Фазированные вертикалы

[R3DDL]

Всем добрый день.

Тема немножко захлохла.

Вдруг захотелось попробовать на восьмидесятке "форсквайер". Хотя-бы самый обычный, с "ответвителем Коллинза". Из программ у меня - только MMANA, так что антенну нужно как-то "хитро" рассчитывать..

Пришлось повозиться и "решить" ответвитель. Пока решал, обнаружил много интересного, по крайней мере - для меня, но это требует отдельной темы. А пока я написал в Экселе небольшой калькулятор, рассчитывающий амплитуды и фазы напряжений на портах ответвителя при произвольных комплексных нагрузках.

Потом, чтобы не прыгать по разным "калькуляторам", добавил туда же расчет преобразования сопротивления кабелем и расчет параллельного соединения нескольких комплексных сопротивлений. Ну и, конечно, набросал в ММАНе такую модель, чтобы я мог один ее в поле поднять за разумное время.

Модель запитывается от четырех источников через резисторы 5010 Ом. После расчета программа выдает входные сопротивления, из которых можно вычесть 5000 Ом и получить реальные сопротивления всех четырех элементов. 10 Ом - это я оставил для имитации потерь в противовесах и т.д. Для "портативной" системы должно быть примерно так (точней все равно не определить). Кроме этого, так как элементы удлиненные, в каждый элемент добавлен конденсатор.

Выполняем следующие шаги.

1. Рассчитываем антенну "в первом приближении", при одинаковых напряжениях на портах и точных сдвигах (по 90 градусов).
2. Смотрим, какие сопротивления нам выдала программа, и подаем их на вход эксельного "калькулятора". Калькулятор выдаст нам реальные напряжения и реальные сдвиги.
3. Заносим эти напряжения и сдвиги в ММАНу и считаем "второе приближение". Поскольку питание элементов изменилось, их входные сопротивления тоже изменятся.
4. Намереваемся опять взять сопротивления из ММАНы и занести в "калькулятор", но этого не делаем, поскольку изменения - "микроскопические", и продолжать итерации смысла нет.

Скажу честно, результат меня даже несколько удивил

Система ведет себя просто прекрасно. Диаграмма практически на портится, входное сопротивление ответвителя - практически не изменяется. Расчет выполнялся для трех частот -3550, 3650 и 3750 КГц.

Кабели - по 75 ом, четверть волны. Ответвитель рассчитывался на сопротивление 34 ома. Параллельно порту, питающему передний и задний элементы подключен "шунт", реактивным сопротивлением +27 Ом (индуктивность).

Собственно - все.
Все файлы - прилагаю:

[R3DDL]

Доброе утро.

Что-то я с возрастом становлюсь рассеянным

Я в архив положил только файлы MMANA, файлы EXCEL не прицепил.

Исправляю ошибку. Выкладываю два калькулятора. Один - рассчитывает поведение "ответвителя Коллинза" самого по себе. Прицепляем нагрузки и смотрим напряжения. Второй - с добавлениями того, о чем я писал выше, чтоб можно было заносить данные непосредственно из MMANA. Там уже есть строчки, описывающий наш случай.

[R3DDL]

Доброе утро.

Еще есть несколько слов. Напоследок. Может и не совсем в тему, но, в принципе, связано очень тесно..

Дело касается "ответвителя Коллинза" и связанных с ним мифов.

Собственно, миф, как таковой один - "если на балласте напряжение равно нулю, то у нас все в порядке".

Да ни фига не в порядке

Напряжение на балласте равно нулю тогда и только тогда, когда произведение комплексных нагрузок равно квадрату "характеристического сопротивления" ответвителя. Т.е. сопротивления, на которое он настроен.

Пусть оно будет равно привычным нам 50-ти омам. В этом случае можно подключить к ответвителю конденсатор Х=-j100 и катушку Х=j25 и напряжения на балласте не будет. Хотя при этом напряжения на нагрузках будут разные, и сдвиг фаз - либо ноль, либо 180 в зависимости от того, к какому выходу что подключили...

Еще одно интересное свойство. Если обе нагрузки - чисто активные, то сдвиг фаз будет всегда 90 градусов, независимо от величины нагрузок. Напряжение на балласте будет не равно нулю, напряжения на нагрузках - разные, а сдвиг - точно 90 градусов.

К сожалению, выкладки очень длинные, и найти точное условие, при котором сдвиг = 90 мне не удалось. Такое возможно и при комплексных нарузках, например Z1=50+j50 и Z2=20+j10 дают ровно 90 градусов, но это численно видно, а аналитически я условие не получил...

Ну и еще насчет "второго трансформатора", о котором в нашем Инете есть немножко разные советы. В одном случае его индуктивность должна быть точно такой, как и у "основного", в другом - она чуть больше, но тоже задана. Так вот, этот трансформатор никакого отношения к собственно "ответвителю" не имеет. Его задача - тупо инвертировать сигнал, чтобы получить плюс/минус 90 градусов. И вот так удивительно совпало, что нам на этот выход требуется реактивный шунт, и трансформатор (его индуктивность) как раз таким шунтом и является. Конечно, нужно эту индуктивность рассчитывать для каждого случая (как и сопротивление самого ответвителя), но, в принципе, порядок цифр совпадает. А благодаря большой "устойчивости" всей системы - все и так "прокатывает".

Ну вот, как-то так

[RA3GN]

r3ddl
В вашей теории не учитывается волшебное свойство четвертьволновой линии: ток на выходе линии равен i(вых)=U(на входе)/z(линии) и не зависит от сопротивления нагрузки. Это легко проверить, посмотреть сопротивление антенны(рез 4мгц) после четвертьволнового(рез 3,5 мгц) куска линии можно рефлектометром.

[R3DDL]

Здрасте..

На этом весь расчет построен

[RA3GN]

Тогда почему есть проблемы с ответвителем? Зачем нужны доп реактивности?

[R3DDL]

Не очень понимаю, что Вы называете "проблемами"..

Я изложил результаты математического описания конструкции, которую в народе называют "ответвителем Коллинза". Там нет "проблем", есть "свойства". Эти свойства я изложил на словах и в виде численного калькулятора.

Нравится это нам, или не нравится, но "он" себя так ведет. Если кому интересно - будет моими результатами пользоваться.

Собственно - всё

- - - Добавлено - - -

.... Зачем нужны доп реактивности?

Вы редактируете свой вопрос уже после моего ответа, получается нестыковка

На эту часть вопроса есть хорошее описание у Николая UA3TW :

http://www.cqham.ru/forum/showthread...=1#post1519777

Почитайте, там все есть, я добавил только немножко арифметики..

[RA3GN]

Владимир, в сети очень много расчетов этой антенны, которые появились в последние 15 лет, оформлены очень красиво, с точки зрения дизайна. Однако в результате существования этой ветки, пока не появился еще один обладатель антенны с активным питанием, как думаете почему?

[R3DDL]

Не очень понимаю Ваш вопрос (подтекст ), но я как раз готовлю себе комплект для выезда. С этого мои сообщения и начались.

А что там из "красиво оформленного" таки работает и почему - я вроде написал...

Или в чем вопрос?

[RA3GN]

Владимир, мне интересно ваше мнение, ua1dz применял для деления мощности вот такую схему, как думаете, она должна была работать:

[R3DDL]

Извините, я не очень понял... "Деление" - значит есть вход и несколько выходов, на картинке не видно, может потому что обрезана? Что куда идет?

[RA3GN]

Идут к элементам решетки, всего элементов было 8 шт.

[R3DDL]

Если все кабели одинаковые, и все по 1/4 лямбды (на рисунке не видно) - то получим строго одинаковый ток в элементах решетки, независимо от взаимного влияния элементов и т.д. Абсолютно строго одинаковый, потому что входы кабелей соединены в одной точке, и на них - строго одинаковое напряжение. Ну а дальше - по "волшебному свойству" линий - одинаковый ток

А для чего Вы спрашиваете?

[UA0WY]

Добрый день!

У Георгия - работала!
Но в схеме были индивидуально подобранные линии задержки, методика его измерений и подбора длин линий задержек не известна, а также и длина основных кабелей.
Кстати он еще использовал два варианта ДН: основной и отличием на 45 градусов.
Это уже совсем (не ответвитель Коллинза) другая схема...

73!

[RA3GN]

Владимир, спрашиваю у человека, кому интересна тема антенн с активным питанием. Дело в том, что длина этих кабелей разная в зависимости от фазового сдвига и никак не равна 1/4 длины волны.