Потери широкополосного трансформатора. [HF Broadband Transformer, Loses]

 В предыдущем материале был выбран оптимум по виткам и корректирующей емкости широкополосного трансформатора https://lavrinenkov.blogspot.com/2023/04/hf-broadband-transformer-fine-tune.html 

Рассмотрим теперь потери в выбранном широкополосном трансформаторе 2к10. (1:5, 50 к 1250 Ом),  кольцо, 38х24х7 мм, М2000НМ. Потери в таком варианте согласования складываются из потерь в магнитопроводе (должны увеличиваться с ростом частоты), омические потери намотки (можно пренебречь), потери в высокочастотном заземлении (КПД выше, при высоком входном импедансе антенны). Оценку проведем сравнительную относительно тюнера "Ерш", катушка на пластмассовом каркасе, конденсатор переменный, с диэлектриком. 

Выбранные диапазоны настраиваются тюнером 80М с КСВ=1.1, 40М с КСВ=1.2, 20М с КСВ = 1.5.

Проверка ведется включениями маяка WSPR на определенном диапазоне. Две передачи на 1 диапазон с трансформатором и две передачи с LC тюнером. Результаты привожу сразу в таблицах, значения SNR в дБ. Отрицательная дельта означает выигрыш LC тюнера, иначе выигрыш у трансформатора.

Первый эксперимент,  Споты WSPR 05.04.2023, 

20 Метров 20 мВт, спотов мало, мощность увеличиваю, повторяю опыт.

Споттер	LC	T_2_10	Дельта
IW3HBX	-23	-21	2
LX1DQ	-16	-20	-4
OE9GHV	-19	-24	-5
SA0AYU	-16	-15	1
SA6BSS/RP	-20	-15	5
SA6BSS/RX	-22	-17	5
Сумма:			4
Среднее:			0,666667

Второй эксперимент,   20 Метров 200 мВт

Споттер	LC	T_2_10	Дельта
G0FCH	-24	-27	-3
2E0PYB	-11	-18	-7
M0JYE	-17	-23	-6
GB7BI	-23	-23	0
SA6BSS/RX	-19	-20	-1
MM3NDH	-20	-23	-3
SA6BSS/RP	-17	-17	0
PA1JMS	-28	-27	1
SM7PNV	-24	-27	-3
OE9HLH	-20	-26	-6
DK6UG	-19	-20	-1
OE9GHV	-11	-13	-2
LX1DQ	-7	-10	-3
IK0XFA	-20	-24	-4
ON5KQ	-15	-23	-8
Сумма:			-46
Среднее:			-3,06667

Третий эксперимент,   40 Метров 200 мВт

Споттер	LC	T_2_10	Дельта
SV8FET	-20	-24	-4
UB4CGR	-18	-19	-1
HA3MG	-20	-21	-1
UA3245SWL	-18	-19	-1
YL3LJ	-18	-18	0
RZ3DVP	-6	-8	-2
R1LB/RX	-4	-5	-1
SA7LIL	-12	-18	-6
Сумма:			-16
Среднее:			-2

Четвертый эксперимент,   80 Метров 200 мВт

Споттер	LC	T_2_10	Дельта
YL3LJ	-25	-26	-1
RZ3DVP	-11	-11	0
SA0AYU	-21,5	-24	-2,5
UA3245SWL	-10	-12,5	-2,5
SA5JBN	-22	-27	-5
Сумма:			-11
Среднее:			-2,2

Для анализа выбраны споты повторяющиеся в блоке измерений  и с небольшим разбросом в SNR внутри (LC / T варианта включения). Приводить списки всех спотов из базы WSPRNET.org здесь не имеет смысла, слишком много лишней информации, но доступ к ним всегда остается по дате 05.04.2023. 

Усреднение выполняю вручную, здесь некоторая сложность, из-за логарифмических единиц. Например имеем два спота -8 и -14 дБ, их середина на -11 дБ. В реальности среднее значение сигнала составит 10*Log(10^-1.4-10^-0.8) = -10.24 дБ, т.е. стремиться в сторону большего сигнала. 

Как видим, для диапазонов 80 и 40 М проигрыш трансформатора можно оценить примерно в 2 дБ. Для диапазона 20 М этот проигрыш доходит до 3 дБ. Иными словами половина энергии теряется в трансформаторе, а много это или мало решать Вам. Если вдруг потребуется залить 100 Вт в такой трансформатор, 50 Вт пойдет в тепло, это надо помнить.

Дополнительная оценка силы сигнала выполнена по приему на WEBSDR к северу от Москвы (KO85QV). Расстояние около 37.6  км. Оценка проводилась для диапазонов 40М и 80М в вечернее время. Оба варианта хорошо проходят, скорее всего, в режиме поверхностной волны.

Для 80 метров Трансформатор:

Для 80 метров LC:

Оценка осложняется постоянной флуктуацией сигнала, изменения настолько большие, что сводят на нет оценку точного уровня сигнала,  (изменения от -84 до -114 дБ). Я выбрал максимальные значения и привел их на скриншотах. Получаем для 80М -88 дБ у трансформатора и -91.5 дБ у LC тюнера. (т.е. 3.5 дБ в пользу трансформатора). 

Для 40 метров Трансформатор:

Для 40 метров LC:

Получаем для 40М -93.5 дБ для трансформатора и -92 дБ у LC тюнера. (т.е. 1.5 дБ в пользу LC тюнера). 

Еще раз уточню, что достоверность оценки по WEBSDR невысокая, можно лишь точно сказать, что существенного различия по работе трансформатора и LC тюнера здесь не наблюдается. Оба варианта уверенно принимаются на удаленном приёмнике. 

Итог: Полученный широкополосный трансформатор позволяет работать как на прием так и на передачу на 8 из 9 КВ диапазонах. Потери на частоте 14 МГц составляют около 3 дБ. Более точные измерения силы сигнала можно выполнять датчиком поля на небольшом удалении от полотна антенны.  Максимальная мощность поддерживаемая таким трансформатором зависит от длительности воздействия (непрерывное, импульсное, телефония), но вряд ли стоит использовать более 25 Вт.  (LC в СУ в данных опытах работает с мощностью до 15 Вт, далее возможен пробой конденсатора, при работе на высокоомный импеданс антенны). 

Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA

для связи позывной + @ + mail.ru

Широкополосный трансформатор для антенны луч. Точная настройка. [HF Broadband Transformer, Fine Tune]

 В предыдущем материале я рассмотрел два варианта широкополосного трансформатора с соотношениями витков 2/16 и 4/32, где установил, что удвоение индуктивности не принесло пользу трансформатору. https://lavrinenkov.blogspot.com/2023/04/hf-broadband-transformer-lw-capacity.html Также для варианта 2/16 было определена оптимальная корректирующая ёмкость в 200 пФ. Теперь разберем вопрос, почему используется соотношение 2/16 (т.е. трансформация импедансов 1 к 64, или 50 Ом к 3200 Ом). Данные рекомендации широко растиражированы в интернете. Ответ такой: проще объяснить пользователю, какую использовать длину луча (Long Wire), чем каждый раз подбирать оптимальное число витков трансформатора и корректирующей емкости. Поэтому также можно найти таблицы оптимальных длин лучей по диапазонам в футах, метрах и прочих единицах измерений.

На фото законченная конструкция трансформатора, полученная в конце данного материала.

 http://www.karinya.net/g3txq/chokes/ 

http://sarc.org.au/wp-content/uploads/2015/07/VK4YE-End-Fed-Antenna-Construction-Project.pdf 

http://on5au.be/content/a10/wire/lw3.html

http://www.ra6foo.qrz.ru/drossel.html

Для примера, слева длины провода, справа ожидаемый КСВ по диапазонам для определенного трансформатора. (какого?)

talella_i6ibe (9:1 Antenna long wire i6ibe)

Практически же, задача может быть и обратная: Под заданную длину провода (LW) подобрать оптимальный согласующий трансформатор. Корректировать длину уже зафиксированного провода не всегда представляется возможным. На приведенной выше таблице сразу же смущает низкий КСВ для диапазона 1.6 МГц! Там просто не может быть такой КСВ. Для луча 41.5 метра, ожидаемый импеданс антенны (1/4 волны) менее 50 Ом, положим 20-30 Ом. Трансформатор 1к9 предполагает около 450 Ом со стороны луча, и ожидаемый КСВ здесь будет около 15, а не 2! Теперь понятно, что и остальным данным такой таблицы вряд ли можно доверять, а лучше проверять. Итак, мой образец кольца (38х24х7 мм, М2000НМ):

Смотрим соотношение витков и КСВ по всему КВ диапазону.

Корректирующая емкость 200 пФ подключается отдельно крокодилами:

2к16

2к15

2к14

2к13

2к12

2к11

Диапазон 80М достигает оптимума при 15 витках вторички, КСВ = 1.528. Диапазон 40М улучшает КСВ с уменьшением количества витков вторички. Здесь нужен компромисс КСВ между 80 и 40 метров. Я выбрал для себя оптимум в в 13 витков: КСВ80М = 1.8, КСВ40М = 1.7, КСВ20М=1.6. Ближайший вариант в 14 витков вторичной обмотки. КСВ80М = 1.5, КСВ40М = 1.9, КСВ20М = 1.6.  

Отрезаю лишнюю часть провода и упаковываю трансформатор в корпус (фото внешнего вида, точное количество витков смотреть по тексту):

Провожу контрольное измерение

2к13 в корпусе

КСВ80М = 1.5, КСВ40М = 2.3, КСВ20М=2.3, КСВ15М=1.9 

Настройка ушла. Повторяю поиск витков. Идем в рост

2к14 (вне корпуса)

2к15 (вне корпуса)

2к16 (вне корпуса)

Тенденция явно на рост КСВ. Попробуем уменьшать витки во вторичке.

2к12 в корпусе:

2к11 в корпусе (200 пФ):

2к11 в корпусе (260 пФ):

Рост емкости дает отрицательный эффект.

2к11 в корпусе 150 пФ):

2к10 в корпусе (200 пФ):

2к10 в корпусе (150 пФ):

Приходится подбирать в области индуктивностей (витки) и емкости. Пожалуй, остановлюсь на данном варианте (сбалансированный вариант по КСВ 80М/40М, если виток добавить (2к11) КСВ80М=1.5, КСВ40М=1.8).  Получены: КСВ80М = 1.6, КСВ40М = 1.6, КСВ20М=1.6, КСВ15М=1.76. КСВ30М около 1.5, КСВ17М около 2.3, КСВ12М около 1.5, КСВ10М около 1.1. На диапазоне 160М КСВ слишком велик для оценки. 

Подсчет потерь такого трансформатора -  отдельная тема (предположу  3 дБ), а пока 8 из 9 диапазонов можно считать полученными для луча длиной около 40 метров!

Включение WSPR 10...20 мВт утром показало обычные споты:

Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA

для связи позывной + @ + mail.ru

Широкополосные трансформаторы для антенны луч. Влияние количества витков и ёмкости. [HF Broadband Transformer, LW, Capacity, Inductivity]

 Продолжение материала про широкополосные трансформаторы для антенн типа луч. https://lavrinenkov.blogspot.com/2023/02/lw-hf-broadband-transformer-and-lw.html Моя задача - получить приемлемые режимы питания луча (с КСВ не более 2) для максимума радиолюбительских диапазонов. За основу беру трансформатор:

Обмотка TRX 2 витка, обмотка LW 16 витков. Коэффициент трансформации 16/2 = 8 для работы с лучом с высоким импедансом (килоомы).  Тип магнитопровода - кольцо, 38х24х7 мм, М2000НМ. Показан корректирующий конденсатор в 100 пФ.

Снимаем график КСВ для питающего кабеля на холостом ходу ХХ:

Все измерения будут идти через этот коаксиальный кабель.

Снимаем график КСВ для указанного кольца:

КСВ80М=1.9, КСВ40М=2.155, КСВ20М=2.127

Добавляем рекомендованный конденсатор параллельно точке подключения кабеля в 110 пФ:

КСВ80М=1.758, КСВ40М=2.042, КСВ20М=1.786. Цифры немного улучшились.

Теперь удвоим витки первичной и вторичной катушки. Понятнее по фото:

И для левого кольца на фото без конденсатора получим:

КСВ80М=2.316, КСВ40М=3.259, КСВ20М=3.568. Картинка стала хуже, КСВ везде более 2.

Добавляем рекомендованный конденсатор параллельно точке подключения кабеля в 110 пФ:

КСВ80М=2.385, КСВ40М=2.902, КСВ20М=2.512. КСВ все также более 2х на основных диапазонах. Значит удвоение витков пользы не несет и следует придерживаться рекомендованных соотношений. Возвращаемся к начальной схеме "Обмотка TRX 2 витка, обмотка LW 16 витков" (кольцо правое или верхнее на фото). Проверим влияние номинала корректирующей емкости на качество согласования. Начнем с 62 пФ:

КСВ80М=1.8, КСВ40М=2.16, КСВ20М=1.9.

+150 пФ:

КСВ80М=1.69, КСВ40М=2.101, КСВ20М=1.767.

+200 пФ:

КСВ80М=1.538, КСВ40М=2.072, КСВ20М=1.723.

+250 пФ:

КСВ80М=1.593, КСВ40М=2.077 КСВ20М=1.764.

+360 пФ:

КСВ80М=1.489, КСВ40М=2.086, КСВ20М=1.974.

+820 пФ:

КСВ80М=1.681, КСВ40М=2.696, КСВ20М=5.173. Здесь уже на диапазонах 20М и выше условия работы неприемлемые. 

Итак, получается, оптимальная емкость для работы такого трансформатора с моим лучом получилась в 200 пФ. 

КСВ80М=1.538, КСВ40М=2.072, КСВ30М менее 2, КСВ20М=1.723, КСВ17М менее 2, КСВ15М близок к 1.2, КСВ12М близок к 1.5, КСВ10М  от 2 до 3х, но он не лучше и при других вариантах емкости. Таким образом имеем с одним кольцом и без переключений 7 из 9 возможных КВ диапазонов (без 160М, и очень условно 10М).

Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA

для связи позывной + @ + mail.ru

Волноводный облучатель для зеркальной антенны [Waveguide irradiator for dish antenna]

 Один из вариантов облучателя для спутниковой антенны "офсетки" является открытый конец волновода. Данный образец подготовлен специалистом в области СВЧ и радиолюбителем Алексеем, R2DRJ для частоты 2260 МГц:

Диэлектрик является замедляющей структурой в волноводе, а его объем связан с рабочей частотой такой антенны. Для снижения рабочей частоты, диэлектрика в волноводе должно быть больше, а для увеличения рабочей частоты диэлектрик извлекается. 

Поляризация такой антенны линейная, вертикальная, при установке N разъемом вниз, т.е. широкий раскрыв волновода направлен вправо/влево. ДНА такого облучателя  шире по вертикали, и уже по горизонтали, что соотносится с пропорциями офсетной тарелки. Посмотрим на график КСВ облучателя (R&S ZNB-20):

fцентр=2.2584 ГГц SWR ~ 1.8

df=0.0415 ГГц

Fн=2.2169 по КСВ=2

Fв=2.2999 по КСВ=2

Наблюдаем еще один минимум КСВ в области 2.014-2.072 ГГц. 

 

Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA

для связи позывной + @ + mail.ru