В публикуемой статье автор, рассматривая усилители, используемые в антеннах польского производства, предлагает свой способ их применения в антенно-фидерном тракте.
Пластинчатые антенные усилители (ПАУ) входят в состав популярных польских телевизионных антенн ASP-4WA. ASP-8WA (CX-8WA). Они представляют собой печатную плату размерами 60x40 мм с поверхностным монтажом микроэлементов. При обычном включении такой усилитель установлен непосредственно на антенне: его вход подключен к ее собирательной линии, а выход - к кабелю снижения, по которому на него поступает напряжение питания.
В настоящее время выпускают множество взаимозаменяемых ПАУ таких марок, как SWA, GPS. РА. РАЕ и др. Их схемотехника, характеристики, особенности того или иного усилителя и его ремонта уже были рассмотрены в журнале 11.[ 2]. Здесь предлагается необычное использование ПАУ, под которым понимается любое их включение отдельно от антенн ASP.
Следует отметить, что ПАУ представляют собой "готовые к употреблению" электронные блоки и, если учесть их относительно небольшую цену (1.5...2 долл.), становится понятным стремление радиолюбителей применить ПАУ в своих конструкциях антенн. А они нередко более эффективны и лучше приспособлены к конкретным условиям приема, чем антенны ASR Единственная проблема, которую при этом нужно решить, - согласование входного сопротивления антенны с входным сопротивлением усилителя.
Рассмотрим сначала, как выполнено согласование в антенне ASR На входе ПАУ включен симметрирующе-согласующий трансформатор на ферритовом кольце К 10x6x2,5. Он имеет две обмотки - двухпроводные длинные линии, содержащие по три витка каждая. Такой трансформатор на длинных линиях (ТДЛ) имеет высокий КПД (до 98 %), малые габариты и широкий интервал рабочих частот [3]. При распространении принимаемых колебаний в нем токи, протекающие по проводникам линий, равны и противоположны по направлению, а это значит, что магнитопровод не намагничивается и потерь в нем практически нет. С другой стороны, наличие магнитопровода существенно увеличивает индуктивность обмоток, устраняя их шунтирующее действие на антенну и нагрузку. На распространение колебаний магнитопровод не влияет, так как обеспечен режим бегущей волны.
Условная схема включения ТДЛ антенны ASP показана на рис. 1. Он имеет симметричный вход (точки а. в, с) и несимметричный выход. Для него справедливы соотношения, указанные в [3] Rr = n2RH; U1 = nU2. p = nRн, где R, - сопротивление генератора, эквивалентного антенне, Ом; RH - сопротивление нагрузки, Ом; n - коэффициент трансформации; р - волновое сопротивление двухпроводной линии, Ом.
Некоторые величины в формулах требуют пояснения. Так, коэффициент трансформации численно равен числу обмоток ТДЛ, сопротивление генератора в антенне, работающей на прием, равно ее входному сопротивлению, а сопротивление нагрузки - входному сопротивлению ПАУ. Входное сопротивление антенны равно около 300 Ом, а число обмоток ТДЛ-двум. Подставив в формулы, получим: U2=0,5U„ RH=75 Ом, р=150Ом.
Следовательно, в результате согласования напряжение полезного сигнала уменьшается в два раза, а входное сопротивление - в четыре раза, причем последнее трансформируется в близкое к стандартному (75 Ом). Из этого следует, что активная составляющая входного сопротивления ПАУ близка к 75 Ом, т. е. его вход фактически согласован с волновым сопротивлением коаксиального кабеля. Выход усилителя также рассчитан на такую нагрузку. В результате можно сделать вывод: ПАУ без ТДЛ способен эффективно работать при включении его в разрыв коаксиального кабеля без дополнительного согласования.
Чтобы оценить, как отразится на свойствах удаление ТДЛ, остановимся подробнее на частотных характеристиках последнего. Хотя теоретически ТДЛ не имеет граничных частот, в действительности же его нижняя рабочая частота f", ограничена индуктивностью двухпроводных линий которую определяют по формуле, приведенной в (3]: Lл = w2μS/250dcp (мкГн), где w - число витков на магнитопроводе; μ - относительная магнитная проницаемость магнитопровода; S - площадь поперечного сечения магнитопровода. см2; dcp - средний диаметр кольца, см. При этом нижняя рабочая частота равна (см. в (3]): fн = R/2lfl (МГц).
Расчеты приводят к следующим результатам: Lл = 0.68 мкГн, fн = 220 МГц. Такое значение частоты свидетельствует о том, что почти во всем диапазоне MB трансформатор работает не в оптимальном режиме. Это означает снижение КБВ и коэффициента передачи, особенно заметное на частотах 1 - 5-го телевизионных каналов, на что указано в [4].
Возникает естественный вопрос: почему конструкторы не понизили частоту fн простым увеличением числа витков двухпроводных линий? Дело в том, что этому препятствует максимальная длина двухпроводных линии Lmaх, которая не должна превышать λ/8 [3]. Для верхней рабочей частоты диапазона ДМВ получаем Lmaх = 4 см. Именно такую длину имеют линии трансформатора Т1. Увеличение числа витков неизбежно приведет к превышению Lmaх, ЧТО ухуДШИТ параметры трансформатора на верхних частотах диапазона ДМВ. Следовательно, обеспечить оптимальный режим работы ТДЛ на всех телевизионных каналах не удастся. Поэтому конструкторы предпочли получить максимальный КПД и коэффициент передачи в диапазоне ДМВ. Такой трансформатор и всю антенну можно назвать дециметровыми.
Очевидно, что согласующий ТДЛ всегда ухудшает параметры антенны ASP на одном из краев полного телевизионного диапазона. Однако другие согласующие устройства еще менее широкополосны и непригодны для подобных антенн. Обойтись же без согласования и симметрирования в антенне, аналогичной антенне ASP с несимметричным ПАУ, нельзя. Хотя, конечно, известны антенные усилители, не требующие согласующих устройств [4], но это уже тема другого разговора...
Из числа известных разнообразных антенн [5], перечисленных в таблице, входным сопротивлением, близким к такому же параметру антенн ASP, обладает полуволновый петлевой вибратор. К нему ПАУ (с ТДЛ) подключают без всяких переделок. А часто практикуемое подсоединение обычного полуволнового вибратора к точкам аив ТДЛ неэффективно, поскольку их входные сопротивления отличаются в четыре раза.
Сделанный выше вывод позволяет предложить практически для любых антенн простой способ включения ПАУ-без ТДЛ, в разрыв коаксиального кабеля. При этом на входе антенны монтируют необходимое для нее симметрирующе-согласующее устройство, описанное в [5у. U-колено, полуволновую петлю, короткозамкнутый шлейф, ВЧ трансформатор или сумматор (при использовании двух антенн), а усилитель включают за ним так. как показано на рис. 2 (для примера условно изображена антенна "волновой канал").
Переделка самого усилителя минимальна: из него удаляют ТДЛ. Достаточно даже отпаять его выводы от контактной площадки, к которой припаян вывод конденсатора С1 [ 1.2]. не удаляя ТДЛ. Затем отрезком входного коаксиального кабеля необходимой длины соединяют антенну с ПАУ. Центральный проводник одного конца кабеля припаивают к контактной площадке, к которой подключен вывод конденсатора С1, а оплетку - к общему проводу усилителя. Второй конец кабеля соединяют с согласующе-симметрирующим устройством антенны. После этого усилитель крепят к мачте (винтами или хомутом) и подсоединяют к его выходу кабель снижения зажимным устройством на плате. Усилитель тщательно герметизируют, особенно в местах пайки и подключения кабелей. Способ подачи на него напряжения питания обычный, не раз описанный на страницах журнала.
Удаление ТДЛ обеспечивает выравнивание АЧХ усилителя в интервале MB и повышает его коэффициент передачи. Большинство ПАУ устойчиво работают в таком режиме. Если все же усилитель возбуждается (в моделях с большим коэффициентом усиления, как отмечено в [ 1 ]), следует немного уменьшить напряжение питания.
Дополнительное преимущество такого способа использования ПАУ - возможность варьирования места его установки: от близкого к антенне до размещения в закрытом помещении. В первом случае получается максимальное соотношение сигнал/шум, во втором - надежная защита усилителя от атмосферных воздействий, что продлевает срок его службы. При небольшой длине отрезка входного кабеля (до 5 м) или применении кабеля РК-75-9-13. имеющего малое погонное затухание, усилитель можно установить под крышей дома (на чердаке). Реальное ухудшение качества сигнала при этом будет незначительным и заметным лишь на верхних частотах ДМВ.
В заключение отмечу, что такой способ включения ПАУ прост, универсален и дает хорошие результаты. Разумеется, возможен и другой путь - расчет (по методике, предложенной в [3]) и изготовление нового ТДП. согласующего конкретную антенну с входом усилителя.
Литература
Автор: А.Пахомов