Согласование антенны с фидером

Этот вопрос интересует многих, радиолюбителей. Возникает он, например, при необходимости подключения к антенне симметричной двухпроводной 300-омной фидерной линии вместо 75-омного коаксиального кабеля или, наоборот, при замене 300-омной открытой линии на 75-омную коаксиальную.

Фидер не всегда можно непосредственно подключить к антенне, минуя согласующее устройство. Вопрос выполнения компенсированного перехода (или согласующего устройства) от антенной системы к фидерной линии - один из основных при конструировании антенн. Он направлен главным образом на уменьшение потерь в фидере путем обеспечения в нем режима, близкого к, режиму бегущей волны. Основная фидерная линия, как правило, самая протяженная. Поэтому именно ее желательно возможно лучше согласовать с нагрузкой.

Почему возникает необходимость в согласующих устройствах и какие условия нужно соблюсти при изготовлении сложных антенн с несколькими парами точек питания?

В фидере с заданным волновым сопротивлением не всякая нагрузка создает режим,- близкий к режиму бегущей волны. И наоборот, чтобы получить оптимальное согласование данной нагрузки с фидером, потребуется фидер определенного волнового сопротивления. Казалось бы, что, пользуясь графиком рис. 1, для многих случаев практически встречающихся нагрузок, можно подобрать фидер необходимого волнового сопротивления и обеспечить в нем приемлемый КБВ. Однако при этом упускается из вида входное (выходное) сопротивление той аппаратуры (телевизора, приемника, передатчика), к которой фидер подключен своим вторым концом. В отношении же этого сопротивления также полностью сохраняется требование по обеспечению согласования с линией передачи. Как правило, значение входного (выходного) сопротивления аппаратуры стараются получить близкими к значению волнового сопротивления серийных кабелей. Это обстоятельство вынуждает принимать специальные меры по согласованию антенны с фидером, волновое сопротивление которого выбирается применительно к входному (выходному) сопротивлению радиоаппарата.

Pиc.1

В системе питания сложных антенн с несколькими парами точек питания возникают дополнительные затруднения, связанные с тем, что на проводах каждой антенны-элемента, входящей в решетку, необходимо обеспечить равенство токов по фазе и амплитуде.

Последнее достигается благодаря распределительным фидерам, которые подключаются параллельно к Основному, например, так, как показано на рис.2,а и 2,б. Сами распределительные фидеры уже непосредственно нагружены на антенны. Следует отметить, что электрические длины и волновые сопротивления распределительных фидеров, включенных симметрично в схему питания, должны быть соответственно равными.

Pиc.2

Параллельное включение распределительных фидеров приводит в итоге к уменьшению сопротивлений и появляется необходимость в их восстановлении. Чем больше антенн-элементов, тем больше распределительных фидеров и ощутимее уменьшение сопротивлений. Питание по схеме рис. 2, в выгодно отличается от двух предыдущих, так как в точках 1-1 подключения

основного фидера восстанавливается значение входного сопротивления, имеющееся на входе каждого отдельно взятого распределительного фидера. Действительно, распределительные фидеры 2, 3, 4 и 5 включены попарно параллельно, а сами пары в точках 1-1 подключаются к основному фидеру последовательно. При этом фазы напряжения, подводимые к точкам 1-1, сдвинуты относительно друг друга на 180°. Для правильной фазировки антенн нужно искусственно учесть этот фазовый сдвиг, переполюсовав в точках питания антенн 2, 3 по отношению к антеннам 4, 5. Одним из путей решения вопросов согласования является применение в качестве распределительных фидеров отрезков линий с волновым сопротивлением wрасп.фид. большим, , чем волновое сопротивление основного фидера w_{осн.фид.}.

Например, в схеме рис. 2,а удобно применить линии с w_{расп.фид.}=300 ом при w_{осн.фид.}=75 ом так как, будучи включенными параллельно, эти линии обеспечат в основном питающем фидере такое же значение КБВ, которое имеет место в каждом из распределительных фидеров.

Для сохранения аналогичного режима (рис. 2,б) необходимо, чтобы отрезки линий 0-3, 0-4, 0'-2 и 0'-5 имели w_{расп.фид.}=300 ом, а отрезки от точек 0 и 0' до основного фидера - соответственно по 150 ом при w_{осн.фид.}=75 ом.

Как в первом, так и во втором случаях следует так подобрать антенны-элементы, чтобы их входное сопротивление в рабочем диапазоне частот обеспечивало в распределительных фидерах приемлемый КБВ.

Для согласования используют также и трансформаторы сопротивлений, в частности последовательно включенные отрезки линий. Места их включения в схемы питания показаны на рис. 2 жирными линиями.

РАДИО N 10, 1966 г. с.27.