Антенные согласующие устройства

Г-образные, Т-образные и П-образные антенные тюнеры

Антенное согласующее устройство (антенный тюнер) – это электронное устройство, предназначенное для согласования импеданса антенны с сопротивлением передатчика, приёмника или фидерной линии, выполненное в виде отдельного блока и устанавливаемое непосредственно у ввода антенны.

Современная приёмо-передающая аппаратура, как правило, имеет широкополосные тракты, входные и выходные импедансы которых составляют 50 или 75 Ом. Поэтому для оптимального согласования и реализации заявленных параметров такой аппаратуры требуется обеспечить активную нагрузку сопротивлением 50 или 75 Ом как для приёмной, так и для передающей частей трактов.
Собственно говоря, для решения этой задачи и существуют дополнительные внешние согласующие устройства, называемые антенными тюнерами.

БОльшая часть антенных тюнеров делится на три группы: Г-образные, Т-образные и П-образные согласующие устройства.

1. Антенные тюнеры Г-образного типа являются самыми простыми, но, тем не менее, вполне себе работоспособными устройствами согласования. Достоинствами Г-образного построения являются: конструктивная простота и возможность получения высокой мощности при относительно малых габаритах. А примером промышленного исполнения Г-образного согласующего устройства является малогабаритный антенный тюнер MFJ-16010 (Рис.1).




Рис.1 Конструкция и схема Г-образного антенного тюнера MFJ-16010

По паспортным данным тюнер MFJ-16010 работает на КВ диапазоне от 160 до 10 м при предельной мощности 200 Вт.
Если входное сопротивление антенны не опускается ниже 50 Ом, то согласующее устройство Г-образного типа следует подключать, как показано на Рис.1, т. к. оно работает только в сторону повышения сопротивления. Для того чтобы это же устройство "понижало" сопротивление антенны, его необходимо включить наоборот, т. е. поменять местами вход и выход.

Варианты согласования импедансов при помощи различных Г-образных LC-цепей мы подробно рассмотрели на странице (Ссылка на страницу). Для понимания величин номиналов элементов LC-цепей, необходимых для согласования, перенесём сюда часть информации с указанной страницы:

Рис.2 Г-образные согласующие цепи антенных тюнеров

Онлайн расчёт LС-цепей Г-образных антенных тюнеров

Рабочая частота Fраб (МГц)
Активное сопротивление антенны Rант (Ом)
Реактивное сопротивление антенны jXант (Ом)
Волновое сопротивление кабеля Rкабеля (Ом)
Индуктивность L (1 вкл.), мкГн
Ёмкость C (1 вкл.), пФ
Добротность цепи (1 вкл.)
Индуктивность L (2 вкл.), мкГн
Ёмкость C (2 вкл.), пФ
Добротность цепи (2 вкл.)

Теперь – по поводу выбора КПЕ и зазоров между его пластинами, и это касается всех антенных тюнеров, независимо от их конфигурации. Предполагаемое напряжение на конденсаторе можно найти по формуле U = P/R , где: Р – это выходная мощность передатчика, а R – сопротивление антенны на рабочей частоте. При этом: 1-мм зазор между пластинами КПЕ выдерживает напряжение 1000 В, 2-мм зазор – 2000 В и т. д. по нарастающей.

Для минимизации потерь, вносимых тюнером, катушки индуктивности должны иметь высокую добротность. Как правило, такие катушки изготавливаются либо на диэлектрическом каркасе, либо в бескаркасном исполнении, либо наматываются на довольно больших (размер зависит от мощности) тороидальных сердечниках из порошкового железа.

К тому же на радиостанции обязательно должен быть установлен выключатель (коммутатор), при помощи которого трансивер в нерабочем состоянии отключается от антенны. Этот же коммутатор должен отключать антенну и в случае грозы, так как в большинстве случаев приёмо-передающая аппаратура выходит из строя в результате: либо удара молнии, либо наводки на антенну статического электричества.


2. Антенные тюнеры Т-образного типа имеют уже три элемента регулировки (против двух в Г-образных). Тем не менее, именно они получили наибольшее распространение как в самодельных, так и в промышленно изготовляемых согласующих устройствах в качестве универсальных тюнеров, работающих в широком диапазоне значений импедансов на всех КВ диапазонах. Для нормальной работы тюнера вполне достаточно двух КПЕ с максимальной ёмкостью до 500 пФ и вариометра с индуктивностью до 33 uH (Рис.4).

Рис.4 Антенный тюнер Т-образного типа

И опять же, в качестве промышленного образца приведём маленький антенный тюнер MFJ-902B с декларируемой максимальной мощностью 150 Вт для диапазона частот 1...60 МГц (Рис.5).




Рис.4 Конструкция и схема Т-образного антенного тюнера MFJ-902B

MFJ-902B построен на двух конденсаторах переменной ёмкости (12...324 пФ, 600 В) и катушке, намотанной на трёх склеенных тороидальных сердечниках из распылённого железа.
Размер тюнера с ручками и разъёмами – 115х60х110 мм.
Судя по фотографии, катушка выполнена на кольцах Amidon или Micrometals из порошкового железа: номер смеси – 2, типоразмер – Т-94 или Т-106 (чем больше кольца, тем выше мощность). Количество витков – 15...21 (в зависимости от выбранного размера колец).

"Поиграться" с настройками Т-образного тюнера можно с помощью программного симулятора, разработанного Кевином Шидтом (W9CF) и доработанным Игорем Гончаренко (DL2KQ), dl2kq.de (Рис.5).




Рис.5 T-Network Tuner Simulator от К. Шидта (W9CF) и И. Гончаренко (DL2KQ)

Симулятор может работать как в ручном режиме настройки, так и в автоматическом (при нажатии на кнопку "Auto").
Скачать программы можно на странице автора или по ссылкам, приведённым ниже:

1. Скачать симулятор Т-тюнера для 32 разрядной Windows (файл T-tuner32.exe).

2. Скачать симулятор Т-тюнера для 64 разрядной Windows (файл T-tuner64.exe).

Если у вас на компьютере не установлена среда, необходимая для исполнения Java-приложений, то в момент запуска программы вам будет предложено скачать Java Runtime Environment.


3. Антенные согласующие устройства П-типа (Рис.6) имеют ряд недостатков по отношению к Т-тюнерам. Максимальная ёмкость у КПЕ у таких тюнеров должна быть в 4 раза выше, чем у Т-образных устройств, при этом диапазон согласующих импедансов (особенно на 160 и 80 м) – у П-тюнеров ниже.

Рис.6 Антенный тюнер П-образного типа

К достоинствам можно отнести отсутствие необходимости изоляции корпуса КПЕ от металлического корпуса, а также ослабление высших гармоник, т. к. П-контур выполняет еще и роль фильтра низких частот.
Однако недостатки перевешивают достоинства, и именно по этой причине такое построение очень редко применяется в антенных тюнерах как радиолюбительских, так и промышленных изделий.


4. Как согласовать антенну при помощи антенного тюнера?

1. После подключения антенны и выбора диапазона на трансивере (приёмнике) устанавливаем ручки регулировки тюнера в среднее положение.
2. Крутим ручку «индуктивность», добиваясь максимума принимаемого сигнала какой-либо станции на выбранном диапазоне. Далее подстраиваем КПЕ, опять же, по максимуму сигнала приёмника.
3. Делаем несколько итераций для получения наилучшего результата.
4. Включаем передатчик при пониженной мощности и, повторяя пп. 2...3, добиваемся минимального КСВ между передатчиком и тюнером.
5. Затем увеличиваем мощность до максимального значения и ещё раз подстраиваем тюнер до наилучших значений КСВ.
6. Записываем комбинацию положений регуляторов для выбранного диапазона для того, чтобы при повторной работе в эфире ограничиваться пп. 4 и 5.

А на следующей странице рассмотрим конструкции КСВ-метров, оптимизированных для работы в составе различных антенных тюнеров.

Дальше