Широкополосные трансформаторы на ферритовых кольцах: Широкополосные трансформаторы на ферритовых кольцах

Содержание

Симметрирующие ШПТ и дроссели на ферритовых трубках

Трансформаторы на ферритовых трубках выполняют сразу несколько функций: трансформируют сопротивление, симметрируют токи в плечах антенны и подавляют ток на внешней поверхности оплётки коаксиального фидера. Наилучшим отечественным ферритовым материалом для широкополосных трансформаторов (ШПТ) является феррит марки 600НН, но из него не изготавливали трубчатых магнитопроводов…

Сейчас в продаже появились ферритовые трубки зарубежных фирм с хорошими характеристиками, в частности, FRR-4,5 и FRR-9,5 (рис. 1), имеющие размеры dxDxL 4,5x14x27 и 9,5×17,5×35 мм соответственно. Последние трубки использовались в качестве помехоподавляющих дросселей на кабелях, соединяющих системные блоки компьютеров с мониторами на электроннолучевых трубках. Сейчас их массово заменяют на матричные мониторы, а старые выбрасывают вместе с соединительными кабелями.

Рис. 1. Ферритовые трубки 

 

Четыре ферритовые трубки, сложенные рядом по две, образуют эквивалент «бинокля», на котором можно разместить обмотки трансформаторов, перекрывающих все КВ-диапазоны от 160 до 10 метров. Трубки имеют скруглённые грани, что исключает повреждения изоляции проводов обмоток. Их удобно скрепить вместе, обмотав широким скотчем.

Из различных схем широкополосных трансформаторов я использовал простейшую, с раздельными обмотками, витки которых имеют дополнительную связь за счёт плотной скрутки проводников между собой. Это позволяет уменьшить индуктивность рассеяния и за счёт этого повысить верхнюю границу рабочей полосы частот. Одним витком будем считать провод, продетый через отверстия обеих трубок «бинокля», а «половиной витка» — провод, продетый через отверстие одной трубки «бинокля». В таблице сведены варианты трансформаторов, выполнимых на этих трубках. Здесь N1 — число витков первичной обмотки; N2 — число витков вторичной обмотки; КU — коэффициент трансформации напряжений; KR — коэффициент трансформации сопротивлений; М — соотношение сопротивлений при источнике с выходным сопротивлением 50 Ом.

Таблица

N1

N2

КU

KR

М

1

1

1:1

1:1

50:50

1

1,5

1:1,5

1:2,25

50:112,5

1

2

1:2

1:4

50:200

1

2,5

1:2,5

1:6,25

50:312,5

1

3

1:3

1:9

50:450

1

3,5

1:3,5

1:12,5

50:625

2

1

1:0,5

1:0,25

50:12,5

2

1,5

1:0,75

1:0,56

50:28

2

2

1:1

1:1

50:50

2

2,5

1:1,25

1:1,56

50:78

2

3

1:1,5

1:2,25

50:112,5

2

3,5

1:1,75

1:3

50:150

2

4

1:2

1:4

50:200

2

4,5

1:2,25

1:5

50:250

2

5

1:2,5

1:6,25

50:312,5

2

5,5

1:2,75

1:7,56

50:378

2

6

1:3

1:9

50:450

2

6,5

1:3,25

1:10,56

50:528

2

7

1:3,5

1:12,5

50:625

Как видим, получается весьма широкий выбор соотношения сопротивлений. Трансформатор с коэффициентом 1:1, подобно дросселю, симметрирует токи в плечах антенны и подавляет ток на внешней поверхности оплётки кабеля питания. Прочие трансформаторы в дополнение к этому ещё и трансформируют сопротивления. Чем руководствоваться при выборе числа витков? При прочих равных условиях трансформаторы с одновитковой первичной обмоткой имеют примерно в четыре раза более высокую нижнюю границу полосы пропускания по сравнению с двухвитковой, но и верхняя частота полосы пропускания у них значительно выше. Поэтому для трансформаторов, используемых от диапазонов 160 и 80 метров, лучше использовать двухвитковые варианты, а от 40 метров и выше — одновитковые. Использовать целочисленные значения числа витков предпочтительно, если желательно сохранить симметрию и разнести выводы обмоток на противоположные стороны «бинокля».

Чем выше коэффициент трансформации, тем труднее получить широкую полосу пропускания, поскольку возрастает индуктивность рассеяния обмоток. Компенсировать её можно путём включения конденсатора параллельно первичной обмотке, подбирая его ёмкость по минимуму КСВ на верхней рабочей частоте.

Для обмоток я обычно использую провод МГТФ-0,5 или более тонкий, если нужное число витков не умещается в отверстии. Заранее рассчитываю нужную длину провода и отрезаю её с некоторым запасом. Провод первичной и вторичной обмоток плотно скручиваю до намотки на магнитопровод. Если отверстие феррита не заполнено обмотками, лучше продевать витки в подходящие по диаметру термоусаживаемые трубки, отрезанные по длине «бинокля», которые после завершения намотки усаживаются с помощью фена. Плотное прижатие витков обмоток друг к другу расширяет полосу трансформатора и часто позволяет исключить компенсирующий конденсатор.

Следует иметь в виду, что повышающий трансформатор может работать и как понижающий, с тем же коэффициентом трансформации, если его «перевернуть». Обмотки, предназначенные для подключения к низкоомным сопротивлениям, нужно выполнять из экранной «плетёнки» или нескольких проводов, соединённых параллельно.

Проверку трансформатора можно проводить измерителем КСВ, нагрузив его выход на безындукционный резистор соответствующего номинала. Границы полосы определяются по допустимому уровню КСВ (обычно 1,1). Измерить потери, вносимые трансформатором, можно путём измерения ослабления, вносимого двумя одинаковыми трансформаторами, включёнными последовательно так, чтобы вход и выход устройства имели сопротивление 50 Ом. Результат не забудьте поделить на два.

Несколько труднее оценить мощностные характеристики трансформатора. Для этого потребуются усилитель и эквивалент нагрузки, способный выдерживать необходимую мощность. Используется та же схема с двумя трансформаторами. Измерение проводится на нижней рабочей частоте. Постепенно поднимая мощность CW и поддерживая её примерно минуту, определяем рукой температуру феррита. Уровень, при котором феррит за минуту начинает чуть заметно нагреваться, можно считать максимально допустимым для данного трансформатора. Дело в том, что при работе не на эквивалент нагрузки, а на реальную антенну, имеющую некоторую реактивную составляющую входного импеданса, трансформатор передаёт ещё и реактивную мощность, которая может насыщать маг-нитопровод и вызывать дополнительный нагрев.

На рис. 2 показана практическая конструкция трансформатора, имеющего два выхода: на 200 Ом и 300 Ом.

Рис. 2. Практическая конструкция трансформатора, имеющего два выхода

 

Трансформаторы можно разместить на подходящих размеров плате, защитив её от осадков любым практическим способом.

Автор: Владислав Щербаков (RU3ARJ), г. Москва

Согласующие трансформаторы кв антенн. Самодельные широкополосные симметрирующие дроссели и трансформаторы на ферритовых трубках

Вопросы согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидера, а также симметрирование антенн для радиолюбителей всегда были и остаются актуальными. В последние годы особый интерес проявляется к трансформирующим и согласующим устройствам на ферритовых кольцах. Это связано с тем, что такие устройства могут быть малогабаритными, иметь высокий (до 98 %) КПД. Кроме того, в них не проявляются резонансные свойства при перекрытии частотного интервала в несколько октав (например, от 1 до 30 МГц) что особенно удобно, когда используются многодиапазонные антенны («квадраты», «INVERTED V» , 3-элементный трехдиапазонный «волновой канал» и т. д.).

В таких широкополосных трансформаторах обмотки выполняют в виде двухпроводных длинных линий передачи (на основе коаксиального кабеля или однородных), намотанных на ферритовое кольцо. Такое выполнение обмоток позволяет практически устранить индуктивность рассеивания и уменьшить индуктивность выводов.

Условное обозначение трансформатора на длинных линиях (ТДЛ), принятое в статье, с одной обмоткой из двухпроводной линии приведено на рис. 1.а, с несколькими (в данном случае с двумя) — на рис. 1.б.

На рис. 2 показано включение ТДЛ с коэффициентом трансформации n=1.

Трансформатор состоит из обмотки в виде однородной длинной линии, намотанной на кольцевой ферритовый магнитопровод. Ее электрическая длина P=2пl/L, где l — геометрическая длина линии, L — длина волны (лямбда). Так как при распространении высокочастотной волны токи, протекающие по проводникам линии, равны по значению и противоположны по направлению, то магнитопровод не намагничивается, а это значит, что мощность в феррите практически не теряется. При согласовании вол нового сопротивления линии g с сопротивлениями источника Rг и нагрузки Rн ТДЛ теоретически не имеет нижней и верхней граничных -частот. На практике же максимальная рабочая частота ограничивается из-за индуктивности выводов и излучения линии.

Следует обратить внимание на особенность ТДЛ. которая заключается в наличии двух видов напряжений: противофазного U, действующего между проводниками линии и определяемого мощностью сигнала, и синфазного (или продольного) V, обусловленного асимметрией нагрузки и зависящего от варианта включения трансформатора.

Как образуется синфазное напряжение, действующее между генератором и нагрузкой, т. е. на индуктивности линии Lл, хорошо видно из рис, 3.

Очевидно, что проводники длинной линии шунтируют нагрузку и генератор, если по ним протекают синфазные токи. Введение магнитопровода резко увеличивает индуктивность обмотки, тем самым повышает сопротивление синфазному току и резко уменьшает их шунтирующее действие. В тоже время на распространение волны магнитопровод не оказывает влияния, так как обеспечивается режим бегущей волны (Rг=g=Rи).

Существует несколько способов построения ТДЛ с целочисленным коэффициентом трансформации п. Можно, например, придерживаться следующего правила. Обмотки (их должно быть n) выполняют из равных по электрической длине отрезков двухпроводных линий. Каждую обмотку размещают на отдельном кольцевом магнитопроводе одного типа. Входы линий с повышающей стороны соединяют последовательно, с понижающей — параллельно.

В общем виде схема включения ТДЛ с целочисленным коэффициентом трансформации п показана на рис. 4.

Здесь справедливы соотношения Rг=n2Rн, U1=nU2, g=nRн.

На рис. 5 изображены различные варианты включения ТДЛ.

Можно построить ТДЛ и на одном магнитопроводе, но при этом обязательно соблюдают следующие требования. Во-первых, число витков каждой линии должно быть пропорционально значению синфазного напряжения, действующего между концами этой линии, поскольку обмотки связаны общим магнитным потоком. Во-вторых, геометрические длины всех линий обязательно должны быть одинаковыми. В зависимости от варианта включения ТДЛ может даже случиться, что некоторые линии частично или полностью должны быть размещены не на магнитопроводе.

Чтобы определить число витков в обмотках, необходимо вычислить значения синфазных напряжений Vк на каждой линии.

В ТДЛ с несимметричными входом и выходом (тип НН. рис. 5, а)

в инвертирующем (тип НН, рис. 5, б) Vк=(n-к+1)Uн;

с симметричным входом и несимметричным выходом (тип СН, рис. 5, в)

Vк=(n/2-к)Uн;

с несимметричным входом и симметричным выходом (тип НС, рис. 5, г)

Vк=(n+1/2-к)Uн;

с симметричными входом и выходом (тип СС, рис. 5, д)

Vк=(n/2+t/2-к)Uн.

В формулах n — коэффициент трансформации, к — порядковый номер линии, считая сверху, Uн — напряжение на нагрузке.

Эти же формулы являются исходными. когда определяют отношение числа витков в обмотках, размещаемых на магнитопроводе. Если, например, ТДЛ с коэффициентом трансформации n=3 включают по схеме, изображенной на рис. 5, а, то V1:V2:V3=w1:w2:w3=2:1:0. Из этого следует, что верхнюю по рисунку линию размещают на магни-топроводе полностью (w1), у второй —только половину витков (w2=w1/2), а третья целиком (w3=0) должна находиться пне магнитопровода. Геометрическая длина всех линий одинакова.

При согласовании «волнового канала», имеющего входное сопротивление 18,5 Ом, с 75-омным коаксиальным кабелем с помощью ТДЛ (включен по схеме рис. 5, г) с коэффициентом трансформации 2 соотношение витков обмоток равно w1:w2= (2+1/2-1:(2+1/2-2)=3:1. Это означает, что на магнитопроводе верхняя по рисунку обмотка должна находиться целиком, а у второй — только ее третья часть.

Когда длина линий для обмоток много меньше длины рабочей волны, ТДЛ могут быть упрощены: линии, где синфазные напряжения равны нулю. заменяют перемычкой. В этом случае, например, трехобмоточный ТДЛ (рис. 5, д) преобразуется в двухобмоточный (рис. 6).

Коэффициент передачи ТДЛ зависит от того, насколько волновое сопротивление отлично от оптимального значения и каково при этом соотношение электрической длины линии и длины волны. Если, например, с отличается от требуемого в два раза, то потери в ТДЛ равны 0,45 дБ при длине линии лямбда/8 и 2,6 дБ при лямбда/4. На рис. 7 приведена зависимость коэффициента передачи ТДЛ с n=2 от фазовой длины его линий для трех значений g.

Расчет, приведенный в , показывает, что, если используются линии с оптимальными значениями у, коэффициент стоячей волны в ТДЛ не превышает 1,03 при длине линии лямбда/16 и 1,2 при длине лямбда/8. Отсюда можно сделать вывод, что параметры ТДЛ остаются удовлетворительными при длине двухпроводных линий меньше лямбда/8.

Исходными данными при расчете ТДЛ являются коэффициент трансформации п, вариант включения ТДЛ, нижняя и верхняя границы рабочего диапазона частот (в герцах), максимальная мощность Рmax на нагрузке (в ваттах), сопротивление нагрузки Rн (в омах) и волновое сопротивление фидера g (в омах). Расчет ведут в такой последовательности.

1. Определяют минимальную индуктивность проводника линии Lл (в генри) из условия, что

Lд>>Rг/2fн.

На практике Lл, можно брать в 5…10 раз больше вычисленного отношения Rг к 2fн.

2. Находят число витков w линии на кольце магнитопровода:

где dcp — средний диаметр кольца (в см), S — площадь поперечного сечения магнитопровода (в см 2),u — относительная магнитная проницаемость магнитопровода. 3. Рассчитывают синфазный ток Ic; (в амперах), протекающий по обмотке ТДЛ, на низшей рабочей частоте:

Ic=Vc/2пfнLл,

где Vc — синфазное напряжение на линии, вычисляемое для конкретных вариантов включения в соответствии с вышеприведенными соотношениями.

4. Определяют магнитную индукцию (в теслах) Магнитопровода:

B=4*10 -6 .uIc/dcp.

Магнитопровод выбирают с учетом, чтобы он не насыщался синфазным током (или постоянным, если он есть). Для этого магнитная индукция в магнитопроводе должна быть на порядок меньше индукции насыщения (берут из справочников).

5. Находят Пиковое напряжение Uпик в линии:

где у — КСВ в фидере.

6. Вычисляют эффективное значение тока Iэфф (в амперах):

7. Определяют диаметр d проводов (в миллиметрах) длинной линии:

где J — допустимая плотность тока (в амперах на миллиметр квадратный).

Для ТДЛ антенных согласующих устройств подходят кольцевые (типоразмерами К55Х32Х9, К65Х40Х9) магнитопроводы из ферритов 300ВНС, 200ВНС, 90ВНС, 50ВНС, а также 400НН, 200НН, 100НН. При необходимости магнитопровод может быть составлен из нескольких колец. Нужное волновое сопротивление длинной линии получают, равномерно скручивая между собой (с определенным шагом) проводники (см. таблицу). В случае крестообразного соединения проводов с оказывается ниже, чем когда соединены между собой соседние проводники. Волновое сопротивление линии из нескрученных проводов диаметром 1.5 мм равнялось 86 Ом.

Волновое сопротивление длинной линии в зависимости от шага скрутки и вида соединений

Вид Шаг скрутки, см
4 3 2 1 0.67 0.25
: 70 60 56 44 36
I I 45 43 40 33 (32)*
X 23 22 20 18 (19)* 10**

* При диаметре проводов 1 мм.
** При диаметре проводов 0.33 мм.

Чтобы улучшить параметры (в частности, коэффициент асимметрии) и одновременно упростить конструкцию согласующе-трансформирующего узла, применяют последовательное соединение нескольких ТДЛ различного типа.

Для примера по приведенной методике рассчитаем составной ТДЛ с n=2. Он должен согласовать входное сопротивление 12,5 Ом симметричной антенны с коаксиальным кабелем РК-50. Нижняя рабочая частота — 14 МГц. Мощность не превышает 200 Вт. Для ТДЛ предполагается использовать магнитопроводы типоразмером К45Х28Х8 (dcp=3,65 см, S=0,7 см 2) из феррита 100НН (его удельная индукция насыщения — 0,44 Тл/см 2 ).

Пусть первая ступень с коэффициентом трансформации n=2 составного ТДЛ (рис. 8) будет включена по схеме рис. 5, а, а вторая (с n=1) -по схеме рис. 5, г.

Рассчитываем первый ТДЛ.

1. Находим Lл:

Примем Lл равной 13,5 мкГн.

2. Вычисляем число витков обмотки:

Такое число витков двойного толстого провода с трудом можно разместить в окне магнитопровода. Поэтому целесообразно использовать два кольца. В этом случае магнитопровод будет иметь размеры К45Х 28Х16 (S=1.4 см 2). Новое число w:

3. Определяем пиковое напряжение на нагрузке:

4. Находим синфазное напряжение на обмотках в соответствии со схемой включения (рис. 5, а):

V1=(2-1)71=71 В. Поскольку синфазное напряжение на второй обмотке равно 0, то эта обмотка заменяется перемычками (рис. 6).

5. Синфазный ток равен:

6. Вычисляем магнитную индукцию в магнитопроводе:

В=4*10 -6 *100*9*0,06/3,65=59*10 -6 Тл, что значительно меньше индукции насыщения.

Волновое сопротивление линии g1=50 Ом.

Во втором ТДЛ целесообразно применять такие же кольца, как и в первом. Тогда Lл=13,5 мкГн, w=9 витков.

7. Синфазное напряжение на обмотке V=(2+1/2-1)71=106,5 В.

8. Синфазный ток равен:

L=106,5/2*3,14*14*10 6 *13,5*10 -6 =0,09 А.

9. Магнитная индукция

В=100*4*10 -6 *9*0,09/3,65=89*10 -6 Тл.

И в данном случае она получается меньше индукции насыщения. Волновое сопротивление линии обмотки выбирают около 12 Ом.

Диаметр проводов для линий ТДЛ определяют так же, как и диаметр проводов для обмотки в обычных трансформаторах. Этот расчет здесь не приводится.

Внимательный читатель может заметить неточность в приведенном расчете (связана с применением составных ТДЛ). Она заключается в том, что индуктивность Lл вычисляется без учета того, что обмотки ТДЛ первой и второй ступени соединены, т. е. с некоторым запасом. Так что на практике в ТДЛ каждой ступени можно уменьшить число витков в обмотках и применить ферритовые магнитопроводы меньших размеров.

Используя комбинации различных одиночных ТДЛ, можно получить широкую гамму ТДЛ с заданными характеристиками .

У изготовленных ТДЛ следует измерять КПД и коэффициент асимметрии . Схема включения ТДЛ при определении первого параметра показана на рис. 9, второго — на рис. 10. Потери а (в децибелах) в трансформаторе рассчитывают по формуле: а=20lg(U1/nU2).

Симметрирующий ТДЛ (тип НС) с коэффициентом трансформации n=1, работающий в диапазоне частот 1,5… 30 МГц при выходной мощности до 200 Вт, для согласования фидера РК-50 с входным сопротивлением антенны 50 Ом можно изготовить на магнитопроводе 50ВНС типоразмером

К65Х40Х9. Число витков обмоток линии (g=50 Ом) — 9. Обмотки 1-1″, 2-2″ (рис. 12) мотают в 2 провода ПЭВ-2 1,4 бифилярно, без скруток. Чтобы обеспечить постоянство расстояния между проводами, на них надевают фторопластовую трубку. Обмотку 3-3″ наматывают отдельно на свободной части кольца тем же проводом и той же длиной, что обмотки 1-1″, 2-2″. КПД изготовленного ТДЛ был около 98%. коэффициент асимметрии — более 300.

ТДЛ с коэффициентом трансформации n=2 (тип НС), рассчитанный на мощность до 200 Вт, согласующий 75-омное волновое сопротивление фидера с симметричным входом антенны, у которой входное сопротивление 18 Ом. можно изготовить на магнитопроводе 200НН (рис. 13) типоразмером К65Х40Х9. Обмотки должны содержать 9 витков линий из проводов ПЭВ-2.1,0. Изготовленный трансформатор имел КПД 97 %, коэффициент асимметрии на частоте 10 МГц — 20, на частоте 30 МГц — не менее 60.

На рис. 14 приведена схема включения составного ТДЛ (типа НС) с коэффициентом трансформации n=3, согласующего антенну, имеющую входное сопротивление 9 Ом, с 75-омным коаксиальным кабелем. ТДЛ, рассчитанный на работу в диапазоне 10…30 МГц при мощности до 200 Вт, выполняют на кольцах (типоразмер К32Х20Х6) из феррита 50ВНС. Магнитопроводы трансформаторов WT1 и WT2 составляют из двух колец, обмотки и катушка L1 должны содержать по 6 витков. Длинные линии и катушку выполняют проводом ПЭВ-2 1,0. Волновое сопротивление линии для WT1 — 70 Ом, для WT2 — 25 Ом. Построенный ТДЛ имел КПД 97 %, коэффициент асимметрии — не менее 250.

Перед эксплуатацией ТДЛ следует принять меры по защите их от неблагоприятных климатических воздействий. Для этого трансформаторы обматывают фторопластовой лентой, помещают в коробку и, если есть возможность, заливают компаундом КЛТ.

Литература:

1. Беньковский З., Липинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн.- М.; Радио и связь, 1983.
2. Ротхаммель К. Антенны.- М.: Энергия, 1979.
3. Захаров В. Трехдиапазонная трехэлементная антенна волновой канал.- Радио, 1970. № 4.
4. Лондон С. Е., Томашевич С.В. — Справочник по высокочастотным трансформаторным устройствам.- М.; Радио и связь, 1984.
5. Михайлова М. и др. Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры.- М.: Радио и связь, 1983.

РАДИО N 6, 1987 г., c.26-29.

Широкополосные высокочастотные трансформаторы с магнитной связью широко применяются радиолюбителями для согласования различных устройств. В частности, широкополосный трансформатор, имеющий коэффициент трансформации сопротивлений 1:9 (коэффициент трансформации напряжений — 1:3) удобно использовать для согласования проволочных антенн, запитанных с конца. Однако следует напомнить, что для таких антенн обязательно требуются системы заземления или противовесы, и чем ниже входное сопротивление антенны, тем эффективнее должна быть «земля».

«Классический» широкополосный трансформатор с магнитной связью, имеющий коэффициент трансформации сопротивлений 1:9, позволяет, например, трансформировать сопротивление с 50 до 450 Ом. Такой трансформатор можно использовать для согласования 50-омного коаксиального кабеля с длинными проволочными антеннами (70 — 100 м), имеющими входное сопротивление около 500 Ом и довольно малую реактивную составляющую, а также с антеннами Windom.

Например, антенна Windom длиной 13,59 + 6,84 м (длина проволочного фидера — 4,9 м), предназначенная для работы в диапазонах 7,14 и 28 МГц, при питании с помощью широкополосного трансформатора обеспечила приемлемый КСВ в 50-омном коаксиальном кабеле.

Несмотря на то что минимум КСВ часто находился за пределами любительских диапазонов, тем не менее, широкополосный трансформатор является вполне полезным устройством для согласования антенны Windom. Как известно, однопроводный фидер антенны Windom довольно трудно завести в помещение радиостанции без риска не только ухудшить работу антенны, но и в придачу получить проблемы электромагнитной совместимости с бытовой радиоаппаратурой. Используя широкополосный трансформатор, конец однопроводного фидера можно не заводить внутрь здания, а подвести к месту подключения противовесов, применяя для питания антенны коаксиальный кабель, который подключается к радиостанции. Дополнительного снижения уровня помех можно достичь, используя токовый дроссель, препятствующий излучению оплетки кабеля.

Как известно, коаксиальный кабель имеет определенное затухание. В результате КСВ, измеренный на выходе передатчика, может быть значительно меньше, чем при измерениях, проведенных непосредственно на клеммах антенны. Приводим результаты измерений на частоте 14 МГц для нескольких типовых кабелей.

В другом случае для согласования штыревой антенны длиной 5 м с 50-омным кабелем использовался широкополосный трансформатор, намотанный на сердечнике из порошкового железа. Обмотка была выполнена из провода, применяемого для электропроводки, содержала 3×7 витков и имела индуктивность 8 мкГн. Измерялся КСВ в первичной обмотке (КСВвых) трансформатора и на выходе передатчика (КСВвх). Влияние роста затухания кабеля на КСВ в зависимости от частоты можно видеть ниже.

Таким образом, увеличение затухания в кабеле с повышением частоты приводит к уменьшению КСВ, измеряемого на выходе передатчика. Потери в кабеле неизбежны, а их снижение может повлечь за собой значительное увеличение стоимости антенно-фидерной системы. С этой точки зрения более эффективным решением при согласовании антенны с коаксиальным кабелем является использование LC-цепей, но конструкция широкополосного трансформатора значительно проще.

Применение трансформатора с магнитной связью, имеющего коэффициент трансформации сопротивлений 1:9, не предотвращает на практике появление высокого КСВ. Трансформатор с дополнительными обмотками позволяет получить 4-, 9-, 16- и 25-кратное преобразование сопротивлений и благодаря этому улучшить согласование 50-омного кабеля с антеннами, имеющими импеданс соответственно 200, 450, 800 и 1250 Ом. Однако коммутация отводов может значительно усложнить конструкцию согласующего устройства.

Измерения, проведенные с трансформаторами, намотанными как на ферритовых сердечниках, так и на сердечниках из порошкового железа, показали, что с ростом числа витков частотная характеристика ухудшается независимо от индуктивности обмотки. На основе полученных результатов можно разработать следующую концепцию конструкции трансформатора.
Широкополосный трансформатор для определенного сопротивления нагрузки должен обеспечить такую индуктивность обмоток, чтобы активное сопротивление на самых низких рабочих частотах не менее чем в 4 раза превышало трансформируемое сопротивление. Это обеспечит пренебрежимо малое влияние индуктивности трансформатора на условия согласования. Однако этот принцип не удается применить в трансформаторе с магнитной связью. Теоретически он трансформирует сопротивление 450 Ом в 50 Ом, но на практике входное сопротивление антенны лежит в широких пределах (36 — 5000 Ом) и имеет в общем случае комплексный характер. Выполнение данного условия требовало бы, в итоге, чтобы реактивное сопротивление обмотки на наименьшей частоте составляло 20 кОм, что соответствует индуктивности 900 мкГн на частоте 3,5 МГц.

В том случае, когда основная индуктивность трансформатора должна оставаться низкой, она подлежит такой же трансформации, как сложный мнимый импеданс антенны. В результате получим реальную нагрузку сопротивлением 50 Ом.

Для трансформаторов, предназначенных для согласования линий, намотанных на сердечниках из порошкового железа, нагруженная добротность может составлять 10 — 20. Для сопротивления нагрузки R = 5000 Ом это означает, что реактивное сопротивление обмотки на наименьшей частоте может составлять 250 — 500 Ом. В оригинальном исполнении трансформатор содержал 3 обмотки по 9 или 7 витков, намотанных на сердечнике Т130-2, что давало соответственно индуктивность 8 или 4,85 мкГн и реактивное сопротивление соответственно 171 или 106 Ом на частоте 3,5 МГц. Для нагрузки 5000 Ом это соответствовало нагруженной добротности 28 или 47 (в диапазоне 1,8 МГц они были бы в два раза больше). В случае сердечника из порошкового железа добротность ненагруженной обмотки была еще больше требуемой нагруженной добротности. Это означает возможность использования трансформатора с такими низкими индуктивностями также на низкочастотных диапазонах, однако он будет работать на границе допустимого.

Для минимизации потерь энергии в катушках в выходных контурах передатчиков стремятся, чтобы их нагруженная добротность не превышала 10 — 15. Дополнительно низкое сопротивление обмоток затрудняет согласование по мере снижения частоты работы. На частотах выше 10 МГц потери в сердечнике не составляют существен
ной проблемы, и можно легко обеспечить согласование.

Предложение повышения индуктивности трансформатора — принципиально правильное, если имеются в виду низкочастотные диапазоны. Во избежание необходимости намотки чрезмерного числа витков вместо сердечника из порошкового железа следует применять ферритовый сердечник. Так, трансформатор, состоящий из четырех обмоток ло 9 витков, намотанных на сердечнике FT40-43 (расчетная индуктивность — 1,23 мкГн), на частоте 3,5 МГц имеет реактивное сопротивление 27 кОм и обеспечивает согласование в узком диапазоне сопротивлений.

Сердечники с большой магнитной проницаемостью проверены в конструкциях приемных антенн и обеспечивают улучшение согласования даже для коротких проводов и штыревых антенн, что позволяет отказаться от применения активных антенн. Однако в передающих устройствах, когда можно компенсировать влияние реактивности обмотки, оптимальным решением может стать использование больших сердечников из порошкового железа (например, Т200А или Т255А) либо феррито-никелево-цинковых сердечников с низкой проницаемостью.

Для области с малыми потерями и с малой проницаемостью можно выполнить это требование через соответствующее ограничение максимальной индуктивности обмотки. В случае сердечника с большой проницаемостью ситуация не столь критична, как для малой, что можно объяснить тем, что на высоких частотах большую роль играет способ выполнения обмотки, нежели величина проницаемости сердечника.

Эквивалентное параллельное сопротивление потерь для сердечников, выполненных из порошкового железа, выше, нежели для ферритовых сердечников с низкой проницаемостью. Независимо от типа сердечника это сопротивление растет с ростом индуктивности обмотки. При мощности передатчика 100 Вт не наблюдалось нагрева сердечников Т60 и ТХ36, однако сердечник из материала 43 с обмоткой 125 мкГн сильно нагревался, а сердечник из материала 77 с обмоткой 1,4 мГн — только немного, что можно объяснить относительно высокой индуктивностью обмотки.
Для устранения потерь в сердечнике эквивалентное параллельное сопротивление потерь должно быть значительно выше наибольшего входного сопротивления антенны. Для этого также считаются приемлемыми сопротивления от 5000 Ом на низких частотах и около 2000 Ом на частоте 30 МГц. Потери в сердечнике приводят к видимому «улучшению» КСВ, аналогично как и потери в питающем кабеле.

Как следует из представленных здесь противоречивых выводов, трансформаторы с магнитной связью нельзя считать идеальными согласующими устройствами. Однако они имеют простую конструкцию, небольшие потери и преобразуют импеданс антенны к границам, в которых возможно согласование с помощью типовых согласующих устройств (например, антенных тюнеров). В таблице ниже приведены данные широкополосных трансформаторов, в конструкции которых особое внимание было обращено на достижение низкой индуктивности обмоток, намотанных в четыре провода.

Антенные согласующие устройства. Тюнеры

АСУ. Антенные тюнеры. Схемы. Обзоры фирменных тюнеров

В радиолюбительской практике не так часто можно встретить антенны, в которых входное сопротивление является равным волновому сопротивлению фидера, а также выходному сопротивлению передатчика.

В преимущественном большинстве случаев обнаружить такое соответствие не удается, поэтому приходиться использовать специализированные антенные согласующие устройства. Антенна, фидер и выход передатчика (трансивера) входят в единую систему, в которой энергия передаётся без каких-либо потерь.

Нужен ли вам антенный тюнер?

От Алексея RN6LLV:

В данном видео я расскажу начинающим радиолюбителям об антенных тюнерах.

Для чего нужен антенный тюнер, как его грамотно использовать совместно с антенной, и какие типичные заблуждения о применении тюнера бытуют у радиолюбителей.

Речь идёт о готовом изделии — тюнере (произведённом фирмой), если есть желание построить собственный, сэкономить или поэкспериментировать — то можно видео пропустить и см. далее (ниже).

Совсем внизу — обзоры фирменных тюнеров.

Антенный тюнер, антенный тюнер купить, цифровой тюнер +с антенной, автоматический антенный тюнер, антенный тюнер mfj, кв антенные тюнера, антенный тюнер +своими руками, антенный тюнер кв диапазона, схема антенного тюнера, а нтенный тюнер LDG, ксв метр

Вседиапазонное согласующее устройство (с раздельными катушками)

Переменные конденсаторы и галетный переключатель от Р-104 (блок БСН).

При отсутствии указанных конденсаторов, можно применить 2-секционные, от вещательных радиоприемников, включив секции последовательно и изолировав корпус и ось конденсатора от шасси.

Также можно применить обычный галетный переключатель, заменив ось вращения на диэлектрическую (стеклотекстолит).

Данные контурных катушек тюнера и комплектующих:

L-1 2,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.

L-2 4,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.

L-3 3,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.

L-4 4,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.

L-5 3,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.

L-6 4,5 витка, провод AgCu 2 мм, наружный диаметр катушки 18 мм.

L-7 5,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружный диаметр катушки 30 мм.

L-8 8,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружный диаметр катушки 30 мм.

L-9 14,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружный диаметр катушки 30 мм.

L-10 14,5 витка, провод ПЭВ 2,2 мм, наружный диаметр катушки 30 мм.

Источник: http://ra1ohx.ru/publ/skhemy_radioljubitelju/soglasujushhie_ustrojstva_antennye_tjunery/vsediapazonnoe_su_s_razdelnymi_katushkami/19-1-0-652


Простое согласование антенны LW — «длинный провод»

Нужно было срочно запустить 80 и 40 м в чужом доме, выхода на крышу нет, да и времени на установку антенны нет.

Бросил с балкона третьего этажа на дерево полёвку чуть более 30 м. Взял кусок пластиковой трубы диаметром примерно 5 см, намотал порядка 80 витков провода диаметром 1 мм. Снизу сделал отводы через каждые 5 витков, а сверху через 10 витков. Собрал на балконе вот такое простейшее согласующее устройство.

На стенку повесил индикатор напряжённости поля. Включил диапазон 80 м в режиме QRP, сверху катушки подобрал отвод и конденсатором настроил свою «антенну » в резонанс по максиму показаний индикатора, потом внизу подобрал отвод по минимуму КВС.

Времени не было, а посему галетники не ставил. и по виткам «бегал » при помощи крокодильчиков. И вот на такой суррогат мне отвечала вся европейская часть России, особенно на 40 м. На мою полёвку даже никто не обратил внимания. Это конечно не настоящая антенна, но информация будет полезна.

RW4CJH info — qrz.ru

Согласующее устройство для антенн НЧ диапазонов

Радиолюбители, проживающие в многоэтажных домах, нередко применяют на НЧ диапазонах рамочные антенны.

Такие антенны не требуют высоких мачт (их можно натянуть между домами на сравнительно большой высоте), хорошего заземления, для их питания можно применить кабель, да и помехам они меньше подвержены.

На практике удобен вариант рамки в виде треугольника, так как для ее подвески требуется минимальное число точек крепления.

Как правило, большинство коротковолновиков стремятся использовать такие антенны в качестве много диапазонных, однако в этом случае крайне сложно обеспечить приемлемое согласование антенны с фидером на всех рабочих диапазонах.

В течение более чем 10 лет я использую антенну типа «Дельта» на всех диапазонах от 3.5 до 28 МГц. Ее особенности — это расположение в пространстве и использование согласующего устройства.

Две вершины антенны закреплены на уровне крыш пятиэтажных домов, третья (разомкнутая) — на балконе 3-го этажа, оба ее провода введены в квартиру и подключены к согласующему устройству, которое соединено с передатчиком кабелем произвольной длины.

При этом периметр рамки антенны около 84 метров.

Принципиальная схема согласующего устройства приведена на рисунке справа.

Согласующее устройство состоит из широкополосного симметрирующего трансформатора Т1 и П-контура, образованного катушкой L1 с отводами и подключаемыми к ней конденсаторами.

Один из вариантов выполнения трансформатора Т1 приведен на рис. слева.

Детали. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце диаметром не менее 30 мм с магнитной проницаемостью 50- 200 (некритично). Обмотка выполняется одновременно двумя проводами ПЭВ-2 диаметром 0,8 — 1,0 мм, число витков 15 — 20.

Катушка П-контура диметром 40…45 мм и длиной 70 мм выполнена из голого или эмалированного медного провода диаметром 2-2.5 мм. Число витков 13, отводы от 2; 2,5; 3; 6 витков, считая от левого по схеме вывода L1. Подстроенные конденсаторы типа КПК-1 собраны на шпильках в пакеты по 6 шт. и имеют емкость 8 — 30 пФ.

Настройка. Для настройки согласующего устройства необходимо в разрыв кабеля включить КСВ метр. На каждом диапазоне согласующее устройство настраивается по минимуму КСВ с помощью подстроенных конденсаторов и при необходимости подбором положения отвода.

Советую перед настройкой согласующего устройства отсоединить от него кабель и настроить выходной каскад передатчика, подключив к нему эквивалент нагрузки. После этого можно восстановить соединение кабеля с согласующим устройством и выполнить окончательную настройку антенны. Диапазон 80 метров целесообразно разбить на два поддиапазона (CW и SSB). При настройке легко добиться КСВ близкого к 1 на всех диапазонах.

Данную систему можно использовать также на WARC диапазонах (надо только подобрать отводы) и на 160 м, соответственно увеличив число витков катушки и периметр антенны.

Необходимо отметить, что все сказанное выше справедливо только при непосредственном подключении антенны к согласующему устройству. Конечно, данная конструкция не заменит «волновой канал» или «двойной квадрат» на 14 — 28 МГц, но она хорошо настраивается на всех диапазонах и снимает многие проблемы у тех, кто вынужден использовать одну многодиапазонную антенну.

Вместо переключаемых конденсаторов можно применить КПЕ, но тогда придется каждый раз настраивать антенну при переходе на другой диапазон. Но, если дома такой вариант неудобен, то в полевых или походных условиях он вполне оправдан. Уменьшенные варианты «дельты» для 7 и 14 МГц я неоднократно применял при работе в «поле». При этом две вершины крепились на деревьях, а питающая подключалась к согласующему устройству, лежащему непосредственно на земле.

В заключение могу сказать, что используя для работы в эфире только трансивер с выходной мощностью около 120 Вт без каких-либо усилителей мощности, с описанной антенной на диапазонах 3,5; 7 и 14 МГц никогда не испытывал затруднений, при этом работаю, как правило, на общий вызов.

С. Смирнов, (EW7SF)

Конструкция простого антенного тюнера

Конструкция антенного тюнера от RZ3GI

Предлагаю простой вариант антенного тюнера, собранного по Т-образной схеме.

Опробованы совместно с FT-897D и антенной IV на 80, 40 m.

Строится на всех КВ диапазонах.

Катушка L1 намотана на оправке 40 мм с шагом 2 мм и имеет 35 витков, провод диаметром 1,2 — 1,5 мм, отводы (считая от «земли») — 12, 15, 18, 21, 24, 27, 29, 31, 33, 35 витков.

Катушка L2 имеет 3 витка на оправке 25 мм, длина намотки 25 мм.

Конденсаторы С1, С2 с Сmax = 160 пф (от бывшей УКВ станции).

КСВ метр применяется встроенный (в FT — 897D)

Антенна Inverted Vee на 80 и 40 метров — строится на всех диапазонах.

Юрий Зиборов RZ3GI.

Фото тюнера:

«Z-match» антенный тюнер

Под названием «Z-match» известно превеликое множество конструкций и схем, я бы даже сказал больше конструкций чем схем.

Основа схемного решения от которого я отталкивался широко распространена в интернете и offline литературе, всё выглядит примерно так (см. справа):

И вот, рассматривая множество различных схем, фотографий и заметок размещенных в сети, родилась у меня идея собрать и для себя антенный тюнер.

Под рукой оказался мой аппаратный журнал (да, да, я приверженец старой школы — олдскул, как выражается молодёжь) и на его страничке родилась схема нового, для моей радиостанции прибора.

Пришлось изъять страничку из журнала «для приобщения к делу»:

Заметно, что имеют быть значительные отличия от первоисточника. Я не стал применять индуктивную связь с антенной с её симметричностью, для меня достаточно автотрансформаторной схемы т.к. питать антенны симметричной линией не планируется. Для удобства настройки и контроля за антенно-фидерными сооружениями я добавил в общую схему КСВ-метр и Ваттметр.

Покончив с расчетами элементов схемы можно приступить к макетированию:



Кроме корпуса приходится изготавливать и некоторые радиоэлементы, одной из немногих радиодеталей которую радиолюбитель может сделать сам это катушка индуктивности:

А вот, что получилось в результате, внутри и снаружи:



Еще не нанесены шкалы и обозначения, лицевая панель безлика и не информативна, но главное РАБОТАЕТ!! И это хорошо…

R3MAV. info — r3mav.ru

Согласующее устройство по аналогии Alinco EDX-1

Эта схема антенного согласующего устройства заимствована мной с фирменного Alinco EDX-1 HF ANTENNA TUNER, который работал с моим DX-70.

Детали:

С1 и С2 300 пф. Конденсаторы с воздушным диэлектриком. Шаг пластин 3 мм. Ротор 20 пластин. Статор 19. Но можно применить сдвоенные КПЕ с пластиковым диэлектриком от старых транзисторных приёмников или с воздушным диэлектриком 2х12-495 пф. (как на снимке)

Вы спросите: «А не прошьёт?». Дело в том, что коаксиальный кабель припаян непосредственно к статору, а это 50 Ом, и где должна проскочить искра при таком низком сопротивлении?

Достаточно от конденсатора протянуть «голым» проводом линию длиной 7-10 см, как он сгорит синим пламенем. Для снятия статики конденсаторы можно зашунтировать резистором 15 кОм 2 W. (цитата из «Усилители мощности конструкции UA3AIC»).

L1 — 20 витков посеребренного провода Д=2.0 мм, бескаркасная Д=20 мм. Отводы, считая от верхнего по схеме конца:

L2 25 витков, ПЭЛ 1.0, намотана на двух, сложенных вместе ферритовых кольцах, размером Д наруж.=32 мм, Д вн.=20 мм.

Толщина одного кольца = 6 мм.

(Для 3.5 МГц).

L3 28 витков, а всё остальной как у L2 (Для 1.8 МГц).

Но, к сожалению, в то время я не смог найти подходящих колец и поступил так: Выточил из оргстекла кольца и на них намотал провода до заполнения. Соединил их последовательно – это получился эквивалент L2.

На оправке диаметром 18 мм (можно использовать пластиковую гильзу от охотничьего ружья 12 калибра) виток к витку намотал 36 витков – это получился аналог L3.

На снимке все видно. И КСВ-метр тоже. КСВ метр из описания Тарасова А. UT2FW «КВ-УКВ» № 5 за 2003 год.

Согласующее устройство для антенн дельта, квадрат, трапеция

Среди радиолюбителей большую популярность имеет петлевая антенна периметром 84 м. В основном его настраивают на 80М диапазон и с небольшим компромиссом его можно использовать на всех радиолюбительских диапазонах. Такой компромисс можно принять если работаем ламповым усилителем мощности, но если имеем более современный трансивер, там дело уже не пойдет. Нужен согласующее устройство, который устанавливает КСВ на каждом диапазоне, соответствующий нормальной работе трансивера. HA5AG рассказывал мне за простое согласующее устройство и прислал мне краткое его описание (смотри рисунок). Устройство разработано для петлевых антенн практически любой формы (дельта, квадрат, трапеция, и.т.д.)

Краткое описание:

У автора согласующее устройство было опробовано на антенне, форма которого почти квадрат, установленная на высоте 13 м в горизонтальном положении. Входное сопротивление этой QUAD антенны на 80 м –ом диапазоне 85 Ом, а на гармониках 150 – 180 Ом. Волновое сопротивление питающего кабеля 50 Ом. Задача стояла согласовать этот кабель с входным сопротивлением антенны 85 – 180 Ом. Для согласования был применен трансформатор Tr1 и катушка L1.

В диапазоне 80 м с помощью реле Р1 замыкаем накоротко катушку n3. В цепи кабеля остается включенным катушка n2, которая со своей индуктивностью ставит входное сопротивление антенны на 50 Ом. На остальных диапазонах Р1 отключен. В цепи кабеля включены катушки n2+n3 (6 витков) и антенна согласует 180 Ом на 50 Ом.

L1 – удлиняющая катушка. Он найдет свое применение на диапазоне 30 м. Дело в том, что третья гармоника 80 м –го диапазона не совпадает с разрешенным диапазоном частоты 30 м –го диапазона. (3 х 3600 Кгц = 10800 Кгц). Трансформатор T1 согласует антенну на 10500 Кгц, но это еще мало, нужно включить и катушку L1 и в таком включении антенна уже будет резонировать на частоте 10100 Кгц. Для этого с помощью К1 включаем реле Р2, который при этом открывает свои нормально замкнутые контакты. L1 еще может послужить и в диапазоне 80 м, когда желаем работать в телеграфном участке. На 80 м–ом диапазоне полоса резонанса антенны около 120 Кгц. Для сдвига частоты резонанса можно включить L1. Включенная катушка L1 заметно снижает КСВ и на 24 Мгц частоте, а также на 10 м диапазоне.

Согласующее устройство выполняет три функции:

1. Обеспечивает симметричное питание антенны, так как полотна антенны изолирована по ВЧ от «земли» через катушки трансформатора Tr1 и L1.

2. Согласует импеданс, описанным высшее способом.

3. С помощью катушек n2 и n3 трансформатора Tr1 ставит резонанс антенны в соответствующие, разрешенные полосы частоты по диапазонам. Об этом немного подробнее: Если антенна изначально настроена на частоту 3600 кгц (без включения согласующего устройства), то на 40 м диапазоне будет резонировать на 7200 Кгц, на 20 м на 14400 Кгц, а на 10 м уже на 28800 Кгц. Это значит – антенну нужно удлинять в каждом диапазоне, и при этом чем высшее частота диапазона тем больше требует удлинения. Вот, как раз такое совпадение используется для согласования антенны. Катушки трансформатора n2 и n3, T1 c определенной индуктивностью, тем больше удлиняет антенну, чем высшее частота диапазона. Таким способом на 40 м катушки удлиняют в очень маленькой степени, а на 10 м диапазоне уже в значительной степени. Правильно настроенную антенну согласующее устройство ставит в резонанс на каждом диапазоне в районе первой 100 Кгц частоты.

Положение выключателей К1 и К2 по диапазонам указаны в таблице (справа):

Если входное сопротивление антенны на 80 м диапазоне устанавливается не в пределах 80 – 90 Ом а в пределах 100 – 120 Ом, то количество витков катушку n2 трансформатора T1 нужно увеличить на 3, а если сопротивление еще больше так на 4. Параметры остальных катушек остаются без изменений.

Перевод: UT1DA источник — (http://ut1da.narod.ru) HA5AG

КСВ-метр с согласующим устройством

На рис. справа приведена принципиальная схема прибора, включающего в себя КСВ-метр, с помощью которого можно настроить Си-Би антенну, и согласующее устройство, позволяющее привести сопротивление настроенной антенны к Ra = 50 Ом.

Элементы КСВ-метра: Т1 — трансформатор антенного тока, намотанный на ферритовом кольце М50ВЧ2-24 12х5х4 мм. Его обмотка I — продетый в кольцо проводник с антенным током, обмотка II — 20 витков провода в пластиковой изоляции, ее наматывают равномерно по всему кольцу. Конденсаторы С1 и С2 — типа КПК-МН, SA1 — любой тумблер, РА1 — микроамперметр на 100 мкА, например, М4248.

Элементы согласующего устройства: катушка L1 — 12 витков ПЭВ-2 0,8, внутренний диаметр — 6, длина — 18 мм. Конденсатор С7 — типа КПК-МН, С8 -любой керамический или слюдяной, рабочее напряжение не менее 50 В (для передатчиков мощностью не более 10 вт). Переключатель SA2 — ПГ2-5-12П1НВ.

Для настройки КСВ-метра его выход отключают от согласующего контура (в т. А) и соединяют с 50-омным резистором (два параллельно включенных резистора МЛТ-2 100 Ом), а ко входу подключают Си-Би радиостанцию, работающую на передачу. В режиме измерения прямой волны — в указанном на рис. 12.39 положении SA1 — прибор должен показать 70…100 мкА. (Это для передатчика мощностью 4 Вт. Если он мощнее, то «100» на шкале РА1 выставляют иначе: подбором резистора, шунтирующего РА1 при закороченном резисторе R5.)

Переключив SA1 в другое положение (контроль отраженной волны), регулировкой С2 добиваются нулевых показаний РА1.

Затем вход и выход КСВ-метра меняют местами (КСВ-метр симметричен) и эту процедуру повторяют, устанавливая в «нулевое» положение С1.

На этом настройку КСВ-метра заканчивают, его выход подключают к седьмому витку катушки L1.

КСВ антенного тракта определяют по формуле: КСВ=(А1+А2)/(А1-А2), где А1 — показания РА1 в режиме измерения прямой волны, а А2 — обратной. Хотя вернее было бы говорить здесь не о КСВ, как таковом, а о величине и характере антенного импеданса, приведенного к антенному разъему станции, о его отличии от активного Ra = 50 Ом.

Антенный тракт будет настроен, если изменениями длины вибратора, противовесов, иногда — длины фидера, индуктивности удлиняющей катушки (если она есть) и др. будет получен минимально возможный КСВ.

Некоторая неточность настройки антенны может быть компенсирована расстройкой контура L1C7C8. Это можно сделать конденсатором С7 или изменением индуктивности контура — например, введением в L1 небольшого карбонильного сердечника.

Как показывает опыт настройки и согласования Си-Би антенн самых разных конфигураций и размеров (0,1…3L), под контролем и с помощью этого прибора нетрудно получить КСВ = 1… 1,2 в любом участке этого диапазона.

Радио, 1996, 11

Простой антенный тюнер

Для согласования трансивера с различными антеннами можно с успехом применить простейший ручной тюнер, схема которого показана на рисунке. Он перекрывает диапазон частот от 1,8 до 29 мГц.Кроме того, этот тюнер может работать как простейший коммутатор антенн, имеющий еще и эквивалент нагрузки. Мощность, подводимая к тюнеру, зависит от от зазора между пластинами применяемого конденсатора переменной емкости С1 – чем он больше, тем лучше. С зазором 1,5-2 мм тюнер выдерживал мощность до 200 Вт (может и больше – для дальнейших экспериментов мощности моего TRX не хватило). На входе тюнера для измерения КСВ можно включить один из КСВ-метров, хотя при совместной работе тюнера с импортными трансиверами это не обязательно — все они имеют встроенную функцию измерения КСВ (SVR). Два (или больше) ВЧ разъема типа PL259 позволяют подключить антенну, выбранную с помощью галетного переключателя S2 «Коммутатор антенн» для работы с трансивером. Этот же переключатель имеет положение «Эквивалент», при котором трансивер может быть подключен к эквиваленту нагрузки сопротивлением 50 Ом. С помощью релейной коммутации можно включить режим «Обход» и антенна или эквивалент (в зависимости от положения коммутатора антенн S2) будут напрямую подсоединены к трансиверу.

В качестве С1 и С2 применяются стандартные КПЕ-2 своздушным диэлектриком 2х495 пФ от промышленных бытовых приемников. Их секции продернуты через одну пластину. В С1 задействованы две секции, соединенные параллельно. Он установлен на пластине из оргстекла толщиной 5 мм. В С2 – задействована одна секция. S1 – галетный ВЧ переключатель на 6 положений (2Н6П галеты из керамики, их контакты соединены параллельно). S2 — такой же, но на три положения (2Н3П, или на большее число положений в зависимости от количества антенных разъемов). Катушка L2 — намотана голым медным проводом d=1мм (лучше посеребренный), всего 31 виток, намотка с небольшим шагом, внешний диаметр 18 мм, отводы от 9 + 9 + 9 + 4 витка. Катушка L1 -тоже, но 10 витков. Катушки установлены взаимно-перпендикулярно. L2 можно припаять выводами к контактам галетного переключателя, изогнув катушку полукольцом. Монтаж тюнера проводится короткими толстыми (d=1,5-2 мм) отрезками голого медного провода. Реле типа ТКЕ52ПД от радиостанции Р-130М. Естественно, оптимальным вариантом является применение более высокочастотных реле, например, типа РЭН33. Напряжение для питания реле получено от простейшего выпрямителя, собранного на трансформаторе ТВК-110Л2 и диодном мосту КЦ402 (КЦ405) или им подобным. Коммутация реле осуществляется тумблером S3 «Обход» типа МТ-1, установленном на лицевой панели тюнера. Лампа La (не обязательна) служит индикатором включения. Может оказаться, что на низкочастотных диапазонах не хватает емкости С2. Тогда параллельно С2 можно с помощью реле Р3 и тумблера S4 подключать или его вторую секцию или дополнительные конденсаторы (подобрать 50 – 120 пФ — на схеме показано пунктиром).

По рекомендации, оси КПЕ соединены с ручками управления через отрезки дюритового бензошланга, служащие изоляторами. Для их фиксации использованы водопроводные хомутики d=6 мм. Тюнер был изготовлен в корпусе от набора «Электроника-Контур-80». Несколько бОльшие размеры корпуса, чем у тюнера, описанного в , оставляют достаточный простор для доработок и модификаций данной схемы. Например, ФНЧ на входе, согласующий симметрирующий трансформатор 1:4 на выходе, вмонтированный КСВ-метр и другие. Для эффективной работы тюнера не следует забывать о хорошем его заземлении.

Простой тюнер для настройки симметричной линии

На рисунке приведена схема простого тюнера для согласования симметричной линии. В качестве индикатора настройки используется светодиод.

Если ваша антенна с усилителем, не принимает стабильно сигнал цифрового телевидения DVB-T2, то часто проблема не в том, что усилитель слабый, а в том что он вообще там не нужен. Да да, после прихода цифрового эфирного телевидения, ситуация с приёмом сигнала в некоторых отношениях сильно поменялась и во многих случаях, усилитель в антенне, становится просто не нужным, более того он становится причиной неустойчивого, а иногда и вообще отсутствующего сигнала.

О причине этого явления и методах борьбы с ним я уже , поэтому не буду повторятся и не буду объяснять зачем нужна переделка о которой хочу рассказать в этой заметке. А именно как усилитель для антенны «полячки» переделать в плату согласования.

Что для этого понадобится? Собственно сам усилитель, можно даже неисправный, отрезок провода сантиметра 3 и паяльник. Задача — Из платы усилителя сделать плату согласования, которую не всегда можно купить в магазинах.

Приступаем к переделке

На усилителях от антенн типа «решётка» имеется симметрирующий трансформатор, он нам и понадобится для согласования антенны с потребителем сигнала. На фото ниже трансформатор обведён жёлтым. (В усилителях для других типов антенн тоже можно совершить подобную переделку)

Выпаивать его не нужно, всё гораздо проще. На плате усилителя, со стороны радиоэлементов, нужно убрать лишнее. А именно, отпаять конденсатор на выходе трансформатора (отмечен красной точкой) И отпаять элементы обвязки в цепи клеммы, к которой подключается центральная жила кабеля (отмечены оранжевым)

Внимание! В усилителях с другими номерами, количество элементов и их расположение может отличаться, но смысл остаётся тем же, отсоединить трансформатор и клемму от схемы усилителя.

У меня получилось вот так! (Фото ниже) Конечно же, все места пайки я промыл спиртом….. ну как промыл? — Протёр тонким слоем, ну вы знаете))) Хотя это делать и необязательно.

Заключительный этап — Коротким проводком нужно соединить освободившийся выход трансформатора с клеммой для центральной жилы кабеля. Всё, плата согласования готова! Можно ставить и пробовать. И да! Не забудьте вместо блока питания, поставить обычный ТВ штекер. Тот что с сепаратором от БП, не подойдёт.

На этом всё! Нашли полезным? Делитесь с друзьями, кнопки соц сетей ниже, это поможет развитию сайта. Спасибо!

Согласующий трансформатор — электротехническое устройство, обеспечивающее передачу или преобразование полезного гармонического сигнала различной частоты с минимальными искажениями и потерей мощности. Такой результат становится возможным только благодаря точному согласованию полного сопротивления (импеданса) источника сигнала и нагрузки или отдельных каскадов электронных схем.

Назначение

Известно, что минимизировать потери электрических сигналов при передаче потребителю можно только тогда, когда его полное сопротивление соответствует внутреннему сопротивлению источника. Это правило действует для всех схем — многокаскадных электронных устройств, при подключении нагрузки к усилителям или подаче на них сигнала, например, от звукоснимателя или микрофона.

Основное назначение согласующего трансформатора связано именно с необходимостью масштабирования сопротивления источника и нагрузки. При этом само непосредственное изменение показателей силы тока и напряжения не имеет значения. Применяются такие приборы тогда, когда требуется подключение нагрузки, не соответствующей по сопротивлению допустимым значениям для источника сигнала.

Принцип работы

При подключении к первичной обмотке трансформатора источника переменного тока за счет сердечника магнитный поток, который охватывает и вторичную обмотку устройства. При этом индуцируется электродвижущая сила, которая и обеспечивает появление в цепи тока при подключении нагрузки. Благодаря этому осуществляется передача энергии или сигнала без непосредственной электрической связи между обмотками.


Чтобы обеспечить согласование нагрузки и источника по сопротивлению, соотношение числа витков во вторичной обмотке к первичной должно равняться квадратному корню отношения сопротивления нагрузки и источника сигнала. Только в этом случае можно обеспечить передачу без лишних потерь энергии и искажений.

Пример расчёта



Виды магнитопроводов


Виды магнитопроводов

Особенности конструкции

Передача энергии между обмотками в трансформаторах осуществляется за счет воздействия создаваемого магнитного поля. В зависимости от типа согласующего устройства оно может иметь разную конструкцию:

  1. Устройства для работы с низкочастотным электрическим сигналом обычно наматывают на броневых или стержневых сердечниках из электротехнической стали. Именно такие устройства применяются в усилителях и звуковоспроизводящей аппаратуре. Габаритные размеры зависят от передаваемой мощности, но обычно они не отличаются большими значениями.
  1. Для высокочастотных согласующих трансформаторов чаще всего применяют тороидальные сердечники из ферромагнитных веществ. Они имеют форму кольца с прямоугольным сечением.
  2. Отдельные виды ВЧ согласующих устройств могут быть выполнены по принципу воздушных трансформаторов. Простейший пример — петля из коаксиального кабеля, которая устанавливалась при подключении антенны к основному проводу. Существует вариант и распечатанных непосредственно на плате маломощных трансформаторов согласующего типа.

Для обмоток применяют изолированный медный провод круглого сечения, диаметр которого подбирается на основании расчета. Допускается и намотка проводниками прямоугольной формы, но только при сечении более 5 мм2. В качестве дополнительной изоляции применяется нанесение 2 слоев специального лака.


Основная область применения

Необходимость подобного масштабирования сопротивления существует практически во всех областях, связанных с передачей электрических сигналов и энергии. Но наибольшее применение согласующие трансформаторы получили в следующих сферах:

  1. В усилителях низкой частоты (звуковых усилителях) в качестве межкаскадных и выходных трансформаторов. Необходимость в подобных устройствах была связана с тем, что старые усилители изготавливались на ламповой компонентной базе. При этом практически все лампы отличались высоким внутренним сопротивлением и подключение к ним 4 или 8-омных динамиков напрямую к ним было невозможно. Даже с появлением транзисторов, операционных усилителей ситуация в корне не изменилась, так как без согласования сопротивлений увеличивался уровень искажений сигнала.
  2. В качестве входных согласующие трансформаторы применяются в звуковоспроизводящей аппаратуре для подключения микрофонов, звукоснимателей различных типов. Сопротивление этих устройств варьируется в пределах от десятка до сотни ом, а для подключения к усиливающей аппаратуре требуются значения, которые будут на порядок больше.
  3. Еще одна сфера связана с передачей радиосигнала. Трансформаторы этого типа используются для согласования сигнала при подключении антенн к приемным и передающим устройствам. Без их применения получить качественный сигнал не удается. Отметим, что в этих целях используются высокочастотные согласующие трансформаторы.

На этом область применения не ограничивается. Так, даже обычный сварочный трансформатор в какой-то степени можно считать согласующим, что обусловлено требованиями к величине нагрузки на электрические сети.

Виды согласующих трансформаторов

Наибольшее применение на практике получил звуковой согласующий трансформатор входного и выходного типов. Для усилителей на транзисторной элементной базе используют устройства серии ТОТ (оконечный транзисторный), а на ламповых элементах ТОЛ (оконечный ламповый).


В качестве входных получила применение серия ТВТ (входной транзисторный).


Для антенны применяют устройства тороидального типа на ферромагнитных кольцах или конусах необходимого диаметра. Отметим, что для таких трансформаторов не обязательна сплошная намотка по сечению магнитопровода. Достаточно провести через внутреннюю часть прямые проводники, что позволяет сэкономить на производстве за счет уменьшения потребности в электротехнических материалах.

Особенности в эксплуатации

Отметим, что каждая серия устройств предназначена для определенных условий эксплуатации. В большинстве случаев допустимый температурный диапазон составляет -60/+85°С, атмосферное давление не менее 5 мм рт. ст., но не более 3 атмосфер. Допускается эксплуатация при относительной влажности до 98 %.

В любом случае при выборе оборудования этого типа необходимо уточнить допустимые эксплуатационные условия.

Как сделать своими руками

Особых сложностей и отличий в изготовлении согласующих трансформаторов нет. Технология сходна со сборкой понижающих устройств. Но необходимо соблюдать следующие рекомендации:

  • Обмотки укладываются равномерно без повреждения изоляции.
  • Пластины малогабаритных устройств не нуждаются в дополнительной изоляции, лакируют только детали наборных сердечников более мощных трансформаторов.
  • При выборе типа сердечника необходимо обращать на технические характеристики трансформаторной стали или ферромагнитных колец.

Отметим, что самостоятельное изготовление устройств такого типа экономически нецелесообразно. Закупка отдельных комплектующих обойдется дороже. Согласующее устройство с требуемым коэффициентом трансформации по сопротивлению в заводском исполнении обойдется дешевле.

Читайте также…

Влияние марка феррита на широкополосный трансформатор. Симметрирующие и согласующие устройства (“балуны”). Как намотать импульсный трансформатор

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в радиотехнике в трансформаторных устройствах и устройствах суммирования мощности при построении радиопередатчиков КВ-УКВ диапазонов. Внутри протяженного ферритового сердечника высокочастотного (ВЧ) трансформатора на его оси установлена цилиндрическая трубка из электропроводящего материала, которая около торцевых границ сердечника соединяется электропроводящими перемычками с соответствующими выводами оплетки отрезка ВЧ кабеля, проходящего внутри трубки. Технический результат состоит в выравнивании магнитного поля в радиальном направлении ферритового сердечника высокочастотного трансформатора. 3 ил.

Изобретение относится к трансформаторам высокочастотных устройств используемых при построении радиопередатчиков и усилителей КВ-УКВ диапазона.

Известен высокочастотный трансформатор типа длинной линии (Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А. «Широкополосные радиопередающие устройства. Л., Связь, 1978 г., стр. 155, рис. 8.14б), состоящий из ферритовой трубки или набора ферритовой колец, внутри которых помещен ВЧ кабель.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является высокочастотный трансформатор (В.В. Шахгильдян. «Проектирование радиопередающих устройств». Л., Радио и связь, 1984 г., стр. 176, рис. 4-20б), выбранный в качестве прототипа «одновитковой» конструкции трансформатора, в котором ВЧ кабель, образующий виток трансформатора, пропущен через два цилиндрических ферритовых сердечника.

Недостатком прототипа при повышенной ВЧ мощности в кабеле являются значительные изменения магнитной индукции вдоль радиуса ферритового сердечника, а следовательно, и мощность потерь, определяющих температуру всего устройства.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в принудительном выравнивании в сечении сердечника высокочастотных магнитных полей даже при возможном отклонении кабеля от оси сердечника.

В мощных ВЧ трансформаторах внутренний диаметр сердечника должен выбираться существенно больше, чем радиальный размер кабеля, находящегося внутри этого сердечника. Делается это для того, чтобы уменьшить изменение магнитной индукции вдоль радиуса сердечника, которая изменяется обратно пропорционально расстоянию от оси проводника с током, находящегося внутри сердечника. Поэтому при увеличении радиальных размеров сердечника различие магнитной индукции на его внутренней и внешней поверхностях снижается, а следовательно, уменьшается и мощность потерь, выделяемая в этих областях, и температура ферритового сердечника. Поскольку к крайним зажимам наружного проводника коаксиального кабеля прикладывается высокочастотное напряжение, по наружной поверхности оплетки этого кабеля будет проходить ток. Магнитное поле тока имеет центральную, относительно оси кабеля, симметрию. Именно поэтому ось симметрии коаксиального кабеля внутри цилиндрического сердечника и ось самого сердечника должны совпадать. При отклонении кабеля от продольной оси сердечника, магнитное поле в различных частях сердечника по периметру кольца будет различным, и различие это будет тем сильнее, чем больше кабель отклоняется от оси сердечника. При этом различие магнитных полей в частях сердечника может быть существенным, поэтому и напряженности магнитного поля в этих частях сердечника могут отличаться в несколько раз. Следствием захода в область насыщения магнитного материала даже в небольшой части сердечника будет не только появление искажений в передаваемом сигнале, но и возникновение градиента температуры по периметру сердечника. Последнее обстоятельство может служить причиной механического разрушения сердечника. Поэтому, чтобы избежать насыщения даже в небольшой части сердечника, приходится при расчете делать запас по величине допустимой магнитной индукции по всему объему сердечника, что ведет, в итоге, к существенному росту габаритов и массы трансформатора.

Поставленная задача решается за счет того, что в ферритовом сердечнике устанавливается электропроводящая трубка, внутри которой проходит отрезок ВЧ кабеля, концы оплетки которого присоединены к соответствующим концам трубки.

Изобретение (высокочастотный трансформатор) поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображен трансформатор, используемый для инвертирования или симметрирования ВЧ сигнала коаксиального кабеля, на фиг. 2 — «одновитковый» трансформатор, на фиг. 3 — вариант исполнения «одновиткового» трансформатора.

Внутри ферритового сердечника 1 (фиг. 1), составленного из отдельных колец, вдоль его внутренней поверхности устанавливается цилиндрическая трубка 2 из электропроводящего материала. Края этой трубки перемычками 3 и 4 (изготовленными из того же материала, что трубка) соединяются с помощью проводников 5, 6 с оплеткой коаксиального кабеля 7, расположенного внутри трубки. В итоге ток, определяемый разностью потенциалов на границах оплетки кабеля, пойдет не по наружной поверхности оплетки кабеля, а по поверхности установленной цилиндрической трубки 2 по перемычкам 3, 4 и проводникам 5, 6. При этом местоположение кабеля внутри цилиндрической трубки не влияет ни на токи внутри кабеля, ни на ток по внешней поверхности цилиндрической трубки. Внутри объема, определяемого цилиндрической поверхностью и замыкающими его перемычками, кабель может располагаться произвольно, например так, как показано на рисунке фиг. 1. При разбиении сердечника на две части (аналогично тому, как это выполнено на фиг. 2) электропроводящие конструкции устанавливаются в обеих частях сердечника с соответствующими соединениями в каждой из них. Длина кабеля трансформатора может быть сокращена за счет спрямления кабеля внутри проводящих цилиндров и эксцентричного его расположения внутри них (фиг. 3). Для уменьшения влияния участков ферритового сердечника на магнитное поле оплетки отрезка коаксиального кабеля, соединяющего две части конструкции, целесообразно эту часть кабеля отдалить от плоской поверхности сердечников с одновременным увеличением длины электропроводящей конструкции.

Высокочастотный трансформатор, выполненный в виде цилиндрического ферритового сердечника, с размещенным внутри коаксиальным кабелем, к концам оплетки которого приложено высокочастотное напряжение, отличающийся тем, что внутри сердечника на его оси устанавливается цилиндрическая трубка из электропроводящего материала, торцы которой соединяются с соответствующими концами оплетки кабеля, размещенного в трубке.

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для преобразователей тока, трансформаторов или катушек индуктивности общего режима. Техническим результатом является уменьшение габаритов преобразователей, уменьшение энергии, рассеиваемой за счет эффекта Джоуля, уменьшение отрицательного влияния индуктивности утечки.

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для ограничения уровней магнитных полей промышленной частоты, создаваемых в окружающем пространстве в общественных, административных зданиях с электронно-техническим оборудованием, например аппаратурой релейной защиты и автоматики, или жилых помещениях электрическими однофазными реакторами без ферромагнитного сердечника.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для ограничения уровней магнитных полей промышленной частоты, создаваемых в окружающем пространстве в общественных, административных зданиях или жилых помещениях электрическими однофазными реакторами без ферромагнитного сердечника.2*R2, где к – коэффициент трансформации (отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной).

За рубежом в радиолюбительскую практику вошли широкополосные трансформаторы двух типов: Guanella (по току) и Ruthroff (по напряжению), по фамилиям авторов соответствующих статей:
1. Guanella, G., “Novel Matching Systems for High Frequencies”, Brown-Boveri Review, Vol 31, Sep 1944, pp. 327-329.
2. Ruthroff, C.L., “Some Broad-Band Transformers”, Proc IRE, Vol 47, August 1959, pp. 1337-1342.

В СССР своими публикациями о широкополосных трансформаторах известен В.Д. Кузнецов.

Сейчас популярны широкополосные трансформаторы (ШПТ, “балуны”) на ферритовых кольцах, стержнях или “биноклях”. Но также есть ШПТ без ферритовых сердечников. Ферритовые сердечники, как правило, не работаю как магнитопровод на высоких частотах (на ВЧ работают карбонильные сердечники), а трансформация тока происходит за счет взаимной индукции (магнитной связи) обмоток. В этом случае ферритовый сердечник только увеличивает индуктивность обмоток. Балун с соотношением 1:1 как правило является обычным ВЧ дросселем, хотя есть и симметрирующие СУ.

Когда необходимо сочетать минимальный коэффициент рассеяния с минимальной проходной емкостью рекомендуется применять трансформаторы с объемным витком. Относительная ширина рабочего диапазона 10-15 (отношение верхней частоты к нижней).

Трансформаторы с объемным витком (индуктивным шлейфом)

Конструкция трансформатора с объемным витком

Такому трансформатору свойственна высокая симметрия, так как емкостная связь между его обмотками сведена к минимуму.

Связь между первичной и вторичной обмотками, расположенными на кольцевых ферритовых сердечниках с большой магнитной проницаемостью, осуществляется при помощи объемного витка (индуктивного шлейфа), образованного корпусом (экраном) трансформатора и стержнем – болтом, стягивающим всю конструкцию.

Однако вследствие того, что трансформаторная связь между первичной и вторичной обмотками осуществляется через объемный виток, образованный металлической перегородкой, металлическими стаканами и стрежнем, такой трансформатор не способен передавать значительную мощность из-за токов Фуко (вихревыми токами нагревается медный “объемный виток”).

Такой трансформатор применялся на радиостанции Р-140 как симметрирующий трансформатор приемной V-антенны.

Трансформаторы с внешним витком (на ферритовых трубках “биноклях”) работают за счет взаимной индукции обмоток. Ферритовый сердечник, в данном случае, должен иметь большую магнитную проницаемость для повышения индуктивности обмоток. Как магнитопровод сердечник тут не работает.

Катушка с бифилярной намоткой для балуна 4:1

У ферритов два главных свойства: магнитная проницаемость и удельное сопротивление. Чем выше удельное сопротивление, тем меньше потери на вихревых токах, тем меньше нагревается сердечник.

У балунов с “воздушным сердечником” (т.е. без сердечника вообще) есть ряд преимуществ перед ферритовыми. Они менее требовательны к монтажу, выдерживают большую мощность и проще в изготовлении. Однако по сравнению с ферритовыми трансформаторами они имеют более узкий рабочий диапазон частот.

Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора (Q-match – Quarter Wavelength Transformer Matching)

Четвертьволновый фидер является трансформатором сопротивления и если имеется антенна с входным сопротивлением Rа.вх и фидер с волновым сопротивлением Qф, то для согласования необходимо включить между ними четвертьволновый трансформатор, имеющий волновое сопротивление: Qтр=√(Rа.вх*Qф).

Теоретически, можно построить Q-match на любой случай, если иметь возможность создавать фидерные четвертьволновые линии любого волнового сопротивления. Однако в радиолюбительской практике Q-match используется редко, например, при согласовании антенны Delta Loop (которая имеет входное сопротивление около 112 Ом) с 50-омным кабелем. В этом случае между антенной и фидером включается четвертьволновый отрезок 75-омного кабеля. Другим ограничением для Q-match является однодиапазонность.

2) ШПТЛ должен быть нагружен по входу и выходу на АКТИВНЫЕ нагрузки равные примерно волновому сопротивлению линий из которых он сделан.

Типовой пример: Наш брат — радиолюбитель применяет для “симметрирования” антенн огромные по величине ферритовые кольца возле полотна. Однако описанный выше эксперимент с активными нагрузками показывает, что колечко диаметром в 10…20 мм выдерживает мощность в 100 Вт и не нагревается! Так где же правда? Правда, в том, что антенна (диполь или рамка) имеет низкое активное сопротивление ТОЛЬКО на одной единственной частоте, частоте первой гармоники антенны. Высокие активные сопротивления, которые имеются на четных гармониках, на практике неприменимы. Низкоомные резонансы на нечетных верхних гармониках попадают уже не в радиолюбительские диапазоны. А на остальных частотах ВСЕГДА будут присутствовать значительные реактивности. Они вызывают сильный нагрев кольца и поэтому оно должно иметь большую поверхность охлаждения т.е. быть БОЛЬШИМ. К примеру, в импортных стоваттных трансиверах на выходе ПА стоят микроскопические ферритовые бинокли. И… НИЧЕГО! Это не из-за того, что они сделаны из диковинного материала. Просто одно из требований к выходной нагрузке для таких трансиверов — что бы она была АКТИВНОЙ. (Другое требование – 50 Ом). Следует опасаться тех публикаций, где рекомендуют мотать строго определенное число витков для ВЧ трансформатора. Это признак еще одной “болезни сознания” — квазирезонансного использования ШПТЛ-а. Вот от туда “ростут ноги” у легенды о необходимости применять ВЧ ферриты. Но… Широкополосности то уже НЕТ!

Теперь про упомянутые 1:1 и 1:2… В школьном курсе физики коэффициент трансформации — это соотношение витков первичной и вторичной обмоток. Т.е. соотношение входных и выходных напряжений. Почему же у радиолюбителей этот параметр превратился “по умолчанию” в коэффициент трансформации сопротивлений? Да потому, что трансформация сопротивлений более важна в нашей среде. Но не следует доходить до апсурда! Вот разговор подслушанный в эфире – два радиолюбителя обсуждают как сделать тансформатор с 50 на 75 Ом. Один предлагает мотать его с соотношением витков 1:1,5. И когда им кто-то робко возражает, в ответ слышны только обвинения в технической неграмотности. И подобное случается на каждом шагу! А всего лишь — ТЕРМИНЫ! Получается, что великий закон сохранения энергии для них не действует и можно при напряжении на входной обмотке, предположим 1 Вольт, подавая на 50-ти омный вход трансформатора мощность 20 мВт, на 75-ти оммном выходе снимать уже 30 мВт. Вот такой “вечный двигатель” получается! Здесь всего то лишь надо помнить, что коэффициент трансформации сопротивлений находится в квадратичной зависимости от коэффициента трансформации напряжений. Другими словами трансформатор 1:2 будет трансформировать сопротивление 50 Ом в 200 Ом, а трансформатор 5:6 сопротивление 50 Ом в 75 Ом. Почему я написал 5:6, а не 1:1,2? Вот здесь – один шаг до конструкции. Как уже говорилось, ШПТЛ должен мотаться линией. А линия – это два или несколько сложенных вместе и слегка скрученных провода. Волновое сопротивление такой линии зависит от диаметра проводов, расстояния между их центрами и шага скрутки. Для трансформации 50 Ом в 75 Ом необходимо использовать линию из ШЕСТИ проводов и, если нет требования к симметрированию, соединить эти провода по схеме

Как вы заметили, схема тоже нарисована по-особому, не как обычный трансформатор. Такое изображение лучше отражает суть конструкции. Привычное схемное изображение, Рис.2, и, соответственно, “традиционная” конструкция автотрансформатора с однослойной обмоткой и отводом от 0,83 общего количества витков при практических испытаниях “на столе” показывает гораздо худшие результаты по широкополосности.

По конструктивным и эксплуатационным соображениям нежелательно так же делать ШПТЛ с укороченным участком одной из линий. Рис.3. Несмотря на то, что это позволяет легко делать любые, даже дробные, коэффициенты трансформации. Такое решение приводит к появлению неоднородности в линии, вследствии чего ухудшается широкополосность.

Интересный вопрос: — “Какие предельные коэффициенты трансформации можно получить в ШПТЛ?” Особенно интересно найти ответ на этот вопрос тем, кто “заболел” идеей сделать широкополосный апериодический ламповый усилитель мощности, где необходимо трансформировать сопротивление порядка 1..2 КОм со стороны лампы в сопротивление 50 Ом. Эксперимент “на столе” дает довольно интересный результат. Опять здесь все зависит от конструкции обмоток. К примеру, если сделать “традиционный” трансформатор или автотрансформатор с коэффициентом трансформации, предположим, 1:10, нагрузить его на положенное активное сопротивление, равное 5 КОм и промерить КСВ на пятидесятиоммной стороне, то от результата волосы могут встать дыбом! А если в добавок снять АЧХ, то будет понятно, что от широкополосности ничего не осталось. Имеется один явный, довольно острый резонанс, обусловленный индуктивностью.

Эту больную тему можно было бы еще развивать до бесконечности, но… Все затмила конструкция широкополосного симметрирующего трансформатора на трансфлюксоре (двухдырочном ферритовом сердечнике) Рис.4, которую мне удалось “подсмотреть” в импортной антенне для телевизора типа “усы”. Изображение на рисунку конечно схематическое — на самом деле обмотки состоят из нескольких (3…5) витков. Долго с недоумением я рассматривал его конструкцию, пытаясь понять систему намотки. Наконец удалось нарисовать расположение “обмоток”. Вот уж – пример использования истинных длинных линий!

Если бы я не знал,что это линии, то подумал бы, что я сумасшедший! Особенно эта красная короткозамкнутая обмотка… Но, почему же мы не удивляемся в случае, когда, например в кабельном U-колене, необходимо соединить в одной точке оплетку с двух концов коаксиального кабеля. Тоже, ведь – ЛИНИЯ! При настольном эксперименте на эквивалент нагрузки этот микротрансформатор, предназначенный для работы на частотах в сотни мегагерц, показал великолепные результаты на значительно более низких частотах, вплоть до диапазона 40 м и при полной мощности трансивера.

Попутно разберемся с легендами о симметричности и симметрировании. Выясним, как очень просто определить является ли тот или иной ШПТЛ симметрирующим, или авторы только заявляют об этом свойстве, а симметрии там и в помине нет. Тут нам снова поможет “Его Величество – Эксперимент” и “Его высочество – теоретический анализ результатов эксперимента”. Сперва разберемся, что такое симметричный выход и чем он отличается от несимметричного. Оказывается тут все зависит от конструкции трансформатора. Вот, например, самый простой случай – ШПТЛ с коэффициентом трансформации 1:1. Любой настоящий или мнимый ШПТЛ (Бывают и такие! И не редко!) можно легко проверить с помощью своего домашнего трансивера. Достаточно присоединить к выходу трансформатора активную нагрузку (эквивалент) с сопротивлением, соответствующим к-ту трансформации, и проверить КСВ на 50-ти омном входе при максимальной мощности передатчика (максимальная точность КСВ метра) в заданном диапазоне частот. Если ШПТЛ настоящий, то КСВ должен быть близок к идеалу т.е. 1,0 и в ШИРОКОЙ полосе частот (на то он и ШИРОКОПОЛОСНЫЙ трансформатор!) Желательно иметь открытый на передачу трансивер с непрерывным перекрытием и не в коем случае не включать внутренний антенный тюнер. Свойство симметрии проверяется при приеме с помощью ПАЛЬЦА (не 21-го! Хотя, можно и им!). Симметрия — суть РАВНОПРАВИЕ обеих выводов нагрузки относительно земли (корпуса трансивера). При приеме какой-либо станции (можно вещательной, это удобнее…) при прикосновении ПАЛЬЦЕМ или отверткой к концам нагрузки, присоединенной к СИММЕТРИЧНОМУ выходу ШПТЛ, по показаниям S-метра и на слух все должно быть одинаково. Но уровень сигнала должен быть на один бал (-6 дБ или два раза по U) меньше на каждом несимметричном выходе. (это в случае к-та трансформации 1:1). В качестве нагрузки кратковременно даже для 100 Вт передачи удобно применять резистор МЛТ-2 на 51 Ом. При этом наблюдается интересный эффект — во время приема синала через симметрирующий транс, при проведении ПАЛЬЦЕМ по корпусу этого резистора с одного края будет слышна радиостанция, в центре резистора — ее слышно не будет, а с другого края — будет слышно так же, как с первого. Только при таких условиях трансформатор можно считать симметрирующим. Попробуйте разные конструкции ШПТЛ-ов, которые публикуются в литературе и в интернете. Результаты Вас могут сильно удивить…

Короче! Делайте свой смеситель на любом кольце с НЧ ферритом. Испытаете — напишите! Экспериментируйте смелее!

Сергей Макаркин, RX3AKT

Я остановил свой выбор на подобной конструкции сразу же после первых испытаний и на сегодняшний день я не знаю лучшего способа трансформации сопротивлений при таких массо-габаритных показателях самого трансформатора.

Основа устройства — ферритовые трубки от сигнальных кабелей компьютерных мониторов. Мощность такого трансформатора зависит от сечения трубки и их количества. Например, пара даже самых маленьких трубок от кабелей свободно работает при 200 ваттах. Для увеличения мощности трансформатора, количество трубок можно пропорционально увеличивать. Такие столбики также можно набирать из отдельных колец высокой проницаемости. В этом случае, используя ферриты производства СНГ, будьте готовы увеличить массогабаритные показатели в виду больших потерь в них.

Вот так выглядит трансформатор в усилителе мощности:

Трансформатор таких габаритов может работать при подводимой мощности 500 Вт. Нетрудно представить габариты сердечника трансформатора для 1 кВт — они относительно небольшие! Реально же, я испытывал на прочность такой трансформатор с использованием явно завышенной для него мощностью с АСОМ-2000. Работа в пайлапе контеста на 80м диапазоне нагрели его и через 30 минут он перестал работать (КСВ антенны резко вырос), но через 10 минут КСВ пришел в прежнюю норму. А теперь представьте габариты трансформатора и подведенную к нему мощность!

Коэффициент трансформации считается так:

K=N 2 2 /N 1 2

где N 1 — количество витков в первичной обмотке,

N 2 — количество витков во вторичной обмотке

Например, трансформатор с К=2.25 содержит в первичной обмотке 2 витка и 3 витка во вторичной обмотке. Такой трансформатор можно использовать, например, для питания антенн с Rвх около 100 Ом.

Мотается трансформатор одновременно тремя проводами — мотаем 1 виток. Затем доматываем виток проводом первичной обмотки и по пол-витка проводами вторичной обмотки. Провода лучше использовать разноцветные. Два провода вторичной обмотки соеднить последовательно. Точка соединения имеет нулевой потенциал (если антенна симметрична) и ее нужно заземлять для стока статики. Первичную обмотку такого трансформатора имеет смысл мотать более толстым проводом.

Один виток выглядит так:

Весь трансформатор 1:2.25 мотается так:

Важное замечание: если антенна несимметрична, то заземлять среднюю точку вторичной обмотки нельзя! Для стока статики лучше произвести заземление этой точки через резистор порядка десятков кОм.

Для упомянутой выше антенны был использован трансформатор 1:2.78, который мотался на 4 трубках так: тремя проводами делалось 2.5 витка, а потом еще полвитка добавлялось для первичной обмотки. Вторичная соединялась последовательно. Получилось соотношение витков 5:3. Без компенсации я получил вот такой график на нагрузке 150 Ом:

Поскольку, антенна работала лишь в диапазонах 1.8 и 3.5 МГц, я отказался от компенсации.

У Валентина RZ3DK (SK) получился такой график без использования емкости компенсации:

При расчете витков нужно понимать, что нужен некий компромисс. С одной стороны, витков нужно делать минимально достаточно для самого нижнего диапазона, а с другой стороны, нам нельзя получать большую индуктивность рассеяния на самых высокочастотных диапазонах.

Для того, чтоб получить достойный экземпляр, необходимо руководствоваться некими «правилами»:

1. Нужно стремиться иметь минимальное, но достаточное количество витков в обмотках

2. Провод брать возможно большего сечения, особенно низкоомной обмотки.

3. Для симметричной вторичной обмотки применять готовый кабель из двух проводов (типа тех, которые в сетевых шнурах раньше применялись), которые потом и соединяем последовательно. При этом, у них точно будет одинаковая длина и пр. параметры, чем и будет достигнута симметрия. Применять такой провод логичнее, если число витков вторичной обмотки до соединения концов кратно целому значению.

4. Полным и равномерным заполнением окна сердечника можно добиться меньшего «завала» на ВЧ диапазонах.

5. Отправной точкой для расчета можно принять минимально достаточное количество витков на самом низком диапазоне. Если для данной проницаемости трубок витков будет мало, вы получите рост КСВ к низкочастотным диапазонам и возможный нагрев.

6. При желании иметь бОльшую мощность устройства, нужно стремиться не к увеличению числа трубок, а к увеличению сечения каждой трубки. А количество трубок должно быть минимальным, т.е. всего 2, но «толстых»!

В заключении необходимо отметить, что массогабаритные показатели трансформаторов напрямую зависят от качества феррита. Не исключаю, что и при 100 ваттах, ваш трансформатор нагреется. Здесь выхода два: поменять трубки или увеличить их количество. Мои экземпляры при 100 ваттах свою температуру не изменяли совершенно.

Ну и не забываем, что чем больше реактивная составляющая в нагрузке, тем хуже для трансформатора.

Про ТДЛ в трех частях:

  • #1

    Здравствуйте Дмитрий!

    У меня вопрос по ферр.трубкам.
    Дело в том, что эти трубки имеют значительный разброс по проницаемости (от 10 до 300 — из тех, что мне попались и были замерены). Как Вы учитываете этот момент и какие (по проницаемости) лучше использовать?
    В настоящее время использую такой транс-р на двух трубках для питания вертик.Дельты периметром 86 м. с симм.питанием коакс.кабелем РД-200. Транс-р находится рядом с TRX. Длина фидера 15 м. Антенна даже строится на 1,8 м Гц (hi !), конечно КПД её на этом диапазоне — как у паровоза…

  • #2

    Проницаемость трубок нужна максимальная. 10 и даже 300 — этого мало. Правда, смотря какие цели преследовать. Не думаю, что есть желающие делать эти трансформаторы для работы только на 28МГц, например.

  • #3

    Здравствуйте Дмитрий!
    В каких случаях надо делать гальваническую развязку обмоток, а в каких нет (как у Вас)?

  • #4

    На антеннах всегда гальванически антенны связаны с землей хотя бы через высокоомное сопротивление.

  • #5

    Здравствуйте, Дмитрий! У меня 86-метровая Дельта питается симметричной линией из двух 75-омных кабелей, их оплётки соеденины вместе(никуда не подключены).Далее трансформатор, составленный в виде бинокля из десяти трубок. Сечение 5.8 см2 и далее 50-омный кабель(около 10 м). Необходимо ли соединять оплётки с землёй?

  • #6

    Недостаточно данных для оценки всей картины, но то, что оплетку нужно заземлить — точно!

  • #7

    Здравствуйте, Дмитрий!
    хочу попробывать волновой диполь на 1,8 Мгц длинной примерно 164 метра запитать с помощью феритовой защелки.для того чтоб можно было передвигать по полотну точку запитки и найти оптимальную точку для 1,8 и 3,5 Мгц. судя по мане трансформатор нужен 1 к 2. подскажите как лучше сделать. дом 30метров на уровне лифтовой.

    [email protected] Сергей RD0L

  • #8

    Если двигать, значит во вторичке должен быть лишь один виток (полотно пропущено через кольцо один раз). Поскольку транс должен трансформировать 1:2 и повышать сопротивление до (как Вы пишете) 100 Ом, то в его первичке витков должно быть sqr(0.5)=0.7вит, что технически невозможно. Посему данный метод работает только с антеннами, у которых Rвх

  • #9

    валентин (Wednesday, 13 September 2017 14:49 )

    Дмитрий,спасибо за прекрасный пример тр-ра,все получилось на 5 работает четко,мощность 500 ватт,две трубки холодные,чему я очень рад,спасибо большое

  • #10

    ps Вдогонку,намотал еще 2 тр-ра на защелках для кабеля-все работают нормально,но емкость на выходе пришлось подбирать,для каждого случая своя емкость от 50пф до 30,5 пф на 29,8мгц мах ксв 1,35 по 330м,но на виндом все работает,хотя не все отвечают,мощность 100 ватт,спасибо все работает,еще раз спасибо

  • #11

    На здоровье, Валентин! Да, емкость для компенсации, действительно, зависит и от конструктивного исполнения.

  • #12

    Здравствуйте, Дмитрий!
    Познакомился с материалами Вашей статьи.
    Бесспорно изложенный материал полезен, теория без практики мертва. Большая мощность, большие токи в стационарных РПУ — КПД передатчика не особо актуален. Другое дело переносные, малогабаритные, широкополосные, линейные КВ усилители с питанием 12В.
    РПУ строил на основе схем публикаций трансиверов 2011-2014 годов. Печальный опыт проб и ошибок привел к заключению, что ШПТ (при к=1:2 и 1:3) на биноклях амидон с медными трубками, не позволяет поднять КПД более 20-25% в диапазоне частот до 30 МГц.
    ШПТЛ, на том же амидоне позволяет получить КПД порядка 30-50%, но обозначились другие проблемы: завалы в нижнем или верхнем участке частот (с этим еще можно бороться, наметки есть) и самое противное нелинейные искажения (модуляция 1 кГц искажения от 10 до 35%). Да, это согласуется с теорией.
    А посему вопрос: Какой ШПТ или ШПТЛ можете рекомендовать для переносного линейного РПУ?

  • #13

    Вы ни материалы Амидон (вообще, это Микрометалс, а Амидон только продает) не указали, который использовали, ни методику измерений. Я не поверю, что потолок по КПД 35%. И что в Вашем понимании есть «переносное РПУ»? Посему и ответ на Ваш вопрос давать не берусь. Для своих целей, лучшего способа трансформации токов, чем описанный здесь я не знаю и применяю только его даже на приемных антеннах.

  • #14

    Как будет работать трансформатор на трубках для согласования полуволнового провода с конца? При коэффициенте обмоток 1/16.

  • #15

    Плохо будет ему. Слишком большой коэффициент трансформации и, как одно из следствий — бааааальшие потери на этой трансформации. Применяйте автотрансформаторные включения. Тем более, что бесполезно пытаться гальванически развязать обмотки при питании полуволнового излучателя с конца. Вообще бесполезно.

  • #16

    Здравствуйте, RV9CX!
    Имеются фильтры TDK ZCAT3035-1330 для сигнальных кабелей, как думаете, будет работать такой феррит хотя бы в переключаемой индуктивности антенного тюнера?

  • #17

    Ну а ссыль на даташит где?
    Я не рекомендую ставить ферриты в тюнер. Тем более, разборный. Одно дело когда согласовываешь чисто активную составляющую импеданса. Но, как правило, те кто пользуется тюнерами, работают на всякие случайные шнурки — там реактивка астрономическая и никакой феррит с ней не справится. Не — работать все будет, но в антенне мощности не досчитаетесь, ну и феррит осыплется в один прекрасный день. Это как крайний случай.

  • #18

    Спасибо, так и полагал
    https://product.tdk.com/info/en/catalog/datasheets/clamp-filter_commercial_zcat_en.pdf
    Даташит скудный, не раскрывает характеристик феррита..

  • #19

    Из даташита понятно, что они не годятся для использования в качестве СМС. Ну а в тюнер, как и говорил, не ставьте. Да и что за необходимость наличия феррита в тюнере. Пока переписываемся — уже бы попробовали давно))) Можно же смоделировать ему реактивную нагрузку (конденсатором проще) и посмотреть как он себя поведет.

  • #20

    Намотал транс. 1/16 на 4х ферритовых трубках от монитора для согласования 21 метрового провода, (запитка) с конца на один диапазон 7мгц. Работает нормально. Но, недолго при 400вт сильно греется., Если я соединю 2 таких, шптл. Последовательно 1/4 + 1/4. Будет ли толк? В интернете таких способов не встречал.

  • #21

    Не буду ничего писать про нецелевое использование трансформатора, скажу по сути вопроса.
    Даже в этой статье первая же фотка — именно на последовательных трубках. В самой статье я писал, что лучше не количество трубок надо увеличивать, а их сечение. Это два варианта, как нужно поступать!

    Что касается Вашего решения… Вы конечно можете так сделать. Особенно после подключения транса 1/16 на конец случайной сопли. Это решение уже ничто испортить еще больше просто не сможет. Но если интересует мое мнение, то я повторюсь: увеличивать мощность транса нужно его сечением, с пониманием тонкостей его работы. А именно, что реактивку такие трансы не переваривают.

  • #22

    Спасибо за быстрый ответ! Видимо, Вы правы. Я мерил только КСВ оно 1.7 но реактивное сопротивление замерить нечем. С автотрансформаторной намоткой на кольце Т-200 из Китая. КСВ ниже 3 не получалось, с другими нашими кольцами тоже. подгонка длинны провода не помогала! С трансформатором на Ф. трубках, можно долго работать на 100Вт. Но не с 400ВТ. Буду искать толстые Ф. трубки. Другую антенну как 20 метровый провод с балкона нет возможности сделать. Крыша. Закрыта.

  • #23

    Вам нужно делать Г-контур для каждого диапазона. Никак не ферритовый трансформатор! Трансформаторы — для других случаев. Например рядом у меня статья, где я в 2-диапазонной антенне вывел импеданс одинаковым и уже его трансформировал таким трансом. При этом, антенна была настроена!

    Не знаю, какую аналогию привести, но наверно Вы поймете, если я скажу, что Вы поехали на Аляску на самокате. Ехать можно, но не далеко и не долго, и приедете Вы не в Аляску.

  • #24
  • #25

    Благодаря Вашим (и не только, но в основном) статьям соорудил наклонный треугольник 82,7 метра с симметричной запиткой с угла, высота подвеса 22 м верх и 12 м низ. А вот согласование сделал по принципу T2FD. Т.е. в центр противоположного от угла запитки катета врезал резистор 300 Ом (посчитал, что бОльшее сопротивление нагрузки даст меньший ток в антенном полотне, соответственно меньшие потери). Согласовал по Вашим рекомендациям с помощью ШПТ 1:6 на трубках. Результат: Антенна прекрасно работает на всех НАМ диапазонах 3-30 МГц с КСВ не более 2! Включая WACи и СВ! Отработал со всеми континентами и собрал более 300 DX мощностью 50 вт!
    Соорудил сего «монстра» из возможностей окружающей среды: центр города, антенна над двором.
    Ещё раз спасибо и традиционные 73!

  • #26

    ну антенн таких у меня никогда не будет описано. А вот согласование да — этот вариант самый оптимальный.

Ферритовая трубка обладает одним большим достоинством — её несложно найти на сигнальном кабеле старого ЭЛТ монитора или купить такой кабель в компьютерном магазине. Обладая достаточной для КВ широкополостностью (порядка 1- 30 МГц) она позволяет реализовывать дешевле по цене антенны для трансивера. Принцип подсчета количества витков:

Синий провод-1 виток, Красный провод-1,5 витка.

Симметрирующий трансформатор на ферритовых трубках 50 / 300 Ом

Начинаем с того, что наматываем 2,5 витка (голубой цвет), исходя из требуемого сопротивления 300 Ом. Другой конец провода соединяем с массой на уровне подключения входа. Это будет общая точка массы. Беря начало из точки массы, наматываем новые 2,5 витка провода (зеленый цвет), которые заканчивают обмотку 300 Ом. Опять начиная с точки массы, наматываем еще 2 витка провода (красный цвет), который подключаем к входному разъему (PL). Диаметр провода определяется возможностью уместить обмотки в ферритовой трубке.

Примечание: Максимально толстым проводом.

Заполнение всего отверстия. Полным и равномерным заполнением окна сердечника,можно добиться меньшего «завала» на ВЧ диапазонах. Короткие выводы.

При желании иметь большую мощность устройства, нужно стремиться не к увеличению числа трубок, а к увеличению сечения каждой трубки. А количество трубок должно быть минимальным, т.е. всего 2, но «толстых»!

Не забываем, что чем больше реактивная составляющая в нагрузке, тем хуже для трансформатора. Следуя этому принципу, мы можем осуществить различные согласования, соблюдая количество витков в соответствии с таблицей:

На эквиваленте нагрузки измеренный КСВ не превышает 1,5 (в диапазоне от 1 до 30 МГц).

Измеренные потери составили 0,4 dB.

(Прим. UA4AEU- можно добиться КСВ 1,1, компенсируя реактивность небольшой емкостью на входе или выходе балуна (подбирается экспериментально на самой высокой частоте).

При подключении к антенне возможен небольшой уход резонансной частоты антенны. Исходя из размера, обмотка может быть выполнена из эмалированного жесткого провода. Легче выполнить обмотку из гибкого изолированного провода.

Как сделать широкополосный трансформатор — Морской флот

Бюллетень Си-Би №12 Декабрь 1997 г

Автор Владислав «Ребус» (3А13277)

В статье “Антенна Бевереджа”, опубликованной в №7 за 1997г., мы обещали опубликовать устройство согласующего трансформатора. По разным причинам эта публикация задержалась. Принося свои извинения за задержку, приводим его описание. Входное сопротивление антенны составляет 400-500 Ом, поэтому для согласования ее с кабелем 50 Ом используется трансформатор 1:9, принципиальная схема которого приведена на рис.1. (Э.Ред, Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике, “Мир”, М. 1990, с.12.)

Основные параметры трансформатора:

Полоса рабочих частот . 1 – 30 МГц,

КСВ в рабочей полосе частот . погрузил каждый из последовательно включенных резисторов в отдельную ячейку, заполненную водой. При таком варианте КСВ ухудшается незначительно (удалось получить КСВ около 1,5, что обеспечило безопасность усилителя, которым я пользовался при испытаниях трансформатора). В качестве ячеек хорошо подходит пластиковая форма из коробки с конфетами.

Сергей Макаркин, RX3AKT
Радио-Дизайн N 12

Те, кто часто заглядывает в книги Э Рэда «Схемотехника радиоприемников» и «Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике», наверняка, обращали внимание на разделы посвященные широкополосным трансформаторам. В этих разделах приведено много схем трансформаторов и популярно объясняется принцип их действия. Однако, до сих пор в эфире можно услышать жалобы радиолюбителей на «непонятную» работу этих устройств. У одних они нагреваются даже при небольшой мощности, у других портят КСВ антенно-фидерного тракта, у третьих работают по-разному на разных диапазонах.

В чем тут загадка? Или Э Рэд напрасно назвал эти трансформаторы широкополосными и гарантировал их работу в пределах шести – десяти октав? Это значит, например, что трансформатор должен сохранять свои свойства, начиная, предположим, от 1 МГц до сотен мегагерц.

В последние годы многие из нас обзавелись современными импортными трансиверами. А кто-то даже «раскрыл» их передающие тракты, и получил возможность работать на передачу в непрерывном диапазоне частот от 1,5 МГц до 30 МГц. Процедура «раскрытия», в общем, не имеет практического смысла для работы в эфире, но зато дает возможность иметь под рукой мощный и удобный измерительный комплекс. Передатчик превращается при этом в высокостабильный ГСС, снабженный КСВ-метром. Кстати, мало кто задумывался, почему у импортных трансиверов гарантируется постоянное выходное сопротивление, равное 50 Ом и мощность во всем диапазоне частот.

Попробуйте догадаться «с двух раз», как такое возможно и каким путем достигается. Так вот, если пропустить сигнал через самодельный широкополосный трансформатор, нагруженный на резистор, сопротивление которого пропорционально квадрату коэффициента трансформации, то в зависимости от конструкции трансформатора, КСВ-метр трансивера покажет ужасающие цифры – от 2 до 5 и более. К тому же, эти цифры будут изменяться от частоты А при увеличении мощности сигнала будет наблюдаться разогрев сердечника. Одним словом, мы получим как раз то, о чем говорят в эфире. И, как бы мы не перематывали трансформатор, значительного улучшения его работы мы не получим.

Так, что же, все-таки наш «классик Рэд» был не прав? Вовсе нет! Это мы просто не дочитали, что он дальше там пишет. А пишет он о том, что необходимо компенсировать паразитные индуктивные составляющие комплексного сопротивления обмоток трансформатора. В принципе, хороший результат дает как последовательное включение подстроечных конденсаторов с обмотками трансформатора, так и параллельное.

Эффект напоминает резонанс – КСВ на входе цепи «трансформатор-нагрузка» имеет явный минимум при строго определенных значениях компенсирующих конденсаторов. Но в отличии от резонансной цепи эта цепь будет частотно-независимой. В трансформаторе резко уменьшаются потери. Например, ферритовое кольцо диаметром один сантиметр легко выдержит мощность в сотню ватт.

Обратные ссылки
  • URL обратной ссылки
  • Подробнее про обратные ссылки
  • Закладки & Поделиться
  • Отправить тему форума в Digg!
  • Добавить тему форума в del.icio.us
  • Разместить в Technorati
  • Разместить в ВКонтакте
  • разместить в Facebook
  • Разместить в MySpace
  • Разместить в Twitter
  • Разместить в ЖЖ
  • Разместить в Google
  • Разместить в Yahoo
  • Разместить в Яндекс.Закладках
  • Разместить в Ссылки@Mail.Ru
  • Reddit!
  • Опции темы

    Широкополосный трансформатор на феррите

    Может ли кто-нибудь поделится практическими советами по изготовлению широкополосных трансформаторов на ферритовом кольце, в настоящий момент интересует трансформатор 1:9 (использоваться будет только на прием).

  • Поделиться
  • Поделиться этим сообщением через
  • Digg
  • Del.icio.us
  • Technorati
  • Разместить в ВКонтакте
  • Разместить в Facebook
  • Разместить в MySpace
  • Разместить в Twitter
  • Разместить в ЖЖ
  • Разместить в Google
  • Разместить в Yahoo
  • Разместить в Яндекс.Закладках
  • Разместить в Ссылки@Mail.Ru
  • Reddit!
  • Берете какое нибудь кольцо. Проницаемость 400-1000. Скручиваете три провода и мотаете сколько нибудь витков (в зависимости от размеров кольца – если маленькое, то витков 10-15, если побольше, то витков меньше. Подключаете антенну и слушаете ее.
    Если хочется проверить, то нужны приборы. Для полного счастья нужен АЧХ-метр для проверки частотных свойств, за неимением оного – ГСС и ВЧ вольтметр. Полное счастье включает в себя наличие КСВ метра, позволяющего мерять КСВ при малой мощности. Хотя обладание вышеперечисленными приборами позволяет оценить входное сопротивление Вашей приемной антенны с подключенным трансформатором.
    На антеннах Бевериджа я использовал транс 1/9 на кольце с проницаемостью 400 и диаметром 20мм. 10 витков в 3 провода. При попытке померять КСВ видимо много вдули в него, в результате чего резистор на краю антенны выгорел. Заменили и не стали больше мерять. Проработала антенна всю зиму, потом убрали из за начала полевых работ. Длина была 300м, азимут 300 град. с учетом отсутствия индустриальных помех за городом все были очень довольны. Когда клепали карибов на 160 без напрягов, европейцы спрашивали на какой частоте DX передает. Ну то видимо такие европейцы были.

    Спасибо за ответ.
    С приборами проблем нет, но есть проблемы с следующим:
    – при изготовлении трансформатора по классике (из Реда) он категорически отказывается работать выше 5MHz, хотя и включены компенсирующие емкости.
    – никак не могу добится 50ом на входе (как заколдованный имеет 68..70ом)

    И пара вопросов по использованию вами Бевериджа:
    – как выполняли заземление
    – на какой высоте от земли исполняли Беверидж
    – влияние каких предметов у вас сказывалось на работу Бевериджа
    – имели ли опыт использования переключаемых Бевериджей
    – не могли бы поделится опытом процесса настройки
    – самый интересный вопрос: – «передающая антенна была?»

    Я хочу попробовать использовать Беверидж в городе (на своем QTH) и за ним, готовлюсь к WW CQ DX CW, а то в прошлом году (как ни странно) меня с /QRP азия слышала на 58, а я ее на 52..53.

    С наилучшими пожеланиями.

    Первоначальное сообщение от And.N
    RA4AJF

    Спасибо за ответ.
    С приборами проблем нет, но есть проблемы с следующим:
    – при изготовлении трансформатора по классике (из Реда) он категорически отказывается работать выше 5MHz, хотя и включены компенсирующие емкости.
    – никак не могу добится 50ом на входе (как заколдованный имеет 68..70ом)

    И пара вопросов по использованию вами Бевериджа:
    – как выполняли заземление
    – на какой высоте от земли исполняли Беверидж
    – влияние каких предметов у вас сказывалось на работу Бевериджа
    – имели ли опыт использования переключаемых Бевериджей
    – не могли бы поделится опытом процесса настройки
    – самый интересный вопрос: – «передающая антенна была?»

    Я хочу попробовать использовать Беверидж в городе (на своем QTH) и за ним, готовлюсь к WW CQ DX CW, а то в прошлом году (как ни странно) меня с /QRP азия слышала на 58, а я ее на 52..53.

    С наилучшими пожеланиями.

    По поводу 50 Ом. Во первых нужно ли точно 50 Ом? Заколдованные 68-70 это очень неплохо. К тому же это могут быть огрехи измерений. Если Вы применяли для измерений какой нибудь МЛТ 450 Ом, то у этого номинала уже достаточная индуктивность. Я обычно делаю так:
    Изготавливаю два индентичных трансформатора. К низкоомной стороне подключаю ГКЧ, потом к высокоомной высокоомную же сторону второго трансформатора (паровоз получается) и к низкоомной стороне второго транса – 50 омную детекторную головку. При этом видно АЧХ и потери в двух трансах, которые надо разделить попалам для получения искомого результата.

    Компенсирующие емкости никогда не использовал. Просто надо выбрать компромис между ВЧ и НЧ диапазонами и не стремиться сделать транс ну очень широкополосным.

    О Бевериджах. Высота была примерно 1.5-1.8 м. Материал – расплетенная полевка П-274. Заземление – стальной уголок или труба длиной около 1м.
    Влияние камышей ощутил один раз. Сделали Беверидж на NA получился длиной ок. 180м, даже меньше. Дальше озеро мелкое и поросшее камышом. Ночь послушали – как то работает. На следующее утро решили продолжить. Потянули через озеро
    Получилось метров 500. Ночью послушали, стали стало хуже. С одной стороны под проводом хорошая земля в виде воды, чего такие антенны не любят, с другой стороны камыши. Как то RA3AUU писал о том как он тянул Бевериджи через кукурузное поле, будучи в гостях у ON4IN, тоже говорит что не работает эта штука в куширях.

    В качестве передающей хватило одного спаленного нагрузочного резистора при попытке померять КСВ (наверно забыли мощу убрать). Это был первый мой Беверидж. Тогда помню даже с питающей стороны заземление подключили к противовесам GP. Потом не стали этого делать, хотя в тот раз никакого криминального воздействия GP не обнаружили, она все таки получилась позади. Переключаемые не пробовали, руки пока не дошли.

    Балун 2 | bars38

    Синий график – целое кольцо

    Зеленый график – с удаленным сектором кольца

                Обратите внимание, что кривые отклика практически одинаковы, за исключением низкочастотного конца графика. Синяя линия показывает потери с целым сердечником, зеленая линия показывает потери с удаленной секцией, что составляет разницу только в 0.2dB на частоте 2 МГц.

          Я считаю, что это ясно демонстрирует, что поток не циркулирует внутри сердечника. Очевидно, что этот эффект будет более заметным при использовании сердечников небольшого размера, т.к. большая доля от сечения сердечника будет в поле потока, через который проходит поток вокруг обмоток.

           Есть несколько других факторов, касающихся сердечников с низкой проницаемостью, во-первых, ограниченная индуктивность-это означает, что работоспособность можно повысить путем намотки соседних витков рядом друг с другом, а не равномерно распределять обмотки по всему периметру сердечника. Это имеет положительный эффект слегка увеличивая общее сопротивление.

          Еще одной проблемой с использованием сердечника с низкой проницаемостью является то, что форма обмотки дополнительно уменьшает индуктивность близко расположенных обмоток.Когда обмотки намотаны на кольцевом сердечнике, части обмотки на внешней стороне кольца сердечника находятся дальше друг от друга, чем на внутренней стороне сердечника. Чтобы продемонстрировать это, я провел измерения трансформатора 1:1 , изготовленного на бифилярной паре проводов с воздушным сердечником при двух условиях.

    Красный график – обмотки виток к витку.

    Синий график — катушка сложена по форме кольцевого сердечника.Эффект более заметен в конце низких частот, где снижение связи между витками увеличил потери на 5 дБ

         Другим интересным аспект сердечников с низкой проницаемостью является концентрация потока в направлении центра обмоток. Это вызывает локализованный нагрев материала сердцевины, который можно наблюдать с помощью тепловизора. На следующей картинке 4:1 трансформатор с обмотками из коаксиального кабеля и при мощности 100 Вт в течение около 5 минут, показывает этот эффект, где видна разница температур в 10° в разных частях сердечника.

    Этого не происходит при более высоких проницаемостях материала сердечника и нагревание равномерно распределяется по всему диаметру сердечника.

    Другие факторы

     

           В дополнение к связи между парами проводов потери, возникающие вдоль transmission line образованной обмотками также должны быть рассмотрены.

            Одним из способов минимизации этих потерь на высоких частотах уменьшить любую дополнительную утечки из transmission line. Это может быть достигнуто с помощью витой бифилярной или trifilar обмотки, как показано здесь …Или, как уже указывалось ранее, хорошие результаты могут быть также получены путем намотки трансформатора коаксиальным кабелем.

        «Ruthroff» предполагает, что волновое сопротивление линии передачи должны быть выбраны в соответствии с желаемым коэффициентом трансформации импеданса. Таким образом, для 4:1 трансформатора сопротивление transmission line должно быть 100 Ом.

           Однако ни один из моих экспериментов не показал, что нужно использовать линию передачи, имеющую точное волновое сопротивление. Чтобы проиллюстрировать этот факт я сделал три различных «Ruthroff» 4:1 трансформатора с использованием коаксиального кабеля с разным волновым сопротивлением, все трансформаторы были намотаны на FT180 -43 ферритовых сердечниках. Следующий график показывает потери, измеренные на 4:1 трансформаторе, намотанном на сердечнике FT200 — 61 .

    Синий график — 50 Ом коаксиальный кабель

    Зеленый график — 75 Ом коаксиальный кабель

    Красный график — 95 Ом коаксиальный кабель

    Следующий график показывает выходное сопротивление, измеренное при  50 Ом-ном входе.

    Синий график — 50 Ом коаксиальный кабель

    Зеленый график — 75 Ом коаксиальный кабель

    Красный график — 95 Ом коаксиальный кабель

            Помимо небольшого пика импеданса на частоте, где коаксиальный кабель имеет электрическую длину ¼ длины волны, нет большой разницы между графиками.

          Я считаю, что обмотки трансформатора из коаксиального кабеля, в частности с PTFE изоляцией, дают более предсказуемые результаты, меньшие потери, быстрее в изготовлении и имеет лучшее сопротивление изоляции, чем проекты с использованием акустического кабеля или провода от силовых кабелей. Однако для больших мощностей лучше использовать Thermaleze (термо) изолированный медный провод, с дополнительным слоем из ПТФЭ изолирующей гильзой.

             Трансформатор может быть намотан и без кольцевого сердечника. Для того чтобы проиллюстрировать это, я сделал версии с использованием кабелей для динамиков и ферритовыми сердечниками в виде трубки. Это наглядно демонстрирует эволюцию от узкополосного ¼ трансформатора длинной линии до широкополосного трансформатора с сердечником из ферритовых рукавов. Это увеличивает реактивное сопротивление обмотки, подключенной через источник, а также подавляет токи синфазных помех, которые могут течь вдоль обеих обмоток.

          Первый трансформатор изготовлен из акустического кабеля (измеряется как имеющий импеданс Zо 126 Ом), при электрической длине ¼ волны на частоте 40 МГц подключенный как 4: 1 «Ruthroff»

    Красный график – акустический кабель

    Зеленый график — акустический кабель 4:01 Ruthroff без сердечника

    Желтый график — акустический кабель 4:01 Ruthroff намотан на ферритовой трубке поверху

    Синий график — акустический кабель 4:01 Ruthroff продет через ферритовые трубки внутри

           Хорошо виден переход от 1/4 длинно волнового трансформатора длинной линии к широкополосному трансформатору, при увеличении индуктивности.

        Два других фактора заметны. Первый фактор — пик импеданса на частоте где обмотки имеют электрическую длину ¼ длины волны. Второй фактор — появляется небольшое смещение частоты в провале на уровне около 80 МГц, где обмотки электрически равны ½ длины волны.

        Вот еще один график, но на этот раз я использовал 50ohm коаксиальный кабель. Конфигурации и цветовая схема те же, что и раньше, и я укоротил коаксиальный кабель с тем, чтобы его электрическая длина была ¼ длины волны на частоте 40МГц, поэтому графики должны быть очень похожи.

         Однако есть некоторые различия. Пик сопротивление уменьшается, и на более низкой частоте. Я считаю, что это из-за фактора скорости распространения волны в коаксиальном кабеле. Трансформатор из коаксиального кабеля без сердечника бывший (зеленая линия), кажется, не имеют достаточного удушья сопротивления choking impedance. При добавлении ферритового сердечника (желтый след), сопротивление на низких частотах заметно увеличивается, в результате чего мы видим намного лучшую кривую импеданса. На самом деле можно перейти от зеленого графика к желтому, постепенно вставляя феррит в трансформатор из коаксиальному кабеля.

             При использовании сердечников с более высокой магнитной проницаемости можно значительно укоротить «длинную линию», чтобы компенсировать снижения верхнего предела частоты.

              Обратите внимание, как этот вариант теперь похож на широкополосный трансформатор, изготовленный из феррита с бинокулярным сердечником.

    Сравнение с ферритовыми материалами.

     

          В качестве дополнительных экспериментов я сделал серию измерений с использованием 4:1 и 9:1 «Ruthroff» UnUn намотанных на сердечниках из порошкового железа и ферритов. В обоих случаях я оптимизировал обмотки для того, чтобы обеспечить как можно большую широкополостность и наименьшие потери.

            Первый график, показывающий сопротивление на вторичной обмотке при входном 50 Ом. Для 4:1 трансформатора импеданс должен быть 200 Ом, для 9:1 импеданс должен быть 450 Ом.

    Красный график — T200A -2 9:1

    Оранжевый график — FT240 -61 9:1

    Синий график — T200A – 2 4:1

    Зеленый график — FT240 -61 4:01

           Следующий рисунок измерение потерь, это было измерено путем соединения двух идентичных трансформаторов спина к спине и измеренное значение поделено на 2 для получения потерь одного устройства.

    Красный график — T200A -2 9:1

    Оранжевый график — FT240 -61 9:1

    Синий график — T200A – 2 4:1

    Зеленый график — FT240 -61 4:01

          Отсюда можно видеть, что более высокая проницаемость феррита гораздо больше подходит для этого приложения. Это особенно заметно на примере с 9:1 UnUn, где сердечник из ​​железного порошка дает значительно более узкую рабочую полосу. Некоторые компании продают 9: 1 UnUn балуны намотанные на сердечнике из порошкового железа для использования с короткими вертикальными антеннами, потому что включение Unun балуна обеспечивают намного более низкий КСВ в точке питания антенны. Однако я думаю, что эти графики показывают, что любое улучшение КСВ частично связано с добавлением больших потерь в системе, а не с обеспечением более точного согласования.

     

    Расчетные параметры

     

            Основным фактором, конструкции балуна будет требуемый верхний предел частоты, так как это определяет максимальную длину провода обмотки, которые могут быть использованы. После того, как определились с верхней границей рабочей частоты, необходимо определиться с нижней границей.

             Нижний предел рабочей частоты устанавливается исходя из магнитной проницаемости материала сердечника. Тип 2 и Тип 6 сердечники из порошкового железа больше подходят для высокодобротных контуров, чем для широкополосных трансформаторов. Ферритовые сердечники имеют более высокую магнитную проницаемость и более низкие потери, но они менее популярны для высоких уровней мощности, потому что они могут непоправимо пострадать из-за нагрева при несогласованной нагрузке.

               Большое количество витков обмотки могут, в сочетании с емкостным сопротивлением между обмоткой и сердечником, вызвать паразитный резонанс на рабочей или вблизи рабочей частоты. Это особенно проблематично при применении с большим μ сердечника.

           Конструкция обмотки особенно важна для хорошей работоспособности на высокой частоте и низких потерях. Потери можно свести к минимуму с помощью обмотки, выполненной из витой бифилярной, или трифилярной обмотки используя ее вместо изолированного провода. Обмотки должны быть электрически намного короче, чем ¼ длины волны (учитывая фактор укорочения кабеля) на самой высокой требуемой рабочей частоте. Некоторую маржу (скажем +20 % от расчетной ) следует добавить для того, чтобы любое изменение в качестве намотки были учтены. Дальнейшие эксперименты требуются для определения оптимального материала для широкополосной конструкции, но минимальная цифра магнитной проницаемости около 100 необходимо для использования в сердечнике для балуна.

     

    Выводы

     

             В этом документе я надеюсь, что продемонстрировал некоторые из проблем и ограничений разработок, связанных со строительством трансформаторов напряжения «Ruthroff», особенно тех, что наматывается на сердечники из порошкового железа.

         Широко рекомендованные тип 2 и тип 6 сердечника из железного порошка имеют слишком низкую проницаемость и не обеспечивают достаточной индуктивности для заданного числа витков, чтобы обеспечить приемлемые характеристики балуна в полосе частот от 1 до 30 МГц.

            Основная проблема с этими сердечниками в следующем: ограниченная широкополосность, плохое преобразование сопротивления или высокие потери, с непредсказуемым характером саморезонансов при подключении реактивных нагрузок, таких как антенны.

          Это может привести к очень разным результатам, особенно при использовании в основании коротких вертикалов с питанием через дистанционный тюнер.

        Мои измерения показывают, что тип 61 или тип К феррита гораздо больше подходит для этой цели. Нижний предел частоты определяется проницаемостью сердечника и числом витков, а верхний предел частоты определяется максимальной длиной провода использованного в качестве обмотки.

         Волновое сопротивление (при использовании в качестве длинной линии) провода или коаксиального кабеля, используемого в качестве обмоток трансформатора, кажется, не сильно влияют на широкополосность.

            Однако скрученные бифилярные или трифилярные обеспечивают лучшее сцепление между наборами обмоток и уменьшают потери.

        Очень небольшой магнитный поток циркулирует через сердечник вне площади сердечника непосредственно под обмотками трансформатора. Так большой кольцевой сердечник столь же вероятно, войдет в область насыщения, что и сердечник в виде стержня. Существуют четыре основных рекомендации:

    1 . Использовать материал сердечника с достаточно высокой проницаемостью, чтобы обеспечить достаточную реактивность, особенно на низкочастотном конце нужного диапазона. Материал должен имеют высокое объемное сопротивление и низкие диэлектрические потери с тем, чтобы свести к минимуму нагрев сердечника.

    2 . Обмотки должны быть как можно короче, желательно меньше чем 1/4 длины волны на самой высокой рабочей частоте. Это соответствует примерно 140 см для 30 МГц верхнего предела частоты (около 20 витков на 2 «сердечнике) и 70см для 50 МГц верхнего предела частоты (около 8 витков на 2» сердечнике), исходя из того, если используется коаксиальный кабель с PTFE изоляцией и коэффициентом укорочения где-то между 0,6 до 0,7.

    3 . Использовать обмотки, которые имеют как можно более низкие потери. Витая бифилярная или трифилярная обмотка или коаксиальный кабель могут быть использованы для этой цели. Существует очень мало разницы в широкополосности между трансформаторами Ruthroff построенными с использованием обмоток с волновым сопротивлением 50, 75, 95 или 120 Ом.

    4 . Улучшение широкополосности может быть достигнуто с помощью наименьшего возможного диаметра сердечника для требуемой мощности, так как это способствует лучшему сцепление потока через сердечник, уменьшая возможность насыщения в области низких частот, также это минимизирует длину провода, требуемую для обмоток.

     Мой электронный адрес в комментариях является [email protected] Моя благодарность Оуэн Даффи — VK1OD Тим Хант — VK3IM Клеменс Пол — DL4RAJ Для их помощью и настойчивости во время моего исследования.

    © Martin Ehrenfried — G8JNJ1.0 — 20/06/2008 — начальная документ, созданный

    V3.0 — 28-07/2008 — майор переписать, чтобы исправить многочисленные точки и удаление недействительных данных.

    V3.1 — 08/-2/2010 — Дополнительные исправления и новые ноты, связанные с ферритовыми материалами и 9:01 ununs

     Прошу простить за неточности и качество перевода, Некоторые мысли автора я не смог перевести на русский язык в понятном виде. Такие места в тексте выделены желтым.

    Перевод:                  Саломатов Александр R0SAL

    Редакция и рецензирование: Кагарманов Рауф Гарифулович UA0SH

    Симметрирующие и согласующие устройства («балуны»)

    Для приемных антенн согласование с фидером не имеет ключевого значения, а для передающих антенн оно принципиально. Ведь при плохом согласовании кабеля и антенны в фидере образуются стоячие волны (а при асимметрии возникают паразитные токи), что снижает практически все показатели антенно-фидерного устройства (АФУ). Хорошее согласование улучшает не только КПД антенны, но также снижает уровень помех телевидению (TVI).

    Для того, чтобы фидер был согласован с антенной, используются согласующие устройства (СУ) — в радиолюбительском сленге, «балун» (BALUN — balanced/unbalanced, т.2*R2, где к — коэффициент трансформации (отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной).

    За рубежом в радиолюбительскую практику вошли широкополосные трансформаторы двух типов: Guanella (по току) и Ruthroff (по напряжению), по фамилиям авторов соответствующих статей:
    1. Guanella, G., “Novel Matching Systems for High Frequencies”, Brown-Boveri Review, Vol 31, Sep 1944, pp. 327-329.
    2. Ruthroff, C.L., “Some Broad-Band Transformers”, Proc IRE, Vol 47, August 1959, pp. 1337-1342.

    В СССР своими публикациями о широкополосных трансформаторах известен В.Д. Кузнецов.

    Сейчас популярны широкополосные трансформаторы (ШПТ, «балуны») на ферритовых кольцах, стержнях или «биноклях». Но также есть ШПТ без ферритовых сердечников. Ферритовые сердечники, как правило, не работаю как магнитопровод на высоких частотах (на ВЧ работают карбонильные сердечники), а трансформация тока происходит за счет взаимной индукции (магнитной связи) обмоток. В этом случае ферритовый сердечник только увеличивает индуктивность обмоток. Балун с соотношением 1:1 как правило является обычным ВЧ дросселем, хотя есть и симметрирующие СУ.

    Когда необходимо сочетать минимальный коэффициент рассеяния с минимальной проходной емкостью рекомендуется применять трансформаторы с объемным витком.  Относительная ширина рабочего диапазона 10-15 (отношение верхней частоты к нижней).

    Трансформаторы с  объемным витком (индуктивным шлейфом)

    Конструкция трансформатора с объемным витком

    Такому трансформатору свойственна высокая симметрия, так как емкостная связь между его обмотками сведена к минимуму.

    Связь между первичной и вторичной обмотками, расположенными на кольцевых ферритовых сердечниках с большой магнитной проницаемостью, осуществляется при помощи объемного витка (индуктивного шлейфа), образованного корпусом (экраном) трансформатора и стержнем — болтом, стягивающим всю конструкцию.

    Однако вследствие того, что трансформаторная связь между первичной и вторичной обмотками осуществляется через объемный виток, образованный металлической перегородкой, металлическими стаканами и стрежнем, такой трансформатор не способен передавать значительную мощность из-за токов Фуко (вихревыми токами нагревается медный «объемный виток»).

    Такой трансформатор применялся на радиостанции Р-140 как симметрирующий трансформатор приемной V-антенны.

    Трансформаторы с внешним витком (на ферритовых трубках «биноклях») работают за счет взаимной индукции обмоток. Ферритовый сердечник, в данном случае, должен иметь большую магнитную проницаемость для повышения индуктивности обмоток. Как магнитопровод сердечник тут не работает.

    Катушка с бифилярной намоткой для балуна 4:1

    У ферритов два главных свойства: магнитная проницаемость и удельное сопротивление. Чем выше удельное сопротивление, тем меньше потери на вихревых токах, тем меньше нагревается сердечник.

    У балунов с «воздушным сердечником» (т.е. без сердечника вообще) есть ряд преимуществ перед ферритовыми. Они менее требовательны к монтажу, выдерживают большую мощность и проще в изготовлении. Однако по сравнению с ферритовыми трансформаторами они имеют более узкий рабочий диапазон частот.

    Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора (Q-match — Quarter Wavelength Transformer Matching)

    Четвертьволновый фидер является трансформатором сопротивления и если имеется антенна с входным сопротивлением Rа.вх и фидер с волновым сопротивлением Qф, то для согласования необходимо включить между ними четвертьволновый трансформатор, имеющий волновое сопротивление: Qтр=√(Rа.вх*Qф).

    Теоретически, можно построить Q-match на любой случай, если иметь возможность создавать фидерные четвертьволновые линии любого волнового сопротивления. Однако в радиолюбительской практике Q-match используется редко, например, при согласовании антенны Delta Loop (которая имеет входное сопротивление около 112 Ом) с 50-омным кабелем. В этом случае между антенной и фидером включается четвертьволновый отрезок 75-омного кабеля. Другим ограничением для Q-match является однодиапазонность.

    Поделитесь с друзьями

    Антенна с трансформатором 1:9: как сделать своими рками

    Автор Andrey Ku На чтение 4 мин Опубликовано

    Антенна с трансформатором 1 9 является наиболее простым способом усилить сигнал. Для того, чтоб правильно установить оборудование потребуется провести верный расчет согласующего трансформатора. ТС 1 к 9 может создать самостоятельно не только опытный мастер, но и новичок для собственных нужд в домашних условиях.

    Из чего состоит и как выглядит вч трансформатор 1 9 для антенны

    Трансформаторы 1 к 9 используются радиолюбителями для согласования различных приборов. Удобно использовать для проволочных антенн, которые напитаны от конца. Оборудование стандартного вида, то есть широкополосное, позволяет изменить значение сопротивления до 450 Ом от 50 Ом. Оптимально подходит для антенн с небольшой реактивной составляющей, с сопротивление на входных устройствах до 500 Ом.

    Простейший трансформатор 1:9 имеет миниатюрные размеры, различная форма, но чаще всего выбирают полукольцо или конус. Используется в качестве основного элемента магнитопровод из порошкового железа или феррита. Обмотку следует выполнять осторожно, ведь от этого зависит эффективность изделия. Как правило, используется три обмотки свитого плана между поводами, закрепленными на одном кольце. Возникают проблемы, касаемо смещения фаз на вторичных обмотках при работе на высоких частотах, а также проблемы, которые касаются минимальной магнитной проницаемости устройства. Поэтому используются варианты на ферритовом кольце, позволяющие решить вопрос. Но тут есть другие особенности.

    Что представляет собой трансформатор 1 9 на ферритовом кольце

    Трансформатор 1: 9 на ферритовым кольце позволяет решить проблему недостающей магнитной проницаемости, а также уменьшить смещение фаз при работе на высоких частотах.

    Основная разница такого трансформатора в отличии от оборудования на стержне заключается в том, что получаемое магнитное поле будет разомкнуто. То в свою очередь дает возможность проходить импульсу в открытое пространство. Соотношение витков измеряется по стандартной схеме, важно правильно рассчитывать эту характеристику в зависимости от шага обмотки и толщины провода.

    Какой коэффициент трансформации сопротивлений имеет устройство

    Коэффициент трансформации для оборудования с сопротивлением 1 к 9 составляет 1:3. Сделанное своими руками устройство должно обладать коэффициентом трансформации напряжения 1 к 3.

    Обратить внимание стоит на то, что при изготовлении обязательно используются системы заземления или специальные противовесы для антенн. При этому наибольшее внимание должно уделяться в случае, если входное сопротивление прибора минимальное.

    Упрощённый расчёт согласующего трансформатора

    Расчет согласующего трансформатора может провести новичок. Главное — это верно установить параметры напряжения, сопротивления.

    Для начала следует принять во внимание тот факт, что мощность на вторичной обмотке равна первичной мощности. Но вместе с этим есть потери, которые зависят от исходных показателей и материала. По формуле будет: V12 / R1 = V22 / R2, если брать, что Р1 имеет идентичные показатели Р2.

    Далее рассчитывают формулу с учетом того, что напряжение на вторичной и первичной обмотках пропорционально числу установленных витков. Приведя формулу к общему виду получается, что N2 / N1 = (R2 / R1)0.5. По формуле высчитываться число витков от необходимого показателя сопротивления. При самостоятельном изготовлении прибора следует витки размещать равномерно, так получится наилучшая характеристика сопротивления.

    Другие показатели согласующего трансформатора, в том числе и сопротивление, частота и индуктивность рассчитываются по формуле L = 4 · R / Fmin. Берите во внимание то, что стандартное значение обычно не превышает 1,25.

    Где применяются

    Антенна с трансформатором 1 к 9 широко используется радиолюбителями. Дело в том, что собрать ее по пошаговой инструкции может и непрофессионал. Применяется с целью улучшения получаемого сигнала. Это достигается за счет:

    • безопасного использования приборов питания;
    • фиксированного напряжения;
    • фазовой нагрузки, величина которой всегда известна;
    • сохранения энергии.

    Безусловно, можно купить трансформатор в интернет-магазинах, который обладает лучшими характеристиками, чем изготовленный своими руками. Но если вы хотите сэкономить, что не составит проблем сделать трансформатор в домашних условиях и улучшить получаемый сигнал.

    Как намотать трансформатор 1:9 своими руками

    Намотать тс может новичок. Главное — точно знать число обмоток (формулы для вычисления указаны выше).

    Необходимые инструменты и материалы

    Тс различные, но простейшее устройство, алгоритм сборки которого приводится чаще, состоит из дух ферритовых сердечников. Размер не принципиален, но следует помнить, что эксплуатация больших влияет на частоты.

    Намотка производится трех проводной линией (6 мм в ширину, 0,5 мм в длину). Телефонные обмотки можно использовать, но они будут жесткими.

    Пошаговая инструкция намотки

    Сердечник делают безопасным при помощи бумажной или изоляционной ленты. Достаточно будет двух слоев. После этого:

    • обмотку укладывают слоем;
    • закрепляют термоклеем;
    • концы скрепляются;
    • остановится, когда число станет равно числу продевании в сердечнике (обычно 6).

    Распайку проводят осторожно, так как ошибка приводит к выходу устройства из строя.

    Проверка исправности работы

    Для фиксации используются прокладки из пенопласта, герметизацию. Проверка состоит из подключения к клеммам резистора 450 Ом. При стабильной распайке тс работает сразу. Если прибор греется — сделайте больше обмоток.

    Узнать потери можно, сделав два идентичных образца. Они соединяются высокоомными выходами, сопротивление при это составит 50 Ом.

    Все, что вы хотели знать о трансформаторах с ферритовым сердечником

    Силовой трансформатор имеет первичную, вторичную и иногда третичную обмотки. Магнитопровод между этими обмотками приводит в действие трансформатор. Для эффективной магнитной связи в трансформаторе предусмотрен один магнитный путь с низким сопротивлением. Этот путь известен обычно в ядре. Как правило, сердечник изготавливается из разных материалов, таких как силиконовая сталь, ферриты и т. Д. В этом посте мы обсудим один из важных типов сердечников — ферритовые сердечники.Кто они такие? В чем их преимущества? Есть ли у вас еще вопросы? Читайте ниже, чтобы найти ответы.

    Что такое ферриты?

    Ферриты — это непроводящие керамические соединения, имеющие ферромагнитную природу. Когда обмотки трансформаторов сделаны из ферритов, их называют трансформаторами ферритового типа. Ферритовые сердечники в трансформаторах изготовлены из оксидов железа и содержат соединения цинка, никеля и марганца. Эти соединения имеют очень низкую коэрцитивную силу и известны как мягкие ферриты.

    Ферриты имеют ряд преимуществ перед другими трансформаторами с магнитным сердечником благодаря своим механическим и электрическим свойствам. К ним относятся высокое удельное сопротивление по току, а также низкие потери на вихревые токи в широком диапазоне частот и высокая магнитная проницаемость. Все эти свойства делают ферритовые трансформаторы идеальными для различных высокочастотных трансформаторов, регулируемых катушек индуктивности, широкополосных трансформаторов и высокочастотных цепей от 10 кГц до 50 МГц.

    Сегодня ферритовые сердечники доступны из различных материалов и геометрических комбинаций.

    Какие существуют типы трансформаторов с ферритовым сердечником?

    Ферритовые сердечники в основном делятся на два типа:

    • Феррит марганца и цинка (MnZn) : Химическая формула: (Mn a Zn (1-a) Fe 2 O 4 ). Эти сердечники имеют более высокий уровень насыщения, а также более высокую проницаемость, чем NiZn. Ядра MnZn идеально подходят для приложений с рабочей частотой менее 5 МГц.Импеданс этих сердечников делает их идеальными для катушек индуктивности до 70 МГц.
    • Никель-цинковый феррит (NiZn) : Химическая формула: Ni a Zn (1-a) Fe 2 O 4 . Эти сердечники имеют более высокое удельное сопротивление, чем MnZn, и используются в приложениях, где частоты находятся в диапазоне от 2 МГц до нескольких сотен МГц. NiZn считается идеальным для катушек индуктивности выше 70 МГц. Эти сердечники чувствительны к температуре и имеют низкую температуру Кюри (ниже 500 o C).

    Ферритовые материалы теряют свои магнитные свойства при определенной температуре Кюри. Следовательно, этот факт следует учитывать при выборе ферритовых сердечников для трансформатора.

    Доступны ли ферритовые сердечники разных форм?

    Да, они есть. Ферритовые сердечники классифицируются по таким формам, как:

    • E, I Сердечники : Эти сердечники имеют простую намотку шпульки и простую сборку. Сердечники E, I используются в силовых, дифференциальных и телекоммуникационных индукторах, а также в широкополосных, преобразовательных и инверторных трансформаторах.
    • Сердечники ETD : Эти сердечники имеют центральную стойку с минимальным сопротивлением обмотки. Размеры этих сердечников ETD могут быть оптимизированы для повышения эффективности силового трансформатора. Эти сердечники идеально подходят для силовых трансформаторов, а также катушек индуктивности.
    • Сердечники EFD : Сердечники EFD имеют площадь поперечного сечения, что делает их идеальными для компактных трансформаторов, а также для различных приложений индуктивности и трансформаторов.
    • EER Сердечники : Сердечники имеют круглую центральную стойку, которая обеспечивает более короткую длину пути намотки по сравнению с квадратной центральной стойкой.

    Если вы хотите получить трансформаторы с ферритовым сердечником из надежного источника, вы всегда можете рассмотреть возможность использования нестандартных катушек. Компания предлагает ферритовые сердечники различных спецификаций для удовлетворения требований вашего приложения.

    Все, что вы хотели знать о трансформаторах с ферритовым сердечником, было в последний раз изменено: 29 января 2020 г., gt stepp

    О gt stepp

    GT Stepp — инженер-электрик с более чем 20-летним опытом работы, специалист в области исследований, оценки, испытаний и поддержка различных технологий.Посвящен успеху; с сильными аналитическими, организационными и техническими навыками. В настоящее время работает менеджером по продажам и операциям в Custom Coils, разрабатывая стратегии продаж и маркетинга, которые увеличивают продажи, чтобы сделать Custom Coils более узнаваемыми и уважаемыми на рынке.

    Два широкополосных симметричных трансформатора p98

    Ниже описаны два широкополосных трансформатора с преобразованием соотношение 1: 5 и 1:10.Первый трансформатор мог соответствовать 50 Ом на 250 Ом. Ом второй может соответствовать 50 Ом на 500 Ом. Трансформеры может использоваться для питания различных типов гидроомных антенны, например, G5RV. Трансформаторы обеспечивают симметричный выход. Трансформаторы обеспечивают КСВ 1,15 при 144 МГц, 1,1 при 70 МГц. МГц, 1,0 при 50 МГц, 1,1 при 3,5 МГц и 1,15 при 1,9 МГц. Трансформаторы не перегреваются при мощности 500 Вт. переживает.

    На рисунке 1 показана конструкция трансформатор с соотношением 1: 5 (50/250 Ом). Главный сердечник трансформатора представляет собой ферритовую трубку, взятую из фильтра радиопомех, который был установлен на провода управления старого монитора CRT. Такая трубка может иметь наружный диаметр 18-20 мм. мм, ID 8-9 мм и длина 25-28 мм. Проницаемость сердечника около 800-1000.

    Рисунок 1 Конструкция трансформатора при соотношении 1: 5 (50/250 Ом)

    Длина ферритовый сердечник для трансформатора должен быть 37… 44- мм. Итак, два ферритовых кольца с одинаковым внешним диаметром и внутренним диаметром трубки. с обеих сторон сердечника. Первая обмотка трансформатора (k1k2 на , рисунок 1 ) состоят из двух медных трубок (поз.1), которые вставляются в ферритовые сердечники. Между трубками должен быть минимальный зазор. ядра. Трубки закорачиваются перемычкой (поз.4). Джемпер сделан медной полосы.Перемычка припаяна (поз.5) к меди. трубки. Вторая обмотка (k3k4 + k5k6) выполнена тефлоновой проволокой диаметром 1,5-2,0 мм (15-12 AWG).

    На рисунке 2 показана конструкция трансформатор с соотношением 1: 10 (50/500 Ом). Трансформатор имеет конструкция аналогична трансформатору с соотношением 1: 5 (50/250 Ом).Отличие только во второй обмотке, конструкция очищена. из Рисунок 2 .

    Рисунок 2 Конструкция трансформатора при соотношении 1:10 (50/500 Ом)

    Оба трансформаторы были испытаны на реальных антеннах.Они работали отлично как минимум намного лучше обычного трансформатора, сделанного на ферритовом кольце. Трансформаторы имеют равные частотные параметры от 1,9 до 144 МГц, что не могли обеспечить обычные трансформаторы на ферритовом кольце.

    Кредитная линия: Radio Hobby # 6, 2014

    Оптимизация индуктивности миниатюрных широкополосных трансформаторов с ферритовыми сердечниками в форме беговой дорожки для приложений Ethernet: AIP Advances: Том 7, № 5

    ВВЕДЕНИЕ

    Раздел:

    Выбор вверху страницы ПРИЛОЖЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ << РАССМОТРЕНИЕ ПРОЕКТА для подключения неэкранированной витой пары к устройствам Ethernet. 1,2 1. Стандарт IEEE для Ethernet, 802.3 (2012) .2. Д. Боуэн, А. Ли, К. Краффт, И. Д. Майергойз, J. Appl. Phys. 115 , 17E716 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4868697 Эти трансформаторы уникальны своей миниатюризацией и массовым производством. 2 2. Д. Боуэн, А. Ли, К. Краффт, И. Д. Майергойз, J. Appl. Phys. 115 , 17E716 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4868697 Поскольку требования к полосе пропускания возрастают с увеличением скорости передачи данных Ethernet, отрасль проявляет большой интерес к контролю паразитных емкостей обмоток в производственном процессе, которые приводят к высокочастотным резонансам в передаточном отношении трансформатора. 2–7 2. Д. Боуэн, А. Ли, К. Краффт, И. Д. Майергойз, J. Appl. Phys. 115 , 17E716 (2014). https://doi.org/10.1063/1.48686973. S. Dalmia, S. Viray, L. Harrison, J. Kerlin, K. Nguyen и S. R. Kubes, патент США 9 070 509 B2, поданный 16 февраля 2011 г., выдан 30 июня 2015 г. 4. S. Dalmia и W. L. Harrison, 2012, заявка на патент США 13/407161, Pub 20120154097 A1, поданная 28 февраля 2012 г. 5. B. S. Huang, H. Shih, T. Fan, W. Yang и K. Chen, патент США 9,101,072 B2, подана 22 мая 2012 г.6. R. W. Whitaker, J. D. Guerra и C. Marcoci, патент США 7 690 110 B2, поданный 24 августа 2007 г., выданный 6 апреля 2010 г. 7. C. Marcoci, заявка на патент США 14 / 112,979, Pub. 20140259643 A1, подана 15 марта 2013 г. Текущий способ производства миниатюрных ферритовых тороидальных сердечников с ручной намоткой ( 2 2. D. Bowen, A. Lee, C. Krafft, and ID Mayergoyz, J. Appl. Phys. 115 , 17E716 (2014). Https://doi.org/10.1063/1.4868697 Альтернативный метод изготовления — встраивание высокочастотных ферритов в плоскую подложку, например печатную плату, и литографическое изготовление обмоток трансформатора. 2–7 2. Д. Боуэн, А. Ли, К. Краффт, И. Д. Майергойз, J. Appl. Phys. 115 , 17E716 (2014). https://doi.org/10.1063/1.48686973. S. Dalmia, S. Viray, L. Harrison, J. Kerlin, K. Nguyen и S. R. Kubes, патент США 9 070 509 B2, поданный 16 февраля 2011 г., выдан 30 июня 2015 г. 4. S. Dalmia и W. L. Harrison, 2012, заявка на патент США 13/407161, Pub 20120154097 A1, поданная 28 февраля 2012 г. 5. B. S. Huang, H. Shih, T. Fan, W. Yang и K. Chen, патент США 9,101,072 B2, подана 22 мая 2012 г.6. R. W. Whitaker, J. D. Guerra и C. Marcoci, патент США 7 690 110 B2, поданный 24 августа 2007 г., выданный 6 апреля 2010 г. 7. C. Marcoci, заявка на патент США 14 / 112,979, Pub. 20140259643 A1, подана 15 марта 2013 г. Трансформаторы Ethernet, используемые для интерфейса со скоростями передачи данных 100Base-T и 1000Base-T, должны иметь индуктивность 350 мкГн на частоте 100 кГц. 1,8,9 1. Стандарт IEEE для Ethernet, 802.3 (2012 г.) 8. Ф. Хамиди, «Проектирование магнитных устройств для 10-гигабитного Ethernet», EE Times (United Business Media, Лондон, Великобритания, 2007).www.eetimes.com/showArticle.jhtml;?articleID=199703895.9. Стандарт ANSI INCITS 263-1995 (R2005), «Оптоволоконный распределенный интерфейс данных (FDDI) — физический уровень Token Ring на основе витой пары, зависящий от среды (TP-PMD)». Чтобы достичь такой относительно большой индуктивности в миниатюрном компоненте, необходимо оптимизировать конструкцию. Для фиксированного тороидального внешнего диаметра внутренний диаметр может быть изменен, чтобы обеспечить меньшее или большее количество витков обмотки, поскольку область внутреннего диаметра может вмещать меньшее или большее количество переходных отверстий.По мере увеличения внутреннего диаметра может быть намотано больше витков, но поперечное сечение сердечника становится меньше. Площадь поперечного сечения и число витков имеют компромисс. На практике для изготовления двухслойной обмотки (верхний и нижний слои обмотки) область внутреннего диаметра, находящаяся дальше двух или трех диаметров сквозных отверстий от края сердечника, непригодна. Это будет обсуждаться более подробно позже в статье. Однако альтернативной формой сердечника, при которой не остается неиспользуемого пространства внутри внутреннего диаметра сердечника, является сердечник Racetrack .Сердечник беговой дорожки представляет собой увеличенный тороид, в котором две половины тороида соединены прямыми сегментами. Максимальное количество витков обмотки, которое может быть размещено во внутренней области сердечника беговой дорожки, может быть увеличено за счет увеличения длины прямых сегментов. Это приводит к минимальному увеличению неиспользуемой площади в зоне покрытия сердечника по сравнению с увеличением радиуса тороида (фиг. 1).

    В этой статье теоретически анализируется и оптимизируется индуктивность трансформаторов с сердечником и беговой дорожкой.Изготовлены и охарактеризованы трансформаторы с сердечником для беговых дорожек двух типоразмеров, а их характеристики оцениваются по требованиям к индуктивности трансформаторов Ethernet.

    КОНСТРУКТИВНЫЕ СООБРАЖЕНИЯ

    Раздел:

    ВыбратьВверх страницы РЕКОМЕНДАЦИИ ВВЕДЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ СООБРАЖЕНИЯ << КРАТКАЯ ССЫЛКА СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ИЗДЕЛИЯ Сердечник беговой дорожки определяется его внешним диаметром (OD), внутренним диаметром (ID), толщиной ( h , длина прямой ветви 9022) и ) (Фиг. 1а). Когда -1 стремится к нулю, беговая дорожка превращается в тороид.Перед определением максимальной индуктивности для данной конструкции беговой дорожки необходимо определить максимальное количество витков обмотки. Для планарного или литографического изготовления это максимальное количество витков определяется максимальным количеством переходных отверстий, которые могут быть размещены во внутренней области беговой дорожки, при соблюдении правил проектирования процесса изготовления. Анализ может быть выполнен в общих чертах, предполагая, что переходные отверстия должны быть размещены на радиальном расстоянии внутрь от края ферритового сердечника (rδ), а концентрическое размещение повторяет расстояние, и что центры переходных отверстий должны быть размещены на минимальном расстоянии друг от друга ( Δ, бюджет ширины) по концентрическим путям (ФИГ.1b и фиг. 1в). Максимальное количество переходных отверстий, которые могут поместиться во внутренней области беговой дорожки (равно количеству витков обмотки N ), представляет собой сумму максимального количества переходных отверстий, которые могут поместиться на каждой концентрической траектории P во внутренней области (РИС. 1c), определяемую делением минимальной длины пути P на бюджет ширины Δ.
    Nmax = ∑k = 1K⌊PkΔ⌋ = ∑k = 1K⌊2Δ (l + π (ID2 − krδ)) ⌋ (1)
    где K — целое максимальное количество концентрических путей в пределах беговая дорожка, ограниченная внутренним диаметром.
    Kmax = ⌊ID − dgap2rδ⌋ (3)
    Это ограничение обеспечивает соблюдение правила проектирования, согласно которому переходные отверстия не могут перекрываться, где dgap — это минимальное расстояние между центрами переходных отверстий на самом внутреннем пути через горизонтальную среднюю линию ипподром. dgap может иметь то же значение, что и rδ или Δ, в зависимости от макета. Точно так же минимальный внутренний диаметр IDmin для конкретного K определяется следующим уравнением.

    В этой статье рассматривается процесс изготовления двухслойной обмотки, при котором обмотки находятся на верхнем и нижнем слое обмотки, над и под сердечником соответственно, которые соединены переходными отверстиями.Таким образом, внутренние переходные отверстия, расположенные по направлению к центру, дальше от края феррита, должны иметь маршруты намотки, которые проходят вокруг всех других переходных отверстий, и через маршруты намотки ближе к краю феррита, чтобы контактировать с соответствующими внешними переходными отверстиями в том же слое. Учитывая правила проектирования для минимальной ширины электрического маршрута и расстояния между переходными отверстиями, практическое значение K при двухслойной намотке составляет K max = 2. При K max = 2 переходные отверстия будут занимать два концентрических пути в пределах внутренняя область, и преимущество формы сердечника беговой дорожки очевидно.С ограничением K max = 2, увеличение внутреннего диаметра тороида для увеличения количества витков все равно оставит большую внутреннюю площадь, превышающую 2rδ от края сердечника, неиспользованной. В качестве альтернативы беговая дорожка может допускать большее количество витков, увеличивая до , оставляя минимальную неиспользуемую внутреннюю площадь.

    Учитывая, что сигнальные трансформаторы имеют две электрически изолированные обмотки и равное количество витков на первичной и вторичной обмотках, одинаковое количество переходных отверстий было размещено на обоих концентрических путях, а первичная и вторичная обмотки были эффективно чередованы с одинаковым поперечным сечением (ФИГ.1в). В этой конфигурации концентрический путь, вмещающий наименьшее количество переходных отверстий, который будет самым внутренним путем PiID = 2 (l + π (ID2−2rδ)), устанавливает максимальное количество витков для обеих обмоток конструкции.
    Nmax = ⌊2Δ (l + π (ID2−2rδ)) ⌋ (5)
    Для определения индуктивности к геометрии беговой дорожки, как и в случае с тороидом, можно применить контурный закон Ампера. плотность потока сердечника как функция радиуса пути, которую затем можно проинтегрировать по поперечному сечению сердечника, чтобы найти полный поток.Полный поток можно умножить на Н , чтобы найти потокосцепления, по которым можно определить индуктивность. Индуктивность может быть выражена через количество витков (уравнение 6) или максимальная индуктивность может быть выражена непосредственно через физические размеры беговой дорожки (уравнение 7).
    L = μhN22πln (2l + π (OD) 2l + π (ID)) (6)
    Lmax = μhNmax22πln (2l + π (OD) 2l + π (ID)) = μh3 (2l + π (OD) 2l + π (ID)) (⌊2Δ (l + π (ID2−2rδ)) ⌋) 2 (7)
    Часто трансформатор проектируется с учетом объем.Таким образом, форм-фактор диктует выбор внешнего диаметра и длины ножки л. Однако внутренний диаметр — это произвольная переменная, не влияющая на размер посадочного места. Увеличение внутреннего радиуса b позволит увеличить количество витков обмотки, что увеличивает индуктивность квадратично, но площадь поперечного сечения сердечника будет уменьшена, что приведет к линейному уменьшению индуктивности. Для данного внешнего диаметра и длины ветви будет существовать оптимальный внутренний радиус b , обеспечивающий максимальную индуктивность.Чтобы оптимизировать индуктивность, необходимо взять производную индуктивности (уравнение 7) относительно b и установить равной нулю, чтобы найти критические точки. Без строгих приближений получающееся уравнение трансцендентно. Однако значение внутреннего радиуса, обеспечивающего максимальную индуктивность, можно найти путем численного анализа приведенного ниже трансцендентного уравнения (уравнение 8).
    ∂L∂b = μh3π (- (2π2l + π (ID)) * (⌊2Δ (l + π (ID2−2rδ)) ⌋) 2) + μh3π (ln (2l + π (OD) 2l + π (ID)) * (⌊8πΔ2 (l + π (ID2−2rδ)) ⌋)) = 0 (8)
    Аналогичный оптимизационный анализ может быть проведен в отношении переменной длины ноги, создав другое уравнение (Ур.9) найти критические точки.
    ∂L∂l = μh3π (π (ID − OD) (2l + π (OD)) 2l + π (ID)) * (⌊2∆ (l + π (ID2−2rδ)) ⌋) 2) + μh3π (ln (2l + π (OD) 2l + π (ID)) * (⌊8πΔ2 (l + π (ID2−2rδ)) ⌋)) = 0 (9)
    Ур. (7) — (9) — все функции четырех физических размеров, определяющих беговую дорожку: внешнего диаметра, внутреннего диаметра, длины ноги и толщины. Как указано выше, OD и l часто ограничены доступной площадью основания устройства. Однако, выбрав значение для OD , поверхность может быть построена как функция индуктивности , и ID. Ур. 8 и 9 являются трансцендентными, поэтому невозможно явно найти алгебраическое выражение для критических значений b и l , которые соответствуют критическим точкам индуктивности. Однако анализ семейств кривых даст качественное понимание. 2а — график уравнения. 8 как функция от ID, для различных значений l, с ID в диапазоне от IDmax и увеличивающемся, но меньше OD . Единственная критическая точка (пересечение нуля) уравнения.8 наблюдается. Осмотрев поверхностный участок уравнения. 7 (фиг. 3) критическая точка определяется как максимальная точка. Таким образом, для данного значения длины ветви l существует оптимальное значение внутреннего радиуса b , которое обеспечивает максимальную индуктивность . По мере увеличения длины ветви оптимальное значение внутреннего радиуса уменьшается, что способствует увеличению ширины сердечника при сохранении количества витков. При меньшем внутреннем радиусе меньше витков уместится вдоль тороидальной части беговой дорожки, но не повлияет на количество витков на прямых участках сердечника беговой дорожки.Таким образом, потеря числа витков на тороидальных дугах беговой дорожки из-за меньшего внутреннего радиуса компенсируется увеличением длины прямых ветвей сердечника. Обратите внимание, что на фиг. 2а кривая l = 0 представляет форму тороидального сердечника. ИНЖИР. 2b — график уравнения. 9 как функция от l, для различных значений ID. РИС. 2b не показывает пересечения нулей, и, таким образом, уравнение. 9 не имеет критических точек. Индуктивность будет увеличиваться только при увеличении длины ноги.Для экспериментальной части этого исследования были выбраны два внешних диаметра: OD, = 10 мм и OD, = 6 мм. Зафиксировав эти значения, соответствующие поверхности индуктивности (уравнение 7) в зависимости от внутреннего диаметра и длины ветви были построены на фиг. 3а и фиг. 3b соответственно. Для изготовления устройств использовался материал ферритового сердечника MnZn с начальной относительной проницаемостью μr = 9000, поэтому это значение проницаемости было использовано в анализе индуктивности соответственно. Однако проницаемость материала является как дисперсионной, так и чувствительной к нагрузкам и температуре, что делает ее очень изменчивой. 10,11 10. Д. Боуэн, К. Краффт и И. Майергойз, IEEE Trans. Mag. 52 (7), 1 (2016). https://doi.org/10.1109/tmag.2016.251924811. Д. Боуэн, А. Ли, К. Краффт и И. Д. Майергойз, IEEE Mag. Lett. 6 , 1 ​​(2015). https://doi.org/10.1109/lmag.2015.2407312 Наложено на фиг. 3а и фиг. 3b — это область, обозначающая индуктивность меньше целевой индуктивности 350 мкГн. Ожидается, что комбинации ID и -1 в этих регионах не дадут индуктивность более 350 мкГн.Используя численную интерполяцию, критические значения b были найдены из уравнения. 8, соответствующие точкам максимальной индуктивности. При игнорировании функции пола и принятии уравнения. 7, чтобы быть плавно непрерывным, черная линия, соединяющая точки максимальной индуктивности (для определенного значения -1), может быть нанесена на фиг. 3а и фиг. 3b. Если принять во внимание дискретный характер числа витков, максимумы индуктивности для конкретного -1 обозначены черными точками на фиг.3. Обратите внимание, как область графика, превышающая пороговую индуктивность, смещается к более высокому значению -1, когда OD уменьшается между фиг. 3а и фиг. 3б. На основании анализа индуктивности были выбраны размеры двух сердечников беговой дорожки (таблица 1). Были изготовлены трансформаторы таких размеров, и было обнаружено, что их индуктивность (L¯meas (мкГн)) разумно согласуется с предсказанными (Lpred (мкГн) , , таблица I). Индуктивность была измерена анализом сети на частоте 100 кГц, как предписано стандартом IEEE Ethernet.Однако известно, что проницаемость ферритового материала в форме беговой дорожки широко варьируется из-за обширной механической обработки, необходимой для создания формы. 10,11 10. Д. Боуэн, К. Краффт и И. Майергойз, IEEE Trans. Mag. 52 (7), 1 (2016). https://doi.org/10.1109/tmag.2016.251924811. Д. Боуэн, А. Ли, К. Краффт и И. Д. Майергойз, IEEE Mag. Lett. 6 , 1 ​​(2015). https://doi.org/10.1109/lmag.2015.2407312 Расчетная индуктивность предполагает проницаемость на частоте 100 кГц, указанную производителем феррита.Эффективная проницаемость конкретного сердечника, используемого в каждом устройстве, точно не известна, но было замечено, что она варьируется до 50% от значения, опубликованного производителем. Однако проницаемость материала сердечника не имеет значения для приведенного выше анализа оптимизации размеров устройства, который по-прежнему будет обеспечивать максимальную индуктивность для любого конкретного сердечника.

    ТАБЛИЦА I. Выбранные размеры сердечника трансформатора беговой дорожки, количество витков, расчетная индуктивность и измеренная индуктивность.

    OD (мм) ID (мм) l (мм) h (мм) N 90pred L¯meas (мкГн)
    Большой 10 5.76 4 0,7 36 673 565,9
    Малый 6 3 7 0,7 32 904 902 904 902 904 902 Широкополосный радиочастотный трансформатор

    (Примечание редактора: Следующая статья взята из архива экспериментатора, изобретателя, друга сообщества радиолюбителей и основателя Clifton Laboratories, Джека Смита, K8ZOA (Словакия). )

    При разработке активной антенны и предусилителя мне понадобился широкополосный трансформатор 1: 1. Я намотал многие из них и написал статью на эту тему для журнала 73 Magazine, но интерес к широкополосным трансформаторам всегда есть.

    Моя любимая конструкция использует бифилярную обмотку, состоящую из двух № Провода 26 AWG, скрученные вместе примерно от 4 до 5 витков на дюйм, намотанные с 10 витками на ферритовый сердечник Steward 35T0501-h20.

    Раньше я использовал тороидальные сердечники из материала Fair-Rite 43, но там, где необходимы низкочастотные характеристики, мне пригодился материал Steward 35.Он имеет относительную проницаемость на низких частотах, равную 5000, по сравнению с 800 для материала Fair-Rite 43, и он доступен в небольших количествах от DigiKey. Материал Type 75 Fair-Rite очень похож на материал Steward’s 35 и может быть использован при желании.

    Одним из преимуществ Steward является то, что DigiKey использует версию детали h20, которую переворачивают для удаления острых краев и покрывают париленом. Парилен — это гладкое изоляционное покрытие, которое в сочетании с галтовкой значительно упрощает намотку, не соскребая эмалевую изоляцию с магнитного провода.Я считаю, что Fair-Rite предлагает аналогичное покрытие, но обычные поставщики радиолюбителей предоставляют только ядра без покрытия.

    В этом трансформаторе используется сердечник DigiKey, номер запаса 240-2524-ND, по цене 23 цента каждый в количестве 1-9, номер детали Steward 35T0501-10H. Размеры — 12,70 мм. x 7,14 мм I.D. x 6,35 мм по высоте. Он очень похож по размеру на так называемый FT50 в радиолюбительском сообществе, за исключением того, что сердечник Steward толще (толщина FT50 составляет 4,90 мм).Это дает вам немного больше индуктивности на виток.

    На фото ниже показан готовый трансформатор, подключенный к двум разъемам BNC с плавающей оболочкой. Расстояние между двумя разъемами больше, чем должно быть, потому что я использую тот же корпус для полосового фильтра Z10010 и случайно имел под рукой просверленную крышку.

    Несмотря на бифилярную обмотку, я соединил обмотки, как в обычном трансформаторе, чтобы обеспечить изоляцию постоянного тока и низких частот, а не как симметричное соединение, которое обеспечивает непрерывность постоянного тока между портами ввода и вывода.

    График ниже показывает (ось частот — логарифмическая шкала) частотная характеристика трансформатора в диапазоне от 10 кГц до 100 МГц.

    Полоса пропускания 3 дБ простирается от 10 кГц до 85 МГц, а вносимые потери в средней полосе составляют менее 0,1 дБ.

    График частоты снят с помощью векторного анализатора цепей HP 87510A, и первая развертка, которую я провел, показала выемку около 40 МГц, как видно на графике ниже. Глубина выемки менялась по мере того, как я перемещал коаксиальные кабели, соединяющие корпус трансформатора с 87510A, и в худшем случае она составляла от 2 до 3 дБ.

    Подумав на мгновение, стало очевидно, что, поскольку обе стороны трансформатора изолированы, через экран коаксиального кабеля может существовать скрытый путь для РЧ от выходного порта векторного анализатора цепей к входному порту. На частоте 40 МГц сигнал скрытого пути мешал нормальному пути. Испытательные кабели имеют двойной экран типа RG-223, поэтому они не протекают через оплетку.

    Чтобы проверить эту теорию, я добавил дроссели с ферритовым сердечником к обеим сторонам трансформатора, два сердечника из материала Steward типа «LF» и один больший сердечник из материала Type 35, как показано ниже, как на входе, так и на выходе трансформатора.(Выходной сердечник Type 35 находится за краем фотографии.) В результате вырез исчез, и результаты видны на первом графике частотной развертки.

    Синие устройства представляют собой аттенюаторы 6 дБ Minicircuit Labs, тип CAT-6. При измерении устройства с низкими потерями, такого как трансформатор или фильтр, точность векторного анализатора цепей может быть повышена путем добавления аттенюаторов на входе и выходе тестируемого устройства, поскольку отражения от портов источника и приемника векторного анализатора уменьшаются.

    Автор: Джек Смит K8ZOA (SK) Джек Смит, K8ZOA (Словакия), был основателем Clifton Laboratories и давним участником сообщества Ham Radio.

    Magnetics — Продукты с ферритовым сердечником

    Широкополосные трансформаторы

    Низкие потери, высокие µ (проницаемость), хорошая частотная характеристика

    Дж, Ш, М * Сердечники, тороиды, сердечники E, U и I, RM, сердечники EP
    Синфазные дроссели Очень высокий µ Дж, Ш, М * Тороиды, сердечники E
    Преобразователи и инверторы трансформаторов Низкие потери, высокое насыщение F, L, P, R, T Тороиды, сердечники E, U и I, сердечники Pot, сердечники RS, сердечники Planar
    Дифференциальные индукторы Низкие потери, высокая температурная стабильность, хорошая устойчивость в условиях нагрузки Ф, П, Р, Т Сердечники с зазорами, сердечники EP, сердечники E, сердечники RM, сердечники Planar, сердечники PQ
    Узкополосные трансформаторы Умеренная добротность, высокая µ, высокая стабильность F, J Сердечники, тороиды, сердечники RM, сердечники EP
    Фильтры шума Высокая µ, хорошая частотная характеристика Дж, Ш, М Тороиды
    Силовые индукторы Низкие потери при высоких плотностях потока и температурах, высокое насыщение, хорошая стабильность в условиях нагрузки F, L, P, R Сердечники Pot, сердечники E, сердечники PQ, сердечники RM, сердечники Planar
    Силовые трансформаторы Высокие µ и низкие потери при высоких плотностях потока и температурах, высокое насыщение, низкие токи возбуждения F, L, P, R, T Ядра потенциометра без зазоров, ядра E, U и I, тороиды, ядра EP, ядра RS, ядра DS, ядра PQ, ядра Planar
    Импульсные трансформаторы Высокие µ, низкие потери, высокое насыщение B Дж, Ш, М Тороиды
    Телекоммуникационные индукторы Низкие потери, высокая температурная стабильность, хорошая устойчивость в условиях нагрузки Ф, П, Р, Т Сердечники Pot, сердечники EP, сердечники E, сердечники RM, сердечники Planar

    Трансформаторы с ферритовым сердечником: типы и преимущества

    Что такое трансформаторы с ферритовым сердечником? Трансформаторы, сделанные из ферритового сердечника, с обмотками из ферритов, непроводящих, керамических, ферромагнитных соединений, известны как трансформаторы с ферритовым сердечником.Ферритовые сердечники трансформаторов состоят в основном из оксидов железа в сочетании с соединениями никеля, цинка и марганца. Эти соединения характеризуются низкой коэрцитивной силой и поэтому также известны как мягкие ферриты.

    Трансформаторы с ферритовым сердечником: типы и преимущества Трансформаторы приводятся в движение потокосцеплением между первичной, вторичной и третичной обмотками. Для максимальной производительности трансформатор имеет один магнитный тракт с низким сопротивлением, обычно в сердечнике.Вот соображения относительно того, как разные материалы используются для разных типов трансформаторов с ферритовым сердечником.

    Назначение ферритового сердечника Ферриты сделаны из керамических соединений и действуют как изоляторы в трансформаторах. Материалы, которые содержат ферриты, включают оксиды железа, интегрированные с соединениями цинка, никеля и марганца. Основным преимуществом ферритового сердечника является его высокая стойкость к сильному току. Он также обеспечивает низкие потери на вихревые токи на многих частотах. Его высокая проницаемость дополняет его идеальную комбинацию для использования в высокочастотных трансформаторах и регулируемых индукторах.Фактически, высокая магнитная проницаемость наряду с низкой электропроводностью ферритов помогает предотвратить появление вихревых токов.

    Типы трансформаторов с ферритовым сердечником

    • Марганцево-цинковый феррит (MnZn) — используется для катушек индуктивности до 70 МГц

    • Никель-цинковый феррит (NiZn) — более высокое удельное сопротивление, чем у MnZn, полезно в диапазоне частот от 2 МГц до нескольких сотен МГц и идеально подходит для катушек индуктивности более 70 МГц

    Температура и магнитная проницаемость играют огромную роль при выборе ферритового сердечника, поскольку ферритовые материалы начинают терять магнитные свойства при температуре ниже 500 градусов Цельсия.Ферриты также классифицируются по таким формам, как:

    • E, I Сердечники — простая конструкция с простой намоткой, что делает их полезными для силовых и телекоммуникационных катушек индуктивности, а также широкополосных, преобразовательных и инверторных трансформаторов

    • Сердечники ETD — центральная стойка имеет минимальное сопротивление обмотки, идеально подходит для силовых трансформаторов и катушек индуктивности

    • Сердечники EFD — с соответствующими площадями поперечного сечения для использования в компактных трансформаторах

    • Сердечники EER — на основе круглой центральной стойки, обеспечивающие более короткую обмотку

    Другой вариант — создать собственный трансформатор, соответствующий потребностям конкретного приложения.Имейте в виду, что настройка может обеспечить более высокую производительность при более высоких начальных затратах, но может повысить рентабельность в долгосрочной перспективе.

    Заключение Ферриты играют важную роль в работе индукторов в зависимости от материалов, из которых они сделаны. Оксиды железа в сочетании с другими элементами образуют основу феррита, который используется в качестве магнитопровода для трансформатора. Производительность приложения часто определяется выбором ферритовых материалов.

    Международный союз компонентов

    Allied Components International специализируется на разработке и производстве широкого спектра стандартных магнитных компонентов и модулей, таких как индукторы для микросхем, магнитные индукторы на заказ и трансформаторы на заказ. Мы стремимся предоставлять нашим клиентам продукцию высокого качества, обеспечивать своевременные поставки и предлагать конкурентоспособные цены.

    Мы — растущее предприятие в магнитной промышленности с более чем 20-летним опытом.

    Ферритовые сердечники для инженеров: определенное руководство

    Силовой трансформатор имеет первичную, вторичную и иногда третичную обмотки. Магнитопровод между этими обмотками приводит в действие трансформатор. Для эффективной магнитной связи в трансформаторе предусмотрен один магнитный путь с низким сопротивлением. Этот путь известен обычно в ядре.

    Обычно сердечник изготавливается из различных материалов, таких как кремнистая сталь, ферриты и т. Д. В этом посте мы обсудим один из основных типов сердечников — ферритовые сердечники. Кто они такие? В чем их преимущества? Есть ли у вас еще вопросы?

    Что такое ферриты?

    Ферриты — это непроводящие керамические соединения, которые имеют ферромагнитную природу. Когда обмотки трансформаторов сделаны из ферритов, их называют трансформаторами ферритового типа. Ферритовые сердечники в трансформаторах изготовлены из оксидов железа и содержат соединения цинка, никеля и марганца.Эти соединения имеют очень низкую коэрцитивную силу и известны как мягкие ферриты.

    Ферриты имеют ряд преимуществ перед другими трансформаторами с магнитным сердечником благодаря своим механическим и электрическим свойствам. К ним относятся высокое сопротивление по току, низкие потери на вихревые токи в широком диапазоне частот и высокая магнитная проницаемость. Эти свойства делают ферритовые трансформаторы идеальными для различных высокочастотных трансформаторов, регулируемых катушек индуктивности, широкополосных трансформаторов и высокочастотных цепей от 10 кГц до 50 МГц.

    Сегодня ферритовые сердечники доступны в различных комбинациях материалов и геометрических форм.

    Какие бывают типы трансформаторов с ферритовым сердечником?

    Ферритовые сердечники делятся на два типа:

    • Марганец-феррит цинка (MnZn): Химическая формула (MnaZn (1-a) Fe2O4). Эти сердечники имеют более высокий уровень насыщения, а также более высокую проницаемость, чем NiZn. Ядра MnZn идеально подходят для приложений с рабочей частотой менее 5 МГц.Импеданс этих сердечников делает их пригодными для катушек индуктивности до 70 МГц.
    • Никель-цинковый феррит (NiZn): Химическая формула — NiaZn (1-a) Fe2O4. Эти сердечники имеют более высокое удельное сопротивление, чем MnZn, и используются в приложениях, где частоты находятся в диапазоне от 2 МГц до нескольких сотен МГц. NiZn считается идеальным для катушек индуктивности выше 70 МГц. Эти сердечники чувствительны к температуре и имеют низкую температуру Кюри (ниже 500 ° C).

    Ферритовые материалы теряют свои магнитные свойства при определенной температуре Кюри.Следовательно, этот факт следует учитывать при выборе ферритовых сердечников для трансформатора.

    Доступны ли ферритовые сердечники разных форм?

    Да, они есть. Ферритовые сердечники классифицируются по таким формам, как:

    • E, I Сердечники: Эти сердечники отличаются простой намоткой шпульки и просты в сборке. Сердечники E, I используются в силовых, дифференциальных, телекоммуникационных индукторах, широкополосных, преобразовательных и инверторных трансформаторах.
    • Сердечники ETD: Эти сердечники имеют центральную стойку с минимальным сопротивлением обмотки.Инженеры могут оптимизировать размеры этих сердечников ETD для повышения эффективности силового трансформатора. Эти сердечники идеально подходят для силовых трансформаторов, а также катушек индуктивности.
    • Сердечники EFD: Сердечники EFD имеют площадь поперечного сечения, что делает их идеальными для компактных трансформаторов и различных приложений индуктивности и трансформаторов.
    • EER Сердечники: Сердечники имеют круглую центральную стойку, которая обеспечивает меньшую длину пути намотки, чем квадратная центральная стойка.

    Вот видеоролик о том, как устроены ферритовые сердечники.