Узгодження ВЧ генератора з антеною

Узгодження вихідного каскаду з антеною визначає, яка частина потужності ВЧ сигналу радіопередавача буде підведена до антени й випроменена в простір. Відсутність належного узгодження між антеною й радіопередавачем неприпустимо. Розглянемо як при заданих параметрах антени можна передати їй максимально можливу потужність передавача.

Антена стосовно радіопередавача має певний вхідний опір, що залежить від конструкції й розмірів антени, що оточують її предметів, довжини хвилі й інших факторів. При аналізі антена характеризується еквівалентним комплексним опором: Z_A(f)=R_А(f)+jR_А(f). Як приклад на мал. 6.4.5 наведені характеристики вхідного опору антени типу горизонтальний вібратор при хвильовому опорі r_а=460 Ом.

Рис. 6.4.3. Характеристики вхідного опору антени типу горизонтальний вібратор

Оптимальне узгодження передавача з антеною означає передачу номінальної потужності вихідного каскаду радіопередавача - ГВВ - в активну складову R_А(f). Виконання даної умови ускладнюється тим, що антена пов'язана з передавачем фідером. Втрати, пов'язані з передачею потужності від передавача в антену обумовлені двома активними втратами у фідері: B=Lb, де L - довжина фідера, м; b - втрати на один метр, дБ /м і відбиттям сигналу від антени.

Для зниження першої складової втрат треба по можливості вибирати фідера з мінімальними втратами й зменшувати його довжину.

Друга причина втрат пов'язана з відбиттям сигналу від антени. У фідері, що з'єднує генератор з навантаженням (мал. 6.4.4,а), поширюються дві хвилі: падаюча з комплексною амплітудою Uпад і відбита від навантаження з амплітудою Uпад, Кількісно цей процес оцінюється за допомогою коефіцієнта відбиття:

(6.4.5)

де r - хвильовий опір фідера.

Амплітуди падаючої й відбитої хвилі виміряються в місці підключення фідера до антени (мал. 6.4.4, а).

Рис.6.4.4. Вимір амплітуд падаючої й відбитої хвилі

Для потужностей падаючої хвилі, відбитої хвилі, переданої в антену й випромінюваної в простір маємо:

(6.4.6)

З (10.6) маємо, що для повної передачі потужності з фідера в антену необхідно мати коефіцієнт відбиття навантаження Г_А=0. Для виконання умови, близького до Г_А=0, між антеною й фідером включається узгоджуючий пристрій, складений з реактивних елементів (мал. 6.4.4,б). Призначення узгоджуючого пристрою, складається в перетворенні комплексного опору антени Z_A в активне величиною Rвх.с= r. Дві можливі схеми узгоджуючого пристрою, при ємнісному характері опору антени наведені на мал. 6.4..5. Вхідна комплексна провідність схеми (мал. 6.4.5,а):

Рис. 6.4.5. Узгоджуючий пристрій, при ємнісному характері опору антени

(6.4.7)

Для виконання умови оптимального узгодження антени з фідером Rвх.с= r (Гс =0) необхідно в (6.4.7) одержати дійсну частину провідності Re(Yвх)= 1/r, а мниму Іm(Yвх)=0. Склавши й вирішивши два дані рівняння, одержимо вираз для реактивних елементів узгоджуючого пристрою, при r R_А>(R_А)²:

(6.4.8)

При X₁ >0 застосовується схема (мал. 6.4.5,а). У цьому випадку елемент X₁ - ємність. При X₁ <0 - схема (мал. 6.4.5,б). У такому випадку елемент X₁ - індуктивність.

Приклад. Для антени (R_А =10 Ом, X_A =5 Ом) одержати Rвх.с =r =50 Ом.

Згідно (6.4.8) одержимо: X₁ =15 Ом, X₂ =25 Ом при схемі на мал. 6.4.5, а.

Підставивши ці величини в (6.4.7), маємо Yвх=1/r =0,02 1/Ом або Rвх=50 Ом.

У випадку діапазонного передавача елементи узгоджуючого пристрою, перестроюються так, щоб на будь-якій частоті виконувалися умови оптимального узгодження. Настроювання елементів, Х₁ і Х₂ здійснюється звичайно автоматично по сигналах відповідних датчиків. Ними можуть бути датчики падаючої (Uпaд) і відбитої хвилі (Uотр). За допомогою системи авторегулювання встановлюється максимум падаючої й мінімум відбитої хвилі, що відповідає оптимальному узгодженню радіопередавача з антеною.