Рис. 1.1.
Для согласования комплексного импеданса антенны с кабелем 50 Ом используется согласующее устройство (СУ) из двух последовательно-параллельно включенных отрезков линий. Такое СУ рассчитывает, например, окно Сервис MMANA-GAL (закладка "СУ на линиях 2"). Но оно работает только с идеальными линиями без потерь. А КПД такого согласования существенно зависит от потерь в реальных линиях и может сильно снижаться, особенно при высоком КСВ антенны. Поэтому, необходим учет собственных потерь линий.
Эта задача решена в окне Утилиты > Согласование отрезками линий GAL-ANA. Воспользуемся этим окном для расчетов СУ и выбора линий.
1. Вначале рассмотрим вариант согласования на примере диапазона 160 м, популярного 16,5 метровой вертикала с емкостными нагрузками. С учетом потерь в земле входной импеданс этой антенны на 1,83 МГц составляет 14 – J330 Ом.
Скормив эти данные окну Согласование отрезками линий, при входной мощности 1 кВт получаем следующее:
1.1. Линии 600 Ом с воздушным диэлектриком:
КПД = 89,6% достаточно высок. До антенны доходит 885,98 Вт. Нормальная работа солидного СУ.
1.2. Линии 450 Ом с воздушным диэлектриком:
КПД начал снижаться. 84,6%. До передатчика доходит 846,25 Вт. Потери растут не потому, что линия стала хуже (в ней точно такие же провода и точно такой же диэлектрик, как и в предыдущем случае), а потому что относительно волнового сопротивления линии вырос КСВ нагрузки (нагрузка не изменилась, но уменьшилось волновое сопротивление).
1.3. Линии 300 Ом с пластиковым диэлектриком:
КПД падает дальше и составляет неприличную величину 59,13%. До передатчика доходит 591,3 Вт. Потери растут и потому что падает волновое сопротивление линии, и потому, что прибавляются потери в пластике линии. Использовать линию 300 Ом уже неразумно по КПД. Но для интереса будем уменьшать волновое сопротивление линий дальше.
1.4. Коаксиал RG11 (хороший, толстый) 75 Ом:
КПД плохой, 23,29% До передатчика доходит только 232,86 Вт. Остальные обогревают кабель. Использовать такое согласование нельзя. Красная подсветка поля Match loss это показывает.
1.5. Коаксиал RG213 (хороший, толстый) 50 Ом:
КПД ужасен, 21,12% До передатчика доходит только 211,24 Вт (при том же самом качестве изоляции и проводников, что и у RG11 – влияние снижения волнового сопротивления в чистом виде). Остальные 789,76 Вт обогревают кабель. Использовать можно разве что в качестве Dummy load. И то недолго: в короткой линии выделяется 171 Вт (реальная часть комплексной мощности S) тепловой мощности на длине 3 м. Это почти 60 Вт на метр. Даже толстый кабель RG213A этого долго не выдержит. Начнет плавится диэлектрик.
1.6. Коаксиал RG58 (плохой, тонкий) 50 Ом:
КПД никакой, 9,7% До передатчика доходит только 903 Вт. Кабель греют 903 Вт. Использовать нельзя даже в качестве Dummy load – тепловыделение достигает почти 70 Вт на погонный метр (в параллельной линии и в начале последовательной). Тонкий RG58 будет расплавлен и поврежден.
2. Другой вариант. Согласование l/2 диполя с конца. Иначе говоря, J-антенна. Входное сопротивление на конце диполя чисто активно и высокое, несколько килоом. Согласующие линии при питании диполя с конца заодно выполняют и функцию противовеса, замыкая цепт питания антенны. Поскольку входное сопротивление диполя очень высокое, то антенный ток, втекающий в линию как в противовес очень мал и не оказывает вллияния на работу СУ.
Итак, l/2 диполь диапазона 80 м, питаемый с конца как J-антенна. Кстати, хорошая антенна (особенно если высоко подвесить) для многих применений, удобная конструктивно (тонкий одиночный провод, выглядит не как антенна, а как одна из многих коммуникаций между домами).Входной импеданс самого диполя 4,5 кОм. Вводим эти данные в окно Согласование отрезками линий, при входной мощности 1 кВт получаем следующее:
2.1. Линии 450 Ом с воздушным диэлектриком:
КПД = 96,4%. Очень высокое значение. До антенны доходит 963,9 Вт. Хорошая J-антенна.
2.2. Линии 300 Ом с пластиковым диэлектриком:
КПД уменьшился до 84,4%. До передатчика доходит 844,2 Вт. В принципе, терпимо, хотя и не так хорошо, как с линиями 450 Ом.
2.3. Коаксиал RG11 (хороший, толстый) 75 Ом:
КПД упал до неприемлемого значения 43,6%. Больше половины мощности передатчика бесполезно греет линии согласования. Красный индикатор на поле Match loss говорит о недопустимо высоких потерях. Применять такое СУ неразумно. Уже есть проблемы со 111 Вт тепла на короткой линии. При длительной передаче кабель может начать плавиться.
2.4. Коаксиал RG213 (хороший, толстый) 50 Ом:
КПД еще более снизился до 39,9%. 399 Вт в антенне, остальные 601 Вт греют кабель. максимальное тепловыделение на короткой линии. В ней рассеивается 180 Вт (реальная часть от комплексной мощности). И это на длине 1,46 м. Это 123 Вт тепла на погонный метр. Даже толстый RG213 такого издевательства не вынесет и поплывет с вариантом в виде последующего КЗ. Как СУ использовать нельзя.
2.5. Коаксиал RG58 (плохой, тонкий) 50 Ом:
КПД всего 21,1% До передатчика доходит только 211 Вт. А 789 Вт остаются в кабеле. На короткой линии тепловыделение достигает 120Вт/м. Тонкий RG58A не может рассеивать столько без расплавления внутренней изоляции. Не годится ни как СУ, ни как Dummy load.
Таким образом, используя окно Согласование отрезками линий GAL-ANA можно рассчитать СУ двух последовательно-параллельно включенных отрезков линий с учетом потерь в последних. И получить не только точную длину линий (а она будет ощутимо отличаться от длины линий без потерь), но и КПД СУ. И по результатам выбрать линии, при которых КПД окажется высоким.
Почти всегда это будут высокоомные двухпроводные линии. Коаксиальные кабеля имеет смысл применять в таком СУ лишь при не очень высоком КСВ антенны (ориентировочно до 5 ... 7).
Немного (на несколько %) можно повысить КПД такого СУ, если заменить короткую параллельную линию обычной катушкой индуктивности.