НА ГЛАВНУЮ - - адрес этой страницы -- http://ra6foo.qrz.ru/transfor.html -- версия 28 03 2013 г -- НА ГЛАВНУЮ

ТРАНСФОРМАТОРЫ

1/4 волновые трансформаторы из коаксиального кабеля
Программы для расчета
Калькулятор для расчета коаксиала с двухслойным диэлектриком
Таблица широкополосности 1/4, 3/4, 5/4 и т.д., трансформаторов
Расчет изменения диаметра сплошной ПЭ И ФП изоляции для изменения волнового сопротивления отрезка кабеля
Потери в трансформаторах

1/4 ВОЛНОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ИЗ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ

Необходимы для согласованной передачи энергии между двухполюсниками (антенна; источник; нагрузка; вход линии передачи) с разными активными сопротивлениями R при минимуме или отсутствии реактивной составляющей Jx и применяются в основном на УКВ, где это условие выполняется. Отношение большего R к меньшему R есть коэффициент трансформации К. Чем больше К, тем уже полоса рабочих частот трансформатора и строже допуск на точность длины и К укорочения кабеля (см ниже: Рабочая полоса частот).
Известно, что 1/4 длины волны λ в свободном пространстве равна 75/f МГц. В коаксиальном кабеле длина волны короче, зависит в основном от свойств внутренней изоляции и нормирована коэфициентом укорочения К укор. кабеля. Физическая длина 1/4 волнового тр-ра всегда меньше 1|4 λ.
Волновое сопротивление кабеля для трансформатора должно быть среднегеометрической величиной между трансформируемыми сопротивленями, т.е. равно корню квадратному из их произведения. ( Можно представить как качели из доски с опорой в центре. Чем ниже одно плечо, тем выше другое, а высота опоры - волновое сопротивление кабеля - трансформатора. )
При отличии волнового сопротивления тр-ра от требуемого ошибка трансформации растет квадратично, поэтому для получения приемлемого КСВ ρ тр-ра должно отличаться не более 3...5% от требуемого. Имеющийся набор кабелей стандартного ряда: 50 ом, 75 ом, 100 ом не вегда отвечает этим требованиям, но из этих кабелей, соединенных впараллель можно получить:
50+50 = 25 ом,
50+75 = 30,6 ом,
75+75 = 37,5 ом,
50+100 = 35,35 ом,
75+100 = 43,3 ом.
Но соединенные впараллель кабели констуктивно неудобны,а на 436 и 1296 мгц будут иметь еще и большую погрешность.

Кроме того, весьма полезные для целей трансформации образцы можно выбрать из ассортимента ширпотреб- кабелей на прилавках т.к. их волновое сопротивление часто отличается от заявленного от -15% до +25%. Встречались кабели:
RG8х 43 ома вместо 50 ом по маркировке,
RG58 63 ома вместо 50 ом по маркировке,
RG59 93 ома вместо 75 ом по маркировке,
5C2V 87 ом вместо 75 ом по маркировке.

63 ома вместо 50 ом по маркировке имеет кабель RG 58 A/U, если диаметр центр. жилы 0,6 мм, а не 0,9 мм. Отлично подходит для тр-ра 50 - 75 ом.
34,6 ом дает он же, спаренный с 75 омным кабелем.
28.3 ом дает он же, спаренный с 50 омным кабелем.

Понизить ρ кабеля до 0,5 от исходного можно у кабелей с фторопластовой изоляцией, сняв внешнюю изоляцию и оплетку и смотав одну или несколько фторопластовых лент. Затем надеть оплетку и обмотать ее скоч- лентой. Медную и посеребренную оплетку она на длительный срок отлично защищает от окисла, а скоч ленту надо защитить от повреждений и солнца термоусадочной трубкой, в крайнем случае ПВХ изолентой.
Изменение ρ кабелей с фторопластовой изоляцией поддается прогнозированию расчетом. С учетом воздушных зазоров формула: ρ=100 lg 1.07D/d дает погрешность расчета не более +-3%. Здесь D- диаметр изоляции, d- диаметр центральной жилы. Коэффициент укорочения не меняется. Приведу примеры из практики:

34...36 ом- из кабеля РК50-2-21,- сняв 2 слоя ленты.
43 ом- из кабеля РК50-7-22 сняв 2 слоя фторопластовой ленты и намотав 2 слоя лавсановой (скоч) ленты.
43...45 ом- из кабеля РК50-2-21 сняв 1 слой ленты
61.2 ом- из кабеля РК 75-4-21 сняв 3 слоя ленты, РК 75-3-21 сняв 2 слоя ленты, РК75-7-22 cняв слои до диаметра 5.4 мм.
70.7 ом- из кабеля РК 75-4-21 сняв 1 слой ленты.

71,3 - 66,8 - 61,6 - 56,2 - 50,0 ом дает послойное снятие лент с внутренней изоляции РК75-4-21
46 - 43 - 40 - 36.8 - 33.5 - 30 - 26.2 ом дает послойное снятие лент с внутренней изоляции РК50-7-22.
до 53 ом повысится сопротивление кабеля РК50-7-22: если одну, самую тонкую ленту, которая была поверх оплетки, намотать как еще один слой внутренней изоляции.

86,6 омный трансформатор можно сделать из кабеля типа РК 75-4-11, сняв оболочку и экран- чулок и усадив на внутреннюю изоляцию термоусадочную трубку (не черную). В зависимости от исходного диаметра трубки и толщины слоя после усадки потребуется усадить два или три слоя, нарастив диаметр внутренней изоляции с 4,6 мм до 6,1 мм. Затем насадить оплетку от такого же кабеля, сняв с более длинного отрезка, но лучше - с кабеля РК 75-7-11, а поверх ее усадить термоусадочную трубку или обмотать в 3 слоя скочем шириной 15...18 мм и защитить ее от солнца термоусадочной трубкой или ПВХ изолентой . Коэфф. укорочения не меняется.

Повысить ρ кабеля до 1.6 от исходного можно у кабелей с изоляцией из вспененного полиэтилена заменой центральной жилы на более тонкую. В этом случае ρ и К укор. проще определить измерениями.

86,6 омный трансформатор также можно сделать из кабеля РК75-4-11, заменив жилу 0,72 на 0,54 мм.
86,6 омный трансформатор также можно изготовить из кабеля SAT 700, заменив центральную жилу на 0.9 мм.
86,6 ом вместо заявленных на оболочке 75 ом имеет кабель 5C2V.
86,6 ом вместо 75 ом дает замена центр. жилы диам. 0,6 на диам. 0,48 в кабеле РК 75-3-32 (с вспененным ПЭ). Жилу диаметром 0,48 можно получить растягиванием голой проволоки диаметром 0,5 мм.
93 ома может иметь кабель RG 59 с маркировкой "75 ом"
Точность волнового сопротивления изготовленных трансформаторов зависит от точности исходных кабелей. Дополнительная погрешность у трансформаторов с изменением диаметра изоляции около 2%, у трансформаторов с заменой центральной жилы - несколько большая дополнительная погрешность, до 4%

100 омный трансформатор можно сделать из кабеля РК75-4-11, медленно вытянув центральную жилу 0,72 мм (удается до длин 1 м) и вставить вместо нее жилу 0,45 мм.
106 омный трансформатор можно получить, взяв 100 омный кабель, в котором возможна в 1/4 λ куске замена центральной жилы на более тонкую. Точное отношение диаметоров зависит от типа кабеля. Ошибка будет в пределах допустимой, если протянуть центральную жилу диаметром 0,9 от той, что была в кабеле.

На летательных аппаратах применяются посеребренные экранированные провода. Марку не знаю, но они состоят- экран чулок посеребренный диам. 3,6 или 3,0 мм, под ним чулок из стекловолокна диам. 3,0 или 2,1 мм, пропитанный кремнийорганическим лаком, под ним обмотанная фторопластовыми лентами центральная жила из многожильного посеребренного провода диам. 1,6 или 0,9 мм соответственно. Затухание соответствует тому, что имели бы фторопластовые кабели того же диаметра и волнового сопротивления.
29...30 ом имеет тот, что 3,6 мм
41...42 ома имеет тот,что 3,0 мм.
Коэффициент укорочения 0,7 и 0,67 соотв.

ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА

Трансформаторы - лишь малая часть того, что вы можете расчитать с помощью трех программ в списке ниже.
TLDetails.zip на сайте AC6LA на странице Transmission Line Details
RFSimm 99.zip на сайте DL2KQ на странице RFSimm99rus
Transmission Line Calculator.zip на сайте VK3UM Impedance Calculator

КАЛЬКУЛЯТОР ДЛЯ РАСЧЕТА КОАКСИАЛА С ДВУХСЛОЙНЫМ ДИЭЛЕКТРИКОМ
(на рисунке - радиусы, в калькуляторе - диаметры. Er - диэлектрическая проницаемость материала слоя)
расчет коаксиала
c двухслойным диэлектриком
Ø ц. жилы Ø 1 слоя Ø 2 слоя
Er 1 слояEr 2 слоя
  Zo Kукор.
Полезен при изготовлении трансформатора с нестандартным волновым сопротивлением  Zo путем изменения диаметра изоляции с помощью дополнительного слоя или создания воздушного зазора. При этом он расчитывает и К укор. нового коаксиала, необходимый для расчета длины 1/4 и т. п. трансформаторов.
На нем можно расчитать и обычный коаксиал, введя в поле "Ø 1 слоя" любую величину больше Ø центральн. жилы, но меньше Ø 2 слоя и одинаковую величину в полях Er 1 и 2 слоя.
движок с сайта "RF CABLES" перевод на русский и модификация движка в метрические величины и расчет К укор. ra6foo

ТАБЛИЦА ШИРОКОПОЛОСНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Коэфф.
трансформации
полоса в % от центральной частоты по КСВ 1,1 на краях полосы в зависимости от длины в четвертях волны
(по КСВ 1,05 полоса в % вдвое уже, по КСВ 1,22 вдвое шире)
1/43/45/47/49/4 11/413/415/417/419/421/4
1,535106,54,63,5 32,421,81,61,4
21863,42,62 1,61,41,21,110,9
3113,62,41,61,2 10,80,720,640,580,52
48,52,81,71,20,96 0,780,660,580,50,450,4

РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ДИАМЕТРА СПЛОШНОЙ ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ И ФТОРОПЛАСТОВОЙ
ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЯ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ВОЛНОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТРЕЗКА КАБЕЛЯ
РАСЧЕТ ρ КАБЕЛЯ

Волновое сопротивление ρ кабеля определяет отношение внутреннего диаметра D внешнего проводника к диаметру центр. жилы d и диэлектрическая проницаемость Er диэлектрика между ними: ρ = 138 / V¯Er lg D/d. Но если взять кабель с заранее известным ρ, расчет даст значение ρ на 3...12% меньше фактического. Для того, чтобы по формуле сошлась бухгалтерия, надо взять Er на 5...15% меньше из за неплотного прилегания внешнего проводника, особенно оплетки, к изоляции. Чтобы не проводить исследования, измерения и обобщения для всех вариантов, будем исходить из того, что мы имеем кабель с известным нам ρ, с сплошным диэлектриком с стабильным известным Er и измеренными нами D изоляции и d центральной жилы с точностью 2%. Изменив отношение D/d в N раз путем изменения D, мы изменим ρ кабеля в lg N раз независимо от абсолютных величин Er, D и d.
Можно было бы сделать проще, сказать: кабели с ПЭ 50 Ом имеют D/d ... , 75 Ом ... , с ФП 50 Ом ... , 75 Ом ... , но ни постоянства отношения D/d ни закономерности его изменения у кабелей нет. В процессе изготовления отклонение ρ из за отклонения диаметров и Er изоляции, доводится до требуемого ГОСТом или ТУ ρ технологическими приемами, отклонение Er и диаметров остается. Поэтому будем исходить из того, что имеем. Иметь надо точные исходные значения ρ кабеля и диаметров изоляции и центральной жилы.
Например имеем ФП кабель 50 Ом с диаметром центр. жилы 1,54 мм и изоляции 4,6 мм, отношение D/d = 2,99. Надо сделать кабель 37,5 Ом. Находим отношение 37,5/50 = 0,75. Разворачиваем калькулятор в инженерный вид и через кнопку log в открывшемся справа поле кнопок делаем расчет lg D/d. lg 2,99 = 0.47567. Умножаем 0,47567 на 0,75 = 0,35675. Это логарифм отношения D/d кабеля 37,5 Ом. Через кнопку log, но с галочкой inv, находим антилогарифм числа 0,35675, т.е. отношение D37.5 Ом/d = 2,274. Зная диаметр центральной жилы d несложно расчитать D37.5 Ом = 2.274х1,54 = 3,5 мм. До этого диаметра надо снимать слои-ленты ФП изоляции.

            ИЗМЕНЕНИЕ ρ КАБЕЛЯ
Кабели с вспененной ПЭ изоляцией больше подходят как кабели снижения, трансформаторы из них и технологически делать сложно и Er изоляции имеет большой разброс, что затрудняет расчет, поэтому не рассмативаются.
У кабелей с сплошной ПЭ изоляцией можно только увеличить ρ, нарастив диаметр D материалом с той же Er. Отвечают этому требованию цветные (не черные) термоусадочные трубки из полиолефина (те,что горят без дыма и резкого запаха). Контролируя диаметр по мере наращивания, если следующий слой трубки будет больше требуемого, вместо него наложить липкую лавсановую ленту (скоч) до нужного диаметра.
У кабелей с ФП изоляцией можно изменять ρ и в сторону уменьшения и увеличения ρ. Для увеличения диаметра можно использовать ленты, оставшиеся после снятия оболочки. Вместо них можно насадить термоусадочную трубку, и также использовать скоч для доводки диаметра, но их Er больше, чем у фторопласта, поэтому их толщина должна быть 0,8 от требуемой для того же слоя фторопласта.
Не следует менять ρ более, чем в 1,5 раза, при этом падает точность. При изменении ρ более, чем в 1,2 раза потребуется другая оплетка, от кабеля соответствующего диаметра. В качестве оболочки оплетку плотно обмотать лентой скоч шириной 15...18 мм и защитить ее от солнца термоусадочной трубкой или ПВХ изолентой.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ В ТРАНСФОРМАТОРАХ

Расчитываются также, как и потери в кабеле при КСВ в нем неравном 1,0 по формуле: КПД = 1/0,115а(ксв+1/ксв), где а - потери в отрезке кабеля той же длины на данной частоте. КСВ в трансформаторе равен коэффициенту трансформации. Полученное значение КПД как отношение мощностей затем переводим по таблице в децибелы и получаем искомые потрери в трансформаторе в дб.
Например 1/4 волновый тр-р 112 в 50 Ом из кабеля РК75-4-11 с затуханием 0,12 дб на 1 метр на частоте 145 МГц или 0,04 дб на его требуемой длине 0,34 м, работающий как трансформатор с К трансформации 2,24 будет иметь КПД = 1/0,115х0,04х(2,24+1/2,24) = 0,988 или затухание 0,05 дб. Здесь из общих потерь 0,05 дб на долю добавочных за счет работы с КСВ 2,24 приходится всего лишь 0,01 дб потерь.
У полуволновой петли из того же кабеля для петлевого вибратора 200 Ом КПД составит: 1/0,115х0,08(1,77+1/1,77) =0,979 или затухание 0,09 дб, из которых на дополнительные приходится те же 0,01 дб. Здесьнадо учесть еще один важный момент: через полуволновую петлю проходит лишь половина мощности сгнала и потери общей мощности составят 0,045 дб из которых лишь 0,005 дб приходится на дополнительные.
В обоих случаях потери 0,005...0,01 дб пренебрежимо малы. НА ГЛАВНУЮ
              HitMeter.ru - счетчик посетителей сайта, бесплатная статистика