Замена отрезков линии передачи эквивалентными четырехполюсниками из реактивных сопротивлений

             В радиолюбительской практике, при изготовлении антенн с активным питанием элементов, в качестве линии задержки используется двухпроводная линия или коаксиальный кабель определенной длины.
            В низкочастотной части декаметрового диапазона это не всегда рационально, так как линии задержки имеют большую длину, а при настройке приходиться укорачивать или наращивать фазосдвигающие отрезки, что приводит к перерасходу кабеля. Гораздо удобнее изготовить линию задержки из дискретных L, C элементов любой электрической длины. По широкополосности такая схема мало уступает линии задержки выполненной из коаксиального кабеля. На рисунке 1 приведена схема простейшего четырехполюсника из сосредоточенных реактивных сопротивлений которая эквивалентна отрезку линии передачи.

Рис. 1
            Соотношение величин L и С определяют волновое сопротивление и фазовый сдвиг, то есть электрическую длину линии. В таблице 1 приведены номиналы L, С для 50 Ом-ных трактов, для частоты 14, 150 мГц, то есть средняя частота радиолюбительского диапазона.

           Таблица 1                                                      Таблица 2

            Катушку индуктивности лучше мотать проводом большего диаметра, чтобы не применять каркас. Так как не все рабиолюбители имеют возможность измерять малые значения индуктивности, приведем таблицу зависимости индуктивности от колличества витков. Возьмем провод в эмалевой изоляции

? 2,2 мм, намотка плотная, виток к витку, длина выводов 10 мм, мотается на оправке ? 12 мм.

Рис. 2

                                                                                   Таблица 3

            Ориентируясь на таблицу 3 можно определить колличество витков для нужной индуктивности. Схема собирается в небольшой коробочке из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита. Ширина и глубина коробки

@ 3 диаметра катушки, это около 50 мм, длина исходя от колличества витков. Для удобства монтажа и эксплуатации можно поставить коаксиальные разъемы. Если этот фазовращатель устанавливается на антенне и предпологается переключение диаграммы направленности, в этой же коробке разместить реле и третий разъем для подключения кабеля снижения.


Рис. 3
            Так как схема размещена в экранированной коробке, после монтажа требуется подстройка. Так как рабиолюбители ограничены в выборе специальных приборов, предлагается простейший метод контроля и настройки фазовращателя при помощи КВЧ - метра.

            Процесс настройки заключается в следующем. Подключаем к генератору или передатчику КСВ - метр и согласованную нагрузку. На нужной частоте настраиваем выходной каскад передатчика по КСВ на согласованную нагрузку, добиваемся КСВ - 1,0 (рисунок 4).

Рис. 4

            Затем между генератором и КСВ - метром включаем линию задержки рисунок 4.

Рис. 5

            Корректируя в небольших пределах индуктивность и емкости добиваемся КСВ - 1,0. При такой настройке главное, на что мы обращаем внимание эта согласование, небольшое отклонение фазы не имеет практического значения. Например мы изготавили линию задержки на 90 °, а в результате подстройки получили 89 или 92 °, это малая погрешность, которую на реальной антенне нечем будет измерить и оценить, поэтому этим можно пренебречь. Ведь такая же погрешность будет и при фазировке при помощи отрезка коаксиального кабеля.Пример схемы двухэлеметной антенны с активным питанием двухэлементов (рисунок 6).


Рис. 6

            Выбрав нужное расстояние между элементами, исходя из требований к диаграмме направленности, или согласования, опрелеляем требуемую линию задержки. Например при расстоянии между вибраторами 0,25 l фазовый сдвиг равен 90 °, выбираем из таблицы 1 или 2 номиналы L, С , для фазовращателя   90 °.

На частоте 14,150 мГц, при 50 Омном тракте L = 0,565 мкГн, С = 225 пФ. Отрезки кабеля l₁, l₂  равны по длине. Для других диапазонов величины L, С, необходимо пересчитать. Если диапазон  в два раза ниже, то емкость и индуктивность берется в два раза больше, например для диапазона 7 мГц 90 °фазовращатель при 50 Омах будет иметь такие номиналы:  С = 225 * 2 = 450  пФ,  L  = 0,565 * 2 = 1,13 мкГн.

Если диапазон выше, разделить на 2.

Для диапазона 28 Мгц - С = 225 / 2 = 112,5 пФ, L = 0,565 / 2 = 0,282 мкГн.

На дискретных L, С элементах можно изготовить трансформатор сопротивлений с любым коэффициентом трансформации, для согласования каскадов или для согласования антенны с фидером. Например требуется согласовать антенну типа одиночный квадрат с кабелем РК-75 на средней частоте любительского диапазона 14,150 мГц. В зависимости от высоты подвеса и окружающих предметов входное сопротивление может иметь величину от 80 до 140 Ом. Измерив это сопротивление, при помощи высокочастотного моста, и определив его величину, мы можем рассчитать трансформатор сопротивлений и включив его между антенной и кабелем питания.

Рис. 7 

            Ниже приведены таблицы с номиналами L, С для понижающих и повышающих трансформаторов под кабель питания 50 и 75 Ом. Например при измерении одиночного квадрата входное сопротивление получилось 130 Ом, значит нам нужно поставить понижающий трансформатор 130 ? 75. Находим по таблице 5, ближайшее значение:

            R_АНТ = 133 Ом, L = 0,74 мкГн, С = 74,5 пФ.

Измерение входного сопротивления антенны должно производиться кабелем 0,5 l или кратного 0,5 l. Подстройка трансформатора осуществляется через этот же кабель по КСВ - метру, изменяя в небольших пределах емкость и снимая или разжимая витки катушки.

            Если антенна многодиапазонная поставить на каждый диапазон реле и свой трансформатор. Как и в предыдущем примере таблица дана для частоты 14,150 мГц, если требуется пересчитать на диапазон 7 мГц, увеличить емкость и индуктивность в 2 раза. Для диапазона 28 мГц уменьшить L и С в 2 раза. Можно пересчитать и по формулам:

            R = V / R₁,  
         V = O R ? R₁,  
         V = O L / C,
         w_o = 1 / O L / C,
         f_o = 1 / 2p O LC,
         L = V / w_{o =} V / 2p f_o,
         C = 1 /  w_o V = 1 / 2p f_o V .

                                                                                       Таблица 4

PК -50	RАНТ	L мкГн	С пФ	Повышающий
50	20	0,275	270
50	30	0,27	190
50	40	0,22	110
50	60	0,26	86	Понижающий для частоты 14 МГц
50	70	0,36	103
50	80	0,44	110
50	90	0,50	110
50	110	0,61	110
50	122	0,68	110
50	129	0,71	109
50	139	0,75	108
50	150	0,80	106
50	204	0,99	97
50	300	1,26	84

                                                                                                                       Таблица 5

PК -50	RАНТ	L мкГн	С пФ
75	35	0,42	158
75	93	0,41	59	для частоты 14 МГц
75	108	0,57	69
75	108	0,66	72
75	133	0,74	74,5
75	149	0,84	75
75	200	1,09	72
75	295	1,45	65