Ежедневный радиожурнал со звуком. Иногда с юмором. Всегда с картинками

22.04.2020

Вечер теории: Полуволновой трансформатор

    Я не буду скрывать, что я хвастунишка: научился пользоваться прибором:-).  Ну или теоретик аксиом ;-)  Короче, скорее с целью вас развлечь, чем практической пользы для, рассмотрим процесс изготовления полуволнового трансформатора в качестве фидера снижения для QRP передатчика. Ранее я писал, что если вы хотите реально работать QRP, антенна должна быть эффективной на этом диапазоне (у нас Pixie - 7040 мГц). Как минимум, не гармоническая, а реально резонансная на 40 метров и БЕЗ согласующего устройства.  То есть с реальным SWR близким к единице. Первостепенную важность приобретает тракт антенна-фидер.
  Вообще-то мысль о том, что для работы QRPP трансивером Pixie следует сделать отдельную антенну на сорок метров, если её  еще нет, и "вылизывать" степень согласования до уровня "отлично" слегка ненормальна :-)  Чаще делается наоборот, выезжаем в поле, бросаем длинный провод куда глаза глядят, включаем трансивер и CQляем до посинения, пока кто-нибудь не ответит.... То есть ждём счастливого случая. Потом с гордостью описываем в "охотничьих байках" что на 1 ватт сработали Южную Америку.  А если счастливого случая не будет?   Потратим время, бензин, деньги и веру бесполезно. Все помнят классику "водка без пива - деньги на ветер....!"? Я помню лозунг времён СССР - "мы пойдём другим путём".  Попытаемся "засунуть" наш единственный ватт в реально работающую антенну. То есть - делаем нормальную антенну на 40 метров, эффективную линию передачи антенна-трансивер и после этого попытаемся оценить возможность провести QSO и привлекательность QRP работы. 
 Мы сделаем антенну о которой с детства знаем что она железно работает. Диполь. Или инвертед V. Но это завтра. Сегодня займёмся инструментом передачи энергии от антенны к приёмнику. То есть фидером.
Как я бы делал это лет пять назад? Просто. Берём рулетку, идём в гараж. Отрезаем от бухты кабеля полволны на 40 метров и припаиваем разъём. Всё.  Готово. Но потом выясниться, что кабель не 50 Ом, а 62, и коэффициент укорочения не 0,66, а 0,64, что на длине двух полуволн (ну меньше не выходит, далеко будет висеть антенна) уже значительная разница в длине.  Короче, в качестве аргумента, фото кучи отрезков кабеля, на которые я вчера искромсал 30 метров совсем неплохого лёгкого армейского кабеля.

     Сегодня я вооружился знаниями и приборами. Ну, по хорошему хватит одного, уже совсем недорого, стоимостью две-три бухты испорченного кабеля, векторного анализатора nanoVNA. По хорошему злят ролики в интернете в которых мастера аналитики разводят руками и картинками на лайки нас, серых аматоров, в которых повествуют что полуволновый трансформатор имеет вот тут резонанс, а вот тут свойство трансформировать, а вот тут КСВ единица и подобное. Одним словом для тех, кто сам не сталкивался, азы, и не верьте другому. 
Нет у полуволнового трансформатора КСВ.   На экране анализатора и правда можно увидеть минимум в окне КСВ, но это только тогда, когда к отмеренному и проверенному трансформатору подключат нагрузку  равную входному импедансу анализатора - в 50 Ом.  Если с другой стороны  кабеля-трансформатора ничего не включено, опять таки, мы не увидим бесконечного сопротивления: за счёт паразитной ёмкости  (и индуктивности) самого кабеля увидим величину что-то от 600 Ом до 1-2 килоом. А если кабель замкнём с другой стороны, то сопротивление (даже активное) будет не 0 Ом, а 5-15 (зависит от длины кабеля-трансформатора, а она зависит от того, на какую частоту мы этот трансформатор делаем). Всё это очевидные вещи если согласиться с тем, что полуволновый трансформатор на РАБОЧЕЙ  частоте передаёт на вход импеданс с другого конца кабеля. Но с влиянием паразитных ёмкости, индуктивности и активного сопротивления центральной жилы на этой длине. Тем не менее этот трансформатор можно делать из кабеля любого волнового сопротивления.  Отрезок кабеля есть резонансная система и соответственно будет резонировать на гармониках. То есть если нас интересует трансформатор на 40 метров длиною более 20-ти метров (расстояние от передатчика до реальной антенны), то это будут две полуволны. И соответственно на графиках мы увидим  то , что нам нужно, уже ВТОРЫМ резонансом на графике импеданса, так как первый будет в диапазоне 80 метров (две полуволны на 40 метров составят одну на 80).
Этим можно объяснить сложности для начинающих радиолюбителей. На скриншоте белый маркер - частота 7040. Слева виден первый резонанс - 3520, а справа остальные, нам не интересные.  Этот пик должен быть точно на той частоте, что будет рабочей для этого трансформатора.  Определив его, развернём картинку  для того чтобы наблюдать было удобнее. На втором скриншоте "развёртка" от 6 до 8 мгц, и графики  КСВ (VSWR), полного импеданса (Z) и наложение графиков активного сопротивления и реактивного. При РАЗОМКНУТОМ дальнем конце трансформатора. Хорошо заметно, что импеданс равен примерно 600-там омам (для этого кабеля), а реактивная составляющая при этом всё равно близка к нолю.

 Если закоротить дальний конец кабеля, то импеданс Z станет равен примерно 10 Омам, величина активного сопротивления жилы кабеля. И, наконец, если мы подключим с той стороны резистор 50 Ом или любое другое, то увидим это сопротивление на этой стороне кабеля. На третьем скриншоте случай с сопротивление  50 Ом. На нём мы видим КСВ близкий к единице, импеданс равный 54 Ома и реактивная составляющая около 2 Ом
Всё вышеописанное справедливо для УЖЕ НАСТРОННОГО (полуволнового) трансформатора с длиной в две полволны, так как длины кабеля в половину волны не хватит до предполагаемого расположения антенны (между двух сосен на расстоянии 25 метров). 
При настройке кабеля советую доподлинно выяснить его коэффициент укорочения и проверить его на имеющемся отрезке. Но настраивать длину трансформатора всё равно по резонансу. Измеряем реальную длину в сантиметрах, измеряем длину по прибору и, если нужно, корректируем КУ. Он будет заметно отличаться от того, что вы найдёте на сайте производителя. Если найдётё :-) Мне не удалось и пришлось "вычислять" КУ тремя замерами и усреднением результата. Внешний диаметр кабеля 4 мм, изолятор - вспененый полиуретан, КУ - 0,68!  Зато лёгкий как пушинка. Скорее всего весь вес приходится на качественную медную оплётку.



С помощью анализатора определяем электрическую величину нашего трансформатора. Заодно пронаблюдаем что будет представлять из себя импеданс нашего отрезка кабеля на различной длине (желтый график). На частотах  ДО резонанса его волновое сопротивление равно  75 Ом, видно на графике. В момент перехода через резонанс оно резко возрастает и в интервале между резонансом и второй гармоникой возрастает примерно в пять раз и так далее. Это при разомкнутом кабеле. Что происходит при подключении нагрузки мы рассмтрели ранее.
Продолжение завтра. Сейчас пора с внучкой английским заниматься. Их училка  по телефону провела мастер-класс :-) Пойду, пока не забыл про he did ;-)
© Copyright 2011-2019 UY2RA, UN7FGO   All rights reserved.    Все права защищены.    Пожалуйста уважайте их. Использование материалов c этого сайта разрешается только с указанием АКТИВНОЙ ссылки на этот сайт.

FREE & OPEN UKRAINIAN HAM  RADIO  BANNERS NET