Антенный тюнер - Antenna tuner - Wikipedia

Антенный тюнер, вид спереди, с частично открытой внутренней частью.

Антенный тюнер, согласованная сеть, коробок спичек, трансматч, блок настройки антенны (ATU), антенный переходник, и соединитель фидерной линии все равнозначные имена для устройства, подключенного между радиопередатчик и это антенна, чтобы улучшить передачу энергии между ними соответствие указанная нагрузка сопротивление радиостанции к объединенному входному сопротивлению фидерной линии и антенны.

Антенные тюнеры особенно важны для использования с передатчиками. Датчики обычно предназначены для подачи питания на реактивное сопротивление -свободный, резистивный нагрузка определенного значения: 50Ом, по современным представлениям.^[1] Однако импеданс антенны и фидера может варьироваться в зависимости от частоты и других факторов. Если сопротивление если передатчик отклоняется от расчетной нагрузки, схемы в современных передатчиках автоматически сокращают выходную мощность, чтобы защитить оборудование от последствий Несоответствие импеданса.

Помимо уменьшения мощности, излучаемой антенной, рассогласование может исказить сигнал, а в передатчиках высокой мощности может привести к перегреву передатчика. Из-за этого ATU являются стандартной частью почти всех радиопередающих систем. Они могут быть схема встроены в сам передатчик, или в отдельную часть оборудования, подключенную между передатчиком и антенной. В передающих системах с антенной, отделенной от передатчика и соединенной с ним линия передачи (линия подачи ), может быть еще один согласованная сеть (или ATU), где фидер соединяется с антенной, чтобы согласовать импеданс линии передачи с антенной.

Передатчики в сотовые телефоны и рации иметь внутри контур ATU, постоянно настроенный для работы с установленной антенной.^[а] В станциях многочастотной связи типа любительское радио станции и передатчики большой мощности, такие как радиовещание станции ATU можно настраивать в соответствии с изменениями в передающей системе или в ее среде.^[b] Согласование передатчика, фидерной линии, антенны путем настройки ATU является важной процедурой, выполняемой после любого изменения системы с помощью таких инструментов, как КСВ метры, антенные анализаторы, или же импедансные мосты используется для измерения степени совпадения или несоответствия.

Обзор

Антенные тюнеры особенно важны для использования с передатчиками. Передатчики предназначены для подачи питания на резистивные нагрузка определенного значения, очень часто 50Ом.^[1] Если сопротивление Видимое передатчиком отклоняется от этого расчетного значения из-за неправильной настройки комбинированного фидера и антенны, может возникнуть перегрев конечной ступени передатчика, искажения и потеря выходной мощности.

Использование в передатчиках

Антенные тюнеры используются почти повсеместно с передатчиками. Без ATU, помимо снижения мощности, излучаемой антенной, отраженный ток может перегреть сердечники трансформатора и вызвать искажение сигнала. В передатчиках большой мощности это может привести к перегреву выходного усилителя передатчика. При обнаружении отраженной мощности схемы самозащиты в современных передатчиках автоматически снижают мощность до безопасного уровня, следовательно, еще больше уменьшают мощность сигнала, выходящего из антенны.

Из-за этого ATU являются стандартной частью почти всех радиопередающих систем. Они могут быть схема встроен в сам передатчик,^[а] или отдельное оборудование, подключенное между передатчиком и антенной. В передающих системах с антенной, отделенной от передатчика и соединенной с ним линия передачи (линия подачи ), может быть другой согласованная сеть (или ATU) на антенне, которая соответствует сопротивлению линии передачи к антенне.

Передатчики высокой мощности, такие как радиовещание станции иметь согласующий блок, который можно регулировать в соответствии с изменениями частоты передачи, передающего блока, антенны или окружающей среды антенны. Регулировка ATU для согласования передатчика с антенной является важной процедурой, которая выполняется после любых работ с передатчиком или антенной, или любых резких изменений погоды, влияющих на антенну (например, иней или же песчаная буря ).

Эффект от этой регулировки обычно измеряется с помощью инструмента, называемого КСВ метр, который указывает степень несоответствия между эталонным импедансом (обычно 50 + j 0 Ом) и комплексный импеданс в точке вставки КСВ метр. Другие инструменты, такие как антенные анализаторы, или же импедансные мосты, предоставьте более подробную информацию, например, отдельные несоответствия резистивный и реактивный части сопротивление на входной и выходной сторонах ATU.

Что на самом деле настраивает "антенный тюнер"

Несмотря на название, антенный «тюнер» на самом деле не настраивает антенну. Он соответствует комплексному сопротивлению передатчика и входного конца фидерной линии. Входное сопротивление линии передачи будет отличаться от характеристическое сопротивление фидерной линии, если импеданс антенны на другом конце линии не соответствует характеристическому сопротивлению линии. Следствием несоответствия является то, что полное сопротивление линии (отношение напряжения к току и фаза) будет колебаться вдоль линии или, что эквивалентно, вызывать противофазные стоячие волны напряжения и стоячие волны тока вдоль линии питания.

Если бы и тюнер, и фидер работали без потерь, настройка на конце передатчика действительно обеспечила бы идеальное совпадение в каждой точке системы передатчик-фидер-антенна.^[2] Однако в практических системах фидеры с потерями ограничивают способность антенного тюнера изменять параметры антенны. резонансная частота. Если потери мощности в линии, несущей сигнал передатчика к антенне, невелики, тюнер на стороне передатчика может обеспечить достойную степень согласования и настройки для антенны и сети фидерных линий в целом.^[3][4] Но с потерями и низкоомными линиями питания, такими как обычно используемые 50 Ом коаксиальный кабель максимальная передача мощности происходит только в том случае, если согласование выполняется на антенне вместе с согласованным передатчиком и линией питания, обеспечивая согласование на обоих концах линии.

В любом случае, независимо от его размещения, ATU не изменяет ни усиление, эффективность или направленность антенны, ни внутренний комплексный импеданс антенны.

КПД и КСВ

Если все еще высокий коэффициент стоячей волны (КСВ) в фидерной линии за ATU любые потери в этой части фидерной линии обычно увеличиваются из-за отражения передаваемых волн взад и вперед между тюнером и антенной, вызывая резистивные потери в проводах и, возможно, изоляцию линии передачи. Даже с устройством согласования на обоих концах фидерной линии - ближнее ATU, согласовывающее передатчик с фидерной линией, и удаленное ATU, согласовывающее фидерную линию с антенной, - потери в схемах двух ATU немного уменьшат мощность, подаваемую на антенну.

1. Наиболее эффективное использование мощности передатчика - использование резонансный антенна, питаемая согласованный импеданс линия подачи; в любом фиде по-прежнему есть небольшие потери, даже если все импедансы совпадают, но согласование минимизирует потери.
2. Почти так же эффективно подавать питание на удаленный антенный тюнер, подключенный непосредственно к антенне, через фидер, согласованный с передатчиком и фидером ATU; единственные дополнительные потери связаны с схемой тюнера, которую можно сохранить небольшими если тюнер настроен правильно и линия, тщательно проверенная на антенне или рядом с ней.
3. Обычно неэффективно эксплуатировать антенну вдали от одной из ее резонансных частот и пытаться выполнить компенсацию с помощью ATU рядом с передатчиком, вдали от антенны; вся фидерная линия от ATU к антенне все еще не согласована, что усугубит нормальные потери в фиде, особенно если это линия с низким импедансом, такая как стандартная 50.Ом уговаривать.
4. В наименее эффективный способ передачи - это подача нерезонансной антенны через фидер с потерями с нет согласования импеданса в любом месте на линии.

Использование в приемниках

ATU широко не используются в коротковолновый приемники и почти никогда не использовались в средняя волна или же длинноволновый приемники. Однако они необходимы для приемников, работающих в верхнем HF и УКВ и выше.

В приемнике, если комплексный импеданс антенны не совпадает с комплексным входным сопротивлением на антенном конце линии передачи, то часть мощности входящего сигнала будет отражаться обратно в антенну и не достигнет приемник. Однако это важно только для частот выше среднего. ВЧ диапазон. В радиоприемники работает ниже 20 МГц, атмосферный радиошум доминирует над соотношение сигнал шум (SNR) входящего радиосигнала, а мощность атмосферного шума, который приходит вместе с сигналом, намного больше, чем собственная тепловой радиошум генерируется в собственной схеме приемника. Следовательно, приемник может усилить слабый сигнал, чтобы компенсировать любую неэффективность, вызванную несоответствием импеданса, без заметного увеличения шума на выходе.

Однако на более высоких частотах приемники сталкиваются с очень небольшим атмосферным шумом и шумом, добавляемым собственным приемником. внешний интерфейс усилитель доминирует в соотношении сигнал / шум. На частотах выше 20 МГц шум внутренней схемы является фактором, ограничивающим чувствительность приемника для слабых сигналов, и поэтому по мере увеличения частоты становится все более важным, чтобы комплексный импеданс антенны был сопряженно согласован с входным импедансом на конце антенны передачи. линия, чтобы передать максимально доступную мощность от слабого сигнала к первому усилитель мощности чтобы обеспечить более сильный сигнал, чем собственный внутренний шум. Итак, схемы согласования импеданса находятся включены в некоторые приемники для верхний ВЧ диапазон, Такие как CB радио, и для большинства приемников VHF и более высоких частот, таких как приемники FM-вещания и сканеры для самолет и общественная безопасность радио.

Широкополосные методы согласования

Трансформеры, автотрансформаторы, и балуны иногда включаются в конструкцию узкополосных антенных тюнеров и кабельных соединений антенны. Все они обычно мало влияют на резонансную частоту антенны или узкополосных схем передатчика, но могут расширить диапазон импедансов, с которыми антенный тюнер может согласовать, и / или преобразовать между симметричными и несимметричными кабелями, где это необходимо.

Ферритовые трансформаторы

Твердотельные усилители мощности, работающие от 1 до 30МГц обычно используют один или несколько широкополосных трансформаторов, намотанных на феррит ядра. МОП-транзисторы и биполярные переходные транзисторы Обычно используемые в современных усилителях радиочастоты предназначены для работы с низким импедансом, поэтому первичная обмотка трансформатора обычно имеет один виток, а вторичная обмотка 50 Ом - от 2 до 4 витков. Такая конструкция системы питающих линий имеет то преимущество, что снижает необходимость перенастройки при изменении рабочей частоты.

Подобная конструкция может соответствовать антенне линия передачи: Например, многие ТВ антенны имеют импеданс 300 Ом, но подают сигнал на телевизор через коаксиальную линию 75 Ом. Небольшой трансформатор с ферритовым сердечником обеспечивает широкополосное преобразование импеданса. Этот трансформатор не требует и не может регулироваться. Для использования в телевизоре только для приема небольшой КСВ изменение частоты не является серьезной проблемой.

Также обратите внимание, что многие ферритовые трансформаторы сбалансированное преобразование в несбалансированное в дополнение к изменению импеданса. Когда балпринужден к ООНсбалансированная функция присутствует эти трансформаторы называются балун (в противном случае unun). Самый распространенный балуны иметь либо 1: 1, либо 1: 4 сопротивление трансформация.

Автотрансформаторы

Существует несколько вариантов согласования импеданса с использованием автотрансформатор, который представляет собой простой однопроводной трансформатор с разными точками подключения или краны разнесены по обмоткам катушки. Они отличаются в основном коэффициентом преобразования импеданса,^[c] и имеют ли стороны входа и выхода общее заземление или они совпадают с кабелем, который заземлен с одной стороны (неуравновешенный ) к необоснованному (обычно сбалансированный ) кабель. Когда автотрансформаторы подключаются балanced и ООНсбалансированные линии они называются балун s, как и двухобмоточные трансформаторы.^[d]

1: 1, 1: 4 и 1: 9 автотрансформатор

Схема, изображенная справа, имеет три одинаковые обмотки, намотанные в одном направлении либо на «воздушный» сердечник (для очень высоких частот), либо на ферритовый сердечник (для средних частот), либо на сердечник из порошкового железа (для очень низких частот). Показанные три одинаковые обмотки подключены к общей земле, разделяемой двумя несимметричными линиями (так что эта конструкция является unun), и может использоваться как согласование импеданса 1: 1, 1: 4 или 1: 9, в зависимости от выбранного ответвления.^[e]

Например, если правая сторона подключена к резистивной нагрузке 10 Ом, пользователь может подключить источник к любой из трех незаземленных клемм на левой стороне автотрансформатора, чтобы получить другое полное сопротивление. Обратите внимание, что на левой стороне линия с большим количеством витков между точкой отвода линии и отводом заземления измеряет больший импеданс для той же нагрузки 10 Ом справа.

Узкий дизайн ленты

"Узкополосные" методы, описанные ниже, охватывают гораздо меньший диапазон частот по сравнению с широкополосными методами, описанными выше.

Методы согласования антенн, в которых используются трансформаторы, обычно охватывают широкий диапазон частот. Один типичный коммерчески доступный балун может охватывать частоты от 3,5 до 30,0МГц, или почти весь коротковолновый группа. Согласование с антенной с использованием отрезанного сегмента линии передачи (описанного ниже), пожалуй, наиболее эффективная из всех схем согласования с точки зрения электрической мощности, но обычно может охватывать только диапазон около 3,5–3,7МГц широкий в ВЧ диапазоне - действительно очень маленький диапазон по сравнению с шириной полосы 27 МГц хорошо сделанного широкополосного балуна.

Цепи антенного соединения или согласования фидера также являются узкополосными для любой отдельной настройки, но их можно перенастроить более удобно. Однако они, пожалуй, наименее эффективны с точки зрения потерь мощности (если не считать полного отсутствия согласования импеданса!).

Методы настройки антенны линии передачи

Существует два разных метода согласования импеданса с использованием секций фидерной линии: Либо исходная фидерная линия может иметь намеренно несогласованный участок линии, врезанный в нее (называемый соответствие раздела), или короткий отрезок линии может ответвляться от исходной линии, при этом конец отрезка либо закорочен, либо оставлен неподключенным (так называемый сопоставление заглушек). В обоих случаях расположение участка дополнительной лески на исходной линии подачи и ее длина требуют тщательного размещения и регулировки.

Соответствие раздела

Для согласования основной линии с антенной можно использовать специальный участок линии передачи, если характеристический импеданс этого участка линии отличается от волнового сопротивления основной линии. Этот метод состоит в том, чтобы исправить несоответствие путем создания противоположного несоответствия: отрезок линии с надлежащим импедансом и надлежащей длиной, вставленный на надлежащем расстоянии от антенны, может выполнять сложные эффекты согласования с очень высокой эффективностью. Недостатком является то, что сопоставление с линейными сегментами работает только для очень ограниченного частотного диапазона, для которого подходят длина и положение сегмента.^[5]

Самый простой пример этого метода - четвертьволновой трансформатор импеданса образованный участком несовпадающей линии передачи. Если четверть длины волны 75 Ом (75Ω ) коаксиальный кабель подключен к нагрузке 50 Ом, КСВ в четверти длины волны 75 Ом можно рассчитать как^{75 Ом}⁄_{50 Ом} = 1,5; четверть длины волны линии преобразует несогласованный импеданс до 112,5 Ом (75 Ом × 1,5 = 112,5 Ом). Таким образом, эта вставленная секция соответствует антенне 112 Ом и основной линии 50 Ом.

В¹⁄₆ Коаксиальный трансформатор длины волны - это удобный способ согласования от 50 до 75 Ом с использованием того же общего метода.^[6][7]

Соответствие заглушек

Второй распространенный метод - использование заглушка: Закороченный или разомкнутый участок линии подключается параллельно основной линии подачи, образуя тупиковую ветвь от основной линии. В случае коаксиального кабеля это делается с помощью тройника. Шлейф длиной менее четверти волны, конец которого закорочен, действует как индуктор; если его конец остается неподключенным (открытым), заглушка действует как конденсатор; для длин от четверти до полуволны реактивное поведение наоборот.^{[8][f][грамм]}

Длина заглушки и ее расположение выбираются так, чтобы ее восприимчивость будет равным и противоположным сопротивлению в этой точке на линии, а оставшееся нереактивное сопротивление будет соответствовать линии под шлейфом, устраняя эффекты комплексного импеданса или КСВ от антенны.^[8]

В J-полюсная антенна и связанные Зепп антенна оба являются примерами антенны со встроенным шлейфом.

Автоматическая ATU для любитель трансивер

Базовое согласование схем с сосредоточенными параметрами с использованием L-сети

L-сеть - это простейшая схема, которая обеспечивает желаемое преобразование; для любой данной антенны и частоты, как только цепь выбрана из восьми возможных конфигураций (шесть из которых показаны на диаграмма ниже ) только один набор значений компонентов будет соответствовать в сопротивление к из импеданс. Имеющиеся в продаже автоматические антенные тюнеры чаще всего представляют собой «L» -сети, поскольку они включают наименьшее количество частей и имеют уникальную настройку, которую должна искать схема регулировки.

Основная схема, необходимая при использовании сосредоточенных емкостей и катушек индуктивности, показана на схеме ниже. Эта схема важна тем, что ее используют многие автоматические антенные тюнеры, а также потому, что более сложные схемы можно анализировать как группы L-сетей.

Эта схема называется L-цепью не потому, что она содержит катушку индуктивности (на самом деле некоторые L-цепи состоят из двух конденсаторов), а потому, что на схеме два компонента расположены под прямым углом друг к другу, имея форму повернутого и иногда перевернутая римская буква «L». Сеть «Т» («тройник») и ‘π' ("Число Пи") сети также имеют свои части, расположенные в форме, похожей на латинские и греческие буквы, в честь которых они названы.

Базовая сеть

Эта базовая сеть может действовать как сопротивление трансформатор. Если выход имеет сопротивление, состоящее из резистивной части р_{нагрузка} и реактивная часть Икс_{нагрузка}, которые складываются в одно комплексное число (j² = −1). Вход должен быть подключен к источнику с импедансом р_{источник} сопротивление и Икс_{источник} реактивное сопротивление, тогда

${\displaystyle jX_{\text{L}}={\sqrt {{\Big (}R_{\text{source}}+jX_{\text{source}}{\Big )}{\Big (}(R_{\text{source}}+jX_{\text{source}})-(R_{\text{load}}+jX_{\text{load}}){\Big )}}}}$

и

${\displaystyle jX_{\text{C}}=(R_{\text{load}}+jX_{\text{load}}){\sqrt {\frac {(R_{\text{source}}+jX_{\text{source}})}{(R_{\text{load}}+jX_{\text{load}})-(R_{\text{source}}+jX_{\text{source}})}}}}$.

В этой примерной схеме Икс_L и Икс_C можно поменять местами. Все схемы ATU ниже создают эту сеть, которая существует между системами с разным импедансом.

Например, если источник имеет резистивное сопротивление 50 Ом, а нагрузка имеет резистивное сопротивление 1000 Ом:

${\displaystyle jX_{\text{L}}={\sqrt {(50)(50-1000)}}={\sqrt {(-47500)}}}$

${\displaystyle X_{\text{L}}=217.94\,{\text{Ohms}}}$

${\displaystyle X_{\text{C}}=1000{\sqrt {\frac {50}{(1000-50)}}}=1000\,\times \,0.2294\,{\text{Ohms}}=229.4\,{\text{Ohms}}}$

Если частота 28 МГц,

В качестве,

${\displaystyle X_{\text{C}}={\frac {1}{2\pi fC}}}$

тогда, ${\displaystyle 2\pi fX_{\text{C}}={\frac {1}{C}}}$

Так, ${\displaystyle {\frac {1}{2\pi fX_{\text{C}}}}=C=24.78\,{\text{pF}}}$

В то время как в, ${\displaystyle X_{\text{L}}=2\pi fL\,}$

тогда, ${\displaystyle L={\frac {X_{\text{L}}}{2\pi f}}=1.239\,{\text{μH}}}$

Теория и практика

Параллельная сеть, состоящая из резистивного элемента (1000Ω ) и реактивный элемент (-j 229.415 Ω ), будет иметь тот же импеданс и коэффициент мощности, что и последовательная сеть, состоящая из резистивных (50Ω ) и реактивные элементы (-j 217.94 Ω ).

Две сети в цепи; оба имеют одинаковый импеданс

Последовательно добавив еще один элемент (с реактивным сопротивлением +j 217.94 Ω ), полное сопротивление 50Ω (резистивный).

Три сети в цепи, все с одинаковым сопротивлением

Типы L-сетей и их использование

L-сеть может иметь восемь различных конфигураций, шесть из которых показаны на диаграммы справа. Две пропущенные конфигурации такие же, как в нижнем ряду, но с параллельным элементом (провода вертикально) с правой стороны последовательного элемента (провода горизонтально), а не слева, как показано.

При обсуждении диаграмм, следующих за в разъем идет от передатчика или «источника» слева; то из разъем идет к антенне или «нагрузке» справа. Общее правило (за некоторыми исключениями, описанными ниже) состоит в том, что горизонтальный элемент L-сети идет последовательно со стороной, которая имеет наименьшее сопротивление.^[9]

Так, например, три схемы в левом столбце и две в нижнем ряду имеют последовательный (горизонтальный) элемент на из стороны обычно используются для шагпинг вверх от входа с низким сопротивлением (передатчик) к выходу с высоким сопротивлением (антенна), аналогично примеру, проанализированному в разделе выше. Две верхние схемы в правом столбце с последовательным (горизонтальным) элементом на в стороны, обычно полезны для шагпинг вниз от более высокого входного к более низкому выходному сопротивлению.

Общее правило применяется только к нагрузкам, которые в основном резистивный, с очень небольшим реактивное сопротивление. В случаях, когда нагрузка высока реактивный - например, антенна, на которую подается сигнал, частота которого далеко от любого резонанса - может потребоваться противоположная конфигурация. Если далеки от резонанса, два нижних Шаг вниз Цепи (с высокого входа на низкий) вместо этого будут использоваться для подключения для повышения (от низкого входа к максимальному выходу, который в основном является реактивным сопротивлением).^[10]

Версии нижних и верхних частот четырех схем, показанных в двух верхних рядах, используют только одну катушку индуктивности и один конденсатор. Обычно низкочастотный фильтр предпочтительнее с передатчиком, чтобы ослабить гармоники, но конфигурация верхних частот может быть выбрана, если компоненты получить более удобно, или если радиостанция уже содержит внутренний низкочастотный фильтр, или если желательно ослабление низких частот - например, когда местный AM станция вещание на средняя частота может перегружать высокая частота приемник.

В нижнем ряду Низкий р, высоко C показана схема, питающая короткую вертикальную антенну, например, в случае компактной мобильной антенны или иным образом на частотах ниже самых низких естественных частот антенны. резонансная частота. Здесь присущее емкость короткой антенны со случайным расположением проводов настолько высок, что L-сеть лучше всего реализовать с двумя индукторы, вместо того, чтобы усугубить проблему, используя конденсатор.

В Низкий р, высоко L показана схема питания небольшого рамочная антенна. Ниже резонанса антенна этого типа имеет настолько большую индуктивность, что увеличение индуктивности от добавления катушки может сделать реактивное сопротивление еще хуже. Следовательно, L-сеть состоит из двух конденсаторов.

Несбалансированные линейные тюнеры

В отличие от двухэлементных L-схем, все схемы, описанные ниже, состоят из трех или более компонентов и, следовательно, имеют гораздо больше вариантов индуктивности и емкости, которые будут обеспечивать согласование импеданса. Радист должен поэкспериментировать, проверить и применить суждение, чтобы выбрать среди множества регулировок, которые соответствуют одинаковым импедансам. В этом разделе обсуждаются схемы для несимметричных линий; за ним следует раздел, в котором обсуждаются тюнеры для симметричных линий.

Т-сеть высоких частот

Трансматч T-сети

Эта конфигурация в настоящее время популярна, потому что она способна согласовывать большой диапазон импеданса с конденсаторами обычно доступных размеров. Однако это фильтр высоких частот и не будет ослаблять паразитное излучение выше частота среза почти так же хорошо, как и другие дизайны (см. π-сеть раздел, ниже).Из-за низких потерь и простоты многие домашние и коммерческие ATU с ручной настройкой используют эту схему. В катушка настройки обычно также регулируется (не показано).

Теория и практика

Если импеданс источника 200 Ом и резистивная нагрузка 1000 Ом подключены (через конденсатор с импедансом -j 200 Ом) к катушке индуктивности преобразователя, вектор математика может превратить это в параллельно сеть, состоящая из сопротивления 1040 Ом и конденсатора с допуск из 1.9231 × 10⁻⁴ Сименс (Икс_C = 5200 Ом).

Резистивная нагрузка (р_L) 1000 Ом последовательно с Икс_C −j 200 Ом.

${\displaystyle Z={\sqrt {R_{L}^{2}\ +\ X_{C}^{2}}}=1020\,\Omega }$

В угол фазы является

${\displaystyle \theta =\tan ^{-1}\left({\frac {X_{\text{C}}}{R_{\text{L}}}}\right)=11.31^{\circ }}$

Y = ​¹⁄_Z = 9.8058×10⁻⁴ S

Чтобы преобразовать в эквивалентную параллельную сеть

${\displaystyle X_{\text{C}}'={\frac {1}{Y\sin \ \theta }}}$

${\displaystyle R_{\text{L}}'={\frac {1}{Y\cos \ \theta }}=1040\ \Omega }$

Если реактивная составляющая игнорируется, необходимо преобразование от 1040 Ом до 200 Ом (согласно приведенным выше уравнениям, индуктивность +j 507,32 Ом). Если учесть влияние конденсатора (от параллельной сети), индуктивность +j 462,23 Ом. Затем систему можно математически преобразовать в последовательную сеть с сопротивлением 199,9 Ом и +j 409,82 Ом реактивная.

Конденсатор (-j 409.82) необходим для завершения сети. Шаги показаны здесь. Чтобы увидеть подписи, наведите указатель мыши на каждую схему.

• 

  Схема глазами пользователя; сопротивление частей показано на диаграмме

• 

  После одного преобразования (импеданс немаркированной части составляет -j 5200 Ом)

• 

  После двух преобразований

• 

  После трех преобразований

• 

  После четырех преобразований

Низкочастотная π-сеть

В π-сеть

А π (число Пи) сеть также может быть использована. Этот ATU имеет очень хорошее затухание гармоник и был встроен в выходной каскад ламповых "старинных" передатчиков и многих современных ламповых ВЧ усилителей. Однако стандарт π Схема не популярна для автономных многодиапазонных антенных тюнеров, поскольку переменные конденсаторы, необходимые для нижних любительских диапазонов, являются неудобно большими и дорогими.

Модифицированная π-сеть Дрейка

Изменено π-сетевая схема, используемая в тюнерах Drake.

Модифицированная версия π-сеть более практична, поскольку в ней используется фиксированный входной конденсатор, который может составлять несколько тысяч пикофарад, что позволяет уменьшить размер двух переменных конденсаторов. Переключатель диапазона выбирает входной конденсатор и катушку индуктивности.^[11] Эта схема использовалась в тюнерах на 1,8–30 МГц производства Компания Р. Л. Дрейка.

Тюнер SPC

Преобразование SPC

В Последовательный параллельный конденсатор или же SPC Тюнер использует полосовую схему, которая может служить как антенный переходник, так и преселектор. Ниже приводится упрощенное описание схемы SPC:^[час] На схеме верхний конденсатор справа соответствует импедансу антенны, а одиночный конденсатор слева соответствует импедансу передатчика. Катушка и нижний правый конденсатор образуют резервуарный контур который стекает, чтобы заземлить расстроенные сигналы. Катушка обычно также регулируется (не показана), чтобы расширить или сузить полосу пропускания и гарантировать, что объединенные правые конденсаторы могут согласовываться с антенной. и настроиться на рабочую частоту трансивера без ущерба для того или другого.^[12]

Окончательная трансматч

Принципиальная схема так называемой "Ultimate Transmatch"

Первоначально Окончательная трансматч был продвинут как способ сделать компоненты более управляемыми на самых низких частотах, представляющих интерес, а также получить некоторое ослабление гармоник. Версия сети McCoy's Ultimate Transmatch показана на рисунке справа.^[13]

Сейчас он считается устаревшим; цели дизайна были лучше реализованы с использованием идентичных деталей Сеть последовательно-параллельных конденсаторов (SPC), показано над, который был разработан после названия Окончательный уже был использован.^[12]

Тюнеры сбалансированной линии

Для симметричных (разомкнутых) линий передачи требуется тюнер с двумя «горячими» выходными клеммами, а не с одной «горячей» клеммой и одной «холодной» (заземленной). Поскольку все современные передатчики имеют несимметричный (коаксиальный) выход - почти всегда 50 Ом - в наиболее эффективной системе тюнер обеспечивает балун (сбалансированное в несбалансированное) преобразование, а также обеспечение согласования импеданса. Тюнер обычно включает катушка, и катушка может принимать или выдавать балансный или несимметричный вход или выход, в зависимости от того, где на катушке расположены точки отвода.

Сбалансированные версии несимметричных схем тюнера

Все несимметричные схемы тюнера, описанные в предыдущем основном разделе, могут быть преобразованы в эквивалентную симметричную схему следующим образом:

1. На стандартных схематических чертежах, на которых заземление показано в виде линии внизу, можно просто нарисовать перевернутую копию той же цепи под оригиналом, с линией заземления, проходящей вверху, и с компонентами в той же схеме. ориентация слева направо.
2. На втором этапе обе линии заземления стираются, и нисходящие заземляющие соединения исходной цепи подключаются к соответствующим восходящим заземляющим контактам в новой перевернутой цепи.
3. Соединенные таким образом компоненты либо заменяются их комбинированным эквивалентом, либо, при необходимости, их разветвление может быть подключено к ВЧ земле.^[я] Там, где остаются парные компоненты, они «объединяются» механически, так что одна регулировка приводит к одинаковым изменениям для обоих.
4. На последнем этапе несбалансированное питание от передатчика подается на два входа сдвоенной схемы через симметрирующий элемент. Сдвоенные выходные линии служат двумя «горячими» источниками для симметричной антенны.

Имеющиеся в продаже «изначально сбалансированные» тюнеры производятся в виде сбалансированных версий L, T и π схемы. Их недостатком является то, что компоненты, используемые для верхней и нижней линий, должны быть тщательно согласованы и присоединены парами, так что их регулировка вызывает идентичное изменение настройки на обеих «горячих» сторонах схемы. Следовательно, большинство «по своей природе сбалансированных» тюнеров более чем в два раза дороже несимметричных.

Симметричные схемы с настроенным трансформатором

Для тюнеров использовались следующие типы симметричных схем, показанные на диаграмме ниже. Все они основаны на схемах настроенного трансформатора; ни одна из них не является сбалансированной версией рассмотренной выше несимметричной схемы.

Дополнительные и обязательные заземляющие соединения

На всех схемах показано заземление (треугольник, направленный вниз) на стороне антенны (правая сторона). Заземление антенны справа не является обязательным; при использовании он эффективно сопоставляет сбалансированное напряжение с землей на двух выходных клеммах.^[я] Треугольник слева представляет собой обязательное заземление и подключается к сигнальной линии, подключенной к передатчику.^[j][k]

Фиксированная ссылка с тапами

В Фиксированная ссылка с тапами (вверху слева на схеме) самая простая схема. В ${\displaystyle Q}$ фактор будет почти постоянным и устанавливается числом относительных оборотов на входном звене. Соответствие достигается путем настройки конденсатора и выбора ответвлений на основной катушке, что может быть выполнено переключателем, имеющим доступ к различным ответвлениям, или путем физического перемещения зажимов от поворота к повороту. Если витки на основной катушке изменяются для перехода на более высокую или более низкую частоту, витки перемычки также должны измениться.

Тюнер шпильки

В Тюнер шпильки (вверху справа) имеет ту же схему, но использует «шпильку» индуктивности (линия передачи с ответвлениями, закороченная на дальнем конце).^[14] Перемещение отводов вдоль шпильки позволяет непрерывно регулировать преобразование импеданса, что затруднительно для соленоидной катушки. Это полезно для очень коротких волн от 10 метров до 70 см (частоты около От 30 МГц до 430 МГц ), где у индуктора соленоида будет слишком мало оборотов для точной регулировки. Эти тюнеры обычно работают в частотном диапазоне не более 2: 1.

Заглушка серии с кранами

На рисунке показаны две версии по существу одной и той же схемы: Заглушка серии с кранами и альтернативная конфигурация Для линий с низким Z. Заглушка серии с кранами (посередине слева) добавляет последовательный конденсатор на входную сторону Фиксированная ссылка с тапами. Входной конденсатор позволяет выполнять точную настройку с меньшим количеством нажатий на главную катушку. Альтернативное соединение (посередине, справа) для последовательной цепи конденсатора полезно только для низких импедансов, но позволяет избежать ответвлений (Для линий с низким Z на иллюстрации).

Качающаяся ссылка с кранами

Качающаяся ссылка с кранами (Нижний левый). Поворотное звено, вставленное в фиксированное звено с метчиками, также позволяет производить точную регулировку с меньшим количеством нажатий на катушку. В качающееся звено представляет собой разновидность переменного трансформатора, который перемещает входную катушку в пространство между витками основной катушки и из него, чтобы изменять их взаимную индуктивность. Переменная индуктивность делает эти тюнеры более гибкими, чем базовая схема, но за счет некоторой сложности.

Фиксированная связь с дифференциальными конденсаторами

Фиксированная связь с дифференциальными конденсаторами (внизу справа). Схема с дифференциальными конденсаторами использовалась для хорошо зарекомендовавших себя Спичечный коробок Джонсона (JMB) тюнеры.

Четыре секции выходных конденсаторов (C2) представляют собой конденсатор с двойным дифференциалом: оси четырех секций механически соединены, а их пластины выровнены так, чтобы верхняя и нижняя секции конденсатора увеличивать по стоимости две средние секции снижаться по стоимости, и наоборот. Это обеспечивает плавное изменение нагрузки, электрически эквивалентное перемещению отводов на основной катушке. В спичечном коробке Джонсона использовался переключатель диапазонов для изменения числа оборотов главной индуктивности для каждой из пяти полос частот, доступных радиолюбителям в 1950-х годах. Позже аналогичные конструкции также переключали ответвления на промежуточной (входной) катушке индуктивности.

Конструкция JMB подверглась критике, поскольку два конденсатора средней секции в C2 не являются строго необходимыми для получения соответствия; однако средние секции удобно ограничивают нарушение настройки C1, вызванное изменениями в C2.

Z совпадение

Схема Z match антенного тюнера

Ответ тюнера соответствия Z

Z-Match - это ATU, широко используемое для маломощных любительских радиостанций, которое обычно используется как в качестве несимметричного, так и в качестве балансного тюнера.^[15][16] Z-match имеет три настроечных конденсатора, два из которых соединены с отдельными соединениями с первичной обмоткой трансформатора, создавая две различные резонансные частоты, которые позволяют ему покрывать широкий частотный диапазон без переключения индуктора. Поскольку на выходе используется трансформатор, его можно использовать как с симметричными, так и с несимметричными линиями передачи без каких-либо изменений в схеме тюнера. Все конденсаторы должны быть изолированы от земли.

Конструкция Z-match ограничена по выходной мощности сердечником, используемым для выходного трансформатора. Порошкообразный железный или ферритовый сердечник диаметром около 1,6 дюйма должен выдерживать мощность 100 Вт. Тюнер создан для использования с низким энергопотреблением («QRP» - обычно 5 Вт или меньше) можно использовать ядро ​​меньшего размера.

Несбалансированный тюнер и балун

Другой подход к подаче сбалансированной линии - использование несимметричного тюнера с балун на входе (передатчик) или выходе (антенна) тюнера. Чаще всего используют популярные цепь верхних частот T как описано выше, либо с соотношением 1: 1 текущий балун на входе несимметричного тюнера или симметрии (обычно 4: 1) на выходе. Этим можно управлять, но сделать это эффективно и безопасно - непросто.

Балун между антенной и ATU

Любой балун, размещенный на выходной (антенной) стороне тюнера, должен быть сконструирован так, чтобы выдерживать высокое напряжение и ток, из-за широкого диапазона импедансов, с которыми он должен работать.^[17]

Для широкого диапазона частот и импедансов может оказаться невозможным построить надежный балун, который был бы достаточно эффективным. Для узкого диапазона частот использование шлейфов или секций линии передачи для преобразования импеданса (описанного выше) может быть более целесообразным и, безусловно, более эффективным.

Балун между передатчиком и ATU

Требования, предъявляемые к балуну, будут скромнее, если балун будет помещен на входной конец тюнера - между тюнером и передатчиком. Помещенный на этот конец, он всегда работает с постоянным значением 50.Ω сопротивление от передатчика с одной стороны и согласующая цепь для защиты от резких колебаний импеданса фидерной линии с другой стороны. Все к лучшему. К сожалению, балансировка входа передатчика создает проблемы, которые необходимо устранить.

Если несимметричный тюнер питается по симметричной линии от балуна, а не напрямую от передатчика, то его обычное антенное соединение - центральный провод выходного коаксиального кабеля - передает сигнал, как обычно, на одну сторону антенны. Однако сторона заземления того же выходного соединения должна теперь подавать равный и противоположный ток на другую сторону антенны.

«Истинное» напряжение заземления на антенне и передатчике должно находиться на полпути между двумя «горячими» источниками питания, одним из которых является внутреннее заземление: внутри ATU «ложный» уровень заземления согласующей схемы одинаково отличается от «истинного» на уровне земли у антенны или передатчика, как у исходного «горячего» провода (но с противоположной полярностью). Либо «горячий» выходной провод, либо «земля» согласующей цепи вызовут у вас точно такой же удар, если вы дотронетесь до него.

Схема тюнера должна "плавать "выше или ниже внешнего уровня земли для заземления цепи ATU (или общая сторона) для подачи второго горячего провода, который ранее был присоединен к заземляющему проводу выходного кабеля: плавающая земля должен обеспечивать разность напряжений, достаточную для пропускания тока через выходную клемму, чтобы сделать второй выход «горячим».^[18]

Высокое напряжение является нормальным явлением для любой эффективной схемы согласования импеданса, устраняющей большое рассогласование. Если несовместимые заземления тщательно отделены друг от друга, между этими внутренними частями будет высокое напряжение. плавающая земля а заземление внешнего передатчика и антенны может привести к искрению, коронному разряду, емкостным токам заземления и поражению электрическим током.

Разделяя несовпадающие основания

Чтобы уменьшить потери мощности и защитить оператора и оборудование, шасси тюнера должно быть двухуровневым: внешнее шасси и внутреннее шасси. Внешнее шасси должно охватывать и изолировать схему настройки и ее плавающая земля снаружи, оставаясь при этом на уровне внешней поверхности земли. Благодаря защитному внешнему шасси внутреннее шасси может поддерживать свой собственный несовместимый уровень «плавающей земли», надежно изолированный.

Внутреннее шасси может быть уменьшено до не более чем монтажной платформы внутри внешнего шасси, приподнятой на изоляторах для сохранения безопасного расстояния между «плавающим заземлением» и «истинной» линией (линиями) электрического заземления, подключенными к внешнему шасси. Металлическое монтажное шасси внутренней схемы настройки и, в частности, металлические стержни, подключенные к регулировочным ручкам на внешнем шасси, должны быть отделены от поверхности, которой касается оператор, и от прямого электрического контакта с землей передатчика на его соединительном кабеле ("верно " земля).

Изоляция органов управления обычно выполняется путем замены по крайней мере части металлических соединительных стержней между ручками на внешней поверхности и регулируемыми частями на внутренней платформе изолированным стержнем, изготовленным либо из прочной керамики, либо из пластика, выдерживающего высокие температуры. Кроме того, металлические внутренняя и внешняя части должны находиться на достаточном расстоянии, чтобы предотвратить утечку тока через емкостную связь, когда внутренние напряжения высокие. Наконец, все эти устройства должны быть закреплены с большей осторожностью, чем обычно, чтобы гарантировать, что толчки, давление или тепловое расширение не могут создать контакт между внутренним и внешним основанием.

Резюме

Использование несбалансированной схемы для сбалансированного тюнера накладывает серьезные ограничения на конструкцию тюнера и предъявляет высокие требования к мастерству изготовителя. Преимущество такой конструкции состоит в том, что для ее внутренней несимметричной согласующей схемы всегда требуется только один компонент, тогда как для сбалансированной версии той же схемы часто требуется два. Следовательно, ему не требуются идентичные пары компонентов для двух «горячих» концов цепи (ей), чтобы обеспечить баланс между заземлением внутри ATU, а его выход по своей природе сбалансирован относительно внешней «истинной» земли, даже хотя внутренняя цепь несимметрична относительно внутреннего "ложного" заземления.

Потери в антенной системе

Расположение АТУ

ATU можно вставить в любое место на линии, соединяющей радио передатчик или же приемник к антенне.^[19] Точка питания антенны обычно находится высоко в воздухе (например, горизонтальный дипольная антенна ) или далеко (например, наземный монопольная антенна используется как для приема, так и для передачи). Линия передачи или фидерная линия должна передавать сигнал между передатчиком и антенной. ATU можно разместить в любом месте фидерной линии - на выходе передатчика, на входе антенны или в любом месте между ними - и, при желании, два или более ATU могут быть размещены в разных местах между антенной и передатчиком (обычно в двух точках). концы фидерной линии) и настроены таким образом, чтобы они создавали согласование импеданса по всей антенной системе.

Настройку антенны лучше всего выполнять как можно ближе к антенне, чтобы минимизировать потери, увеличить полосу пропускания и снизить напряжение и ток в линии передачи. Кроме того, когда передаваемая информация имеет частотные составляющие, длина волны которых составляет значительную часть электрической длины фидерной линии, искажение передаваемой информации будет происходить, если на линии есть стоячие волны. Это влияет на аналоговое ТВ и стереовещание FM; для этих режимов размещение согласующего блока на антенне или очень близко к ней является обязательным.

По возможности, автоматический тюнер или тюнер с дистанционным управлением в защищенном от непогоды корпусе на антенне или рядом с ней удобен и делает систему эффективной. С таким тюнером можно согласовать широкий спектр антенн в широком диапазоне частот.^[20] (включая малозаметные антенны).^[21][22]

Фидер с высоким сопротивлением

Когда ATU необходимо расположить рядом с радиостанцией для удобной регулировки, любой значительный КСВ увеличит потери в фидерной линии. По этой причине при использовании ATU на передатчике большим преимуществом является фидер с низким уровнем потерь и высоким сопротивлением (например, линия с разомкнутым проводом). Короткая длина коаксиальной линии с низкими потерями приемлема, но с более длинными коаксиальными линиями большие потери, усугубленные КСВ, становятся очень высокими.^[23]

Важно помнить, что когда ATU размещается рядом с передатчиком и вдали от антенны, даже если ATU сопоставляет передатчик с линией, линия за ATU не меняется. Обратные токи, отраженные от антенны, отражаются ATU в обратном направлении и поэтому невидимы на стороне передатчика ATU. Отдельные волны обычно несколько раз отражаются между антенной и ATU; Результатом множественных отражений являются общие потери, более высокое напряжение и / или более высокие токи в линии и в ATU, а также суженная полоса пропускания. Ничто из этого не может быть исправлено устройством ATU, установленным рядом с передатчиком.

Потери в антенных тюнерах

Любое средство согласования импеданса приведет к некоторой потере мощности. Это значение будет варьироваться от нескольких процентов для трансформатора с ферритовым сердечником до 50% или более для сложного ATU, которое неправильно отрегулировано или работает вблизи пределов своего диапазона настройки.^[24]

Среди узкополосных схем тюнера L-сеть имеет самые низкие потери, отчасти потому, что в ней меньше всего компонентов, но главным образом потому, что она может соответствовать только при одной настройке, и эта настройка обязательно самый низкий Q возможно для данного преобразования импеданса.^[l]

L-сеть, в которой используются только конденсаторы, будет иметь самые низкие потери, но эта сеть работает только там, где сопротивление нагрузки очень индуктивно, что делает ее хорошим выбором для малая рамочная антенна. Индуктивный импеданс также возникает при использовании антенн с прямым проводом на частотах немного выше резонансная частота, где антенна слишком длинная - например, от четверти до полуволны на рабочей частоте - следовательно, можно сознательно построить антенну, которая будет слишком длинной для всех проектных частот, с намерением настраивать ее только с помощью конденсаторов, похожа на рамочную антенну. К сожалению, типичная проблема, встречающаяся в ВЧ диапазон заключается в том, что антенны слишком короткие для используемой частоты, и для их настройки требуется индуктивное реактивное сопротивление.

В Т-сети верхних частот потери в тюнере могут варьироваться от нескольких процентов - если настроены на самые низкие потери - до более 50%, если тюнер не настроен должным образом. Использование максимально доступной емкости приведет к меньшим потерям, чем при простой настройке на совпадение без учета настроек.^[25] Это связано с тем, что использование большей емкости означает использование меньшего количества витков катушки индуктивности, а потери в основном связаны с катушкой индуктивности.

С тюнером SPC потери будут несколько выше, чем с Т-образной схемой, поскольку добавленная емкость через индуктор будет шунтировать некоторый реактивный ток на землю, который должен быть нейтрализован дополнительным током в индукторе.^[26] Компромисс заключается в том, что эффективная индуктивность катушки увеличивается, что позволяет работать на более низких частотах, чем это было бы возможно в противном случае.

Жертвовать эффективностью в обмен на подавление гармоник

Если требуется дополнительная фильтрация, индуктор в любой из трехэлементных конструкций можно намеренно установить на большие значения, увеличивая схема Q и таким образом обеспечивая частичное полоса пропускания эффект.^[27] Либо высокочастотный T, либо низкочастотныйπ можно отрегулировать таким образом; тюнер SPC обеспечивает эффект полной полосы пропускания при аналогичной настройке. Дополнительное затухание на частотах гармоник может быть значительно увеличено с помощью лишь небольшого процента дополнительных потерь на настроенной частоте.

При настройке на минимальные потери, тюнер SPC всегда будет иметь лучшее подавление гармоник, чем высокочастотный T, поскольку конструкция SPC является полосовой. Любой из этих типов обеспечивает хорошее подавление гармоник, если допустимы небольшие дополнительные потери. Низкочастотныйπ имеет исключительное затухание гармоник на любой настройки, включая самые низкие потери.

Коэффициент стоячей волны

КСВ-метр на антенном тюнере

Распространенное заблуждение, что высокий коэффициент стоячей волны (КСВ) как таковой вызывает потери, или что антенна должна быть резонансной, чтобы хорошо передавать; ни то, ни другое не верно.^[3][4][28] Хорошо настроенное устройство ATU, питающее антенну через линию с низкими потерями, может иметь лишь небольшой процент дополнительных потерь по сравнению с внутренне согласованной антенной, даже с высоким КСВ (например, 4: 1).^[28] ATU, установленный рядом с передатчиком, просто повторно отражает энергию, отраженную от антенны («ток люфта»), обратно по фидерной линии к антенне («обратное отражение»).^[3] Высокие потери возникают из-за ВЧ-сопротивления в фиде и антенне, а эти многократные отражения из-за высокого КСВ приводят к увеличению потерь в фидере.

Использование фидерной линии с низким уровнем потерь и высоким сопротивлением с ATU приводит к очень небольшим потерям даже при множественных отражениях. Однако, если комбинация фидера и антенны имеет «потери», то при таком же высоком КСВ может быть потеряна значительная часть выходной мощности передатчика. Линии с высоким импедансом, такие как большинство параллельных проводов, переносят мощность в основном в виде высокого напряжения, а не большого тока, и только ток определяет мощность, потерянную на сопротивлении линии. Таким образом, для того же количества Вт, подаваемого на антенну, несмотря на высокий КСВ, в линии с высоким импедансом теряется очень мало мощности по сравнению с потерями в линии с низким импедансом, как в обычном коаксиальном кабеле. По этой причине радисты, использующие фидер с высоким сопротивлением, могут более небрежно использовать тюнеры.

Без ATU КСВ от несоответствующей антенны и фидерной линии может представлять ненадлежащую нагрузку на передатчик, вызывая искажения и потерю мощности или эффективности с нагревом и / или сгоранием компонентов выходного каскада. Современные твердотельные передатчики спроектированы так, чтобы автоматически защищать себя за счет снижения мощности при возникновении тока люфта. Следовательно, некоторые твердотельные силовые каскады производят слабые сигналы только в том случае, если КСВ поднимается выше 1,5 до 1. Если бы не эта проблема, можно было бы допустить даже потери от КСВ 2: 1, поскольку только 11 процентов передаваемой мощности были бы допустимы. быть отраженными и 89 процентов посланных через антенну. Таким образом, основная потеря мощности при высоком КСВ происходит из-за того, что передатчик «снижает» свою выходную мощность, когда ему мешает высокий КСВ.

Ламповые передатчики и усилители обычно имеют регулируемую выходную сеть, которая может без проблем подавать несогласованные нагрузки до КСВ, возможно, до 3: 1. Фактически π -сеть выходного каскада передатчика выполняет роль встроенного ATU. Кроме того, лампы являются электрически прочными (хотя и хрупкими с механической точки зрения), поэтому схемам на основе ламп нет необходимости «снижать» выходную мощность, поскольку они могут безнаказанно отводить очень высокий ток люфта.

Широковещательные приложения

Радиовещательные передатчики AM

ATU для 6-ти башенной AM-антенны мощностью 250 кВт

Одно из самых старых приложений для антенных тюнеров находится в средняя волна и коротковолновый Передатчики AM вещания. AM диапазон передатчики обычно используют вертикальную антенну (мачту), длина волны которой обычно составляет 0,20–0,68 длины волны. У основания башни (в «домике сцепки»)^[29] ATU используется для согласования антенны с линией передачи 50 Ом от передатчика. Наиболее часто используемой схемой является Т-образная цепь нижних частот с двумя последовательными катушками индуктивности и шунтирующим конденсатором между ними.

Когда используется несколько вышек, сеть ATU может также обеспечивать регулировку фазы, чтобы токи в каждой вышке могли быть фазированы относительно других для получения сигнала в желаемом направлении. По условиям лицензии на эксплуатацию станции часто требуются для предотвращения передачи сигналов в направлениях, которые могут создавать помехи другим станциям. Передающая станция также получает выгоду от того, что большая часть мощности сигнала станции, оплаченная в счетах за электроэнергию, попадает в назначенную целевую зону, на которой основывается ее доход от рекламы. Настройка ATU в многонаправленном массиве - сложный, трудоемкий процесс, требующий значительного опыта.

Мощные коротковолновые передатчики

Мощные (50 кВт и выше) международные коротковолновые радиовещательные станции изменяют частоты сезонно - даже ежедневно - для адаптации к условиям распространения в ионосфере, чтобы их сигналы могли достигать целевой аудитории. Частые изменения частоты передачи требуют частой настройки схемы согласования антенны и фазирования. Современные коротковолновые передатчики обычно включают встроенную схему согласования импеданса для КСВ до 2: 1, которая может настраиваться на новую частоту и, следовательно, на новое выходное сопротивление в течение 15 секунд.

Согласующие цепи в передатчиках иногда включают в себя симметрирующий трансформатор, или внешний датчик может быть установлен на передатчике для питания симметричной линии. Вплоть до 1950-х годов сбалансированные линии передачи с сопротивлением 300 Ом и более были более или менее стандартом для всех коротковолновых передатчиков и антенн, даже для любителей. Большинство коротковолновых радиовещательных компаний продолжают использовать источники с высоким импедансом даже после того, как автоматическое согласование импедансов стало широко доступным.

Наиболее часто используемые коротковолновые антенны для международного вещания - это Антенна HRS (занавесная решетка), охватывающая частотный диапазон от 2 до 1, а логопериодическая антенна, который может охватывать от 8 до 1 частотного диапазона. В пределах проектного диапазона КСВ антенны будет варьироваться, но эти конструкции обычно поддерживают КСВ ниже 1,7 до 1 - легко в пределах диапазона КСВ, который можно настроить с помощью встроенного автоматического согласования антенн во многих современных передатчиках. Таким образом, при подаче питания на правильно подобранные антенны современный передатчик сможет при необходимости настроить себя, чтобы соответствовать антенне на любой частоте.

Смотрите также

• Американская радиорелейная лига
• Электрическая длина
• Мостовое сопротивление
• Катушка загрузки
• Преселектор
• Диаграмма Смита

Примечания

1. Передатчики со встроенными антеннами, которые покрывают только узкую полосу частот, например сотовые телефоны и рации, имеют внутреннюю, не регулируемую пользователем схему ATU, постоянно настроенную на работу с установленной антенной.
2. Импеданс антенны и фидерной линии меняется в зависимости от погоды, особенно если она покрыта дождевой водой или находится во влажном воздухе.
3. Типичный сопротивление коэффициенты преобразования: 1: 1, 1: 4, 1: 9 и т. д. Коэффициент импеданса является квадратом коэффициента намотки.
4. Когда необходимо соединить два кабеля или цепи с разным заземлением, но заземление должно быть независимым, вместо однообмоточного автотрансформатора следует использовать полный двухобмоточный трансформатор с желаемым коэффициентом передачи.
5. Одни и те же обмотки можно соединить по-разному, чтобы балун вместо.
6. В общем, изменение заглушки в реактивное сопротивление с изменяющейся частотой отличается от соответствующей сосредоточенной составляющей индукторы и конденсаторы.
7. Чтобы избежать высокого напряжения на конце открытого шлейфа, иногда лучше использовать закороченный шлейф длиной от четверти до полуволны для емкостного шлейфа. В приложениях с низким энергопотреблением можно выбрать открытый шлейф между четвертью и полуволной из-за индуктивного эффекта, так как его легче подрезать для лучшего соответствия.
8. Функциональное описание компонентов примерно правильное, но слишком простое. В реальной работе катушка индуктивности и все конденсаторы взаимодействуют для достижения общего результата.
9. Обычно нет никакой пользы от принуждения двух сторон антенны к выравниванию напряжений. Почти всегда лучше позволить антенне «плавать» относительно земли: характеристики антенны, которые зависят от баланса, всегда зависят от симметричных токов, а не от симметричных напряжений, и принуждение к уравновешиванию напряжений может привести к разбалансировке токов.
10. В случае этих схем почти всегда плохая идея соединять заземление оборудования с землей антенны, учитывая возможность держать заземления отдельно. Видеть^[я]
11. Удаление дополнительного заземления на балансной (правой) стороне схемы требует установки двухсекционного переменного конденсатора, чтобы он мог электрически «плавать», с его рамой и валом настройки, изолированными от шасси и ручки настройки. Когда предусмотрен такой изолированный монтаж, нет причин использовать двухсекционный конденсатор, и его можно заменить менее дорогим односекционным конденсатором.
12. С L-сетью загруженные Q не регулируется, но фиксируется на полпути между импедансом источника и нагрузки. Поскольку большая часть потерь в практических тюнерах будет в катушке, переход от низкочастотной схемы к высокочастотной (или наоборот) может немного уменьшить потери.

Рекомендации

1. «Нагрузка-тяга для силовых устройств». microwaves101.com.
2. Стайлз, Джим, профессор (весна 2009 г.). «Согласование с сосредоточенными элементами» (PDF). Кафедра электротехники и информатики. EECS 723 - СВЧ-техника - раздаточный материал курса. Канзасский университет.
3. Максвелл, Уолтер М. (1990). Отражения: Линии передачи и антенны (1-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига. ISBN  0-87259-299-5.
4. Мур, Сесил (9 января 2014 г.). "Сказки старого XYL на любительском радио".
5. Сильвер, Х. Уорд, изд. (2011). Антенная книга ARRL. Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига. С. 22–24. ISBN  978-0-87259-694-8.
6. Кэти, Т. (9 мая 2009 г.). "Как согласовать коаксиальный кабель 50 Ом с коаксиальным кабелем 75 Ом, Яги 35 Ом и т. Д.". AM Forum. amfone.net.
7. Теоретической основой является обсуждение изобретателем и более широкое применение метода сопоставления с¹⁄₆-волновые коаксиальные линии находятся здесь: Бранхам, П. (1959). «Удобный трансформатор для согласования коаксиальных линий» (PDF). Женева, Швейцария: ЦЕРН.
8. Сторли, Мартин (13 мая 2017 г.). «Калькулятор совпадения одиночных заглушек».
9. Сильвер, H.L., изд. (2011). Справочник ARRL по радиосвязи (88-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига.
10. Смит, Филип Х. (1969). Электронные приложения диаграммы Смита. Такер, Джорджия: Нобелевское издательство. п. 121. ISBN  1-884932-39-8.
11. "Руководство пользователя Drake MN-4" (PDF). radiomanual.info. Компания Р. Л. Дрейка.
12. де Мо, Дуг (W1FB) (1984). «Трансматч для симметричных или несимметричных линий». В Хатчинсоне, Чарльз Л. (ред.). Справочник ARRL для радиолюбителей (62-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига. Глава 22 - Установка станции и дополнительные проекты: преобразование для симметричных или несимметричных линий, рисунок 22.100. ISSN  0890-3565.
13. Маккой, Льюис Г. (W1ICP) (июль 1970 г.). "Окончательный трансматч". Журнал QST. Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига. С. 24–27, 58.
14. Сильвер, Х. Уорд, изд. (2011). Антенная книга ARRL. Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига. п. 24‑12. ISBN  978-0-87259-694-8.
15. Салас, Фил. «Компактный антенный тюнер Z-match мощностью 100 Вт» (PDF).
16. "Тюнер сбалансированной линии".
17. Халлас, Джоэл (1 сентября 2014 г.). «Доктор здесь». QST. Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига. п. 60.
18. Сильвер, Х. Уорд, изд. (2011). Антенная книга ARRL. Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига. п. 24‑13. ISBN  978-0-87259-694-8.
19. Миллер, Дэйв (1 августа 1995 г.). "Вернуться к основам" (PDF). QST. Архивировано из оригинал (PDF) 22 июня 2013 г.
20. Руководство пользователя HF (PDF). SGC Мир.
21. «Комплект невидимости» (PDF). SGC Мир.
22. «Умные тюнеры для скрытых антенн» (PDF). SGC Мир.
23. Халлас, Джоэл Р., W1ZR (2010). Руководство ARRL по антенным тюнерам. Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига. п. 7‑4. ISBN  978-0-87259-098-4.
24. Халлас, Джоэл Р., W1ZR (2010). Руководство ARRL по антенным тюнерам. Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига. п. 4‑3. ISBN  978-0-87259-098-4.
25. Сильвер, Х. Уорд, изд. (8 октября 2014 г.). Справочник ARRL 2015 г. (92-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига. п. 20‑16. ISBN  978-1-62595-019-2.
26. Шмидт, Кевин, W9CF. «Оценка потерь в Т-сети на 80 и 160 метров» (PDF). fermi.la.asu.edu.
27. Стэнли, Дж. (1 сентября 2015 г.). «Антенные тюнеры как преселекторы». Техническая переписка. Журнал QST. п. 61.
28. Холл, Джерри, изд. (1988). Антенная книга ARRL. Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига. п. 25‑18 ff. ISBN  978-0-87259-206-3.
29. "Буря заглушает радио". Солнце (Сидней) (12379). Новый Южный Уэльс, Австралия. 30 сентября 1949 г. с. 3. Получено 27 сентября 2019 - через Национальную библиотеку Австралии.

дальнейшее чтение

• Райт, Х.С. (1987). Введение в теорию антенн. Лондон: Бернард Бабани. BP198.
• Радиообщество Великобритании (1976). Справочник по радиосвязи (5-е изд.). Бедфорд, Великобритания: Радио-общество Великобритании. ISBN  0-900612-58-4.
• Роде, Ульрих Л. (1974). "Die Anpassung von kurzen Stabantennen für KW-Sender" [Согласование коротких стержневых антенн для коротковолновых передатчиков]. Funkschau (на немецком языке) (7).
• Роде, Ульрих Л. (13 сентября 1975 г.). «Подберите любую антенну в диапазоне от 1,5 до 30 МГц с помощью всего двух регулируемых элементов». Электронный дизайн. Vol. 19.

внешняя ссылка

• "Сайт Американской радиорелейной лиги".
• «Чем занимаются тюнеры и заглянем внутрь».