Воздушный согласующий симметричный трансформатор. Симметрирующий трансформатор- устраняем перекос фаз

В идеале напряжение в трехфазной сети между каждой из проводником равно 220 В. Но, при подключении к фазам сети разных потребителей, которые различаются по величине и характеру, появляется . Если бы при подключении нагрузок обеспечивалось равенство сопротивлений потребителей, то и проходящие через них токи были бы одинаковыми. В результате того, что токи на фазах не равны, в нулевом проводнике появляется уравнительный ток и напряжение смещения.

Напряжения на фазах изменяются между собой, и возникает перекос фаз, следствием которого становится повышение расхода электрической энергии и неправильное функционирование потребителей, которое приводит к отказам, сбоям и быстрому износу изоляции.

Для трехфазных автономных источников энергии перекос фаз может привести к разным неисправностям механизмов. В результате может возрасти расход топлива и масла на приводном двигателе, а также жидкости для охлаждения генератора. Эти неисправности приводят к повышению расходов на электричество, расходные материалы.

Устройство и принцип работы

Симметрирующий трансформатор монтируется в стационарном исполнении. Выводы к нагрузке и сети обычно размещены на нижней панели. Для намотки катушек трансформатора используют только медные провода. Обмотки имеют , то есть, не имеют между собой электрического соединения. На входе в устройство устанавливается , позволяющий обеспечить защиту трансформатора от короткого замыкания и чрезмерных нагрузок. Трансформатор имеет индикаторы присутствия напряжения на выходе.

Первичная и вторичная обмотки трехфазного трансформатора соединены по . В них включена вспомогательная симметрирующая обмотка, охватывающая первичную высоковольтную обмотку трансформатора. Эта обмотка спроектирована таким образом, чтобы она могла выдержать продолжительный ток нагрузки трансформатора при работе в номинальном режиме на одной фазе. Вспомогательная симметрирующая обмотка включена в разрыв нулевого проводника трансформатора.

При появлении уравнительного тока в нулевом проводнике вследствие несимметричной нагрузки, магнитные потоки обмоток в магнитопроводе компенсируются противоположными потоками вспомогательной обмотки. В итоге перекос напряжений на фазах полностью исчезает.

Схема подключения обмоток для выравнивания фаз изображена на рисунке.

Энергетические параметры симметрирующих трансформаторов ввиду добавления вспомогательной обмотки практически не изменяются, однако заметно уменьшаются потери электрической энергии в сети. При возникновении перекоса напряжений на фазах происходит их выравнивание.

Эксперименты и исследования ученых показали, что при соответствующем расчете числа витков рабочих и вспомогательной обмоток, напряжение на вспомогательной обмотке трансформатора при номинальном токе в нулевом проводнике становится равным фазному напряжению. При этом симметрирующая обмотка выравнивает электродвижущую силу до нулевой величины.

Симметрирующий трансформатор значительно уменьшает сопротивление нулевой последовательности трансформатора. Это позволяет значительно повысить ток короткого замыкания на фазе, что стало основным достоинством симметрирующих устройств, из-за легкой и надежной регулировки релейной защиты и ее работы при коротком замыкании.

Разрушающее действие повышенного тока короткого замыкания, возникшего на одной фазе, такого выравнивающего трансформатора намного ниже, в отличие от тока короткого замыкания при отсутствии компенсирующей обмотки, так как этот разрушительный несимметричный поток полностью компенсируется.

Если рассмотреть, как работает симметрирующий трансформатор при подключении несимметричной нагрузки на одну фазу, то видно, что максимальная нагрузка на фазу равна третьей части от трехфазной мощности источника энергии.

После включения мощной нагрузки на одну фазу возникает перекос фаз, поэтому возрастает вероятность выхода из строя подключенных к источнику потребителей нагрузки. Если мощность потребителей возрастет на треть от мощности источника, то трансформатор может выйти из строя.

На рисунке видно, что максимальная нагрузка на фазу может быть равной половине трехфазной мощности источника. Однако, источник будет воспринимать нагрузку, распределенную равномерно по всем фазам.

Применение симметрирующего трансформатора позволяет снизить мощность генератора, при этом к нему будут подключены такие же по мощности приемники, как и без дополнительной обмотки. Для источника электричества нагрузка будет распределенной по фазам равномерным образом.

Как используется симметрирующий трансформатор

Такое устройство широко используется в различных областях:

• В работе жилищно-коммунального хозяйства.
• На садовых и дачных участках.
• В промышленном производстве на станках с программным управлением.
• В военной технике.

Симметрирующие трансформаторы располагают между потребителями нагрузки и источником электрической энергии.

Виды схем

• Симметрирующий прибор с 3-фазным трансформатором включает три обмотки. Вторая обмотка соединена с четвертой по последовательной схеме, а со второй на других магнитопроводах зигзагообразно. Общее количество витков 1-й и 3-й обмотки такое же, как во 2-й обмотке. Эффективное функционирование симметрирующего устройства создается с помощью уменьшения сопротивления протекающим токам нулевой последовательности. Это намного повышает надежность функционирования при возникновении аварии. Между нулевым выводом N2 и N1 в схему подключены тиристорные ключи (6,7), сопротивление (10) и стабилитроны (8,9) для подсоединения фазных нагрузок.

• Эта схема состоит из:
  — магнитопровод 1, состоящий из трех стержней;
  — первичная трехфазная симметричная обмотка 2 с сетевым питанием;
  — вторичная обмотка 3, подключенная тремя лучами зигзага.Особенностью такой схемы является отсутствие тока нулевой последовательности во время любых режимов. Симметрирующий трансформатор наиболее надежен и прост в устройстве.

Симметрирующие устройства могут снижать потери электроэнергии путем падения амплитуд колебаний, падения сопротивления, что увеличивает ресурс работы источников энергии в сетях, в которых возникли перекосы фаз. Такие устройства служат для увеличения надежности работы автономных бензиновых генераторов и различных потребителей энергии при перекосах фаз. Подобные устройства позволяют рационально использовать электростанции с небольшой мощностью.

По сравнению с коаксиальным кабелем симметричная линия имеет очень низкие потери при больших значениях КСВ (когда коаксиальный кабель практически неработоспособен) и возможность настройки практически любого вибратора в резонанс при электрическом удлинении или укорочении линии (это открывает широкое поле деятельности при создании качественных многодиапазонных антенн ).

Непосредственное подключение симметричной линии к несимметричному выходу оконечного каскада передатчика, как правило, приводит к негативным результатам. Даже если после элементов согласования П-контура установить симметрирующий широкополосный трансформатор или применить Т-образной тюнер с симметрирующим трансформатором на выходе, удовлетворительной работы можно добиться только при минимальной реактивности на входе симметричной линии. Один из таких примеров - питание вибратора в пучности напряжения с помощью симметричной линии, длина которой составляет А,/4 рабочего диапазона частот (или кратна нечетному количеству длин L/4). У такой антенны симметричная линия является трансформатором, согласующим низкое входное сопротивление трансивера с высоким сопротивлением антенны. Как правило, под такую антенную систему рассчитаны симметричные выходы в различных импортных Т-образных тюнерах.

Если же реактивность на входе симметричной линии (в точке под ключения трансивера или тюнера) велика, то в силу того, что широкополосные трансформаторы плохо работают на реактивную нагрузку, потери в антенно-фидерной системе будут велики, и при большой мощности передатчика широкополосный трансформатор может выйти из строя. Разумеется, в такой антенно-фидерной системе теряются все выгоды применения симметричной линии.

Для того чтобы в полной мере использовать замечательные свойства симметричной линии, необходим симметричный тюнер, элементы трансформации и компенсации реактивных составляющих которого непосредственно «работают с импедансом» симметричной линии, т.е. компенсируют реактивность на входе линии.

Некоторые зарубежные фирмы выпускают симметричные тюнеры. К сожалению, эти устройства довольно дороги (например, хорошо зарекомендовавший себя в работе на симметричную линию антенный тюнер MFJ- 976 стоит почти 500 USD). Это приводит нас, радиолюбителей, к мысли о самостоятельном изготовлении такой конструкции.

Схема симметричного тюнера, который имеет элементы трансформации сопротивлений и компенсации реактивных составляющих, приведена ниже.

Эта схема с так называемым V-образным или (3 (бета)-согласованием . Принцип ее работы прост: при согласовании выходного сопротивления широкополосного трансформатора Т1 с комплексным сопротивлением, имеющимся на входе симметричной линии, к меньшему сопротивлению подключается последовательный реактивный элемент (емкость), а к большему - параллельный (индуктивность). Т1 - симметрирующий широкополосный трансформатор (ШПТ) с коэффициентом трансформации сопротивлений 1:4. В качестве сердечника трансформатора можно применить кольцевой ферритовый сердечник К20ВЧ - К400НН. Типоразмер сердечника определяет габаритную мощность трансформатора и максимальную ВЧ мощность, которую можно подать на вход тюнера. С достаточной для практических целей точностью можно принять, что 1 см2 поперечного сечения кольцевого ферритового сердечника способен трансформировать 300 Вт подводимой к нему мощности.

При этом необходимо учесть следующее. Ферритовые кольца К100НН - К400НН с повышением рабочей частоты теряют способность передавать магнитный поток. Это приводит к тому, что габаритная мощность широкополосного трансформатора на таких кольцах с повышением частоты уменьшается. Наоборот, передача магнитного потока у колец К20ВЧ - К50ВЧ на любительских НЧ диапазонах минимальна, а с повышением частоты увеличивается, а значит, увеличивается габаритная мощность такого трансформатора. В любом случае, применяя кольца той или иной магнитной проницаемости, ШПТ следует изготовить с запасом габаритной мощности - лишним это не будет.

При изготовлении ШПТ 1:4 для обмоток удобно использовать двухжильный монтажный медный провод с сечением жил не менее 1,5 мм2, применяемый для прокладки скрытой электропроводки в квартирах. Диэлектрические свойства виниловой изоляции этого провода вполне достаточны для надежной работы трансформатора при подводимых к нему мощностях до 1 кВт. Если приобретение ферритовых колец затруднено, то не стоит отчаиваться.

Симметрирующий трансформатор 1:4 можно изготовить из коаксиального кабеля ниже.

Кабель свивают в плоскую катушку с последующим креплением витков ПХВ-изолентой.

Согласующим элементам схемы абсолютно безразлично, до какого значения трансформировать/согласовывать подведенный к ним импеданс симметричной линии. Поэтому в качестве Т1 может работать трансформатор с коэффициентом трансформации сопротивлений 1:1.

Вариант схемы тюнера, в котором применяется такой трансформатор, приведен ниже.

Здесь становится ненужным переключатель выбора вида согласования, но переключатель удобно использовать для режима «Обход». В таком режиме можно работать с симметричной линией, имеющей минимальную реактивность на входе. Однако изготовление трехобмоточного трансформатора менее технологично и более трудоемко, чем двухобмоточного с коэффициентом трансформации сопротивлений 1:4.

На максимальную подводимую к тюнеру мощность влияет не только габаритная мощность трансформатора Т1, но и зазор между пластинами конденсаторов переменной емкости С1.1 и С1.2. При мощности передатчика 300 - 350 Вт зазор между пластинами должен быть не менее 0,5 мм. Кроме того, роторы и статоры КПЕ должны размещаться на фарфоровых осях и изоляторах, т.е. быть изолированы как от корпуса, так и друг от друга, но иметь общую ось настройки. Не путайте эти два КПЕ с 2-секционными КПЕ, роторы которых связаны контактом не только между собой, но и с корпусом конденсатора!

Конструкция катушки с переменной индуктивностью - любая. Лучшей является катушка с перемещаемым роликовым или ползунковым контактом. Вполне приличные результаты можно получить, применив шаровый вариометр. Если используется катушка с переключаемыми отводами, то следует обратить внимание на электрическую прочность переключателя отводов. Для точного согласования изменение индуктивности у катушки отводами должно происходить с небольшим шагом.

Еще раз подчеркну, что данная схема тюнера очень критична к емкости и индуктивности реактивных элементов схемы согласования. Их величина зависит не только от частоты, но и от импеданса и реактивности на входе симметричной линии.

Широкополосный трансформатор Т1 - самая ответственная деталь в симметричном тюнере. От качества работы трансформатора зависит качество работы всей конструкции в целом. Качество самостоятельно изготовленного трансформатора можно легко определить экспериментально. Для этого включаем КСВ-метр между трансивером и трансформатором. В зависимости от выходного сопротивления трансивера (50 или 75 Ом) КСВ-метр должен быть сконструирован и отградуирован для работы с выбранным волновым сопротивлением тракта. Выход трансформатора нагружаем на два включенных последовательно безындукционных резистора сопротивлением 100 (150) Ом для ШПТ 1:4 и 25 (37,5) Ом для ШПТ 1:1. Резисторы следует подобрать с максимально близким сопротивлением.

Подаем с трансивера ВЧ сигнал и измеряем КСВ на всех KB диапазонах. В идеале КСВ на всех частотах должен быть близок к 1. Однако добиться этого крайне сложно из-за завала АЧХ, определяемой свойствами примененного ферритового сердечника и качеством намотки трансформатора. Например, в авторском варианте широкополосного трансформатора при использовании ферритового кольца К300НН завал АЧХ происходит на частотах от 21 МГц и выше (в диапазоне 10 м КСВ увеличивается до 1,5).

ВЧ вольтметром относительно «земли» (общего провода) следует измерить ВЧ напряжение на выходах трансформатора. На обоих выходах оно должно быть одинаковым (разница напряжений - не более ±5%). При измерении напряжения относительно средней точки соединения резисторов ВЧ вольтметр не должен фиксировать ВЧ напряжение. В противном случае имеет место асимметрия выходного напряжения, обусловленная некачественным изготовлением трансформатора, т.е. разной длиной проводов обмоток.

Равенство напряжений на выходах трансформатора и отсутствие «перекоса» напряжений на резисторах нагрузки свидетельствует о хорошей симметрии обмоток трансформатора. Измерения следует произвести во всех любительских KB диапазонах, а затем, для сравнения рабочих характеристик трансформатора, свести их в таблицу.

Для проведения измерений не обязательно применять промышленный ВЧ вольтметр. В точках измерения мы имеем дело с низким сопротивлением, поэтому исследование рабочих характеристик трансформатора можно провести самодельным низкоомным ВЧ вольтметром.

Правда, из-за зависимости свойств диода от частоты не удастся*измерить реальную величину завала АЧХ и КПД трансформатора, но этот прибор позволит измерить напряжения на выходах трансформатора и обнаружить «перекос» напряжений на нагрузочных резисторах.

Как и при работе с КСВ-метром, точность самодельного ВЧ вольтметра повышается при подведении к трансформатору достаточно большой ВЧ мощности от передатчика.

Радиолюбители, которые не имеют возможности изготовить самодельный ШПТ, могут в качестве Т1 применить фирменные симметрирующие трансформаторы с коэффициентом трансформации 1:4 или 1:1 (например, LDG RBA 1:1 (1:4) или MFJ-918).

Крохмаль Альфред Викторович

Напряжение между каждой фазой трехфазной сети переменного тока и нулевым проводом, в идеальном случае, составляет 220 Вольт. Однако, при подключении к каждой из фаз питающей сети различных нагрузок, отличающихся по характеру и по величине, возникает иногда довольно значительный перекос фазных напряжений.

Если бы соблюдалось равенство сопротивлений нагрузок, то и протекающие через них токи также были бы равны между собой. Их геометрическая сумма была бы обращена в нуль. Но в результате неравенства этих токов возникает уравнительный ток в нулевом проводе (происходит смещение нулевой точки) и появляется напряжение смещения .

Фазные напряжения меняются друг относительно друга, и получается перекос фаз . Следствием такого перекоса фаз становится увеличение потребления электроэнергии из сети и неправильная работа электроприемников, ведущая к сбоям, отказам, и преждевременному износу изоляции. Безопасность потребителя, в такой ситуации, ставится под угрозу.

Для автономных трехфазных источников электроэнергии неравномерность загрузки фаз чревата разного рода механическими повреждениями. В результате – нарушение работы электроприемников, износ источников электроэнергии, повышенный расход масла, топлива и охлаждающей жидкости для генератора. В конечном итоге увеличиваются расходы как на электроэнергию в целом, так и на расходные материалы для генератора.

Для устранения перекоса фаз, выравнивания фазных напряжений, следует изначально рассчитать токи нагрузок для каждой из трех фаз. Однако не всегда удается это сделать заранее. В промышленных же масштабах потери вследствие перекоса фазных напряжений могут быть просто колоссальными, а экономический эффект, в определенной степени, разрушительным.

Для устранения негативных тенденций следует применить симметрирование фаз . Для этой цели разработаны так называемые симметрирующие трансформаторы .

В трехфазный трансформатор, обмотки фаз как высшего, так и низшего напряжений которого соединены звездой, встраивается дополнительно симметрирующее устройство в виде дополнительной обмотки, которая опоясывает обмотки высокого напряжения. Эта дополнительная обмотка рассчитана так, чтобы выдерживать длительный ток номинальной нагрузки трансформатора, т.е. на номинальный ток одной фазы. Обмотка включается в разрыв нулевого провода трансформатора из следующего расчета.

При возникновении уравнительного тока в нулевом проводе, вследствие несимметричной нагрузки, потоки нулевой последовательности в магнитопроводе (рабочих обмоток трансформатора) будут полностью компенсированы направленными противоположно потоками нулевой последовательности симметрирующей обмотки. В конечном счете, перекос фазных напряжений целиком предотвращается.

Схема включения обмоток трехфазного трансформатора для симметрирования фаз показана на рисунке 1.

Рис. 1. Устройство симметрирующего трансформатора

1) Трехстержневой магнитопровод трехфазного трансформатора.

2) Обмотки высокого напряжения.

3) Обмотки низкого напряжения.

4) Обмотка из компенсационных витков.

5) Дистанционные клинья.

6) Конец компенсационной обмотки, подключаемой к нейтрали обмоток низкого напряжения.

7) Конец компенсационной обмотки, который выводится наружу.

Энергетические характеристики таких трансформаторов, короткого замыкания, и другие, от добавления симметрирующего устройства почти не меняются, зато значительно сокращаются потери электроэнергии в сети. При неравномерной нагрузке фаз, система фазных напряжений симметрируется так же, как и при соединении обмоток по схеме звезда-зигзаг.

Расчеты и эксперименты исследователей показали, что при правильном согласовании витков компенсационных и рабочих обмоток, напряжение на компенсационной обмотке трансформатора с симметрирующим устройством, при равном номинальному токе в нулевом проводе, достигает величины номинального фазного напряжения, уравновешивая на нейтрали обмоток низкого напряжения ЭДС нулевой последовательности, возникающей от рабочих обмоток, до нуля.

Такая конструкция сильно снижает сопротивление нулевой последовательности трехфазного силового трансформатора. Это дает значительное увеличение токов короткого замыкания на одной фазе, и является одним из главных достоинств симметрирующих трансформаторов, так как обеспечивает надежную и легкую настройку и ее надежную работу при КЗ.

Более того, разрушающее воздействие большого тока однофазного КЗ на обмотки такого симметрирующего трансформатора значительно меньше, чем от тока КЗ в отсутствие обмотки симметрирования, так как разрушительный мощный несимметричный поток нулевой последовательности теперь полностью компенсируется.

Широкополосные симметрирующие трансформаторы на ферритовых трубках. Согласующий трансформатор с 300 на 75 ом своими руками

Фрактальные антенны своими руками: применение и сборка

В математике фрактальными называются множества, состоящие из элементов, подобных множеству в целом. Лучший пример: если рассмотреть близко-близко линию эллипса, она станет прямой. Фрактал – сколько не приближай – картинка останется по-прежнему сложной и похожей на общий вид. Элементы расположены причудливым образом. Следовательно, простейшим примером фрактала считаем концентрические окружности. Сколько ни приближай, появляются новые круги. Примеров фракталам множество. К примеру, в Википедии дан рисунок капусты Романеско, где кочан состоит из шишек, в точности напоминающих нарисованный кочан. Теперь читатели понимают, что изготовить фрактальные антенны непросто. Зато интересно.

Зачем нужны фрактальные антенны

Назначение фрактальной антенны - поймать больше меньшими жертвами. В западных видео - возможно найти параболоид, где излучателем послужит отрезок фрактальной ленты. Там уже делают из фольги элементы устройств СВЧ, более эффективные, нежели обыкновенные. Покажем, как сделать фрактальную антенну до конца, а согласованием занимайтесь наедине с КСВ метром. Упомянем, что имеется целый сайт, разумеется, зарубежный, где продвигают в коммерческих целях соответствующий продукт, чертежей нет. Наша самодельная фрактальная антенна проще, главное достоинство - конструкцию удастся сделать собственными руками.

Первые фрактальные антенны - биконические - появились, если верить видео с сайта fractenna.com, в 1897 году Оливером Лоджем. Не ищите в Википедии. В сравнении с обычным диполем пара треугольников вместо вибратора дает расширение полосы на 20%. Создавая периодические повторяющиеся структуры, удалось собрать миниатюрные антенны не хуже больших собратьев. Часто встретите биконическую антенну в виде двух рамок или причудливой формы пластин.

В конечном итоге это позволит принимать больше телевизионных каналов.

Если набрать запрос на Ютуб, появляется видео по изготовлению фрактальных антенн. Лучше поймете, как устроено, если представите шестиконечную звезду израильского флага, у которой угол срезали вместе с плечами. Получилось, три угла остались, у двух одна сторона на месте, второй нет. Шестой угол отсутствует вовсе. Теперь расположим две подобные звезды вертикально, центральными углами друг к другу, прорезями влево и вправо, над ними – аналогичную пару. Получилась антенная решетка – простейшая фрактальная антенна.

Звезды за углы соединяются фидером. Попарно столбцами. Снимается сигнал с линии, ровно посередине каждого провода. Конструкция собирается на болты на диэлектрической (пластиковой) подложке соответствующего размера. Сторона звезды составляет ровно дюйм, расстояние между углами звезд по вертикали (длина фидера) четыре дюйма, по горизонтали (расстояние между двумя проводами фидера) – дюйм. Звезды имеют при вершинах углы 60 градусов, теперь читатель нарисует подобное в виде шаблона, чтобы потом сделать фрактальную антенну самостоятельно. Сделали рабочий эскиз, масштаб не соблюден. Не ручаемся, что звезды вышли ровно, Microsoft Paint без больших возможностей для изготовления точных чертежей. Хватит взглянуть на картинку, чтобы устройство фрактальной антенны стало очевидным:

1. Коричневым прямоугольником показана подложка из диэлектрика. Приведенная на рисунке фрактальная антенна имеет диаграмму направленности симметричную. Если оградить излучатель от помех, экран ставится на четыре стойки позади подложки на расстоянии дюйма. На частотах нет нужды размещать сплошной лист металла, хватит сетки со стороной в четверть дюйма, не забудьте соединить экран с оплеткой кабеля.
2. Фидер с волновым сопротивлением 75 Ом требует согласования. Найдите либо сделайте трансформатор, преобразующий 300 Ом в 75 Ом. Лучше запаситесь КСВ метром и подбирайте нужные параметры не на ощупь, а по прибору.
3. Звезд четыре, выгибайте из медной проволоки. Лаковую изоляцию в месте стыковки с фидером зачистим (если имеется). Внутренний фидер антенны состоит из двух параллельных кусков проволоки. Антенну неплохо разместить в коробе для защиты против непогоды.

Собираем фрактальную антенну для цифрового телевидения

Дочитав до конца обзор, фрактальные антенны сделает любой. Так быстро углубились в конструирование, что забыли рассказать о поляризации. Полагаем, она линейная и горизонтальная. Это проистекает из соображений:

• Видео, очевидно, американского происхождения, разговор идет о HDTV. Следовательно, можем принимать моду указанной страны.
• Как известно, на планете немногие государства вещают со спутников с использованием круговой поляризации, среди них РФ и США. Следовательно, полагаем, прочие технологии передачи информации схожи. Почему? Была Холодная война, полагаем, обе страны выбирали стратегически что и как передавать, прочие страны исходили из чисто практических соображений. Круговая поляризация внедрена специально для спутников шпионов (перемещающихся постоянно относительно наблюдателя). Отсюда основания полагать, что в телевидении и в радиовещании наблюдается сходство.
• Структура антенны говорит, что линейная. Здесь просто неоткуда взяться круговой либо эллиптической поляризации. Следовательно – если только среди наших читателей нет профессионалов, владеющих MMANA – если антенна не ловит в принятом положении, поверните на 90 градусов в плоскости излучателя. Поляризация изменится на вертикальную. Кстати, многие смогут поймать и FM, если размеры задают побольше раза в 4. Лучше провод взять потолще (к примеру, 10 мм).

Надеемся, объяснили читателям, как пользоваться фрактальной антенной. Пара советов по простой сборке. Итак, постарайтесь найти проволоку с лакированной защитой. Согните фигуры, как показано на рисунке. Потом конструкторы расходятся, рекомендуем делать так:

1. Зачистите звезды и провода фидера в местах стыковки. Провода фидера за ушки укрепите болтами на подложке в серединных частях. Чтобы выполнить действие правильно, заранее отмерьте дюйм и проведите две параллельные линии карандашом. Вдоль них должны лечь проволоки.
2. Паяйте единую конструкцию, тщательно выверяя расстояния. Авторы видео рекомендуют делать излучатель, чтобы звезды углами ровно лежали на фидеры, а противоположными концами опирались на край подложки (каждая в двух местах). Для примерной звезды пометили места синим цветом.
3. Чтобы выполнить условие, каждую звезду притяните в одном месте болтом с диэлектрическим хомутком (к примеру, из кембрика провода ПВС и подобное). На рисунке места креплений показаны красным для одной звезды. Болт схематически прорисован окружностью.

Питающий кабель проходит (необязательно) с обратной стороны. Сверлите дыры по месту. Настройка КСВ ведется изменением расстояния между проводами фидера, но в данной конструкции это садистский метод. Рекомендуем просто измерить волновое сопротивление антенны. Напомним, как это делается. Понадобится генератор на частоту просматриваемой программы, к примеру, 500 МГц, дополнительно - высокочастотный вольтметр, который не спасует перед сигналом.

Потом измеряется напряжение, выдаваемое генератором, для чего он замыкается на вольтметр (параллельно). Из переменного сопротивления с предельно меньшей собственной индуктивностью и антенны собираем резистивный делитель (подключаем последовательно вслед за генератором, сперва сопротивление, потом антенну). Вольтметром измеряем напряжение переменного резистора, одновременно регулируя номинал, пока показания генератора без нагрузки (см. пунктом выше) не станут вдвое превышать текущие. Значит, номинал переменного резистора стал равен волновому сопротивлению антенны на частоте 500 МГц.

Теперь возможно изготовить трансформатор нужным образом. В сети сложно найти нужное, для любителей ловить радиовещание нашли готовый ответ http://www.cqham.ru/tr.htm. На сайте написано и нарисовано, как согласовать нагрузку с 50-Омным кабелем. Обратите внимание, частоты соответствуют КВ диапазону, СВ умещается сюда частично. Волновое сопротивление антенны поддерживается в диапазоне 50 - 200 Ом. Сколько даст звезда, сказать сложно. Если найдется в хозяйстве прибор для измерения волнового сопротивления линии, напомним: если длина фидера кратна четверти длины волны, сопротивление антенны передается на выход без изменений. Для небольшого и большого диапазона подобные условия обеспечить невозможно (напомним, что в особенности фрактальных антенн входит и расширенный диапазон), но для целей измерений упомянутый факт используется повсеместно.

Теперь читатели знают все об этих удивительных приемопередающих устройствах. Столь необычная форма подсказывает, что разнообразие Вселенной не укладывается в типичные рамки.

vashtehnik.ru

Эффективная тв антенна своими руками. ТВ-антенна своими руками

Для просмотра телепередач лучше всего подключать телевизор к антенне (тарелке) спутникового телевидения. В городских условиях альтернативой является кабельное телевидение. Но бывают случаи, когда нет возможности или не хочется платить за услуги, которые можно получать бесплатно, правда в худшем качестве и меньшем объеме. Реализовать такое желание можно, подключив телевизор к индивидуальной антенне.

Если вы живете на удалении прямой видимости от телевизионной вышки, то для приема аналогового так и цифрового телевизионного сигнала вполне подойдет простейшая комнатная телевизионная антенна, конструкция которой представлена в этой статье. Данная телевизионная комнатная антенна предназначена для приема телепередач в диапазоне ДМВ (470-790 МГц), но при достаточно мощном сигнале удовлетворительно принимает и сигнал метрового диапазона (48,5-100 МГц, 174-230 МГц).

Конструкция телевизионной антенны простая и для повторения не требует специальных знаний. Для ее изготовления понадобится 70 см медного провода диаметром 2-3 мм, кусок двухстороннего стеклотекстолита, 1,5 м коаксиального телевизионного кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом и F-штекер.

Инструкция по изготовлению телевизионную ДМВ антенны

Первое, что необходимо это подобрать отрезок медного провода диаметром 2-3 мм длиной 70 см. Для этих целей хорошо подойдет медный одножильный провод для прокладки электропроводки. Если проводников в кабеле несколько, то нужно аккуратно отрезать вдоль канавки один проводник, стараясь не повредить изоляцию. Она для работы антенны не нужна, изоляция оставляется только для эстетического вида. Подойдет и алюминиевый провод, но тогда к контактам платы согласующего трансформатора его придется присоединять с помощью резьбового соединения. Обратите внимание, гайка не должна касаться экранирующей фольги трансформатора, если касается, то нужно проложить изолирующую шайбу или подрезать фольгу.

Если используется провод без изоляции, то можно для красоты надеть на него хлорвиниловую трубку.

Далее провод нужно согнуть в кольцо диаметром приблизительно 220 мм. Тут высокая точность не нужна. Для этого хорошо подойдет оправка в виде ведерка от краски или любая другая круглая емкость подходящего размера.

Когда кольцо для антенны готово можно приступать к изготовлению печатной платы согласующего трансформатора. Печатная плата делается из стеклотекстолита или гетинакса фольгированного с двух сторон, толщиной 1,5 мм размером 25×30 мм. На фотографии представлен внешний вид печатной платы трансформатора с двух сторон.

На этой фотографии негатив печатной платы антенны. Ширина токоведущих дорожек равна 1 мм, расстояние между дорожками составляет 1,5 мм. Размер платы антенны 25×30 мм.

Если нет возможности сделать для изготовления антенны печатную плату химическим способом, то можно ее сделать механическим. Для этого нужно удалить ненужные участки фольги, оставив только контактные площадки, а токоведущие дорожки выложить из медного провода диаметром 0,3-0,5 мм, приклеив его плате, например клеем «Момент».

Для придания эстетического вида, и увеличения механической прочности антенны трансформатор помещается в пластмассовую или металлическую коробку, в которой предварительно просверливаются отверстия для кольца и антенного кабеля.

Когда все детали антенны подготовлены, можно приступать к сборке антенны. Заводятся, предварительно залуженные припоем, концы кольца в коробку и загибаются под прямым углом на расстоянии 3 мм. Далее концы вставляются в печатную плату трансформатора антенны и запаиваются припоем с помощью паяльника.

Плата антенны проворачивается ко дну коробки и закрепляется с помощью винта и гайки М3.

Продевается в отверстие коробки телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом длиной 1,5-1,8 м. О выборе типа кабеля и его разделке, об установке F-разъема вы можете узнать из статьи «Подключение телевизора к антенному кабелю» . На один его конец предварительно нужно установить телевизионный F-разъем, а второй разделать и его концы распаять на печатную плату антенны. Центральная жила кабеля припаивается непосредственно к правому концу кольца, а экранирующая оплетка припаивается непосредственно к фольге платы антенны.

Для надежной работы

ruscos.ru

Активная антенна для приема ДМВ

Самодельные антенны

Ю. ФИЛИЧЕВ, г. Вильнюс, ЛитваРадио, 2003 год, № 2

Для приема телевизионных сигналов в диапазоне ДМВ, особенно в неблагоприятных условиях, необходимо использовать хорошие антенны с антенными усилителями, т. е. активные антенны. Об опыте постройки таких антенн и рассказывает автор публикуемой статьи.

В диапазоне ДМВ применение эффективных антенно-фидерных систем (АФС) для приема сигналов в сложных условиях не потеряло своей актуальности. Относительно малая длина λ этих волн позволяет создавать высокоэффективные антенны при сравнительно небольших размерах.

После длительных экспериментов с разными антеннами за основу была взята известная зигзагообразная антенна Харченко, показанная на рис. 1.

Конструктивно в классическом виде полотно антенны состоит из двух одинаковых ромбовидных частей, повернутых одна относительно другой на 180°. Следовательно, такая антенна симметрична. Эта особенность допускает применение антенных усилителей (АУ) с симметричным входом и большим усилением, например, пластинчатых усилителей (ПАУ) SWA и др. .

Усиление зигзагообразной антенны зависит от отношения l/λ, а ее входное сопротивление - от отношений l/d и l/λ. Максимальное усиление достигается при длине l = 0,375λ, но при этом оно сильно зависит от диаметра провода.

При l = 0,25λ усиление получается, конечно, меньше, но и зависимость от диаметра провода уменьшается.

При изменении угла α изменяются габариты полотна. Так, если α = 90°, то SH = 2√2l = 2,83l; SE = l√2= 1,41l, а если α = 120°, то SH = 2l; SE = 1,73l. Это необходимо учитывать при создании сложных АФС (об этом дальше). Основные размеры полотна антенны, например, для 29-го канала сведены в табл. 1.

Следует также иметь в виду и то, что с уменьшением диаметра провода и увеличением периметра полотна усиление растет. Кроме того, при выборе более тонкого провода уменьшается парусность антенны.

Различные конструктивные исполнения антенны имеют разные входные сопротивления (табл. 1). Следовательно, необходимы и разные способы согласования симметричного входа полотна с симметричным входом АУ, имеющим входное сопротивление 300 Ом. Они показаны на рис. 2 .

При входном сопротивлении полотна 300 Ом АУ, конечно, можно подключить непосредственно к точкам а - а. Однако для увеличения усиления и направленного действия антенны полотно обычно используют вместе с рефлектором (о нем будет рассказано ниже). Поэтому АУ лучше установить за рефлектором, соединив с полотном симметричной линией с волновым сопротивлением 300 Ом так, как показано на рис. 2,а - для воздушной линии, на рис. 2,6 - для кабеля КАТВ или на рис. 2,в - для кабеля РК-150. В последнем случае оплетки двух отрезков кабеля спаивают одну с другой на концах.

Во всех случаях необходимо учитывать коэффициент укорочения линии К. Для воздушной линии из проводов (рис. 2,а) - К=0,975, для КАТВ (рис. 2,6) - К = 0,8, для кабеля РК-150 (рис. 2,в) - К = 0,75...0,86 в зависимости от типа кабеля.

Наиболее удобно (по мнению автора) использовать полотно с входным сопротивлением 75 Ом. В этом случае для согласования можно применить четвертьволновый согласующий трансформатор из линии с волновым сопротивлением 150 Ом так, как изображено на рис. 2, г. Он образован двумя отрезками кабеля РК-75 длиной 0,25λKn, где n - нечетное число. Коэффициент К равен 0,65789 для кабеля с полиэтиленовой изоляцией. Размеры трансформатора даны по спаянным на концах оплеткам.

Формула для расчета трансформатора известна:

Zтр = √Zвх Zвых,

поэтому и получается

Zтр = √75 300 = 150 Ом.

Разомкнутый согласующий шлейф, показанный на рис. 2,д, и четвертьволновый трансформатор (рис. 2,е) позволяют согласовать АУ и антенну с входным сопротивлением, равным менее 300 Ом. Для изготовления шлейфа используют графики в . Ориентировочные коэффициенты для расчета шлейфа и параметры четвертьволнового трансформатора указаны в табл. 2. Основное требование для шлейфа - Zл = Zш = 300 Ом. Размеры шлейфа и соединительной линии связаны соотношением А = В + С.

На рис. 2,д представлен способ подключения полотна с Rвх = 100 Ом к АУ с Rвх = 300 Ом, причем В = 0,13λК, а С = 0,09λК. Для подключения используют симметричный кабель КАТВ (SLX-300) или воздушную линию с волновым сопротивлением 300 Ом. Для второго случая отношение (D/d) = 6,11. При использовании провода диаметром 3,569 мм расстояние между осями проводов равно D = 21,8 мм. Для сохранения фиксированного расстояния между проводами вдоль линии размещают несколько поперечных распорок из высококачественных изоляционных материалов, не ухудшающих свойств при воздействии окружающей среды (фторопласт, полиэтилен, органическое стекло). Следует иметь в виду, что, перемещая шлейф в точках в - в и изменяя тем самым размер С, можно добиться более четкого изображения на экране телевизора.

Четвертьволновый трансформатор можно изготовить из трубок диаметром более 10 мм, как на рис. 2,е. При меньшем диаметре зазор между трубками будет очень мал, что затруднит изготовление трансформатора.

Приведем пример расчета полотна для 29-го канала. При Fиз = 535,25 МГц найдем λиз = 300 000/Fиз = 560,48 мм. Если Rвх = 75 Ом и α = 90°, размер стороны ромбовидной части (см. табл. 1) равен l = 0,29λ = 162,5 мм, α (l/d) = 32.. .75. Следовательно, диаметр провода полотна равен 2,1...5,1 мм. Можно применить полоски шириной 2d, т. е. 4,2...10,2 мм, из меди или дюралюминия.

Отметим, что на всех последующих рисунках размеры даны для 29-го канала. Пересчет на другие каналы не сложен: зная отношение частоты 29-го канала к частоте определяемого канала, известные размеры умножают на это отношение.

Конечно, полотно антенны, кроме ромбовидных частей, может представлять собой и другие формы, например, зигзагокольцеобразную со сплошными металлическими секторами, как показано на рис. 3. В зависимости от угла β полотно имеет различное входное сопротивление. Например, при β = 90° оно равно Rвх = 100 Ом, а при β = 140° - Rвх = 75 Ом. Это определяет и разные способы согласования полотна с АУ. Так, полотно при β = 90° более широкополосно и согласуется шлейфом в соответствии с рис. 2, д. При β = 140° антенна будет более узкополосной из-за необходимости применения четвертьволнового согласующего трансформатора по рис. 2, г.

Для изготовления такого полотна используют пластины из латуни толщиной 0,3 мм. С целью уменьшения парусности полотна в каждом секторе сверлят по 15-20 отверстий диаметром 5 мм с равномерным распределением по площади.

Размеры шлейфа для согласования по рис. 2, д следующие: В=60 мм, С=40 мм, отрезки в - с кабеля КАТВ могут быть длиной 224n мм, где n=1,2,3.... Четвертьволновый трансформатор из кабеля РК-75 при согласовании по рис. 2, г может иметь длину 92,18n мм, где n = 1,3,5,7....

По табл. 1 можно выбрать любое полотно из 25 предложенных исходя из наличия материалов или других характеристик.

Диаграмма направленности полотна антенны (без рефлектора) - двухлепестковая вида «восьмерки», поэтому применение рефлектора во всех случаях целесообразно и эффективно, так как улучшает направленные свойства и повышает усиление антенны примерно на 3 дБ при конструктивном исполнении рефлектора, аналогичном полотну. Однако более эффективный способ увеличения усиления антенны примерно на 7 дБ - установка рефлекторной решетки или сетки с мелкими ячейками. Решетка/сетка должна быть сварной и иметь антикоррозионное покрытие. Размеры решетки/сетки должны быть на 5...10 % больше вертикального (Sн) и горизонтального (SE) размеров полотна.

Решетку/сетку располагают на расстоянии h=100...50 мм позади полотна в зависимости от принимаемого канала (21-69). Значение h влияет на входное сопротивление полотна и может служить дополнительным способом улучшения согласования всей АФС. Изменяя h при размещении решетки на резьбовых шпильках, добиваются более четкого изображения с наименьшим уровнем шумов («снега») на экране телевизора.

Использование рефлекторной решетки/сетки изменяет диаграмму направленности антенны, превращая ее в узкую однолепестковую. В результате прием со стороны рефлектора значительно ослаблен, что повышает помехозащищенность АФС.

Еще большего увеличения направленного действия и усиления антенны можно добиться, если применить синфазное включение двух и более полотен - синфазные решетки. Это позволяет принимать передачи на значительном расстоянии и в сложных условиях. Такие антенны представляют собой несколько параллельно включенных полотен, разнесенных по горизонтали или (и) по вертикали в одной плоскости.

Для примера на рис. 4 представлено синфазное включение двух полотен с входным сопротивлением 150 Ом, разнесенных по вертикали. Изображенное на рисунке полотно можно считать модификацией зигзагокольцеобразной антенны с углом β = 0 или разновидностью кольцевой. Антенна хорошо работает в диапазоне ДМВ при диаметре провода всего 1,5 мм.

Способы согласования такой антенны с АУ могут быть различными. Так, на рис. 4 показан вариант включения двух полотен, расположенных на оптимальном расстоянии 0,7λ по вертикали, с линией питания, подключенной к нижнему полотну (зтажу). Для связи между этажами использована двухпроводная линия длиной λК. Линия образована двумя отрезками кабеля РК-75 (К=0,65789). Она симметрична и имеет волновое сопротивление 150 Ом, что обеспечивает хорошее согласование с полотном.

В результате такого параллельного соединения двух одинаковых полотен входное сопротивление всей АФС в точках а - а1 получается равным 75 Ом. Согласование с АУ сделано четвертьволновым согласующим трансформатором по рис. 2,г. образованным двумя отрезками кабеля РК-75.

Для объединения полотен при центральном питании между ними включают две последовательно соединенные симметричные линии по рис. 2,в длиной 0.5ХК (184,4 мм по спаянным оплеткам на концах), но образованных отрезками кабеля РК-75. При этом в центральных точках в - в получается входное сопротивление антенны 75 Ом. К ним и подключают тот же четвертьволновый согласующий трансформатор, что и на рис. 4.

Аналогично используют полотна по рис. 1 с углом α = 120°. Если применены такие полотна с углом α = 90°, то лучше их разнести по горизонтали.

Синфазное включение трех одинаковых полотен по рис. 1 с центральным питанием изображено на рис. 5. Решетка снабжена рефлекторной сеткой. Входное сопротивление каждого полотна равно около 100 Ом и слабо зависит от диаметра провода. Для проверки были использованы провода диаметром 1,2 [(l/d) = 117] и 2,76 [(l/d) = 51] мм. Размеры соединительных линий λК останутся те же, если использовать и другие полотна с Rвх = 100 Ом (по рис. 1 при α = 120° или по рис. 3 при β = 90°).

Полотна соединяют между собой параллельно симметричными линиями с волновым сопротивлением 100 Ом, образованными отрезками кабеля РК-50 длиной (по спаянным оплеткам), равной λК (это условие - обязательное!). В точках в - в общее входное сопротивление антенны равно 33,3 Ом. Согласование с АУ обеспечивается четвертьволновым трансформатором из отрезков кабеля РК-50 (по рис. 2,г) длиной 277 мм.

Все полотна закрепляют на планке из органического стекла толщиной 5 мм. К рефлектору и мачте планка закреплена четырьмя резьбовыми шпильками в точках 0. Рефлекторную сетку (ячейки с размерами 18x18 мм) удаляют от полотна антенны на расстояние h = 105 мм, изменяемое на ±15 мм.

Как уже было выше сказано, АУ устанавливают за рефлектором на мачте и подключают к полотну в точках с - с. Блок питания (БП) АУ размещают рядом с телевизором или на его задней стенке так, как показано на рис. 6. Постоянное напряжение 12 В с БП поступает по кабелю снижения РК-75 через развязывающее устройство (РУ), включенное в соответствии с рис. 7. РУ состоит из дросселя L1 и конденсатора С2.

Обычно ПАУ типов SWA, GPS и др. питают от маломощных БП, которые имеют различные схемные решения, но чаще всего не защищены от короткого замыкания в нагрузке. А такая защита необходима. Кроме того, если прием телевизионных сигналов происходит с разных направлений, например, на две антенны, то переключение кабелей от антенн на входе телевизора вносит ряд неудобств, причем быстро изнашиваются разъемы. Поэтому желательно предусмотреть их автоматическое переключение.

Для устранения указанных недостатков были разработаны различные БП АУ. Принципиальная схема одного из вариантов БП с применением реле для автоматического переключения антенн представлена на рис. 8. Прием сильных сигналов ДМВ обеспечивает антенна А1 без АУ, подключенная к гнезду XW2, причем БП в этом случае выключен. Для приема слабых сигналов подключается антенна А2 (XW3) с АУ, что происходит при включении БП.

БП включается при нажатии на кнопку SB1. При этом срабатывает реле К1 и его контакты К1.1 блокируют кнопку SB1, удерживая БП включенным. Контакты К1.2 отключают антенну А1 и подключают антенну А2 к телевизору. Выпрямленное напряжение, индицируемое светодиодом HL2, с выхода БП проходит на АУ.

При коротком замыкании в АУ или фидере напряжение на выходе БП и ток через обмотку К1 реле упадут. Реле отпустит контакты К1.1, которые выключат БП. Светодиод HL2 и лампа HL1 погаснут.Резистор R1 подбирают так, чтобы при стабилизированном напряжении 12В обеспечить четкое срабатывание реле при минимальном токе через его обмотку. Реле может быть любое, например, РЭС47 (паспорт РФ4.500.409). Лампа HL1 (6,3 В х 0,28 А) индицирует включение БП по сети и одновременно служит предохранителем в первичной цепи трансформатора Т1. Трансформатор - любой с напряжением на обмотке II - 9...11 В. Дроссель L1 - также любой, например, ДМ-0,6. Микросхема КР142ЕН8Б обеспечивает максимальный ток 1,5 А и имеет защиту от перегрузок по току. Однако БП потребляет не более 0,1 А, поэтому можно применить менее мощную микросхему, например, 78L12.

Для приема сигналов в диапазоне ДМВ в журнале рассмотрено несколько АУ, например, . Все они имеют входное сопротивление 75 Ом. Их тоже можно использовать с описанными антеннами с симметричным входом. Для этого нужно применить известное согласующее симметрирующее устройство (ССУ) на ферритовом кольце, включаемое по схеме на рис, 9,а. Но можно установить ССУ в виде U-пет-ли по рис. 9,б. Кабель, идущий к АУ, должен быть коротким и лучше длиной 0.5λК.

Выбирая место установки антенны, необходимо помнить, что каждый лишний метр кабеля снижения ослабит сигнал в диапазоне ДМВ на 0,16...0,4 дБ. Чем тоньше кабель, тем больше потери. При окончательном монтаже АФС желательно устанавливать новый кабель, так как к концу его срока хранения (он определен в 12 лет) коэффициент затухания увеличивается на 30...60%. Кабель лучше выбирать более высокочастотный, с большим диаметром центрального проводника. Следует также обеспечить надежную гидроизоляцию в местах пайки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Харченко К. Зигзагообразная антенна. - Радио, 1961, № 3; 1999, № 8.
2. Пахомов А. Антенные усилители SWA. - Радио, 1999, № 1, с. 10-12.
3. Пахомов А. Новые антенные усилители. - Радио, 2000, № 7.
4. Ротхаммаль К. Антенны. - М.: Энергия, 1969.
5. Нечаев И. Антенный усилитель ДМВ на микросхеме. - Радио, 1999, № 4, с. 8.

radio-uchebnik.ru

Широкополосные симметрирующие трансформаторы на ферритовых трубках - Согласующие устройства. Антенные тюнеры

Этот вопрос хорошо освещен в радиолюбительской литературе и многочисленных статьях и, казалось бы, не требует дальнейших комментариев.

Ферритовые трансформаторы на ферритовых трубках выполняют сразу несколько функций: трансформируют сопротивление, симметрируют токи в плечах антенны и подавляют синфазный ток в оплетке коаксиального фидера. Наилучшим отечественным ферритовым материалом для широкополосных трансформаторов является феррит марки 600НН, но из него не изготавливали трубчатых сердечников...

Сейчас в продаже появились ферритовые трубки зарубежных фирм с хорошими характеристиками, в частности FRR-4,5 и FRR-9,5, имеющие размеры dxDxL 4,5x14x27 и 9,5х17,5х35 соответственно. Последние трубки использовались в качестве помехо-подавляющих дросселей на кабелях, соединяющих системные блоки компьютеров с мониторами на электронно-лучевых трубках. Сейчас их массово заменяют на матричные мониторы, а старые выбрасывают вместе с ферритами.

Рис.1. Ферритовые трубки FRR-9,5

Четыре таких трубки, сложенные рядом по две, образуют эквивалент «бинокля», на котором можно разместить обмотки трансформаторов, перекрывающих все КВ диапазоны от 160 до 10 м. Трубки имеют скругленные грани, что исключает повреждения изоляции проводов обмоток. Трубки удобно скрепить вместе, обмотав широким скотчем.

Из различных схем широкополосных трансформаторов я использовал простейшую, с раздельными обмотками, витки которых имеют дополнительную связь за счет плотной скрутки проводников между собой, что позволяет уменьшить индуктивность рассеяния и за счет этого повысить верхнюю границу рабочей полосы частот. Одним витком будем считать провод, продетый через отверстия обеих трубок «бинокля». Половиной витка - провод, продетый через отверстие одной трубки «бинокля». В таблицу сведены варианты трансформаторов, выполнимых на этих трубках.

В таблицу сведены варианты трансформаторов, выполнимых на этих трубках.

Чем выше коэффициент трансформации, тем труднее получить широкую полосу пропускания, поскольку возрастает индуктивность рассеяния обмоток. Компенсировать ее можно путем включения конденсатора параллельно первичной обмотке, подбирая его емкость по минимуму КСВ на верхней рабочей частоте.

Для обмоток я обычно использую провод МГТФ-0,5 или более тонкий, если нужное число витков не умещается в отверстии. Заранее рассчитываю нужную длину провода и отрезаю ее некоторым запасом. Провод первичной и вторичной обмоток плотно скручиваю до намотки на сердечник. Если отверстие феррита не заполнено обмотками, лучше продевать витки в подходящие по диаметру термоусаживаемые трубки, отрезанные по длине «бинокля», которые после завершения намотки усаживаются с помощью фена. Плотное прижатие витков обмоток друг к другу расширяет полосу трансформатора и часто позволяет исключить компенсирующий конденсатор.

Следует иметь в виду, что повышающий трансформатор может работать и как понижающий, с тем же коэффициентом трансформации, если его перевернуть. Обмотки, предназначенные для подключения к низкоомным сопротивлениям, нужно выполнять из экранной «плетёнки» или нескольких проводов, соединенных параллельно.

Проверку трансформатора можно проводить с помощью измерителя КСВ, нагрузив его выход на безиндуктивный резистор соответствующего номинала. Границы полосы определяются по допустимому уровню КСВ, например 1,1. Измерить потери, вносимые трансформатором, можно путем измерения ослабления, вносимого двумя одинаковыми трансформаторами, включенными последовательно, так, чтобы вход и выход имели сопротивление 50 Ом. Результат не забудьте поделить на 2.

Несколько труднее оценить мощностные характеристики трансформатора. Для этого потребуется усилитель и эквивалент нагрузки, способный выдерживать необходимую мощность. Используется та же схема с двумя трансформаторами. Измерение проводится на нижней рабочей частоте. Постепенно поднимая мощность CW и поддерживая ее примерно с минуту, определяем рукой температуру феррита. Уровень, при котором феррит за минуту начинает чуть заметно нагреваться, можно считать максимально допустимым для данного трансформатора. Дело в том, что при работе не на эквивалент нагрузки, а на реальную антенну, имеющую реактивную составляющую входного импеданса, трансформатор передает еще и реактивную мощность, которая может насыщать магнитный сердечник и вызывать дополнительный нагрев.

На рисунках показаны примеры практических конструкций. На рис.5 - трансформатор, имеющий два выхода: на 200 и 300 Ом.

Рис.2. Трансформатор 50:110

Рис.3. Трансформатор 50:200

Рис.4. Трансформатор 50:300

Рис.5. Трансформатор 50:200/300

Трансформаторы можно разместить на подходящего размера печатной плате, защитив ее от осадков любым практическим способом.

Владислав Щербаков, RU3ARJ info - http://cqmrk.ru

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может использоваться в сверхширокополосных антеннах, работающих в диапазонах ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (KBЧ) частот, в частности в спиральных и логопериодической вибраторной антеннах, где коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот достигает до 50. Согласующий симметрирующий трансформатор представляет собой микрополосковый вариант клинообразного трансформатора, который помещен в металлический экран и дополнен двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля. Отрезки субминиатюрного коаксиального кабеля экранами гальванически соединены между собой и с экраном трансформатора и включены своими центральными проводниками между симметричными выходами трансформатора и расположенными напротив них точками питания антенны. Применение в согласующем симметрирующем трансформаторе дополнительных экрана и отрезков субминиатюрного коаксиального кабеля обеспечивает достижение технического результата - расширение рабочего диапазона частот сверхширокополосных антенн в область более высоких частот (СВЧ и КВЧ). 3 ил.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может использоваться в сверхширокополосных антеннах, работающих в диапазонах ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) и крайневысоких (КВЧ) частот.

Важнейшим элементом любой антенны является устройство питания - цепь, соединяющая излучающие элементы со стандартным фидером. Устройства питания должны обеспечивать минимальный коэффициент стоячей волны (КСВН) во всем рабочем диапазоне частот и переход от несимметричной линии питания к симметричной там, где это необходимо. В антеннах, имеющих симметричные излучающие структуры и симметричные точки питания, применяются согласующие симметрирующие трансформаторы различной конструкции. В диапазонах УВЧ и СВЧ широко используется согласующее симметрирующее устройство в виде плавного перехода от коаксиальной линии к двухпроводной - кососрезанный или клинообразный трансформатор (В.Рамзей. Частотно независимые антенны. Издательство «Мир», Москва, 1968 г., стр.20, 21. Сверхширокополосные антенны. Под редакцией Л.С.Бененсона. Издательство «Мир», Москва, 1964 г., стр.386).

Недостатком этого устройства является излучение в верхней части рабочего диапазона частот за счет возбуждения волн высших типов (А.Б.Горощеня. Проектирование широкополосных антенн. Учебное пособие. Омск, 1989 г., стр.83).

Известен и используется микрополосковый вариант клинообразного трансформатора (Карл Ротхаммель. Антенны. Том 1, ОМО «Наш город», 2001 г., стр.140). Однако при применении его в сверхширокополосных антеннах с ростом частоты начинает сказываться антенный эффект линии питания, что приводит к искажению диаграмм направленности антенн.

В статье Thorsten W.Herber и Glenn S. Smith «Analysis and Design of Two-Arm Conical Spiral Antennas» (IEEE TRANSACTIONS ON ELECTROMAGNETIC COMPABILITY, VOL. 44, N 0.1, FEBRUARY 2002, стр.29) приведен схематичный рисунок устройства возбуждения конической спиральной антенны. Устройство состоит из симметрирующего трансформатора и соединенной с ним линии питания из двух электрически соединенных кабелей. Однако каких-либо сведений о влиянии такой линии питания на характеристики антенны и о возможности расширения рабочего диапазона частот в статье не приведено.

Целью изобретения является разработка согласующего симметрирующего трансформатора, способного обеспечить расширение рабочего диапазона частот сверхширокополосных антенн в область более высоких частот (СВЧ и KBЧ).

Указанная цель достигается за счет того, что согласующий симметрирующий трансформатор, выполненный в виде микрополоскового варианта клинообразного трансформатора, помещается в металлический экран и дополняется двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля, соединенными своими экранами между собой и с экраном трансформатора и включенными своими центральными проводниками между симметричными выходами трансформатора и точками питания антенны.

На рис.1 изображена конструкция трансформатора, где 1 - точки питания антенны, 2 - отрезки субминиатюрного коаксиального кабеля, 3 - металлический экран, 4 - микрополосковый вариант клинообразного трансформатора.

Согласующий симметрирующий трансформатор представляет собой микрополосковый вариант клинообразного трансформатора, который помещен в металлический экран и дополнен двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля. Отрезки субминиатюрного коаксиального кабеля экранами гальванически соединены между собой и с экраном трансформатора и включены своими центральными проводниками между симметричными выходами трансформатора и расположенными напротив них точками питания антенны.

Улучшение работы антенн в верхней части рабочего диапазона частот обусловлено тем, что согласующий симметрирующий трансформатор к точкам возбуждения антенн подходит в виде двухпроводной линии, у которой каждый из проводников заключен в металлический экран, а открытые участки центральных проводников имеют минимальную длину. Это исключает взаимодействие токов в излучающих элементах с токами трансформатора и снижает антенный эффект линии питания.

Влияние металлического экрана и дополнительных отрезков субминиатюрного коаксиального кабеля иллюстрируют приведенные на рис.2 и 3 диаграммы направленности антенны, измеренные на одной и той же верхней частоте рабочего диапазона (диапазон КВЧ).

На рис.2 представлены диаграммы направленности антенны с согласующим симметрирующим трансформатором без дополнительных отрезков субминиатюрного коаксиального кабеля и экрана. Видно, что антенна имеет изрезанные диаграммы направленности неудовлетворительной формы.

На рис.3 представлены диаграммы направленности антенны с согласующим симметрирующим трансформатором, дополненным двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля и экраном. Диаграммы направленности изрезанности практически не имеют, их форма монотонна и вполне удовлетворительна. Это означает, что антенна с введенными изменениями работоспособна в рабочем диапазоне, расширенном в область более высоких частот (СВЧ и КВЧ).

Таким образом, применение в согласующем симметрирующем трансформаторе дополнительных экрана и отрезков субминиатюрного коаксиального кабеля обеспечивает расширение рабочего диапазона частот сверхширокополосных антенн в область более высоких частот (СВЧ и КВЧ).

Предложенный согласующий симметрирующий трансформатор успешно использован в спиральных и логопериодической вибраторной антеннах, при этом коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот достигал 50.

Согласующий симметрирующий трансформатор, содержащий микрополосковый клинообразный трансформатор, отличающийся тем, что микрополосковый клинообразный трансформатор помещен в металлический экран, дополнен двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля, соединенными своими экранами между собой и с экраном трансформатора и включенными своими центральными проводниками между симметричными выходами трансформатора и точками питания антенны.

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высоковольтным высокочастотным трансформаторам с твердой изоляцией и интенсивным охлаждением, преимущественно жидкостным, которые могут быть использоваться в качестве высоковольтных источников питания различного применения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для согласования высокочастотных радиотехнических устройств, имеющих высокие входное и выходное сопротивления, включенных в низкоомные тракты. Технический результат состоит в повышении коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками трансформатора с произвольным и высоким коэффициентом трансформации. Вторичная обмотка выполнена в виде N одинаковых обмоток связи, соединенных параллельно и размещенных поверх первичной обмотки в центральной ее части, где магнитный поток, обусловленный первичной обмоткой, максимален. Витки каждой обмотки связи частично размещены в одной из N диэлектрических трубок соответственно. Причем первые несколько витков и последние несколько витков первичной обмотки частично размещены в первой и второй дополнительных диэлектрических трубках соответственно, расположенных на краях первичной обмотки. Каждая из N+2 диэлектрических трубок расположена в средней части тороидального сердечника, а их длина примерно равна высоте тороидального сердечника. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях переменного тока для преобразования напряжения. Кольцевой магнитоэлектрический трансформатор с подмагничиванием представляет собой структуру, выполненную в виде включенного во входную цепь магнитоэлектрического конденсатора, диэлектриком которого является объемный магнитострикционно-пьезоэлектрический композиционный материал в форме плоского кольца, на внутреннюю и внешнюю поверхности которого нанесены электроды, и намотанной на него катушки индуктивности. При подаче на конденсатор переменного напряжения в пьезоэлектрической фазе композиционного материала создаются механические напряжения, которые передаются в магнитострикционную фазу, вследствие чего происходит изменение намагниченности, приводящее к индуцированию ЭДС в намотанной на образец катушке индуктивности. В выходную цепь дополнительно включен конденсатор, с которого снимается переменный выходной сигнал. Катушка индуктивности одновременно используется для создания поля подмагничивания, что приводит к увеличению эффективности действия трансформатора. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в радиотехнике, в частности в трансформаторных устройствах и устройствах суммирования мощности при построении радиопередатчиков KB-УКВ диапазона. Технический результат состоит в выравнивании магнитного поля в различных частях сердечника трансформаторного устройства при его работе вблизи когерентного источника сильного магнитного поля. В цилиндрическом ферромагнитном сердечнике по длине выделяются две равные части. На каждой из частей сердечника располагают дополнительные обмотки, включенные между собой встречно-последовательно. Причем числа витков в дополнительных обмотках выбираются одинаковыми. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в радиотехнике в трансформаторных устройствах и устройствах суммирования мощности при построении радиопередатчиков КВ-УКВ диапазонов. Внутри протяженного ферритового сердечника высокочастотного (ВЧ) трансформатора на его оси установлена цилиндрическая трубка из электропроводящего материала, которая около торцевых границ сердечника соединяется электропроводящими перемычками с соответствующими выводами оплетки отрезка ВЧ кабеля, проходящего внутри трубки. Технический результат состоит в выравнивании магнитного поля в радиальном направлении ферритового сердечника высокочастотного трансформатора. 3 ил.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может использоваться в сверхширокополосных антеннах, работающих в диапазонах ультравысоких, сверхвысоких и крайне высоких частот, в частности в спиральных и логопериодической вибраторной антеннах, где коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот достигает до 50