Багато KB і УКВ антену, зокрема телевізійні, відносяться до класу симетричних антен. При харчуванні таких антен через коаксіальний фідер їх робота багато в чому залежить від виконання перехідних симетрувальних пристроїв. Однак нерідко радіоаматори, виготовляючи антену, взагалі не роблять таких пристроїв або конструюють їх неправильно, виходячи з помилкових рекомендацій, які зустрічаються в деяких популярних книгах з антенних пристроїв.
У цій статті описано способи симетрування антени і властивості деяких симетрувальних пристроїв, а також надано рекомендації щодо їх виконання.
Безпосереднє приєднання коаксіального фідера до симетричної антени (наприклад, до диполю) порушує симетрію струмів в ній і призводить до появи струму на зовнішній поверхні екрану фідера, тобто викликає появу антенно-фідерного ефекту. На рис. 1,a показано таке з'єднання диполя з фідером. При цьому вихідна напруга фідера докладено не тільки до вхідних затискачів 1-2 симетричного вібратора, але також і до одного затискача 2 і екранує оболонку 3 фідера.
Рис. 1
Напругу між затискачами вібратора викликає в ньому симетричні струми, що замикаються з однієї половини вібратора на іншу, як показано на рис. 1,а суцільними стрілками. Напруга між правою половиною вібратора і оболонкою кабелю викликає додатковий струм, показаний пунктирними стрілками. Поява цього струму приводить до випромінювання (прийому) фідером електромагнітної енергії, що порушує симетрію струмів в антені і в підсумку спотворює діаграми спрямованості.
На рис. 1,б наведена еквівалентна схема симетричної антени з безпосередньо підключеним коаксіальним фідером, де антена зображена у вигляді опору навантаження Rн вихідних затискачів генератора або споживача (передавача або приймача). Як видно зі схеми, один з цих затискачів буде з'єднаний не тільки з опором навантаження Rн, але і з землею через конденсатор З, обкладками якого є вібратор антени і екрануюча оболонка фідера. Таким чином, симетрія антени порушиться. Тому для з'єднання коаксіального фідера з симетричною антеною використовують спеціальні перехідні пристрої, звані також симетрувальними, завдяки яким досягається електрична симетрія кожної половини антени відносно екрануючої оболонки фідера.
Перехідний пристрій типу "замикаючий стакан" показано на рис. 2,а.
Рис. 2
У цьому пристрої вхідні затиски 1-2 вібратора антени безпосередньо підключаються до внутрішнього та зовнішнього провідникам коаксіального кабелю, який розміщений всередині металевого стакана по його осі так, що стінки склянки і екрануюча оболонка Б кабелю утворюють коаксіальну лінію з хвильовим опором r (формули для розрахунку хвильових опорів коаксіальних і двопровідних ліній наведені у журналі "Радіо" N 11 за 1962 р.). Вхідний опір цій лінії між точками 2 і 3 дорівнює:
При l=l/4 величина Z2,3 велика, струм від точки 2 до точки 3 не потече, і струми на обох сторонах антени будуть рівні. Якщо ж довжина l склянки буде відмінна від l/4, Z2,3 не буде велике і, як це видно з еквівалентної схеми рис. 2,б, симетрія порушиться: в точці 2 частина струму буде відгалужуватися на землю і напруги між землею і точками 1-2 вже не будуть рівні і противофазны. Тому робоча смуга частот такого симетрувального пристрою невелика. Зазвичай вона не перевищує 10% від значення основної частоти, на яку спроектовано пристрій.
Рис. 3
Смуга частот симетрувального пристрою зі склянкою може бути збільшена шляхом введення другого відрізка коаксіальної лінії з таким же хвильовим опором, що і стакан (рис. 3,а). При цьому, як видно з еквівалентної схеми (рис. 3,б), опору точок 1 і 2 відносно землі будуть рівними, незалежно від їх величини, тобто Z1,2=Z2,3. Завдяки цьому живлення антени буде симетрично в широкій смузі частот. Різниця між пристроями, наведеними на рис.3 і рис.4, полягає в тому, що в останньому два елемента (Б і Б') поміщені поруч, утворюючи замкнуту на кінці двопровідну лінію.
Вхідний опір цього симетрувального пристрою одно
де r'- хвильовий опір двопровідної лінії.
Симметрирующее пристрій рис.4 просто по конструкції, працює в широкій смузі частот і в аматорській практиці вживається найчастіше. Одним з провідників цього симетрувального пристрою є екрануюча оболонка коаксіального фідера (елемент Б), в якості другого (елемент Б') можуть бути взяті або відрізок кабелю, з якого виконаний фідер, або трубка рівного йому діаметра. Основна перевага цього пристрою перед попереднім (рис.3) - вдвічі менша довжина.
Рис. 4
На рис.2,3 та 4: А - внутрішня жила коаксіального кабелю,
Б і Б'-зовнішнє обплетення кабелю, B і B'- металеві склянки.
Схема симетрувального пристрою типу "U-коліно" показана на рис.5,а. Тут центральний провід основного коаксіального фідера приєднується до затискача 1 лівої половини вібратора. Від цієї ж точки напругу до затискача 2 правої половини вібратора подається через відрізок кабелю довжиною l/2, де l - довжина хвилі в кабелі (з урахуванням укорочення). Фаза напруги при проходженні ділянки кабелю довжиною l/2 зсувається на 180°, тому до затискачів вібратора підводиться необхідну противофазное напруга. Екрануючі оболонки кабелів з'єднані між собою.
Рис. 5
Автор: К. Харченко; Публікація: www.cxem.net