Трапы из коаксиального кабеля

Трап из коаксиального кабеля наиболее практичен для самостоятельного изготовления. Он сочетает хорошие параметры, конструктивную простоту и низкую стоимость. Принцип очень прост: если намотать катушку трапа оплеткой коаксиального кабеля, а в качестве конденсатора использовать емкость между центральной жилой и оплёткой, то получится параллельный LC контур (рис.1).

Рис. 1.

Несмотря на кажущуюся очевидность идеи, трап из коаксиального кабеля известен относительно недавно. Его описал R. Johns (W3JIP) лишь в 1981 году.

Достоинствами трапа из коаксиального кабеля являются:

• Низкая стоимость. Требуется лишь несколько метров кабеля.
• Высокое пробивное напряжение. Так широко распространенный кабель RG58 (внешний диаметр 5 мм) выдерживает амплитуду до 2,5 кВ (в справочниках приводится цифра эффективного напряжения, которое в 1,4 раза меньше амплитудного).
• Легко достичь оптимального по добротности отношения длины катушки к её диаметру - 0,45.
• Удобство подстройки. Растяжением-сжатием витков катушки.

Недостатки тоже есть, как же без них:

• Конструкция открыта и нуждается в защите от осадков. В случае проволочной антенны такой защитой может быть пластиковая бутылка, разрезанная вдоль боковой стороны и надетая на трап.
• При заданной частоте нельзя получить произвольное соотношение L и С трапа, т.к. оно определяется конструкцией катушки и волновым сопротивлением используемого кабеля и может быть изменено лишь незначительно при изменении диаметра трапа
• Можно использовать только кабели со сплошной внутренней изоляцией. Вспененный диэлектрик, часто применяемый в кабелях с малыми потерями, в данном случае использовать не желательно. Он ограничивает радиус изгиба кабеля и сильно снижает его пробивное напряжение.
• Не очень высокая холостая добротность Q = 100…300. Зависит от толщины и потерь используемого кабеля. Например, коаксиальный трап по схеме рис. 5.3.8 из кабеля RG58 на частоте 7 МГц имеет Q = 140. Такой же трап из более толстого кабеля SKB-89 (75 Ом, диаметр 7 мм, вспененный диэлектрик) имеет Q = 220.
• При использовании кабелей 50 и 75 Ом реактивное сопротивление jX катушки трапа на резонансе не превышает 200 Ом (типично 100..150). А это слишком мало для получения высокого сопротивления трапа на резонансе R_OE. Особенно учитывая далеко не рекордную добротность коаксиального трапа.

Для преодоления последнего недостатка используют схему включения, показанную на рис. 2.

Рис. 2.

Катушка в этом трапе состоит из двух: первая, как и в схеме рис. 1, намотана оплеткой, вторая - центральной жилой. Поскольку длина катушки та же самая, а число витков увеличилось вдвое, то индуктивность возрастает вчетверо, по сравнению со схемой рис. 1. Сложнее показать, что емкость снижается вчетверо по сравнению с трапом рис. 1.

Поэтому просто поверьте на слово - емкость действительно снижается вчетверо. Не желающим верить предоставляется возможность доказать это самостоятельно (подсказка: разбейте длину кабеля трапа пополам и разберитесь, почему емкости этих половин в данном случае включены последовательно, а не параллельно, как на рис. 1).

Таким образом, частота трапа не меняется (L вчетверо увеличивается, С во столько же раз уменьшается) при переходе от схемы рис 1 к рис. 2.

А как влияет этот переход на добротность? Как ни странно, тоже никак. С одной стороны, увеличение индуктивности должно увеличивать Q катушки. Но это при одинаковом диаметре провода во всей катушке. В данном же случае рост индуктивности идет за счет дополнительной обмотки из центральной жилы. А она значительно тоньше оплетки, поэтому потери в ней заметно выше и снижают добротность. В результате выходит "то на то", и Q трапа практически не меняется.

Таким образом, трап по схеме рис. 2 при неизменных Q и частоте имеет L и R_OE вчетверо выше, чем трап по схеме рис. 1.

Коаксиальный трап по схеме рис. 1 имеет Q = 100…300 (ограничивается толщиной кабеля и его потерями) и R_OE > 12…25 кОм.

Коаксиальный трап по схеме рис 2. имеет Q = 100 … 300 (ограничивается толщиной кабеля и его потерями) и R_OE > 50…100 кОм.

При мощности в 100 Вт трап должен быть рассчитан (с двукратным запасом по напряжению для надежности) на 2 кВ пикового напряжения, а при 1 кВт - на 6 кВ. Тип кабеля выбирается исходя из этих напряжений. В паспорте кабеля обычно приводят эффективное значение максимально допустимого напряжения. Не забывайте умножать его на 1,4, чтобы получить пиковое значение.

Имейте также в виду, что для рис. 1 напряжение на трапе может быть вдвое выше допустимого для кабеля, т.к. в этой схеме конденсатор трапа состоит из двух последовательно включенных.

Для большинства кабелей с изоляцией из сплошного полиэтилена справедлива следующая грубая оценка: кабели внешним диаметром 5 мм пригодны для длительной и надежной работы в трапах при мощности до 100 Вт в схеме рис. 1 и до 400 Вт в схеме рис. 2, кабели диаметром 10 мм - при 1 и 4 кВт соответственно.

Однако часто имеет смысл выбирать диаметр кабеля исходя не из мощности, а из добротности, которая быстро растет с увеличением толщины кабеля.
Проще всего рассчитать трап из коаксиального кабеля с помощью программы программы VE6YP, но более удобно это сделать с помощью её русифицированного варианта (download 30 kB). Программа не просто переведена, в её базу добавлено несколько десятков типов кабелей, в том числе производства СНГ.

Метода расчета:

• Выберите из списка ваш кабель.
• Если же случится, что вашего кабеля нет в списке, то его внешний диаметр (по изоляции) и погонную емкость придется задать вручную.
• Укажите требуемую частоту трапа и диаметр катушки. Подбирая последний, добейтесь отношения длины катушки к её диаметру близкого к 0,45 (оптимум по добротности).
• При использовании схемы включения рис. 2 увеличьте рассчитанные программой [7] значения L и jX вчетверо, а С - уменьшите вчетверо.

Хелп-файл я не переводил (более того - удалил имеющийся английский, ибо в нем имелись принципиальные неточности, особенно, в отношение схемы рис. 2 ), поэтому, если вам что-то окажется непонятным, воспользуйтесь нижеприведенной картинкой. Просто наведите курсор на непонятное место - всплывет подсказка.

На главную - Main page >>