Диапазонная коротковолновая антенна

Изготовление квадрифилярной антенны

Мы уже рассмотрели программы для работы с SDR приемником, которые понадобятся, чтобы принять сигнал с метеоспутников. Теперь нам понадобится соответствующая антенна.

Раньше для радиоприёма я использовал простой полуволновой диполь, сделанный из двух отрезков провода 2,5 мм2, вставленных в стержень от гелевой авторучки. Конструкция проще некуда, приём неплохой, но есть и недостаток.

Спутник при пролёте постоянно изменяет своё положение, плюс на нём стоит антенна с круговой поляризацией. Время пролёта минут 8 и всё это время приходится периодически изменять положение антенны.

Этого недостатка лишена квадрифилярная антенна. Она представляет собой две рамки, соединённых друг с другом под углом 90 градусов и закрученных против часовой стрелки.

Квадрифилярная антенна

Она состоит из малой и большой рамки, причём соединяются рамки и кабель подключается сверху. Тогда диаграмма направленности у такой антенны будет похожа на полусферу и направлена вверх. Это позволит принимать сигналы со спутников не изменяя постоянно положение самой антенны.

Материалом для изготовления рамок будет медная трубка диаметром 6 мм для кондиционеров. 15 метровая бухта такой трубки стоит в районе 1200 рублей, что в 2-2,5 раза дешевле, чем труба 15 мм. Плюс не нужны дорогостоящие фитинги — 6 миллиметровую трубку легко согнуть в нужных местах руками.

Вообще квадрифилярную антенну можно сделать с разным числом «оборотов», разным соотношением ширины к высоте. Но я буду делать самую популярную, где рамки повёрнуты на 180 градусов, то есть пол оборота. Отношение ширины к высоте 0,45. Если антенну сделать более вытянутую вверх, то диаграмма направленности станет более приплюснутая, то есть больше для работы в горизонтальной плоскости. Это позволит хорошо принимать спутник сразу, как только он покажется из-за горизонта.

Расчёт размеров

Расчёт размеров будущей антенны я сделал в калькуляторе на сайте jcoppens.com

Размеры антенны

Самые важные размеры это длина петли обеих рамок и их высота. Вот основные размеры антенны:

  • длина большой рамки 2429 мм
  • длина малой рамки 2310 мм
  • высота большой рамки 733 мм
  • высота малой рамки 697 мм
  • диаметр большой рамки 322 мм
  • диаметр малой рамки 307 мм
  • радиус изгибов 20 мм
  • расстояние между рамками в нижней части 36 мм

Изготовление

После того, как я отрезал рамки по длине, нашёл центр каждого отрезка и от него отложил диаметр делённый пополам. Потом так же с концов отрезка трубки отложил радиус будущей рамки и согнул под 90 градусов. Затем просто взял концы каждой рамки и закрутил ее против часовой стрелки на пол оборота.

Просто в виде текста это наверно сложно представить)) Но вот что у меня получилось в итоге — две раздельные уже скрученные рамки.

Две скрученные рамки

Теперь нам нужно подготовить мачту. В качестве неё я использовал водопроводную пластиковую трубу диаметром 30 мм. Можно взять и большего диаметра для лучшей жесткости.

Читайте также:  Лабораторный бп на основе простого и доступного бп

В верхней части трубы крест накрест я сделал запилы на сантиметр для рамок, когда они уже будут правильно соединены вместе.

Верхняя часть мачты

Потом нам нужно сделать крест накрест отверстия в трубе под нижние части рамок. Отмеряем расстояние высоты большой и малой рамки, расстояние между ними в нижней части должно получиться 36 мм.

Отверстия в мачте

Я взял сверло на 8 мм и рамки получилось спокойно продеть в уже согнутом состоянии.

В верхней части рамки нужно соединить большую с малой. Для этого я взял 4 см кусок провода на 4 мм2, согнул его в середине под прямым углом, обмазал флюсом, нагрел газовой горелкой и пропаял припоем в проволоке.

Наносим флюс, вставляем кусок проволоки в обе рамки, греем горелкой до появления зеленого пламени и касаемся места пайки проволочным припоем.

Пайка рамок между собой

Важно правильно соединить между собой две рамки, как показано на рисунке, тогда диаграмма направленности антенны будет направлена вверх и в стороны

Правильное соединение рамок Диаграмма направленности антенны

Если рамки соединить между собой не в том порядке, до диаграмма направленности будет направлена вниз, в землю!

Неправильное соединение рамок

В итоге вот такая у меня конструкция получилась:

Готовая антенна

Для снижения наводок на антенном кабеле, нужно в верхней части мачты, ближе к точке запитки, намотать 6-8 витков этого же кабеля.

Вот так выглядит антенна после установки мачты на балконе. В идеале антенну нужно поднять как можно выше, чтобы было меньше препятствий, для прохождения сигнала. Это пока временный вариант, на скорую руку. Потом мачту удлиню, чтобы антенна была выше уровня крыши.

Проверка

После установки антенны я проверил приём спутников Метеор и NOAA. Приём нормальный, NOAA даже при невысокой установке антенны принимал в течение 7,5 минут.

Программа для приема — SDRSharp, в качестве приемника использовал SDR приёмник RTL-SDR v3.

Приём спутника Метеор-M N2 в программе SDRSharp Приём погодного спутника NOAA на квадрифилярную антенну

После демодуляции и декодирования при помощи программы LRPTOffLineDecoder у меня получился такой снимок

Снимок с метеоспутника Метеор-М N2-2

Вывод

Конечно какой-нибудь диполь гораздо проще изготовить и даже с ним можно добиться хороших показателей.

Квадрифилярная антенна сложнее в изготовлении, но зато даёт весомые преимущества, ведь ее не надо будет постоянно крутить, чтобы навести на спутник. Достаточно один раз качественно изготовить и правильно установить.

Широкодиапазонные антенны. Ромбическая антенна. Коротковолновая антенна бегущей волны

Страницы работы

Содержание работы

2. Широкодиапазонные антенны

Диапазонные антенны с перекрытием по частоте в несколько раз могут быть построены главным образом на базе антенн бегущей волны (антенны с осевым излучением), практически лишенных резонансных узкополосных элементов. Поскольку их максимум диаграммы направленности должен быть расположен сравнительно низко над землей, ось таких антенн должна располагаться параллельно поверхности земли в направлении на корреспондента.

Читайте также:  Простой стабилизатор напряжения с высоким коэффициентом стабилизации

При ширине диаграммы направленности, около 10 ÷ 15° электрическая длина оптимальной антенны этого типа согласно формуле (95) из части I конспекта равна

.

Таким образом, даже при самой короткой длине волны — 10 м геометрическая длина антенны должна составлять не менее 100 м. Следовательно, территория для размещения только одной антенны, обслуживающей в лучшем случае два направления—прямое и обратное (при питании ее с одного и другого конца), оказывается весьма значительной. Это является недостатком антенн данного типа.

Рассмотрим две основные диапазонные антенны: ромбическую и коротковолновую антенну бегущей волны.

а) Ромбическая антенна

Простейшая ромбическая антенна представляет собой проволочный ромб (рис. 44, а), подвешенный горизонтально над землей на опорах с изоляторами и питаемый двухпроводной линией с одной вершины, и нагруженный на согласованную нагрузку с противоположной вершины.

Согласованное сопротивление для приемных антенн выполняется мастичным, а для передающих — в виде двухпроводной линии с заметными потерями (из железного провода), длиной до 500 м, которая компактно монтируется на опорах вблизи вершины ромба.

В проводах ромбической антенны, благодаря согласованной нагрузке, устанавливается бегущая волна тока, фазовая скорость которой близка к скорости света, а коэффициент замедления равен

Для поддержания постоянного волнового сопротивления линии на участке самого ромба его провода делаются двойными (рис. 44, б). При этом эффективный диаметр провода оказывается равным

, (48)

где d— диаметр каждого проводника;

t (z) — переменное расстояние между проводниками одной стороны ромба.

Значения t(z) подбираются таким образом, чтобы выполнялось условие

, (49)

на всей длине ромба.

Формирование диаграммы направленности ромбической антенны можно представить следующим образом, разбив ее на четыре отдельных вроёода, каждый из которых близок по своим свойствам к идеальной линейной антенне бегущей волны (см. часть I конспекта). Диаграмма направленности каждой такой антенны имеет вид, показанный на рис 45, а .

Основное значение для формирования главного лепестка суммарной диаграммы ромбической антенны имеют лепестки диаграмм отдельных проводов, ориентированные в направлении оси ромба. В пределах этого лепестка пара проводов 1 и 3 может рассматриваться как синфазная антенна-решетка из двух элементов. Чтобы убедиться в синфазности их полей в главном направлении, достаточно учесть, что токи в проводах 1 и противофазны, а кроме того, противофазны поля в тех лепестках диаграмм направленности 1 и 3, которые используются для формирования суммарного главного лепестка (рис. 45, б).

Аналогично складываются шля и для пары проводов 2 и 4 (рис. 45, б).

Для синфазного сложения полей от обеих пар проводников должно выполняться условие

, (50)

где — фазовое запаздывание тока в проводе ромба на участке между серединами проводов 1 и 2 (или 3 и 4), равное ;

— фазовое запаздывание полей на участке пути (рис. 46), длина которого равна

, (51)

где φ — половина угла при вершине ромба (рис. 44).

Фазовый сдвиг π в (50) учитывает, что первая и вторая пара излучателей при синфазных токах имеют противофазные поля, и эта разность фаз должна быть скомпенсирована.

В диапазоне волн условие (50) в точности не выполняется, но расфазировка полей лежит в приемлемых пределах. Практически размеры антенны устанавливаются следующими

Читайте также:  Новогоднее волшебство или магическая коробочка на arduino

Высота подвеса ромбической антенны выбирается из расчета получения максимума диаграммы направленности с учетом влияния земли в заданное секторе углов αm≈ 7° ÷20° (рис. 46) Это условие выполняется, если главный лепесток диаграммы целиком укладывается в самый нижний лепесток, множителя комбинирования (рис. 47), записанного для пары антенн: реальной и зеркально отраженной с учетом противофазности их токов. Исходя из этих соображений, высота подвеса h обычно принимается равной .

В пределах коротковолнового диапазона ромбические антенны с размерами, указанными выше, имеют КНД порядка D≈ 20 ÷ 125.

Одной из отличительных особенностей ромбических антенн является значительный уровень боковых лепестков, связанный с наличием в диаграмме направленности каждого из четырех проводов одного большого лепестка, направленного под углом к главному направлению.

Для подавления бокового излучения и повышения КНД применяется так называемый двойной ромб Айзенберга, представляющий собой два синфазно питаемых ромба (рис. 48), разнесенных в горизонтальном направлении на расстояние около 0,8λcp. Это позволяет увеличить КНД в 1,5—2 раза.

Коэффициент полезного действия ромбических антенн относительно невысок

60—70%, что связано с необходимостью нагружать антенну на активное сопротивление, поглощающее часть полезной мощности.

б) Коротковолновая антенна бегущей волны

Коротковолновая антенна бегущей волны так же, как и ромбическая, относится к антеннам с осевым излучением. Она представляет собой несколько десятков (до 40) горизонтальных симметричных вибраторов длиной 4 ÷ 8 м, подвешенных на высоте 15 ÷ 20 м над землей с интервалом d 0,8λcp (рис. 49) и образующих антенну-решетку бегущей волны.

Питаниевибраторов осуществляется от двухпроводной линии, нагруженной на согласованное сопротивление.

Для того чтобы распределение напряжения вдоль линий в диапазоне частот не зависело от входных сопротивлений сравнительно узкополосных вибраторов, шунтирующих линию своим Zвх, элементы решетки подключаются к линии через небольшие емкости (С

5 мкф) или активные сопротивления (R

Остаточное шунтирующее действие вибраторов проявляется в том, что линия получает дополнительную распределенную емкостную или активную проводимость.

Вследствие этого волна в линии в первом случае получает некоторое замедление, а во втором — затухание.

При малой связи вибраторов с линией большая часть энергии их линии поступает в оконечную нагрузку, а меньшая в излучатели. В результате к.п.д. таких антенн при емкостной связи довольно низок и составляет около 0,5 ÷ 20%. Поэтому коротковолновые антенны бегущей волны в основном применяются как приемные.

Использование для связи активных сопротивлений позволяет увеличить связь линии с вибраторами без ухудшения диапазонных свойств антенны в целом. При этом к.п.д. может быть доведен до 20 ÷ 60 %.

Отличительной чертой данной антенны по сравнению с ромбической является малый уровень боковых лепестков диаграммы направленности (рис. 50).

Это также делает наиболее выгодным применение данной антенны в качестве приемной, поскольку ее диаграмма направленности позволяет заметно ослабить прием помех с боковых направлений и улучшить качество приема полезного сигнала.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector