Ppocto despre antene sau pentru a măsura SWR

PPOCTO antena sau SWR măsurată

V.Bashkatov, US0IZ, Gorlovka, regiunea Donețk.

Ca amator de radio este un dezvoltator de dispozitive de antenă-feeder (AFD) din stația de radio, el trebuie să înțeleagă în mod clar fenomenele care au loc în ele. Parametrul principal pentru care un anumit grad de precizie poate fi evaluată pe eficiența reală a AFD, un raport de undă staționară (VSWR). Aproape toate val scurt știu că atunci când setarea AFD ar trebui să depună eforturi pentru a „prețuită“ una și să nu depășească o anumită limită SWR. După cum se menționează în [1], pentru transmiterea de energie RF de la emițător la linia de alimentare antena este utilizată (sau alimentatoare). Radioamatorii sunt de obicei utilizate ca linie coaxială feeder și cel puțin - linii echilibrate cu două fire. linia de alimentare unică este acum aproape nu se aplică, deoarece acestea creează pierderi nedorite și radiații pot provoca dispozitive de interferență lângă care trece un alimentator. 50. Deși în urmă 70 ani printre amatori de radio-jambon a fost antena foarte popular în formă de T este numit „American“, utilizat cu transmițătorul având o cascadă dezechilibrat (un soclu unic), și este alimentat de la un singur alimentator. În cazul în care lungimea cablului de alimentare nu depășește o zecime din lungimea de undă de lucru (O.U), cu unele aproximare poate fi considerat un cablu de conectare simplă, nu creează nici un fel de probleme specifice în transferul de energie. Cu toate acestea, în practică, nu toți radioamatorii trăiesc la ultimul etaj al unei clădiri cu mai multe etaje sau au posibilitatea de a seta de emisie-recepție în apropierea antenei într-o casă privată. Dacă pe benzile low-HF (160 și 80 m), folosind un alimentator de scurt este posibil ca, uneori, benzile HF rămase (40. 10 m), o astfel de posibilitate nu este, în general. Astfel, în practică, alimentatorul poate fi de până la zeci de metri, iar un astfel de alimentator lung (comparabil cu lungimea de undă) în anumite condiții (de exemplu, în cazul în care VSWR acesta este diferit de 1) „exercită temperamentul său“ și creează stație probleme de proprietar. Cu toate acestea, SWR = 1, ca regulă - un fenomen rar. Caracteristica (sau val) impedanța alimentatorului coaxial este de obicei de 50 sau 75 ohmi (deși industria internă produce alte cabluri coaxiale, cum ar fi 100 și 150 ohmi, dar în practică au folosit rar). Valoarea impedanței val de alimentare realizate sub forma unei linii cu două fire este în termen de 200 până la 600 ohmi. Trebuie remarcat faptul că caracteristica impedanța Z a alimentatorului este în întregime dependentă de geometria sa și constanta dielectrică a materialului izolant și se exprimă prin următoarele formule: - pentru linia doi conductori:

unde d - diametrul liniilor conductoare, D - distanța dintre conductoare; - Cablu coaxial:

unde d este diametrul conductorului interior mm, D - diametrul conductorului exterior (panglica), mm e - constanta dielectrică a materialului între conductor și teaca de izolare (polietilenă e = 2,3). În prima secțiune [1] sa arătat că „fizic“ (adică, măsurată printr-o bandă) și „electric“ (adică luând în considerare proprietățile de propagare ale cablului în ea energia electromagnetică) din lungimea aceluiași segment al cablului coaxial diferite. Aceasta înseamnă că lungimea unui astfel de cablu 4,1 m la o frecventa de lungime MHz 24 (lungime de undă l = 300 / f = 12,5 m) se comportă ca un repetor cu o lungime electrică jumătate de undă de 6,25 m. Pentru alimentator de aer „fizic“ și lungimea „electric“ al meciului. În continuare ia în considerare (1a) cazuri diferite, care pot apărea în sistem, un emițător-încărcare-alimentator pentru diferite tipuri de sarcină și exemple de realizare. Reprezintă schematic emițătorul (sursa de semnal e (t) la rezistența de ieșire R,.) Prin alimentatorul cu impedanță Rf este conectat la antena, adică pentru a încărca o impedanță complex (sau o altă impedanță) Z „sau cu o rezistență R“ (în cazul în care sarcina este pur activă). Este cunoscut faptul că transmiterea de energie RF de alimentare se datorează propagarea de-a lungul acestuia câmpului electromagnetic, cu toate acestea, ia în considerare procesele care au loc în cablu, atunci când distribuie semnalul impuls elementar. Până în momentul t.i linia de timp nu există nici un stres. Acum, să presupunem că la momentul t ^ la linia de intrare la punctele a și b va apariție bruscă a unei tensiuni E constantă (figura 16), care apoi rămâne neschimbată. pentru că semnalul nu se poate propaga instantaneu pe sârmă, diferența de potențial între timp t.i linia de cabluri (dreapta de intrare) este încă zero. În plus, diferența de potențial E, stabilită la linia de început începe să se răspândească prin fire sale cu o viteză de aproximativ 200 000 km / s sau 200 m pentru 1 microsecundă (U. în fig.16). Acest val directă după un timp (la C) ajunge la capătul liniei (U ^ în figura 1 c). Există trei cazuri specifice: - în cazul în care rezistența de sarcină este foarte mare, și anume, R ^ -> °° (infinit), acest val de tensiune este singura modalitate de a răspândi în continuare - rândul său, și du-te înapoi peste aceleași firele (Uy în figura 1 d). Astfel, există o dublare a capacității între fire, ca și în linia direcția înainte continuă să fie alimentat o sursă de tensiune; - în cazul în care linia este scurt-circuitat la capătul (1) ris.1d 4), adică Py = 0, unda continuă să se răspândească în direcția opusă de-a lungul acelorași firele, dar „schimbarea“ pozițiile lor (cel curent sârmă continuă drumul său pe celălalt fir, cum sunt săritor scurtcircuitată pentru aceasta). În acest caz, are loc neutralizarea diferenței de potențial, deoarece înainte și undă opuse polaritate inversă; - are o rezistență R ^ = R ^ rn (între RH = 0 și RH -> °°), în care unda ajunge la capătul din dreapta al liniei, sarcina este absorbită și nu sa întors înapoi (Ug în Figura 1), diferența potențial între conductorii de linie este neschimbată. Această rezistență se numește val sau a fost de acord. Să presupunem că la momentul 1e, în conformitate intră într-un Ugg semnal sinusoidal (ris.1zh). Un front de undă a acestui semnal începe să se propage de-a lungul liniei, iar după un anumit timp ar fi la punctul b (UL pe ris.1z) La stânga acestui punct în linia de distribuție potențială (de-a lungul lungimii sale) corespunde procesului curent de intrare de timp (această corespondență este prezentată prin săgețile din fig. 1h). Cand valul ajunge la capătul din dreapta al liniei, în funcție de natura sarcinii, poate fi de trei cazuri: - în cazul în care linia este deschisă, valul vine din spate, care interacționează în același timp, să se deplaseze în val directă dreapta. Acest val de revers va apărea apoi cu un val de directă se scade din ea. La anumite puncte tensiunea de linie este întotdeauna egală cu (nod de tensiune) la zero, iar la un moment dat va fi amplitudinea maximă tensiune (ventru de tensiune).

Pentru a deschide linia (Umax1 în Figura 1) distribuția amplitudinilor (mai degrabă decât valoarea instantanee, ca ris.1z) este astfel încât, la capătul liniei este întotdeauna ventru de tensiune de curent și un nod, și pentru scurtcircuitat (Umax2 pe ris.1k) la sfârșitul întotdeauna nod de tensiune și de curent ventru (ris.1m). Acest fenomen este larg utilizat în tehnica UHF pentru crearea de sisteme oscilatorii pe segmentele de linii (ris.1l). Figura 1. t arată acest tip de meci pentru un număr de secțiuni de linii închise și deschise. În cazul liniei buclă deschisă la o distanță de un sfert de lungime de undă l / 4 de la un capăt deschis al liniei este întotdeauna formată tensiune nod (curba Umax1) - Această linie este echivalentă în proprietățile sale la un circuit de oscilație în serie, a cărui impedanță la cea mai mică rezonanță (filtru de derivație). În acest caz, linia de intrare se obține tensiunea de curent maxim și minim. Lungimea liniei deschis mai puțin de un sfert de lungime de undă (l l / 4, impedanța de intrare devine inductiv, și cu o lungime egală cu l / 2 echivalent cu linia circuitul oscilatorie paralel, având impedanță maximă la rezonanță (filtru notch). În acest caz, există o tensiune maximă și un curent minim de la terminalele de intrare. Pentru a reduce dimensiunea acestor linii pot fi utilizate capacitance extensie sau inductanță, care înlocuiește conectarea segmentelor de linie la distanță. - în cazul liniei scurte de aceeași lungime ca și Open, imaginea este inversată. Ce se întâmplă la capătul cozii, care este conectat la sarcina depinde de natura sarcinii. Dacă impedanța de sarcină este pur caracter activ (adică, nu are nici o componentă inductiv sau capacitiv) și valoarea sa este egală cu impedanța caracteristică a alimentatorului, fără probleme apar de unde electromagnetice în condiții de siguranță „alerga prin“ de la emițător la sarcină și este transferată energia electromagnetică integral „concediu“ sarcina - se va disipa în rezistor de sarcină este radiată sau de difuzare (în cazul în care o sarcină - impedanța de intrare a antenei). Acest val electromagnetice este numit incidentul. Dacă măsurăm tensiunea și distribuția de curent de-a lungul alimentatorului, se dovedește că acestea au valori constante pe toată lungimea sa (ris.2g cazul Rj = RF). Strict vorbind, acesta din urmă este valabilă numai pentru alimentatorul fără pierderi. O situație în care sarcina este pur rezistivă în natură și are aceeași rezistență egală cu impedanța caracteristică a alimentatorului, în practică, este extrem de rară. De obicei, acestea asimetrie apare rezistențe și / sau prezența unei sarcini nu numai activă, dar și componenta reactivă. Și, cel mai adesea observate de sarcină nepotrivire rezistivă, și prezența reactivitate. O măsură a gradului de aliniere greșită a alimentatorului la sarcină este raportul de undă staționară (VSWR). În cazul în care o potrivire perfectă a alimentatorului la sarcina nu este prezent, nici o parte a puterii de înaltă frecvență furnizată sarcinii (reflectată de acesta) și alimentatorul începe să se propage o undă electromagnetică în direcția opusă - la transmițător. Acest val se numește reflecție. Puterea reflectată de sarcina nepotriviți nicăieri se pierde (cu excepția pierderilor din alimentatorul). Unda reflectată este returnat la sursa de oscilații (subtracts din lungimea de undă incidente), iar efectul său este de a reduce puterea consumată de sursa de vibrații. Nu va încărca cititorul cu calcule inutile sunt descrise în detaliu în [1], cu excepția a spune că, atunci când VSWR încărcare = 3 absoarbe doar 75% din puterea undei incidente din cauza nepotrivirii emițătorului la alimentator. Trebuie subliniat faptul că unda reflectată asociat cu anumite incidente relațiilor (amplitudine și fază), și ambele există în alimentatorul simultan (deoarece viteza lor de propagare este foarte mare). Acest lucru conduce la faptul că în alimentatorul există un staționar (non-variabile în timp) de distribuție a curentului și tensiunii. Figura 2a. 2 și prezintă distribuția pentru diferite valori ale unei sarcini pur rezistivă (scurtcircuit inactivi), iar dacă sarcina este pur inductiv sau capacitiv.

Pentru sarcini pur reactive (capacitive sau inductive) în setul linie de picioare în modul val. Poziția maximele tensiunii curentului și depinde de inductanță sau capacitate la capătul alimentatorului. În circuitele reale sarcina (impedanta de intrare a antenei) este adesea complexă, cele care constau dintr-o rezistență conectată în serie și reactanță, dar, de obicei, reactivitatea este de obicei mai mică decât componenta rezistiv, astfel încât distribuția de curent și tensiune în linia de aproape de distribuția sarcinii active. Când în picioare valuri sau alimentator amestecat în raport cu generatorul are o impedanță de intrare diferită. Din moment ce acest model este stabilă în timp, vorbim despre valul în picioare. Are o perioadă egală cu o jumătate de lungime de undă (l / 2). Un val în picioare este caracterizat printr-un raport de undă staționară, definit ca raportul dintre amplitudinea maximă tensiune la amplitudinea minimă sau că exact la fel - raportul amplitudinilor curent la amplitudinea maximă la minimul. Din această definiție, primul lucru care vine în minte - este de a măsura SWR măsurarea distribuției de tensiune sau curent în alimentator, și anume găsi valorile maxime și minime ale acestor parametri, și împărțind unul de altul, pentru a găsi cabluri din oțel. Dacă tensiunea maximă în linia (la ventru) denotă Umax, iar cea minimă - Umin, CWS poate fi calculată în conformitate cu următoarele formule:

în cazul în care Imax și Imin - respectiv curentul de linie maxim și minim. Într-adevăr, această metodă are dreptul de a exista și utilizate pentru a determina VSWR în laborator la frecvențe mai mari de 100 MHz. Pentru aceste scopuri, utilizați linia de măsurare coaxial aer, echipat cu sonde de măsurare. La lungimi de undă mai scurte, această metodă este acum, practic, nu este utilizat, deoarece lungimea liniei de măsurare trebuie să fie de cel puțin L / 2 pentru cea mai mică frecvență de operare, care este de zeci de metri KB. Prin urmare, HF-tehnica, inclusiv amatori, folosind metoda mai simplă pentru măsurarea podului VSWR (sau OTDR). De altfel, dacă impedanța de sarcină este un caracter pur activ și cu acuratețe VSWR măsurate poate fi calculată prin împărțirea rezistenței de sarcină pe impedanța caracteristică a rezistenței cablului sau cablu la rezistența de sarcină (în funcție de care dintre cele două valori este mai mare). Această tehnică este utilizată pe scară largă în practică pentru calibrarea contorului SWR, încărcarea rezistoare lor normale non-inductive (MLT, BC). În cazul în care rezistența de sarcină este mai mare decât impedanța caracteristică a liniei ZL> ZL, KCB = Zl / ZL. Dacă ZL

Cu toate acestea, nu toti radioamatorii se îngropa în natura fizică a KCB, care este raportul dintre cel mai mare dintre impedanță (impedanța) la cel mai mic. Faptul că KCB semnificativ imposibil să se determine care dintre rezistențe este mare. De exemplu, dacă transmițătorul este compensata cu precizie la 75 ohmi alimentator și în care VSWR = 3, rezistența de intrare a antenei conectată direct la alimentator, și poate fi de 25 ohmi și 225 ohmi. Când Rf = 50 ohm, poate fi, în acest caz, 16,7 sau 150 ohmi sau complex (în funcție de raportul dintre lungimea liniei la lungimea de undă). De fapt, doar un dispozitiv special poate măsura impedanța antenei.