Russian Hamradio - З’єднання трансівера та РА
Багато радіоаматорів, за давно заведеною традицією, використовують велику різноманітність саморобної апаратури, зібраної з підручних елементів та матеріалів. Немає нічого дивного в тому, що і підсилювачі потужності трансівера, що використовується, як правило, як збудник для потужнішого вихідного каскаду, збираються також за різними принциповими схемами. Більшість підсилювачів збираються на потужних генераторних лампах. Схеми включення ламп і режими постійного струму різноманітні, у результаті, неоднозначні їх вхідні і вихідні опору.
Правильний вибір довжини коаксіального кабелю, що з'єднує трансівер із підсилювачем потужності, має велике значення. Можна з упевненістю констатувати, що виникає необхідність трансформувати вихідний опір підсилювача потужності трансівера у вхідний опір потужного вихідного каскаду. І якщо це зроблено правильно, то з'єднувальний кабель не буде істотно впливати на цей процес.
Розрізняються три характерні випадки, коли трансівер знаходиться поруч із підсилювачем потужності (на одному столі) і довжина сполучного кабелю незначна - близько 1м; Трансивер розташований на відстані 3 . 5 м від підсилювача потужності та трансівер знаходиться у віддаленні від підсилювача потужності на відстані 10. 12 м.
Перший випадок. Довжина коаксіального кабелю, що з'єднує трансівер з підсилювачем потужності - 0,5. 1м.
Якщо електрична довжина коаксіального кабелю менша за 0,1 l (l - довжина хвилі), то кабель можна розглядати як електричну ємність. Кабель довжиною L має ємність:
Скаб = Спіг Lкаб, де:
- Спіг = 50. 100 пФ - погонна ємність конкретного кабелю [пФ/м] - довідкова величина. Кабель довжиною 70 см має ємність близько 50 пФ.
У трансівері, на виході якого є П-контур, що перебудовується, рис. 1, ця ємність може бути компенсована зменшенням ємності антенного конденсатора С2, практично на всіх аматорських діапазонах. Необхідно також пам'ятати, що вхідна ємність підсилювача потужності Свх - паразитна ємність, вплив якої бажано компенсувати або зменшити.
У випадку вихідних контурів або ФНЧ, що не перебудовуються, ємність з'єднувального кабелю вже явно зайва. Вона неузгоджує вихід трансівера і через неї протікає реактивний струм, що зменшує "розгойдування" і погіршує лінійність вихідного каскаду. Крім іншого, існує пряма залежність від частоти і від напруги збудження.
Лампові підсилювачі потужності, як правило, збираються за схемою із загальним катодом або за схемою із заземленою сіткою (сітками). З метою компенсації погонної ємності кабелю для підсилювачів, зібраних за схемою із загальним катодом, рис.2 рекомендується встановлювати на вході підсилювача потужності коливальний контур з котушкою зв'язку, що перемикається на кожному аматорському діапазоні. У таблиці 1 наводяться величини елементів п'яти діапазонів.
Кількість витків L2
Кількість витків L1
Налаштовані контури на вході підсилювача у схемі із загальним катодом покращують лінійність і це особливо стає помітним, коли каскад працює зі струмами першої сітки на піках збудливої напруги – у класі АВ2, а також знижують проникнення вищих гармонік. Радіоаматори старшого покоління добре пам'ятають про це.
Останнім часом на вході вихідного каскаду, мабуть з метою спрощення, встановлюють щось подібне до автотрансформатора на феритовому кільці. Однак подібні автотрансформатори не дозволяють оптимально узгодити вхідне та виходів.опору та нейтралізувати шкідливий вплив сполучного коаксіального кабелю.
Якщо підсилювач виконаний за схемою із заземленими сітками, то на його вході рекомендується встановити перемикання П-контуру (ФНЧ), рис.3. Котушки LI. L5 намотані на ребристих каркасах діаметром 12 мм. У величину С2 входять Свх. Ламп (и) та Змонт. Особливо слід зазначити, що у цьому випадку Свх. Ламп (и) вже не шунтує вхідний ланцюг підсилювача, особливо на діапазонах ВЧ.
П-контур на вході такого підсилювача потужності підвищує ККД каскаду на 4-5 %, яке лінійність підвищується на 3-4 дБ через те, що вхідна напруга стає симетричним. З метою спрощення конструкції на вході підсилювача можна встановити П-контур з відводами на кожен аматорський діапазон, рис.4. Котушка LI має 17 витків дроту ПЕВ-2 – 1,3 мм. Намотана на каркасі діаметром 30 мм, довжина намотування 60 мм. Відведення від 2,4 та 10 витків. Котушка L2 - безкаркасна - 0,45 мкГ. Містить 5 витків ПЕВ-2 - 2 мм. Діаметр і довжина намотування - 25 мм. Для 160 М діапазону треба додати котушку L3 (на схемі не показано), аналогічну L1.
П-контур на вході підсилювача потужності розраховується аналогічно анодному, але для цього необхідно знати вхідний еквівалентний опір підсилювача. У схемі із заземленими сітками вхідний опір залежить від частоти, крутості ламп (и), величини анодного струму, вхідної ємності тощо.
Rвx (Ом] = 1,8/S10 3 де:
- S — крутість лампи [мА/В] — довідкова величина, визначається для якогось типового режиму.
Тому цей спосіб визначення вхідного опору неточний. Існує спосіб досить простого визначення реального, вхідного опору підсилювача потужності Rвx, причому, експериментально, для цілкомпевної величини анодного струму кожному аматорському діапазоні.
Для цього використовується КСВ-метр, який підключається між трансівером та підсилювачем потужності. Перевірка узгодження проводиться на кожному діапазоні добре відкаліброваним КСВ-метром за максимально допустимої потужності. Перед вимірами необхідно переконатися, що П-контур трансівера налаштований для роботи на еквівалент навантаження 75 (50) Ом. Вимірюється КСВ, який має бути не гірший від 1,1 - 1,2.
Пропонується така методика.
Трансивер підключається до РА через КСВ-метр. П-контуром трансівера досягаємо найкращого узгодження при максимально допустимій потужності "розгойдування" РА. ВЧ-вольтметр вимірюємо величину напруги збудження на катоді лампи - Uвозб. мах. Потім вихід трансівера також через КСВ-метр навантажуємо на еквівалент навантаження і досягаємо KCB Min, не гірше 1,1. ВЧ вольтметром вимірюємо напругу на еквіваленті навантаження - Uекв.
Після чого розрахуємо потужність, що віддається:
Припустимо, Uекв. = 80В, Rекв = 75 Ом, Uвозб. = 100В. Тоді Рекв. = 802/75 = 85,5 Вт.
Знаходимо вхідний опір підсилювача:
Rвx = U 2 возб. мах /2Р = 58,5 Ом
Рис.5.
Маючи значення Rнагр. трансівера та Rвх підсилювача потужності, стає можливим розрахувати параметри П-контуру у вхідному ланцюгу підсилювача з урахуванням ємності кабелю, вхідної ємності ламп (и) та ємності монтажу. Місткість монтажу вибирається 10 - 20 пф. Параметри П-контуру визначаються для кожного діапазону, вони залежать від частоти.
Наприклад, отримали С1 = 200 пФ, С2 = 150 пФ
Lкаб = 0,7см, Спіг. каб. = 70 пФ/м Скаб. = 0,7 х70 = 49 пФ.
Виберемо Змонт - 15 пФ, тоді ^
С1' = С1- Ск = 200 - 49 = 151 пФ;
С2' = С2 - З монт = 150 - 15 = 135 пФ,
Встановлюємоотримані значення ємностей С1' і С2', а остаточне підстроювання здійснюємо домагаючись мінімуму КСВ при максимальній вихідній потужності. Звичайно, можна попередньо не розраховувати П-контур, а визначити його параметри експериментально, але для цього знадобиться значно більше часу та терпіння.
Для оптимізації енергетичних показників при виборі схеми підсилювача потужності, генераторної лампи або ламп і способу їх включення, бажано пам'ятати про те, що у разі запасу потужності збуджуючої напруги, краще використовувати включення ламп (и) за схемою із заземленими сітками. І, навпаки, коли запасу потужності " розскачки " немає, то вибирається схема із загальним катодом, рис.6.
Спершу розглянемо третій випадок. Підсилювач потужності розташований за 10 - 12 м від трансівера - в іншій кімнаті або на балконі.
Виберемо електричну довжину з'єднувального кабелю рівною X12 на діапазоні 40 м. Його довжина з урахуванням Кукор. кабелю. Для діапазонів 40 – 20 – 15 – 10 м електрична довжина кабелю кратна цілому числу напівхвиль, відповідно n = 1, 2, 3, 4 і т.д. Але в діапазоні 80 м цей же відрізок кабелю поводитиметься, як чвертьхвильовий трансформатор.
Наприклад, якщо Rвх. ус. = 200 Ом, а хвильовий опір кабелю 100 Ом, то до виходу трансівера буде приєднано навантаження:
Rн = Rk 2 / Rвx = 100 2 / 200 = 50 Ом
Щоб зберегти навантаження, що дорівнює 200 Ом, кабель і на цьому діапазоні повинен бути напівхвильовим, працювати як трансформатор 1:1 і не впливати при узгодженні навантаження. Просте рішення - збільшити його довжину до 28 м-коду.Але можна замінити 14-метровий відрізок кабелю з його еквівалент, а еквівалентом буде вже добре знайомий П-контур, рис.7.
Дані П-контуру для 75-омного коаксіального кабелю на діапазон 80 м С1 = С2 = 560 пФ, L = 3,3 мкГн, для 50-омного коаксіального кабелю С1 = С2 = 820 пФ, L = 2,3 мкГн. для 75-омного коаксіального кабелю на діапазон 160 м С1 = С2 = 1100 пФ, L = 6,8 мкГн, для 50-омного коаксіального кабелю С1 = С2 = 1650 пФ, L = 4,5 мкГн.
Число витків котушки П-контуру, залежно від її діаметра, можна досить точно визначити із співвідношення:
L = 0,01 DW 2 /(L/D+ 0,46), де:
- W - число витків,
- D - діаметр котушки [см/],
- L - Довжина намотування [див.]
Це співвідношення добре використовувати, якщо є готовий каркас з канавкою для намотування. Якщо котушка безкаркасна, то зручніше скористатися таким співвідношенням:
W = 10 VL(L/D+ 0,46) /D , де
- W - число витків,
- D - діаметр котушки [див.],
- L - індуктивність [мкГн]
Електрична довжина 14-ти метрового кабелю відповідає відрізку кабелю завдовжки 14/0,66 = 21,5м (з урахуванням кукор.). Щоб кабель працював на 160 метровому діапазоні як ємність, його треба закорочувати приблизно на 5 м разом з П-контуром або додатково встановити два таких П-контури послідовно з наявним, рис.8. Ця коливальна система працює як напівхвильовий повторювач при електричній довжині 85 м-коду.
Рис.8.
Якщо в трансівері є П-контур, що перебудовується, то па діапазонах 80 і 160 м можна не ставити додаткові П-контуру, але тільки коли можна домогтися КСВ в кабелі не гірше 2-х. Втрати на неузгодження будуть 11%. При КСВ = 1,5 втрати становитимуть 6,3%. На перший погляд, це цілкомдопустимо, але дещо збільшуються нелінійність РА та TVI. На діапазонах 80 і 160 м знадобиться трохи більша величина розгойдування.
Другий випадок.Трансівер встановлюється на деякому віддаленні від підсилювача потужності на відстані 3-5 м.
Припустимо, у нас виявився коаксіальний кабель довжиною 4 м. Погонная ємність кабелю буде Скаб. = 4 х 70 = 280 пФ. На діапазонах 160 і 80 м електрична довжина з'єднувального кабелю буде меншою за l/10 — кабель свідомо працює, як ємність. Щоб на 7,05 МГц кабель працював, як напівхвильовий повторювач до нього треба підключити відрізок кабелю 14 - 4 = 10 м або еквівалентний П-контур, що відповідає електричній довжині 7 м, а також додати відрізок кабелю довжиною 3 м до наших 4- м метрів, рис.9.
На 14,18 МГц L l /2 = 6,95 м додамо 6,95 - 4 = 2,95 м. На 21,2 МГц L l /2 = 4,65 м додамо відрізок 4,65 - 4 = 0, 65 м На 29 МГц L l /2 = 6,82 м додамо відрізок 6,82 - 4 = 2,65 м Ці відрізки кабелю можуть комутуватися перемикачем, ВЧ-реле або просто підключатися на роз'ємах - кому як зручніше. У будь-якому випадку комутатор має бути екранований і добре заземлений.
Не можна вибирати випадкову довжину сполучного кабелю, особливо коли вихідний підсилювач потужності транзисторний, через паразитну ємність сполучного кабелю. Бажано користуватися вищевикладеним, хоча це може здатися комусь дуже ускладненим. Нагадаю, що наведені викладки показує, яким чином здійснюється оптимізація узгодження трансівера та підсилювача потужності. При такому підключенні кабель з'єднання не впливає на роботу трансівера. Він ніби відсутній. Можливі деякі втрати в діелектриці кабелю, але на КВ і при незначних довжинах вони невеликі в порівнянні з прохідноюпотужністю від трансівера до РА, особливо коли хвильовий опір кабелю стає рівним вхідному опору вихідного каскаду.
Зрозуміло, всі наші викладки можуть бути віднесені до вибору довжини фідера антени. Електрична довжина фідера повинна вибиратися кратною l/2 п де n = 1, 2, 3 . Найкращий варіант виходить, коли на виході будь-якого трансівера або РА є КСВ-метр і узгоджуючий пристрій. Наглядовий радіоаматор легко виявить, що практично всі моделі сучасних (імпортних) трансіверів використовують таку структуру. Зверніть увагу, що кожен трансівер має КВС (SWR)-метр і вбудований або додатковий узгоджувач (ANTENNA TUNER). Використання будь-якого узгоджувального пристрою або A-TUNERa корисне вже тим, що також підвищує реальну вибірковість RX і знижує рівень побічних випромінювань ТХ.