Приемопередающие KB антени

  • Час 29-01-2015, 14:07
  • Автор admin
  • Коментарів 0 Комент.
  • Силка url

Про висоту установки антени

При виборі конструкції приймально-передавальної антени для своєї аматорської радіостанції коротковолновіков доводитися брати до уваги безліч чинників, шукати компромісні рішення для багатьох технічних питань. Один з них - висота встановлення антени. Можливості радіоаматора в цій області (незалежно від того, де він проживе - в місті чи на селі) вельми і вельми обмежені. Чи є тут якісь оптимальні рішення? В якійсь мірі відповідь на це питання дають експерименти, проведені DJ2NN [1].

Слід підкреслити, що виміряти залежність ефективності антени від висоти її установки на коротких хвилях непросто. Найбільший інтерес, природно, представляють ці дані для великих за довжиною трас (Тобто Для DX зв'язків), а це означає, що на результати вимірювань в значній мірі впливає поширення радіохвиль в іоносфері (особливо швидкі флуктуації проходження). Більш того, в загальному випадку ці залежності можуть мати різний характер для трас з різною довжиною і азимутальних спрямованістю. Підвищити достовірність результатів можна лише багаторазовими повторними вимірами, набором статистичних даних.

Приемопередающие KB антени

Рис. 1. Залежності ефективності спрямованої KB антени від висоти її установки (1 - DX станції, 2 - "ближня зона): а - діапазон 14 МГц; б-діапазон 28 МГц

DJ2NN провівши вимірювання залежностей ефективності антени від висоти її установки на аматорських діапазонах 14. 21 і 28 МГц в режимі прийому сигналів DX станцій (протяжність траси не менше 5000 км). Крім того, вимірювалися та аналогічні залежності за сигналами станцій, що знаходяться в "ближній" зоні, де зв'язок обумовлена поверхневої хвилею. У цих експериментах DJ2NN використовував антени "хвильовий канал", висоту встановлення яких можна було дуже швидко змінювати в межах 2,5 ... 25 м. Їм були прийняті спеціальні заходи, які виключали б помилки вимірювань, обумовлені розладом антени при малих висотах її установки (через вплив "землі"). Результати цих експериментів для діапазонів 14 і 28 МГц наведені на рис. 1, а і 1, б. Загальний хід аналогічних залежностей для діапазону 21 МГц вельми близький до даними, наведеними на рис. 1, а. Криві, позначені цифрою 1, відносяться до вимірювань за сигналами DX станцій, а цифрою 2-за сигналами станцій, що знаходяться в "ближній" зоні Аналіз цих кривих дозволяє зробити кілька висновків. По-перше, вимірювання параметрів короткохвильовою антени і відпрацювання її діаграми спрямованості по напруженості поля в "ближній" зоні далеко не завжди може дати об єктивну інформацію про її ефективність при проведенні DX зв'язків. Іншими словами, вимірювання в "ближній" зоні - це необхідний, але іноді недостатній етап у налагодженні спрямованої KB антени. По-друге, в інтервалі висот 2,5 ... 15 м ефективність такої антени на діапазонах 14 і 21 МГц змінюється дуже сильно. Може виникнути така ситуація, коли більш проста і легка двохелементна антена, піднята на висоту 10 ... 12 м, виявиться більш ефективною, ніж, скажімо, трьохелементна антена, яку радіоаматор не може підняти вище 5 ... 7 м (з-за більшої маси, більш громіздкого і важкого обертального пристрою і т. д.)

Приемопередающие KB антени

Рис. 2. Залежності ефективності спрямованої УКХ антени від висоти її установки: 1-діапазон 432 МГц; 2 '- діапазон 144 МГц

І по-третє, збільшення висоти установки антени понад приблизно 17м невиправдано. Ефективність зростає незначно, а витрати на виготовлення і технічні складнощі, пов'язані з установки і експлуатацією антени, збільшуються в багато разів.

Рис. 2 ілюструє вплив висоти установки УКХ антени на її ефективність для діапазонів 144 (крива 2) і 432 (крива 1) МГц. Ці виміри проводилися DJ2NN для джерела сигналу, віддаленого на 20 км. Цікаво відзначити, що в цьому випадку залежно практично не мають тенденції до насичення при великих висотах.

Ненаправлення антени

Велика частина коротковолновіков змушена обмежуватися встановленням тільки однієї антени, яку, звичайно, намагаються зробити багатодіапазонний і ненаправленої. Існує безліч конструкцій подібних антен, в яких ці вимоги виконуються в більшій чи меншій мірі. Одна з таких антен - "G5RV" (за позивному радіоаматора, який запропонував її [2] - призначений для роботи на аматорських діапазонах 3,5 ... 28 МГц.

Розміри антени і двопровідної согласующей лінії показані на рис. 3.а, харчування антени подається коаксіальним кабелем з хвильовим опором 75 Ом. Рекомендована висота встановлення антени над землею або над дахом - близько 10 м. Якщо проліт, в якому встановлюють антену, менше 32 м, то кінцеві відрізки полотна антени завдовжки до 3 м можна залишити висячими вниз (Тобто Для установки антени в цьому випадку підійде проліт приблизно 26 м). Антена "G5RV" в принципі допускає установку з використанням тільки однієї щогли у вигляді "INVERTED V", але для того щоб її характеристики помітно не погіршувалися, кут при вершині повинен бути не менше 120 °

Приемопередающие KB антени

Рис. 3. багатодіапазонний KB "G5RV": а - спрощена конструкція антени. б - ізолятор; в - пристрій двопровідної лінії: р - високочастотний дросель

Саморобна двопровідна узгоджуюча лінія утворена двома проводами, відстань між якими підтримується постійним ізоляторами (рис. 3, б) виконаними з хорошого, негігроскопіческого діелектрика (оргськло, текстоліт і т. Д.) Після відповідної просочення можна використовувати також дерево або фанеру. Проводові лінії укладають у V-подібні вирізи на торцях ізоляторів і фіксують невеликими відрізками проводів (мал. 3. 0), пропущених через відчини в ізоляторах. Узгоджуюча лінія повинна йти перпендикулярно полотну антени принаймні на довжині 6 м.

Для ефективної роботи антени "G5RV" на всіх діапазонах її фідер необхідно підключати до передавача через згода пристрій. Оскільки у цієї антени в фідері практично завжди є в тій чи іншій мірі стояча хвиля, то застосовувати сімметрірующее пристрій (BALUN) для переходу від согласующей лінії до коаксіального кабелю немає сенсу. Проте для зменшення випромінювання з зовнішньої обплетення кабелю (цє. Зокрема, може бути причиною перешкод телебаченню) доцільно [3] з верхньої частини фідера зробити високочастотний дросель (рис. 3. г). Число витків 8 .. 10, діаметр намотування близько 180 мм, витки скріплені у трьох місцях липкою стрічкою.

Приемопередающие KB антени

Рис. 4. Варіант виконання багатодіапазонний антени на основі "G5RW: а - конструкція антени: б-центральний ізолятор і підключення фідера 

Ще один варіант многодіаплзонной KB антени, в основу якої покладена "G5RV" [4], наведена на рис. 4. а. На центральній щоглі 1 висотою близько 12 м під кутом приблизно 30 ° один до одного підвішені два полотна антени "G5RV". Кінці цих полотен через ізолятори 4 кріпляться до чотирьох допоміжним щогл 3 висотою близько 6 м. У центрі, антени полотна попарно підключені до обший двопровідної лінії 5 (див. Рис. 4.б), яка так само, як і у звичайній "G5RV" , виконана повітряної на ізоляторах 6. Для кріплення кінців полотен на щоглі 1 служити центральний ізолятор 2. Слід зазначити, що наведені розміри не є критичними. Їх можна варіювати в досить широких межах, орієнтуючись на можливості радіоаматора і місце, наявне в його розпорядженні для установки антени.

У радіоаматорського літературі нерідко зустрічаються описи багатодіапазонних горизонтальних антен, що представляють собою включені паралельно випромінювачі (наприклад, півхвильовий диполі) на окремі KB діапазони. Даний принцип можна застосувати і для створення антен з вертикальною поляризацією. Конструкція такої Трьохдіапазонний KB антени [5] показано на рис. 5. Металева щогла 3, що служити випромінювачем на діапазоні 14 МГц, встановлена на опорного ізоляторі 2. У її верхній частині на відстані близько 350 см від опорного ізолятора укріплена діелектрична розпірка 9. До основи щогли кріпляться (і підключаються до неї електрично) дротові випромінювачі на 4 діапазони 21 і 28 МГц. Натяг випромінювачів забезпечують нейлонові розтяжки з розхлопом 5, які приєднують до них через ізолятори 6. Харчується антена коаксіальним кабелем 8 з хвильовим опором 50 Ом, центральну жилу якого підключають до щогли 3, а оплітку до системи противаг 7. Довжини всіх випромінювачів відрізняються від значення * / 4 для відповідного діапазону, що обумовлено взаємним впливом випромінювачів. Наведені на рис. 5 розміри випромінювачів були підібрані експериментально за мінімальних значень КСВ на робочих діапазонах.

Приемопередающие KB антени

Рис. 5

Варіант широкосмугового антени [б], що працює на всіх KB діапазонах, включаючи і 160 м, показань на рис. 6. Антена є дротяний випромінювач довжиною 22,6 м, на відстані однієї третини від кінця якого включена LR-ланцюг, що розширює смугу робочих частот.

Приемопередающие KB антени

Рис. 6. KB антена для діапазонів 10..J60 м: а - загальний вигляд: б-LR-ланцюг; в - узгоджувальний трансформатор

Цей ланцюг (рис. 6, б) утворена резистором опором R 370 Ом (6 резисторів опором 2,2 кОм і максимальній потужністю розсіювання 1 Вт) і котушкою L (55 витків дроту діаметром 1 мм, намотування рядова суцільна на каркасі діаметром приблизно 50 мм ).

Антену підключають до фідера (хвильовий опір 50 Ом) через узгоджувальний трансформатор (рис. 6, в). Він виконаний на кільцевому магнітопроводі з фериту діаметром приблизно 50 мм з початковою магнітною проникністю близько 20. Кожна з обмоток має по 24 витка дроту діаметром 1 мм Антену підключають до відведення від 18-го витки вторинної обмотки. Точку підключення підбирають експериментально при налагодженні антени.

Налаштовують антену підбором в першу чергу індуктивності котушки L і точки підключення антени до трансформатора. Критерій - мінімум КСВ в межах аматорських діапазонів. Хоча у статті зазначається можливість роботи антени навіть на діапазоні 160 м, реально, мабуть, отримати задовільні характеристики можна тільки на частотах 7 МГц і вище.

Вплив "землі"

Описана вище антена, так само як і багато інших "дротові" ї штирові антени для своєї нормальної (ефективної) роботи вимагає наявності гарної "радіотехнічної землі". У міських (та й не тільки в міських) умовах її зазвичай забезпечують підключенням еквівалента - противаг. Скільки ж противаг і якої довжини можуть створити хорошу "радіотехнічну землю"? Вимірювання показують [7], що їх число повинне перевищувати 20 ... 30. При декількох противагах (випадок дуже типовий в радіоаматорського практиці) опір втрат становить приблизно 30 Ом. Це означає, що близько 50% потужності передавача втрачається. Іншими словами, варто задуматися: що простіше - конфліктувати з Державною інспекцією електрозв'язку, підвищуючи понад дозволених меж потужність передавача, або додати кілька десятків противаг до антени і отримати ту ж саму ефективність радіостанції в цілому.

Приемопередающие KB антени

Рис. 7. Залежності вхідного опору штиря від числа противаг

Типові залежності вхідного опору четвертьволнового штиря (теоретичне значення 37 Ом) від числа чвертьхвильових противаг для різніх умів (1 - сухий грунт, 2-мокра, 3 - теоретичне значення) наведена на рис. 7. Не слід, беручи до уваги ці залежності, дивуватися, що GP з трьома противагами забезпечує КСВ ~ 1 при харчуванні коаксіальним кабелем 75 Ом (теоретичне значення КСВ ~ 2). Стає зрозумілою і ефективна робота деяких вертикальних антен в широкій смузі частот - втрати в "землі" помітно розширюють її.

Режекторние контури для антен KB

Антени з режекторного контурами ("W3DZZ" і їй подібні) отримали широке поширення в радіоаматорського практиці. Вони мають цілком прийнятні характеристики, альо з конструктивної точки зору не зовсім зручні. Особливі труднощі (у виготовленні або придбанні) викликає конденсатор, що входити до режекторний LC-контур. Він повинен мати цілком певний номінал і дуже високі електричні параметри, працюючи в умовах впливу на нього атмосферою вологи.

Режекторний контур для антен типу "W3DZZ" можна виготовити з відрізка коаксіального кабелю, обплетення якого буде формувати необхідну індуктивність, а центральна жіла - обплетення" створювати необхідну ємність | 8].

Приемопередающие KB антени

Рис. 8. Конструкція режекторного контуру на основі коаксіального кабелю

Конструкція такого режекторного контуру наведена на рис. 8. На діелектричний каркас 1 намотують коаксіальний кабель 2. Кінці кабелю 3 пропускають в відчини каркасу та розпаювали (5) відповідно з малюнком. Скобі 4 служать для підключення полотен антени 6.

Для простих антен з режекторного контурами вибір параметрів котушки досить довільній (треба лише забезпечити необхідну частоту режекциі). В антені "W3DZZ". крім того, необхідно мати і цілком визначене ставлення котушки індуктивності L і ємності конденсатора С - без цього не можна реалізувати багатодіапазонні властивості антени.

Спрямовані антени

Обертається спрямована KB антена - мрія всіх коротковолновіков. Однак виготовити повнорозмірну антену ("хвильовий канал", "подвійний квадрат" і т. Д.) Багатьом радіоаматорам не під силу Одна з причин цього - вельми обмежена площа на даху житлового будинку, яку коротковолновік може використовувати для встановлення антени (особливо в будинках - вежах). Вісь чому в радіоаматорських журналах так часто зустрічаються описи різних варіантів малогабаритних одно - або багатодіапазонних KB антен.

Приемопередающие KB антени

Рис. 9. Спрямована антена "DOUBLE-D"

Антена, ескіз якої наведена на рис. 9, отримала назву "DOUBLE-D" ("подвійна дельта") [9]. Невелика за розмірами, легка, вона цілком може бути першою конструкцією коротковолновіка, що бажає підвищити ефективність своєї аматорської радіостанції установки обертається спрямованої антени.

На щоглі 1 на відстані D від її вершині встановлено чотири розпірки 2 з бамбука або дерева, просоченого вологозахисними складами. До кінців цих розпірок і через розтяжки з розхлопом 5 кріпляться полотна активного елементу 3 і рефлектора 4. Обидва полотна виконані з мідного дроту або антенного канатика, а розтяжки з розхлопом - з нейлонового шнура. Конфігурація активного елементу і рефлектора нагадує латинську літеру D, звідки і пішла назва антени. Живлять антену по коаксіальному кабелю 6 з хвильовим опором 50 Ом.

Довжину дротяних елементів антени в метрах розраховують за такими формулами (f - робоча частота в МГц):

А = В = 85,1 / f
З = 60,2 / f
D = 17,8 / f
Е = 34 / f

Значення частоти f обирають або в середині відповідного аматорського діапазону, або в середині його ділянки, найбільш цікавить коротковолновіка (наприклад, в середині телеграфного ділянки).

Виходячи з даних [9], антена "DOUBLE-D" практично не поступається двоелементною антені "хвильовий канал" за коефіцієнтом спрямованої дії і відношенню випромінювання назад-вперед. Однак вона має меншу смугу пропускання, що ілюструє рис. 10, на якому наведено залежності КСВ від частоти (діапазону 28 МГц) для антени "DOUBLE-D" (крива 1) і повнорозмірного "хвильового каналу" (крива 2).

Приемопередающие KB антени

Рис. 10. Залежності коефіцієнта стоячої хвилі від частоти в діапазоні 10 м для антен "DOUBLE-D: і двоелементною" хвильового каналу "

Налаштовують цю антену підбором довжини активного елементу і рефлектора. На резонансній частоті її вхідний опір носити чисто активний характер і становить приблизно 40 Ом.

Використовуючи такий принцип побудови антени, можна виготовити і багатодіапазонний конструкцію. У цьому випадку кожен з активних елементів бажано живити окремим коаксіальним кабелем. Експерименти з дводіапазонною антеною (14 і 21 МГц) показали, що установка на ту ж конструкцію елементів на другий діапазон не змінює діаграми спрямованості антен. При запіткі обох активних елементів навіть по одному коаксіальному кабелю КСВ в межах обох аматорських діапазонів не перевищував 2.

Компактний трехдіапазонниі (14, 21 і 28 МГц) "подвійний квадрат" (рис. 11) був запропонований. 9Н1GL [10]. За габаритами він не перевищує двухднапазонний "подвійний квадрат" на 21 і 28 МГц. Ця антена по суті складається з двох повнорозмірних "подвійних квадратів" на діапазони 21 і 28 МГц, а третій діапазон - 14 МГц виходить підключенням до елементів діапазону 21 МГц навантажувальних ємностей.

Приемопередающие KB антени

Рис. 11. На зміну малогабаритний трьохдіапазонний-Подвійний квадрат: а - вигляд спереду; б - вид збоку; в - конфігурація елементів антени

На щоглі 1 закріплена коротке несуча траверса 2, до якої у свою чергу кріпляться скобі 3 "їжака". Застосування комбінації "несуча траверса" - "їжаки" (кожна з них окремо широко використовується в "подвійних квадратах") дозволив отримати досить високу точку кріплення розтяжок 6. Антена обертається разом з щоглою 1 (двигун з редуктором встановлені біля її основи), тому відтягнення кріпляться до підшипника проміжного 5. Висота щогли приблизно 5,5 м, підшипник встановлений на 0,8 ... 1 м нижче точки кріплення несучої траверсі. У цьому випадку при максимальному припустимому вугіллі між щоглою і відтяжками 30 ° точки кріплення відтяжок до даху будуть відстояти від основи щогли приблизно на 2.7 м.

Конфігурація елементів "їжаків" 3 (їх виконують зі сталевого куточка) показана на рис 11. ст. У відігнуті частини цих елементів кріплять U-подібними болтами або затискачами розпірки 4 з бамбука. Довжина розпірок-близько 2,4 м. Довжина кожної сторони рамки для діапазону 21 МГц становить 3,6 м, а для діапазону 28 МГц - 2,75 м.

Навантажувальні ємнісні елементи, що забезпечують роботу антени на діапазоні 14 МГц, розташовані всередині рамок діапазону 21 МГц (трохи ближче до щогли, ніж ці рамки). Смороду "відключаються" чотирма режекторного контурами - по два на кожну рамку. Резонансна частота режекторних контурів (до підключення до антени) -20,2 МГц. Конструктивно вони виконані з коаксіальногокабелю так само, як описано в попередньому розділі огляду. Контури підключають між рамкою і ємнісними навантаженнями у точках, позначених на рис. 11

Методика налаштування елементів антени на діапазонах 28 і 21, МГц не відрізняється від стандартної. На діапазоні 14 МГц антену налаштовують підбором довжини елементів - ємнісних навантажень. Якщо зміна довжини цих елементів істотно впливає на параметри антени на діапазоні 21 МГц, то його свідчить про те, що режекторние контури налаштовані неточно (тобто Не «відключають" повністю ємнісне навантаження при роботі на діапазоні 21 МГц).

При харчуванні антени 50-омним коаксіальним кабелем КСВ не перевищувало 2 на всіх трьох діапазонах

Література

  1. Hawker P. Technica I Topics. - Radio Communication, 1985, № 4, p. 274-275. 

  2. Yarncy L. G5RV multiband antenna. . . up-to-date. - Radio Communication. 1984. № "6, p. 572-575.

  3. Hawker P. Technical Topics. - Radio Communication, 1982, № 2, p. 142-143.

  4. Dob'ns R. G. QRP. - Radio Communication, 1985, № 3, p. 206.

  5. Doncei D. Antena "sisargas" vertical para 10, 15 у 20 m. - URE, 1984, № 10, n 572.

  6. Johansson F. VK fi - antennen-- en mliltihandantennen. - QIC, 1984, № 12, s. 428.

  7. Servik J. Short ground radial sistcms for short verticals. -QST, 1978, № 4, p. 30-33.

  8. Sommer R. Optimizing coaxial-cable traps.-QST, 1984, № 12, p. 37-42.

  9. D0dd P. Wire beam antennas and the evolution of the "Double-D". -QST, 1984, Л "10, p. 21-23.

  10. Hawkes JM A two clement quad 14, 21 and 28 MHZ antenna for restricted space. - Radio Communication. I984, № 4, p. 300 - 103.

Tags

Коментарі до новини