Рамочная антенна из коаксиального кабеля, описанная в статье "УКВ рамка 50 Ом из коаксиала 75 Ом" имеет не только много плюсов (дешевизна, широкая полоса, быстрота изготовления), но и один минус: нужен 75-ти омный кабель. А он не всегда бывает под руками. Особенно такой, оплетку которого можно паять (т.е. она не из фольги, как у большинства современных ТВ кабелей).
Номенклатура 50-ти омных коаксиальных кабелей шире, и они чаще бывают в наличии (во всяком случае у меня) и оплетки у них как правило посущественнее, чем просто фольга. Поэтому возникла задача сделать антенну, аналогичную описанной ранее, но из 50-ти омного кабеля.
Излучающая часть антенны осталась той же самой: волновая рамка из оплетки коаксиального кабеля со входным сопротивлением ~120 Ом. И точно так же требуется её согласование на 50 Ом.
Т.к. у нас теперь 50-ти омный коаксиальный кабель, то нельзя обойтись просто четвертьволновым отрезком, как в рамке из 75-ти омного кабеля. Требуется более сложное согласование.
Это согласование сделано из двух отрезков 50-ти омного кабеля. С минимальным усложнением конструкции.
Показана следующем рисунке:
Антенна делается из одного небольшого куска 50-ти омного кабеля (о выборе его и длины и размеров рамки см. ниже) с коэффициентом укорочения Кук (из паспорта кабеля). Основной питающий 50-ти омный кабель (такой же, как и на антенне), идущий от антенны вниз к трансиверу, должен иметь небольшой запас (с физической длиной 0,133λ•Кук + два раза по несколько миллиметров на разделку концов для пайки). Этот запас нам понадобится как часть согласующего устройства.
Длина кабеля, размеры рамки и согласующего отрезка выбираются из следующих соображений:
Излучающей антенной является рамка из внешней стороны оплетки кабеля от места сгиба (т.е. верхнего по рисунку конца отрезка согласования) до конца кабеля. Электрический периметр рамки должен быть ~ 1,03 ... 1,05λ (на VHF довольно высокие значения коэффициента удлинения рамки). Но оплетка сверху покрыта внешней пластиковой изоляцией, которая оказывает заметное укорачивающее действие и компенсирует коэффициент удлинения. Поэтому физический периметр круглой рамки из кабеля получается ~1λ. А её диаметр, соответственно 0,32λ.
Электрическая длина кабеля антенны (от разделанного конца до точки, обозначенной на рисунке как кабельный тройник) должна быть: n•λ/2 + 0,1588λ. То есть сначала полуволновый повторитель (не меняющий импеданс) + отрезок согласования 0,1588λ (который будет первым каскадом согласующего устройства).
На собственно рамку уйдет кусок кабеля с физической длиной 1λ (как мы видели в п.1). Внутренняя электрическая длина этого куска будет Lа = 1λ/Кук, т.е. заметно больше, чем 1λ.
Поэтому электрическая длина кабеля антенны Lэ выбирается только из двух возможных значений: 1,1588λ (две полуволны + отрезок согласования) или 1,6588λ (три полуволны + отрезок согласования). Смотря по тому, какая из этих двух цифр ближе к (но не меньше) Lа.
Физическая длина кабеля антенны будет Lф = Lэ•Кук, где Lэ – выбранное в предыдущем пункте значение.
Физическая длина отрезка согласования определится как L = Lф – 1λ.
К нижнему концу отрезка согласования подключен шунтирующий отрезок L кабеля (закороченный на нижнем конце) электрической длиной 0,133λ, а физической 0,133λ•Кук. В точке соединения отрезка согласования и шунтирующего отрезка сопротивление будет 50 Ом и в эту точку подключается питающий коаксиальный кабель любой длины до трансивера.
Пример 1.
Кабель RG-58 С/U со сплошной изоляцией. Кук = 0,66. Тогда Lа = 1λ/0,66 = 1,515λ. Выбираем Lэ = 1,6588λ. Тогда Lф = 1,6588λ•0,66 = 1,095λ. Физическая длина согласующего отрезка будет 1,095λ - 1λ = 0,095λ. Физическая длина шунтирующего отрезка 0,133λ•0,66 = 0,0878λ.
Пример 2.
Кабель RG-58 A/U со вспененной изоляцией и Кук = 0,79. Тогда Lа = 1λ/0,79 = 1,266λ. Выбираем Lэ = 1,6588λ. Тогда Lф = 1,6588λ•0,79 = 1,310λ. Физическая длина отрезка согласования будет 1,310λ - 1λ = 0,310λ. Физическая длина шунтирующего отрезка 0,133λ•0,79 = 0,105λ.
Технология изготовления антенны следующая:
Отрезается кусок 50-ти омного кабеля рассчитанной выше в пункте 5 длины Lф с небольшим запасом несколько мм на разделку и пайку.
На его верхнем конце оплетка срезается на несколько мм, а центральная жила оголяется.
От разделанного верхнего конца отступается ровно одна длина волны и в этом месте аккуратно вскрывается внешняя изоляция кабеля, не повреждая оплетку, так чтобы ее фрагмент был доступен для пайки.
К этому фрагменту припаивается центральная жила верхнего конца. И это соединение изолируется от осадков любым нейтральным герметиком.
Получившейся петле придается круглая или квадратная форма.
Нижний конец отрезка согласования разделывается.
Основной 50-ти омный кабель питания закорачивается на конце и герметизируеся.
Отступив от этого конца вычисленную в п.7. предыдущего списка длину шунтирующего отрезка L, вскрываем изоляцию и добирается до центральной жилы и оплетки, не разрывая последних. Припаиваем к ним разделанный нижний конец отрезка согласования. И герметизируем получившийся кабельный тройник .
Выглядит занудно и сложно. Но фактически, потребуется лишь разделать кабель в трех местах, сделать в них пайки и загерметизировать эти места.
Полоса антенны из кабеля RG-58 A/U по КСВ < 1,5 в диапазоне 433 MHz составила около 40 MHz (т.е. примерно 10%, как и у рамки из 75-ти омного кабеля). Поэтому, если при изготовлении не было больших ошибок в размерах, не требуется никакой подстройки.
Расходы на антенну минимальны: дополнительно к основному 50-ти омному питающему коаксиаду накинуть ~1,5λ (т.е. например, чуть больше метра на диапазон 433 MHz), немного нейтрального герметика и час работы.