Питание по коаксиальному кабелю

В преддверии сезона мини-экспедиций я решил озаботиться организацией питания автоматического антенного тюнера SG-239 по коаксиальному кабелю. В прошлом году мы успешно использовали тюнер размещённый у антенны, но питание подавалось по отдельному кабелю, который необходимо было иметь с собой и прокладывать между антенной и рабочим местом наряду с коаксиальным.

В тоже время, на практике, многие устройства размещённые непосредственно у антенны (антенные усилители, коммутаторы, тюнеры и др.) запитываются постоянным напряжением по тому же коаксиальному кабелю, который используется в качестве фидера. Ключевым словом для поиска информации на англоязычных сайтах может быть "Bias Tee". Для реализации данного принципа подачи питания коаксиальный кабель к конечным устройствам подключается через инжекторы постоянного тока (DC Power Injectors).

Упрощённо принцип работы показан на рисунке ниже (TNX to Jim Pickett - K5LAD). Принцип очень прост. ВЧ сигнал вводится и выводится из коаксиального кабеля через конденсаторы. Таким образом центральная жила кабеля по постоянному току изолирована от конечных устройств (трансивер, тюнер, усилитель, коммутатор) и её можно использовать для его передачи. Постоянный ток на центральную жилу коаксиального кабеля подаётся через ВЧ-дроссели, которые, в свою очередь, "изолируют" цепи питания (или коммутации) от ВЧ-составляющей сигнала. 

Simple Bias-T circuit

Фирма MFJ, например, выпускает готовые устройства MFJ-4116 (BIAS TEE DC POWER INJECTOR, HF, 1-50 VDC, 1A), MFJ-4117 (BIAS TEE DC POWER INJECTOR,HF,W/ON-OFF 1-50VDC,1A). Основными параметрами инжекторов являются: диапазон ВЧ, на котором устройство вносит приемлемый уровень рассогласования и затухания; максимальные величины постоянного напряжения и тока. Для подачи питания через коаксиал необходимо приобрести два инжектора.

За 4 часа мною был изготовлен один, второй я предполагаю сразу встроить в коробку с тюнером. Самым критическим элементом данной конструкции является ВЧ дроссель. Он должен эффективно отсекать ВЧ составляющую, иметь большое сопротивление в рабочем диапазоне частот. Должен иметь малую межвитковую ёмкость и не обладать резонансными свойствами в рабочем диапазоне частот. Должен обеспечить необходимый рабочий ток. 

Виталий YL3FK посоветовал своё решение и даже обеспечил кольцами для изготовления дросселей, но я пошёл в интернет искать кто и что ещё использует. В результате дроссели были изготовлены на кусочках ферритового стержня 400НН от магнитной антенны старого радиовещательного приёмника. Даже не знаю сколько витков содержат обмотки выполненные проводом ПЭЛ 0.45 мм. Имея простейший измеритель LC, изготовил два ВЧ дросселя со значениями 45 мкГн и 61 мкГн. Был выходной день, а готовую коробку заранее не приобрёл, поэтому пришлось изготовить самодельную из стеклотекстолита. На это и ушло 75% потраченного времени.  

Аналогичная схема была встроена в корпус тюнера.

Для тестирования тюнер SG-239 был нагружен на обычную лампу 220 В мощностью 75 Вт (сожалею, что не оставил 100 ваттовых ламп - в продаже сейчас нет, а 75 Вт лампа слишком уж ярко горит). На трансивере была выставлена максимальная мощность 100 Вт, как это рекомендуется в инструкции по эксплуатации автоматического антенного тюнера SG-239 (точнее сказано так - установить мощность которую Вы собираетесь использовать в дальнейшей работе, например на яхте, для экономии бортового питания, я использовал 50-60 Вт). Между тюнером и инжектором стоящим на стороне трансивера работал коаксиальный кабель RG-58 длинной 5 метров. 

Никаких больших неожиданностей не произошло. Тюнер через коаксиальный кабель получал питание 13 В от общего с трансивером блока питания Samlex SEC 1223 и согласовывал лампу накаливания с выходом передатчика до зайчиков в глазах. КСВ контролировался по встроенному в TS-480 КСВ-метру. Полученные значения КСВ составили от 1:1.1 на диапазоне 80 метров, до 1:1.8 на частоте 29 МГц. Конечно, имея автоматический антенный тюнер у антенны, хотелось бы видеть если не идеал 1:1, то хотябы что-то до 1.3. Причём интересно было наблюдать сам процесс согласования - тюнер, в процессе согласования, доходил до идеального КСВ 1:1 и "пролетал" мимо дальше, останавливаясь например на КСВ 1:1.5. Особенно это чувствовалось на ВЧ диапазонах. Очевидно в логике тюнера зашита цель согласовать случайную антенну именно с 50 Омным выходом трансивера. Но применение двух инжекторов на концах коаксиального кабеля внесло определённое рассогласование в линию передачи.

В статье Фила AD5X [3] также обозначена данная проблема - инжекторы вносят дополнительную индуктивную составляющую в линию передачи, которая особенно "портит картину" на ВЧ диапазонах. Фил, используя анализатор, оценил величину этой составляющей и успешно компенсировал её установкой конденсаторов 6.2 Пф паралельно входу и выходу инжекторов. В результате он получил довольно красивую картину на экране своего анализатора.

Я обладаю уже стареньким, первой модели, антенным анализаторой АА-330, возможности которого несколько скромнее чем у анализатора AIM UHF от Array Solution. Ниже представлены скриншоты измерений АА-330 используя программу Link 908 от amqrp.org, о которой я писал уже здесь.

Контрольное измерение с нагрукой состоящей из сопротивления 53 Ома подключенное через конденсатор 0.01 мкФ:

Далее была собрана вся рабочая схема состоящая из инжектора показанного выше, инжектора встроенного в тюнер, между ними 5 метров RG-58 кабеля. Но антенный тюнер отключен и вместо него подключено в качестве нагрузки протестированное сопротивление 53 Ома.

Результат измерения показан ниже, практически он идеален в диапазоне до 30 МГц.

Получается, что эти инжекторы не должны оказывать сильного влиания на работу антенного тюнера в рабочем диапазоне до 30 МГц. Фил AD5X свой экземпляр инжектора тестировал в диапазоне до 240 МГц, т.к. в америке разрешён диапазон 220 МГц.

Да, лампочка в качестве нагрузки рекомендована в официальной инструкции. И действительно с ней можно проверить функциональность и исправность антенного тюнера SG-239. Но вольфрамовая нить лампочки имеет не постоянное сопротивление при нагревании. Поэтому в первом эксперименте значения КСВ "дышали" от 1.3 до 1.7 при работе с настроенным тюнером. Подключив стабильную нагрузку 100 Ом - один из "зелёных кирпичей", сопротивлением 100 Ом (60 Вт),

я получил стабильное согласование тюнером и КСВ-метр трансивера показывал стабильно 1:1.25.

 

Ссылки:

  1. Multiple Switchable Antennas – All via a Single Piece of Coax (Jim Pickett - K5LAD).
  2. Remote DC Power through your Coax Cable. (PDF) Phil Salas – AD5X.
  3. Build a 3-amp Legal-Limit Bias-T that Covers 1.8-230MHz. (PDF) Phil Salas – AD5X
  4. The CE0Y-7-m-Triple-Leg by DK7ZB
  5. DC Injector/Extractor for Coax Feedlines by GM3SEK. (PDF)

 

Любительская радиосвязь: