Блок настройки антенны, ATU или антенный тюнер — это элемент, состоящий из катушек индуктивности и конденсаторов, который используется для настройки антенны таким образом, чтобы она согласовывалась с фидером и уменьшала КСВ.
Антенные тюнеры, ATU или антенные тюнеры обычно связаны с ВЧ-передатчиками и приемниками, используемыми для радиосвязи и других приложений. Тюнеры можно использовать по-разному: там, где элемент антенны встречается с фидером, или внутри фидера рядом с передатчиком. Их основная цель состоит в том, чтобы обеспечить соответствие импеданса антенной системы импедансу передатчика или приемника и, таким образом, достичь оптимальных характеристик. Современные полупроводниковые передатчики очень восприимчивы к повреждениям, вызванным высокими уровнями КСВ, и поэтому они должны быть представлены с хорошим согласованием импеданса. ATU / антенный тюнер позволяет достичь этого, и в результате он является неотъемлемой частью многих станций радиосвязи, используемых для вещательного, коммерческого, военного и любительского радио. Старые ламповые или ламповые передатчики были более способны выдерживать высокие уровни напряжения и тока, которые могут быть вызваны высокими уровнями отраженной мощности. Тем не менее, они по-прежнему выигрывали от более низких уровней потерь, которые надлежащее согласование обеспечивало для любой системы радиосвязи.
Необходимость в антенных тюнерах/блоках настройки антенн
Антенный тюнер или блок настройки антенны является ключевым элементом многих радиолюбителей и профессиональных передающих и приемных станций КВ радиосвязи.Каждая антенна, фидер, передатчик и приемник имеют так называемый характеристический импеданс. Для большинства коммерческих, профессиональных и любительских радиоприложений стандартом является 50 Ом. Установлено, что для передачи максимальной мощности импедансы источника и нагрузки должны быть одинаковыми. Если это не так, то не вся имеющаяся мощность может быть передана. Обычно довольно легко согласовать передатчик или приемник с фидером. Оба могут быть рассчитаны на 50 Ом, и это не проблема. Однако импеданс антенны может очень сильно варьироваться в зависимости от ее характеристик и частоты — часто в общий импеданс антенны входят индуктивные и емкостные элементы.
Если есть несоответствие между фидером и антенной, то не вся имеющаяся мощность может быть передана. Поскольку мощность не может просто исчезнуть, мощность, которую нельзя передать, должна куда-то уйти, поэтому она отражается обратно по фидеру, создавая стоячие волны напряжения и тока. Когда эти стоячие волны достигают передатчика, пики тока и напряжения могут привести к повреждению выходных устройств передатчика. Чтобы этого не произошло, многие передатчики имеют схему защиты, которая снижает выходной сигнал передатчика до уровня, при котором передатчик не будет поврежден. Базовое представление о стоячих волнах помогает понять принцип работы антенн и потребность в антенных тюнерах. Это позволяет наилучшим образом использовать любую антенну, используемую для любых целей радиосвязи.
Примечание по коэффициенту стоячей волны, КСВ и КСВ:
Стоячие волны часто связаны с радиочастотными фидерами, и они генерируются, когда существует несоответствие между импедансом фидера и импедансом нагрузки. При несоответствии мощность отражается, и объединенные напряжения и токи прямой и отраженной мощности образуют вдоль фидера стоячие волны.
Что такое антенный тюнер?
Антенный тюнер или блок настройки антенны представляет собой сеть переменных катушек индуктивности и конденсаторов, которые можно изменить, чтобы уравновесить эффекты индуктивных и емкостных элементов антенны, чтобы антенна выглядела как резистивная нагрузка 50 Ом. Есть несколько схем, которые можно использовать для антенных тюнеров, каждая из которых имеет свои особенности. Они варьируются от простых конфигураций L с катушкой индуктивности и конденсатором до других типов с большим количеством компонентов.
- L-сетевые антенные тюнеры: хотя теоретически можно использовать восемь различных L-сетей, четыре из них используются шире, чем остальные. Как можно предположить из названия, они состоят из одного элемента, последовательно соединенного с линией, и другого, расположенного на земле.
| ВХОДНОЙ ЭЛЕМЕНТ НА ЗЕМЛЮ | ЭЛЕМЕНТ СЕРИИ | ВЫХОДНОЙ ЭЛЕМЕНТ НА ЗЕМЛЮ | ХАРАКТЕРИСТИКИ |
|---|---|---|---|
| Индуктор | Конденсатор | — | Повышение импеданса верхних частот |
| — | Конденсатор | Индуктор | Низкий уровень высоких частот |
| Конденсатор | Индуктор | — | Низкочастотный шаг вверх |
| — | Индуктор | Конденсатор | Низкочастотный шаг вниз |
Обычно для антенных тюнеров используется низкочастотный фильтр, поскольку он обеспечивает дополнительное ослабление гармоник. Типичный сетевой антенный тюнер L с понижением импеданса имеет форму, показанную на диаграмме ниже.
Версия L-сетевого антенного тюнера с повышающим импедансом очень похожа и имеет переменный конденсатор на входной стороне, т. е. подключенный к приемнику или передатчику.
- Часто автоматические антенные тюнеры используют эту форму сети с последовательно включенным индуктором и переключающим конденсатором, которые могут быть направлены либо на выходной сигнал, в зависимости от того, выше или ниже импеданс антенны импеданс входного фидера.
- Сети антенных тюнеров с пи секцией: Как видно из названия, эти сети антенных тюнеров имеют в себе три элемента — один последовательный элемент и другой элемент другого типа от линии до земли как на входе, так и на выходе. С последовательным индуктором и двумя конденсаторами на землю: один на входе, а другой на выходе, эта конфигурация образует фильтр нижних частот, который обеспечивает дополнительное ослабление гармоник по сравнению с самим передатчиком. Этот формат согласования широко использовался в качестве выходной настройки для винтажных ламповых передатчиков. В настоящее время сеть Pi не популярна для использования согласующей сети в антенных тюнерах, потому что переменные конденсаторы, необходимые в схеме, становятся большими для более низких частот в ВЧ-части спектра, и они являются дорогостоящими. Соответственно, этот тип тюнера обычно не используется для любительских радиоприложений, поскольку большинство антенных тюнеров предназначены для охвата всех диапазонов от 160 до 10 метров.
- Сеть с Т-образным сечением: Антенный тюнер с Т-образным сечением, использующий один индуктор, может соответствовать большому диапазону импедансов антенны и вносит небольшие потери. В результате он был популярен в разное время. На самом деле это конфигурация верхних частот, которая не обеспечивает никакого ослабления гармоник. Также требуется, чтобы переменные конденсаторы были плавающими, т.е. ни один из концов не был соединен с землей, и для этого не требуются дополнительные механические изолирующие элементы, чтобы конденсаторы устанавливались не соединенными с какими-либо заземляющими пластинами, а также необходимы специальные устройства изолирующего шпинделя. Это снижает привлекательность этого типа антенного тюнера.
SPC Transmatch: SPC или последовательно-параллельный емкостной антенный тюнер или трансматч использует конфигурацию, которая действует как согласующий тюнер, а также действует как полосовой фильтр. Этот преселекторный элемент для этого типа антенного тюнера особенно полезен на низких частотах, где некоторые очень сильные широковещательные сигналы могут перегрузить переднюю часть приемника. В схеме есть центральная точка, к которой подключены все компоненты. Конденсатор C1 обеспечивает переменное согласование с передатчиком. Конденсатор С3 обеспечивает переменное согласование с антенной. Комбинация катушки индуктивности L1 и конденсатора C2 обеспечивает колебательный контур, настроенный на резонанс требуемой частоты, что позволяет подавлять внеполосные сигналы. Мотор показан здесь как переключаемый, хотя можно использовать и бесступенчатый, хотя он намного дороже. Вариабельность катушки позволяет расширять или сужать полосовой фильтр и гарантирует, что комбинация C2/C3 способна согласовать антенну, а также настроиться на рабочую частоту двусторонней линии радиосвязи.
Существует множество других форматов антенных тюнеров, но в описанных показаны некоторые из наиболее популярных типов.
Расположение антенного тюнера
Идеальная позиция для расположения антенного тюнера – это точка, в которой антенна питается фидером. Таким образом, антенна может быть согласована с антенной, и на всем протяжении системы будут хорошие совпадения, а уровни КСВ будут низкими.
К сожалению, не всегда легко найти антенный тюнер в точке питания антенны. Это может быть некоторое расстояние от передатчика и даже недоступное место. В этих условиях антенный тюнер может быть расположен близко к передатчику, даже если для соединения тюнера с антенной используется коаксиальный фидер. Это распространенное заблуждение, что высокий коэффициент стоячей волны сам по себе вызывает потери. Это неправда. Когда существует высокий коэффициент стоячей волны, это происходит из-за отражения мощности обратно вдоль фидера в результате рассогласования. Когда он попадает в антенный тюнер, он отражается обратно по фидеру к антенне, где часть излучается, а часть снова отражается обратно по фидеру. Даже при КСВ 2:1 отражается только 11% мощности и излучается 89%.
Открытый механизм подачи проволоки часто используется для антенн с высоким уровнем отраженной мощности в фидере. Поскольку потери в открытом механизме подачи проволоки очень малы, это не проблема. Для коаксиального кабеля потери выше, но если используется качественный кабель с малыми потерями, то общие потери приемлемы. При условии, что коаксиальный кабель может работать с более высокими уровнями напряжения и тока, вызванными высоким КСВ, то это вполне приемлемо. Основная проблема заключается в том, чтобы не допустить, чтобы передатчик увидел высокий КСВ, поскольку это может повредить выходной сигнал, или схема защиты снизит выходную мощность. Соответственно вполне допустимо использовать антенный тюнер или блок настройки антенны рядом с передатчиком, а не в точке питания антенны. В линию стоит поместить измеритель КСВ, чтобы контролировать фактический уровень стоячих волн, видимых передатчиком. Примечание: отдельный измеритель может не потребоваться, если он встроен в трансмиттер, за исключением случаев, когда более удобно контролировать уровень отдельно.
Антенные тюнеры являются важными элементами оборудования для любой системы радиосвязи КВ. Хотя принципы применимы для ОВЧ и выше, типы используемых антенн и методов означают, что антенные тюнеры обычно не требуются. Для ВЧ антенные тюнеры позволяют передать максимальное количество мощности в антенну, независимо от того, используется ли передатчик малой мощности или передатчик высокой мощности. Соответственно, антенные тюнеры широко используются для всех форм двусторонней радиосвязи, а также для радиовещания, мониторинга и множества других приложений для КВ-радио.