Согласующие и симметрирующие устройства
10.4. Согласующие и симметрирующие устройства
Под согласованием понимают обеспечение равенства волнового сопротивления фидера входным сопротивлениям антенны и телевизора. Особое значение для повышения качества изображения имеет согласование фидера со входом телевизора.
У современных телевизоров вход несимметричный, 75-омный, поэтому при использовании в качестве фидера коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом согласование на входе телевизора обеспечивается автоматически. Что касается точности согласования фидера с антенной, то оно играет роль преимущественно при приеме слабых сигналов.
Симметрирование — это подключение симметричной антенны (имеется в виду «электрическая» симметрия) к несимметричному фидеру (коаксиальный кабель), при котором исключаются протекание токов по внешнему проводнику (оплетке) фидера и его антенный эффект. Антенный эффект может возникнуть в любом фидере при неправильном подключении его к антенне, что приводит к искажению диаграммы направленности антенны и приему помех.
Если фидерная линия возбуждается под действием электромагнитного поля, при приеме сигналов от близко расположенного передатчика на вход телевизора будут поступать два сигнала — от антенны и фидера. Более слабый сигнал, принятый фидерной линией, достигнет входа первым. В результате на экране могут появиться менее контрастные изображения, сдвинутые влево от основного. Если сдвиг между основным и повторным изображениями невелик, основное изображение получается нечетким, а его контуры — утолщенными. В условиях дальнего приема антенный эффект приводит к уменьшению соотношения сигнал/шум на входе телевизионного приемника.
Симметрирующее устройство должно выполнять роль перехода, который позволяет соединить симметричные относительно земли антенны с несимметричным фидером. Согласующее устройство должно преобразовать входное сопротивление антенны до уровня волнового сопротивления фидера, благодаря чему обеспечивается максимальный сигнал на входе телевизора.
Симметрирующий мостик (рис. 10.11) представляет собой две металлические трубки (1), которые прикрепляются к концам активного вибратора (2) антенны путем сварки, болтовыми соединениями и другими способами в точках А и Б, и закороченные на расстоянии четверти длины волны в свободном пространстве металлической перемычкой (3) произвольной ширины. Важно обеспечить надежный контакт с трубками мостика, особенно если предусмотрена возможность небольшого передвижения перемычки. Путем незначительного изменения длины М мостика с помощью короткозамыкающей перемычки можно добиться
наибольшей контрастности изображения на экране телевизора, особенно при слабом принимаемом сигнале.
Расстояние между трубками мостика не критично, в основном оно определяется разрывом между концами вибратора антенны. На метровых волнах оно может быть 50...100 мм, на дециметровых — 10...30 мм. Диаметр трубок мостика любой, но он должен быть одинаковым для обеих трубок. Обычно его выбирают таким же, как и диаметр трубок вибратора антенны. Практически на метровых волнах диаметр равняется 10...20 мм, а на дециметровых — 5...10 мм.
Фидер (4) (кабель марки РК с волновым сопротивлением 75 Ом) протягивают внутри одной из трубок — левой или правой. Если кабель протягивают через правую трубку, то и оплетку кабеля припаивают к точке Б, а центральный проводник — к точке А и наоборот. Если кабель невозможно протянуть в трубке, то его прикрепляют к ней в нескольких местах. Если кабель прокладывают к точкам А и Б, нельзя снимать защитную оболочку, так как не будет обеспечено симметрирование антенны.
Симметрируюший короткозамкнутый шлейф (рис. 10.12) представляет собой четвертьволновый мостик на отрезках коаксиального кабеля. Роль трубок мостика играют оплетки кабелей. Оплетку фидера и центральный проводник припаивают к вибратору антенны аналогично мостику. Нижний конец шлейфа (2) соединяют с оплеткой фидера (4) с помощью жесткой металлической перемычки (3), которая одновременно фиксирует расстояние между кабелями. Для перемычки можно использовать оплетку шлейфа. Оплетки кабелей (1) и (2) припаивают друг к другу легкоплавким припоем во избежание оплавления изоляции. Отрезок шлейфа выполняют из кабеля, который идет для изготовления фидера.
Оба конца центрального провода кабеля можно срезать заподлицо и оставить разомкнутыми или спаять с оплетками, так как он не участвует в работе шлейфа. Для обеспечения параллельности кабелей необходимо установить между ними
изоляционные распорки (5). Вместо них можно закрепить кабели параллельно друг другу на изоляционной пластине.
Размеры описанных выше устройств для метровых волн приведены в табл. 10.5, а для дециметровых — в табл. 10.6. В верхних каналах диапазона ДМВ длины волн относительно короткие, поэтому трудно установить шлейф длиной 10...15 см. В таких случаях длину шлейфа (мостика) можно увеличить в нечетное количество раз. Принцип работы этих устройств такой же.
Мостик и шлейф имеют одинаковые параметры и диапазонные свойства. Механически более прочен и надежен четвертьволновый мостик, но изготовить его несколько сложнее, чем шлейф.
Оба симметрирующих устройства используют в антеннах, входное сопротивление которых близко к 75 Ом (например, линейный полуволновый вибратор, рамочные антенны, многоэлементные антенны типа «Волновой канал», широкополосные и др.). Мостик и шлейф широко применяются при подключении коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом к синфазным антеннам, когда сумма входных сопротивлений отдельных антенн близка к 75 Ом.
В этих случаях симметрирующие устройства типа мостика и шлейфа обеспечивают согласование входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением 75-омного фидера, так как они являются устройствами трансформаторного типа с коэффициентом трансформации, равным единице.
Согласующие четвертьволновые трансформаторы часто применяются в сложных многоэтажных антеннах, а также если нужно трансформировать активное сопротивление нагрузки.
При отсутствии гибких коаксиальных кабелей с необходимым волновым сопротивлением необходимое волновое сопротивление можно получить, включив параллельно несколько одинаковых по длине отрезков кабелей. Например, три параллельно включенных отрезка кабелей с волновым сопротивлением 75 Ом (или два с 50 Ом) образуют линию с волновым сопротивлением 25 Ом.
Полуволновая согласуюше-симметрирующая петля используется для подключения несимметричного фидера к антенне, входное сопротивление которой больше волнового сопротивления фидера (например, к петлевому вибратору антенн типа «Волновой канал»).
Симметрирование петлевого вибратора с помощью отрезка кабеля, длина которого составляет половину длины волны в кабеле, достигается сдвигом фазы сигнала на 180°. Поэтому напряжения на входных зажимах А и Б петлевого вибратора относительно точки нулевого потенциала 0 имеют противоположные фазы, что обеспечивает симметрию токов в левой и правой частях вибратора (рис. 10.13). На внешнюю поверхность оплетки кабеля токи не затекают, так как оплетка изолирована от вибратора.
Согласование с помощью полуволновой петли. При равных диаметрах трубок петлевого вибратора, настроенного
в резонанс с принимаемым сигналом, его входное сопротивление составляет 292 Ом. Следовательно, сопротивление каждой половины петлевого вибратора между любым из входных зажимов (А или Б) и точкой нулевого потенциала 0 составляет 146 Ом (292: 2). Известно, что входное сопротивление кабеля, длина которого равна половине длины волны (в кабеле), равно сопротивлению, на которое он нагружен. Следовательно,полуволновая петля передает без изменений сопротивление из точки А в точку
Б, которое в каждой из них составляет 146 Ом. В точке Б происходит сложение двух активных параллельно включенных сопротивлений. Общее сопротивление на конце кабеля составляет 73 Ом, что обеспечивает хорошее согласование фидера с петлевым вибратором. Оплетки кабелей фидера и петли необходимо спаять друг с другом.
В табл. 10.5, 10.6 приведена геометрическая длина полуволновой согласующе-симметрируюшей петли частотных каналов MB и ДМВ диапазонов с учетом укорочения длины волны в кабеле.
