Эквивалент нагрузки. Что это? Зачем оно нужно? Опытные радиолюбители, конечно же, знают, но что делать новичкам? Меня постоянно пытают вопросами типа: «Я измерил мощность своей радиостанции, и она оказалась 3 ватта, вместо 8, так и должно быть?». В ходе беседы выясняется, что человек измерял мощность использую в качестве нагрузки антенну, чего для корректных измерений делать нельзя.
Многие не особенно задумываются о том, как пользоваться прибором который они купили на рынке. Речь о КСВ-метрах типа SWR-430 или SWR-171 и подобных, кроме того никто не читает инструкции. Собственно обо всем этом я уже рассказывал в своем видео, которое вы можете посмотреть ниже.
Любой эквивалент нагрузки представляет собой безындукционный резистор соответствующей мощности, обладающий на исследуемых частотах только активным сопротивлением. Для измерения мощности нужно использовать эквивалент нагрузки сопротивлением соответствующим волновому сопротивлению выхода радиостанции. Как правило, оно равно 50 Омам. Существуют эквиваленты нагрузки и на другие сопротивления, например 25, 75, 100 Ом и другие. Назначение у них такое же и они могу использоваться, например, для точной калибровки КСВ-метров.
Короче говоря, для корректного измерения мощности Вам нужен эквивалент нагрузки. На чем же остановить свой выбор? Герой этого обзора не является эталоном точности, но его вполне хватит для относительно точных измерений мощности в полевых условиях и он легко доступен. Речь о OPEK DL-60.
Поставляется эквивалент в блистере.
И представляет собой кусок алюминиевого профиля внутри, которого заключен мощный резистор сопротивлением 46 Ом. Почему не 50 Ом? Это вопрос к производителю. Но в дальнейшем мы с вами увидим, что это не особенно критично. Подробнее ниже.
Для соединения с аппаратурой используется разъем типа PL-259.
На торце находится маркировочная табличка говорящая нам о том, что этот эквивалент сделан в Тайване, и может рассеять долговременно до 20 Ватт, и кратковременно до 60 Ватт. Про, сопротивление, кстати, не слова.
В целом все выполнено довольно качественно и каких-либо нареканий по сборке я не нашел.
Измерения
Измерим сопротивление эквивалента по постоянному току.
Измеряем параметры эквивалента антенным анализатором AA-600.
На разных частотах.
Общий график КСВ
Данные из технической документации
Практика
Измеряем мощность радиостанции. Поскольку в группе
Для налаживания аппаратуры и контроля её состояния в процессе эксплуатации на любительской радиостанции необходим эквивалент антенны, который бы обеспечивал проведение этой работы во всей используемой частотной полосе и при полной выходной мощности передатчика (трансивера). Изготовить такое устройство в домашних условиях возможно, даже если у вас нет мощных специализированных резисторов ТВО или УНУ.
Для решения задачи обычно используют включенные параллельно резисторы МЛТ и им подобные. При мощности рассеивания каждого из резисторов 2 Вт реально сделать не требующий налаживания эквивалент антенны мощностью рассеивания несколько десятков ватт, работающий во всём KB диапазоне, т. е. вплоть до 30 МГц. Здесь ключевыми являются слова «не требующий налаживания «. Такой эквивалент с сопротивлением 50 Ом на постоянном токе заведомо не будет иметь заметных реактивных составляющих на частоте 30 МГц или иными словами, его собственный КСВ равен 1.
Однако в большинстве случаев трансиверы, используемые на любительских радиостанциях, имеют выходную мощность 100 Вт. Решение «в лоб» - увеличить число включенных параллельно
резисторов, чтобы повысить рассеиваемую мощность до этого значения, - не работает. Его верхняя рабочая частота становится заметно ниже 30 МГц. Другое естественное решение - использовать принудительное воздушное охлаждение резисторов, входящих в эквивалент антенны.
Эксперименты, проведенные испанским коротковолновиком Луисом Санчесом Пересом (EA4NH), показали, что собственный КСВ эквивалента антенны, изготовленного из резисторов малой мощности, в частотной полосе до 30 МГц будет близок к единице и при расположении этих резисторов в ряд. А такое конструктивное решение уже позволяет легко организовать их принудительное воздушное охлажение.
В своей конструкции EA4NH применил 36 резисторов сопротивлением 1800 0м с рассеиваемой мощностью 2 Вт, которые были размещены в два ряда на печатной плате (рис. 1) размерами 168×81мм. Даже с естественным охлаждением такой эквивалент антенны сопротивлением 50 Ом при расположении платы в горизонтальной плоскости уже будет рассеивать мощность около 70 Вт. Плата имеет два прямоугольных окна, в которых распаивают резисторы.
Для принудительного охлаждения автор использовал стандартные вентиляторы от компьютеров, которые крепят к плате с резисторами на стойках, как это показано на рис. 2. Вся эта конструкция размещена в прямоугольном корпусе с вентиляционными отверстиями, в котором находится ещё и источник питания вентиляторов.
По утверждению автора, такой эквивалент антенны на частоте до 30 МГц имеет собственный КСВ, равный 1 и достигающий значения 1,3 на УКВ диапазоне 2 метра. С включенными вентиляторами, в зависимости от исполнения корпуса (например, числа и площади сечения его вентиляционных отверстий), этот эквивалент может длительное время рассеивать мощность до 400 Вт.
Открытые ненастроенные антенны радиовещательных и профессиональных радиоприемных антенн. Современные профессиональные радиоприемные устройства имеют сложные антенно-фидерные устройства, включающие антенну или группу антенн, устройства согласования, симметрирования, фазирования, многократного использования антенн и соединительные (фидерные) линии. В технике радиоприема применяются антенны: направленные и ненаправленные, настроенные и ненастроенные, внутренние (встроенные) и внешние, электрические и магнитные .
Режим настроенной антенны соответствует случаю равенства резонанса антенной цепи и частоты сигнала. Данный тип антенны применяется при работе радиоприемного устройства на одной частоте, в относительно узком диапазоне частот или случае подстройки антенны на частоту принимаемого сигнала.
Режим ненастроенной антенны соответствует неравенству резонанса антенной цепи и частоты сигнала. Этот режим используется для работы радиоприемного устройства в широком диапазоне частот, в границах которого резонансная частота антенной цепи не совпадает с частотами принимаемых сигналов. Сопротивление антенны в широком диапазоне частот имеет сложную зависимость, так как антенна имеет распределенные параметры.
При проектировании входной цепи радиоприемного устройства используется эквивалентная модель антенны в виде упрощенного представления ее в виде эквивалента антенны. В узком диапазоне частот эквивалент антенны представляется простой цепью с сосредоточенными параметрами (рис. 4.2, а ) . На рис. 4.2, б представлена эквивалентная схема, используемая при испытаниях радиовещательных приемников (ГОСТ 9783-71). Для диапазона ДВ и СВ эквивалент антенны упрощен (рис. 4.2, в ). Эквивалент антенны в КВ и УКВ в узком диапазоне (рис. 4.2, г и д ). Эквивалент антенны для рамочной или ферритовой антенны имеет вид (рис. 4.2, е ).
Комплексное сопротивление эквивалента антенны (рис. 4.2, б ), используемого на рабочей частоте настройки для радиовещательных приемников для активной и реактивной составляющих, имеет вид
, (4.3)
где 
кГц;
– частота настройки радиоприемного устройства в кГц.
Рис. 4.2 - Эквиваленты антенн радиоприемных устройств
В диапазонах длинных и коротких волн эквивалент антенны может быть упрощен за счет пренебрежения значениями индуктивности или емкостей. Упрощенные эквиваленты антенн представлены на рис. 4.2, а , в , г – е .
Радиовещательные приемные устройства работают с открытыми комнатными антеннами, действующая высота которых не превышает пяти метров (рис. 4.3, а ). Радиоприемные устройства, установленные на движущихся средствах (автомобилях, поездах), используют антенну в виде вертикального штыря длиной 1,5 м (рис. 4.3, б ) .
Рис. 4.3 - Эквиваленты комнатной (а) и автомобильной (б) антенны для диапазона длинных и средних волн
Значение э.д.с. Е А эквивалентного генератора зависит от напряженности электрической составляющей поля, наводимого возле антенны, определяется выражением
(4.4)
где h Д – действующая высота антенны.
Величина действующей высоты открытой антенны, если длина волны l С в три и более раз больше длины волны l 0А антенны, определяется выражением
, (4.5)
где h – геометрическая высота антенны, м;
l – полная геометрическая длина антенны, м.
Для симметричного вибратора действующая высота равна половине геометрической длины вибратора
h Д = l. (4.6)
Для симметричного полуволнового вибратора действующая высота определяется
Для вертикальной антенны, у которой отсутствует горизонтальная часть, действующая высота равна половине геометрической высоты .
Действующая высота заземленной антенны типа «наклонный луч» определяется выражением
, (4.8)
где a – угол, образуемый антенной с вертикалью к поверхности Земли.
Диапазонные направленные коротковолновые антенны профессиональных приемников . К этой категории относятся антенны бегущей волны, ромбические, полуромбические V-образные наклонные, многовибраторные синфазные антенны. Особенностью этих антенн является их высокая диаграмма направленности и несущественное изменение в широком диапазоне частот активного и реактивного сопротивления антенны. Как правило, в границах рабочего, входное сопротивление антенны является активным, так как эти антенны нагружаются на чисто активное сопротивление, равное их волновому сопротивлению. Это условие необходимо для обеспечения в антенне режима бегущей волны. В зависимости от конструктивного исполнения входное сопротивление антенны бегущей волны имеет значение 200 – 400 Ом, ромбической – от 400 – 600 Ом, полуромбической – от 400 – 500 Ом, наклонной V-образной антенны - 300 Ом. Антенны соединяются с приемниками согласованными симметричными фидерными линиями с волновым сопротивлением r Ф, равным входному сопротивлению антенны. Эквивалентом антенно-фидерной системы в этом случае будет активное сопротивление r Ф, с которым должен быть согласован вход первого каскада приемника.
Настроенные коротковолновые и ультракоротковолновые антенны профессиональных и радиовещательных приемников . Настроенные коротковолновые и ультракоротковолновые антенны предназначены для работы на фиксированной частоте. Простейшим типом настроенной антенны является вертикальный или горизонтальный симметричный полуволновой вибратор (диполь). Конструктивно симметричный полуволновой вибратор представляет собой отрезок провода или металлической трубки соответствующей длины с разрывом в центре. Диполь обладает направленным действием. Характеристика направленности диполя в плоскости, проходящей через ось, имеет в полярных координатах вид восьмерки с максимумами приема в направлениях, перпендикулярных оси диполя, и с минимумами приема вдоль оси. Входное сопротивление симметричного полуволнового вибратора чисто активно и равно 70 – 80 Ом (расчетное сопротивление 73,3 Ом). Вибратор соединяется с радиоприемным устройством коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 73 Ом. Наряду с симметричным полуволновым вибратором в диапазоне ультракоротких и метровых волн применяются настроенные петлевые и шунтовые вибраторы, имеющие чисто активное сопротивление R А от 300 – 400 Ом. Эти вибраторы соединяются с радиоприемным устройством симметричными коаксиальными кабелями с волновым сопротивлением, равным сопротивлению R А вибратора. Значение r Ф и будет эквивалентом антенно-фидерной системы этих антенн.
Для различных климатических условий параметры эквивалентной модели могут изменяться. Для радиовещательных приемников эта величина может достигать 50 процентов. При реализации сильной связи входной цепи с антенной это вызывает значительное изменение емкости антенны.
