Питание двух антенн одним кабелем

Питание двух антенн одним кабелем.

В технике связи, широкое применение нашли устройства сложения сигналов, частотное разделение, схемы многократного использования антенн (то есть использование одной антенны, для работы двух и более передатчиков одновременно). Кроме параллельного включения двух передатчиков на одну антенну возможны варианты многократного использования сложных антенн, при которых для каждого передатчика формируется своя фиксированная или управляемая диаграмма направленности. Для радиолюбителей может представлять интерес схема питания двух антенн разных диапазонов по одному кабелю, без переключающих устройств, а так же возможное объединение телевизионных антенн.

Основным элементом схемы является составной комбинированный шлейф, выполненный из коаксиального кабеля. Рассмотрим две схемы питания антенн, первая с короткозамкнутыми шлейфами, вторая с разомкнутыми на концах шлейфами.

Рис.1. Схема с короткозамкнутыми шлейфами

Основным элементом схемы является комбинированный шлейф рисунок 2 закороченный с обоих концов и присоединенный к фидеру в некоторой точке «6». Общая длина шлейфа равна целому числу полуволн одного из диапазонов. Обозначим один из диапазонов l₁. Присоединение шлейфа к фидеру производят таким образом, чтобы длина одной из его частей равнялась половине рабочей волны второго диапазона l_2.

При таких соотношениях шлейф, если пренебречь его затуханием, представляет собой бесконечно большое сопротивление на волне l₁ и короткое замыкание на волне l_2.

Рис. 2

Рассмотрим работу схемы по рисунку 1. При работе на первую антенну, Ант.1 на волне l₁ шлейф abc длиной nl₁/2 имеет большое сопротивление и пропускает эту волну, практически не оказывая заметного влияния не нее. Отрезок de шлейфа def, длина которого l₁/2 закорачивает фидер второй антенны. Отрезок ре между точкой разветвления и шлейфом, длина которого равна l₁/4, трансформирует нулевое сопротивление в бесконечно большое, так что волна l₁ проходит к приемнику, не испытывая отражения в этой точке, и не проходит в фидер антенны Ант.2. При работе антенны Ант.2 на волне l₂ схема работает аналогично.

Сопротивление комбинированного шлейфа авс на волне l_1.

Z_ш = 2 W²_ш sin² b l /(R₁l) ;

где W_ш– волновое сопротивление шлейфа,

R₁ – сопротивление на единицу длины шлейфа,

l - полная длина шлейфа,

l₁ – длина любого из составляющих отрезков комбинированного шлейфа.

Чем меньше разница между l₁ иl₂, тем меньше множитель sin² b l и следовательно меньше Z_{ш .} Так как W_ш >> R₁l₁ то сопротивление шлейфа на волне l₁ получиется во много раз больше волнового сопротивления даже при небольшой разнице между l₁ иl_2.Практически достаточно, чтобы длины волн l₁ иl₂ отличались друг от друга на 8-10 %.

Если применить для изготовления шлейфов проводники с малыми потерями, то настройка системы возможна и при разнице в длинах волн l₁ иl₂, равной приблизительно 5 %. При малых разносах частот в комбинированных шлейфах возникают большие токи и напряжения, поэтому если тракт выполнен из кабеля РК-50, то шлейфы желательно изготовить из кабеля РК-75. При этом кабель шлейфа берут большего сечения, чем кабель в основном тракте.

Например в основном тракте кабель РК-50-7, в комбинированных шлейфах РК-75-9 (II). При этом потери всей системы будут определяться только потерями в длине применяемого кабеля. Развязка между антеннами не хуже 25 dB.

Рассмотрим схему с разомкнутыми на концах шлейфами рисунок 3. Такая схема расширяет полосу пропускания каждого из диапазонов и удобна при настройке, так как настаивая, нет необходимости после каждой коррекции длины шлейфа закорачивать его на конце.

Рис. 3

Рис. 4

1. Отрезки коаксиального кабеля РК-50 произвольной длины.

2. Кабель РК-75 длиной l₁/2 - l₂/4 × k;

3. Кабель РК-75 длиной l₂/4 × k;

4. Кабель РК-50 длиной l₂/4 × k;

5. Кабель РК-50 длиной l₁/4 × k;

6. Кабель РК-75 длиной n×l₂/2 - l₁/4 × k;

7. Кабель РК-75 длиной l₁/4 × k.

Если применяется кабель с полиэтиленовым заполнением k = 0,6578, для фторопластового кабеля k = 0,709. В центре устройства, там где сигнал выходит на основной кабель, поставить стандартный коаксиальный тройник. В местах подключения шлейфов изготовить узлы крепления кабеля рисунок 5. Крепление состоит из фторопластового или полиэтиленового кольца 1 и шайбы из фольгированного стеклотекстолита 2, кольцо к шайбе приклепать тонкими заклепками. Оплетка кабелей запаять к фольгированному стеклотекстолиту. После распайки кабелей узел крепления заполнить полиэтиленом.

Рис. 5

Незамкнутые концы шлейфов разделывают таким образом, чтобы оплетка РК-кабеля не доходила до края на 5-6 мм, чтобы при больших мощностях не произошел коронный разряд оплетки на центральную жилу кабеля. Рисунок 6.

Рис. 6

После настройки и проверки на разомкнутые концы шлейфов наклеить полиэтиленовые колпачки.

Пример расчета объединения двух антенн диапазонов 20 и 15 метров.

На рисунке 4. Шлейф №2. F₁=14,150 мГц, F₂=21,150 мГц.

Кабель РК-75 полиэтиленовый k=0,6578,

Длина шлейфа l₁/2 - l₂/4 × k;

l₁= 300 : 14,150 х 0,6578 = 13,946;

l₁/2 = 13,946 : 2 = 6,973 метров;

l₂= 300 : 21,150 х 0,6578 = 9,330;

l₂/4 = 9,330 : 4 = 2,3323 метра

Длина шлейфа № 2 = l₁/2 - l₂/4 = 6,973 – 2,332 = 4,640 м;

Длина шлейфа № 3 = l₂/4 = 2,332 метра;

Шлейф № 7 = 3,486 метра;

Шлейф № 6 = l₂/2 - l₁/4 = 4,665 – 3,486 = 1,179 метра;

Шлейф № 4 РК-50 длина 2,332 метра;

Шлейф № 5 РК-50 длина 3,489 метра.

Рис. 7

При расчете шестого шлейфа l₂/2 - l₁/4 в зависимости от величины разноса частот первый член может оказаться меньше второго в этом случае первый член l₂/2 нужно взять кратно половины длины волны, то есть

l₂ - l₂/2 = 1,5l_2, длина шлейфа при этом будет 1,5l₂ - l₁/4.

К недостаткам данных схем, можно отнести большой расход коаксиального кабеля.

Литература: Г.З. Айзенберг, Г.А. Клигер, С.П. Белоусов, Э.М. Журбенко,

А.Т. Курашов.

EW8AU