Универсальный UNUN CHA-250, широкополосный трансформатор сопротивлений

На связи Тимур Гаранин. Сегодня, друзья, рассмотрим один загадочный UNUN, над пониманием принципов работы которого бились лучшие умы человечества.

Этот UNUN впервые был использован в японской антенне Си-Эйч-Эй 250.

Такой UNUN по заверениям испытателей способен согласовать любую несимметричную антенну с любой несимметричной линией в любом частотном диапазоне. Фантастика, да и только.

И сам этот UNUN выглядит фантастически. Чего стоит только короткая петля, засунутая в один из столбиков ферритовых колец. Какой-то сюрреализм.

Я думаю, все мало-мальски грамотные люди понимают, что индуктивность такой короткой петельки из встречных отрезков минимальна, равно как она не участвует в трансформаторной связи.

Первичная обмотка выполнена в форме трубки и все части первички рекомендуется изготавливать из относительно толстого металла и хорошо пропаивать. Это как бы должно нам намекать, что через первичку должен протекать большой ток и возможно даже резонансный.

На минуту отойдём от конструкции и почитаем, что показывают измерения КСВН и КПД данной конструкции. Оказывается, относительно хороший КСВН, в районе 2, достигается лишь на резонансных частотах антенн (если антенны резонансные). А в остальных диапазонах он ходит от 10 до 15. У нерезонансных антенн КСВН может быть хорош в широком диапазоне.

А вот КПД у этой конструкции невелик. Подавая 100 Вт в кабель, до антенны доходит лишь 50 Вт.

Принцип согласования здесь выполняется плохо. Главная задача согласования – доставить максимум мощности в нагрузку. А мы на этом UNUNе теряем половину мощности. Но где она? Если у нас на оптимальных настройках КСВН не превышает двойки, то значит сигнал почти не отражается в кабель. Так куда же уходит половина мощности?

100 Вт даем в кабель, 50 Вт идёт в нагрузку, а где ещё 50 Вт?

А вот где!

Этот UNUN великолепно рассеивает мощность в тепло.

Приехали. Худшие опасения оправдались. Весь этот хитро намотанный трансформатор есть ни что иное как трансформатор с потерями.

Трансформаторы с потерями, или даже линии с потерями, применяются для того, чтобы получить хороший КСВН независимо от нагрузки. Такой трансформатор будет выдавать хороший КСВН даже без антенны вообще, потому что сигнал будет поглощаться сопротивлением.

Подобный ход применяется для того, чтобы увеличить полосу пропускания антенной системы ценой снижения усиления. Иначе говоря – это способ намеренного ухудшения добротности.

И вся эта груда обмоток представляет собой рассеиватель мощности, т.е. завуалированный резистор.

Но не только!

У этой груды обмоток есть ещё одно предназначение. Но о нём мы поговорим после того, как обсудим схемы намотки.

Два столбца колец создают такой же профиль магнитного потока, как и Ш-образный сердечник.

Поэтому неудивительно, что сечение этого трансформатора напоминает сечение Ш-образного. Только окна не квадратные, а круглые.

Рассмотрим сначала схему намотки оригинальной версии этого UNUNa. Даже если мы уберём из схемы короткую петельку, то всё равно установить точный коэффициент трансформации оказывается затруднительно.

Ток первичной обмотки идёт в чистом виде только через одно окно трансформатора, а через второе окно идёт уже ток, ответвлённый от вторичной обмотки, и, судя по уготованной для него трубке большого диаметра — резонансный.

Если судить по чистому соотношению витков, то у нас коэффициент трансформации по напряжению примерно 1:2 — 1:3, т.е. по сопротивлению 1:4 — 1:9. Однако это только вершина айсберга. Короткая петелька раскрывает иной принцип, который мы рассмотрим дальше.

Также есть так называемая усовершенствованная схема, которую гораздо проще интерпретировать. По соотношению витков мы получаем трансформатор напряжения 1:1,5, либо трансформатор сопротивления 1:2,25.

В итоге мы можем упростить схему до следующего вида.

Это — трансформатор с потерями, в роли которых выступает нагромождение витков. Входное сопротивление, как и входная индуктивность этого трансформатора, малы. Выходное сопротивление и индуктивность его велики.

Но это ещё не всё.

Осталось разобраться, зачем нужна короткая петелька и почему рекомендуется обмотки в этом трансформаторе делать как можно толще и запихивать как можно больше кабеля в него, заполняя всё пространство сердечника.

Истина становится ясна, когда к нам в руки попадает табличка зависимости характеристик UNUNa от длины обмоток, и когда испытатели обнаруживают зависимость характеристик от длины столбцов колечек и провода. Именно от длины.

Всё это указывает на то, что, имея большой коэффициент укорочения благодаря толстым виткам и большую длину этих витков, мы получаем ещё и трансформатор на длинных линиях.

Обмотки работают как отрезки длинной линии, и чем они толще и длиннее, тем лучше будет работать этот трансформатор на длинных линиях.

Вот именно для этого и нужна была эта петелька – чтобы немного увеличить длину этого самого трансформатора на длинных линиях.

Ситуация проясняется. Этот UNUN представляет собой комбинацию ферритового трансформатора с потерями и трансформатора на длинных линиях. При этом достигается заманчиво хороший КСВН, адаптивный коэффициент трансформации, широкий диапазон рабочих частот, но весьма скромный КПД.

Именно поэтому первичная обмотка выполнена в виде толстых трубок – потому что через них будет протекать максимум тока стоячей волны в трансформаторе на длинных линиях. И этот реактивный ток будет первичку нагревать.

Так и запишем:

  1. Мы видим комбинированный UNUN, объединяющий в одном конструктиве ферритовый трансформатор с потерями и трансформатор на длинных линиях
  2. За счёт потерь достигается улучшение КСВН и расширение полосы частот применимо для многих типов антенн
  3. За счёт этих же потерь мы получаем существенное снижение КПД. Часть мощности затрачивается на нагрев конструкции
  4. Толстые длинные проводники внутри этого UNUNа работают как трансформатор на длинных линиях, добавляющий адаптивный коэффициент трансформации

Есть ли смысл в применении данного конструктива? Лишь тогда, когда Вам совсем лень настраивать антенну при смене диапазонов. Однако, если Вы хотите получать хороший КПД, то этот UNUN Вам вряд ли подойдёт, т.к. для достижения хорошего КПД всё равно нужно использовать перестраиваемый автотрансформатор.

Но если Вы используете перестраиваемый автотрансформатор, то по большому счёту Вам этот UNUN и не нужен.

Пишите в комментариях, что Вы думаете об этой конструкции. Стали бы Вы применять такой спорный вариант UNUNа. Предлагайте темы для следующих роликов.

Интересно ли Вам, какая резонансная частота у человеческой головы и почему она усиливает сигнал автомобильного пульта?

Или же интереснее послушать о принципах работы ЕН-антенн?

Чтобы помочь каналу выйти в топ, пересмотрите этот ролик ещё раз, а после рекомендую заглянуть в плейлист «Антенны».

Удачи, друзья!

Запись опубликована в рубрике Образовательные ролики с метками , , , , , , , , , , , , , , , , , , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *