Для того, чтобы запитать заземленный вертикал (например, уже стоящую мачту) надо использовать шунтовые способы согласования. Т.е. источник мы подключаем через довольно длинный шунт. Так, чтобы на высоте подключения шунта к нашему заземленному вертикалу, импеданс последнего относительно земли был бы уже довольно ощутимым и не сажал бы собой на землю подключенный источник.
Именно так работают гамма- и омега-согласования. Для питания заземленного вертикала они хороши всем, кроме того, что шунт требуется довольно длинный. От ~5%λ для омега-согласования и от ~10%λ для гамма-согласования (цифры приблизительны, т.к. зависят от высоты вертикала и требуемой полосы).
Попробуем решить задачу создания ощутимого импеданса на заземленном отрезке без существенного увеличения высоты последнего.
В качестве первого шага возьмем самый простой и незаземленный вертикал диапазона 14 MHz высотой около 5 м. На идеальной земле получим, что его Ra ~ 33 Ом.
Вторым шагом согласуем это вертикал на 50 Ом малораспространенным способом подключения индуктивности параллельно источнику. Для этого способа вертикал пришлось слегка укоротить, чтобы в его импедансе появилась бы отрицательная реактивность (именно она вместе с параллельно подключенной катушкой образует параллельный LC-контур, повышающий R до 50 Ом):
И теперь нам остался последний шаг: из куска трубки длиной 40 см и диаметром 8 мм сделать индуктивность 1,6 uH. Просто погонная индуктивность столь короткой трубы в несколько раз меньше. Как её повысить, не разрывая трубку?
Для этого вспомним график реактивного сопротивления обычного LC- контура от частоты JX(f). При подходе снизу к частоте резонанса этот график этот график резко прыгает вверх. Следовательно, контур на этих частотах ведет себя как эквивалентная индуктивность, много большая чем индуктивность катушки контура. То есть параллельный LC-контур на частотах несколько ниже резонансной увеличивает индуктивность во много раз. Что нам и требуется.
Подключим параллельно нашей 40-ка сантиметровой трубке конденсатор. И настроим его так, чтобы контур, образуемый им и малой индуктивностью этой трубки дал бы нужную эквивалентную индуктивность:
Итак мы получили, что параллельный конденсатор 365 pF поднимает физическую индуктивность трубки 0,35 uH до эквивалентных 1,6 uH. Это обеспечивает питание и согласование заземленного вертикала при высоте шунта всего 2%λ.
Совсем упрощенно (даже я бы сказал, чрезмерно упрощенно, т.к. реальная физика дела сложнее) понять это согласование можно так: из маленького начального кусочка заземленной трубы, при помощи подключенного к ней параллельного конденсатора мы делаем трап, который на своем резонансе эквивалентен изолятору. А питание мы подключаем обычно: выше изолятора (трапа в данном случае).
Поскольку ток по всему LC контуру (нижнему отрезку трубы и шунту, в котором включен настроечный конденсатор) почти одинаков, то конденсатор удобнее включить не в средний, а в нижний провод шунта.
Достоинства такого согласования:
Короткий шунт ~2%λ (см. ниже замечания о настройке), дающий разумные размеры даже на НЧ диапазонах.
Один конденсатор.
Прямое заземление питающего кабеля по низкой частоте.
Уменьшенная (~0,22λ, см ниже замечания о настройке) высота вертикала.
Меньшая полоса. Это понятно: включение трапов в антенну всегда сужает полосу. Но полоса расширяется по мере роста высоты шунта.
Большая реактивная мощность в конденсаторе. Например, при передатчике в 100 Вт на конденсаторе будет около 310 В при реактивном токе в 10 А, т.е. 3,1 кВАр. Поэтому конденсатор должен быть воздушным и иметь хороший токосъем.
Из-за большой добротности контура и токов в нём возрастают потери. Немного, на несколько десятых dB, но возрастают.
Необходимость точной высоты вертикала. В отличие от омега согласования, тут вертикал должен быть строго определенной высоты. Его реактивность - часть согласующего устройства. По той же причине критичны диаметры вертикала и шунта с конденсатором.
Настройка на моделях делается оптимизацией по критерию КСВ, меняя высоту вертикала (провод 6 Z2 в приведенных моделях) и емкость конденсатора. Такая настройка нужна при любом изменении в модели, включая диаметры. Если получается слишком малая полоса – надо увеличивать высоту шунта.
Описанный выше способ согласования заземленного вертикала, конечно, не является панацеей, недостатков у него хватает. Тем не менее, на мой взгляд возможны ситуации, когда применение этого способа будет разумным выходом.
Bonn, 19.05.2014