НА ГЛАВНУЮ - - адрес этой страницы -- http://ra6foo.qrz.ru/50-75.html -- версия 30 10 2010г. -- НА ГЛАВНУЮ

Трансформаторы 50-75 Ом
Широкополосные многоступенчатые трансформаторы

Трансформаторы 50-75 Ом прменяются для перехода с кабеля 50 Ом на кабель, антенну или трансивер 75 Ом и наоборот. Различные их варианты расчитаны в RFSimm99rus 1 Мб . Графики RFSimm99 градуированы в S11 (К отражения). Перевод в его КСВ можно сделать по таблице соотношения между КСВ и S11. По этой ссылке есть и вертикальный вариант таблицы.

S110.010.020.030.040.050.060.07 0.080.090.10.150.20.250.30.35 0.40.450.50.60.70.80.9
КСВ1,021,041,061,081,11,131,15 1,171,21,221,351,51,671,852,1 2,32,6345,7920

Пересчет между КСВ и S11 в dB (return loss dB, он же S11 в дБ, он же К отражения в дБ) можно сделать в калькуляторе.

КСВ →
Return Loss (dB)
Return Loss (dB) →
КСВ

Расчеты приведены для кабелей с сплошным ПЭ с К укор. 0,658 в пересчете на скорость распространения ЭМВ в них 197.4 млн. м/с для ввода в RFSimm99. Расчеты в пределах допусков: - по волновому сопротивлению ± 4% согл. ГОСТ, - по ошибке в длине+отклонению К укор., суммарно ± 2%. Т.е. довольно жесткие допуски. На графиках голубая линия - значение S11 при номинальных значениях, красные линии - вероятные значения S11 в пределах установленных отклонений величин.
Диапазон S11 шкалы по вертикали установлен от 0 до 0.1, что соответствует КСВ от 1.0 до 1.22. В антенно-фидерной системе такое рассогласование в рабочем диапазоне частот, приходящееся на долю трансформаторов, еще допустимо. Полные графики по КСВ от 1,0 до ∞ и в любой полосе частот можно посмотреть самостоятельно, открыв в RFSimm99 файлы в папке zip и установив нужные значения величин элементов и пределов графиков.
Чтобы не было путаницы, напоминаю, что КСВ В ТРАНСФОРМАТОРЕ или его секции есть всегда и равен отношению волнового сопротивления секции к сопротивлению ее нагрузки ( входному следующей секции или оконечной нагрузки ) а КСВ ПО ВХОДУ трансформатора равен отношению входного сопротивления трансформатора к трансформируемому сопротивлению ( 50 или 75 Ом ) и на расчетной частоте при согласованной на другом конце трансформатора нагрузке ( 50 или 75 Ом ) равен 1,0. ( Прим. - везде КСВ как отношение большего к меньшему )


ТРАНСФОРМАТОРЫ

могут быть изготовлены из кабелей 50 Ом с внутренней изоляцией из сплошного ПЭ или из кабелей 75 Ом с фторопластовой внутренней изоляцией. С отрезка кабеля длиной около 400 мм (для 145 МГц) снимается оболочка и оплетка. Волновое сопротивление кабелей с ПЭ изоляцией может быть увеличено путем усадки на изоляцию термоусадочных трубок, у кабелей с ФП изоляцией уменьшено снятием одного или нескольких слоев ФП лент. При необходимости можно довести до нужного диаметра лентой скоч шириной 15...18 мм из расчета - один слой = 0,04 мм. При этом толщина слоя скоча, диэлектрическая проницаемость которого выше чем у ПЭ, около 3.5, берется из расчета 80% от необходимой.
Расчет диаметра, до которого необходимо довести внутреннюю изоляцию можно сделать в RFSimm99. Для этого выйти через "инструменты"- "компоненты" - "длинная линия" на закладку "коаксиальная". В окнах "Диаметр экрана" (внутр. изоляции, что то-же) и "диаметр проводника" (центр. жилы) установить измеренные (или паспортные) значения. В окне "Диэл. прониц. (Er)" подобрать значение Er (около 2± 0,3) так, чтобы волновое Zo было равно исходному волновому сопротивлению кабеля. Затем подбрать диаметр экрана таким, чтобы получить требуемое нам волновое сопротивление. До этого диаметра и надо будет изменить диаметр внутренней изоляции. Затем надеть ту же или такую же, но большего диаметра, оплетку и плотно обмотать лентой скоч 15...18 мм. Для защиты от солнца поверх усадить термоусадочную трубку.

ДЛИНЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

С внутренней изоляцией из сплошного ПЭ : 145 МГц - 340 мм, 435 МГц - 113.3 мм, 1296 МГц - 38 мм из расчета их К укор. 0.658.
С внутренней изоляцией из фторопластовых лент из заготовок кабелей 75 Ом среднего внешенго диаметра, 4,4...9 мм с уменьшением их волнового сопротивления сматыванием лент не более, чем до 60 Ом: 145 МГц - 366 мм, 435 МГц - 122 мм, 1296 МГц - 41 мм из расчета их К укор. 0.708.
Длины трансформаторов из ФП кабелей диаметром менее 4.4 мм или ( и ) с большим уменьшением волнового сопротивления должны быть взяты на 2% ( 3% ) больше из за большей доли воздушного зазора в внутренней изоляции и большего численного их К укор. и электрической длины соответственно.
Для других частот длины трансформаторов или их секций берутся пропоционально изменению частоты или расчитываются по формуле 299792 х 0,25 х К укор./f МГц.


На графиках RFSimm99:
ГОЛУБАЯ ЛИНИЯ - значение S11 (модуля коэффициента отражения. при этом КСВ = S11+1/S11-1 или см. таблицу) для кабеля
с номиналами значений волнового сопротивления и скорости распространения ЭМВ ( равной V света х К укорочения кабеля)
КРАСНЫЕ ЛИНИИ - вероятные значения S11 в пределах означенных на схеме вероятных отклонений от номинала.


ТРАНСФОРМАТОР ИЗ 1/4 λ ОТРЕЗКА КАБЕЛЯ 61.24 Ом (ОДНОСТУПЕНЧАТЫЙ ТРАНСФОРМАТОР)

Волновое сопротивление кабеля для трансформатора определено формулой: Z0=√Z1Z2. Коэффициент трансформации 75/50=1.5. КСВ в трансформаторе = Z0//Z1 ( Z2//Z0) =1,225. Потери за счет КСВ 1,225 в нем минимальны на 1296 МГц и максимальны на 145 МГц и в зависимости от диаметра кабеля находятся в пределах от 0,001 до 0,01 дб, т.е. вопреки страшилкам пренебрежимо малы.
Полоса частот, в которой КСВ по входу трансформатора не более 1.1 от 123 до 167 МГц или ±22 МГц от центральной расчетной. 1/4 λ трансорматор также успешно работает на частотах, кратных 3, 5, 7, т.е. на нечетных гармониках. В этих случаях его полоса частот по критерию КСВ в МГц остается той же, в процентном отношении уменьшается в той же пропорции. В реальном трансформаторе с теми же пределами допусков, отклонения также умножаются, в результате реально полоса по КСВ может сузиться и сместиться по частоте настолько, что на рабочих частотах КСВ может превысить допустимый максимум. На графике видно, что на утроенной частоте полоса по КСВ 1.1 (S11=0.05) с учетом разброса по допускам уменьшилась с 25 до 20 МГц.



ИЗГОТОВЛЕНИЕ 1/4 λ ТРАНСФОРМАТОРА 61.24 Ом
В ширпотреб-продаже иногда попадается кабель RG58A/U с внутренней изоляцией из сплошного ПЭ диаметром 3 мм, но диаметр центральной жилы кабеля не 0,9 мм, а 0,6 мм. Он уже готов для трансформатора, т.к. имеет волновое сопротивление 63 ома, а не 50 ом по маркировке. Его коэфф. укорочения 0,66. Для работы на 145 и 435 МГц его длина должна быть 2068 мм/4 х 0,66 = 341 мм, только на 435 МГц - 114 мм.

Нормальный 50 Омный RG58 с центральной жилой 0,9 мм переделать в 61,2 Ома несложно. Для этого снять с него оболочку и оплетку, усадить на изоляцию цветную термоусадку 4 мм. Диаметр должен стать 3,8 мм. Отклонение от него в 0,1 мм даст отклонение в 1,1 Ом самого трансформатора и 3 Ома от нужных нам в результате трансформации 75 ом ( для сравнения: допуск по ГОСТ для РК 75 +- 3 Ома) или КСВ 1,04 вместо 1,00. На оплетку усадить любую трубку 6 мм. Для работы и на 145 и на 435 МГц длина трансформатора 341 мм (только для 435 МГц 114 мм). Это самый простой способ получить достаточно точный трансформатор 50 - 75

Если надо сделать не отдельный трансформатор, а завершить кабель 50 Ом трансформатором, то можно обойтись без разьемов, а просто создать участок 1/4 λ 61,2 Ома на конце кабеля RG58 произвольной длины. Для этого надрезать и снять 400 мм оболочки (для трансформатора только на 435 МГц снять 140 мм ), слегка сдвинуть оплетку, подсунуть под нее цветную термоусадку 4 мм и усадить трубку прямо через оплетку. На оплетку усадить вместо снятой оболочки любую трубку или обмотать ПВХ изолентой. Длины те же.

1/4 λ трансформатор 50-75 Ом также несложно сделать из фторопластовых кабелей РК75-3-21, РК75-4-21 и РК75-7-21. Его длина 366 мм для 145 МГц и 145/435 МГц и 122 мм только для 435 МГц. Для этого снять стеклочулок, ленты под ним и оплетку. С внутренней изоляции РК75-3-21 снять 2 слоя фторопластовых лент, с РК75-4-21 снять 3 слоя лент, с РК75-7-21 ленты до диаметра 5,4 мм. Надеть оплетку и усадить на нее термоусадку или обмотать ПВХ изолентой.

Трансформатор может быть состыкован с кабелями 50 и 75 Ом с помощью разьемов 50 и 75 Ом на соответствующих сторонах или с помощью пайки встык.


ТРАНСФОРМАТОР ИЗ ДВУХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ОТРЕЗКОВ КАБЕЛЕЙ 75 и 50 Ом ДЛИНОЙ 1/12λ КАЖДЫЙ


По полосе он равноценен одноступенчатому из кабеля 61 Ом.
Плюс его в том, что изготовлен из кабелей стандартного ряда 50 и 75 Ом, но сложнее в изготовлении.

Известна схема трансформатора 50-75 из двух последовательно соединенных отрезков кабелей 75 и 50 Ом длиной 1/12 λ. График возможных значений S11 в полосе частот 100...200 МГц при допусках по волновому сопротивлению ± 4% и по длине (К укор) ± 2%. На графике видно, что при длине отрезков 1/12 λ частота согласования не 145 а 142 МГц. Фактически из длина должна быть не 1/12, а 1/12.2535 λ или 0,0816 λ. Полоса рабочих частот по КСВ 1,1 38 МГц, что несколько меньше, чем у простого одноступенчатого трансформатора и такой трансформатор на нечетных гармониках (435 МГц и выше) не работает. Этот трансформатор также позволяет выполнить все стыки на разьемах. При этом длину разьема надо включать в длину соттветствующего ему по волновому сопротивлению отрезка кабеля. Стыковка прямой пайкой проще и точнее по согласованию.


ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Иногда требуются трансформаторы в широкой полосе частот с перекрытием в 2 и более раза или двухчастотные трансформаторы
с произвольным соотношением частот, некратным 3, 5, 7. Ниже рассмотрены некоторые примеры расчета таких трансформаторов.

ТРАНСФОРМАТОРЫ ИЗ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ 1/4 λ ОТРЕЗКОВ КАБЕЛЯ (МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ)

В общем случае необходимый К трансформации распределяется на несколько ступеней с промежуточными значениями Z, составляющими геометрическую прогрессию. Для N-ступенчатого трансформатора соотношение между соседними значениями Z равно √ степени N из К тр. Например в нашем случае для К тр. 75/50=1.5 промежуточные значения Z у техступенчатого тр-ра 3√1.5 составляют прогрессию с множителем 1,1447 получаем ряд значений: 50х1,1447=57,23; 57,23х1,1447=65,51 и 65,51х1,1447=75. Здесь 1,1447 - К трансформации каждой ступени. Волновое сопротивление каждой ступени расчитывается по формуле, приведенной выше для одноступенчатого трансформатора Z0=√Z1Z2. Они составят в нашем случае: √50х57,23=53,5; √57,23х65,51=61,23 и √ 65,51х75=70,1 Ом.


ТРАНСФОРМАТОР ИЗ ДВУХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ 1/4 λ ОТРЕЗКОВ КАБЕЛЯ 55.33 И 67.77 Ом (ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ТРАНСФОРМАТОР)

Это два последовательных трансформатора, первый трансформирует 50 Ом в сопротивление √50х75 = 61.2 Ома, второй - 61.2 Ома в 75 Ом. Здесь графики представлены в полосе вдвое шире, 200 МГц от 50 до 250 МГц. Полоса по КСВ 1,1 95 МГц и значительно шире, чем у одноступенчатого, но при тех же допусках по разбросу вероятные отклонения КСВ больше.
Слева - график для расчетных 55.33 и 67.77 Ом волновых сопротивлений ступеней, справа - для округленных 55.33 в сторону увеличения до 55.5 и 67.77 в сторону уменьшения до 67.5 Ом. При этом характеристика КСВ становится двугорбой и более устойчивой к вероятным отклонениям в пределах допусков. Это говорит лишь о том, что округлять в обратную сторону нежелательно. В сравнении графиков с одноступенчатым - видно что такой трансформатор более подвержен отколонениям КСВ из за вероятного разброса параметров кабелей.

Стык между отрезками 1/4 λ 55.33 и 67.77 Ом должен быть выполнен только пайкой.


ТРАНСФОРМАТОР ИЗ ТРЕХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ 1/4 λ ОТРЕЗКОВ КАБЕЛЯ 53.5, 61.24 и 70.1 Ом (ТРЕХСТУПЕНЧАТЫЙ ТРАНСФОРМАТОР)

Здесь К трансф. каждой ступени 3√75/50=1,1447. Промежуточные сопротивления: 50х1,1447=57,23; 57,23х1,1447=65,51. Волновые сопротивления ступеней: √50х57.23=53.5, √57.23х65.51=61.23 и √65.51х75=70,1 Ом. КСВ в кабеле ступеней √1,1447=1,07. Полоса по КСВ 1.1 148 МГц, от 72 до 220 МГц. Слева график S11 и вероятные его значения в пределах разброса по допускам для трансформатора с равным у всех ступеней К трансформации 1,1447. Кривая S11 имеет волнообразный характер подобно кривой затухания в полосе прозрачности у фильтра Чебышева.
Если уменьшить К трансформации крайних ступеней приближением их волновых сопротивлений к 50 и 75 ом соответственно ( и потому увеличением Ктр. средней ступени ), то в некоторой полосе частот будем иметь полное согласование и плоскую характеристику, подобно фильтру Баттерворта, но несколько меньшую полосу по критерию КСВ ( график справа вверху: полоса 126 МГц по КСВ 1.1, ρ секций 52.7 и 71.2 Ома).
Напротив, увеличив К трансф. крайних ступеней, можно расширить полосу рабочих частот за счет увеличения в допустимых пределах неравномерности КСВ в полосе рабочих частот ( график справа внизу: полоса по КСВ 1.1 160 МГц, ρ секций 54.3 и 69 Ом ) .


НА ГЛАВНУЮ               HitMeter.ru - счетчик посетителей сайта, бесплатная статистика