BALlanced-UNballanced @ UFH

[RK3AAG]

Такое дело.

Симметричная антенна (~50 Ом) и нессиметричный фидер
(коаксиал 50 Ом). Такую комбинации на КВ очень часто
симметрируют при помощи запорного дросселя - делая
коаксиалом скажем десяток витков на диэлектрике в
непосредственной близости от антенны.

Казалось бы, что количество витков в таком дросселе должно
быть как можно большим (тем самым обеспечивая большее
сопротивление для ВЧ-токов, текущих снаружи оплетки), но с
другой стороны (если верить литературе) при большом
количестве витков у дросселя начинает расти емкостная
составляющая, что даст резонанс не определенной частоте,
которая может оказаться ниже верхней рабочей частоты антенны
- тогда получится уже не дроссель, а конденсатор. А это,
поговаривают, не есть гуд.

Вопрос:

Что в таком случае (т.е. симметричная антенна [~50 Ом] и
нессиметричный фидер [коаксиал 50 Ом]) делают на УКВ? И
делают ли вообще?

Казалось бы, можно сделать виточек..второй коаксиалом, но
отталкиваясь от сказанного выше я опасаюсь того, что тут
можно легко переборщить и даже один виточек может дать
резонанс ниже 440 МГц. Я, конечно, не считал что там
получается теоретически по индуктивности и емкости (и
следовательно по резонансной частоте), но чисто "на глаз"
такие опасения кажутся мне реальными.

Тогда как с учетом вышесказанного правильно симметрировать?
А может это и вовсе не нужно делать, ведь есть еще
естественная индуктивность оплетки коаксиала, которая
_возможно_ дает на УКВ достаточную для симметрирования
индуктивность даже без намотки (опять же не считал, поэтому
гадаю)?

Что скажете?

[RA3AQ]

Артем, не сразу ответели на твой вопрос, потому, что он не такой простой, как кажется на первый взгляд. Антенны на УКВ непосредственно несимметричным фидером на практике запитывают часто. Я думаю, что если опросить тех, у кого антенны расчитаны на 50 Ом, то многие из них принебрегают симметрированием.
Я попробовал смоделировать ситуацию на NEC2 для одной своей антенны. Ясно, что часть тока утекает на оплетку кабеля и возбуждает ее. Это вносит искажения в диаграмму и приводит к уменьшению усиления. Цифра 1dB мне кажется реальной. Также по расчету изменяется входное сопротивление антенны.

Что касается катушек и ферритов, то в отличие от КВ на УКВ можно сделать распределенные полноразмерные дроссели. Мне кажется это проще и надежнее. Хотя я знаю, что на 144МГц применяют для симметрирования трансформаторы на феррите. Но мне жалко даже 0.1dB, которая может потерятся в нем.

Две картинки:

• 18эл 6.3WL симметричное питание.
• 18эл 6.3WL антенна без симметрирования.

[RK3AAG]

RA3AQ писал(а):

Артем, не сразу ответели на твой вопрос, потому, что он не такой простой, как кажется на первый взгляд.

Да я особе не скучал, т.к. аналогичный пост сделал в листе AHTEHHA, так что что-то уже успели обсудить.

Антенны на УКВ непосредственно несимметричным фидером на практике запитывают часто. Я думаю, что если опросить тех, у кого антенны расчитаны на 50 Ом, то многие из них принебрегают симметрированием.

Я тоже это заметил, причем не только в любительской связи, но и в профессиональной - в т.ч. коммерческие проекты и милитари. Примеров - туча.

Я попробовал смоделировать ситуацию на NEC2 для одной своей антенны. Ясно, что часть тока утекает на оплетку кабеля и возбуждает ее. Это вносит искажения в диаграмму и приводит к уменьшению усиления.

Спасибо, занятно. А как эмулировалось излучение фидера?

Также по расчету изменяется входное сопротивление антенны.

Об этом же пишет DL2KQ в своей второй книге...

Что касается катушек и ферритов, то в отличие от КВ на УКВ можно сделать распределенные полноразмерные дроссели. Мне кажется это проще и надежнее.

Речь о запорных дросселях, выполняемых на наружной стороне оплетки или о чем-то другом?

Хотя я знаю, что на 144МГц применяют для симметрирования трансформаторы на феррите. Но мне жалко даже 0.1dB, которая может потерятся в нем.

В первоначальном сообщении я забыл указать весьма важный момент - меня интересует широкополосное решение, т.к. речь идет о широкополосной антенне, с отношением верхней и нижней рабочих частот более нескольких единиц.

А что касается трансформаторах на ферритах, то лично мне не хочется их применять даже на КВ, слишком уж много недостатков они имеют (многократно описаны в публикациях). Конечно, они бывают разных типов, но все же часть из них обязательно свойственна тому или иному типу.

============================================================================

Пока просуммировав всю информацию по этому вопросу, а так же отталкиваясь от потребностей (широкополосное решение), текущим фаворитом является решение по созданию запорного дросселя на внешней стороне оплетки.

Предполагаемое конструктивное исполнение таково (tnx UR0GT за полезную инфу):

На фидер, на расстоянии 1/4L от антенны на фидер надевается блок ферритовых колец, далее аналогичные блоки колец надеваются на фидер с шагом 1/8..1/4L (суть наличия нескольких блоков [т.е. дросселей] - создание сопротивления для токов, наводимых ближнем полем антенны, которое, конечно же существует и имеет значительные амплитуды не только в области до расположения запорного дросселя). Предположительная длина фидера с дросселями длиной около 1L. Проницаемость колец, говорят, в этом случае не важна. Марка феррита, говорят тоже некритична, но я все же если буду делать, то буду использовать НН или ВЧ (по тем же причинам, что и при изготовлении трансформаторов - повышенная чувствительность НМ ферритов к модулированности, и как следствие, легкость насыщения феррита - например, в случае разряда молнии поблизости).

Вот вроде и все.

Сообщение отредактировано: RK3AAG, в: 2005/03/14 23:48

[RW3BP]

Из приведенного уточнения (…меня интересует широкополосное решение, т.к. речь идет о широкополосной антенне, с отношением верхней и нижней рабочих частот более нескольких единиц) следует, что речь скорее всего идет о приемной телевизионной антенне. Для таких антенн симметрирование нужно чтобы подавить прием помех на кабель снижения. Конечно в этом случае применение ферритов вполне оправдано. Надо только понимать, что это никакие не запорные дроссели, а это чистой воды поглотитель. Поэтому марка феррита действительно не важна. Кстати об этом говорит предложение поместить феррит на расстоянии 1/4 длины волны. Это пучность напряжения, где диэлектрические потери в феррите наиболее велики. Таким образом все, что утекает на оплетку в этом случае просто пропадает. Впрочем для телевизионной антенны потеря 0.5...1.5 дБ большого значения не имеет.

Теперь пишу для тех, кто размышлял по этому вопросу несколько ближе к профилю нашего сайта. Собственно этому и был посвящен ответ Димы RA3AQ. Он показал, что симметрировать фидер все таки нужно. Конечно всякими ухищрениями можно уменьшить потери. Скажем в уже древней антенне F9FT рекомендовалось сделать из кабеля петлю и через четверть длины волны прмотать кабель к несущей трубе. Однако что делать, если труба диэлектрическая или если это кросс-яги?
В общем вывод таков - грубое отсутсвие симметрирования может привести к потерям более 1 дБ. При использовании антенны на прием (особенно в условиях города) значительно возростает шумовая температура антенны.
Теперь о симметрирующих устройствах. Если отбросить экзотику типа гамма согласования то остаются два основных класса. Первый - это различные запорные дроссели. Типичным является четвертьволновый стакан. Устройство узкополосное, но для наших узких диапазонов это не имеет значения. Второй способ симметрирования - это обеспечение геометрической симметрии активного элемента и вывод кабеля в точке нулевого потенциала. Типичный пример - это петлевой вибратор, где кабель заходит через центр петли и затем пропускается через одну из половинок (очень эффективно но геморройно в изготовлении). Сюда же относится четвертьволновый шлейф. Очень дешево и сердито это было сделано в телевизионных зигзагообразных антеннах Харченко. Там кабель прокладывался по полурамке и выходил в нулевой точке. Достоинство подобного метода в абсолютной широкополосности. Ведь геометрическая симметрия не связана с длиной волны.
Пару слов об известном U-колене. Иногда, для упрощения конструкции применяют тонкий кабель для этого колена. Если учесть, что этот кусок фидера в принципе работает с плохим КСВ, то можно получить дополнительные потери 0.1...0.3 дБ и ухудшение симметрирования и согласования.
В общем на мой взгляд выводы таковы:
- отсутствие симметрирования это плохо
- плохое симметрирование может быть еще хуже
- вопрос важный и относиться к тему надо с большим вниманием. Это то место, где можно потерять многое из добытого титаническим трудом.

Сергей RW3BP

[RK3AAG]

RW3BP писал(а):

Из приведенного уточнения (…меня интересует широкополосное решение, т.к. речь идет о широкополосной антенне, с отношением верхней и нижней рабочих частот более нескольких единиц) следует, что речь скорее всего идет о приемной телевизионной антенне.

Не знаю что такое "телевизионная антенна", но речь шла о ЛПА и р.л. применении.

Надо только понимать, что это никакие не запорные дроссели, а это чистой воды поглотитель.

Поясните, пожалуйста, в чем по вашему заключается разница.

Впрочем для телевизионной антенны потеря 0.5...1.5 дБ большого значения не имеет.

Вы про случай с трансформатором на ферритовом кольце или про запорный дроссель aka поглотитель? Или может быть про что-то еще?

Сообщение отредактировано: RK3AAG, в: 2005/03/15 14:55

[RW3BP]

Уважаемый RK3AAG. Под телевизионной антенной я имел ввиду индивидувльную или коллективную антенну для приема программ эфирного телевидения. Как Вы заметили я это не утверждал, а только предположил. Извините за то что ошибся. Однако ЛПА и р.л. применение для меня еще менее понятно. ЛПА это видимо логопериодическая антенна, а р.л. это радиолокация? Если это логопер антенна то обычно там есть “геометрическое ” симметрирование, про которое я писал выше. Просто кабель пропусквется через одну из трубок. Если это что-то другое то поясните пожалуйста. Мне трудно отвечать конкретнее т.к. Вы держите назначение антенны в секрете.

Как я понимаю запорный дроссель не пускает ток на внешнюю поверхность оплетки. В отличие от этого поглотитель не препятствует затеканию тока. Просто эта часть мощности пропадает безвозвратно.

Сергей  RW3BP

[RK3AAG]

RW3BP писал(а):

Однако ЛПА и р.л. применение для меня еще менее понятно. ЛПА это видимо логопериодическая антенна, а р.л. это радиолокация?

Ну почему же сразу радиолокация. Широкополосная антенна, отношение Fmax/Fmin может достигать 10, что весьма удобно - все УКВ бэнды по одному фидеру. Для радиолюбителей многие фирмы выпускают антенны этого класса.

Что касается УКВ-DX'инга, то я отлично понимаю, что это "совсем не то", "несерьезно" и т.д., а так же то, что ЛПА является весьма компромиссным решением, что не отменяет локальной УКВ-связи и связи через прохождения аномальной силы, а так же желания поставить на крышу имеющуюся железяку

Если это логопер антенна то обычно там есть "геометрическое" симметрирование, про которое я писал выше. Просто кабель пропусквется через одну из трубок. Если это что-то другое то поясните пожалуйста.

Читая информацию от фирм-производителей ЛПА я по крайней мере дважды натыканная на информацию, что фидер не рекомендуется продевать через собирательную линию (в случае если она выполнена из труб или профиля, конечно), а рекомендуется естественным способом снижать кабель под прямым или около того углом, и только ниже подвязывать фидер по мачте.

Не хочется фантазировать что же является причиной по которой они дают такую рекомендацию, но лично мне кажется что у нее есть какая-то достаточно серьезная подоплека. Если кто-либо имеет что-нибудь сказать на эту тему, я буду очень признателен.

Как я понимаю запорный дроссель не пускает ток на внешнюю поверхность оплетки. В отличие от этого поглотитель не препятствует затеканию тока. Просто эта часть мощности пропадает безвозвратно.

По-моему так это одна и та же функция, ведь запирание обеспечивается как раз за счет поглощения.

Да и в литературе (по моим наблюдениям) индуктивности для внешней стороны оплетки, выполненные не важно каким способом (катушка из фидера на диэлектрике, катушка из фидера на феррите, ферритовые кольца или трубки на фидере и т.д.), называют чаще всего дросселями (в русскоязычной литературе) или балунами (в англоязычной литературе).

В любом случае это не суть - суть в результате, который направлен на борьбу с токами, текущими по внешней стороне оплетки.

Сообщение отредактировано: RK3AAG, в: 2005/03/15 16:14

[RW3BP]

…. касается УКВ-DX'инга, то я отлично понимаю, что это "совсем не то", "несерьезно" и т.д

Дело не в том, что это несерьезно. Просто это очень неэффективно. По принципу работы на каждой частоте здесь работают только 2…3 элемента. Если взять полотно, которая перекрывает диапазон от 144 до 1296 МГц, то реально будут использоваться только 3 элемента с одного конца, три с другого и три посередине (432 МГц). Все остальное – это лишний вес и парусность. Антенна хороша только для специальных применений, где требуется непрерывное перекрытие. Всякие сканеры и проч.

…..а рекомендуется естественным способом снижать кабель под прямым или около того углом, и только ниже подвязывать фидер по мачте.

Я этого понять не могу. ЛПА питается с носа и до хвоста, особенно на верхних частотах, доходит очень мало. Поэтому потенциал там близок к нулю и затекать на оплетку там нечему. Напряжение может возрасти только на нижнем крае диапазона. При этом можно использовать обычный четвертьволновый шлейф. Т.е. пустить со второй трубки кусок кабеля (используется только оплетка) и на расстоянии 50 см щт хвоста оплетки соединить. Тогда будет полная геометрическая симметрия


….По-моему так это одна и та же функция, ведь запирание обеспечивается как раз за счет поглощения.

Это не так. Реактивный элемент может отражать без потерь. Скажем если замкнуть кабель то все что пришло отразится без потерь (конечно без учета потерь в самом кабеле). Хороший четвертьволновый стакан вносит потери на уровне сотых долей децибела.

…..Да и в литературе (по моим наблюдениям) индуктивности для внешней стороны оплетки, выполненные не важно каким способом (катушка из фидера на диэлектрике, катушка из фидера на феррите, ферритовые кольца или трубки на фидере и т.д.), называют чаще всего дросселями (в русскоязычной литературе) или балунами (в англоязычной литературе).

Как известно по английски BALUN это сокращение от BALANCE-UNBALANCE. Общепринятый перевод – симметрирующее устройство. Дроссель – это элемент симметрирующего устройства. По английски это choke.

[RK3AAG]

RW3BP писал(а):

Дело не в том, что это несерьезно. Просто это очень неэффективно. По принципу работы на каждой частоте здесь работают только 2…3 элемента. Если взять полотно, которая перекрывает диапазон от 144 до 1296 МГц, то реально будут использоваться только 3 элемента с одного конца, три с другого и три посередине (432 МГц). Все остальное – это лишний вес и парусность. Антенна хороша только для специальных применений, где требуется непрерывное перекрытие. Всякие сканеры и проч.

Мы говорим об одном и том же только разными словами. По-моему всем уже все понятно, касательно применений и компромиссности.

Я этого понять не могу. ЛПА питается с носа и до хвоста, особенно на верхних частотах, доходит очень мало. Поэтому потенциал там близок к нулю и затекать на оплетку там нечему. Напряжение может возрасти только на нижнем крае диапазона. При этом можно использовать обычный четвертьволновый шлейф. Т.е. пустить со второй трубки кусок кабеля (используется только оплетка) и на расстоянии 50 см щт хвоста оплетки соединить. Тогда будет полная геометрическая симметрия

Геометрическая симметрия геометрической симметрией, но тут как мне кажется, есть еще и электрические проблемы. Например, вмешательство в пространство собирательной линии (если так можно выразиться). Не хочется мне строить неправильных теорий на эту тему, поэтому попробую как проще (на примере):

Вот представьте, что у нас с вами есть фидер, выполненный в виде симметричной линии, которая питает антенну (по сути аналог собирательной линии в ЛПА). Насколько хорошо сейчас взять и поместить проводник с длиной соизмеримой с длиной волны в непосредственной близости от этой линии? А если по этому проводнику текут токи этой же самой АФУ, только с не очень понятными амплитудами/фазами?

Как вам кажется, какой эффект это даст, т.е. останутся свойства АФУ точно такими же как до этого или все же они ухудшаться?

Мне лично чисто интуитивно почему-то кажется более вероятным второй вариант.

Если кто-то сможет объяснить то, что я весьма "криво" и утрированно высказал, технически более правильным языком, то я бы был очень признателен.

Это не так. Реактивный элемент может отражать без потерь. Скажем если замкнуть кабель то все что пришло отразится без потерь (конечно без учета потерь в самом кабеле). Хороший четвертьволновый стакан вносит потери на уровне сотых долей децибела.

По-моему мы далеко пошли. Сначала был поднят вопрос терминологии (о нем ниже), сейчас уже вы говорите о преимуществах/недостатках разных методов.

Как известно по английски BALUN это сокращение от BALANCE-UNBALANCE. Общепринятый перевод – симметрирующее устройство. Дроссель – это элемент симметрирующего устройства. По английски это choke.

Да, так точно.

Набираем в Гугле "choke balun" (http://www.google.com/search?hl=ru&q=%22choke+balun%22&lr=), имеем 2 600 результатов. Дословный перевод - дроссельный балун. Все же дроссельный и все же балун (впрочем, очень часто в публикациях и в каталогах фирм-изготовителей он упоминается как просто "balun", т.е. без уточнения типа).

Открываем книги (с собой только одна) - вторую часть книги DL2KQ, глава 3.6.4.2 - развязывающий дроссель.

Смотрим публикации А. Гречихина - запорный дроссель.

Статья из QST 1983 в переводе В. Беседина - дроссельный "балун".

В общем, дроссель.

А о чем спор? О том, что вам больше нравиться не дроссель, а поглотитель? Отлично! Мне больше нравиться дроссель только потому к этому термину привык лично я (и как мне кажется другие читатели популярных р.л. публикаций, т.к. термин "поглотитель" мне в этом смысле, насколько я помню, встречать не приходилось).

Сообщение отредактировано: RK3AAG, в: 2005/03/15 18:29

[ua3tjc]

Значит и у антенны DK7ZB с сопротивлением 28 Ом, с запиткой через два 1/4 лямбда 75-омных отрезка для согласования с кабелем 50 Ом, по сути есть большие потери из-за отсутствия симметрии. Если я прав, конечно. Подскажите!
Сергей, ua3tjc, 73!

[RW3BP]

….. Например, вмешательство в пространство собирательной линии (если так можно выразиться). Не хочется мне строить неправильных теорий на эту тему, поэтому попробую как проще (на примере):
Вот представьте, что у нас с вами есть фидер, выполненный в виде симметричной линии, которая питает антенну (по сути аналог собирательной линии в ЛПА). Насколько хорошо сейчас взять и поместить проводник с длиной соизмеримой с длиной волны в непосредственной близости от этой линии? А если по этому проводнику текут токи этой же самой АФУ, только с не очень понятными амплитудами/фазами?

Дело в том, что токи относящиеся к собирательной линии текут по внешней поверхности трубки. То, что находится внутри трубки к этой линии отношения не имеет. Поэтому никакого вмешательства нет. Точно так-же, если ввести кабель в центр петлевого вибратора, пропустить через одну из половинок и присоединить оплетку и жилу к концам вибратора, то ему все равно – есть внутри кабель или нет.


….А о чем спор? О том, что вам больше нравиться не дроссель, а поглотитель? Отлично! Мне больше нравиться дроссель только потому к этому термину привык лично я (и как мне кажется другие читатели популярных р.л. публикаций, т.к. термин "поглотитель" мне в этом смысле, насколько я помню, встречать не приходилось).

Согласен. Спор действительно ни о чем. Надеюсь только, что остальные члены нашего уважаемого сообщества так же как и я понимают, что дроссель (по русски заслонка) и поглотитель это два противоположных полюса.

В заключение хочу повторить:
Люди! Будьте внимательны к питанию антенны. Здесь вы можете потерять многое из полученного тяжким, непосильным трудом.

Сергей RW3BP

[RW3BP]

….Значит и у антенны DK7ZB с сопротивлением 28 Ом, с запиткой через два 1/4 лямбда …..

Сергей
Конечно потери есть. Насколько они велики сказать трудно. Это зависит от того как лежит кабель. Если несущая из металла, то можно воспользоваться способом F9FT. Отмерять пол метра от вибратора (включая трансформатор), сделать петлю и примотать кабель к трубе на длине 10…15 см (можно и больше).

Сергей