерению КСВ, в своей собственной антенне.


Рис. 6
Схема согласования STAR, с дополнительной катушкой, сдвигающей фазу.


Рис. 7
Экспериментальная ЕН-Антенна STAR
на диапазон 20-метров.

Экспериментальная ЕН-Антенна STAR, на диапазон 20-метров.
Чтобы выполнить некоторые тесты на ЕН-Антенне STAR, я собрал грубую модель ЕН-Антенны на диапазон 20-метров, как показано на Рис. 7. Более детально антенна описана в тексте:
Были использованы поливинилхлоридные трубки длиной 600 мм и диаметром 62 мм. На этой трубе я смонтировал два цилиндра длиной по 200 мм и диаметром 65 мм. Цилиндры расположены на расстоянии 70 мм друг от друга. На 130 мм ниже нижнего цилиндра была установлена катушка диаметром 50 мм, имеющая 22 витка провода 18SWG, длина катушки 80 мм, провод медный луженый, чтобы можно было "крокодилом" подключиться к любому отводу. Я обнаружил, чтобы получить хорошее согласование необходимо подключаться между 15 и 4 витками. Для намотки катушки использовалась поливинилхлоридная трубка диаметром 45 мм, вставленная в трубу антенны. Нижняя труба для катушки держалась в верхней с помощью деревянных клиньев. Входной ВЧ разъем располагался в нижней части трубы, на которой намотана катушка.

Входная (последовательная) катушка (первоначально ее не плаировалось использовать), состояла из 8 витков провода 20SWG (медный, луженый) длиной 30 мм и диаметром 20 мм. Катушка нигде не крепилась и была запаяна к отводу от 4 витка основной катушки настройки. Я обнаружил, что наилучшее согласование получается при подключении провода от ВЧ разъема к 6 витку этой входной катушки.

Созданная мной антенна навряд ли могла претендовать на премию, но тем не менее, она позволила мне быстро ее сделать и провести необходимые измерения и тесты.

Предпочтительное использование схемы STAR
Кажется Тед Харт, в настоящее время, отдает предпочтение схеме STAR, перед другими схемами согласования, особенно при использовании ее радиолюбителями. Как L+L, так и L+T схемы согласования включают в себя два переменных конденсатора, которые собственно и настраивают схему согласования с антенной. При использовании метода STAR, настройка в резонанс происходит при использовании емкости самой антенны и не используется конденсаторов переменной емкости. Тед считает, что такой метод настройки антенны менее трудоемок для радиолюбителей, чтобы получить хорошую работу антенны. Тем не менее, мне кажется, что если нет точных технических параметров антенны, при ее изготовлении, то необходимы какие-то органы настройки антенны, чтобы параметры изготовленной антенны были оптимальны. Мне же кажется, что при таком методе более трудно производить настройку и избежать точного согласования из-за неточной настройки.

Таким образом, это еще одн вариант, который может быть реализован радиолюбителями с применением для настройки только катушки и может быть повторен при ограничении средств.


Для тех, кто хочет приобрести готовую антенну STAR или комплект для сборки.
Я спросил у Теда Харта о коньюктуре рынка, для поставки готовых ЕН-Антенн или их комплектов для любительских диапазонов на дату написания этой статьи (декабрь 2003г.). Далее идет информация, полученная от Теда Харта:

Он сообщил, что George Jones (KA4Q) в США, продолжает поставлять комплекты ЕН-Антеннн Backpacker для 20-метрового диапазона. Джордж верит, что радиолюбителю легче настраивать конденсаторы переменной емкости, чем настраивать индуктивности в STAR версии антенны. Хотя Джордж по работе связан с ЕН-Антеннами, он делает работу для радиолюбителей вне компании, тем не менее информацию об его антеннах можно найти на страницах сайта компании (см. ссылку 6).

В Италии Steve Galastri (IK5IIR) в компании Arno Elettronica (см. ссылку 7), поставляет ЕН-Антенны STAR для диапазонов 20, 40, 80 и 160 метров. Для настройки конденсаторы не используются и расчитаны на подводимую мощность до 2 КВт при SSB и 500 Вт для непрерывной мощности. Тем не менее он все еще делает антенны с L+L согласованием для более высоких частот. Типичная ЕН-Антенна его производства показана на рисунке Рис. 8. Антенна имеет защитный кожух и подвижный хомутик для подстройки антенны.

Новая компания в Японии (пока не названа) образованная JA3FR, скоро начнет делать ЕН-Антенны для радиолюбительских диапазонов 20, 40, 80 метров. Антенна для диапазона 80 метров имеет небольшой двигатель для дистанционной настройки антенны в пределах диапазона 3,5 - 4,0 МГц. Анетнна также имеет более толстые цилиндры для более крутого излучения. Тед также сообщил, что эти ЕН-Антенны имеют высокую эффективность и прототипы произвели на него сильное впечатление.

Рис. 8
ЕН-Антенна на диапазон 40-метров
компанииArno Elettronica
(спасибо за фото Julie Fubbri и Steve Galastri из Arno Elettronica)

Итог.
Эта статья является продолжением моих первых статей в журнал "Любительское Радио" и содержит также теорию как по L+T схеме согласования, так и по версии STAR, ЕН-Антенн.

Я уверен, что если вы собираетесь сделать одну из этих антенн или собираетесь приобрести комплект для сборки, вы задаетесь вопросом, какую схему согласования выбрать? Любая версия согласования балансируется и исключает появление токов в фидере установкой заграждающих фильтров (как было описано в предыдущих статьях). Личто мне больше всего нравится L+L версия согласования, здесь я вижу более правильное согласование и здесь нет непосредственной связи цилиндров антенны с оплеткой коаксиального кабеля, как в схемах согласования L+T и STAR. Тем не менее токи в оплетке кабеля все равно блокированы, если вы используете заградительный фильтр (как описано ранее).

Ясно, что Тед видит преимущество схем без конденсаторов, которые начинают работать неустойчиво при больших мощностях. (это важно ему для работы, так как он занимается профессиональными антеннами для радиостанций большой мощности). А отсюда и его последняя разработка - схема согласования STAR.

Тем не менее, с точки зрения любителя-конструктора, я более тяготею к мнению George (KA4Q), который говорит, что легче настраивать переменные конденсаторы, чем подстраивать катушки индуктивности. Кроме того есть проблема, как настраивать катушки.

Ссылки.

Переход на первую статью - ЗДЕСЬ
Переход на вторую статью - ЗДЕСЬ
Переход на третью статью (ЕН-Антенна на диапазон 10-метров) - ЗДЕСЬ
Переход на пятую статью (проблемы излучения ВЧ энергии кабелем) - ЗДЕСЬ
Перевод Кононова В. (UA1ACO)
| главная | | W5QJR| | UA1ACO | | Теория | | Практика | | Россия | | Германия | | Украина | | США | | Швеция | | Швейцария| | Италия | | Австралия | | Франция | | Серийные | | Ссылки | | Разное |