En gammamatchning serverar ett trippeländamål:

1. Som en tråd med liten diameter parallell och i närheten av huvudstrålningselementet kommer den bara att bära en bråkdel av huvudelementströmmen medan den utsätts för samma elektriska fältstyrka Detta gör det till en effektiv upptransformator för antenningångsimpedansen .
2. Den bildar också tillsammans med huvudstrålningselementet en stängd trådstub , vilket ger induktans till antenngångsimpedansen. Om detta inte krävs för matchning kan den extra induktansen avbrytas med en klumpad kondensator i serie.
3. Visas inte på din figur men på bilden nedan: Koaxialmatningsledningens hölje är ansluten till mitten av huvudstrålningen när det är ordentligt ansluten fungerar en gammamatchning också som en balanserad till obalanserad omvandlare eller balun .

Alla dessa funktioner är mycket önskvärda för att matcha den obalanserade karakteristiska impedansen för koaxialmatningslinjen till den mycket lägre balanserade impedansen för en Yagi-antenn.

Kapacitans är helt klart nyckeln

Kapacitans är bara en del av den. Gamma-matchningen i din fråga är tre saker:

1. En typ av vikad dipol, som utför en impedansstegring
2. En parallell kortsluten överföringslinjestub som lägger till shuntinduktans
3. En seriekapacitans

En ekvivalent krets är:

^{simulera denna krets – Schema skapad med CircuitLab}

Så låt oss säga att vi har en antenn med en matningspunktimpedans på $ (15 + j0) \ Omega $. På en Smith diagram , vi har det här:

Vårt mål är att flytta den punkten till mitten av cirkeln. Hur uppnår en gammamatchning det?

typ av en vikad dipol

Den första punkten är förmodligen den svåraste att förstå. en vikad dipol , impedansen är fyra gånger den för en ordinarie y dipol eftersom antennströmmen flyter i dipolens båda ben, men bara hälften av den i benet där matningspunkten är. Eftersom ström halveras medan strålningsmotståndet i princip är oförändrat, fyrdubblas impedansen.

Tänk nu på gammamatchen: samma tillstånd existerar. En del av strömmen flyter genom huvudantennelementet och en del genom gammafältet, och detta ger samma typ av impedanssteg. Om du flyttar kortslutningsremmen hela änden till antennens ände är det exakt en vikad dipol.

Vanligtvis är gammamatchen konstruerad för att ge en ännu mer än 4: 1 impedansstegning. Genom att göra gammafältet mindre än huvudelementet kommer gammafältet att ta en ännu mindre del av den totala strömmen. Ännu mindre ström innebär en högre impedansomvandling.

När det gäller motsvarande krets påverkar storleken på gammafältet där autotransformatorn som bildas av L1 och L2 är avlyssnad. Här är effekten på Smith-diagrammet:

en parallell kortsluten överföringsledning

Gammafältet som löper parallellt med antennelementet gör en tvillingledningsöverföring linje . Det är ”s kortsluten stub och mindre än $ \ lambda / 4 $ lång, så det ser ut som en induktor. Positionen för kortslutningsfältet bestämmer induktansen, värdet på L1 + L2 i motsvarande krets ovan.

Om kortslutningsstången flyttas hela vägen till slutet av antennen, är känsligheten är noll och har ingen effekt på matningspunktimpedansen. Eftersom kortslutningen flyttas närmare matningspunkten blir känsligheten större, som om L1 + L2 blev mindre induktorer.

Med parallell induktans tillagd ser vårt Smith-diagram ut så här:

a seriekapacitans

Kondensatorn bildas av aluminiumröret, med gammastaven inuti, isolerad av plast. Detta är en valfri funktion i gamma-matchningen och den är inte alltid närvarande eller konfigurerad exakt på detta sätt. Men med den kan vi göra detta:

Uppdraget fullbordat.

Som konfigurerat bildar C1 och L1 + L2 ett steg ned L-nätverk. Det är också möjligt att trimma antennen för att lite kort, i vilket fall det kommer att ge viss kapacitans, men på andra sidan av induktansen. I det här fallet får du ett steg-upp-L-nätverk.

Eftersom antennen också kan ställas in för att vara exakt resonant (presentera en rent resistiv matningspoängimpedans) behöver du inte tekniskt lägga till någon induktans eller kapacitans: bara omvandlingen från första punkten är tillräcklig och du kan ha en vanlig en vikad dipol. Men detta görs ofta inte i praktiken eftersom justering av impedansomvandlingen kräver att du ändrar antingen gammastaven eller antennelementet, vilket är knepigt.

Det är också så att gammamatchen fungerar något som en balun. Om den trappar upp impedansen som ses när man tittar in från koaxialen, genom ömsesidighet stegar den också ner impedansen och tittar in den andra riktningen tillbaka in i koaxens differentialläge. Common-mode är ensam men är nu en relativt högre impedans. Så det kan vara mer önskvärt att trappa upp för mycket och sedan gå ner med L-nätverket. Ändå, för en antenn med hög direktivitet lite ytterligare co mmon-mode undertryckande kan vara nödvändigt: i kombination med gammamatchning kan det vara ännu mer effektivt. G8HQP ger en mer fullständig förklaring med all matematik om du vill ha mer detaljer.

Kommentarer

• vilken bra förklaring, åh se det ’ s från min vän phil frost … vad vet du 🙂

Gamma-matchningen är problematisk. Det tillåter säkert en perfekt impedansmatchning med två frihetsgrader, men baluneffekten är tveksam. Koaxens skärm är ansluten till mitten av ett halvvågselement. Det betyder att den är ansluten till två öppna kvartvågsledare. I fritt utrymme skulle de ha en mycket hög impedans i ändarna och följaktligen impedansen i mitten skulle vara mycket låg. Det betyder att spänningen på koaxskärmen skulle vara väldigt låg så att inte mycket signal skulle skickas till koaxskärmen (eller inte mycket qrm skulle plockas upp om koaxen har störningar på utsidan.)

En halvvågsdipol där två kvartsvågstavar matas i antifas är en bra radiator med Z = ledig rymdimpedans (300 ohm) dividerat med cirka 6. Men om man matar dem i fas kommer strålning från båda sidor att avbrytas och impedansen i mitten går mot noll medan impedansen i ändarna blir mycket hög. Mittpunkten blir en bra grundpunkt.

I verkliga livet är det annorlunda. Praktisk erfarenhet: En av mina vänner hade en EME-array med flera långa yagier på 144 MHz. De hade alla en gammamatch som isolerades från bomröret. Det fanns dock ett prestandaproblem. Ett enkelt test: Ta en antenn, peka den rakt mot himlen med reflektorn långt över marken. Sätt en fältstyrkemätare på den sista regissören och titta på läsningen medan du rör handen längs koaxet. Stora variationer observerades vilket innebär att en väsentlig ström flyter på koaxskärmen. Lägg till en ärmbalun. Det gör strömmen på skärmen försumbar. Det var för länge sedan, men som jag kan minnas förbättrades prestandan med mer än 1 dB (Det är mycket på EME) Förklaringen är att den fysiska mittpunkten inte är den elektriska mittpunkten. Om du skulle göra en dipol av två stavar med olika diameter och mata dem i fas skulle strålning inte avbrytas och följaktligen skulle impedansen vid mittpunkten inte vara mycket låg. Det skulle vara nödvändigt att göra den tjockare sidan kortare. Gamma-matchningen förstör kylarens symmetri så att det finns en betydande RF-spänning i mitten. Detta orsakar viss kraftförlust och kanske ännu viktigare att plocka upp genomförda störningar.

Kommentarer

• Jag don ’ t följ din logik om att fästa skärmen i mitten av ett halvvågselement. Varför skulle du inte ’ t fästa skärmen i mitten av dipolen? Den punkten är marken, precis som skärmen.
• Naturligtvis måste skärmen vara ansluten till mitten av (nära) halvvågselementet som vi matar med en gammamatchning. Problemet är att mittpunkten inte är helt i en lång yagi. Det är ett experimentellt faktum och inte en teoretisk spekulation. Antagligen är anledningen assymetrin av strukturen.Genom att placera en aktuell choke (balun) på kabeln kan man förhindra strömmar på skärmen. (alternativt kan man ansluta skärmen till nollspänningspunkten på elementet som är lite utanför centrum.
• Jag ’ säger inte en gammamatchning är ensam en fantastisk balun – i bästa fall gör den bara common-mode impedansen 10x eller så vad den annars skulle vara. Så jag håller med din observation, men jag ’ är ganska skeptisk till din förklaring.
• Du kan enkelt simulera med NEC2. Designa en typisk 3-element-yagi (för att göra kylarimpedansen låg som normalt i en yagi.) Lägg sedan till gammamatchen som liknar bilden ovan Stäng med en ledning till elementets mittpunkt och applicera en ström eller spänningskälla där. Lägg sedan till en kvartsvåg som är vinkelrät mot dipolen och yagens axel. Titta på strömmen som simuleringen ger på den kvartsvågen tråd. Du kan flytta tråden tills du hittar den punkt där strömmen på tråden är noll. Alternativt kan du flytta gammamatchen från mitten.
• OK, jag tror att jag stå vad du kommer till. Jag ’ föreslår att det blir tydligare i första stycket att du beskriver vad som ska hända teoretiskt – det kastade mig för en slinga.

Tänk på att impedansen som presenteras av alla antennelement som är nära resonans varierar längs dess längd från nära noll vid bommen till nära oändlighet på spetsen. Genom att flytta kranen kan du välja vilken impedans du vill.

Kranstången har induktans och seriekondensatorn låter dig neutralisera denna induktans.

Kort sagt, en gammamatchning har två justeringar; kranens läge på det drivna elementet (som varierar impedansen) och den variabla kondensatorn i serie med kranens induktans (som justerar reaktansen). Med dessa två justeringar kan du matcha vilken antenn som helst nära resonans till vilken matningslinjeimpedans du vill. Det är därför jag ÄLSKAR gamma matchar!

(Jag har bara sett en antenn som inte hade någon kondensator , och den skulle bara matcha vid en frekvens. Fel frekvens, som det visar sig.)

Kommentarer

• Men att flytta kortsfältet ’ t får dig en transformatorliknande impedansomvandling som att flytta matningspunkten för en seriematad dipol gör. Snarare ändrar det längden på en shuntkortslutning, i själva verket en induktor.
• Jag tror också att när du ser antenner med kondensfria gamma-matchningar är de antingen inte utformade för att vara justerbara alls (istället tillverkade till förbestämda dimensioner), eller de ger en mekanism för att justera elementets längd och därigenom ändra kapacitansen hos själva elementet (vilket förmodligen kommer att vara lite kort för att försäkra att det verkligen är kapacitivt)
• Vad du kallar en ” kortslutningsfält ” är ett rörligt tryck på antennelementet. Ja, det har induktans, men det är en tillfällig och en oönskad bieffekt. Seriekapacitansen används för att neutralisera denna induktans (producerar en seriestämd LC-krets med nollreaktans).
• Re: kondensorlösa gamma-matchningar. Det är faktiskt vettigt, men som sagt, jag ’ har bara sett en och jag ’ är ganska säker på att det var ett misstag i konstruktionen. Har du några exempel på kommersiella antenner utan kondensatorer?
• Om du gör en Google-bildsökning efter ” yagi ” du kommer att se några, även om det är mycket vanligare att använda en vikad dipol för det drivna elementet, vilket är en balanserad gammamatchning (T-matchning) med kortslutningen bar / tap / vad du än vill kalla det justerat för 0 induktans. Om stubben är mindre än en kvartvåg lång (som vanligt i en gammamatch), presenterar den en induktans och du behöver en kapacitans någonstans . Det behöver dock inte vara ’: det kan också vara ett förkortat antennelement.

En variation av gammamatchen är en kopplingsslingantenn som ömsesidigt kopplas till mitten av en dipol. En liten enkelvarvslingantenn bildas och som en mycket induktiv slinga sätts en seriekondensator in mellan matningslinjen och induktorn som blir resonans vid LÅG impedans. (serieresonantank) När detta är kopplat till ett fast dipolelement, som också har en låg mittimpedans, kopplas ett transformatorförhållande nära 1: 1 effektivt från loopantennen till dipolelementet. Denna laddning höjer R-värdet för resonansslingan till matningslinjeimpedansen. En gammamatchning har en viss kvalitet på seriekopplingskretsen kopplad till ett driven element.I vissa mönster trycker matchen inte på elementet på ett avstånd från centrum, utan är en slinga som bara är ansluten vid elementets mittpunkt. I denna design finns det bara ömsesidig koppling eftersom det inte finns någon direkt elektrisk anslutning.

För ett kontinuerligt ledardrivet element , som den i artikeln, är gammamatchen i grunden en variabel kondensator som används för att ställa in induktans från antennens (obalanserade) matning.

Som artikeln säger är mitten av det drivna elementet en nollspänningspunkt, så det är OK att jorda bommen där och mata flätans sida av koaxen där (kom ihåg att RF är AC, inte Att fästa den andra sidan av koaxen längre ut på elementet kommer naturligtvis att skapa ett impedansproblem, men det är vad matchen är för.

Den största nackdelen med gammamatchen är att den finns där på Yagi-bommen, i luften och därför obekväm att justera. Du vill bara använd ett sådant matchningssystem där SWR-bandbredden för den resulterande antennen är tillräckligt bred för dina ändamål. Så du behöver inte röra med den när antennen har ställts in från början.

Du kan ersätta gammamatchen med en variabel kondensator i lämpligt intervall. Detta är vanligt i andra typer av antenner (t.ex. loopar) där bandbredden är smal och du måste justera den när du ställer in.

Kommentarer

• Gamma-matchningen är att matcha matningslinjen till antennen. Detta skiljer sig ganska från att ställa in antennen på resonans, vilket är vad den variabla kondensatorn som är vanlig i slingan gör. Se till exempel bilden i Hur man gör en loopantenn för HF? , som har en gammamatchning (på matningslinjesidan) och en variabel kondensator (mittemot matningslinjen).
• För att vara tydlig finns det säkert sätt att matcha med en variabel kondensator, men den vanligaste användningen av en variabel kondensator i en slinga är förmodligen inte det , så jag tror att formuleringen är tvetydig eller vilseledande.
• Jag läste detta några månader senare, har sedan kommit acros är några andra människor ( som W8JI ) som skriver om en ” gammamatchning ” som om det ’ bara är en seriekondensator. Gamma-matchningen jag vet kanske har en seriekondensator, men har också alltid en parallell kortsluten stubbe, och är också ett speciellt fall av en vikad dipol. Det gör mycket mer än bara en seriekondensator. Så jag undrar, finns det någon annan typ av ” gammamatchning ” som folk pratar om?

Jag gör lagliga gränsvärden för mag-loopar med en gammamatchning och ingen kondensator. Det är mitt intryck att locket gör matchen mer frekvensberoende och begränsar möjligheten att använda antennen på mer än ett band. Kepsen gör finjustering lättare.

Jag har också använt gammamatchen för att matcha vertikala stolpar upp till 125 fot med god effekt även när polen var en höjd negativt med den vanliga vertikala antennen.

Dessa intryck är baserade om att ha matchat dussintals antenner av olika slag.

Kommentarer

• Hej Wayne, och välkommen till ham.stackexchange.com! BTW ditt inlägg, även om det är relevant och intressant, svarar inte ’ på frågan. Webbplatsen handlar om frågor och svar, till skillnad från webbplatser i forumstil. Hur som helst är vi ’ glada att du ’ är här!