1  Введение.

Прежде всего, позвольте мне отметить, что в этом нет ничего оригинального, касательно

одного  из  моих  отдельных  Бевериджей.  Я  просто  документирую  мое  понимание  теории,

изложенной в доступных источниках, потому что есть некоторые конструктивные параметры,

которые обычно не всегда хорошо объяснены. Я также подробно опишу некоторые измерения,

которые я сделал.

Реверсивные  антенны  Бевериджа  используют  ортогональность  между  синфазными

и  дифференциальными  режимами  токов  в  двухпроводной  линии,  чтобы  обеспечить

независимый прием сигналов поступающих с обоих концов. (В этом контексте я использую

слово  «ортогональность»,  означающее  «независимость  друг  от  друга»,  а  не  в  фазовой

квадратуре). На показанной внизу схеме рассмотрим, что происходит с волной, поступающей

справа (назовем это направлением вперед). Это будут два совпадающих по фазе тока в двух

проводах, которые будут подводиться к вторичной обмотке трансформатора T1 и появляться

в средней точке. Объединенный ток образует сигнал на вторичной обмотке трансформатора 

T2. Это будет синфазный сигнал.

В  отличие  от  этого,  волна,  поступающая  слева  (реверсивное  направление)  тоже  будет

удваивать  эквивалентные  по  фазе  токи  в  двух  проводах,  которые  будут  суммироваться

на  вторичной  обмотке  отражающего  трансформатора  T3  и  появляться  в  средней  точке.

Средняя  точка  соединена  с  первичной  обмоткой  T3,  другой  конец  которой  заземлен.  В

процессе трансформации ток в первичной обмотке создает дифференциальный режим тока

во вторичной обмотке, который затем через линию поступает назад в трансформатор T1.

Поскольку полученные таким образом токи находятся в противофазе, они будут создавать

сигнал на первичной обмотке T1. Это режим дифференциального сигнала.

Таким образом, сигналы, поступающие справа и слева, поступают раздельно, на контакты

обычного и дифференциального режимов соответственно.

2  Уровни нужных сигналов.

2.1 Вперед.

Мало  что  существенно  может  уменьшить  уровень  принимаемого  сигнала.  Затухание  в

линии вместе с потерями являются незначительными, а плохая проводимость почвы на конце

нагрузки  может уменьшить сигнал на 1 или 2 дБ, т.к. потери в земле образуют делитель 

потенциала с синфазными характеристиками импеданса.

2.2 Реверс.

Уровень сигнала в обратном направлении будет больше зависеть от затухания в линии, по

сравнению с направлением вперед, т.к. сигнал должен пройти по линии дважды. Любые потери

в заземлении отражающего трансформатора образуют делитель напряжения с синфазным

импедансом линии и тоже могут повлиять на потери в сигнале.

3  Уровни нежелательных сигналов.

3.1 Сигналы реверсивного направления,  поступающие на синфазный порт (соотношение

вперед/назад).

Соотношение вперед/назад может быть ухудшено из-за следующих факторов реализации:

•  Несовершенный баланс настройки в обмотках трансформаторов T1 или T3

•  Неправильный коэффициент трансформации в отражающем трансформаторе T3

•  Некомпенсированное  сопротивление  потерь  в  земляном  контакте  отражающего

трансформатора T3.

•  Несовершенное подавление дифференциального режима

•  Неэквивалентное состояние между каждым проводом двухпроводной линии.

3.1.1  Несовершенный баланс настройки.

Это не должно быть проблемой на 1.8 МГц с трансформатором, намотанным на ферритовых

бинокулярах.  Мои  трансформаторы  намотаны  на  сердечниках  FairRite  2873000202    и

имеют  баланс  настройки  более  чем  30  Дб.  Скриншоты  внизу  показывают  мои  измерения

трансформаторов.

3.1.5  Получение неодинаковых сигналов между проводами.

Если реверсная волна имеет неодинаковые сигналы в двух проводах, на это отреагирует компонент

дифференциального режима. Это будет преобразовано в режим синфазного сигнала отражающим

трансформатором и появится на синфазном входе, что ухудшит прямое соотношение вперед/назад.

Для горизонтально расположенных, одинаковых линий, получаемый сигнал должен быть везде

одинаковым. Даже для вертикально расположенных проводов, при условии, что расстояние между

ними мало по сравнению с высотой над землей, я бы ожидал очень маленькую разницу. Разница в 1

дБ будет достаточно большой, что будет создавать нежелательный сигнал на  20 дБ ниже в прямом

направлении в режиме синфазного включения.

3.2  Сигналы в прямом направлении в режиме дифференциального входа (соотношения вперед/

назад для реверсного режима).

Существуют две возможные причины, которые могут ухудшать реверс соотношения вперед/назад:

•  Некорректное подавление режима синфазного входа

•  Некачественный баланс витков между обмотками трансформатора T1

3.2.1  Некорректное подавление режима синфазного входа.

Если возникает рассогласование на этом входе, сигналы, поступающие из прямого направления,

из-за синфазных токов будут возвращаться обратно по линии. Они будут преобразованы отражающим

трансформатором в дифференциальный режим, вернутся обратно в линию и создадут нежелательные

сигналы на входе дифференциального режима. В общей сложности, в этом механизме задействованы

три траверсные линии и две отражающие. Первое отражение, это то, что не должно иметь место.

3.2.2  Плохая настройка баланса.

Это не должно быть проблемой и обсуждалось в 3.1.1.

3.3     Другие нежелательные механизмы свзи.

3.3.1  Связь с другими структурами.

Единственной другой структурой, близкой к  моему двухпроводному Бевериджу, это проволочное

ограждение  с  гальваническим  покрытием.  В  начале  моего  проекта  я  не  был  уверен  в  величине

сигналаитуде от эффекта наличия ограждения, а мнения пользователей антенны на этот счет  были

разными. Некоторые экспериментаторы утверждали, что влияние ограждения будет незначительным

и, я надеялся, что так будет и в моем случае.

Когда  мои  первоначальные  измерения  соотношения  вперед/назад  оказались  хуже

удовлетворительных,  я  начал  исследовать  этот  вопрос  дальше.  Подробней  об  этом  смотрите  в

разделе измерений

4  Мои варианты конструкций.

4.1  Провода антенны и поддержка – первоначальная конструкция.

Высота пары 1.2м над землей, расстояние  между ними 180 мм. Диаметр провода 0.6 мм.

Соотношение  импедансов  2.2:1,  что  близко  к  нужному  значению  2.25:1,  получено  с  помощью

соотношения витков в отражающем трансформаторе как 3:2.

К сожалению, я забыл учесть неизбежные потери сопротивления, включенного последовательно

с  заземленной  обмоткой  отражающего  трансформатора.  Предполагая,  что  сопротивление  потерь

приблизительно 80 Ом, соотношение витков должно быть более 1.7:1, по сравнению с  1.5:1.

4.2  Модернизированнная  конструкция антенны для повышенной высоты.

После неожиданных результатов, связанных с потерями в синфазной передаче и обнаружении

плохого  соотношения  вперед/назад,  я  решил  увеличить  высоту  проводов  до  2.5м  над  землей.

Это  было  сделано  с  помощью  легких  бамбуковых  палок  длиной  1.5м,  вставленных  в  отверстия

поддерживающих сетку ограждения столбов.

На высоте 2.5 м полное сопротивление теоретически равно Zcom   =390 Ом.  Удобно, что это наиболее

согласовано  в  трансформаторе  с  соотношением  2.25:1,  где  вероятно  уже  учтено  сопротивление

потерь в земле.

4.3  Питание и коммутация.

Трансформаторы T1 и T2 обычно находятся в синфазном и дифференциальном режиме, а реле RL1

переключает между ними выход. Реле RL1 управляется по коаксиальному кабелю. При напряжении,

равном нулю, будет включено направление вперед, а при подаче +12В, назад. Неактивная обмотка в

каждом случае включена на согласованную нагрузку. В трансформаторах без потерь, нагрузки будут

иметь сопротивление 82 Ом, но бинокулярные сердечники с высокой проницаемостью будут иметь

существенные параллельные резистивные потери порядка 500 Ом. Поэтому величина резисторов R1

и R2 была увеличена, чтобы суммарное параллельное сопротивление было порядка 82 Ом.

4.4  Отражающий трансформатор.

Схема  отражающего  трансформатора  показана  ниже.  Трансформатор  T1  имеет  коэффициент

трансформации  2.25:1.  Он  собирает  синфазные  токи,  поступающие  в  реверсном  направлении

Бевериджа, согласует импеданс линии синфазного режима с импедансом линии дифференциального

режима  и  повторно  запускает  сигнал  в  дифференциальный  режим.  Назначение  резистора  R1  -

добавление маленькой шунтирующей нагрузки в импеданс трансформированного дифференциального

режима. Полученное таким образом сопротивление добавлено к измеренному сопротивлению земли,

равному  импедансу  линии  синфазного  режима  и  в  результате  минимизирует  отражение  в  этом

режиме. Если этого не сделать, то возникшая ошибка будет такой, как описано в  3.1.3.

Добавление  резистора  R1  действительно  приводит  к  небольшой  потере,  в  районе  1дБ.

Альтернативными  способами  компенсации  сопротивления  земли  является  небольшое  изменение

соотношения витков или добавление второго трансформатора. На практике, изменить коэффициент

трансформации будет нелегко, так как нужно будет намотать 3.5 витка. Я с осторожностью отношусь к

намотке половины витка в бинокулярных сердечниках, так как из-за этого может быть нарушен баланс.

Добавление второго трансформатора скорей всего приведет к аналогичной потере, т.к .используемые

сердечники с высокой проницаемостью имеют раздвоенное параллельное сопротивление.

Позже, при увеличении высоты антенны, резистор R1 был убран, т.к. полученное согласование в

одном отражающем трансформаторе было достаточно близкое.

5  Сделанные измерения.

Первые  измерения  были  сделаны  с  помощью  N2PK  Vector  Network  Analyser  (VNA),  который

сканировал от  1.4 до 2.4 МГц.

5.1  Импеданс линии дифференциального режима.

Для этого измерения VNA использовался в режиме отражения, через соединяющий трансформатор

с коэффициентом трансформации 9:1 и 2-х проводной линией. Резистор 1 кОм был присоединен к

дальнему концу линии и настроен по лучшему импедансу. Ниже, на рисунке 2  показан несогласованный

вариант. На частотной развертке хорошо видны большие изменения в реальной и мнимой частях

импеданса.

Полностью статью читайте в журнале "Мир радиоволн" №3 2015г