Переделка на прием КВ, ч. 7. БалУн и длинный провод.

RTL SDR, переделка на прием КВ, часть 7 ...

В шестой части переделки RTL-SDR на КВ диапазон - рассматривались : активная антенна / Mini-Whip ; готовый широкополосной ВЧ усилитель ; цифровые радиоприемники с увеличенной битностью ... И все это - ради чистого любопытства ... После того, как был совершен выбор двух донглов v3 - начались практические тестирования, в которых / условно / вперед вырвался RTL-SDR v3 Pro ...

Секреты КВ для RTL-SDR v3. Заземление. Балун. Индуктивность.

Особенностью радио приемников v3 - является априори доступное аппаратно / программное включение низкочастотного КВ диапазона ... Необходимость : применение для антенны балуна 9 : 1 для защиты входного тракта от перегрузок, так как в режиме прямой выборки Direct Sampling - не работает авторегулировка уровня усиления ...

Первая, наиболее ясная и подробная

# ... qth.spb.ru, статья, с объяснением работы balun.

... от питерских радиолюбителей ... Особенно запомнились два момента ...

... у трансформаторов есть два коэффициента трансформации : по напряжению и по сопротивлению ... зависимость между трансформацией по напряжению и по сопротивления квадратичная ...

... Rпотерь больше | jx | - поглощающий феррит ... Rпотерь меньше | jx | - для резонансных цепей ... Балун из поглощающего феррита получится lossy (с потерями), т.е. будет занижать КСВ ... Сопротивление и катушку надо включать не параллельно, а последовательно ...

Витки катушки должны увеличивать индуктивность, а не компенсировать потери ... Катушка последовательно с антенной - компенсирует ее укорачивание, то есть - удлиняет антенну ...

При насыщении феррита его относительная магнитная проницаемость резко уменьшается, что влечет за собой пропорциональное уменьшение индуктивности ... Это приводит к целому букету проблем ... Низкий КПД, перегрев катушки индуктивности, рост внутренних наведенных помех, пробой электролитических конденсаторов импульсными токами ... Это должно быть последствия работы на передачу ; на приеме, такой ущерб - практически недостижим ...

# ... pa0fri.home.xs4all.nl, BalUn из коаксиального кабеля.

... 1:1, 1:4, 1:6, 1:9 ... Система состоит из двух коаксиальных кабелей одинаковой длины, которые подключены параллельно с одной стороны и последовательно - с другой ... ТВ кабель 75 Ом дает потери меньше, чем коаксиальный кабель 50 Ом ... Балун с воздушной обмоткой, изготовленный из коаксиального кабеля, не может насыщаться, потому что в нем нет порошкового железа или ферритового сердечника ... Поскольку сердечник не используется, нет необходимости беспокоиться о том, подходит ли материал сердечника для передачи мощности в соответствующем любительском диапазоне ... Автор проводил тестирование BalUn с кольцом из феррита, в пластмассовом корпусе, мощностью 550 Вт ... Корпус - нагрелся после часа работы ... Автор считает коаксиальный балун, как - один из лучших известных трансформаторов симметричного питания ... Когда автор говорит - симметричный BalUn - он уточняет, что лучи его антенны не симметричны на разных диапазонах ... Обратите на это внимание ...

Принципиальная и монтажные схемы для самостоятельного изготовления балуна - немного не соответствуют друг другу ... Также - не совсем понятно, как рассчитать размеры ... Однако, автор приводит примеры и формулы расчета ...
2 куска по 1,5 метра коаксиала для диапазона 10 - 20 метров (30 МГц - 15 МГц) ...
2 куска по 3 метра коаксиала для диапазона 10 - 80 метров (30 МГц - 3,75 МГц) ...
- Видимо из-за различий в толщине применяемого коаксиального кабеля - нельзя точно указать все размеры ...
- balun 1:6 ... a : ( A + B ) = 1 : 2,5 ... (1 / 2,5 = 0,4) ... Погодите ... Это - пропорция в чистом виде ...
- balun 1:9 ... a : ( A + B ) = 1 : 3 ... (1 / 3 = 0,33)
- где, a - длина трех витков ; A и B - полные длины обмоток (всех витков) ...
- если, a - это длина трех витков, то логичнее : намотать их, измерить и умножить на 3 - получится полная длина навивки
- диаметр навивки примерно равен пластиковой трубе для стока воды ( 10 - 15 см ) ...

Я попытался посчитать - что-то не совпадает ничего ...
- Ни по диаметру ( виток = Π * D ; 3,14 * 12,5 см = 39,25 см и умножить на 7 витков = 274,75 см ... Подходит к BalUn 1:9, но автор говорит, что не собирал его ) ...
- Ни по формуле ( коаксиал диаметром 6,4 мм ... 3 витка = 19,2 мм ... * 3 = 57,6 мм - это A + B ... Значит A = B = 57,6 мм / 2 = 28,8 мм, разделить на виток 6,4 мм = 4,5 витка ... А нам говорят : 7 - 8 витков ) ...
- Или, не зная диаметр намотки - он считал длину по виткам ??? ... 3 витка = 3,14 * 12,5 см * 3 = 117,75 см и еще умножить на 3, чтобы найти A + B = 353,25 см ... разделить на 2 = 176,6 ... То же - никак не метр ...
- Конструкция по факту ... D = 12,5 см ; 7 витков ( 39,25 см / виток ) ... Длина кабеля = 274,75 см ... Кабель rg-213 u mil-c-17f, диаметр 10,2 мм ; длина навивки = 71,4 мм ... если а принять от третьего витка до центра разъема = 50 мм, тогда - все получается, и значение а / ( A + B ) = 50 / 142,8 = 0,35 ... если а принять от начала навивки обмотки, тогда значение а / ( A + B ) =30 / 142,8 = 0,21 ... И трубы (каркасы намотки) - не соответствуют указанному диаметру ... В общем, конструкция - интересная, а описание - мутное ...

Все-таки, балун - предназначен для передатчиков, чтобы выравнивать и согласовывать токовые нагрузки с антенной ... Как, трансформатор и при одинаковой мощности - BalUn увеличивает напряжение и квадрат сопротивления, снижая ток ... Это, что касается вариантов 1:1, 1:4, 1:6 и 1:9, даже включая 1:16, 1:64 и 1:128 ...

Для приемных устройств балун является своеобразным аттенюатором, снижая мощность без искажения формы сигнала ... Отличие аттенюатора от BalUn - в том, что он более предназначен снижать уровень входного сигнала приемника, не изменяя входное / выходное волновое сопротивление канала ... Хотя, конечно, можно рассчитать и другие варианты ... Суть не в этом ... В частности, для антенны LongWire (длинный провод) подключение RTL-SDR v3 рекомендуется выполнять через балун 9:1 (или 16:1, 4:1, 1:1) ... Что дает использование BalUn ? ... Из описания по самостоятельному изготовлению - видно, что применяя этот балун на антеннах длинный провод или Бевереджа (Beverage) - входное сопротивление антенны 450 - 500 ом - снижается до 50 - 75 ом согласно входному сопротивлению радиовхода донгла ...

Отступление : помните, чуть выше я просил обратить внимание на несимметричность диполей антенны ? ... Вот, именно сейчас - я докопался до разницы в названиях BalUn : 1:9 для передатчиков и 9:1 для приемника RTL-SDR v3 ... Нет никакого подвоха в названии, так как принцип действия балуна - не меняется ... Фактически - здесь дело в другом : Long Wire - это несимметричная антенна ... Но - второй конец BalUn подключается прямиком на заземление ... А всем известно, что Земля - часто является вторым проводником радио сигналов ... Вот вам и несимметричная антенна ... Мне кажется, если приведенную выше схему коаксиального балуна одним концом замкнуть на массу - получится то же самое, что требуется для подключения RTL-SDR v3 к длиннопроводной антенне Бевереджа ...

Кстати ... Рассказывая о приеме сигналов спутника InMarSat - я совершенно забыл упомянуть о случайном заземлении антенного провода рукой ... Конечно - я сразу же ощутил покалывание в кончиках пальцев, так как стоял на Земле ... В это время шум принимаемого эфира - значительно усилился ... То, есть - правильным образом подключенное заземление может способствовать увеличению ... Нет, не чувствительности, а скорее - мощности сигнала с антенны, за счет увеличения силы протекаемого тока (может быть и разности напряжений, включительно) ...

Слава Богу - стояла сухая погода, иначе можно было прилипнуть на электротравму ... Это происходит по банальной причине : подключение кабеля блока питания к сетевой розетке без заземляющего вывода ... Из-за присутствия сетевого конденсаторного фильтра помех на входе в блок питания - напряжение на заземляющих экранах, в том числе и USB входов, куда подключается донгл - может достигать 80 - 110 вольт, что достаточно неприятно для тактильных ощущений прикосновения ...

Теперь нужно вернуться лет на 50 назад, когда в эпоху расцвета ламповых радиоприемников - в радиоаппаратуре обязательно присутствовали вход антенны и вход заземления ... И хотя это были громоздкие агрегаты - некоторые из них обладали достаточно хорошей чувствительностью и селективностью ... Розетки, с заземлением, и сейчас то - не сильно распространены, а раньше - и подавно не было такого стандарта ...

Похожие условия той эпохи развития - также наложили свой отпечаток и на высокоомное антенное оборудование ... Это касается антенн с 300 омным сопротивлением, для которых раньше были сделаны специальные симметричные входы ... Одно время такие антенны применялись на импортных телевизорах ... Просто, в то время, антенные кабели могли быть - дефицитом, а обычных проводов - завались ... Может - поэтому ? Или, технологии того времени пропагандировали и одобряли применение антенн со снижением из двух параллельных проводников, чье сопротивление колеблется от 100 до 600 ом - и поэтому выбрали золотую серединку : 300 ом ? ... Да - что далеко ходить ? ... Обычная ТВ антенна телескопические усы без согласующего устройства - это и есть симметричная воздушная антенна на 300 ом ... Симметричный согласующий трансформатор был нужен для согласования входа ТВ приемника с разными длинами усов, зависимых от частоты приема выбранного телеканала ... Я думаю - это и есть BalUn 1:4, преобразующий 300 ом антенны в 75 ом входа антенного гнезда телевизора ... А еще я думаю, что надо вкопать заземляющий штырь и заземлится на будущее (цифровую / радиоприемную аппаратуру, ноутбук и антенны), для безопасности и улучшения условий приема радиосвязи ...

# ... giga.co.za, Giga Technology, Antenna 9:1 impedance transformer.

... for the RTL-SDR to connect long wire 100k - 50Mhz ... 9:1 трансформатор импеданса для RTL-SDR, для подключения антенны длинный провод на диапазон 100 КГц - 50 МГц ...

# ... vk6ysf.com, Портативная антенна с балуном.

... 9:1, длинный провод ... Текущий статус : в разработке ... На сегодняшний день эксперименты подняли больше вопросов, чем дали очевидных ответов ... Технически настоящая антенна LongWire должна соответствовать, как минимум - одной выбранной длине волны ... Но, радиолюбители - обычно называют любой провод с подачей на конце - длиннопроволочной или, правильнее, случайной проволочной антенной ...

Многодиапазонная проволочная антенна с торцевым питанием представляет собой потенциальную проблему - из-за разброса сопротивлений ( на разных частотах диапазонов и длин волн ) сложно добиться согласования даже с помощью качественного тюнера ... Хитрость заключается в том, чтобы упростить согласование антенны этого типа, избегая длин, которые равны 1/2 длины волны (гармонично связаны или просто кратны) - которые будут представлять наиболее экстремальный диапазон импедансов ... Для этого автор приводит таблицу длин антенны от λ ; а также таблицу длин проводов в метрах, которых следует избегать, на основе кратных 1/2 длин волн популярных любительских радиочастот ... Результаты практической антенны - резко отличались от модели во всех отношениях, а пики и впадины графиков далеко не совпадали с точки зрения частоты ...

# ... r3rt.ru, Об антенне Длинный провод, Long Wire или верёвка.

... лонг вайр ... Несколько ценных советов можно подчерпнуть из этой статьи ...
# Так как эта антенна может превышать длину волны и работать на гармониках - было бы идеально, чтобы ее размеры были кратны длине волны λ : 80м = λ/2 ; 40 = λ ; 20м = 2λ ; 15м = 3λ ; 10м = 4λ ... На практике - это не так, будут отклонения, поэтому за основу предлагается выбирать чуть большие длины размеров ...
# Если вы не заинтересованы в DX передаче - углом наклона можно пренебречь, выставив антенный провод - горизонтально ...
# Не меньшую роль играет и высота подвеса провода ... Чем ниже (ближе) антенна к Земле - тем больше нужен угол наклона ...
# Самая простая, для КВ диапазона, это - L-образная антенна, которая мало отличается от радиовещательных антенн СВ диапазона ... Ее полная длина = вибратор + снижение ...
# Автор также упоминает, что настройка на все диапазоны - не получится ; один основной, плюс остальные - по возможности ...

Итак, из разных источников - предложены на выбор : 12,87м, 16,2м, 18,7м, 42,2м ... Подвешивать, даже на высоте λ/2, это - пипец ... Нужно установить вышки или построить две телебашни .... Ориентация такой конструкции в пространстве - это еще одна проблема ... Мне понравилась конструкция коаксиального BalUn, но проще - использовать готовый, на ферритах, от ТВ антенны или дешевого усилителя ... Все еще остается возможность компенсировать слабую чувствительность антенны - ВЧ усилителем с регулировкой усиления напряжением питания, удаленно ...

Так, что, я - за проводную антенну произвольной длины и угла наклона, то есть - как получится ... С учетом всех замечаний - будет работать на прием - как, миленькая ... Наклонная конструкцию (на рисунках) обычно подключена к более высоко расположенному концу (но, есть примеры и - наоборот) ... Для начала - я бы остановился на длине 7 метров и высоте 3м - ближней / 2 метра - дальней стойки ... Чисто из практического любопытства ... Однако, почитав инструкцию - понял, что пролетаю, как фанера над Парижем ...

Базовая антенная система Beverage с длинным проводом, состав и рекомендации ...
- Изолированный или медный провод 4 gauge [ ? 5,2мм (21мм2) ] для антенны ...
- Расположен на высоте не менее 2,5 метров от Земли (т.е. над головой) ...
- Длина провода должна быть не менее 20 метров без стыков ... (Как, минимум - более 10м) ...
- Изоляторы установлены на каждом конце провода, чтобы гарантировать, что дом и дерево (или столб) изолированы от антенны ... Для натяга провода и предупреждения обрыва - желательно использовать шкив / блок с грузом (например, бутылка с водой) ...
- Антенну следует размещать вдали от любых предметов, которые могут мешать приему ...
- Линия питания припаяна к проводу антенны ... На линии питания должна быть петля непосредственно перед тем, как она входит в дом, чтобы с нее стекала дождевая вода ...
- Линия питания подключена к SDR ... К контакту заземления идёт отдельный провод ...

Август, 2020 ...

Раздел sdr-receiver : список всех страниц ...