Высокоэффективные укв антенны

Высокоэффективные укв антенны

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ УКВ АНТЕННЫ

К. ФЕХТЕЛ (UB5WN), г. Киев

Интенсивное освоение радиолюбителями УКВ диапазонов за последние два десятилетия привело к появлению множества разнообразных по своим конструкциям антенн. Особое распространение в последние годы получили антенны с удлиненной траверсой. Длина траверсы такой антенны составляет несколько длин волн, а число пассивных элементов достигает двух десятков и даже более. Именно их нередко используют ультракоротковолновики при проведении дальних и сверхдальних связей на УКВ через “аврору”, метеорные потоки, ИСЗ и лунную поверхность.

Интерес к антеннам с удлиненной траверсой можно объяснить тем, что, во-первых, при практически таких же затратах материалов, что и на постройку обычного “волнового канала”, усиление у них заметно больше; во-вторых, конструкция таких антенн несложная, так как все элементы крепятся на одной несущей траверсе; в-третьих, подкупает относительная простота согласования антенны с фидером, ибо ВЧ энергия подводится только к одному активному элементу. Но этим антеннам свойственны и некоторые недостатки: малое подавление излучения назад и значительное сужение рабочей полосы при увеличении числа элементов.

Ряд интересных конструкций УКВ антенн с удлиненной траверсой разработал известный французский ультракоротковолновик Ф. Тонна (F9FT). Антенны F9FT имеют достаточно высокий КПД, сравнительно небольшие размеры и массу, в них нет согласующих элементов. Но пожалуй, их главное достоинство – легкая повторяемость , получение идентичных параметров каждой отдельной антенны (при строгом соблюдении всех размеров элементов). Последнее позволяет путем компоновки нескольких однотипных антенн создавать сложную антенную систему с большим коэффициентом усиления.

Основные параметры антенны F9FT приведены в таблице. Приведенные значения усиления антенн даны относительно полуволнового диполя.

На рис. 1, а приведен чертеж 16-элементной антейны для 2-метрового диапазона. Ее траверсу выполняют из проката квадратного профили со стороной 20 мм, толщина стенки – 1,5. 2 мм, или трубы диаметром 20 мм. Часть траверсы, где укрепляют рефлекторы и активный вибратор, имеет вид “ласточкина хвоста” (рис.1,б). Пассивные элементы изготавливают из алюминиевой проволоки диаметром 4 мм. Применение других материалов (меди, латуни, сплавов алюминия, биметалла) не вызывает заметного ухудшения параметров антенны, за исключением ее массы. Один из возможных вариантов крепления рефлекторов и директоров показан на рис. 1.в.


Puc.1

Активный вибратор с волновым сопротивлением 75 Ом (рис.2,а) выполняют из алюминиевой Проволоки диаметром 5 мм, а с волновым сопротивлением 50 Ом (рис.2, б) – из двух алюминиевых трубок диаметров 12 мм, соединенных алюминиевой дужкой-согласователем из проволоки диаметром 5 мм.


Puc.2

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АНТЕНН

Диапазон частот, МГц

Горизонтальный угол раскрыва, градус

Вертикальный угол раскрыва, градус

Подавление заднего лепестка, дБ

Максимальное подавление боковых лепестков, дБ

Длина антенны, м

Активный вибратор должен быть надежно изолирован от траверсы. В качестве изоляционного материала можно использовать стеклотекстолит, тефлон, органическое стекло и т. п.

На рис. 3,а и 3,б схематически изображены 9- и 13-элементная антенны для 2-метрового диапазона. Конструкция активных вибраторов с различным волновым сопротивлением для этих антенн показана на рис. 3,в (75 Ом) и 3,г (50 Ом).


Puc.3

Некоторое различие в размерах данных активных вибраторов от тех, которые применяются в 16-элементной антенне, обусловлено стремлением лучше согласовать эти антенны с фидером. Сечение несущей траверсы для этих антенн такое же, как и для 16-элементной (20х20 мм). Конструктивно 9- и 13-элементную антенну выполняют так же, как и 16-элементную.

На рис.4,а приведен схематический чертеж 21-элементной антенны для диапазона 70 см. Расстояния между элементами, указанные на рисунке, относятся к случаю использования фидера с волновым сопротивлением 75 Ом. При питании антенны 50-омным кабелем расстояния должны быть следующими: рефлектор – активный вибратор – 139 мм, активный вибратор – директор 1 – 48 мм, директор 1 – директор 2-68 мм, директор 2 – директор 3 – 182 мм. Остальные директоры располагают на расстоянии, указанном на рисунке. Для траверсы используют прокат квадратного профиля со стороной 16,5 мм (можно применить трубку диаметром 16. 17 мм). Все пассивные элементы изготавливают из алюминиевой проволоки диаметром 4 мм и укрепляют непосредственно на траверсе (см. рис.1,в). Активный вибратор (рис.4,б), выполняют из алюминиевой проволоки диаметром 5 мм. В месте крепления к траверсе он должен быть изолирован от нее.


Puc.4

На первый взгляд может показаться, что непосредственное питание симметричного вибратора несимметричным коаксиальным кабелем не может дать хороших результатов, так как в этом случае отношение напряжений на его концах равно примерно 2:3. А это неизбежно приведет к формированию излучения с вертикальной поляризацией, тем самым ухудшается коэффициент усиления антенны и ее диаграмма направленности. Однако эксперименты показывают, что питать антенну так можно, но входное сопротивление активного вибратора должно быть согласовано с волновым сопротивлением питающего фидера, а активный элемент надежно изолирован от траверсы. При этом практически вся подводимая ВЧ энергия излучается активным вибратором в окружающее пространство, а большое число пассивных элементов достаточно хорошо формирует главный лепесток диаграммы излучении антенны строго по ее оси. На рис. 5 и 6 изображены диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях 16-элементной антенны F9FT для 2-метрового диапазона.


Puc.5


Puc.6

Чтобы получить большее усиление. однотипные антенны объединяют в систему. При удвоении числа однотипных антенн коэффициент усиления системы может возрасти на 2.5 дБ. Максимальное значение достигается только при условии оптимального расстояния между антеннами и строгой фазировки последних. Оптимальное расстояние для 16-элементных антенн 2-метрового диапазона и для 21-элементной антенны диапазона 70 см составляет 2 l . На рис.7 приведены варианты компоновки антенных систем.


Puc.7

Если, например, требуется согласовать с питающим фидером, имеющим волновое сопротивление 75 Ом, антенную систему из двух антенн с активным элементом, у которого волновое сопротивление 75 Ом, необходимо сделать следующее. Вибраторы обеих антенн соединяют через тройник отрезками коаксиального кабеля (их волновое сопротивление 75 Ом) длиной, кратной l /2 (l1=l2=сп l /2, где п=1,2,3, . с – коэффициент укорочения кабеля), с четвертьволновым трансформатором Последний изготавливают из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом длиной с l /4.

Для правильной фазировки антенной системы центральные проводники отрезков коаксиального кабеле подключают к точке А (см. рис.7).

Очень просто согласовать четыре однотипные антенны (см. рис.7,в). В этом случае используются отрезке кабелей с одинаковым волновыи сопротивлением (50 или 75 Ом) длиной l1=l2=l3=l4=сп l /2, l5=l6=с l /4.

На рис.7,г показан вариант объединения двух антенн, при котором получается диаграмма направленности с круговой поляризацией. Такие системы целесообразно использовать при работе через радиолюбительские спутники Земли, а также при приеме сигналов, отраженных от лунной поверхности. Обе антенны монтируют взаимно перпендикулярно на одной траверсе, одноименные вибраторы укрепляют как можно ближе друг к другу.

Для согласования используют отрезки коаксиального кабеля с волновыи сопротивлением 75 Ом (l1=сп1 l /4, l2=сп2 l /2, где п1=1, 3, 5. ; п2=1,2, 3. ; l2-l1= l /4) и 50 Ом (l3=с l /4).

Данная антенная система с круговой поляризацией имеет коэффициент усиления такой же, что и одиночная антенна.

В заключение несколько практических советов. Для удобства и быстрой сборки антенных систем рекомендуется отрезки кабелей согласования снабжать высокочастотными разъемами типов СР-75 и СР-50, а для их соединения использовать ВЧ тройники. Такие узлы нетрудно защитить от влияния атмосферных осадков. Если указанных разъемов нет, отрезки кабелей можно аккуратно спаять, а места соединения покрыть полистиролом или эпоксидной смолой. Все крепежные винты желательно ставить с нижней стороны траверсы и закрашивать их Трубки элементов с концов закрывают капроновыми колпачками или резиновыми пробками. Места подключения кабелей к вибраторам желательно помещать в капроновые стаканы. Чтобы длинные траверсы не прогибались, их можно обычным способом подпереть диагональными штангами. Последние должны быть одинаковой длины для всех антенн, скомпонованных в систему.

Высокоэффективные укв антенны

ВНИМАНИЕ. Все сведения по изготовлению антенны предоставлены только в ознакомительных целях!

ВНИМАНИЕ. Выход в эфир за пределами границах HAM-radio участков может привести к тому, что к вам однажды могут нагрянуть сотрудники спец. органов и будут задавать неудобные вопросы. 100% отберут лицензию, если она у вас была, обязательно отберут рацию и наградят хорошим штрафом. Коллеги, будьте бдительны!

ВНИМАНИЕ. Орудуя паяльником, ты берешь на себя ответственность за то, что делаешь. Если вдруг, ты случайно что-то спалил или повредил, обжегся или… ну, кто тебе виноват? Определённо, ТЫ сам!

Целью этого проекта было создание высокоэффективной, направленной, а главное, простой в изготовлении антенны для приёма всех видимых на горизонте спутниковой группировки поддержки НАТО и наших прОклятых “друзей”. Учтены особенности местоположения, разных пользователей. У многих спутники висят практически на горизонте, а некоторые уходят за горизонт. У кого-то горизонт закрыть и слушать можно только переотражения от домов. Некоторые «консервы» довольно старые и их болтает на орбите в широких градусных пределах. В таких условиях приёма ни о каких турникетах, а тем более портативных штырях, речи быть не может. Важно усиление!

Было оценено комплексно количество затрачиваемого материала, трудоёмкость изготовления, максимально получаемого усиления на длиннее траверсы 1м, было произведено моделирование нескольких антенн в программа ММАНА в количестве элементов от двух до десяти. Потом было изготовлено несколько вариантов антенн и опробованы в работе.

В основу проекта я вложил поиск оптимума из следующих критериев:

А. Широкополосность

Полоса всех нисходящих со спутника частот лежит в диапазоне 240-270МГц. Основные частоты приёма, на которых можно наблюдать Русскоязычное общение, идёт в полосе 255-268МГц и изредка где то ниже по частотам. Во всей полосе частот приёма КСВ антенны не должно превышать уровень 1.5 (по факту получилось 1.2)

Читайте также:  Громкоговорители среднечастотные и высокочастотные

Б. Простота сборки

Предполагается, что порезать элементы антенны с точностью 1-2мм сможет любой начинающий. Параметры антенны не должны сильно «разваливаться» если промахнулся.
В качестве элементов антенны я применил проволоку диаметром 2мм. Её у меня есть.
Особо отмечу, что широкополосность антенны мало зависит от диаметра элементов. Больше от понимания как работает антенна и умения их проектировать. Зависимость конечно есть, но не настолько большая, что бы придавать этому значение. Будем исходить из доставабельности диаметра элементов. У меня есть 2мм проволока – её и возьмём за основу.

В. Преемственность размеров

Один из самых главных критериев! Ширина среднестатистического балкона составляет примерно 1,2…1,5м, потому, я закладывал максимальную длину траверсы антенны не более 1м. Фактор климата – в зимнее время, всё время держать окна балкона открытыми ради праздного общения – слишком жирно. А выставлять антенну за пределы балкона – для многих удовольствие не из простых. Антенну надо ещё как-то крепить. В общем, за раскрытые окна, особенно в зимнее время легко можно получить нагоняй от жены или от родителей. Потому, антенна должна размещаться внутри балкона и иметь возможность поворачиваться в пределах 90-120 градусов.

Г. Высокие технические характеристики

Получить высокое усиление от антенны на короткой траверсе, при этом сохранить низкий КСВ в широкой полосе частот – в принципе недостижимая задача. Потому, при проектировании мне пришлось выбирать компромисс между нескольких параметров ради небольшого размера антенны.

Д. Эстетика параметров
Расчёт вёлся так, что бы все цифры размеров элементов заканчивались либо на 0, либо на 5мм. Ошибка в обрезке на 1-2мм на параметры антенны практически не сказывается.

Итак, что нам понадобится для сборки антенны:

1) Главное – это большое желание и ПРЯМЫЕ РУКИ!

2) Панорамный КСВ-метр. Их сейчас достать можно, не такая уже это большая редкость, как, допустим 10 лет назад. Например можно спросить у друзей-радиолюбителей, желательно с УКВ уклоном работы. Без прибора антенну конечно можно сделать, но есть риск «промазать» мимо.

3) Деревянная палка для траверсы.
Деревянные рейки сегодня можно купить в любом ближайшем хоз. магазине. Дерево удобно в обработке. Подойдёт квадратный профиль размером 20х20мм. Можно применить профиль 15х15мм, и даже 10х10мм. С брусом 10х10мм антенна получается довольно лёгкой и может использоваться как переносная.

4) Медная проволока 2мм.
В качестве пассивных элементов можно применить алюминиевую проволоку такого же диаметра, штыри от подвесного потолка и др. Главное условие – диаметр 2мм.
ПРИМЕЧАНИЕ: Модель оптимизирована именно под диаметр 2мм. Под другие диаметры всю модель антенны нужно пересчитывать! При необходимости, стучите в личку – моделей уже создано вагон. Некоторые антенны уже успешно трудятся у разных коллег.

5) Изолента.
Мне нравится чёрного цвета. Синяя – это прошлый век. :-)

6) Кабель RG-59 75 Om.
Необходимо 60см на конструкцию суммирующего трансформатора. Длина с запасом.

7) Кабель RG-58 50 Om.
Понадобится около 1,5. 3 м на фазирующий трансформатор и кусок кабеля снижения.

8) Кабель RG-213/DX-10/10D-FD 50 Om.
Любое количество до вашей станции, если антенну планируется устанавливать на крышу.

9) Кусок одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1.5-2мм и размерами 60х60мм

10) Инструмент
Слесарный инструмент типа ножика, паяльника, кусачек и т.д. для подобного типа работ.

После долгого моделирования и оценки всех параметров, я решил остановиться на 5 элементах кросс-яги, как имеющей лучший компромисс из перечисленных выше критериев.
Ммановска модель антенны приведена в приложении.

Для работы через спутники обычно применяют антенны с вращающейся поляризацией. На спутнике установлена спиральная антенна с правосторонней поляризацией и для стабильного приёма нисходящего канала на земле нам нужно иметь или такую же спираль или кросс-яги с правосторонней вращающейся поляризацией. Я считаю, что антенна типа кросс-яги больше всего подходит для приёма сигналов со спутника при пересчёте на трудозатраты при небольшом количестве элементов.
Модель антенны содержит всего одну линейную плоскость, и на практике при моделировании параметров нам этого хватает. При изготовлении, для получения вращающейся поляризации нам понадобятся две физических антенны расположенных перпендикулярно друг другу на одной траверсе. Запитка одной антенн относительно второй должна осуществляться через кабельный фазосдвигающий участок в 90 град.
Во время экспериментов макета антенны, элементы на траверсе можно/удобно закреплять изолентой. В боевом изделии элементы лучше крепить иначе, например, просверлив деревянную траверсу.

Активный элемент антенны можно закрепить на специально вырезанный из стеклотексталита «тавр». Размеры см. на фото. Медная проволока лёгкая и к таврам удобно припаивается. К такой приспособе удобно крепить коаксиальный кабель, а сам элемент антенны к траверсе. Во время настройки антенны, крепление также можно временно сделать изолентой, а на боевом изделии закрепить активный элемент чёрными пластиковыми стяжками или маленькими саморезами.

Крепление на соплях и изоленте

Когда все составляющие элементы антенны мы собрали, можно приступать к к сбору конструкции.

Собираем первую половину антенны – линейную антенну по размерам из модели. Замеряем её характеристику КСВ в полосе частот 200…300/230…280МГц.
Параметры измеренной антенны должны быть максимально приближенны к параметрам из модели.

Примечание 1: Максимально близко к точке запайки кабеля нужно повесить одну или две ферритовых защёлки, выполняющих функцию запорного дросселя. Она устраняет влияние кабеля на антенну и выравнивает диаграмму направленности. Подобного добра полно за копейки на Али. Гуглим.
Примечание 2: Кабель питания антенны желательно предварительно вымерять как полуволновый повторитель. У меня, для настройки сат-антенн сделан специальный кабель, в который уложено 3 полуволны.

Если предыдущий шаг у вас выполнен успешно, то можно перейти к сборке второй половины антенны по тем же размерам из модели. Расположить её нужно на той же траверсе перпендикулярно первой антенны. Можно сдвинуть её на 5мм ниже или выше первой антенны для удобства запитки. При этом немного изменится фазовый угол вращения. Но, т.к. смещения фазы получается небольшим, то на хар-ки антенны это практически не сказывается.
Параметры КСВ второй антенны должны быть максимально приближены к параметрам первой. Если все размеры в точности соблюдены – то, скорее всего, так и будет.

Примечание: контроль параметров антенны нужно делать в открытой местности, дабы избежать влияния близлежащих металлических предметов. Можно настраивать антенну на балконе, при этом вы обнаружите влияние окна и рам. Но ни в коем случае не надо делать замеры внутри квартиры/в комнате.

Теперь остался главный и самый тонкий момент – это изготовление фазирующего и суммирующего трансформатора.

Более подробно изготовлению трансформатору будет посвящена отдельная статья, а пока остановимся на общих принципах.

Существует 2 типа запитки антенны для вращения поляризации – механический разнос антенн на четверть лямбды и внесение фазовой задержки в одну из антенн.
Механический разнос удобен, когда мы не ограниченны в длине «бума» антенны, плюс – не нужна фазосдвигающая линия. В нашем варианте – удлинение бума даже на 25см не желательно, потому, выбираем второй вариант.

Суммирование 2-х антенн, в свою очередь, так же, может быть произведено 2-я типами трансформации. Это приведение точки суммирования к импедансу 100 Ом и второй способ – это трансформация точки суммирования из 25Ом в 50. Первый вариант с первого взгляда довольно простой, но на самом деле – он технологически не удобен. Требуется сращивать 2 кабеля с точным соблюдением фазовых задержек. В результате, в точках запитки антенны образуется кубло из кабелей, что может сильно влиять на характеристику КСВ и искажать диаграмму направленности.
Второй вариант по виду сложнее, но технологическое размещение кабелей на буме намного удобнее. Проще соблюсти фазовые соотношения в кабелях. Остановимся на втором способе.

Общая схема сборки фазирующего трансформатора

Проверяем правильность сборки трансформатора, нагрузив концы кабеля на резисторы 50/51 Ом.

Собираем антенну с кабелями и трансформатором и проверяем КСВ. У меня получилось так.

Высокоэффективная УКВ антенна F9FT

Интенсивное освоение радиолюбителями УКВ диапазонов за последние два десятилетия привело к появлению множества разнообразных по своим конструкциям антенн. Особое распространение в последние годы получили антенны с удлиненной траверсой. Длина траверсы такой антенны составляет несколько длин волн, а число пассивных элементов достигает двух десятков и даже более. Именно их нередко используют ультракоротковолновики при проведении дальних и сверхдальних связей на УКВ через «аврору», метеорные потоки, ИСЗ и лунную поверхность.

Интерес к антеннам с удлиненной траверсой можно объяснить тем, что, во-первых, при практически таких же затратах материалов, что и на постройку обычного «волнового канала», усиление у них заметно больше; во-вторых, конструкция таких антенн несложная, так как все элементы крепятся на одной несущей траверсе; в-третьих, подкупает относительная простота согласования антенны с фидером, ибо ВЧ энергия подводится только к одному активному элементу. Но этим антеннам свойственны и некоторые недостатки: малое подавление излучения назад и значительное сужение рабочей полосы при увеличении числа элементов.

На рисунке выше приведен чертеж 16-элементной антенны для 2-метрового диапазона (а). Ее траверсу выполняют из проката квадратного профили со стороной 20 мм, толщина стенки — 1,5…2 мм, или трубы диаметром 20 мм. Часть траверсы, где укрепляют рефлекторы и активный вибратор, имеет вид «ласточкина хвоста» (б). Пассивные элементы изготавливают из алюминиевой проволоки диаметром 4 мм. Применение других материалов (меди, латуни, сплавов алюминия, биметалла) не вызывает заметного ухудшения параметров антенны, за исключением ее массы. Один из возможных вариантов крепления рефлекторов и директоров показан на (в).

Основные параметры антенны F9FT приведены в таблице. Приведенные значения усиления антенн даны относительно полуволнового диполя.

Параметры антенны F9FT

Активный вибратор с волновым сопротивлением 75 Ом (рис. ниже) выполняют из алюминиевой проволоки диаметром 5 мм, а с волновым сопротивлением 50 Ом (б) — из двух алюминиевых трубок диаметров 12 мм, соединенных алюминиевой дужкой-согласователем из проволоки диаметром 5 мм.

Читайте также:  Розетка скрытой проводки с заземлением технические характеристики

Активный вибратор антенны F9FT

Активный вибратор должен быть надежно изолирован от траверсы. В качестве изоляционного материала можно использовать стеклотекстолит, тефлон, органическое стекло и т. п.
На рис. ниже (а) и (б) схематически изображены 9- и 13-элементная антенны для 2-метрового диапазона. Конструкция активных вибраторов с различным волновым сопротивлением для этих антенн показана на (в) (75 Ом) и 3,г (50 Ом).

Некоторое различие в размерах данных активных вибраторов от тех, которые применяются в 16-элементной антенне, обусловлено стремлением лучше согласовать эти антенны с фидером. Сечение несущей траверсы для этих антенн такое же, как и для 16-элементной (20х20 мм). Конструктивно 9- и 13-элементную антенну выполняют так же, как и 16-элементную.

На следующем рис. (а) приведен схематический чертеж 21-элементной антенны для диапазона 70 см. Расстояния между элементами, указанные на рисунке, относятся к случаю использования фидера с волновым сопротивлением 75 Ом. При питании антенны 50-омным кабелем расстояния должны быть следующими: рефлектор — активный вибратор — 139 мм, активный вибратор — директор 1 — 48 мм, директор 1 — директор 2-68 мм, директор 2 — директор 3 — 182 мм. Остальные директоры располагают на расстоянии, указанном на рисунке. Для траверсы используют прокат квадратного профиля со стороной 16,5 мм (можно применить трубку диаметром 16…17 мм). Все пассивные элементы изготавливают из алюминиевой проволоки диаметром 4 мм и укрепляют непосредственно на траверсе. Активный вибратор (б), выполняют из алюминиевой проволоки диаметром 5 мм. В месте крепления к траверсе он должен быть изолирован от нее.

На первый взгляд может показаться, что непосредственное питание симметричного вибратора несимметричным коаксиальным кабелем не может дать хороших результатов, так как в этом случае отношение напряжений на его концах равно примерно 2:3. А это неизбежно приведет к формированию излучения с вертикальной поляризацией, тем самым ухудшается коэффициент усиления антенны и ее диаграмма направленности. Однако эксперименты показывают, что питать антенну так можно, но входное сопротивление активного вибратора должно быть согласовано с волновым сопротивлением питающего фидера, а активный элемент надежно изолирован от траверсы. При этом практически вся подводимая ВЧ энергия излучается активным вибратором в окружающее пространство, а большое число пассивных элементов достаточно хорошо формирует главный лепесток диаграммы излучении антенны строго по ее оси.

Ниже изображены диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях 16-элементной антенны F9FT для 2-метрового диапазона.

Чтобы получить большее усиление однотипные антенны объединяют в систему (стек). При удвоении числа однотипных антенн коэффициент усиления системы может возрасти на 2.5 дБ. Максимальное значение достигается только при условии оптимального расстояния между антеннами и строгой фазировки последних. Оптимальное расстояние для 16-элементных антенн 2-метрового диапазона и для 21-элементной антенны диапазона 70 см составляет 2l.

Компоновки антенных систем (стек)

Антенный стек
Если, например, требуется согласовать с питающим фидером, имеющим волновое сопротивление 75 Ом, антенную систему из двух антенн с активным элементом, у которого волновое сопротивление 75 Ом, необходимо сделать следующее. Вибраторы обеих антенн соединяют через тройник отрезками коаксиального кабеля (их волновое сопротивление 75 Ом) длиной, кратной l/2 (l1=l2=спl/2, где п=1,2,3, …. с — коэффициент укорочения кабеля), с четвертьволновым трансформатором Последний изготавливают из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом длиной сl/4.

Для правильной фазировки антенной системы центральные проводники отрезков коаксиального кабеле подключают к точке А (см. рис.выше).
Очень просто согласовать четыре однотипные антенны (см. рис.7,в). В этом случае используются отрезке кабелей с одинаковым волновым сопротивлением (50 или 75 Ом) длиной l1=l2=l3=l4=спl/2, l5=l6=сl/4.
На рис.выше (г) показан вариант объединения двух антенн, при котором получается диаграмма направленности с круговой поляризацией. Такие системы целесообразно использовать при работе через радиолюбительские спутники Земли, а также при приеме сигналов, отраженных от лунной поверхности. Обе антенны монтируют взаимно перпендикулярно на одной траверсе, одноименные вибраторы укрепляют как можно ближе друг к другу.

Для согласования используют отрезки коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом (l1=сп1l/4, l2=сп2l/2, где п1=1, 3, 5,…; п2=1,2, 3,…; l2-l1=l/4) и 50 Ом (l3=сl/4).

Данная антенная система с круговой поляризацией имеет коэффициент усиления такой же, что и одиночная антенна.

В заключение несколько практических советов. Для удобства и быстрой сборки антенных систем рекомендуется отрезки кабелей согласования снабжать высокочастотными разъемами типов СР-75 и СР-50, а для их соединения использовать ВЧ тройники. Такие узлы нетрудно защитить от влияния атмосферных осадков. Если указанных разъемов нет, отрезки кабелей можно аккуратно спаять, а места соединения покрыть полистиролом или эпоксидной смолой. Все крепежные винты желательно ставить с нижней стороны траверсы и закрашивать их Трубки элементов с концов закрывают капроновыми колпачками или резиновыми пробками. Места подключения кабелей к вибраторам желательно помещать в капроновые стаканы. Чтобы длинные траверсы не прогибались, их можно обычным способом подпереть диагональными штангами. Последние должны быть одинаковой длины для всех антенн, скомпонованных в систему.

К вопросу о коэффициенте усиления УКВ антенн

Проблема качественной оценки параметров различных антенн остается актуальной, особенно сегодня, когда с исчезновением доступной радиолюбителям технической литературы появляются разного рода “фирмы”, состоящие из “бизнесменов” с широким диапазоном “интеллектуальных” запросов: от спекуляции импортными харчами до производства антенн. В рекламных проспектах этих “мастеров на все руки” мне лично доводилось видеть заявления весьма широкого диапазона от “наилучшее качество работы обеспечивают только наши антенны” (утверждение по нынешним временам почти скромное), до милитаристско-чеканной фразы типа “. антенна с усилением 19 дБ разработана в Высшей Военной Академии радиосвязи (? – К.С.) и выпускается оборонной промышленностью по конверсии. “.

Помимо умышленного, мягко говоря, искажения информации, в различных описаниях конструкций антенн встречаются и параметры, ошибочно завышенные по причинам как метрологическим, так и методологическим, поскольку проведение полноценных испытаний антенн не всегда возможно и не всем доступно. Кроме того, вполне понятно естественное желание конструктора представить свою работу в самом лучшем свете. Спрашивается, чего же реально можно ждать от некоей конструкции антенны? Общеизвестно, что в простейшем случае приемная антенна представляет собой одиночный проводник, расположенный в пространстве и “извлекающий” энергию из существующего вокруг него электромагнитного поля для передачи ее по фидеру в приемное устройство. Имеются следующие способы оптимизации этого процесса: – настройка антенны в резонанс с частотой принимаемого сигнала; – расположение антенны в пространстве таким образом, чтобы пересекающие ее электромагнитные волны отдавали максимальное количество энергии; – антенна должна “обрабатывать” как можно большую часть существующего в точке приема электромагнитного поля; – соединительный фидер должен обеспечивать минимальные потери принятого антенной сигнала.

Несмотря на упрощенное представление, вышеперечисленные условия позволяют сделать некоторые предварительные выводы: – узкополосные антенны дают лучшие результаты; – требуется выбор оптимальной точки подвеса антенны – в общем случае высоко над землей и точное наведение ее на передатчик; – не существует “чудо-антенн”: малогабаритных и имеющих при этом возможность “извлекать” электромагнитную энергию из большого окружающего пространства, поэтому большие антенны (или антенные системы) имеют и более высокую эффективность. Остановлюсь на весьма распространенных УКВ антеннах типа “волновой канал”. Именно их популярность и служит причиной различных мистификаций и неверных данных, чаще всего касающихся именно Кус этих антенн, что, по моему мнению, является или результатом неточных измерений, или просто рекламным шумом. Лабораторные измерения известных качественных образцов любительских и фабричных “волновых каналов” (поданным [1,2]) показали, что Кус антенны увеличивается при увеличении количества директоров (при обязательном удлинении траверсы!) и при 10 директорах составляет около 11,5 дБ (относительно Кус полуволнового диполя). Удлинение антенны до 6 длин волн дает возможность достичь усиления до 15 дБ. Дальнейшее увеличение размеров антенны увеличения Кус практически не дает. Все попытки оптимизации параметров “волнового канала”, как-то: прецизионные расчеты на ЭВМ, “ювелирное” изготовление, точная настройка и т.п., довели Кус одиночной антенны до величины, незначительно превышающей 15 дБ [2]. Поэтому к любым сведениям о Кус “волнового канала”, превышающем 15 дБ, приводимым в литературе или в фирменных рекламных проспектах, следует относиться как минимум критически.

В заключение хочу сказать, что, по моему мнению, наиболее пригодным для практического применения в любительских условиях является метод оценки эффективности антенн, предложенный в [3,4]. Суть метода заключается в сравнении различных конструкций антенн не по Кус, а по ширине главного лепестка ДН на уровне половинной мощности. Этот параметр доступен для измерения относительно несложными средствами, и зная его, можно оценивать качество различных антенн по аналогии с известными конструкциями “волновых каналов” с нормированным усилением (для ориентировки такие данные приведены в табл.1).

Антенна, которая работает на всех КВ и УКВ диапазонах

Антенна сразу на все КВ и УКВ диапазоны

С верхширокополосная антенна для КВ/УКВ радиостанци и

Автор UA6HJQ г. Кисловодск

Понадобилась приёмо-передающая антенна, которая работала бы на всех КВ и УКВ диапазонах и при этом её не нужно было перестраивать и согласовывать. Антенна не должна иметь строгие размеры и должна работать в любых условиях.

С недавних пор, у меня дома стоит FT-857D, у этого (как и у многих других) трансивера нет тюнера. На крышу не пускают, а работать в эфире хочется, поэтому с лоджии, я спустил под углом 50 градусов, кусок провода, длину которого даже не мерил, но судя по резонансной частоте 5.3 МГц, луч 14 метров, выходит с лоджии и спускается к выступу магазина, на конце виден изолятор и дальше веревка длина примерно 14 метров. Поначалу, я делал разные согласующие устройства к этому куску, все работало и согласовывалось как обычно, но было неудобно бегать из комнаты на лоджию чтобы перестраивать антенну на нужный диапазон. Да и уровень шума на 7.0, 3.5 и 1.8 МГц доходил до 7 баллов по S-метру (многоэтажный дом, рядом центральная улица и куча проводов). Тогда пришла мысль сделать антенну которая бы меньше шумела и её не нужно было перестраивать по диапазонам. Конечно, при этом немного упадёт эффективность.,

Читайте также:  Microchip и element14 представили плату расширения raspberry pi chipkit

Изначально понравилась идея TTFD (T2FD), но она тяжёлая, слишком заметная, да и кусок провода уже висел (не снимать же его). В общем, взяв за основу принцип этой антенны, я немного изменил её подключение, а что из этого получилось – видите на картинке.

В качестве безындукционного резистора 50 Ом используется эквивалент рассчитанный на 100 Вт мощности. Противовес, это кусок провода длиной 5 метров, который проложен по периметру лоджии. Думаю что несколько резонансных противовесов, улучшат работу этой антенны на передачу (впрочем как и любого другого штыря). Кабель РК-50-11, идет к радиостанции и имеет длину около семи метров.

При подключении этой антенны к радиостанции, шумы эфира снижаются на 3 – 5 делений по S-метру, по сравнению с резонансной. Полезные сигналы тоже немного падают по уровню, но слышно их лучше. На передачу антенна имеет КСВ 1:1 в диапазоне 1.5 – 450 МГц, поэтому сейчас я её использую для работы на всех КВ/УКВ диапазонах мощностью 100 Вт и мне отвечают все кого я слышу.

Чтобы убедится в том что антенна работает, провел несколько экспериментов. Для начала сделал два отдельных подключения к лучу. Первое это укорачивающая ёмкость, с ней получается удлиненный штырь на 7 МГц, который отлично согласуется и имеет КСВ = 1.0. Второе – описанный здесь широкополосный вариант с резистором. Таким образом у меня появилась возможность быстро переключать согласующие устройства. Потом я выбирал на 7 МГц слабые станции, обычно это были DL, IW, ON. и слушал их, периодически меняя согласующие устройства. Прием был примерно одинаковым, на обе антенны, но в широкополосном варианте, уровень шумов был значительно меньше что субъективно, улучшало слышимость слабых сигналов.

Сравнение между удлинённым штырём и широкополосной антенной, на передачу в диапазоне 7 МГц, дало следующие результаты:

. связь с RW4CN: на удлинённый GP 59+5, на широкополосную 58-59 (расстояние 1000 км)

. связь с RA6FC: на удлинённый GP 59+10, на широкополосную 59 (расстояние 3 км)

Как и следовало ожидать, широкополосная антенна проигрывает на передачу резонансной. Однако, величина проигрыша небольшая, а с повышением частоты она будет ещё меньше и во многих случаях ею можно будет пренебречь. Зато антенна реально работает в сплошном и очень широком диапазоне частот.

В связи с тем что длина излучающего элемента 14 метров, антенна действительно эффективна только до 7 МГц, в диапазоне 3.5 МГц многие станции меня слышат плохо или вообще не отвечают, на 1.8 МГц возможны только местные QSO. В тоже время от 7 МГц и выше никаких проблем со связью нет. Слышимость отличная, отвечают все, в том числе и DX-экспедиции и всякие мобильные р/станции. На УКВ открываю все местные репитеры и провожу FM QSO, правда на 430 МГц сильно сказывается горизонтальная поляризация антенны.

Эту антенну можно использовать как основную, запасную, приёмную, аварийную и антишумовую, чтобы лучше слышать удалённые станции в городе. Расположив её как штырь или сделать диполем – результаты будут ещё лучше. Вы можете ”превратить” в широкополосную, любую антенну уже установленную ранее (диполь или штырь) и поэкспериментировать с этим, нужно только добавить нагрузочный резистор. Обратите внимание на то, что длина плеч диполя или длина полотна штыря не имеют значения, так как у антенны нет резонансов. Длина полотна, в данном случае влияет только на КПД. Попытки просчитать характеристики антенны в MMANA, не удались. Видимо, программа не может правильно рассчитывать этот тип антенн, косвенно это подтверждает файл с расчётом TTFD (T2FD), результаты которого очень сомнительны.

Я пока не проверял, но предполагаю (по аналогии с TTFD (T2FD), что для увеличения эффективности антенны, нужно добавить несколько резонансных противовесов, увеличить длину луча до 20 – 40 метров и более (если вас интересуют диапазоны 1,8 и 3,5 МГц).

Вариант с трансформатором

Поработав на всех КВ-УКВ диапазонах на описанном выше варианте, я немного переделал конструкцию, добавив в нее трансформатор 1:9 и нагрузочный резистор 450 Ом. Теоретически, КПД антенны должно стать больше. Изменения в конструкции и подключения, вы видите на рисунке. При измерении равномерности перекрытия, прибором MFJ, был виден завал на частотах от 15 МГц и выше (связано это с неудачной маркой ферритового кольца), с реальной антенной этот завал остался, но КСВ был в пределах нормы. От 1.8 до 14 МГц КСВ 1.0, от 14 до 28 МГц он плавно увеличивался до 2.0. На УКВ диапазонах, этот вариант не работает, из- за большого КСВ.

Антенна для приёма УКВ ЧМ радиостанций

Антенна для приёма УКВ ЧМ радиостанций

В настоящее время в крупных городах в диапазоне УКВ работают десятки радиовещательных ЧМ радиостанций с самой разнообразной тематикой. Мощность передатчиков обычно составляет 1. 4 кВт, поэтому радиус зоны уверенного приёма на простые антенны невелик и составляет 30. 40 км.

Современные УКВ ЧМ тюнеры, входящие в состав ресиверов и домашних кинотеатров, способны обеспечить высокое качество приёма стереопередач при достаточном уровне радиосигнала. Существенное отличие тюнера от других источников программ состоит в том, что он получает сигнал через внешнюю среду, т. е. через эфир. Его чувствительность в стереофоническом режиме при отношении сигнал/шум на выходе 50 дБ обычно составляет 30. 50 мкВ.

Чтобы тюнер нормально функционировал, ему нужна антенна, и не какая-нибудь (хотя в городе он и с куском провода работает), а хорошая, в том смысле, что она должна принимать сигналы радиостанций и по возможности ослаблять различные помехи. Об этом часто забывают, полагая, что, как и CD-проигрыватель, тюнер может работать где угодно. Существенное влияние на качество приёма в УКВ диапазоне оказывает многолучевое распространение радиоволн (МЛР). Из-за этого эффекта на вход приёмника могут одновременно поступать несколько сигналов, кроме прямого, ещё и несколько отражённых от тех или иных препятствий. Особенно вероятно появление отражённых сигналов в городах, что приводит к ухудшению качества приёма, даже в том случае. если уровень сигнала достаточен для нормальной работы тюнера.

Уменьшить влияние МЛР можно за счёт применения направленных антенн. Для высококачественного приёма сигналов вещательных УКВ ЧМ радиостанций на значительном удалении от передатчика необходимо применять эффективную направленную наружную антенну. Затраты на её изготовление окупятся повышением качества приёма.

Описание такой антенны для диапазона 88. 108 МГц предлагается вниманию читателей. Её конструкция (размеры) показана на рис. 1, она была проверена и оптимизирована с помощью программы MMANA-GAL. Поскольку для радиовещания в УКВ диапазоне применяют вертикальную поляризацию, у этой антенны поляризация также вертикальная. Она содержит семь директоров, два рефлектора и активный (петлевой) вибратор, к которому подключено согласующе-симметрирующее устройство. Все вибраторы изготовлены из дюралюминиевой трубы с внешним диаметром 20 и толщиной стенок 2 мм, а несущая стрела и держатель рефлекторов — из стальной трубы диаметром 32 и толщиной 3 мм (водопроводная труба). Держатель рефлекторов закреплён на конце стрелы с помощью болта М8х80 с гайкой и скобы (рис. 2).

Петлевой вибратор изготовлен из двух одинаковых частей, которые с одной стороны соединены и закреплены с помощью скобы с накладкой двумя болтами М6х30 с гайками и закреплены на стреле с помощью болта М8х70 с гайкой, а с другой — на корпусе согласующе-симметрирующего устройства (рис. 3). Концы вибратора, закреплённые на корпусе, предварительно расплющивают и сверлят в них крепёжные отверстия. Общий вывод согласующе-симметрирующего устройства с помощью кронштейна также крепят на стреле.

Директоры и рефлекторы также состоят из двух частей, которые скрепляют (рис. 4) между собой и крепят к стреле аналогично петлевому вибратору. Для изготовления мачты применена стальная труба с внешним диаметром 50 мм. Поскольку она параллельна вибраторам, для исключения её влияния на характеристики антенны верхнюю часть мачты следует выполнить составной, разделив её электрически на расстоянии 570 мм от стрелы антенны (рис. 5). Верхнюю и нижнюю части мачты крепят между собой с помощью стального хомута шириной 180 мм, толщиной 2 мм и четырёх болтов М6х20 с гайками (рис. 6). Паронитовые прокладки толщиной 1 мм изолируют хомут и две части мачты друг от друга. Мачту крепят к стреле в центре тяжести антенны (см. рис. 4).

Поскольку входное сопротивление антенны составляет около 300 Ом, для подключения к кабелю снижения сопротивлением 75 Ом необходимо согласующе-симметрирующее устройство с коэффициентом трансформации 4:1. Оно применено готовое — от серийно выпускаемых антенн АТВК. Принципиальная схема этого устройства показана на рис. 7, а его монтаж в пластмассовом корпусе — на рис. 8. Катушки L1 и L2 намотаны на кольцах типоразмера 7x4x2 из феррита 50ВЧ вдвое сложенным проводом ПЭЛ 0,23 и содержат по восемь витков.

Основные расчётные характеристики антенны: КСВ, коэффициент усиления Ga и отношение излучения вперёд/назад F/B получены с помощью упомянутой выше программы и показаны на рис. 9.

Спад коэффициента усиления наблюдается в начале диапазона, что, впрочем, компенсируется условиями распространения УКВ — чем ниже частота, тем меньше затухание На частоте 104 МГц расчётный коэффициент усиления антенны составляет 12,7 дБ, а действующая высота — 4 м. При напряжённости поля в точке приёма 10 мкВ/м на выходе антенны будет сигнал 40 мкВ, что достаточно для качественного стереоприёма. При большой длине кабеля снижения, возможно, потребуется применение антенного усилителя.

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