ОПТИМИЗАЦИЯ АНТЕНН С АКТИВНЫМ ПИТАНИЕМ

Тем, кто впервые знакомится с моими публикациями, напомню, что в самом начале освещались некоторые вопросы, связанные с адаптацией антенны под различные условия прохождения радиоволн (см. "Р-Д” №№ 11 – 13) для трасс различной протяженности, существуют свои оптимальные условия прохождения радиоволн, зависящие от расстояния до корреспондента, от количества переотражений земля - ионосфера и от состояния отражающей области ионосферы в конкретное время. Возможность изменения в небольших пределах угла излучения антенны обеспечивает более устойчивое отражение радиоволн от ионосферы для данной трассы в конкретное время, увеличивая уровень принимаемого сигнала. В этом случае, изменяя длину линии задержки в тракте питания одного из вибраторов, Можно в небольших пределах, изменять углы на клона диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости, то есть адаптировать антенну под оптимальный угол прихода радиоволн. При этом, изменение фазы, ведет к изменению амплитуд токов в каждом вибраторе.

Баланс амплитуд, в предыдущей схеме питания вибраторов, осуществлялся применением гибридного кольца с неравным делением мощности между каналами. Величина неравного деления выбирается, исходя из измерений при настройке антенны на маяк-генератор. Эта схема не позволяет оперативно изменить соотношение амплитуд токов в вибраторах антенны. По такой схеме, для полной адаптации, пришлось бы изготовить несколько гибридных колец с разным делением мощности, что усложнило бы схему коммутации.

Следует отметить - применение даже одного гибридного кольца с неравным делением мощности, настроенного по маяку-генератору, уже существенно улучшает параметры антенны!

Так возможно ли в принципе оптимизировать рассматриваемую антенную систему? В процессе поиска ответа на этот вопрос получен положительный результат - как всегда все гениальное просто. Вернемся еще раз к рассмотрению гибридного кольца, включенного по схеме аттенюатора, рис. 25.

Рис.25

Переменный аттенюатор с изменением затухания от очень малых до больших величин может быть образован из двух гибридных колец и переменного фазовращателя (или отрезков линии разной длины). В этом устройстве первое гибридное кольцо разделяет сигнал на два канала. Через отрезки линий различной длины сигналы подаются на два взаимно развязанных входа (3 и 4) второго гибридного кольца. На выход аттенюатора попадает сумма этих сигналов, а в поглощающее сопротивление Е второго гибридного кольца разность сигналов.

Разность фаз сигналов, поступающих на входы З и 4 второго гибридного кольца, регулируется фазовращателем, включенным в один из каналов. В зависимости от разности фаз, изменяется соотношение между мощностью выходного сигнала и мощностью, рассеиваемой на поглощающем сопротивлении R2. Если эти сигналы синфазны, то вся мощность поступает на выход аттенюатора и его затухание имеет минимальную величину, определяемую потерями в соединительных отрезках линий и в линиях гибридных колец. Если же разность фаз сигналов составляет 180°, то, наоборот, вся мощность выделяется в поглощающем резисторе R2 и сигнал на выходе аттенюатора будет равен нулю. Аттенюатор согласован как со стороны входа, так и со стороны выхода. Если линию задержки выбрать равной 90° (0,25?) то мощность подаваемая на вход аттенюатора разделится поровну между выходом аттенюатора и поглощающим резистором R2.

Вот здесь и появилась идея исключить из схемы поглощающий резистор R2 а на его место подключить один из вибраторов антенны. Второй вибратор подключаем к выходу аттенюатора. Схема аттенюатора превратилась в схему деления мощности с любым коэффициентом деления между каналами, при этом разность фаз между этими двумя выходами равна 90° при любом коэффициенте деления, рис. 26.

Рис. 26

Итак, при длине линии задержки 90°, обеспечивается равное деление мощности между каналами. Если длина линии задержки больше или меньше 90° то происходит перераспределение амплитуд токов в вибраторах. По маяку-передатчику мы проводим балансировку схемы на максимальное подавление заднего лепестка: одним фазовращателем подбираем необходимое значение фазы, вторым - уровень амплитуды и запоминаем полученные значения.

Так как настройка на максимальное подавление заднего лепестка не совпадает с настройкой на максимальное усиление вперед, необходимо провести дополнительную настройку по индикатору напряженности поля, выбрав новые оптимальные значения фазы и амплитуды. Если эти значения отличаются между собой на небольшие величины, можно пользоваться средними значениями, если же разница велика, то необходимо поставить дополнительное реле для каждой из линий задержек, чтобы при переходе с приема на передачу выдерживались оптимальные значения амплитуд и фаз.

От этих значений в реальном эфире и будет производиться настройка или адаптация антенны под конкретную трассу при разных условиях прохождения сигнала. Работая в эфире можно собрать статистику этих значений для оперативной адаптации антенны при работе на ранее изученных трассах.

В этой схеме используются 3-х децибельяые гибридные кольца. В диапазоне УКВ гибридные кольца могут быть изготовлены или из коаксиального кабеля, или в полосковом варианте. В диапазоне КВ - на дискретных элементах с равным делением мощности. Следует отметить, в схеме с равным делением мощности параллельно каждому входу оказались включенными по два реактивных элемента, которые можно заменить одним. Новая схема примет вид, рис. 27.

Рис. 27

Величины элементов рассчитываются отдельно для каждого из используемых любительских диапазонов.

Для диапазона 14, 150 МГц:

С2 = 159 пФ,

С1 (объединенный конденсатор из расчета С1+С2) = 318 пФ,

L1 = 0,8 мкГн,

L2 = 0,8 мкГн.

Для диапазона 7 МГц:

(умножаем все предыдущие значения на два)

С1 = 318 пФ,

С2 = 636 пФ,

L1 = L2 = 1,6 мкГн.

Для диапазона 3,5 МГц:

(также умножаем все предыдущие значения на два)

С1 = 636 пФ,

С2 = 1272 пФ,

L1 = L2 = 3,2 мкГн.

На рис. 28 приведен эскиз размещения элементов гибридного кольца, коммутационные элементы не показаны.

Рис. 28

Вместо галетных переключателей можно использовать реле, переключающее линии задержки разной длины, при этом появляется возможность дистанционной настройки, а применение цифрового управления придает еще большую гибкость всей системе в целом.

На третий разъем ставится полагающийся резистор 50 Ом. Второй и шестой разъемы идут на переключаемую линию задержки. Необходимо отметить, что при изменении в больших пределах фазовых соотношений между вибраторами, изменяется и входное сопротивление вибраторов, поэтому при подборе оптимальных значений фазы необходима коррекция трансформаторов сопротивлений. Появившееся расхождение сразу же будет заметно по показаниям второго и третьего КСВ-метров.

Замечание

В процессе настройки дискретной, многоэлементной линии задержки (фазовращателя), выявлены некоторые недостатки. Например, при коммутации большого количества отрезков коаксиальных линий, из которых собирается дискретный фазовращатель, происходит ухудшение КСВ самого фазовращателя, связанное с рассогласованием в местах коммутации и распайки кабеля, будь то галетные переключатели, реле или микротумблеры, из-за рассогласования волнового сопротивления в местах коммутации.

В длинной коаксиальной линии передачи, составленной из большого количества отрезков, появляется много неоднородностей, что приводит к ухудшению КСВ. Применение коаксиальных реле дорого. Поэтому не стоит экономить коаксиальный кабель, включая последовательно несколько отрезков, желательно иметь только две точки коммутации. На пример, нам нужен дискретный фазовращатель 90±20° с шагом 10°. для этого необходимо рассчитать длину пяти отрезков коаксиального кабеля на 70, 80, 90, 100, 110° под конкретную частоту и коммутировать поочередно каждый из отрезков. После изготовления фазовращателя его следует проверить на КСВ на согласованной нагрузке. Небольшую коррекцию КСВ можно осуществить подбором величины емкости двух конденсаторов, включенных между контактами переключателя и "землей”.

EW8AU
В. Приходько