12.6.2. Резонансное симметрирование

Если антенна работает в относительно узкой полосе частот (приблизительно говоря, ее полоса меньше нескольких десятков % от центральной частоты), то для симметрирования можно использовать резонансные l/4 и l/2 отрезки линий.

На УКВ находит применение вариант устройства рис. 3.6.14, выполненного из трубок, как показано на рис. 12.6.3. Это объединение идей рис. 3.6.14 и рис. 12.6.1. Конструктивно и вибратор, и симметрирующую l/4 линию можно выполнить из одной трубки, с отверстиями для прохода кабеля вверху и внизу левой половины l/4 линии.

Рис. 12.6.3.

Полоса такого симметрирующего устройства достаточно широка. Она достигает десятков % (в зависимости от диаметра трубок) от центральной частоты. Более того, поскольку подключенный параллельно вибратору короткозамкнутый l/4 отрезок линии ведет себя по импедансу как параллельный LC-контур, то он может быть использован для расширения полосы вибратора, как описано в п. 3.5.1.2.1.

Основной недостаток конструкции рис. 12.6.3 – по внешним сторонам трубок l/4 линии течет ВЧ-ток. Поэтому влага и грязь, оседающие снаружи, увеличивают потери в устройстве.

При очень больших мощностях, когда используются коаксиальные линии питания не из кабелей, а из труб, симметрирование по схеме рис. 3.6.14 делают в конструктивном варианте, показанном на рис. 12.6.4, и называемом коаксиально-щелевым переходом.

Рис. 12.6.4.

Во внешней трубе коаксиальной линии делают два l/4 пропила. Верхние половинки трубы подсоединяются к вибратору, а центральная труба замыкается на одну из половинок. Несмотря на странноватый внешний вид, симметрирующее устройство рис. 12.6.4 полностью эквивалентно по схеме рис. 3.6.14 и мало отличается от 12.6.3. 

В отличие от предыдущей конструкции в коаксиально-щелевом переходе ВЧ-токи текут только по внутренней поверхности внешней трубы. Поэтому можно не заботиться о дополнительной защите этой трубы снаружи.

Еще одно классическое симметрирующее устройство, называемое четвертьволновым стаканом, показано на рис. 12.6.5. На внешнюю сторону оплетки надевается l/4 труба. Вверху она ни к чему не подключена, а внизу электрически соединена с внешней стороной оплетки.

Рис. 12.6.5

Получается l/4 резонатор (внутренняя поверхность наружной трубы – соединение внизу – внешняя сторона оплетки), короткозамкнутый на нижнем конце. Его входное сопротивление на верхнем конце (у вибратора) будет очень высоким. И именно оно встанет на пути паразитного тока, пытающегося затечь с антенны на внешнюю сторону оплетки кабеля.

Таким образом, l/4 стакан эквивалентен большому импедансу на внешней стороне оплетки, т.е. развязывающему дросселю (п. 12.6.1). Поэтому другое название четвертьволнового стакана – l/4 дроссель. В отличие от обычного развязывающего дросселя (катушка из кабеля), четвертьволновый дроссель может быть выполнен на любую, даже очень высокую частоту.

В смысле защиты от непогоды конструкция рис. 12.6.5 аналогична предыдущей. ВЧ-токи текут внутри внешней трубы, а ее внешняя сторона в дополнительной защите не нуждается. Но содержимое стакана необходимо хорошо закрывать от влаги и грязи. Добротность l/4 резонатора велика, и любые потери приведут к ее падению и росту потерь.

На УКВ также применяется симметрирующее U-колено (п. 3.6.5.3, рис. 3.6.16. и 3.6.17). Но в отличие от предыдущих конструкций этого раздела U-колено не только симметрирует, но и трансформирует сопротивление в 4 раза (п. 3.6.5.3). Но не всегда на антенне удобно подгонять Ra = 200 Ом, как это требует простое U-колено.

Поэтому на УКВ чаще используют модифицированное U-колено с дополнительными трансформаторами l/4.
Идея этого устройства заключается в следующем. Выходное сопротивление обычного U-колена со стороны антенны составляет Ra = 2 х 2Zo, где Zo – волновое сопротивление общего кабеля питания. То есть Ra = 2 х 100 Ом при 50-ти омном питающем кабеле, и Ra = 2 х 150 Ом при кабеле 75 Ом (п. 3.6.5.3, рис. 3.6.16). Если теперь на оба антенных выхода U-колена включить по l/4 трансформатору, то можно преобразовать высокое выходное сопротивление U-колена в низкое, более удобное.

Схема, реализующая данный принцип, показана на рис. 12.6.6, а практическая конструкция – на рис. 12.6.7. Точками A и B обозначены высокоомные выходы U-колена, одновременно являющиеся входами /4 трансформаторов. Точки С и D – выходы этих же трансформаторов, и всего устройства в целом.

Реализуемые Ra для различных сочетаний волнового сопротивления питающего кабеля Zo и волнового сопротивления Zu кабеля, из которого выполнено модифицированное U-колено, приведены в табл. 12.6.1.

Табл. 12.6.1.

Рис. 12.6.6.

Рис. 12.6.7.

Как следует из этой таблицы модифицированным U-коленом можно симметрировать (и одновременно согласовывать) антенны с низкими Ra. Наиболее распространено сочетание Zo = Zu = 50 Ом, при котором получается Ra = 50 Ом. Также удобно сочетание Zo = 50 Ом и Zu = 37,5 Ом, при котором получается согласование и симметрирование антенны с Ra =28 Ом (это сопротивление подходит для многих антенн Уда-Яги, см. раздел 7.2).