HELLORADIO.RU — интернет-магазин средств связи
EN FR DE CN JP

Теория и практика радиолюбительских антенн

Теория и практика радиолюбительских антенн

EW8AU
Владимир Приходько,
246027 Гомель а/я 68, Беларусь
Email - dmitry.by (at) tut.by
  1. Выбор антенн
  2. Симметричный полуволновой вибратор
  3. Антенна типа "квадрат"

Выбор антенн

Проблемы широкополосных или многодиапазонных антенн в декаметровом диапазоне частот 1-30 мГц связаны с интенсивностью индустриальных помех. Реальное предпочтение нужно отдавать узкополосным однодиапазонным антеннам.
Экспериментально было обнаружено, что уменьшение ширины диаграммы направ­ленности антенны до некоторого угла приводит к линейному росту мощности принимаемого сигнала, обусловленного рассеянной волной. Если и далее уменьшать ширину диаграммы направленности антенны, то уже не будет наблю­даться линейный прирост мощности принятого сигнала. В начале мощность сигнала будет еще несколько возрастать, а начиная с некоторого угла прак­тически остается неизменной.Это явление получило название потерь усиления антенн. Зная особенности распространения радиоволн на каждом любительском диапазоне, нужно разумно этим пользоваться. Ведь это не самоцель провести связь с данным корреспондентом, данным регионом пли континентом именно на этом диапазоне, без yчета условий прохождения радиоволн  данное время. Радиолюбителям поэтому и дана такая широкая сетка частот,  чтобы обеспечить устойчивую связь в данное время с нужным корреспондентом, выбрав соответствующий диапазон, на  котором вероятность связи будет максимальна.

Прежде чем искать в литературе (лучшую) антенну, нужно разобраться какие требования мы предъявляем к антенне:

  • Большое усиление
  • Высокий К.П.Д.
  • Возможность работать в нескольких диапазонах.
  • Узкую диаграмму направленности.
  • Хорошее подавление заднего и боковых лепестков.
  • Малые габариты.
  • И даже такой вопрос, как практическая реализация. Возможно ли будет изготовить такую конструкцию в домашних условиях. Имеется в виду габариты надежность, прочность. Уместно так же напомнить о правилах техники безопасности при монтаже и установки антенны.

Есть примеры, когда на крыше пятиэтажного панельного дома устанавливают УНЖУ. Не имея понятия какую нагрузку может выдержать панель перекрытия. Площадь опоры мала, в панелях бывают скрытые дефекты. Представьте, что произойдет, если лопнет перекрытие. УНЖА проколет дом до основания. Поэтому к установке антенны нужно подходить серьезно, неплохо бы было
посоветоваться у специалистов строителей. И так, исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, такой антенны, которая бы удовлетворяла всем выше перечисленным требованиям не существует. Нужно искать разумный компромисс. Первое с чего нужно начать, это определить для себя приоритетный диапазон для которого подбирается наилучший вариант будущей антенны, антенны других диапазонов могут быть компромиссными. Затем осмотреть и оценить место установки, в каких условиях антенна будет эксплуатироваться.

Рассмотрим два варианта.

Вариант первый.

Антенна будет находиться в условиях: Крупный промышленный город, высотное здание, горизонт чист, то есть нет объектов закрывающих горизонт. Это оптимальные условия для размещения любых антенн. Идеальная антенная система для этих условий, это базированная антенная решетка с разносом этажей по вертикали. Выбирая тип антенны для антенной решетки, не стоит гнаться за большим количеством элементов. Настройка сложной многоэлементной антенны требует определенных знаний и занимает даже для специалиста очень много времени. А так как настройку антенны нужно проводить на высоте ее постоянной эксплуатации, это создает больше проблемы с подъемом и опусканием антенны или с установкой быстросъемных лесов. Одновременно с увеличением элементов, сужается полоса пропускания и неоправданно растут линейные размеры антенны. Оптимальное количество элементов 3:4. Хорошие результаты могут быть получены применяя в каждом этаже антенны типа тройной квадрат. Антенны должны быть настроены на мак­симальное усиление вперед. Подавление заднего лепестка лучше осуществить фазовым методом, сместив антенны в этажах относительно друг друга на 0,25 лямбда. При этом мы не теряем усиления и имеем хорошее подавление заднего лепестка.

Далее если каким - нибудь образом, например ступенчатым фазовращателем, мы будем менять фазовый сдвиг в кабеле питания у одной из антенн, мы смо­жем осуществить сканирование лучом в вертикальной плоскости. Что позволит лучу при отражении от ионосферы  сканировать по поверхности  земли, а так же реализуется один из методов борьбы с замираниями.            
Для  создания  оптимальных условий  при установке  антенны, обратить внимание на высоту  подвеса нижнего  этажа относительно земли 0,5l. А так же, если есть возможность, улучшить "землю", создав лучшую проводимость и однородность.
Например, если  антенна установлена  на лифтовой  надстройке много­этажного дома, которая возвышается над плоской крышей дома. По  верхнему уровню надстройки от мачты веером (звездообразно) растянуть противовесы по 0,25 лямбда в каждую сторону.

Активные элементы рамок (если  антенны  типа квадрат) желательно выполнить легким РК кабелем, это во первых  расширит полосу пропускания антенны, а во вторых позволит  осуществить  идеальное симметрирование см. Рис.1. Размещение в квадратах других антенн на другие диапазоны нецелесообразно, так как  измерения показали, что при внесении в рамку  металлических или  диэлектрических (с разной  диэлектрической проницаемостью) предметов ухудшает  К.П.Д. антенны. Не  надо  путать  с расстройкой антенны, уход от резонанса  и изменение  входного сопротивления излучения, так как последние две величины всегда можно скомпенсировать при настройке антенны.

Допустим мы построили такую антенну, сейчас чтобы не испортить всех тех преимуществ, которые мы  получили от данной  антенной системы, антенны остальных любительских диапазонов  необходимо  расположить  или  ниже или на уровне противовесов главной антенны. Исключение  составляют вертикальные антенны которые нужно разнести как можно дальше от основной  антенны и  в качестве  оттяжек применять диэлектрические оттяжки например: пропи­танные воском капроновые шнуры или еще лучше оттяжки из материала КЕВЛАР.

Кевларовые оттяжки  можно заказать через дилеров на фирмах которые занимаются изготовлением, и продажей радиолюбительских  антенн, например германская фирма TITANEX.

Теперь рассмотрим второй вариант.

Малоэтажное здание, горизонт закрыт высотными зданиями, промышленными объектами. В этом случае наилучшим решением в выборе антенны  является антенна Уда-Яги. Таже синфазная решетка из двух антенн, но антенны разнести по горизонтали. Антенны настроить на максимальное усиление  вперед. Смещать антенны одна относительно другой на 0,25 лямбда не нужно. Исходя из условий эксплуатации  антенны, нет смысла дополнительно подавлять задний лепесток, так как  сигнал пришедший сзади отразится от объектов стоящих впереди и попадет в антенну  уже спереди. Сужение диаграммы направленности в горизонтальной плоскости позволит  работать в просветах  между объектами. А также существенно снизить уровень отраженного сигнала от стоящих впереди зданий. В вертикальной плоскости  диаграмма направленности нашей антенны шире в данном  случае это даже помогает, луч  нижним краем  скользит по крышам впереди стоящих здании, также как и в оптическом диапазоне происходит дифракция.
За препятствием существует, как и в оптике, области тени и полутени. Наличие поля в этих областях  обусловлено явлением дифракции. Это явление можно объяснить, используя принцип Гюйгенса. Согласно этому принципу каждая точка фронта волны над препятствием, включая  и сам  край, является источником новой, вторичной сферической волны, которая распространяется за препятствием. Мешающее препятствие становится как бы пассивным ретранслятором.

Далее следует поварьировать в небольших пределах высотой подвеса антенны над землей (экраном). Если рассмотреть зависимость диаграммы направленности от высоты под­веса, мы заметим, что задний лепесток  диаграммы направленности  антенны всегда имеет меньший угол, в вертикальной плоскости, чем передний лепесток. Определив по горизонту, какой угол в вертикальной плоскости нам не­обходим, чтобы основной луч антенны скользил по краям крыш впереди стоящих зданий находим оптимальную точку подвеса антенны. Так как задний лепесток диаграммы  направленности принимает  или излучает под меньшими углами, то все препятствия на горизонте помогают нам подавить сигнал пришедший сзади антенны.

Рассмотрим принцип действия синфазной антенны с повышенной помехоза­щищенностью, показанной на Рис.2. Как видно из рисунка, верхний  этаж антенны сдвинут по отношению к нижнему этажу вперед, на четверть длины волны, а в схеме межэтажных соединений длина  кабеля питания  верхнего этажа (кабель L2) больше длины кабеля питания нижнего этажа (кабель L3) на четверть длины волны в кабеле. Антенна работает следующим образом. Сигнал принятый верхним этажом со стороны главного лепестка диаграм­мы направленности, опережает по фазе на 90° сигнал принятый с того же направления нижним этажом. Это опережение  по фазе компенсируется запаздыванием по фазе на 90° в кабеле L2, который длиннее кабеля L3 на четверть длины волны в кабеле. В результате этого сигналы, принимаемые  обоими  этажами, складываются синфазно в точке параллельного  соединения кабелей  L2 и L3. В  тоже  время  сигнал, принятый  верхним этажом  со стороны  рефлектора, отстает по фазе на 90°  по отношению к сигналу, принятому нижним этажом. В кабеле L2 сигнал принятый верхним этажом, дополнительно запаздывает по фазе на 90°, в результате чего сигналы, принятые обоими этажами со стороны  рефлектора, складываются в противофазе в точке параллельного соеди­нения кабелей L2 и L3. Противофазное сложение сигналов, принятых  этажами антенны со стороны  рефлектора, приводит к существенному уменьшению уров­ня задних и боковых лепестков диаграммы направленности антенны и соответ­ственно к ее помехозащищённости. Практически  задние и боковые  лепестки описанной  антенны  типа (волновой канал) или Уда-Яги, меньше  задних и боковых лепестков такой же антенны (без сдвига этажей) на 8-10 dB. Дополнительным преимуществом синфазной антенны со сдвигом этажей яв­ляется высокий коэффициент бегущей волны, который составляет 0,7 - 0,8.

Столь высокий коэффициент бегущей волны  достигается за счет разности длин кабелей питания этажей. Реактивные составляющие проводимости в точке параллельного соедине­ния кабелей имеют противоположные знаки и взаимно компенсируются. На Рис.2 показано расположение на мачте антенных полотен двухэтажной синфазной антенны типа волновой канал со сдвигом этажей на четверть волны. На Рис.2а. Показана схема запитки антенн. Все отрезки кабеля L1 L2 L3 L4 L5 L6 имеют одинаковое волновое сопротивление 75 Ом. Сопротивление в точке параллельного соединения кабелей L2 L3 составляет 37,5 Ом. Это сопротивление трансформируется в сопротивление 75 Ом с помощью двух последовательно включенных четверть волновых трансформаторов. Первый трансформатор с волновым  сопротивлением  25 Ом (три параллельно включенных кабеля L4 с волновым сопротивлением 75 Ом каждый) преобразует сопротивление 37,5 Ом в сопротивление 18 Ом, а второй трансформатор с волновым сопротивлением 37,5 Ом (два параллельно включенных кабе­ля L5 с волновым сопротивлением 75 Ом каждый) преобразует в сопротивление 75 Ом, что позволяет получить хорошее согласование антенны с кабелем сни­жения. На Рис. 2В. показан второй вариант запитки с одним трансформатором L4 волновое сопротивление кабеля этого трансформатора 50 Ом. В точке параллельного соединения кабелей L2 и L3 сопротивление составляет 37,5 Ом. Это сопротивление с помощью четвертьволнового трансформатора (кабель L4 с волновым сопротивлением 50 Ом) трансформируется снова в сопротивление 75 Ом. Отрезки  кабеля LI, L2, L3, L6 -75 Ом, L4 -50 Ом. L6- кабель питания. Волновое сопротивление 75 Ом.

Zтp = квадратный корень из (ZBx · ZВых)      Zтp = квадратный корень из (37,5 · 75)   Zтр = 53 Ом.
Z - волновое сопротивление линии передачи.

При изготовлении четвертьволновых трансформаторов следует учитывать коэффициент укорочения коаксиальных кабелей, который в среднем составляет около 0,66, то есть  следует брать  отрезок кабеля  длиной лямбда 4 • 0,66. Для более точного  расчета нужно знать диэлектрическую постоянную изоляционного материала применяемого в данном кабеле.

К = квадратный корень из (Er)    Lтp = лямбда к/4
Ег - диэлектрическая постоянная.
L  - длина четвертьволнового трансформатора.
к  - коэффициент укорочения.

Пример. Для частоты = 14 МГц длина волны в свободном пространст­ве с/лямбдаl = 21,45м. При распространении этой волны в среде с диэлектрической проницаемостью Ег = 2,3 получаем:
h = квадратный корень из (Er) = 1,52          k = 1/h = 0,66

Следовательно для диэлектрика с Ег = 2,3 ( полистирол ) коэффициент укорочения равен 0,66.

Симметричный полуволновой вибратор

Прежде чем строить сложную антенну, нужно сделать простой полуволновой вибратор. Разобраться в способах согласования и настройки. В дальнейшем при разработке сложных антенн, эта антенна пригодится как образцовая, для оценки усиления новой антенны. Полуволновой вибратор относится к простым антеннам, имеет диаграмму направленности в форме восьмерки и имеет входное сопротивление 60-70 ом, в зависимости от диаметра проводника вибратора. Расчет длинны полуволнового диполя с учетом укорочения, в зависимости от отношения длины волны к диаметру провода вибратора в диапазоне коротких волн не имеет смысла, так как на него влияет высота подвеса, окружающие предметы (дома, деревья) и т. д. Практика показыва­ет, что антенну нужно настраивать на месте её постоянной эксплуатации и расчётной высоте над землёй. Поэтому длина полуволнового вибратора берется полволны 0,5 лямбда. На концах вибратора должны быть предусмотрены элементы коррекции длины проводников. Оптимальное - расстояние высоты подвеса антенны над землёй полволны 0,5 лямбда. Влияние земли можно заменить действием мнимого вибратора, расположенного по другую сторону экрана, зеркально относительно действительного вибратора. При чем фаза возбуждения мнимого вибратора будет отличаться от фазы возбуждения реального вибратора на 180°. Таким образом, вибратор над экраном можно рассматривать как антенную систему, содержащую два вибратора разнесенных на расстояние 1 лямбда и возбужденных противофазно. Угол излучения такой системы – З0°. На самом деле землю нельзя считать идеальным экраном, в связи с этим амплитуда отраженной волны меньше амплитуды падающей. Поэтому амплитуда результирующей волны не достигает своего максимального значения. Незначительное изменение длины диполя или частоты в первую очередь сказывается на излучении реактивной составляющей сопротивления вибратора и лишь во вторую очередь на изменение активной составляющей Za. Так как реальный диполь имеет входное сопротивление меньше 75 ом, а мы запитываем антенну кабелем 75 ом, необходимо согласовать его по сопротивлению. Не большое увеличение длины диполя повышает выходное сопротивление, но при этом появляется реактивная составляющая, которую необходимо скомпенсировать.

Для правильной настройки антенны и получения минимального КСВ нужно обязательно применить симметрирующий мостик. Смотрите Рис.1. Выполняется он из коаксиального кабеля. Два отрезка кабеля длинной 0,246 лямбда располагаются параллельно друг другу на расстоянии 20-30 мм. Уменьшение этого расстояния улучшает симметрирование, но приводит к росту потерь в диэлектрических защитных оболочках кабеля. Очень важно сохранить постоянство расстояния между кабелями. В качестве направляющих распорок применять хороший диэлектрик например: оргстекло, фторопласт. Кабель должен заходить в отверстие направляющих пластинок с натягом. Тогда распорки хорошо держатся на кабеле не сползая вниз, без дополнительного крепежа. Симметрирующий трансформатор желательно выполнить из светлых по цвету кабелей. Так как в черном полиэтилене в качестве красителя может использоваться сажа газовая. В симметрирующем трансформаторе ток протекает по наружной оплетке кабеля, (в одном из плеч и по внутренней жиле). Естественно, если работает внешняя оболочка, то существуют потери в диэлектрике. Поэтому кабель со светлым полиэтиленовым покрытием будет иметь меньшие потери в диэлектрике, особенно на высоких частотах. В диапазоне УKB мостик изготавливают из медных или алюминиевых трубок. В нижней части симметрирующего мостика, где оплетки спаиваются между собой обратить внимание на хороший контакт. А также желательно в одно из плеч внизу поставить кабельный коаксиальный разъем. Ни в коем случае при пайке не применять активный флюс, он проникает по оплетке глубоко под оболочку и со временем произойдет разрушение наружной оплетки кабеля.

Место пайки промывают спиртом и покрывают нитролаком или клеем БФ-2. После этого можно сделать бандаж клейкой полихлорвиниловой лентой. К активным (агрессивным) средам относятся и эпоксидные смолы. Перед запивкой эпоксидной смолой медных, латунных проводников или деталей следует предварительно покрыть их топким слоем нитролака или клея БФ-2. Чтобы убедиться в активности эпоксидной смолы или какого - либо клея, попробуйте нанести эпоксидный клей на старый кусочек фольгированного стеклотекстолита. Вы увидите, что фольга под эпоксидкой очистится изменив свой цвет, как будто вы капнули на медь азотную кислоту. Дело усугубляется еще и тем, что смолу разводят на глазок и передозировка отвердителя еще быстрее ускоряет процесс окисления. Если смола прозрачная, то через несколько месяцев вы увидите, что желтый цвет проводников изменился на зеленый. К агрессивным относятся и некоторые виды изоленты. Например: черная лента на тканевой основе способна разрушить даже эмаль на медном проводе. Из доступных материалов, клей БФ-2 не активен и имеет малые потери даже на сверхвысоких частотах. Перед распайкой кабеля обязательно проверьте кабель. Сначала визуальный осмотр по всей длине, кабель должен быть ровным, не иметь вздутий по диаметру и механических повреждений защитной оболочки. Затем следует проверить кабель на КСВ с согласованной нагрузкой. Обязательно проведя два измерения поменяв местами (условные) начало конец.

При большой длине скрытый дефект в. неоднородности оплетки или диэлектрика (при условии, что эта неоднородность не находится в середине длины кабеля), а находится не далеко от какого - нибудь конца при двойном измерении с разных сторон позволяет по КСВ выявить дефект кабеля. И так проверив кабель, запаяв симметрирующий мостик, устанавливаем и закрепляем антенну в том месте, где она будет находиться при постоянной эксплуатации. Начнём измерения. К трансиверу подключаем КСВ - метр очень коротким кабелем не более 10см. Или через короткий коаксиальный переход. Подключаем согласованную нагрузку на выход КСВ-метра. Настроив трансивер на нужный диапазон. варьируя П-контуром выставляем КСВ=1 (если это возможно ) или близкий к этому значению. Настройку производим в середине данного диапазона. Измерения проводить на мощности 0,5 от номинальной. Отключить трансивер, снять согласованную нагрузку и подсоединив кабель питания антенны подключить согласованную нагрузку на второй конец кабеля который находится возле антенны. Измерить ещё раз КСВ. Допустим мы получили КСВ~1 при дальнейших измерениях ни в коем случае не трогать регулировки П - контура. Крутить можно только частоту трансивера. Ведь мы провели калибровку выхода трансивера с нагрузкой. Следующий этап, снимаем нагрузку и подключаем антенну. Теперь все измерения и настройку желательно делать вдвоём, имея переносные радиостанции например на 27 Мгц.

Включив трансивер, мы проходим весь данный диапазон следя за показаниями КСВ-метра. Отметив по диапазону где показания КСВ были минимальны, например в начале или в конце диапазона, ( при этом КСВ например может измениться от 4 до 2,5 ) само значение КСВ для нас сейчас не имеет значения. Мы определяем, что нужно делать с диполем. Если КСВ в начале диапазона было меньше, значить диполь нужно укоротить, если оно было меньше в конце диапазона диполь нужно удлинить. Устанавливаем трансивер по частоте опять в середину диапазона и производим коррекцию размеров диполя, по наименьшему КСВ. Концы диполя предварительно нужно разметить какой - нибудь контрастной краской, чтобы при корректировке мы укорачивали или удлиняли диполь симметрично. Риски на краях диполя нанести с шагом 1 см. примерно по 20 рисок с каждой стороны.
И так мы получили какое-то минимальное значение КСВ в середине диапазона например 1,5. Теперь переходим к настройке симметрирующего мостика. Можно рассчитать длину симметрирующего мостика с учётом укорочения, но с практической стороны, нам всё равно придётся подстраивать длину мостика перемычкой, чтобы скомпенсировать реактивную составляющую полуволнового вибратора. Поэтому сразу можно отмерить длину кабеля 0,246 лямбда. Удалить защитную полиэтиленовую оболочку кабеля внизу мостика примерно на 250 мм.

Двигая перемычку добиваемся минимального значения КСВ. Путём подстройки мостика мы получили КСВ = 1,1. Если мы хотим ещё улучшить КСВ, (с пра­ктической стороны оно уже приемлемо) чтобы понять физику процесса настройки, нужно опять попробовать удлинить или укоротить концы диполя. Только теперь удлиняя или укорачивая диполь, мы должны делать это с меньшим шагом например по + 5мм. После корректировки размеров диполя, еще раз скорректировать длину мостика. При корректировке мостика можно не снимать изоляционное покрытие кабеля. Сначала нужно попробовать укорачивать мостик при помощи самодельного конденсатора. Возьмем тонкую пластинку фольги (медь, алюминий или белая жесть) достаточно мягкой не пружинящей размером = 100 х 100 мм, наложим её внизу симметрично на два кабеля симметрирующего мостика. Выступающие края пластинки слева и справа обвернём вокруг левого и правого кабеля. Получилась широкая подвижная перемычка, которая замкнет (по переменному току) нашу двухпроводную линию, как конденсатор. Перемещая её вверх вниз по мостику, мы как бы будем увеличивать или уменьшать длину мостика, настраивая его в резонанс и компенсируя реактивность диполя. Найдя нужное место после настройки надежно закрепить края пластинки к кабелю наложив бандаж. Практически реализовать КСВ = 1 не составляет труда, с одной оговоркой, прибор которым мы измеряем не является прибором, так как он например самодельный и не аттестован. Его можно назвать индикатором. И если глубже вникнуть в эту проблему, то любое соединение кабеля сращивание при помощи коаксиальных разъёмов уже вносит неоднородности в тракт.

Да и сам кабель имеет разброс по волновому сопротивлению. Чей длиннее кабель, тем лучше КСВ, из - за потерь в кабеле. Естественно, мы здесь подразумеваем малые значения КСВ. В нашем примере мы осуществили нерезонасный способ питания антенны, в линии передачи присутствует только бегущая волна. Но так как антенна обладает резонансными свойствами, КСВ = 1, будет только в середине диапазона там где мы ее настраивали. Переместившись по частоте в начало или конец диапазона мы увидим ухудшение КСВ. Как было описано ранее, незначительное изменение длины диполя или частоты в первую очередь сказывается на изменении реактивной составляющей. Передвинувшись по частоте мы можем подстроить П-контур передатчика и в небольших пределах изменить КСВ. Вывод, равномерность КСВ по диапазону зависит от полосы пропускания антенны В заключении интересное решение проблемы вращающего перехода. Чтобы не ставить концевые выключатели при повороте антенны, можно применить самодельныйвращающийся переход. Единственный его недостаток, что его можно применить только, в трёхэлементной антенне волновой канал, так как активный элемент трёхэлементной антенны находится в геометрическом центре конструкции антенны. При питании антенны с помощью гамма - трансформатора, для компенсации индуктивности, в центральную жилу кабеля ставят переменную ёмкость. Если конструктивно изменить эту ёмкость получается хороший вращающийся переход.

Смотрим Рис. 2. А. Статорная пластина представляет из себя круг с отверстием в середине, пластина крепится через изолятор к подшипнику мачты. К этой пластине припаивается центральный проводник фидера. Круг с одной стороны разрезан с зазором около 4 мм, чтобы исключить короткозамкнутый виток. В. Ротор, состоящий из двух секторов. Две пластины ротора выбраны не случайно, при повороте антенны перекосы в плоскости вращения. В нашем случае перекос ротора относительно статора не влечёт за собой изменения ёмкости конденсатора, так как ёмкости имеют небольшие значения (например для диапазона 14 МГц она ровна 150пф) конденсатор получается небольших размеров. Регулировка ёмкости производится отодвиганием ротора от оси влево или вправо.

Зазор между пластинами около 12 мм, в нижней пластине ротора нужно просверлить несколько отверстий или наклонить под небольшим углом для стока воды, чтобы в зимнее время не образовывался лёд. Сверху на роторную пластину можно прикрепить лёгкий диск из диэлектрика, например из тонкого оргстекла. Гладкая поверхность оргстекла и плохая теплопроводность предохраняет от налипания снега.

Антенна типа "квадрат"

Антенны типа одиночный квадрат, двойной или тройной квадрат, пользуются большой популярностью у радиолюбителей. Антенны такого типа подробно описаны во многих издания. Обратим внимание на вопросы связанные с симметрированием и согласованием. В литературе, посвященной радиолюбительским антеннам, мало внимания уделяется симметрированию антенн. Независимо от того, простая антенна или сложная, применение симметрирующего устройства необходимо. Наличие асимметрии приводит к искажению диаграм­мы направленности, к росту уровня бокового излучения, изменению формы главного лепестка диаграммы направленности. Отраженная  волна  создает напряжение на корпусе передатчика, даже в том случае, если он заземлен. Симметрирующее устройство устраняет затекание тока по внешней оболочке кабеля. Без симметрирующего устройства антенна вместе с кабелем  имеет сложный вид поляризации. Например: антенна может иметь  горизонтальную поляризации, а кабель снижения вертикальную. Такая система более

подвержена воздействии внешних индустриальных помех. Особенно ярко это выражено при питании антенны по настроенной линии (способ резонансного питания). Симметрирующее устройство к тому же увеличивает диапазонность антенны. При выполнении симметрирующего устройства коаксиальным кабелем, желательно применять кабель со светлым защитным покрытием. В чер­ный полиэтилен в качестве красителя добавляют сажу - газовую, а так как в симметрирующем устройстве ток протекает по внешней оболочке зкранирующего проводника, в кабеле с черным покрытием потери больше. При изменении параметров антенны, например входного сопротивления, ассиметрия пораждает ошибку в измерениях. Изменяя длину симметри­рующего мостика можно компенсировать реактивную составляющую во входном сопротивлении антенны. При длине мостика L<0.24 лямбда во входном coпротивлении  антенны появляется реактивная составляющая имевшая индуктивный  характер, при L>0.24 лямбда емкостной. Простое  симметрирующее устройство показано не Рис.1. Выполняется из того же кабеля, что и антен­ный спуск, подробно списано в книге К.РОТХАММЕЛЬ "АНТЕННЫ". Питание антенны типа квадрат лучше осуществлять сверху, во - первых удобно настраивать шлейф для настройки активного злемента в резонанс, во - вторых  вместо подсоединения  кабеля, в сырую, дождливую  погоду, не затекает вода. см. Рис.2. Квадрат при этом стоит на вершине и представляет собой равносторонний ромб. Если квадрат двойной, то симметрирующий мостик из точки пи­тания антенны идет вниз по вертикальной стойке, дойдя до бума изгибается под 90° и закрепляется на буме.

Рис.3. Крестовины  для квадратов, лучше изготовить  из  алюминиевых труб разного диаметра, телескопом труба в трубу. Заканчивается распорка диэлектрической вставкой. В качестве диэлектрической вставки можно использовать стеклопластиковые лыжные палки, вклеенные на зпоксидную смолу в алюминиевую трубу. Такая конструкция устойчива к большим ветровым нагрузкам. Сопротивление рамки 110 - 120 Ом, в небольших пределах это сопротивление можно изменить сжимая или раздвигая рамку см.

Рис.5. Если антенна имеет горизонтальную поляризацию, при снижении сопротивления рамки методом растяжения ранки по вертикали, мы можем наблюдать кросполяризацию. Сжатие рамки по вертикали для увеличения входного сопротивления антенны не влияет на поляризацию. На Рис.5. показана трансформация ромба и влияние этой трансформации на входное сопротивление. Если используется одна рамка с входным сопротивлением 110-120 Ом, а нам нужно запитать ее кабелем с сопротивлением 50 - 75 Ом, то  после симметрируащего устройства необходимо поставить трансформатор сопротивлений. Получается довольно сложная система запитки антенны. Можно упростить задачу, используя полотно рамки в качестве симметрирующего устройства и трансформатора сопротивлений. Для этого полотно  рамки  нужно выполнить коаксиальным кабелем см. Рис.4. Из  рисунка видно, что токи текущие по левой и правой половинке рамки замыкается в точке  А. Рамка  имеет  симметрию. Так как в правой стороне рамки, отрезок D,F,A используется только оплетка  РК  кабеля, то для экономии; можно  использовать старый ненужный  отрезок  кабеля или выполнить правую сторону рамки антенным канатиком.

Питание рамки таким способом обеспечивает симметрирование антенны, а так же понижает сопротивление рамки до  46 Ом. Происходит это следующим образом, сторона рамки, отрезок С.В.А. имеет  длину  0,5   в  самом  кабеле, с учетом укорочения,  0,5 лямбда - зто отрезок С.В.Е. Сопротивление рамки в точках CD  110 Ом отрезок С.В.Е. является полуволновым повторителем, значит в точке  Е  сопротивление 110 Ом, а  вот отрезок Е.А. входящий в полотно рамки является фазовращателем или трансформатором сопротивлений, поэтому в точке А, мы имеем сопротивление 46 Ом. Для согласования по сопротивлению такой рамки, с кабелем питания 50 Ом необходимо согласно Рис.5 изменить  форму рамки, то есть сжать ее по вертикали до нужного нам сопротивления. В точке А  оплетки кабеля  левой и правой стороны рамки спаять вместе. Удобнее  поставить два СР  разъема и тройник. См. Рис.6. В правом  отрезке  кабеля к разъему припаять только оплетку кабеля. Центральная жила РК кабеля не запаивается, а из самого разъема удалить центральный контакт. Если требуется сохранить входное сопротивление рамки в пределах 110 Ом, симметрирующee устройство можно выполнить двухпроводной линией с волновым сопротивлением 110 Ом.

См. Рис.8. Кабель  питания при этом  должен  иметь такое же валовое сопротивление. Многодиапазонные антенны, типа двойной квадрат являются компромиссными, внесение в рамку проводника или диэлектрика  вносит дополнительные потери; снижается КПД, способствует появлений  дополнительных боковых лепестков. Дальнейшие вариации с антенной типа квадрат, возможны в плане использования оттяжек в качестве самостоятельны антенн, которые участвуют в формировании  диаграммы направленности и дают  прирост в усилении, так как такая система представляет собой антенную решетку. Для примера рассмотрим простейшую коллинеальную антенну "ФРАНК - ЛИНА". К полуволновому диполю с левой и правой стороны, добавлены еще два полуволновых вибратора. Дополнительные антенны запитаны по напряжению с использованием четвертьволновых шлейфов, изменявших Фазу на 180°

Теперь представим себе квадрат, стоящий на вершине см. Рис.7. Для придания конструкции  механической прочности такую  антенну нужно расчалить оттяжками. Полотно антенны и оттяжки, можно выполнить из од­ного и того же провода, например  биметалл или антенный  канатик. Четвертьволновые шлейфы  выполнены  в виде двухпроводной  линии, расстояние между проводниками выдерживается с помощью изоляторов. Эти шлейфы образуют нижние стороны квадрата. Отрезки  проводников  B.F.D.G. являются дополнительными полуволновыми вибраторами. Точки F и G  крепятся через изоляторы дополнительными диэлектрическими оттяжками. Вместо диэлектри­ческих оттяжек можно применить провод часто разбитый изоляторами Рис.7.

Дополнительные полуволновые вибраторы (оттяжки) удобно настраивать в резонанс короткими шлейфами, которые расположены в середине каж­дого вибратора. Такие оттяжки (вибраторы) можно применять в одно и двух элементных антеннах, двухэлементных с переключаемой диаграммой направленности типа G4ZU. Если снабдить малые шлейфы вибраторов переключателями применив реле, то это даст возможность при переключении диаграммы направленности основной антенны, переключать дополнительные вибраторы антенны, делая из них директор или рефлектор, укорачивая или удлиняя шлейфы. Реле располагается на шлейфе, а провод управления реле проводится параллельно вибратору к точке В и опускается вниз к точке А, вдоль провода шлейфа В.А. (управляющий провод в изоляции). Второй провод питания реле общий земляной, для всех реле. Точка А. является точкой нулевого потенциала. В точке А. провод питания реле, должен быть разбит дросселем и шунтирован с двух сторон емкостями на землю. То же самое сделать и с остальными проводами питания реле. Это предотвратит наводки на провода управления. Симметрирование и согласование такого квадрата с трансформацией сопротивления можно сделать по схеме см. Рис.4, как для одиночного, так и для двойного квадрата с переключаемой диаграммой направленности.

EW8AU, Владимир Приходько,
246027, г. Гомель - 27, а/я 68
БЕЛАРУСЬ

Другие схемы в этом разделе

Телевизионная польская антенна Трехэлементная антенна с переключаемой ДН

Партнеры