 |
 |
 |
 |
Глава четырнадиатая
АНТЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ И НАСТРОЙКА АНТЕНН
Самостоятельно скииструнровэннгя антенна только тогда даст хорошие результаты, когда она точно настроена н ее параметры измерены с помощью соответствующих измерительных приборов.
Настройка антенны в основном заключается в настройке антенны в соответствующем диапазоне частот, в согласовании выходного каскада передатчика с линией передачи, согласовании линии передачи с антенной, в настройке антенны на максимальное излучение и, если имеется возможность, в снятии диаграммы направленности антенны.
Для антенн, питаемых по настроенным линиям передачи (при условии, что в размерах линии передачи не допущено грубых ошибок), измерение резонанса антенны можно не проводить. При этом устройство связи, обычно помещаемое в начале линии передачи, позволяет настроить линию передачи и антенну на рабочую чрстоту передатчика, причем настройка должна проводиться до получения максимального значения тока в антенне.
Рис. 14 I. Лампочки накаливания в качестве индикаторов тока Б однопроводной и двухпроводной линиях передачи.
Для измерения абсолютного значения тока в антенне можно использовать термопару в сочетании с чувствительным прибором магнитоэлектрической системы или тепловой прибор, Однако такие измерители тока довольно дороги и, кроме того, очень чувствительны к перегрузкам.
Обычно при настройке антенны радиолюбителю нет необходимости знать точное значение ока, а вполне достаточно при настройке антенны иметь средство для индикации его .максимума.
В простейшем случае между выходом передатчика и линией передачи включается лампочка накаливания (например, лампочка подсвета шкалы) 1) ма[ссиму-ы тока в антенне определяется по ее максимальному свечению (рис, !4-!, а и б). Параллельно лампочке накаливания включается шунтирующий резистор, предотвращающий ее перегорание.
На рис, 14-2 изображен простой и надежный прибор для индикации максимума тока в антенне, который имеет то дополнительнее преимущество, что он почти не потребляет никакой мощности и при этом служит достаточно точным индикатором тока в антенне.
Показанные на рис, 14-2 индикаторы антен1юго тока различаются только видом ссязи с тикней передач.! В качестье выпрямителя может быть применен любой германиевый диод
Иногда Бозникае" необходимость иметь индикатор напряжения высокой частоты. Д-тх этого испатьз. ется неоновая лампа, связанна? с линией певедачи через конденсатор, как показано на рис Н-3
Более чувствительная схема для измерения напряжения высокой частоты с германиевым диодом и измерительным прибором магнитоэлектрической системы изображена на рис. 14-4.
Сопротивление добавочного резистора Rt зависит от внутреннего сопротивления измерительного прибора и от желаемой чувствительности схемы. Конденсаторы, npuvgnneMbie в счеме, керамические. Вообще применение диодов в антенной цепи нежелательно, так как при
папедитчика Кашднир.
Иизкаомиае измерательпое
сопротивление
1,5 Ом
1000
Рис. 14-2. Индикаторы антенного тока.
1 биток 0 1,5му.
100 [ь А 3-30 К
о - схе.ма с шлейфом св!!зи; б - измерение падения напряжения на низко-омком измерительном резисторе; в - высокочастотный трансформатор тона.
выпрямлении прйлагаелюго к нему напряжения высокой частоты из-за i елинейной характеристики возникают высш1:е гармоники, которые могут попасть в антенну и таким образом вызвать нежелательные помехи телевидению.
Антенны с настроенными линиями передачи /.югут быть настроены iia максимум излучения с помощью устройства настройки линнн пере-
Ваток из изолированного осветительного провода
Рис, 14-3. Индикатор напряжения высокой частоты с неоновой лгм-..очкой.
Рис. 14-4 -!увствительные схемы Для измерения напряжения высокой частоты.
дачч Гнапрнмер, П-образного фильтра) по максимуму тока в антенне. При этом само значение максим\ма тока не определяет значения нэлу-:аеаюй антенной мшцности: при согласовании по току максимум может иметь очень большую абсолютную величину, а при связи пЬ напряжению может быть очень небольшим, но излучае.мая мощность в обоих случаях одинакова.
Если антенна питается по ненастроенной линии передачи (согласованной линии), то в первую очередь следует настро1?1:ь на рабочую частоту передатчика антенну и только после этого приступать к согласованию линии перЙчи с aiiTeiiHOU. При несрблюдепии такой последовательности в настройке антенны в линии передачи всегда "будут иметь место остаточные Стоячие вблы и точное согласование не будет достигнуто,
14-1. Определение резонансной частоты
Для измерения резонансной частоты антенны можно пользоваться гетеродинным измерителем pesoHCa, Описания этого одного из самых универсальных радиолюбительских приборов здесь не приводится. Для точного измерения резонанса необходимо, чтобы гетеродинный измеритель резонанса был по возможности сильно связан с антенной в точке пучности тока (рис, 14-5). Как известно, пучность тока всегда располагается на расстоянии ?./4 от концов вибратора и, следовательно, находится посередине полуволнового вибратора. Необходимо помнить, что индикация резонанса происходит не только на основгюй частоте, по и на гармониках.
Если резонансная частота антенны измеряется в непосредственной близости от земли, то она смещается в сторону более низких частот.
Пучность тока
®
Гетеродинный
измеритель
резонанса
Рис, 14-6. Использование гетеродинного измерителя резонанса для определения резонансной частоты антенны.
Для антенн УКВ при настройке на рабочую частоту передатчика на расстоянии 3 м от земли можно уже пренебрегать ее расстраивающим действием. Для узкополосных антенн коротких волн (например, антенн «волновой канал») настройку по возможности надо проводить в их рабочем положении. Если же это невозможно, то надо учитывать сдвиг в сторону низких частот, вызванный влиянием земной поверхности.
Для настройки чрезвычайно узкополосных направленных антенн (например, антенн «волновой канал» с увеличенной длиной несущей траверсы) следует использовать измерительный передатчик (слева) и измерительный приемник (справа), как показано на рис. 14-6
Направленная антенна подсоединяется к измерителыюму приемнику по ленточному кабелю, имеющему электрическую длину Х,2 или кратную этой длине. Измерительный передатчик УКВ располагается на той же высоте, что и сама антенна, и удален от нее по меиьщей мерс на 10 м, К выходу передатчика подключается вспсмогательная антенна длиной около 30 CM- Вспомогательные антенны, и.меющие большую длину, применять не следует, т.-К как вследствие их собственного резонанса в диапазоне частот, исгользуемых для настройки в резонанс
направленной антенны, произойдет искажение результатов измерений. Электромагнитные волны, излучаемые вспомогательной антенной, принимаются исследуемой антенной, и на выходе приемника регистрируется напряженность поля. Изменяя ступенчато частоту измерительного передатчика при неизменной выходной мощности и одновременно настраивая измерительный приемник на частоту передатчика, записывают показания jia выходе измерительного приемника. Наибольшее значение напряженности поля будет соответствовать резонансной частоте антенны. По снятым значениям напряженности поля на различных частотах можно построить резонансную кривую антенны.
Вспомогательная антенна длиной 30 см
Расстояние > Юм
Измерительный, приемник УКВ
Ленточный, электрический кабель длиной к/2 или кратной Х/2
Антенный измеритель ный npuSap
Рис. [4-6. Схема для точного определения резонансной частоты антенны.
При проведении измерений следует выключить на небольшой про.межуток времени измерительный передатчик и убедиться, что при этом индикатор измерительного приемника показывает нулевое значение напряженности поля, в противном случае измерения будут проведены неточно, так как приемная антенна принимала излучение какого-то постороннего передатчика.
При настройке широкополосных антенн обычно проводится измерение их резонансной частоты, так как эти антенны могут рассматриваться как открытые колебательные контуры с небольшим отношением L/C и, следовательно, не обладают острым резонансом. Поэтому все смещения резонансной частоты, происходящие под влиянием окружающих предметов, обычно лежат в пределах полосы пропускания а!1тенны. Резонансная кривая антенны в этом случае уже не имеет резко выраженного макси-мума, который можно было бы определить с помощью гетеродинного измерителя частоты.
14-2. Измерение степени согласования
Антенну можно считать точно согласованной с линией передачи, если входное сопротивление антенны точно равно волновому сопротивлению линии передачи. Оба сопротивления должны быть при этом чисто активными. Волновое сопротивление линии передачи не зависит от частоты и поэтому всегда активное (омическое). Напротив, входное сопротивление антенны только тогда принимает чисто действительное
значение, когда антенна настроена на рабочую частоту. Если антенна неточно согласована с линией передачи, происходит отражение энергии, передаваемой по линии передачи от точек питания антенны, и отраженная энергия возвращается к в.ходу передатчика. В результате отражении еозникают стоячие волны, что снижает к, п, д. антенно-фидерной систел-ы. Чем больше неточность согласования, тем больше амплитуда стоячих волн. Напротив, при точном согласовании отношение максимума напряжения к минимуму напряжения в линии равно приблизительно , что означает, что в линии отсутствуют стончиеволны. Отношение „а,;сн!п. известно, называется коэффициентом стоячих волн (КСВ) и служит мерой согласования. При настройке антенн с согласованными линиями передачи всегда стремятся получить КСВ, равный 1. Если коэффициент стоячих волн не достигает этого значения, то либо это обусловлено неточной настройкой антенны, либо включаемые между антенной и линией передачи согласующие устройства (например, у-Т-образная схема согласования) вносят во входное сопротивление антенны индуктивную составляющую. КСВ, равный 1, редко может быть достигнут на практике. Однако на практике коэффициенты стоячей волны в линии в пределах до 2 не приводят к значительным потерям в линии и поэтому рассматриваются как вполне допустимые.
Для питания антенн с согласованными линиями передачи наиболее <:асто применяются ленточные кабели с волновым сопротивлением 240- 300 Ом или коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 60- 70 Ом.
В случае использования ленточных кабелей наличие стоячих волн в линии может быть установлено с помощью неоновой лампочки. Если при перемещении неоновой лампочки по длине линии (на одинаковом удалении от нее), равной нескольким длинам волн, интенсивность свечения лампочки не меняется, то стоячие волны в линии отсутствуют; если же интенсивность свечения лампочки меняется, то это указывает на присутствие в линии стоячих волн. При небольшой мощности передатчика вместо неоновой лампочки можно использовать гетеродинный измеритель частоты (высокое анодное напряжение выходного каскада выключить). Прибор также следует передвигать вдоль линии на одинаковом расстоянии, и в случае согласования он не должен показывать изменения напряжения вдоль линии. Безусловно, такие методы проверки согласования очень неточные, и поэтому в радиолюбительской практике для этих целей чаще применяют «двухламповый индикатор».
И-3. Двухламповый индикатор и другие приборы для измерения КСВ
Двухламповый индикатор, несмотря на свою простоту, представляет собой вполне точный индикатор стоячих волн, На рис. 14-7, а н 6 показаны его электрическая схема и конструкция
Петля связи представляет собой отрезок такого же ленточного кабеля, как и кабель, из которого изготозтена линия передачи. Длина отрезка не должна превосходить X 4. а на практике она выбирается равной к/Ю или даже меньше. Оба конца отрезка кабеля короткозамк-нуты и посередине одна из его жил разрывается, так что петля связи представляет собой как бы небольшой шлейфовый вибратор. Проводники от места разрыва подключаются к резьбе двух лампочек накали-
вапия. Средний контакт этих лампочек спаивается вместе и коротким проводником соединяется с ближайщим проводником линии. Обычно используются лампочки 3,8 В, 0,07 А, так как нити какала их потребляют незначительную тепловую энергию. Петлю связи следует как можно ближе расположить по отношению к линии передачи и в таком положении зафиксировать с помощью изоляционной ленты или лейкопластыря .
Перед измерениями мощность передатчика следует понизить и затем постепенно увеличивать до наступления среднего свечения лампочек накаливания, Если согласование уже достигнуто, то в этом случае лампочка /, pacnOvoжeннaя в направлении передатчика, светится значительно ярче, чем лампочка 2, расположенная в направлении антенны.
Последующая настройка заключается в том, чтобы дости! путь такого положения, когда лампочка 2 вообще не светится, а лампочка / светится ярко. При этом в линии отсутствуют стоячие волны и степень согласования линии питания с антенной вполне достаточная.
Если мощность передатчика небольшая, то вместо лампочек используют резисторы сопротивлением 500 Ом; напряжение высокой частоты,
0/71 передатчика -" 1
К антенне -*-
От передатчика 7
-К антенне
а) Л иная,передачи
Рис. 14-7. Двухламповый индикатор, а - схема; 6 - конструкция.
падающее ка этих резисторах, выпрямляется германиевыми диодами, и выпрямленное напряжение измеряется чувствительным магнитоэлектрическим прибором, Согласование считается точным, когда напряжение на резисторе, расположенном ближе к излучателю, равняется нулю.
Существуют другие схемы для определения степени согласования, которые уже используют численные измерения параметров стоячих волн. При этом амплитуды высокочастотного напряжения измеряются по длине большого отрезка линии питания. Из сравнения максимума и минимума напряжения определяют коэффициент стоячих волн.
На практике такой способ измерения оказывается менее удобным, чем описанный выше способ измерения согласования с помощью двухлампового индикатора. Это связано с тем, что для осуществления измерения высокочастотного напряжения вдоль линии передачи необходимо сконструировать такое устройство перемещения петли связи, чтобы она все время находилась в одинаковом положении по отношению к измеряемой линии передачи. Конструкция такого устройства, напоминающего движок на логарифмической линейке, приведена на рис. 14-8. На рис. 14-8, а дана электрическая схема петли связи, индуктивно связанной с линией передачи. Высокочастотное напряжение выпрямляется германиевым диодом и после фильтрации выпрямленное напряжение измеряется микроамперметром Петля связи в этой схеме меньше, чем в двухламповом индикаторе, и в диапазоне коротких волн равна 5- 10 см, а в диапазоне 2м - уже 2 см. В качестве выпрямителей могут использоваться любые германиевые диоды. Дроссели Др и Др должны быть рассчитаны на диапазон частот, в которых проводятся измерения.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 [ 49 ] 50 51 52