Трап из коаксиального кабеля наиболее практичен для самостоятельного
изготовления. Он сочетает хорошие параметры, конструктивную простоту и
низкую стоимость. Принцип очень прост: если намотать катушку трапа
оплеткой коаксиального кабеля, а в качестве конденсатора использовать
емкость между центральной жилой и оплёткой, то получится параллельный LC
контур
Несмотря на кажущуюся очевидность идеи, трап из коаксиального кабеля
известен относительно недавно. Его описал R. Johns (W3JIP) лишь в 1981
году.
Достоинствами трапа из коаксиального кабеля являются:
Низкая стоимость. Требуется лишь несколько метров кабеля.
Высокое пробивное напряжение. Так широко распространенный кабель RG58
(внешний диаметр 5 мм) выдерживает амплитуду до 2,5 кВ (в справочниках
приводится цифра эффективного напряжения, которое в 1,4 раза меньше
амплитудного).
Легко достичь оптимального по добротности отношения длины катушки к её диаметру – 0,45.
Удобство подстройки. Растяжением-сжатием витков катушки.
Недостатки тоже есть, как же без них:
Конструкция открыта и нуждается в защите от осадков. В случае
проволочной антенны такой защитой может быть пластиковая бутылка,
разрезанная вдоль боковой стороны и надетая на трап.
При заданной частоте нельзя получить произвольное соотношение L и С
трапа, т.к. оно определяется конструкцией катушки и волновым
сопротивлением используемого кабеля и может быть изменено лишь
незначительно при изменении диаметра трапа
Можно использовать только кабели со сплошной внутренней изоляцией.
Вспененный диэлектрик, часто применяемый в кабелях с малыми потерями, в
данном случае использовать не желательно. Он ограничивает радиус изгиба
кабеля и сильно снижает его пробивное напряжение.
Не очень высокая холостая добротность Q = 100…300. Зависит от толщины и
потерь используемого кабеля. Например, коаксиальный трап по схеме рис.
5.3.8 из кабеля RG58 на частоте 7 МГц имеет Q = 140. Такой же трап из
более толстого кабеля SKB-89 (75 Ом, диаметр 7 мм, вспененный
диэлектрик) имеет Q = 220.
При использовании кабелей 50 и 75 Ом реактивное сопротивление jX катушки
трапа на резонансе не превышает 200 Ом (типично 100..150). А это
слишком мало для получения высокого сопротивления трапа на резонансе R.
Особенно учитывая далеко не рекордную добротность коаксиального трапа.
Для преодоления последнего недостатка используют схему включения, показанную ниже Катушка в этом трапе состоит из двух: первая, как и в схеме рис. 1,
намотана оплеткой, вторая – центральной жилой. Поскольку длина катушки
та же самая, а число витков увеличилось вдвое, то индуктивность
возрастает вчетверо, по сравнению со схемой рис. 1. Сложнее показать,
что емкость снижается вчетверо по сравнению с трапом рис. 1.
Поэтому просто поверьте на слово – емкость действительно снижается
вчетверо. Не желающим верить предоставляется возможность доказать это
самостоятельно (подсказка: разбейте длину кабеля трапа пополам и
разберитесь, почему емкости этих половин в данном случае включены
последовательно, а не параллельно, как на рис. 1).
Таким образом, частота трапа не меняется (L вчетверо увеличивается, С
во столько же раз уменьшается) при переходе от схемы рис 1 к рис. 2.
А как влияет этот переход на добротность? Как ни странно, тоже никак.
С одной стороны, увеличение индуктивности должно увеличивать Q катушки.
Но это при одинаковом диаметре провода во всей катушке. В данном же
случае рост индуктивности идет за счет дополнительной обмотки из
центральной жилы. А она значительно тоньше оплетки, поэтому потери в ней
заметно выше и снижают добротность. В результате выходит «то на то», и Q
трапа практически не меняется.
Таким образом, трап по схеме рис. 2 при неизменных Q и частоте имеет L и ROE вчетверо выше, чем трап по схеме рис. 1.
Коаксиальный трап по схеме рис. 1 имеет Q = 100…300 (ограничивается толщиной кабеля и его потерями) и ROE > 12…25 кОм.
Коаксиальный трап по схеме рис 2. имеет Q = 100 … 300 (ограничивается толщиной кабеля и его потерями) и ROE > 50…100 кОм.
При мощности в 100 Вт трап должен быть рассчитан (с двукратным
запасом по напряжению для надежности) на 2 кВ пикового напряжения, а при
1 кВт – на 6 кВ. Тип кабеля выбирается исходя из этих напряжений. В
паспорте кабеля обычно приводят эффективное значение максимально
допустимого напряжения. Не забывайте умножать его на 1,4, чтобы получить
пиковое значение.
Имейте также в виду, что для рис. 1 напряжение на трапе может быть
вдвое выше допустимого для кабеля, т.к. в этой схеме конденсатор трапа
состоит из двух последовательно включенных.
Для большинства кабелей с изоляцией из сплошного полиэтилена
справедлива следующая грубая оценка: кабели внешним диаметром 5 мм
пригодны для длительной и надежной работы в трапах при мощности до 100
Вт в схеме рис. 1 и до 400 Вт в схеме рис. 2, кабели диаметром 10 мм –
при 1 и 4 кВт соответственно.
Однако часто имеет смысл выбирать диаметр кабеля исходя не из
мощности, а из добротности, которая быстро растет с увеличением толщины
кабеля.
Проще всего рассчитать трап из коаксиального кабеля с помощью программы
программы VE6YP, но более удобно это сделать с помощью её
русифицированного варианта (download 30 kB). Программа не просто переведена, в её базу добавлено несколько десятков типов кабелей, в том числе производства СНГ.
Метода расчета:
Выберите из списка ваш кабель.
Если же случится, что вашего кабеля нет в списке, то его внешний диаметр
(по изоляции) и погонную емкость придется задать вручную.
Укажите требуемую частоту трапа и диаметр катушки. Подбирая последний,
добейтесь отношения длины катушки к её диаметру близкого к 0,45 (оптимум
по добротности).
При использовании схемы включения рис. 2 увеличьте рассчитанные программой значения L и jX вчетверо, а С – уменьшите вчетверо.
Хелп-файл я не переводил (более того – удалил имеющийся английский,
ибо в нем имелись принципиальные неточности, особенно, в отношение схемы
рис. 2 ), поэтому, если вам что-то окажется непонятным, воспользуйтесь
нижеприведенной картинкой. Просто наведите курсор на непонятное место –
всплывет подсказка.
DL2KQ
|