اتصال کوتاه

.

.

در کنار استفاده در سامانه های تلفن همراه و مودم های بی سیم، رادیوآماتورها از آنتن های هلیکس در باند VHF و بالاتر برای دریافت و ارسال سیگنال های مخابرات فضایی مانند سیگنال ماهواره های هواشناسی و سامانه  ناوبری جهانی بهره گیری می کنند. تطبیق این آنتن ها با خط انتقال موضوع این مطلب کوتاه است. این مقاله را در پاسخ به پرسش یکی از خوانندگان تقدیم می کنم و امیدوارم در آینده در این خصوص مطالب بیشتری در این وبگاه عرضه کنم.

.

تطبیق دادن/ متصل کردن یک «آنتن فرفری 4 گیس»  (QFH = Quadrifilar Helix Antenna) به کابل خط انتقال

پیش از هر چیز بگویم که این نام "خودمانی" را من برای آنتن "کوادریفیلار هلیکس" انتخاب کردم چون هنگام خواندن اش روی زبانم نمی چرخید و تپق می زدم! بنابراین، این نامگذاری دلخواه بوده و هیچ منشاء فرهنگستانی ندارد.

این نوع آنتن دارای دو حلقه (loop) است. برای رسیدن به پلاریزاسیون حلقوی، لازم است که جریان ها در هر دو حلقه نسبت به هم اختلاف فازی برابر 90 درجه داشته باشند. فرض کنیم که ایجاد این اختلاف فاز با یک «خط فازی» (phasing line) مقدور باشد (که به چگونگی تابیدگی المان های آنتن بستگی دارد)، معمول ترین راه حل برای این نوع آنتن ها ساخت حلقه ها با ابعاد متفاوت است. این کار باعث می شود که جریان در یک سمت آنتن القایی و در سمت دیگر ظرفیتی (خازنی) شود.

حال، با فرض این که جریان در هر دو حلقه رآکتیو باشد، موازی وصل کردن آنها به هم سبب می شود که نقطه ی تغذیه (feed point)، که در بالای آنتن واقع است، در یک مقاومت اهمی نزدیک به 50 اهم قرار گیرد.

تنها مشکلِ باقی مانده این است که نقطه ی تغذیه، مانند اکثر آنتن ها، «متقارن» (symmetric) است. این بدان معناست که ما نباید یک «کابل هم محور» (کواکسیال) را، که یک خط انتقال «نامتقارن» (asymmetric) محسوب می شود، به این محل وصل کنیم. اگر به این موضوع توجه نکرده و آنتن خود را به یک کابل هم محور متصل کنیم، جریان های ناخواسته ای روی دیواره ی بیرونی زره یا شیلدِکابل برقرار خواهند شد که باعث انحراف الگوی انتشار آنتن می گردند.

برای رفع این مشکل راه های زیادی وجود دارد:

• ترانسفورماتور: یک ترانس بالون در بالای آنتن وصل شود. اما باید به یاد داشت که یک بالون ساده امپدانس را نیز تغییر می دهد و ما می خواهیم امپدانس آنتن مان روی 50 اهم باقی بماند.
• چوک: پیچیدن چند دور از کابل کواکسیال دور قسمت بالایی محور آنتن، مانند کارکرد چوک های فرکانس رادیویی یا RFC ها، عملکردی مسدودکننده خواهد داشت و مانع از گذر جریان های غلافی در کابل انتقال می شود.
• بالون بی نهایت: با وصل کردن کابل از طریق فقط یک سمت از حلقه های آنتن، یک «بالون بی نهایت» شکل می گیرد.
• پیش تقویت کننده: دیگر راه حل، راه حل «شاهانه»ی نصب یک مدار پیش تقویت کننده (preamplifier) بر بالای آنتن است. طبعاً این مدار باید برای ورودی متقارن طراحی شده باشد.

در نهایت، به سادگی با استفاده از دو حلقه، بدون پیچش ها و تاب های عجیب و غریبی که وجه مشخصه ی «آنتن های فرفری 4 گیس» هستند، الگوی انتشار (عمودیِ)  به مراتب جهتدارتری به دست می آید. البته پلاریزاسیون در نزدیکی افق، خطی می شود.

الگوی انتشار نیم کروی همه جهته (hemispheric) ی لازم، که اجازه ی دریافت سیگنال از سرتاسر افق را می دهد، تابع چند و چونِ تابیدگی زلف های این آنتن ها می باشد.

.

بالون های مسدود کننده

یک راه حل ساده برای حذف جریان های غلافی کابل، پیچیدن کابل به تعداد چند دور روی محور نگه دارنده ی آنتن است که عملکردی شبیه به سیم پیچ های مسدودکننده به نام RFC در مدارهای فرکانس بالا دارد. قطر باید تا حد ممکن کوچک باشد تا بتواند هر چه بیش تر تشعشع را کاهش دهد. تعداد دورهای این پیچش به قطر پیچش بستگی دارد، اما البته نباید از نظر دور داشت که اندوکتانس حاصل از این پیچش باید در مقایسه با امپدانس 50 اهمی مورد نظر به اندازه ی کافی بزرگ باشد که بتواند امواج غلافی را حذف کند. به منظور کاستن از طول اجزای تشعشع کننده، این سیم پیچی باید نزدیک به بالای آنتن اجرا شود. در تصویر سمت چپ یک آنتن به انضمام چوک مشاهده می شود. به جرییات اجرا دقت شود.

.

بالون بی نهایت

پرسش ها در مورد بالون بی نهایت پرشمار است.

.

.

امپدانس در بالای آنتن باید همان مقداری باشد (و بماند) که ما مایلیم در پایین هم باشد. بنابراین برای ما تغییر و تبدیل امپدانس در طول خود آنتن غیر قابل قبول است. معنای این سخن آن است که ما «باید» از کابلی با امپدانس همسان با امپدانس آنتن استفاده کنیم. به عبارت دیگر، اگر تطبیق امپدانس بین آنتن و کابل انتقال وجود نداشته باشد، یک تبدیل امپدانس یا «تراسفورماسیون» بروز خواهد کرد.

برای کار در باندهای UHF و SHF معمول ترین راه حل، استفاده از کابل کواکسیال مناسب با آنتن است. در فرکانس های پایین تر ما باید از لوله استفاده کنیم و یک کابل 50 اهمی را از درون آن عبور دهیم.

بخشی از بالون بی نهایت، در واقع زره کابل، باید به قسمت مرکز پایین آنتن وصل شود. در عمل اما، من شاهد تفاوت زیادی نبوده ام.

.

.

مطالب مرتبط:

http://etesalkootah.ir/1395/02/05/BalUn_Understand_make_Measure_Part_1

.

.