Заземление

Системы заземления в Ham Shack — парадигмы, факты и заблуждения

На протяжении многих лет автор слышал проблемы от коллег-радиолюбителей по радио и даже в личных сообщениях о том, как они могут организовать и внедрить хорошую и эффективную систему заземления без радиочастотных помех (RFI) в своём ham shack. Некоторые из этих проблем, являются параллельными тем же проблемам, с которыми и он столкнулся в первые годы своего увлечения.

Большинству новых радиолюбителей, работавших в основном в диапазонах VHF и UHF, работа нравилась до тех пор, пока они не перешли на диапазоны HF, и сразу же возникли проблемы. Когда они в первый раз нажали PTT и начали говорить перед микрофоном, всё активное оборудование в the shack вышло из строя. Панельные счётчики сошли с ума, вольтметр источника питания прыгал вверх и вниз, и, если ему не повезло, он, возможно, получил свой первый укус в микрофон, который застал его врасплох, если корпус базового микрофона был металлическим.

Организация эффективной системы заземления в ham shack требует от оператора радиолюбителя решения двух основных аспектов заземления. Это:

Первое — Соблюдение правил электробезопасности (система электрического заземления) и
Второе — Работа с RFI в the shack (система радиочастотного заземления).

В целом, большинство новичков в радиолюбительском шэке соблюдают первый аспект в контексте электробезопасности, но часто пренебрегают аспектом уменьшения избыточного присутствия радиочастотной энергии внутри шэка. Многие считают, что соблюдения хороших рекомендаций по электробезопасности достаточно, чтобы устранить другие проблемы при эксплуатации. Хотя это утверждение кажется верным, на самом деле оно ошибочное. Ниже перечислены некоторые из проблемных признаков и симптомов плохого радиочастотного заземления в the shack, которые снижают качество и удовлетворенность работой оборудования ham radio:

Укусы микрофона (неприятный радиочастотный шок!)
Грубая и / или нечёткая модуляция звука (искажение)
Неисправность электронного ключа (отправка неправильных символов)
Радиочастотный шок при прикосновении к металлическим предметам внутри Ham shack
Перебои в подаче электроэнергии (регулируемый источник питания становится нерегулируемым!)
Сумасшедшие показания счётчика КСВ
Настольный компьютер сходит с ума
Дрожание монитора настольного компьютера
Мерцание люминесцентной лампы
Схема активного TTL-переключателя сходит с ума (включается-ВЫКЛЮЧАЕТСЯ-ВКЛЮЧАЕТСЯ сама по себе)
Неактивные панельные счётчики отдельного оборудования перемещаются самостоятельно
При передаче через усиленный динамик настольного ПК слышен искажённый звук.
Сильные радиочастотные помехи (RFI) для бытовой техники в непосредственной близости от Ham shack.

Всё вышеперечисленное является основными признаками присутствия высоких радиочастотных напряжений в непосредственной близости от ham shack, когда передатчик активен. И всё это объясняется плохим радиочастотным заземлением. Все проводящие объекты будут поглощать радиочастотную энергию за счёт соединения и будут излучать её повторно. Кто-то может сказать: “Но у меня уже есть очень хорошее электрическое заземление!”….. Факт? Или ошибочность?

Если вы столкнулись с какой-либо из вышеперечисленных проблем в shack, знчит вы страдаете от множества проблем с заземлением и незаземлением в ham shack. Давайте проанализируем некоторые сценарии систем заземления, которые обычно соответствуют требованиям электробезопасности, но являются плохими системами радиочастотного заземления. Представлена антология простого сценария и наихудшего варианта, а также возможные проблемы, которые могут возникнуть в случае включения передатчика.

Сценарий 1 (парадигма простого случая)

Этот оператор ham был аккуратным парнем. Однажды он, наконец, убедил xyl позволить ему установить собственный радиошэк вдали от любопытных глаз и зудящих пальцев семейных ребятишек. И вот он построил свою собственную радиорубку на первом этаже дома QTH. Он расставил своё оборудование и соорудил хорошую электрическую систему заземления, протянув толстый медный провод длиной около 3 метров сразу за аккуратно выстроенным оборудованием станции. Он решил проложить провод заземления прямо, чтобы к каждому заземляющему выступу оборудования можно было подсоединить короткий гибкий провод заземления для выхода к шине заземления. Он проделал это со всем оборудованием станции с очень аккуратным подключением, чтобы отдельные провода заземления не перепутались. Оставшаяся длина шины заземления была выведена наружу к заземляющему стержню с эффективным приводом, расположенному снаружи, у стены радиорубки. Эта схема заземления выглядела так, как показано на рис. 1.

Когда всё было в порядке, он включил 100-ваттный трансивер и начал передачу в режиме J3E, вызвав другую станцию на частоте 7,035 МГц. К его удивлению, оператор станции на другом конце ответил и сообщил ему, что его сигнал был S9, но звук был искажённым, грубым и нечётким. Дальнейшая настройка регуляторов усиления ALC и микрофона не решила проблему. Далее он заметил, что при снижении мощности ВЧ до 50 Вт PEP проблема исчезла.

Но когда он включил свой линейный усилитель на мощность 250 Вт, проблема вернулась и стала ещё хуже. Две станции потратили почти два часа на настройку “этого” и “того», но, увы, безрезультатно. Как раз в тот момент, когда наш добрый и аккуратный коллега хэм собирался уходить на отдых после тяжёлого рабочего дня, третий хэм, который наблюдал за упражнениями, подключился к частоте, а затем вежливо сказал: “Возможно, вы страдаете от “ПЛОХОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ” …. Проблемный ham ответил: “Что?… У меня идеальная система заземления”. Затем он описал свою новую и аккуратно подключенную установку заземления ”…. «Хммм …» — сказал третий хэм. — “Возможно, у вас КОНТУРЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ! ”… Затем он продолжил объяснять почему. В ходе длительного обмена QSO проблемный хэм узнал следующее:

Контуры заземления образуются, когда отдельные провода заземления каждого оборудования соединены:

Контуры заземления образуются, когда отдельные провода заземления каждого оборудования подключаются к основной шине заземления в точке, удалённой друг от друга (см. рис. 1).
Оборудование отдельных станций уже имеет свою собственную привязку к земле, но когда они соединены между собой, заземление каждого оборудования к главной шине заземления, как показано на рис. 1, создает КОНТУРЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ. Каждый раз, когда создаётся контур заземления, формируется небольшая индуктивная катушка (провод заземления завершает контур).
Когда контуры заземления находятся в ближнем поле радиочастотной энергии (в режиме передачи), эти контуры подключаются к радиочастотной энергии (так называемая радиочастотная связь). Поскольку радиочастотная энергия подключается к каждому контуру, генерируется колебательное напряжение в унисон с импульсной звуковой модуляцией радиочастотной энергии. Эта энергия будет течь внутри системы и стремиться к наименьшему сопротивлению, следуя по связанным цепям и в конечном итоге проникая в другие внутренние цепи.
Как только радиочастотный сигнал окажется внутри этих цепей, он будет мешать нормальным рабочим параметрам чувствительных цепей, создавая тем самым хаос. Радиочастотный отвод, выходящий из длинных соединительных коаксиальных кабелей, также может протекать внутри каждого контура, насыщая радиочастотной энергией всю хижину.
В его новом ham shack отличная электрическая система заземления постоянного тока, но ОЧЕНЬ ПЛОХАЯ СИСТЕМА радиочастотного ЗАЗЕМЛЕНИЯ!

Наконец, предложено ему попробовать следующее:

Демонтируйте существующую конфигурацию проводов заземления.
Отсоедините длинную шину заземления и соедините все провода заземления от каждого оборудования в одной точке рядом с вашим стержнем заземления.

Проблемный ham быстро нацарапал на листе бумаги проводку, которая выглядела как схема, показанная на рис. 2.

Они оба согласились с изменениями и пообещали связаться друг с другом в одно и тоже время на следующий день.

На следующий день после контакта проблемный ham позвал коллегу и получил немедленный ответ. «Привет, старина», — сказал коллега, — «У тебя прекрасный сигнал, чистый и сильный»! После короткой паузы пришёл ответ… «Да, спасибо»! Они обменялись продолжительным приятным QSO и, наконец, расстались. Проблема со звуком была решена.

Сценарий 2 (парадигма наихудшего случая) — Незаземленное заземление

Однажды, во время следующих нескольких сеансов «rag-chew» на той же полосе, к QSO присоединилась третья станция. Его сигнал был сильным, но звук также был тонким, нечётким и искажался каждый раз, когда он повышал голос перед микрофоном. Радиосвязь была повсюду в ham shack. Он сказал, что каждый раз, когда он говорит в микрофон, стрелка вольтметра его регулируемого источника питания прыгает вверх и вниз. Экран его компьютера становился нечётким, а губы кусались от удара электрическим током, стоило им коснуться металлического корпуса микрофона. Однажды ночью, во время работы с DX QSO, его XYL пришла в shack, чтобы поцеловать его на ночь. Святая корова! И она, и он получили лёгкий удар током в тот момент, когда её губы коснулись мочки его уха! Кроме того, во время ранних вечерних сеансов QSO ему несколько раз угрожали камнями приличного размера, которые падали и скатывались с крыши его дома, очевидно, брошенные близкими соседями, раздражёнными RFI, в их телевизорах, стереосистемах и радиоприемниках. Каждый раз, когда он выходил в эфир, по их радиоприёмникам раздавался голос его Дональда дака.

Он сказал, что молча наблюдал (просто читал почту, так сказать) за предыдущим упражнением (в сценарии 1), но не потрудился вмешаться, чтобы не сорвать лекцию в прямом эфире. Тем не менее, он сказал, что дословно следовал предыдущему совету по радиосвязи, но всё же его станция страдала от серьёзной проблемы с RFI в shack. После описания своей установки заземления ему сказали: «Ага! У вас незаземлённое заземление”! В ответ третий хэм быстро спросил: «Что?… Но у меня есть заземление»! Слушая тем временем удивлённого хэма, автор нарисовал в уме описанную установку. У этого хэма хижина была установлена на втором этаже дома. Единственный тяжёлый провод заземления был довольно длинным и тянулся по диагонали до стержня заземления, который находился на глубине 30 футов в дальнем внешнем углу первого этажа. Его система заземления выглядела так, как показано на рис. 3 ниже:

В следующем “over”, “нам потребуется довольно много времени, чтобы обсудить причину, по которой у вас незаземлённая система заземления. Предлагаю быстро отправить вам электронное письмо ”….. Когда оно придёт, пожалуйста, внимательно прочитайте и поймите пояснения …. Спросили его адрес электронной почты, а затем сказали 73….

Обеспокоенный хэм действительно получил долгожданное электронное письмо. Подобно фыркающему быку, он быстро извлёк прикреплённый документ и начал читать содержимое. Прикрепленный документ гласил:

Уважаемый обеспокоенный ham,
В дополнение к нашему предыдущему ответу на вопросы, настоящим, пожалуйста, прочтите и поймите объяснение, почему ваша установка заземления НЕ ЗАЗЕМЛЕНА! Чтобы понять почему, пожалуйста, изучите чертёж его электрической эквивалентной схемы, как показано на рис. 4 ниже:

Далее продолжил ……
Длина вашего провода заземления составляет 30 футов (9,1 метра); эта длина очень близка к четверти длины волны при частоте 7 МГц. Когда вы начнёте передачу на этой частоте, настройка вашего передатчика и антенная система создадут изображение стоячей волны по всей длине этого провода. Это происходит благодаря высокочастотному напряжению, возникающему из-за резонанса. Если длинный провод заземления имеет длину волны в ¼ длины волны на частоте передачи, этот провод будет резонировать и действовать как излучающий элемент. Если длина провода заземления составляет менее четверти длины волны, это будет проявляться в виде индуктивного сопротивления, значение которого равно “Нулю” (точка “А”) в точке заземления и “Высокому” в точке заземления цепи оборудования (см. рис. 4, точка “В”).

Если длина волны провода составляет ровно ¼ длины волны частоты передачи, провод заземления будет действовать как резонансный LC-контур с очень высоким сопротивлением в верхней части (точка “B” на рис. 4). Это реактивное сопротивление будет выглядеть как сопротивление (называемое импедансом), препятствующее протеканию высокочастотного тока на землю, в результате чего обратное заземление всего станционного оборудования будет плавать над землей, как будто провода заземления там нет (или в качестве изолятора на RF). Поскольку один конец провода ведёт непосредственно к заземлению (нулевой импеданс), из этого следует, что вершина этого провода (в точке заземления цепи оборудования, обозначенной как “B”) является точкой с высоким импедансом (High Z). Стоячая волна напряжения, возникающая в любой точке по длине этого провода на резонансной частоте, равна:

Теперь, когда мы возвращаемся к основам антенны и рассматриваем формулу мощности мистера Ома, как показано выше, напряжение, которое появляется в точке “B”, будет определяться следующими параметрами:

Мощность передающего оборудования.
Эквивалентное значение импеданса в точке “B”.
Длина провода заземления в длинах волн.
И степень утечки радиочастоты на землю, существующая во всей установке в the shack.

Для целей расчёта предположим, что имеет место утечка заземления (заземление оборудования на землю). Из-за состояния шэка (мебель, операционный стол, бетонные полы и стены и т.д. … всё это в некоторой степени касается заземления), полное сопротивление в точке “B”, например, равно 1000 Ом. Тогда индуцированное напряжение в этот момент, когда активная выходная мощность передатчика составляет 100 Вт, будет составлять:

Хммм …. Вот причина, по которой у вас ВЧ в the shack! Потому что у вас “РАДИОЧАСТОТНОЕ НЕЗАЗЕМЛЁННОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ! Привет, привет ….»

Конечно, это верно только при наличии утечки заземления. Если её нет, например, в засушливый сезон (когда влажность равна нулю) ситуация усугубится. Полное сопротивление в верхней части провода заземления увеличится где-то до 1500 Ом или около того. Следовательно, при этом условии и путём интерполяции напряжение в точке “B” вашей установки будет составлять:

Ниже (см. Таблицу 1) приведены стоячие волны напряжения, которые возникают в точке “B”, если вы используете провода заземления разной длины и если в вашем shack существуют одинаковые параметры. Значения напряжения были рассчитаны путём интерполяции с использованием коэффициента длины волны.

Мы живём в экстремальной радиочастотной среде! Вам повезло, что вы и или кто-либо из вашей семьи не носите “кардиостимулятор”. В противном случае, %$ #@#!! Вы сейчас где-то в полях амброзии! Такой уровень радиочастотного излучения поблизости от вашей хижины вызовет хаос в пределах своей досягаемости. Это повлияет на вашу собственную безопасность и на весь спектр станционного оборудования. Также обратите внимание, что всякий раз, когда вы увеличиваете мощность передачи, стоячая волна напряжения в точке “B” также увеличивается!

Конечно, приведённое выше упражнение в таблице 1 верно, если фактическое полное сопротивление в точке “B” равно 1000 Ω. Другие значения полного сопротивления дадут результат для напряжений, отличных от показанных. Любая нагрузка, подключенная на этом конце, изменит значение полного сопротивления, но соотношение напряжений между коротким и более длинным проводами останется прежним. Имейте в виду, что полное сопротивление на открытом конце провода с длиной волны ¼ составляет около 2000-3000 Ом. Приведённый выше пример основан на этих предположениях, но он приблизителен к фактическим значениям. В этих расчётах потери при передаче мощности не учитывались, чтобы упростить пример и подчеркнуть создаваемые таким образом напряжения.

Кроме того, при значительном несоответствии между импедансом точки питания антенны и линии передачи стоячая волна высокого напряжения приведёт к высокому КСВН на выходном терминале тюнера антенной системы. Эта стоячая волна усугубит ситуацию, потому что это напряжение увеличит уже существующую стоячую волну, создаваемую длинным проводом заземления. Результат катастрофический! Радиочастотные помехи повсюду …..

Рекомендации:

Переместите стержень заземления ближе к гнезду, чтобы провод заземления был как можно короче и не резонировал.
Используйте короткий провод заземления, длина которого не будет составлять четверть длины волны (или её нечётных кратных) или близко к рабочей частоте. Это также причина, по которой в руководстве по вашему трансиверу рекомендуется не использовать провод заземления такой длины!
Проложите провод заземления так, чтобы он находился вдали от телефонных линий и основной проводки дома, чтобы предотвратить передачу остаточной радиочастотной энергии.
Переместите стержень заземления и проведите провод заземления в другое место, чтобы быть как можно дальше от ближайшего соседа.
Установите импеданс вашей линии передачи равным импедансу точки питания антенны или как можно ближе к нему, чтобы уменьшить КСВН на выходной клемме тюнера (Обратите внимание: не на входной клемме тюнера! Потому что все тюнеры измеряют только КСВН на стороне приёмопередатчика)

73s …

Три дня спустя, во время следующего уик-энда rag-chew, обеспокоенный хэм снова появился на частоте. Его поблагодарили таким комментарием; Привет, старина! Ваш сигнал фантастический, с громким звуком. Кристально чистый! Что вы сделали на этот раз? После короткой паузы встревоженный ham ответил ….. Да, у меня новый друг! Кто? Спросили у него. Обеспокоенный хэм сказал …. мой близкий сосед! Большое спасибо, привет, привет! Я последовал вашим рекомендациям! Все они продолжили QSO за круглым столом и радостно обменялись заметками. Узнали, что этот хам в конце концов переместил свой провод заземления, длина которого теперь составляет всего 3 метра. Это всё ещё было немного длинновато, но дрожание источника питания исчезло, а радиочастотный переход к микрофонной цепи исчез при передаче на мощности 100 Вт. Радиолюбитель был в восторге и снова поблагодарил коллегу.

Дополнение

При работе с высокой радиочастотностью в shack нет простых ответов, но парадигмы, в приведённых выше сценариях, представили основные концепции и корректирующие решения для, казалось бы, идеальной системы заземления. Большинство новичков в радиолюбительстве забывают основные принципы радиосвязи и поведение физических объектов в ham shack при воздействии радиочастотной среды.

Забывание основных принципов и неспособность ham применять эти принципы и фундаментальные основы на реальной практике приводит к неправильному соблюдению техники безопасности, опасности воздействия высоких уровней электромагнитного излучения и разрушению оборудования и других принадлежностей станции из-за некачественных методов радиочастотного заземления.

Этот источник питания в наихудшем сценарии в конечном итоге саморазрушится из-за наличия высоких уровней радиочастотных колебаний, просачивающихся в чувствительную цепь датчика регулятора. Из-за плохого регулирования трансивер последует за вами, чтобы сказать “до свидания”. Представленные сценарии являются экстремальными примерами реального опыта работы в радиолюбительской практике.

Две парадигмы представили основные проблемы и способы решения каждой из них, чтобы уменьшить присутствие высоких уровней радиочастоты в the shack. Использовать полное устранение радиочастотных помех до нулевого уровня будет большим подвигом, если вообще возможно, но снижения радиочастотных помех до таких уровней, которые не будут создавать помех чувствительному оборудованию и цепям, достаточно для обеспечения безопасного и полного удовлетворения постоянного хобби.

Представление о том, что хорошего электрического возврата постоянного тока на землю достаточно для обеспечения безопасности в радиолюбительском шэке, является ошибочным. Это соответствовало представленным сценариям, где не рассматривались положения, уменьшающие присутствие RF в трансивере. Конечно, можно считать, что представленные решения просто уменьшают возможность подключения (контур заземления) и уменьшение стоячих волн высокого напряжения из-за использования длинных проводов заземления (незаземлённое заземление), длина которых равна или близка к четверти длины волны на рабочей частоте. Возможно, предполагается несколько вопросов, которые возникнут из уроков, извлечённых в двух представленных сценариях, а именно:

Что, если попавший в беду ветчина в сценарии 2 не сможет переместить свой стержень заземления поближе к шэку?
Какие ещё рекомендации можно предложить, если невозможно укоротить провод заземления?
Что, если RFI всё ещё сохраняется после выполнения всех корректирующих мер, рекомендованных в сценариях 1 и 2?

Это ожидаемые вопросы. Не всем любителям повезло, что их ham shack установлены на первом этаже их дома QTH. Многие из них являются так называемыми “обитателями скал”, что означает, что их хижины расположены на надземных этажах, таких как третий этаж или выше в многоквартирных домах и кондоминиумах. Таким обитателям скал может не пригодиться укорачивание проводов заземления в направлении заземления. Несмотря на эту ситуацию, всё ещё необходимо рассмотреть эффективные меры. Некоторые из них новы, а некоторые также стары, как эпоха мира радиолюбителей.

На этот раз связаться с гуру невозможно, но автор воспользуется возможностью, чтобы ответить на первые два вопроса. Есть две эффективные альтернативы. Это:

Альтернатива 1 — Противовес

Этот метод заземления также стар, как и эпоха радиолюбителей. Этот метод использовался еще в 1895 году. Он используется более эффективно при низкой проводимости заземления. Но поскольку ваша антенна сама по себе также нуждается в радиочастотном заземлении для эффективного распространения сигнала на такой большой высоте над землёй (причина этого выходит за рамки этой статьи, но, возможно, будет рассмотрена в будущем), её можно установить для выполнения двух функций. То есть для обеспечения искусственного заземления антенны, когда она поднята высоко над землёй, и для отвода радиочастотного излучения от оборудования станции. Схема представлена на рис. 5 ниже.

Давайте представим, что вы хотите работать в 4 любительских диапазонах, а именно 40, 20, 15 и 10 метров. Процедура установки приведена ниже:

Обрезайте каждый отдельный провод противовеса ровно на ¼ длины волны каждой рабочей частоты.
Подключите один конец каждой из них к единственной клемме точки заземления (см. рис. 5).
Оставьте все противоположные концы свободными и плавающими (без подключения). Для повышения эффективности протяните каждый провод радиально, подальше от оборудования станции, как показано на рис. 5. Положение и ориентация проводов, однако, не являются критичными, поэтому вы можете закрепить каждый из них на боковой стене жилого дома (конечно, вам придётся изолировать концы с помощью небольших изоляторов-яичек). Другой вариант — просто позволить каждому проводу свисать вниз, но провода всё равно должны быть разведены. Как вы это сделаете, будет зависеть от вашего богатого воображения.
Теперь поищите самый длинный провод (возможно, 40-метровую ленту длиной ¼ l), который может дотянуться до стержня заземления, и обозначьте его как ваше электрическое заземление. Идея состоит в том, чтобы использовать этот провод для подключения к заземляющему стержню через рубильник. Когда вы управляете станцией, рубильник должен быть в разомкнутом положении. Но когда вы прекращаете работу и по соображениям безопасности вы должны обеспечить электрическое заземление. Сбегайте вниз и замкните выключатель. Однако помните, что этот выключатель следует всегда размыкать, когда вы подключаетесь к станции.

Принцип противовеса – в старые времена это хитроумное устройство использовалось для комплектации так называемой “антенны Маркони”, которая, по сути, представляет собой четвертьволновую антенну. Для обеспечения резонанса, надлежащего согласования и эффективных излучающих свойств в схему антенны добавляется четвертьволновой элемент. Это похоже на современную радиальную систему, которая устанавливается в четвертьволновых и 5/8-волновых антеннах, расположенных над землёй. Мы можем использовать ту же технику для защиты радиочастотного оборудования станции. Электрическая эквивалентная схема показана на рис. 6 ниже:

Противовесом, по сути, является искусственное заземление. Один конец диапазона в четверть длины волны подключен к цепи заземления системы (радиочастотного генератора или передатчика), а другой конец оставлен плавающим. Когда радиочастотный генератор активен, в этом проводе создается изображение сигнала и индуцируется стоячая волна напряжения. Величина этого напряжения аналогична величине антенны с длиной волны в четверть длины волны в различных точках по ее длине. Открытый конец этого провода имеет высокое сопротивление (см. теорию антенны), в то время как противоположный конец, подключенный к цепи заземления генератора, равен нулю. Отсюда следует, что напряжение на стороне генератора равно нулю (заземление цепи), а на открытом конце — высокое напряжение.
Обратите внимание, что точка высокого радиочастотного напряжения теперь противоположна точкам напряжения, полученным в случае сценария 2 (см. рис. 4). Благодаря преимуществам этой характеристики использование противовеса отводит высокое напряжение от оборудования станции. Если у каждого рабочего диапазона есть свой отдельный противовес, то каждый соответствующий противовес будет функционировать при смене рабочего диапазона, обеспечивая многополосную работу и предотвращая серьёзные радиочастотные помехи в shack.
ВНИМАНИЕ! —- Провода противовеса будут излучать радиочастотную энергию. Убедитесь, что концы ни одного из проводов не проходят рядом с бытовой техникой в вашем доме и / или рядом с вашими ближайшими соседями.

Альтернатива 2 — Система заземления с радиочастотным подавлением

Это современная версия оригинального устройства, разработанного и представленного несколькими радиолюбителями в последние годы (2003 г). Эта система заземления отвечает требованиям как к электрическому заземлению, так и к радиочастотному заземлению у радиолюбителей. Устройство предназначено для использования с длинными проводами заземления. В устройстве заземления используется коаксиальная линия, где провод заземления закрыт экраном, таким как линия передачи RG-8, для предотвращения накопления стоячей волны высокого напряжения вблизи оборудования станции. Эта линия заземления не чувствительна к длине и может использоваться без проблем на любой длине. Это защитит радиочастотный канал от попадания в Ham Shack. Схема подключения этой практичной системы заземления показана на рис. 7 ниже:

Установка радиочастотного подавителя – Удалите существующий провод заземления и замените его коаксиальной линией передачи RG-8 длиной, достаточной, чтобы дотянуться до стержня заземления и войти в гнездо для подключения к шине заземления. С одного конца закоротите (припаяйте) коаксиальный экран к центральному проводу RG-8, а оставшийся хвостовик соедините (припаяйте) к короткому толстому сплошному медному проводу, чтобы добраться до стержня заземления (см. рис. 7). На другом конце снимите коаксиальный кабель, чтобы обнажить центральный проводник, и снимите часть его экрана. Подключите центральный провод к цепи заземления оборудования. Оставьте коаксиальный экран открытым на этом конце, но подключите керамический дисковый конденсатор (обозначен как C1 = 0,001 — 0,1 мкФ / I Киловольт). Один вывод этого конденсатора подключен к коаксиальному экрану, а другой — к центральному проводнику (см. рис. 7). Система заземления радиочастотного подавителя теперь завершена.

Конечно, значение конденсатора выбирается в зависимости от самой низкой рабочей полосы частот и длины коаксиального кабеля. Правильное значение выбирается до тех пор, пока ВЧ не исчезнет в shack (на самой низкой полосе частот). Или когда ваши губы не обжигает и вас не бьёт током (при прикосновении к металлическому корпусу микрофона) во время разговора или передачи. Однако ВЫ ДОЛЖНЫ ИСПОЛЬЗОВАТЬ КОНДЕНСАТОР ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, минимум около 1 кВ, но чем выше, тем лучше. В противном случае, ZAPPP!!!, этот конденсатор взорвётся, если на этой клемме мгновенно возникнет стоячая волна высокого напряжения напряжением не менее 500 Вольт.

Схема, показанная на рис. 7, представляет собой эффективную схему радиочастотного заземления. Шэк автора находится на втором этаже и использует ту же систему заземления, которая используется с 1989 года, без радиочастотного сигнала в хижине, даже когда используется линейный усилитель мощностью 1 кВт. DU1FLA/ Estoy использует ту же систему заземления. Мы использовали конденсатор 0,01 мкФ / 1 кВ для C1.

Принцип работы системы заземления с радиочастотным подавлением – При проверке (см. рис. 7) провод заземления надёжно защищён коаксиальным экраном, поэтому в этом проводе не может образовываться стоячая волна высокого напряжения. Однако, поскольку экран открыт и плавает, на внешней поверхности коаксиального экрана появится стоячая волна высокого напряжения. Это напряжение равно нулю на закороченном конце (клемма стержня заземления) и высокое на открытом конце.

Когда вы подключаете конденсатор между высоковольтным концом коаксиального экрана и центральным проводником (см. рис. 7), полное сопротивление этого конденсатора очень низкое на рабочей частоте, таким образом, он действует как низкоомная нагрузка (благодаря своему низкому реактивному сопротивлению = Z в Омах) между экраном и центральным проводником. Радиочастотный ток будет легко протекать через этот конденсатор и отводиться к центральному проводнику, окруженному экраном, и, наконец, к заземлению. Накопление стоячих волн высокого напряжения между внутренней поверхностью внешнего экрана и центральным проводником подавляется, поскольку характеристический импеданс RG-8 составляет всего 50-52 Ом. Падение напряжения на внешнем конденсаторе (C1) между открытым концом экрана и центральным проводником равно:

Совместное параллельное реактивное сопротивление этого конденсатора и общая ёмкость кабеля линии передачи RG-8 еще больше уменьшат падение напряжения. Кроме того, при повышении рабочей частоты реактивное сопротивление C1 будет уменьшаться. Следовательно, падение напряжения будет еще ниже. То есть, как если бы большая физическая длина коаксиального провода заземления составляла чуть менее 1 метра в электрическом отношении (см. таблицу 1).

Кривая ослабления напряжения на более высоких радиочастотных рабочих частотах выше 7,035 МГц фактически будет колебаться со скоростью минус 6 дБ на октаву. Это означает, что при удвоении рабочей частоты (14,07 МГц) напряжение, существующее на C1, уменьшится до половины первоначальной амплитуды. Кроме того, поскольку центральный провод коаксиальной линии подключен непосредственно к заземлению, он автоматически становится вашим заземлением для электробезопасности. Как вам это нравится?

То, что мы представили и обсудили, касалось только того, как мы защитим наше оборудование от опасного радиочастотного излучения вблизи контуров заземления и радиочастотных незаземлённых заземлений! Но как мы создадим хорошее и эффективное радиочастотное заземление для работы с антенной системой во время передачи и приёма (оно нужно вашей системе, нравится вам это или нет!) — это другой вопрос. Для обеспечения эффективного распространения данных для работы с DX требуется хорошая настройка радиочастотного заземления. Простое улучшение заземления вашего оборудования не является гарантией того, что у вас также есть эффективное радиочастотное заземление ….. Ещё один факт!

Улучшение и / или создание хорошего радиочастотного заземления для работы с вашей антенной системой — это ещё одна тема, которая не рассматривается в этой статье. Аналогично, для ответа на ожидаемый вопрос № 3 также требуется отдельная тема для другой статьи. Рассмотрение многочисленных причин RFI из-за «эффектов ближнего поля” и сильного воздействия на оборудование ham высоких радиочастотных полей, которые не вызваны неправильными системами заземления, хотя и в некоторой степени связаны, является отдельной темой. Доступное пространство не гарантирует расширения этих тем, но, надеюсь, они будут рассмотрены отдельно в будущих статьях.

Надеемся, что эта статья помогла читателю понять важность эффективных парадигм заземления, а также факты и заблуждения, связанные с заземлением в радиолюбительстве. Обеспечение отсутствия радиочастотных помех в shack в сочетании с надёжной техникой электрического заземления является обязанностью оператора-любителя учитывать аспекты заземления при работе с высокими уровнями радиочастотной энергии в рабочей среде. Эффективное заземление оборудования обязательно для решения проблем личной безопасности, повреждения чувствительного оборудования и предотвращения серьёзных радиочастотных помех среди эксплуатантов.

DU1ANV

Вверх