Согласующие устройства: назначение и принцип построения. Любительское радио Согласующие устройства для кв

___________

Устройство Искусственная Земля

Важную роль на радиостанции играет заземление.В радиопередающих устройствах желательно использовать также и высокочастотное заземление. Предлагаемое устройство "Искусственная Земля" (Artificial Ground), является эффективным ВЧ заземлением.С его помощью устраняют реактивную составляющую на участке между шасси радиостанции и реальной землей, искусственно приближая "Землю" непосредственно к корпусу радиостанции.

"Общую точку" - шасси Антенного Тюнера соединяют согласно схеме (рис.1) с корпусом РА, трансивера, электронного ключа и т.д.Провод применяют в изоляции диаметром 2...3 мм, медный, одножильный или многожильный.Можно применить оплетку с толстого коаксиального кабеля диаметром 10-12мм продетого в кембрик.

Если в составе радиостанции нет Антенного Тюнера, то общей точкой соединения блоков будет PA, т.е. Усилитель Мощности, но не трансивер.В качестве заземления желательно не использовать батарею центрального отопления.В худшем случае можно использовать кран (трубу) холодной воды, в лучшем - заземленный контур здания.

Устройство Искуственная Земля изготавливается в небольшом экранированном корпусе с диэлектрическими ножками. Необходимо, чтобы контакт с другими устройствами по шасси был только посредством соединения ”Общая Точка” Антенного Тюнера – Разъем Х1 Устройства Искуственная Земля.

L1 - обычный токовый трансформатор. В моем случае, это 1 виток провода диаметром 1,6 мм на столбике из сложенных вместе 2-х –3-х ферритовых колец с проницаемостью 50...400. Диаметр кольца некритичен.Через кольцо продевается провод, соединяющий вход устройства X1 и L2. L2 - переменная индуктивность от р/станции "РСБ-5", "Микрон" и т.д. С2 - от лампового вещательного приемника. R1 - выводится на переднюю панель, определяет чувствительность схемы измерения. X1 - соединен с корпусом Устройства Искуственная Земля и соединяется с корпусом Антенного Тюнера (Общая точка), при его отсутствии с PA. Х2 - разъем ВЧ типа.

”Oбщую точку” – корпус Антенного Тюнера соединяют толстым медным проводом с обычным заземлением, например с контуром здания, тем самым выполняют соединение по постоянной составляющей - это общее требование для электрооборудования.

Х2 – Выход Устройства Искусственная Земля соединяют также с "Землей", но уже в другом месте, например с краном холодной воды или подключают противовес длиной 1/4 длины волны для конкретного диапазона.Эта часть схемы работает как ВЧ Заземление.

Порядок настройки :
Вначале настраивают Антенный Тюнер по минимум КСВ по его входу,обеспечивая необходимую нагрузку для передатчика.Затем настраивают Устройство Искуственная Земля по МАКСИМУМ показанийприбора М изменяя значения переменной индуктивности L2 и переменного конденсатора С2.

Использование ВЧ заземления способствует повышению эффективности радиостанции в плане устранения таких видов помех, как TVI, помех телефонным аппаратам и звукозаписывающей аппаратуре.

Хотел бы добавить, что есть плохая, низкого качества бытовая аппаратура и это есть большая проблема, но к большому сожалению, есть и низкого качества передающая аппаратура. Не раз приходилось слышать, как трансивер можно настроить одной отверткой. Увы, такому трансиверу ВЧ Заземление не поможет.

Игорь Подгорный, EW1MM
г.Минск 2004.

___________________________________________________________________
Тюнер на 144 мгц.

Нужен-ли тюнер на 144 мгц.?Представьте такую ситуацию.На улице зима, а КСВ в антенне стал великоват неизвестно почему, то-ли антенна обмерзла то-ли еще что, трансивер сбросил мощность и что делать? Вот в такой ситуации и был испытан предлагаемый тюнер.

Катушки L1 и L2 намотаны проводом диаметром 1мм на оправке диаметром 8 мм по девять витков каждая, после намотки катушки слегка растянуть, конденсатор С1 2-15 пф с зазором на испльзуемую мощность.

Конструкция видна на фото.

Корпус для тюнера взят от антенного фильтра какой-то УКВ радиостанции.

При наладке тюнера сначала находим минимум КСВ конденсатором С1,а затем попеременно сжимая или растягивая витки катушек L1 и L2 получаем минимальное значение КСВ.
Эту операцию надо повторить несколько раз.
При перестройке по диапазону может понадобиться подстройка конденсатора С1.
Попробуйте и вы убедитесь, в безвыходной ситуации, это очень полезное устройство.

73! UA9UKO г.Калтан

_________________________________________________________________________
СОГЛАСУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДИАПАЗОНА 144 МГц НА КОАКСИАЛЬНОМ РЕЗОНАТОРЕ.

Современная загруженность УКВ диапазонов как служебными, так и телевизионными и вещательными радиостанциями предъявляет повышенные требования к УКВ аппаратуре любительской радиосвязи. Основные из них - это чистота спектра излучаемого сигнала передатчика и избирательность приемника к внеполосным сигналам. К сожалению, не всегда эти требования сочетаются в одной станции. Действительно, используя современную радиостанцию с синтезатором частоты, управляющим ГУНом, который работает непосредственно в УКВ диапазоне, можно достаточно просто получить чистый спектр сигнала при передаче. В то же время малогабаритные промышленные переносные трансиверы, использующие синтезатор, имеют широкий диапазон по приему (130 -150 МГц) и соответственно широкополосный УКВ фильтр на входе приемника. Это хотя и упрощает конструкцию станции, но приводит к тому, что при работе на стационарную антенну шумоподавитель будет реагировать на многочисленные сигналы УКВ станций, не находящихся в канале приема

Самодельные трансиверы обычно излучают достаточно сильный внеполосный сигнал, отстоящий на величину ПЧ от 144 МГц. Это может привести к помехам телевидению. Даже в спектре сигналов приема и передачи радиостанций, в которых частоты гетеродина приемника и передатчика стабилизированы кварцами (например "Пальма") и используется умножение частоты, могут появиться каналы внеполосного приема к излучения вследствие неточной настройки каскадов умножителей частот гетеродина приемника и передатчика.

Решить эти проблемы помогает согласующее устройство на коаксиальном резонаторе, схема которого приведена на рис.1.

Согласующее устройство представляет собой коаксиальный резонатор LI, C1, который через катушку связи L2 связан с передатчиком, а через L3 - с антенной.

Корпус устройства выполнен из двухстороннего фильтрованного стеклотекстолита (кроме верхней крышки, выполненной из одностороннего стеклотекстолита), швы на стыках тщательно пропаяны, сам резонатор выполнен из полоски двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 -1,5 мм, шириной 15 мм.

Фольга припаяна ко дну и наверху резонатора две полосы фольги соединены вместе.

Глубина коробки резонатора - 50 мм.

Конструкция согласующего устройства - на рис.2. На рис.2 L1 показана ребром, L2 и L3 размещены посередине широких сторон L1.

Неоновая лампочка HL1 индицирует, что через резонатор при передаче проходит мощность. Катушки связи L2 и L3 выполнены из медного провода диаметром 1,5 мм (желательно посеребренного). Коаксиальный резонатор идеально защищает вход трансивера от атмосферного электричества, что особенно важно для импортных трансиверов, микросхемы приемника которых могут выйти из строя из-за статического заряда на антенне.

Настройка:

Подключив через КСВ-метр выход трансивера на реальную антенну конденсатором С1 устанавливают минимальный КСВ затем изменением расположения L2, L3 и их длины добиваются дальнейшего снижения КСВ.

Практически с любой согласованной антенной вполне достижим КСВ не хуже 1.2.

При использовании случайных и суррогатных антенн, а также при размещении СУ непосредственно на антенне. L3 может быть, как больше, так и меньше рекомендуемой длины.

Хотя возможна и непосредственная связь с резонатором, использование индуктивной связи значительно снижает уровень помех.

Практические испытании этого резонатора были получены следующие результаты:
полоса пропускания по уровню 0,9 - не менее 2,5 МГц.
полоса пропускания по уровню минус 20 дБ - около 30 МГц.
полоса пропускания по уровню 0.7 - не более 10 МГц.

Была выявлена возможность согласования нагрузки от 30 до 100 Ом с кабелем 50 или 75 Ом. Это пожалеет использовать любой имеющийся кабель для питания антенны н использовать СУ с трансивером, имеющим выходное сопротивление 50 или 75 Ом.

Хотя резонатор и имеет затухание в полосе пропускания, на практике было обнаружено, что при использовавши эквивалента антенны совместно с реальным передатчиком с согласующим устройством, мощность рассеиваемая, получается на 10 - 30% выше мощности, которая рассеивается на эквиваленте без использования коаксиального резонатора. Особенно большой выигрыш был получен при испытании переносных станций, использующих спиральную антенну.

Это возможно потому, что согласующее устройство трансивера не обеспечивает точного его согласования с нагрузкой, особенно в простых переносных конструкциях, а использование СУ позволяет достичь оптимального согласования. Измерения напряженности поля, создаваемого стандартной согласованной штыревой антенной при использовании трансивера совместно с СУ и без него, подтвердили эти результаты. При работе станции на прием совместно с СУ была выявлена возможность работы с более "открытым"" шумоподавителем. что эквивалентно увеличению чувствительности станции.

При создании специальных помех радиостанции с резонатором согласующим устройством были более устойчивыми к ним, чем при работе без резонатора. На мой взгляд, это может быть объяснено малым динамическим диапазоном входных усилителей ВЧ приемника.

В согласующем устройстве при подводимой мощности до 10 Вт будут хорошо работать конденсаторы с зазором 0,5 мм.

Обращаю внимание на необходимость тщательной запайки резонатора, т. к. без верхней крышки даже при небольшой подводимой мощности он создает большой уровень напряженности электромагнитного поля далеко за пределами своей конструкции

При использовании антенн с КСВ более 2 целесообразно устанавливать такое согласующее устройство непосредственно на антенне, приняв, конечно, меры по его защите от влаги.

И.ГРИГОРОВ (RK3ZK)

______________________________________________________________________

Согласование кабеля 75 Om. с 50 Om. трансивером на УКВ.

144 Мгц.

На просторах интернета удалось найти описание согласующих устройств, которые на мой взгляд могут заинтересовать укавистов.

не удалось пэтому я взял на себя смелость немного видоизменить статью, чтобы она была более понятной. /UA9UKO/

Иногда при отсутствии кабеля с нужным волновым сопротивлением возникает необходимость применить коаксиальный кабель

имеющийся под рукой.

Вместо кабеля 50 Om. можно с успехом использовать кабель 75 Om.
Как согласовать выход трансивера и фидерную линию?
Это несложно! На Рис 1. показаны варианты согласующих устройств для диапазона 144 мгц.

На Рис 2 вид на монтаж согласующего устройства.

На Рис 3. внешний вид законченого блока.

В первом варианте как правило, для настройки хватает растяжения/сжатия катушки. (При применении постоянных конденсаторов

емкостью 22 pF.)

Данные катушки:

4 витка. Диаметр провода 1 mm . Диаметр оправки катушки 5 mm.
или
2 витка. Диаметр провода 2 mm . Диаметр оправки катушки 10 mm.
Настройка- по минимуму КСВ.
При перестройке по диапазону возможно придется подстраивать согласующее устройство поэтому вторая схема наиболее
предпочтительна так как в
ней есть переменные конденсаторы.

144/430 Mгц.

На Рис 1. схема двухдипазонного согласующего устройства.

На Рис 2. вид на монтаж.

На Рис 3. вид законченного блока.

Рия 3.

Данные катушек:

144- два скрученных провода длиной 5 см. 4 витка. Диаметр оправки 5mm. (см рисунок.)

430 - полувиток (синий провод) длиной 7 см. Диаметр 2mm.

Двухдиапазонный вариант очень хорош для трансиверов имеющих один антенный разъем для 144 и 430 мгц.(FT-857D, FT-897D,

IC-706MKIIG, IC-7000).

__________________________________________________________________________

Антенный тюнер

Ниже описан тюнер и методика его настройки из статьи W1FB. Приведенная схема обеспечивает
согласование Rвх=50 ом с нагрузкой R=25-1000 ом, обеспечивая подавление 2-й гармоники на
14 дБ больше, чем Ultimate в диапазонах 1,8-30 МГц. Детали - переменные конденсаторы имеют емкость 200 пф, для мощности 2 кВт в пике, зазор
между пластинами должен быть порядка 2 мм. L1 - катушка с ползунком, максимальная
индуктивность 25 мГн. L2 - 3 витка голого провода 3,3 мм на оправке 25мм, длина намотки
38 мм. Методика настройки:
- для ламповых передатчиков перевести переключатель в положение D (эквивалент нагрузки),
настроить передатчик на максимальную мощность
- уменьшить мощность до нескольких ватт, перевести переключатель в положение Т(тюнер)
- поставить оба конденсатора в среднее положение и подстройкой L1 добиться минимума КСВ,
затем подстроить конденсаторы добиваясь опять таки минимального КСВ - подстроить L1,
затем С1, С2, каждый раз добиваясь минимального КСВ до тех пор, пока не будут достигнуты
наилучшие результаты
- подать полную мощность с передатчика и еще раз подстроить все элементы в небольших
пределах. Для небольших мощностей порядка 100 Вт хорошо подходит 3-х секционный
переменный конденсатор от старого ГСС Г4-18А, там есть изолированная секция. Очень
удобно будет использовать автоматический КСВ измеритель. _________________________________________________________________________________________________________________________

Антенный тюнер на 100Ват

Для совместной работы с мобильными трансиверами успешно используются внешние автоматические и ручные

Антенные тюнеры. Для выходной мощности трансивера не более 100Ватт промышленные изделия достаточно

громоздки. В некоторых моделях размеры таких устройств соизмеримы и даже больше размера самого

используемого трансивера.В этой статье описывается конструкция ручного (карманного) антенного тюнера

Ориентированного на совместную работу с трансивером IC-706MKII или аналогичным мобильным аппаратом.

Схема согласующего устройства представляет собой классический вариант Г-образной схемы. При разработке

устройства учитывался компромисс между электрической прочностью радиоэлементов и минимально

Возможными размерами корпуса. В процессе практических экспериментов с различными вариантами

конструкции LC-элементов, был создан удачный вариант, который и предлагается вашему вниманию.

Как известно, существуют два варианта схемного построения тюнера: Т-образная и Г-образная схемы.

Преимущества и недостатки каждой из них также хорошо известны. Достаточно сказать, что Т-образный

Вариант лежит в основе всех промышленных конструкций антенных тюнеров. А вот о недостатках такой

схемы чаще умалчивается: при удовлетворительной широкополосности и бесподстроечной работе внутри

Любительских диапазонов достичь с его помощью полного согласования не удаётся. Другое дело Г-образная

Схема: позволяет без проблем согласовать нагрузку до КСВ=1,0. Более того, включённые последовательно

секции конденсатора переменной ёмкости выдерживают удвоенное ВЧ напряжение на контуре или, при том

же пробивном напряжении, возможно уменьшение зазора между пластинами, что в конечном итоге позволяет

применить малогабаритные сдвоенные секции переменного конденсатора. Недостатком этого схемного варианта

которая вынуждает на 80-метровом диапазоне производить подстройку по краям и необходимость введения

простейшего верньера. Если подстроиться в принципе не трудно, то переменный конденсатор подойдёт с

конструктивным замедлением. Таким образом, Г-образная схема малогабаритна, проста и позволяет точно

согласовать такие капризные к КСВ антенны, как магнитная рамка и ЕН.Также в процессе экспериментов

Выяснилось, что при работе тюнера на нагрузку волновым сопротивлением от 15 до 300Ом, участие

переменного конденсатора связи с антенной в компенсации реактивной индуктивной составляющей антенны,

Не требует высокой точности установки значения ёмкости, т.е. его влияние – «размыто». Это заключение

позволило принципиально отказаться от применения переменной ёмкости и свести элемент связи с нагрузкой

К группе переключаемых конденсаторов постоянной ёмкости.

Максимальное сопротивление нагрузки 300Ом этого карманного тюнера ограничено электрической прочностью

Радиоэлементов схемы, которая конструктивно определена, как 250Вольт.

При желании, введение ШПТ трансформатора сопротивлений выполненного в виде дополнительного переходника,

На выходе схемы тюнера с соотношением 1:4 и 1:9, позволяет согласовывать симметричный фидер и антенну LW.

ШПТ наматывается на ВЧ ферритовом кольце диаметром 30мм и проницаемостью 20ВЧ, в три медных провода

диметром 1мм. в фторопластовой или хлорвиниловой изоляции и содержит 14 витков.

Детали. Переменный конденсатор типа КПВ-4 от приёмника «Рига». Его УКВ секции задействованы. Малогабаритные

переключатели типа 11П1Н. Конденсаторы постоянной ёмкости типа КТ-1. Катушка индуктивности L1 намотана на

кольце от пластикового водопровода внешним диаметром 20мм. и высотой 8мм., проводом ПЭВ-1,5 в количестве 15

Витков с отводом от середины. L2 – имеет тот же диаметр трубки, её длина - 40мм. Провод намотки - ПЭВ-0,8.

Количество витков - 32. Все восемь отводов расположены равномерно по всему сектору намотки, который должен

иметь зазор заполнения с углом не менее 20градусов. Также это относится и к намотке L1. С целью экономии места

на задней стенке, ВЧ разъёмы с кабелем RG-58, вынесены запределы корпуса. Переключатель «OFF» (обход)

позволяет оперативно отключать тюнер и при его нормальной работе, когда он согласовал антенну, при переключении

на тюнер, слегка заметен прирост уровня эфирных шумов.Все фирменные трансиверы имеют режим индикации КСВ,

Поэтому установка в тюнер измерителя КСВ или индикатора ВЧ напряжения не обязательна. Настройка согласования

с антенной производится путём перебора положений переключателей и точной подстройкой переменным

Конденсатором внутри каждого сектора по минимуму КСВ. Удобно, положения переключателей после настроек

по диапазонам, записать и затем оперативно использовать эти данные при последующем включении.

________________________________________________________________________________________________________________________

Простой тюнер "Т" типа, на диапазоны 1,8-50 МГц.

Данные контурных катушек тюнера и комплектующих:

L-1 2,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.
L-2 4,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.
L-3 3,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.
L-4 4,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.
L-5 3,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.
L-6 4,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.
L-7 5,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружный диаметр катушки 30 мм.
L-8 8,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружный диаметр катушки 30 мм.
L-9 14,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружный диаметр катушки 30 мм.
L-10 14,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружный диаметр катушки 30 мм.

Переменные конденсаторы и галетный переключатель от Р-104 (блок БСН). При отсутствии

Указанных конденсаторов, можно применить 2-секционные, от вещательных радиоприемников,

Включив секции последовательно и изолировав корпус и ось конденсатора от шасси. Так-же

Можно применить обычный галетный переключатель, заменив ось вращения на диэлектрическую

(стеклотекстолит).

______________________________________________________________________

Z-Match для мощности 400 ватт

Для больших мощностей переменные конденсаторы должны быть с зазором около 0,5 мм, это обеспечит

Напряжение пробоя 2 кВ и позволит работать с мощностью 400 ватт. Были применены трехсекционные

конденсаторы с Смин=15пФ/Смакс=200 пФ на секцию. На диапазоне 160 метров приходится подключать

дополнительные постоянные емкости с рабочим напряжением не менее 750 В, лучше на 2 кВ, при этом

достигается согласование с нагрузкой от 10 до 100 Ом. На остальных диапазонах сопротивления нагрузки

Может быть от 10 до 2000 Ом.

Схема приведена на рис.1. Данные катушек аналогичны приведенным в статье Z-Match .

На рис.1 не показана переключаемая катушка 1,2 мкГн, она включается, как показано на рисунке 2. Конструктивные

данные также аналогичны приведенным выше.

На рис.3 показан тюнер в сборе.

Работа с этим вариантом тюнера не отличается от первоначального варианта, но на 14 МГц иногда
приходилось использовать положение "3,5 МГц", с двумя секциями КПЕ параллельно.
____________________________________________________________________________________________

Классический тюнер Z-Match с добавлением диапазона 1,8 МГц

Этот тюнер может быть использован в диапазоне 1.8 – 30 МГц.

С1А, С1В – сдвоенный КПЕ 250-350 пФ макс. на секцию, изолированный от корпуса.

С2А, С2В – сдвоенный КПЕ 350-500 пФ макс. на секцию

SK1 – коаксиальный разъем 50 Ом

L1 – 5 витков провода 1,63 мм, внутренний диаметр 50 мм, зазор между витками около 4,2 мм, вокруг L2

L2 – 6 витков провода 1,63 мм, внутренний диаметр 38 мм, зазор между витками около 4,2 мм

L3 – 4 витка провода 1,63 мм, внутренний диаметр 38 мм, зазор между витками около 4,2 мм

L4 – 3 витка провода 1,63 мм, внутренний диаметр 50 мм, зазор между витками около 4,2 мм, вокруг L3

L5 – 12 витков провода 0,71-1,22 мм, внутренний диаметр на 10-12 мм больше, чем у L6, с отводами через

каждые 3 витка, располагается у «холодного» вывода L6

L6 – 37 витков провода 1,63 мм, внутренний диаметр 38 мм, с отводами от 17-го, 22-го и 27-го витков.

Количество витков катушек зависит от выбранных КПЕ и подбирается при настройке. Катушки закреплены

на каркасах и зафиксированы подходящим компаундом (возможное конструктивное исполнение см. в

Предыдущей статье. Прим. перев.)

Для катушки L6 можно применить керамический или пластиковый каркас.

монтируются под прямым углом к L3/L4 и L5/L6.

Перекрытие по частоте зависит от минимальной и максимальной емкости КПЕ и катушек, а возможный

импеданс согласуемой нагрузки зависит от соотношения витков каждой пары катушек и опять же, от

КПЕ. Если минимальный КСВ получается при максимуме C1, то необходимо уменьшить количество витков

У L1/L4/L5 соответственно выбранному диапазону.

Настройка Z-Match

При работе в полевых условиях, на даче или в экспедиции не всегда возможно использование резонансных антенн для каждого диапазона. Выбор их конструкции при этом зависит от месторасположения радиостанции и от наличия опор под установку антенны.
Во многих случаях возможно использование только нерезонансных проволочных антенн или затруднена настройка антенн в резонанс из-за отсутствия необходимых приборов и времени для этого. Для успешной работы с нерезонансными антеннами необходимо использовать согласующие устройства (СУ).

Рис.1.

СУ, используемые в QRP-экспедициях, имеют свои особенности. Они должны быть малыми по весу, иметь высокий КПД и выдерживать мощность до 50 ватт. Большинство известных согласующих устройств имеют в своем составе переменную индуктивность.

Трудно создать малогабаритное СУ, используя переменные индуктивности, которые для эффективной работы СУ должны иметь достаточно большие габариты.

Поэтому и были изготовлены два согласующих устройства с использованием только переменных конденсаторов для их настройки. Одно было выполнено для работы в диапазоне частот 1,8-14 МГц, другое - для диапазона 18-30 МГц.

Схема СУ для 1,8-14 МГц показана на рис.1, а для 18-30 МГц - на рис.2. При работе низкочастотного СУ на 160 метров параллельно С1 включается дополнительный конденсатор С2 емкостью 560 пФ.

При работе на 40, 30 и 20 метров используется часть катушки L2. С1 и С4 (рис. 1) - переменные, сдвоенные с воздушным диэлектриком максимальной емкостью 495 пФ. Секции этих конденсаторов включены последовательно для увеличения рабочего напряжения.

В СУ для работы на высокочастотных диапазонах используются переменные конденсаторы типа КПВ с максимальной емкостью 100 пФ. В каждом СУ имеется ВЧ-амперметр в цепи антенны. Трансформатор, используемый в нем, содержит 20 витков вторичной обмотки. Первичная обмотка - продетый сквозь кольцо антенный провод.

Для токового трансформатора можно использовать ферритовое кольцо внешним диаметром от 7 до 15 миллиметров и проницаемостью 400-600. Можно использовать и высокочастотные ферриты с проницаемостью 50-100, в этом случае легче получить линейную АЧХ измерителя тока антенны.

Рис.2.

Для линеаризации АЧХ измерителя тока необходимо использовать шунтирующий резистор R1 как можно меньшего значения. Но чем он меньше, тем ниже чувствительность измерителя тока антенны. Компромиссный номинал этого резистора - 200 Ом. При этом чувствительность амперметра составляет 50 мА.

Желательно с помощью стандартных приборов проконтролировать правильность показаний амперметра при работе на разных диапазонах. С помощью резистора R2 можно пропорционально уменьшить показания прибора. Это дает возможность измерять ток как высокоомных, так и низкоомных антенн.

Ток высокоомных антенн лежит в пределах 50-100 мА при подводимой к ним мощности 10-50 Вт.

Индуктивности для СУ на рис.1 наматываются на каркасе диаметром 30 мм, L1 - 5 витков ПЭЛ 1,0 в нижней части L2, длина намотки 12 мм, L2 - 27 витков ПЭЛ 1,0 с отводом от 10 витка считая от заземленного конца, длина намотки 55 мм. Индуктивности для СУ на рис.2 - на каркасе диаметром 20 мм, L1 - 3 витка ПЭВ 2,0, длина намотки 20 мм, L2 -14,5 витков ПЭВ 2,0 с длиной намотки 60 мм.

Настройка

Пользуются СУ следующим образом. Подключают его к трансиверу, “земле” и антенне. Конденсатор связи С4 (рис.1) или СЗ (рис.2) выводят на минимум. При помощи С1 настраивают контур в резонанс по максимальному свечению неонки VL1. Затем, увеличивая емкость конденсатора связи и уменьшая при этом емкость контурного конденсатора С1, добиваются максимальной отдачи тока в антенну. Согласующие устройства (рис. 1, рис.2) обеспечивают согласование нагрузки, имеющей сопротивление от 15 Ом до нескольких килоом.

СУ для низкочастотных диапазонов было выполнено в корпусе из фольгированного стеклотекстолита размерами 280*170*90 мм, СУ для высокочастотных диапазонов - в таком же корпусе размерами 170*70*70 мм.

Еще лет 10...15 назад проблемы использования согласующих устройств (СУ) практически не было, соответственно почти не встречались и описания подобных устройств в радиолюбительской литературе.

Дело, вероятно, в том, что раньше в СССР практически все использовали самодельную ламповую аппаратуру, выходной каскад которой можно было согласовать практически с чем угодно.

Транзисторные РА выдают гораздо больше гармоник, чем ламповые. И часто низкодобротный П-контур на выходе транзисторного РА не справляется с их фильтрацией. К тому же, надо учесть, что количество телеканалов по сравнению с тем, что было еще несколько лет назад, выросло во много раз!

Назначение согласующего устройства

СУ обеспечивает трансформацию выходного сопротивления передатчика в сопротивление антенны. Использовать СУ с ламповым усилителем мощности, имеющим П-контур со всеми тремя плавно перестраиваемыми элементами, нерационально, так как П-контур обеспечивает согласование в широком диапазоне выходных сопротивлений. Только в случаях, когда элементы П-контура исключат подстройку, использование СУ приносит пользу.

В любом случае СУ заметно снижает уровень гармоник, и его использование как фильтра вполне оправдано.

При наличии хороших настроенных резонансных антенн и хорошего РА нет необходимости использовать согласующее устройство. Но когда и антенна одна работает на нескольких диапазонах, и РА не всегда выдает то что надо, использование СУ дает хорошие результаты.

Принципы построения согласующего устройства

Классическое СУ имеет вид, показанный на рис. 1. Как видно, оно состоит из цепи согласования (ЦС), которая выполнена по одной из известных схем (собственно ЦС часто и носит название "согласующее устройство", "ATU"), измерителя КСВ, ВЧ моста, показывающего степень рассогласования антенны, эквивалента антенны R 1, и контрольных нагрузок R2, R3. Без всего этого "окружения" СУ является лишь цепью согласования, не более того.

Рис.1

Разберем принцип работы устройства. В положении S 1 "Обход" выход передатчика подключен к S2, что дает возможность или напрямую подключить антенну, или включить на выход один из эквивалентов нагрузки (R2 или R3) и проверить возможность согласования передатчика с ним. В положении "Настройка" передатчик работает на согласованную нагрузку. Также через сопротивление R4 включается ВЧ мост. По балансу этого моста цепью согласования и производится настройка антенны. Резисторы R2 и R3 дают возможность проверить, возможна ли настройка цепи согласования на них. Настроив ЦС, включают режим "Работа". В этом режиме еще немного подстраивают цепь согласования по минимуму показаний КСВ-метра.

Ниже рассмотрим используемые на практике основные ЦС.

Цепь согласования на параллельном контуре

Одна из самых эффективных и просто выполнимых ЦС показана на рис.2. Передатчик подключается через катушку L1 и конденсатор С1. L1 составляет от четверти до шестой части от количества витков L2 и наматывается в нижней ее части. L1 должна быть отделена от L2 качественной изоляцией.

Рис.2

В данной схеме передатчик связан с ЦС только магнитным потоком, и здесь автоматически решен вопрос грозозащиты выходного каскада. Конденсатор С1 для работы на 1,8 МГц. должен иметь максимальную емкость - 1500 пФ, а для работы на 28 МГц - 500 пФ. С2 и С1 должны иметь максимально возможный зазор между пластинами. Диапазон сопротивлений нагрузки - от 10 Ом до нескольких килоом. Работа с высоким КПД обеспечивается в двух смежных диапазонах, например 1,8 и 3,5 МГц. Для эффективной работы в нескольких диапазонах необходимо переключать L1 и L2. При небольших мощностях (до 100 Вт) наиболее эффективно и просто изготовить комплект сменных катушек и производить их установку с помощью цокольных панелей от старых радиоламп. Любые эксперименты, связанные с подключением параллельно L1 и L2 катушек для уменьшения их индуктивности для работы на ВЧ диапазонах, подключением к отводам этих катушек "хитрое" параллельное включение катушек значительно снижают эффективность работы этой ЦС на ВЧ. Данные катушек для схемы рис.2 приведены в табл.1.

Таблица 1

Хотя в настоящее время симметричные антенны используются редко, стоит рассмотреть возможность работы этой ЦС на симметричную нагрузку (рис.3).

Рис.3

Единственное ее отличие от схемы рис.2 в том, что напряжение для нагрузки снимается симметрично. L1 должна быть расположена симметрично относительно L2. Конденсаторы С 1 и С2 должны находиться на одной оси. Необходимо принять меры по уменьшению влияния емкостного эффекта на L2, т.е. она должна находиться достаточно далеко от металлических стенок. Данные L2 для схемы рис.3 приведены в табл.2.

Таблица 2

Встречаются и конструкции упрощенного варианта этой ЦС.

Рис.4

На рис.4 приведена несимметричная цепь, на рис.5 - симметричная. Но, к сожалению, как показывает опыт, эти схемы не могут дать такого тщательного согласования, как в случае использования конденсаторов С3 (рис.2) или С3.1, С3.2 (рис.3).

Рис.5

Особенно тщательно надо подходить к постройке многодиапазонных ЦС, работающих на таком принципе (рис.6). За счет снижения добротности катушки и большой емкости отводов "на землю" КПД такой системы на ВЧ диапазонах низок, но использование такой системы в диапазонах 1,8...7 МГц вполне допустимо.

Рис.6

Настраивают ЦС, изображенную на рис.2, просто. Конденсатор С1 ставят в максимальное положение, С2 и C3 - в минимальное, затем с помощью С2 настраивают контур в резонанс, и потом, увеличивая связь с антенной с помощью С3, добиваются максимальной отдачи мощности в антенну, при этом все время подстраивая С2 и, по возможности, С1. Следует стремиться к тому, чтобы после настройки ЦС C3 имел максимальную емкость.

Т-образная цепь согласования

Эта схема (рис.7) получила широкое распространение при работе с несимметричными антеннами.

Рис.7

Для нормальной работы этой ЦС необходима плавная регулировка индуктивности. Иногда даже половина витка имеет решающее значение для согласования. Это ограничивает использование индуктивности с отводами или требует индивидуального подбора количества витков для конкретной антенны. Необходимо, чтобы емкость С1 и С2 на "землю" была не более 25 пФ, в противном случае возможно снижение КПД на 24...28 МГц. Необходимо, чтобы "холодный" конец катушки L1 был тщательно заземлен. Данная ЦС обладает хорошими параметрами: КПД - до 80% при трансформации 75 Ом в 750 Ом, возможность согласования нагрузки от 10 Ом до нескольких килоом. С помощью только одной переменной индуктивности 30 мкГн можно перекрыть весь диапазон от 3,5 до 30 МГц, а подключив параллельно C1, C2 постоянные конденсаторы по 200 пФ, можно работать и на 1,8 МГц.

К сожалению, переменная индуктивность дорога и сложна конструктивно. W3TS предложил переключаемую "цифровую индуктивность" (рис.8). Используя такую индуктивность, с помощью переключателей можно наглядно выставить нужное ее значение.

Еще одну попытку упростить конструктивное исполнение предприняла фирма АЕА, выполнив согласующее устройство по схеме, приведенной на рис.9. Действительно, схемы на рис.7 и рис.9 равнозначны. Но конструктивно гораздо проще использовать один заземленный высококачественный конденсатор вместо двух изолированных, а дорогую переменную индуктивность заменить на дешевые постоянные катушки индуктивности с отводами. Эта ЦС хорошо работала от 1,8 до 30 МГц, трансформируя 75 Ом в 750 Ом и в 15 Ом. Но при работе с реальными антеннами иногда сказывалась дискретность переключения индуктивности. При наличии 18, а лучше 22 позиционных переключателей эту ЦС можно рекомендовать к практическому исполнению. При этом необходимо до минимума уменьшить длину отводов катушки к переключателю. Переключатели на 11 АЕА АТ-30 TUNER L1-L2-25 Витков, диам. катушки 45 мм шаг намотки 4 мм отводы от каждого витка по длине 10 витков затем через 2 витка положений дают возможность сделать ЦС только для работы на часть любительских диапазонов - от 1,8 до 7 или от 10 до 28 МГц.

Рис.9

Катушку конструктивно удобно выполнить как показано на рис.10. Каркас ее представляет собой планку из двустороннего стеклотекстолита с пропилами под витки катушки. На этой планке установлен переключатель (например 11П1Н). Отводы от катушки идут к переключателю по обеим сторонам стеклотекстолитовой планки.

Рис.10

При работе с симметричными антеннами совместно с Т-образным согласующим устройством используют симметрирующий трансформатор 1:4 или 1:6 на выходе ЦС. Такое решение нельзя признать эффективным, т.к. многие симметричные антенны имеют большую реактивную составляющую, а трансформаторы на феррите очень плохо работают при реактивной нагрузке. В этом случае необходимо применять меры по компенсации реактивной составляющей или использовать ЦС (рис.3).

П-образная схема согласования

П-образная ЦС (или П-контур), схема которой дана на рис. 11, широко используется в радиолюбительской практике.

Рис.11

В реальных условиях, когда выход передатчика составляет 50...75 Ом, и согласование необходимо производить в широком диапазоне сопротивлений нагрузки, параметры П-контура меняются в десятки раз. Например на 3,5 МГц при Rвх=Rн=75 Ом индуктивность L1 составляет примерно 2 мкГн, a C1, C2 - по 2000 пФ, а при Rвх=75 Ом и RH в несколько килоом индуктивность L1 составляет примерно 20 мкГн, емкость C1 - около 2000 пФ, а C2 - десятки пикофарад. Такие большие разбросы в величинах используемых элементов и ограничивают использование П-контура в качестве ЦС.

Желательно использовать переменную индуктивность. Конденсатор Cl может иметь небольшой зазор, а C2 должен иметь зазор не менее 2 мм на каждые 200 Вт мощности.

Повышение эффективности работы согласующего устройства

Увеличить эффективность работы передатчика, особенно при использовании случайных антенн, помогает устройство, называемое "искусственная земля". Эффективно это устройство при использовании именно случайных антенн и при плохом радиотехническом заземлении. Это устройство доводит до резонансного состояния систему заземления радиостанции (в простейшем случае - кусок провода). Так как параметры земли входят в параметры антенной системы, улучшение эффективности заземления улучшает работу антенны.

Заключение

Согласующее устройство следует использовать не чаще, чем оно действительно нужно. Следует выбрать тот тип СУ, который вам необходим. Например нет смысла изготавливать широкополосное устройство для работы в диапазоне 1,8...30 МГц, если реально у вас не "строятся" антенны на 1...2 диапазона, или на этих диапазонах используются суррогатные антенны. Здесь гораздо эффективнее выполнить на каждый диапазон свое отдельное СУ. Но конечно, если вы используете трансивер с неподстраиваемым выходом, а большинство ваших антенн - суррогатные, то здесь необходимо вседиапазонное СУ.

Все вышеупомянутое относится и к устройству "искусственная земля".

Рис.12

Литература

1. Подгорный И. (EW1MM). ВЧ-заземление/ Радиолюбитель KB и УКВ. - 1995. - №9.
2. Григоров И. (RK3ZK). Согласующее устройство на коаксиальном кабеле/ Радиолюбитель. - 1995. - №7.
3. Подгорный И. (UC2AGL). Антенный тюнер/ Радиолюбитель. -1994.-№2.
4. Подгорный И. (UC2AGL). Антенный тюнер/ Радиолюбитель. -1991.-№1.
5. Григоров И. (UZ3ZK). Универсальное согласующее устройство// Радиолюбитель. - 1993. - №11.
6. Падалко С. (RA6LEW). Антенное коммутационно-согласующее устройство/ Радиолюбитель. - 1991. - №12.
7. Орлов В. (UT5JAM). Вседиапазонное согласующее устройство к LW/ Радиолюбитель. -1992. - №10.
8. Виллемань П. (F9HY). Согласующее устройство для антенн типа LEVY/ /Радиолюбитель. - 1992. - №10.
9. Подгорный И. (EW1MM). Универсальное антенное согласующее устройство/ Радиолюбитель. - 1994. - №8.

Повсеместное использование транзисторных широкополосных выходных каскадов, предназначенных для работы на 50-омную нагрузку, внесло некоторое разнообразие в эксплуатацию домашнего оборудования. С одной стороны боязнь по неосторожности повредить своего дорогого «любимца» несовершенством собственной же антенны, с другой - поиск и приобретение недешевых антенных изысков. Как же использовать антенный тюнер и добиться максимальной мощности в антенне или обман за свой счет! Что нужно знать, чтобы правильно подключить «antenna tuner» и использовать его должным образом.

Что нужно знать, чтобы правильно соединять трансивер с 50-омным выходом с антенной? Оказывается обмануть трансивер несложно, достаточно лишь соблюсти определенные правила и симметрировать необходимую нагрузку, а антенну вообще оставить в покое. Для этого и придумали промежуточное звено — устройство, получившее в дальнейшем название «антенный тюнер» от «antenna tuner», «tuner» (англ.) по-русски — настройщик.

Таким образом, между трансивером и антенной появился (в прямом смысле) некий «черный ящик». Прямо как у иллюзиониста, причем с тем же назначением — для обмана. Только в данном случае он обманывает не нас с вами, а нашего любимца, и делает вид, что к его выходу подключена 50-омная нагрузка вне зависимости от имеющейся антенной системы.

Пара частых заблуждений:
1. Якобы антенный тююнер настраивает антенну. В действительности антенный тюнер НЕ НАСТРАИВАЕТ не только антенну, но и любую ее часть!
2. Якобы антенный тьюнер улучшает значение КСВ. На самом деле антенный тюнер вообще никак не влияет на КСВ в фидере. Величина КСВ в конкретной линии передачи зависит только от самой линии передачи и подключенной к ней нагрузке.

Говоря техническим языком, антенный тюнер преобразует полное сопротивление антенно-фидерного устройства и приводит его к типовому значению, присущему Вашему приемо-передатчику — 50 Ом или 75 Ом. Или к коаксиальному кабелю, используемому в качестве антенного фидера. Более продвинутые модели антенных тюнеров обеспечивают работу как с несимметричными (коаксиальными), так и с симметричными проводными линиями передачи, или одиночными проводными антеннами.

Антенный тюнер оказывает влияние на величину КСВ исключительно между передатчиком и самим тюнером. В этом-то и состоит эффект иллюзии. Настройкой антенного тюнера (элементы настройки - катушка индуктивности, оснащенная замедляющим верньером или многопозиционным переключателем и один, чаще два переменных конденсатора) КСВ между приемо-передатчиком и тюнером может быть сведен к минимуму.
Сам же тюнер по своим техническим параметрам способен трансформировать выходное сопротивление передатчика в строго определенный интервал сопротивлений. Этот интервал указывается в технических характеристиках для конкретно взятой модели антенного тюнера.

Например, некоторые модели автоматических тюнеров фирмы MFJ способны привести (согласовать) выходное сопротивление передатчика 50 0м к сопротивлению нагрузки в интервале от 6 до 1600 Ом в диапазоне частот 1,8-30 МГц.

Если технические условия по рабочим мощностям передатчика и тюнера не соблюсти, то во-первых, мощностью больше указанной в техническом паспорте, можно вывести из строя достаточно дорогую вещь или, выйдя из интервала сопротивлений нагрузок, получить большие погрешности при согласовании.

При размышлении относительно антенных тюнеров и КСВ важно помнить, что антенный тюнер вообще не оказывает никакого влияния на КСВ между собой и антенной, а только на КСВ между собой и приемо-передатчиком (трансивером). Тюнер — это своего рода корректируемый трансформатор полных сопротивлений между Вашим радио и антенной.

Вся хитрость в том, что когда передатчик «видит» полное сопротивление 50 Ом, то он «думает», что к нему подключена 50-омная антенна. Только тогда он отдаст полную мощность.
Но куда отдаст, в антенну? - Нет, в тюнер. А в нагрузку? - Несколько меньше или значительно меньше. Это зависит от разницы в сопротивлении нагрузок. А куда же девается разница? - А она остается в тюнере, точнее преобразуется в тепло на элементах тюнера. Потеря мощности и есть плата за согласование и, чем оно хуже, тем больше потери.

С одной стороны «обман» облегчает жизнь и защищает передатчик от разброса нагрузок при смене антенн, что само по себе уже немало, с другой стороны — необходимо понимать, что неэффективность линии передачи приводит к значительному снижению выходной мощности.

Выход из ситуации: в каждом конкретном случае нужно прикладывать максимум усилий для согласования своих антенн — только в этом случае можно снизить потери мощности. Конечно, если подводить киловатты, то потеря одной, другой сотни ватт практически не скажется на работе в целом. Но, когда речь идет о небольших подводимых мощностях, тогда даже небольшие потери станут влиять на качество (не путать с качеством излучаемого сигнала) проводимых радиосвязей.

Как подключать и использовать антенный тюнер

Когда уже имеется лучшее понимание, что собой представляет антенный тюнер, попробуем подключить его к радиостанции. Блок-схема, приведенная ниже, иллюстрирует типичный вариант подключения.
Наша цель заставить думать наш приемо-передатчик что он «видит» нужные ему 50 Ом. Полная система состоит из: приемо-передатчика (трансивера); Полосового НЧ фильтра; линейного усилителя мощности; КСВ/Ватт-метра; антенного тюнера; эквивалента нагрузки или самой антенны.

Простая блок-схема подключения:

Слева направо: 1. приемо-передатчик (трансивер), 2. КСВ /Ватт-метр, 3. антенный тюнер и на его выходе приемо-передающая антенна. Проигнорируем линейный усилитель мощности, НЧ-фильтр и эквивалент антенны, т.к. эти узлы могут и не входить в конфигурацию нашей системы.

Собственно говоря, это и все. Высокочастотный сигнал от приемопередатчика последовательно проходит через КСВ /Ватт-метр, показания которого (КСВ близкий к значению 1) будут свидетельствовать о том, что все хорошо и, следующий за ним тьюнер, все-таки «обманул» приемо-передатчик и создал на его выходе нужную нагрузку 50 0м. А мощность, отдаваемая в эту нагрузку максимальна. И далее (после тюнера) сигнал поступает в антенну.

А поскольку к выходу тюнера подключена настоящая антенна, то наша дальнейшая цель научиться настраивать непосредственно антенный тьюнер на конкретную антенну.

Как настроить тюнер

В большинстве промышленных и самодельных моделей антенных тюнеров содержится многопозиционный переключатель индуктивностии и два (чаще всего, реже один) переменных конденсатора. Переключатель индуктивностии маркируется как INDUCTOR. Конденсаторы маркируются как ANTENNA и TRANSMITTER (АНТЕННА и ПЕРЕДАТЧИК). В некоторых тюнерах многопозиционный переключатель индуктивности может быть заменен индуктивностью с плавной регулировкой, известной как катушка индуктивности с роликом (название при этом сохраняется).

Предположим, что мы используем тюнер с переключателем индуктивности. Оба переменных конденсатора ANTENNA и TRANSMITTER установим примерно в среднее положение.
Первоначально начинать работу с любым тюнером (даже с известным) лучше всего в режиме приема, если он подключен (скоммутирован) ко входу приемника. Если да, то вращая переключатель индуктивности и переменные конденсаторы, нужно добиться максимальной громкости какой-либо радиостанции или просто эфирного шума на нужном диапазоне. Эта простая процедура поможет провести более точную настройку тюнера в процессе передачи.

Для настройки в режиме передачи необходимо снизить мощность передатчика да минимально возможной величины (единиц ватт), чтобы ее хватало для полных показаний КСВ-метра (чувствительность разных приборов может быть неоднозначна). Также нужно помнить, что при большой подводимой мощности на элементах тюнера может выделяться большое количество тепла. Что может не самым лучшим способом отразиться на его работоспособности. Поэтому в случае самостоятельной проработки очень важно рассчитывать электрическую прочность элементов тюнера с учетом подводимых мощностей.

Настройка проводится в режиме «несущей». По показанию КСВ-метра необходимо добиться минимальных показаний прибора, а Ватт-метр, наоборот, должен показать наибольшую выходную мощность. Разумеется процедура настройки может занять некоторое время, особенно, при первоначальном знакомстве с работой тюнера. Приготовьтесь к тому, что придется по нескольку раз повторять настройку, т.е подбирать индуктивность и емкости обоих конденсаторов, выбирая наилучшее по показаниям прибора.

Величина индуктивности или позиция переключателя зависит от рабочей частоты (диапазона) и, более того, с большой уверенностью можно констатировать, что она незначительно зависит от конкретной антенны. Поэтому в инструкциях по применению промышленных тюнеров строго указаны позиции переключателя индуктивности в зависимости от рабочего диапазона. В самодельных конструкциях эти настройки проще всего определить, как указывалось выше, в режиме приема и они мало будут от реальной настройки в режиме передачи. Кстати, это утверждение имеет место и при работе с промышленными, хорошо проградуированными моделями.

В целом технология настройки не вызывает осложнений. Выделив индуктивностью соответствующий участок диапазона, дальнейшая часть работы сводится к настройке конденсаторов. Варьируя конденсаторами ANTENNA и TRANSMITTER, по показаниям встроенного в тюнер прибора (в промышленных моделях), определяется наилучшее значение КСВ.

Следует знать, что минимум КСВ (1:1) соответствует резонансной частоте настройки. Если же отстроиться в ту или иную сторону от резонансной частоты, величина КСВ начинает возрастать. Поэтому при значительных расстройках (100 кГц и более) желательно повторять перестройку тюнера.

По значениям КСВ можно определить полосу пропускания антенной системы. Но лучше это делать с отключенным тюнером на небольшой мощности передатчика. Отклоняясь вверх и вниз от резонансной частоты, нужно определить граничные частоты при КСВ=2 (иногда говорят как 2:1).

Разница в показаниях по частоте и будет полосой пропускания антенной системы по КСВ=2. Считается, что полоса пропускания по КСВ=2 является безопасным рабочим интервалом. За этой полосой величина КСВ начинает быстро возрастать и переходит из безопасной зоны (для вашего широкополосного передатчика) в опасную.

При превышениях КСВ>3 может сработать защита выходного каскада (хорошо, если он оснащен таковой) и тогда он сбросит выходную мощность до безопасной величины (если успеет). Если защиты нет, то … прощай транзисторы! Не хочется об этом даже и думать.

На этом, пожалуй, можно остановиться. В завершении лишь добавлю, что промышленность выпускает довольно много разнообразных моделей антенных тюнеров. Ручных, где вся процедура настройки, подобная описанной выше, проводится самим оператором, и автоматических, где настройка значительно упрощена и сводится буквально к нажатию одной кнопки.

Промышленные антенные тюнеры для радиолюбительских условий и применений рассчитаны на конкретную величину подводимых мощностей в интервале от 150 до 3000 Вт. Они оснащаются дополнительными возможностями, например, селекторами антенн.

В большинстве случаев предоставляется возможность подключения двух несимметричных (коаксиальных) антенн, одной симметричной линии и встроенного 50-омного эквивалента нагрузки «Dummy Load». В них обязательно установлен измерительный прибор КСВ/ Ватт-метр.

Могут быть и некоторые отличия, в зависимости от фирмы изготовителя и стоимости. Все возможности конкретной модели содержатся в техническом паспорте или инструкции по применению.
Сами же радиолюбители разработали много самодельных устройств для согласования своих антенн, но принцип работы остается «незыблемым, как скала». В его основу положен трансформатор полных сопротивлений.

Современная приемо-передающая транзисторная техника, как правило, имеет широкополосные тракты, входные и выходные сопротивления которых составляют 50 или 75 Ом. Поэтому для реализации заявленных параметров такой аппаратуры требуется обеспечить активную нагрузку сопротивлением 50 или 75 Ом как для приемной, так и для передающей частей. Акцентирую внимание на том, что для приемного тракта также требуется согласованная нагрузка!
Конечно, в приемнике это никак ни на ощупь, ни на цвет или вкус без приборов не заметить. По-видимому, из-за этого некоторые коротковолновики "с пеной у рта" отстаивают преимущества старых РПУ типа Р-250, "Крот" и им подобных перед современной техникой. Старая техника чаще всего комплектуется подстраиваемой (или перестраиваемой) входной цепью, с помощью которой можно согласовать РПУ с проволокой-антенной с "КСВ=1 почти на всех диапазонах".

Если радиолюбитель действительно хочет проверить качество согласования цепи "вход трансивера - антенна", ему достаточно собрать примитивнейшее согласующее устройство (СУ), например, П-контур, состоящий из двух КПЕ с максимальной емкостью не менее 1000 пФ (если предполагается проверка и на НЧ-диапазонах) и катушки с изменяемой индуктивностью. Включив это СУ между трансивером и антенной, изменением емкости КПЕ и индуктивности катушки добиваются наилучшего приема. Если при этом номиналы всех элементов СУ будут стремиться к нулю (к минимальным значениям) - можете смело выбросить СУ и со спокойной совестью работать в эфире и дальше, по крайней мере, слушать диапазоны.

Для тракта передатчика отсутствие оптимальной нагрузки может окончиться более печально. Рано или поздно ВЧ-мощность, отраженная от рассогласованной нагрузки, находит слабое место в тракте трансивера и "выжигает" его, точнее, такой перегрузки не выдерживает какой-нибудь из элементов. Конечно, можно и ШПУ изготовить абсолютно надежным (например, с транзисторов снимать не более 20% мощности), но тогда по стоимости он будет, сопоставим с узлами дорогой импортной техники.

Например, 100-ваттный ШПУ, производимый в США в виде набора для трансивера К2, стоит 359 USD, а тюнер для него - 239 USD. И зарубежные радиолюбители идут на такие затраты, дабы получить "всего-то какое-то согласование", о котором, как показывает опыт автора этой статьи, не задумываются многие наши пользователи транзисторной техники... Мысли о согласовании трансивера с нагрузкой в головах таких горе радиолюбителей начинают возникать только после случившейся аварии в аппаратуре.

Ничего не поделаешь - таковы сегодняшние реалии. Экзамены при получении лицензий и повышении категории любительской радиостанции зачастую проводятся формально. В лучшем случае у претендента на лицензию проверяется знание телеграфной азбуки. Хотя в современных условиях, на мой взгляд, целесообразно больший акцент делать на проверку технической грамотности - поменьше было бы "групповух для работы на даль" и "рассусоливаний" по поводу преимуществ UW3DI перед "всякими Айкомами и Кенвудами".

Автора статьи радует тот факт, что все реже и реже на диапазонах слышны разговоры о проблемах при работе в эфире с транзисторными усилителями мощности (например, появления TVI или низкой надежности выходных транзисторов). Компетентно заявляю, что если транзисторный усилитель правильно спроектирован и грамотно изготовлен, а при эксплуатации постоянно не превышаются максимальные режимы работы радиоэлементов, то он практически "вечен", теоретически, в нем ничего сломаться не может.

Обращаю внимание на то, что если постоянно не превышаются максимально допустимые параметры транзисторов, они никогда не выходят из строя. Кратковременную перегрузку, особенно транзисторы, предназначенные для линейного усиления в КВ-диапазоне, выдерживают достаточно легко. Изготовители мощных ВЧ-транзисторов проверяют надежность произведенного продукта таким способом - берется резонансный ВЧ-усилитель, и после того как на выходе устанавливаются оптимальный режим и номинальная мощность, вместо нагрузки подключают испытательное устройство. Элементы настройки позволяют менять активную и реактивную составляющие нагрузки.

Если в оптимальном режиме нагрузка связана с испытуемым транзистором через линию с волновым сопротивлением 75 Ом, то обычно в рассматриваемом устройстве отрезок линии замыкается резистором сопротивлением 2,5 или 2250 Ом. При этом КСВ будет равен 30:1. Такое значение КСВ не позволяет получить условия от полного обрыва до полного короткого замыкания нагрузки, но реально обеспечиваемый диапазон изменений достаточно близок к этим условиям.

Завод-изготовитель гарантирует исправность транзисторов, предназначенных для линейного усиления КВ-сигнала, при рассогласовании нагрузки 30:1 в течение не менее 1 с при номинальной мощности. Этого времени вполне достаточно для срабатывания защит от перегрузки. Работа усилителя мощности при таких значениях КСВ не имеет смысла, т.к. эффективность практически "нулевая", т.е. речь, конечно, идет об аварийных ситуациях.

Для решения проблемы согласования приемо-передающей аппаратуры с антенно-фидерными устройствами существует довольно дешевый и простой способ - применение дополнительного внешнего согласующего устройства. Хотелось бы акцентировать внимание счастливых пользователей "буржуинской" техники, не имеющей антенных тюнеров (да и самодеятельных конструкторов тоже), на этом очень важном вопросе.

Вся промышленная приемо-передающая аппаратура (и ламповая в том числе) комплектуется не только фильтрующими, но и, дополнительно, согласующими блоками. Возьмите, к примеру, ламповые радиостанции Р-140, Р-118, Р-130 - у них согласующие устройства занимают не менее четверти объема станции. А транзисторная широкополосная передающая техника вся, без исключения, комплектуется такими согласователями.

Изготовители идут даже на увеличение себестоимости этой техники - комплектуют автоматическими СУ (тюнерами). Но эта автоматика предназначена для того, чтобы обезопасить радиоаппаратуру от бестолкового пользователя, который смутно себе представляет, что и зачем он должен крутить в СУ. Предполагается, что радиолюбитель с позывным обязан иметь минимальное представление о процессах, происходящих в антенно-фидерном устройстве его радиостанции.

В зависимости от того, какие антенны применяются на любительской радиостанции, можно использовать то или иное согласующее устройство. Заявление некоторых коротковолновиков о том, что они применяют антенну, КСВ которой почти единица на всех диапазонах, поэтому СУ не требуется, показывает отсутствие минимальных знаний по этой теме. "Физику" здесь еще никому не удалось обмануть - никакая качественная резонансная антенна не будет иметь одинаковое сопротивление ни внутри всего диапазона, ни тем более на разных диапазонах.

Что и происходит чаще всего - устанавливается или "инвертед-V" на 80 и 40 м, или рамка с периметром 80 м, а в худшем случае бельевая веревка используется в качестве "антенны". Особенно "талантливые" изобретают универсальные штыри и "морковки", которые, по безапелляционным заверениям авторов, "работают на всех диапазонах практически без настройки!"

Настраивается такое сооружение в лучшем случае на одном-двух диапазонах, и все - вперед, "зовем - отвечают, что еще больше нужно?" Печально, что для увеличения "эффективности работы" таких антенн все поиски приводят к "радиоудлинителям" типа выходного блока от Р-140 или Р-118. Достаточно послушать любителей "работать в группе на даль" ночью на 160 и 80-метровых диапазонах, а в последнее время такое можно уже встретить на 40 и 20 м.

Если антенна имеет КСВ = 1 на всех диапазонах (или хотя бы на нескольких) - это не антенна, а активное сопротивление, или тот прибор, которым измеряется КСВ, "показывает" окружающую температуру (которая в комнате обычно постоянна).

Не знаю - удалось или нет мне убедить читателя в том, что применять СУ требуется обязательно, но, тем не менее, перейду к описанию конкретных схем таких устройств. Их выбор зависит от применяемых на радиостанции антенн. Если входные сопротивления излучающих систем не опускаются ниже 50 Ом, можно обойтись примитивным согласующим устройством Г-образного типа - рис.1, т.к. оно работает только в сторону повышения сопротивления. Для того чтобы это же устройство "понижало" сопротивление, его необходимо включить наоборот, т.е. поменять местами вход и выход.
Автоматические антенные тюнеры почти всех импортных трансиверов выполнены по схеме, показанной на рис.2. Антенные тюнеры в виде отдельных устройств фирмы изготавливают чаще по другой схеме (рис.3). Описание этой схемы можно найти, например, в . Во всех фирменных СУ, изготовленных по этой схеме, имеется дополнительная бескаркасная катушка L2, намотанная проводом диаметром 1,2...1,5 мм на оправке диаметром 25 мм. Число витков - 3, длина намотки - 38 мм.

С помощью двух последних схем можно обеспечить КСВ = 1 практически на любой кусок провода. Однако не забывайте - КСВ = 1 говорит о том, что передатчик имеет оптимальную нагрузку, но это ни в коей мере не означает высокую эффективность работы антенны. С помощью СУ, схема которого приведена на рис.2, можно согласовать щуп от тестера в качестве антенны с КСВ = 1, но, кроме ближайших соседей, эффективность работы такой "антенны" никто не оценит. В качестве СУ можно использовать и обычный П-контур - рис.4. Достоинство такого решения - не требуется изолировать КПЕ от общего провода, недостаток - при большой выходной мощности трудно найти переменные конденсаторы с требуемым зазором.

При применении на станции более или менее настроенных антенн и в том случае, когда не предполагается работа на 160 м индуктивность катушки СУ может не превышать 10...20 мкГн. Очень важно, чтобы имелась возможность получения малых индуктивностей до 1 ...3 мкГн.

Шаровые вариометры для этих целей обычно не подходят, т.к. индуктивность перестраивается в меньших пределах, чем у катушек с "бегунком". В фирменных антенных тюнерах применяются катушки с "бегунком", у которых первые витки намотаны с увеличенным шагом - это сделано для получения малых индуктивностей с максимальной добротностью и минимальной межвитковой связью.

Достаточно качественное согласование можно получить, применяя в СУ "вариометр бедного радиолюбителя". Это две последовательно включенные катушки с переключением отводов (рис.5). Катушки - бескаркасные, и содержат по 35 витков провода диаметром 0,9...1,2 мм (в зависимости от предполагаемой мощности), намотанного на оправке 020 мм.

После намотки катушки сворачивают в кольцо и отводами припаивают на выводы обычных керамических переключателей на 11 положений. Отводы у одной катушки следует сделать от четных витков, у другой - от нечетных, например - от 1,3,5,7,9,11, 15,19, 23, 27-го витков и от 2,4, 6, 8,10, 14,18,22,28,30-го витков. Включив две такие катушки последовательно, можно переключателями подобрать требуемое количество витков тем более, что для СУ не особенно важна точность подбора индуктивности. С главной задачей - получением малых индуктивностей - "вариометр бедного радиолюбителя" справляется успешно.

Чтобы этот самодельный тюнер по своим возможностям квазиплавной настройки приближался к "буржуинским" антенным тюнерам, например, АТ-130 от ICOM или АТ-50 от Kenwood, придется вместо одного галетного переключателя ввести закорачивание отводов катушки "релюшками", каждая из которых будет включаться отдельным тумблером. Семи "релюшек", коммутирующих семь отводов, будет достаточно, чтобы смоделировать "ручной АТ-50".

Пример релейной коммутации катушек приведен в . Зазоры между пластинами в КПЕ должны выдерживать предполагаемое напряжение. Если применяются низкоомные нагрузки, при выходной мощности до 200...300 Вт можно обойтись КПЕ от старых типов РПУ. Если высокоомные - придется подобрать КПЕ с требуемыми зазорами (от промышленных радиостанций).
Подход при выборе КПЕ очень прост - 1 мм зазора между пластинами выдерживает напряжение 1000 В. Предполагаемое напряжение можно найти по формуле U = Ц P/R , где:

Р - мощность,

R - сопротивление нагрузки.

На радиостанции обязательно должен быть установлен переключатель, при помощи которого трансивер отключается от антенны в случае грозы (или в выключенном состоянии), т.к. более 50% случаев выхода из строя транзисторов связаны с наводкой статического электричества. Переключатель можно смонтировать или в антенном коммутаторе, или в СУ.

П-образное согласующее устройство

Итогом различных опытов и экспериментов по рассмотренной выше теме стала реализация П-образного "согласователя" - рис.6. Конечно, трудно избавиться от "комплекса схемы буржуинских тюнеров" рис.2 - эта схема имеет важное преимущество, заключающееся в том, что антенна (по крайней мере, центральная жила кабеля) гальванически развязана от входа трансивера через зазоры между пластинами КПЕ. Но безрезультатные поиски подходящих КПЕ для этой схемы вынудили отказаться от нее. Кстати, схему П-контура используют и некоторые фирмы, выпускающие автоматические тюнеры, например, американская КАТ1 Elekraft или голландская Z-11 Zelfboum.

Помимо согласования, П-контур выполняет еще и роль фильтра низких частот, что очень полезно при работе на перегруженных радиолюбительских диапазонах - вряд ли кто-то откажется от дополнительной фильтрации гармоник. Главный недостаток схемы П-образного согласующего устройства - необходимость применения КПЕ с достаточно большой максимальной емкостью, что наводит на мысль о причине, по которой такая схема не применяется в автоматических тюнерах импортных трансиверов. В Т-образных схемах чаще всего используются два КПЕ, перестраиваемые моторчиками. Понятно, что КПЕ на 300 пФ будет намного меньше размером, дешевле и проще, нежели КПЕ на 1000 пФ.

В схеме СУ, показанной на рис.6, применены КПЕ с воздушным зазором 0,3 мм от ламповых приемников. Обе секции конденсатора включены параллельно. В качестве индуктивности применена катушка с отводами, переключаемыми керамическим галетным переключателем.

Катушка - бескаркасная, и содержит 35 витков провода 00,9... 1,1 мм, намотанных на оправке 021...22 мм. После намотки катушка свернута в кольцо и своими короткими отводами припаяна к выводам галетного переключателя. Отводы сделаны от 2, 4, 7, 10, 14, 18, 22, 26 и 31-го витков.

КСВ-метр изготовлен на ферритовом кольце. Проницаемость кольца при работе на KB решающего значения, в общем-то, не имеет, в авторском варианте применено кольцо 1000НН с внешним диаметром 10 мм.

Кольцо обмотано тонкой лакотканью, а затем на него намотаны 14 витков провода ПЭЛ 0,3 (без скрутки, в два провода). Начало одной обмотки, соединенное с концом второй, образует средний вывод.

В зависимости от требуемой задачи (точнее, от того, какую мощность предполагается пропускать через СУ, и от качества светодиодов VD4 и VD5), можно использовать кремниевые или германиевые детектирующие диоды VD2 и VD3. При использовании германиевых диодов можно получить более высокую чувствительность. Наилучшие из них - ГД507. Однако автор применяет трансивер с выходной мощностью не менее 50 Вт, поэтому в КСВ-метре отлично работают обычные кремниевые диоды КД522.

Как "ноу-хау", помимо обычной, на стрелочном приборе, применена светодиодная индикация настройки. Для индикации "прямой волны" используется светодиод VD4 зеленого цвета, а для визуального контроля за "обратной волной" - красного цвета (VD5). Как показала практика, это очень удачное решение - всегда можно оперативно отреагировать на аварийную ситуацию. Если во время работы в эфире что-то случается с нагрузкой, красный светодиод начинает ярко вспыхивать в такт с излучаемым сигналом.

Ориентироваться по стрелке КСВ-метра менее удобно - не будешь же постоянно пялиться на нее во время передачи! А вот яркое свечение красного света хорошо заметно даже боковым зрением. Это положительно оценил Юрий, RU6CK, когда у него появилось такое СУ (к тому же, у Юрия плохое зрение). Уже более года и сам автор использует в основном только "светодиодную настройку" СУ, т.е. настройка "согласователя" сводится к тому, чтобы погас красный светодиод и ярко "полыхал" зеленый. Если уж и захочется более точной настройки, ее можно "выловить" по стрелке микроамперметра. В качестве микроамперметра применен прибор М68501 с током полного отклонения 200 мкА. Можно применить и М4762 - они устанавливались в магнитофонах "Нота", "Юпитер". Понятно, что С1 должен выдерживать напряжение, выдаваемое трансивером в нагрузку.

Настройка изготовленного устройства выполняется с использованием эквивалента нагрузки, который рассчитан на рассеивание выходной мощности каскада. Присоединяем СУ к трансиверу "коаксиалом" минимальной длины (насколько это возможно, т.к. этот отрезок кабеля будет использоваться в дальнейшей работе СУ и транисивера) с требуемым волновым сопротивлением, на выход СУ без всяких "длинных шнурков" и коаксиальных кабелей подключаем эквивалент нагрузки, выкручиваем все ручки СУ на минимум и выставляем при помощи С1 минимальные показания КСВ-метра при "отраженке". Следует заметить, что выходной сигнал передатчика не должен содержать гармоник (т.е. должен быть фильтрованный), в противном случае минимум можно и не отыскать. Если конструкция изготовлена правильно, минимум получается при емкости С1, близкой к минимальной.

Затем меняем местами вход и выход прибора и снова проверяем "баланс". Проверку осуществляем на нескольких диапазонах. Сразу предупреждаю, автор не в состоянии помочь каждому радиолюбителю, который не справился с настройкой описанного СУ. Если у кого-то не получается изготовить СУ самостоятельно, у автора данной статьи можно заказать готовое изделие. Всю информацию можно получить здесь .

Светодиоды VD4 и VD5 необходимо выбирать современные, с максимальной яркостью свечения. Желательно, чтобы светодиоды имели максимальное сопротивление при протекании номинального тока. Автору удалось приобрести красные светодиоды сопротивлением 1,2 кОм и зеленые - 2 кОм. Обычно зеленые светодиоды светятся слабо, но это и неплохо - ведь изготавливается не елочная гирлянда. Главное требование к зеленому светодиоду - его свечение должно быть достаточно отчетливо заметно в штатном режиме передачи. А вот цвет свечения красного светодиода, в зависимости от предпочтений пользователя, можно выбрать от ядовито-малинового до алого.

Как правило, такие светодиоды имеют диаметр З...3,5 мм. Для более яркого свечения красного светодиода применено удвоение напряжения - в схему введен диод VD1. По этой причине точным измерительным прибором наш КСВ-метр уже не назовешь - он завышает "отраженку". Если требуется измерять точные значения КСВ, необходимо применить светодиоды с одинаковым сопротивлением и сделать два плеча КСВ-метра абсолютно одинаковыми - или оба с удвоением напряжения, или без удвоения. Однако оператора скорее волнует качество согласования цепи "трансивер - антенна", а не точное значение КСВ. Для этого вполне достаточно светодиодов.

Предложенное СУ эффективно при работе с антеннами, запитанными через коаксиальный кабель. Автор испытывал СУ на "стандартные", распространенные антенны "ленивых" радиолюбителей - "рамку" периметром 80 м, "инвертед-V" - совмещенные 80 и 40 м, "треугольник" периметром 40 м, "пирамиду" на 80 м.

Константин, RN3ZF, (у него FT-840) применяет такое СУ со "штырем" и "инвертед-V" в том числе, и на WARC-диапазонах, UR4GG - с "треугольником" на 80 м и трансиверами "Волна" и "Дунай", a UY5ID с помощью описанного СУ согласовывает ШПУ на КТ956 с многосторонней рамкой периметром 80 м с симметричным питанием (используется дополнительный переход на симметричную нагрузку).

Если при настройке СУ не удается погасить красный светодиод (достичь минимальных показаний прибора), это может означать, что, помимо основного сигнала, в излучаемом спектре содержатся гармоники (СУ не в состоянии обеспечить согласование одновременно на нескольких частотах). Гармоники, которые по частоте располагаются выше основного сигнала, не проходят через ФНЧ, образуемый элементами СУ, отражаются, и на обратном пути "поджигают" красный светодиод. О том, что СУ "не справляется" с нагрузкой, может говорить только лишь тот факт, что согласование происходит при крайних значениях (не минимальных) параметров КПЕ и катушки, т.е. когда не хватает емкости или индуктивности. Ни у кого из указанных пользователей при работе СУ с перечисленными антеннами ни на одном из диапазонов таких случаев не отмечено.

СУ было испытано с "веревкой", т.е. с проволочной антенной длиной 41 м. Не следует забывать, что КСВ-метр является измерительным прибором только в случае обеспечения с обеих его сторон нагрузки, при которой он балансировался. При настройке на "веревку" светятся оба светодиода, поэтому за критерий настройки можно принять максимально яркое свечение зеленого светодиода при минимально возможной яркости красного. По-видимому, это будет наиболее верная настройка - по максимуму отдачи мощности в нагрузку.

Хотелось бы обратить внимание потенциальных пользователей данного СУ на то, что ни в коем случае нельзя переключать отводы катушки при излучении максимальной мощности. В момент переключения происходит разрыв цепи катушки (хотя и на доли секунды), и резко меняется ее индуктивность. Соответственно, подгорают контакты галетного переключателя и резко меняется сопротивление нагрузки выходного каскада. Переключать галетный переключатель необходимо только в режиме приема.

Информация для дотошных и "требовательных" читателей - автор статьи сознает, что КСВ-метр, установленный в СУ, не является прецизионным высокоточным измерительным прибором. Да такой цели при его изготовлении и не ставилось! Основная задача была - обеспечить трансиверу с широкополосными транзисторными каскадами оптимальную согласованную нагрузку, еще раз повторю - как передатчику, так и приемнику. Приемник, как и мощный ШПУ, в полной мере нуждается в качественном согласовании с антенной!

Кстати, если в вашем "радио" оптимальные настройки для приемника и передатчика не совпадают, это говорит о том, что настройка аппарата или вообще толком не производилась, а если и производилась, то, скорее всего, только передатчика, а полосовые фильтры приемника имеют оптимальные параметры при других значениях нагрузки.

КСВ-метр, установленный в СУ, покажет, что регулировкой элементов СУ мы добились параметров той нагрузки, которую присоединяли к выходу ANTENNA трансивера во время его настройки. Применяя СУ, можно спокойно работать в эфире, зная, что трансивер не "пыжится и молит о пощаде", а имеет почти ту же нагрузку, на которую его и настраивали. Разумеется, это не говорит о том, что антенна, подключенная к СУ, стала работать лучше. Не забывайте об этом!

Радиолюбителям, мечтающим о прецизионном КСВ-метре, могу рекомендовать изготовить его по схемам, приведенным во многих зарубежных серьезных изданиях, или купить готовый прибор. Но придется раскошелиться - действительно, приборы, выпускаемые известными фирмами, стоят от 50 USD и выше СВ - ишные польско-турецко-итальянские во внимание не беру. Удачная, хорошо описанная конструкция КСВ-метра приведена в .

А. Тарасов, (UT2FW) [email protected]

Литература:

Бунин С.Г., Яйленко Л.П. Справочник радиолюбителя-коротковолновика. - К.: Техника, 1984.
М. Левит. Прибор для определения КСВ. - Радио, 1978, N6.
http://www.cqham.ru/ut2fw/