www.quad.ru

\главная\р.л. конструкции\антенны\...

4 эл. система на 7 Мс, запитанная по методу Коллинза

Существующий метод активного питания с помощью кабельных линий задержки имеет один существенный недостаток. Все дело в том, что длина линии задержки в такой системе зависит от входного импеданса антенны в который входит и сопротивление потерь в системе радиалов. К примеру если при расчете длины линии задержки введено сопротивление потерь 2 Ом а у вас фактически получилось 10 Ом, то можно с уверенностью сказать, что такая расчитанная длина линии задержки в данном случае будет не верна и конечно же работать система не будет. Иными словами линия задержки работает под строго определенный входной импеданс антенны. Это следует учитывать.

Один из методов активного питания антенных систем был предложен Фредом Коллинзом W1FC в 80-х годах прошлого века. Этот метод свободен от вышеизложенного недостатка. Рассогласование в данном случае лишь выразится в слегка повышенном КСВ, но система работать будет хорошо. Этот метод основан на применении гибридного ответвителя. В принципе для радиолюбителей выпускаются такие ответвители изготовленные по методу Леволлена и по методу Коллинза. Стоимость их очень высока, поэтому есть смысл изготовить это самому. Первый отличается от второго тем, что в нем для сдвига фаз используются катушки индуктивности. Во втором используются катушки на ферритовых торах. Эти системы имеют свои достоинства и недостатки. Первый имеет достоинства:

  1. Выше КПД, практически вся подведенная мощность уходит в антенну.

Недостаток:

  1. Узкополосность системы, как правило не превышающая 100 кГц.
  2. Необходимость экранировки катушек.

 

Вторая имеет достоинства:

  1. Широкополосность системы.
  2. Простота изготовления.

Недостаток:

  1. Пониженный КПД, который тем меньше, чем больше отличается рабочая частота от расчетной.

В чем это выражается? Если в узкополосной системе вы далеко перестроились от расчетной частоты то система начинает выдавать неправильные фазы и как результат ДН антенны резко становится хуже.

Во втором случае, даже если вы ушли очень далеко от расчетной частоты ДН антенны сохраняется, но увеличиваются потери, которые рассеиваются на нагрузочном резисторе. Я считаю, что для станции важнее сохранить ДН даже ценой потери части мощности

 

Это основные достоинства и недостатки систем, которые помогут вам выбрать нужную систему. К примеру, если вам нужна широкополосная система скажем для работы в полосе 3,5 – 3,8 Мс то лучше использовать вторую систему.

Итак сердцем системы по методу Коллинза является гибридный ответвитель на ферритовых кольцах. Сразу оговорюсь, что для успешного изготовления потребуется LC измеритель.

Ответвитель выдает  фазы  0 гр,  90 гр., и -90 гр. Сразу надо отметить, что эта система как и другие однодиапазонная. Схема достаточно простая и пояснений не требует. Требуются 2 кольца от Амидон Т200-2. Кольцо имеет диаметр 50 мм и легко работает до мощности 2 квт. Намотку кольца лучше всего делать скрученным(1 скр на 2 см) многожильными изолированными лучше разноцветными проводами диаметром 1,5-1,7 мм. Намотка на кольце располагается равномерно. Для того чтобы знать какое количество витков намотки надо провести несложные вычисления. Индуктивность каждой из обмоток кольца должна быть:

 

L= Xo/6.28 f , где Хо – системный импеданс, обычно 50 Ом

f – рабочая частота. Для частоты 7,05 Мс индуктивнсть будет 1,13 мкГ.

 

Далее считаем конденсаторы.

Хс1 = Хс2 = 2 х 50 = 100 Ом

 

С1=С2= 1000000/6,28 х 7,05 х 100 = 226 пФ

Вот и все расчеты.

Теперь скрученным вдвое проводом наматываем на кольце Т1 примерно 10 витков. Зачищаем оба конца одной из обмоток и измеряем LC метром индуктивность намотки. Она должна быть 1,13 +/- 5%. Можно перемещать витки по кольцу и достигнув нужной индуктивности зафиксировать пластиковыми фиксаторами, которые применяют электрики. С обмоткой пока все закончено. Теперь измерим емкость между обмотками. Подключим LC метр к началам разных обмоток и к примеру измеренная емкость получиться 25 пФ. Теперь из вычисленной нами ранее емкости 226 Пф вычтем 25 Пф. Получается 201 Пф. Это значит, что в схему нам надо будет установить два конденсатора по 201 +/- 5% пФ.

Второй трансформатор Т2 наматывается аналогично Т1 т.е. столько же витков скрученными проводами. Обратите внимание на фазировку обмоток. У Т1 начала обмоток слева по схеме а у Т2 начала обмоток сверху.

Конденсаторы С1 и С2 должны быть мощные керамические с минимальным ТКЕ т.е. термостабильные  или же слюдяные на напряжение 1 кВ. Это могут быть параллельно соединенные конденсаторы, но точность емкости должна быть до 5%. От этого зависит фазовые углы и значит качество работы антенны.

Собирается ответвитель в металлической коробке, защищенной от влаги, пыли и пр. Элементы монтируются на стеклотекстолите и соединяются либо печатным методом либо навесным методом. В первом случае следует учесть ширину дорожек печатного монтажа т.к. при мощностях 2 квт ожидается протекание весьма высоких ВЧ токов. Лично я делал это навесным монтажом на куске стеклопластика без фольги. В лубом случае, длина соединений должна быть минимально короткой и диаметр проводников должен быть 1,5 – 2 мм.

После того, как Т1 будет установлен на плату из стеклоплатика и закреплен пластиковыми фиксаторами к плате рекомендую еще раз убедиться в том, что намотка имеет нужную индуктивность т.е. 1,13 мкГ. В случае необходимости нужно подвигать витки намотки на кольце. Кольца можно устанавливать как вертикально так и горизонтально на плате. Это не критично т.к. кольца не восприимчивы к внешним полям, компонентам и т.д.

Реле должны быть мощные, желательно герметизированные и все на напряжение желательно 24 в, чтобы было меньше падения напряжения на линии управления реле. Каждое реле должно иметь по две группы контактов. К шунтирующим диодам нет особых требований.

Все порты ответвителя должны быть пронумерованы в точности со схемой.

Питается ответвитель кабелем 50 Ом любой длины.

Схема блока управления проста и думаю, пояснений не требует. Переключатель направлений установлен в положение N-E т.е. все реле обесточены.

К порту Load 50 OHM следует подключить нагрузку – резистор мощностью 1 квт, если вы будете работать мощностью 2 квт или более. Если же работа предполагается 500 -800 ватт, то достаточно будет и 100-150 Вт нагрузки. На резонансной частоте на нагрузке рассеивается порядка 15 Вт при работе более чем 1 квт.

Я лично использовал MFJ-250X с маслом.

В качестве разъема можно использовать любой разъем на 3 и более контакта. Особых требований здесь нет. Я использовал DB-9.

Вот и все по ответвителю.

Теперь перейдем непосредственно к самим антеннам. Это должны быть 4 вертикала высотой по 10,7 м каждый. Почему увеличенная высота? Это связано с тем, что будучи в системе вертикалы по 10,2 м окажутся настроенными на частоту примерно на 95 - 110 кГц выше расчетной. Для компенсации этого сдвига вверх и взята высота вертикалов по 10,7 м.

Вертикалы устанавливаюся по углам квадрата со стороной 10,2 м. Каждый вертикал имеет строго свой номер, согласно рисунка. К каждому вертикалу следует подключить 1 - 8 радиалов по 10 м изолированным проводом. Радиалы следует располагать в секторе примерно 45 гр. по направлению от центра квадрата. Иными словами крайне нежелательно чтобы радиалы соседних вертикалов пересекались или шли параллельно друг-другу. Высота радиалов над землей может быть от 0,5 м.

Сами вертикалы у меня были телескопическми от 27 мм внизу и до 12 мм вверху. Если используются другие диаметры труб, то высота вертикала может отличаться от 10,7 м. В любом случае, резонансная частота одиночного вертикала должна быть 6,96 Мс, тогда в системе резонансная частота будет 7,05 Мс.

Теперь перейдем к фидерной системе. Каждый вертикал запитывается отрезком кабеля 75 Ом и длиной 0,25 волны. Поскольку ответвитель равноудален от всех вертикалов то надо брать кабель питания с Ку=0,76 минимум а лучше 0,82 или больше. В этом случае вам хватит длины 0,25 волны отрезка. Если нет кабеля с Ку=0,76 и выше то в этом случае надо брать 4 отрезка по 3/4 волны или 21,05 м для 7,05 Мс. Отрезки кабеля могут быть смотаны в бухты возле каждого вертикала. Очень рекомендую нанизать на конец каждого кабеля, который будет соединяться с вертикалом ферритовые кольца. Суммарное индуктивное сопротивление по оплетке может быть 1кОм, что соответсвует примерно 22 мкГ. Чтобы узнать сколько потребуется колец на кабель, надо лишь через пробный отрезок провода пропустить столько колец, чтобы получилась индуктивность примерно 22 мкГн. Затем все эти колечки надеть на кабель. Это делается для того, чтобы кабель не излучал оплеткой и не портил ДН антенны. Можно так же каждый кабель намотать на большое ферритовое кольцо, количество витков кабеля зависит от параметров кольца.

Очень желательно кабель питания реле так же развязать подобным образом. ДН антенны выглядит вот так. Антенна максимально излучает по диагоналям квадрата. На рисунке показана ДН антенны в положении переключателя на N-W.

В основном это и есть полное описание антенны.

В заключении хочу сказать, что данная система на 7 Мс была опробована в экспедиции в Квебек 25 - 31 Декабря 2007 г. Пробы в эфире показали очень хорошую работу этой системы. Были опрошены VE3EJ, VE3YAA, CO2FC, а также ряд американских станций и станция из Украины. Все оценки были таковы – разница 4 балла или 24 дб. 

Если нет возможности установить 4 вертикала, то можно установить два вертикала. В этом случае не нужен Т2 и нужно только одно реле для того, чтобы запитать один излучатель с фазой -90 а другой с фазой 0 гр. В этом варианте следует использовать 2 отрезка кабеля по 50 Ом и длиной 0,25 волны. Кабель может иметь Ку=0,66. Два порта ответвителя не используются.

Хочу отметить, что данным ответвителем(вариант для 2 вертикалов) можно питать не только вертикалы, но и слоперы, диполи, рамки, подвешенные как вертикально так и горизонтально.

Рисунки к тексту взяты с сайта TK5EP. Ну лень мне было рисовать схемы :-)

Alex Barski
VE3KF

,, Low -band DXing,, ON4UN


2 эл. система на 7 Мс, запитанная по методу Коллинза

Основные достоинства и недостатки питания антеных систем по методу Коллинза были уже описаны мной ранее в статье ,,4 эл. система, запитанная по методу Коллинза,, В новой же статье я бы хотел остановиться на варианте 2 эл. системы по тому же методу. Не все радиолюбители вероятно имеют возможность установить 4 элемента вертикалов на 7 Мс на дачном участке или тем более на крыше своего дома. А вот поставить 2 эл. на 7 Мс думаю, что это вполне реальная задача даже на крыше дома. Я вскользь уже упоминал о том что ответвителем для 4 эл. можно запитать и 2 эл. но если вы не планируете работу 4 эл. то можно изготовить гибридный ответвитель конкретно для работы только 2 эл. системы. Схема такого ответвителя изображена на рисунке.

Схема очень простая и состоит из трансформатора Т1, аналогичного из предыдущей статьи. Кольцо тоже от Амидон T200-2. Это кольцо диаметром 2,00 инча или 5 см. Проницаемость кольца 10 и рабочий диапазон от 2 до 30 Мс. Все рекомендации по намотке кольца, сборке конструкции и т.д. описаны в предыдущей статье и полностью справедливы и для этой конструкции, поэтому я повторяться не буду.

Напомню лишь, что индуктивность каждой из обмоток кольца для 7 Мс равна 1,13 мкГн. Емкости начальные 226 пФ а конечные значения не указаны т.к. конкретно они зависят от измеренной емкости обмоток.

Используется здесь только одно реле с двумя группами контактов. Реле желательно на 24 В.

В этой системе сами вертикалы устанавливаются на расстоянии 10,2 м. Высота вертикалов примерно 10,5 м. Питаются вертикалы двумя отрезками кабеля лучше 50 Ом но можно и 75 Ом, хотя в этом случае можно ожидать слегка повышенный КСВ. Длинна отрезков кабелей 0,25 волны или для 7,05 Мс будет равна 7,02 м при Ку=0,66. Если Ку= вашего кабеля будет иной, скажем 0,72 или 0,82 то придется пересчитать длину питающих кабелей. Входной кабель 50 Ом любой длины.

Схему блока управления я не привожу, она может быть любой, лишь бы выдавала 24 В для реле и имел тумблер, который может включать ли выключать 24 В для реле ответвителя. Это и будет переключение ДН антенны. На схеме изображено обесточенное реле и в этом случае максимум ДН приходится в направлении вертикала, запитанного фазой -90 гр.

Очень желательно питающие вертикалы кабеля и питающие реле провода развязать по ВЧ с помощью ферритовых колец.

В заключении могу отметить, что таким ответвителем можно запитывать не только вертикалы но рамки, диполя, слоперы и пр. излучатели, разнесенные на 0,25 волны в пространстве.

Этот ответвитель строго однодиапазонный. Стоимость такого кольца без пересылки в Амидоне $4.5

Данная система была опробована совсем недавно и показала превосходную работу. ДН мгновенно переключается и разница в приеме доходит до 5-6 баллов. На передачу все дали разницу 25 дб.

73!VE3KF, TO3T
Alex.



Глас народа
07.03.2008 19:41 Интересное обсуждение! 1. схема питания Коллинза самая "прав...  --  RA6LBS
17.02.2008 23:54 To VA2WDQ. описание 2-х фазированных вертикалов на 40м не по мето...  --  VE3KF
08.02.2008 00:04 Нормальный сайт. Всё сделано правильно, в заголовке html страничк...  --  VA2WDQ
01.02.2008 05:02 Спасибо Владимир и Николай за слова поддержки. О чем бы еще вы ...  --  VE3KF
31.01.2008 09:20 to VE3KF :Александр,здравствуйте! Ваш сайт здоровский! Очень мног...  --  Николай ua3djg ...
30.01.2008 06:42 Александр вы не обращайте внимания на безымянных... Ваши статьи ч...  --  Владимир, Красн...
30.01.2008 01:10 Сайт какой есть такой и есть. Не ставил себе цель понравиться ком...  --  VE3KF
29.01.2008 23:53 Точнее - "..покажи мне свой сайт..."...  --  Переставший инт...
29.01.2008 23:51 >>Обнаружены пара ошибок в схеме по 4 вертикалам. Я их исправил ...  --  Интересовавшийс...
22.01.2008 15:45 Николай, вы не совсем правы. На резонасной частоте импедансы акти...  --  VE3KF
22.01.2008 14:41 to VE3KF: Александр,здравствуйте! Спасибо за ответ...Но как говор...  --  Николай UA3DJG...
21.01.2008 21:24 Много приходит в приват писем с вопросом - изготавливаю ли я на з...  --  VE3KF
21.01.2008 17:41 Я дополнил статью по 4 вертикалам. Также есть описания радиоэкспе...  --  VE3KF
21.01.2008 17:35 to UA3DGJ. Николай здравствуйте. Спасибо за отзывы о статье. Там ...  --  VE3KF
21.01.2008 10:38 to VE3KF: Александр, здравствуйте! Большое спасибо за Ваши публик...  --  Николай UA3DJG...
19.01.2008 21:59 Интересный метод, надо попробовать....  --  VE3KF
19.01.2008 20:47 Alex. Забыл сказать, что импедансы элементов при этом тоже легко ...  --  Николай ur0gt...
19.01.2008 20:06 Alex. Когда мне в MMANA надо смоделировать генераторы тока, а не ...  --  Николай ur0gt...
19.01.2008 17:30 Николай, я повторил эксперимент, но тыл ДН изменил до 100 гр по а...  --  VE3KF
19.01.2008 17:18 Николай, я только что провел повторил ваш эксперимент на ММАНА. П...  --  VE3KF
19.01.2008 17:01 Николай, вот если бы эта разница в 3 дб была в усилении антенны т...  --  VE3KF
19.01.2008 14:40 Alex, разница в 3 дБ (в два раза по мощности) - это не так уж и м...  --  Николай urogt...
19.01.2008 11:10 Николай, типа "UR0GT", по всех форумах и публикациях ищет неточно...  --  Внимательный...
19.01.2008 00:36 Николай, возможно это и так, но уж очень ничтожное улучшение F/B ...  --  VE3KF
18.01.2008 22:25 Alex, если сравнивать отношение F/B по наихудшему результату в се...  --  Николай ur0gt...
18.01.2008 20:21 Николай, я проверил своим антенным симулятором EZNEC-M действител...  --  VE3KF
18.01.2008 17:19 To Alex VE3KF. И ещё одно дополнение. При такой схеме запитки си...  --  Николай ur0gt...
17.01.2008 17:25 Как дополнение, я выложил фото ответвителей на своем сайте. Это к...  --  VE3KF
17.01.2008 08:20 Колян UR0GT, Alex всё правильно говорит - недостатки величиной ...  --  Внимательный...
15.01.2008 18:28 По данным из книги ON4UN мощность потерь на резисторе нагрузки со...  --  VE3KF
15.01.2008 17:49 Недостатки этого метода: 1. Ощутимая часть мощности идёт на нагре...  --  Николай ur0gt...
15.01.2008 03:55 Обнаружены пара ошибок в схеме по 4 вертикалам. Я их исправил и в...  --  VE3KF

Возврат