Трехэлементная неподвижная антенна с переключаемой диаграммой направленности

Вы можете скачать эту статью в одном файле 30 кб | 8 сек @ 33,6 кб/сек

Бурное развитие диапазонов 27-28 МГц, связанное с увеличением солнечной активности и некоторое увеличение популярности в двухметровом диапазоне, побудило к созданию направленной антенны с фазовым переключением диаграммы направленности. Предлагаемая вашему вниманию антенна элементарно пересчитывается на необходимый диапазон и легко поддается наладке даже начинающему радиолюбителю. Три вертикальных полуволновых вибратора с j - образным согласованием, активным питанием всех элементов объединены в систему с фазовым сканированием по трем сторонам света. Данная конструкция однодиапазонна, имеет широкую диаграмму направленности в виде кардиоиды (кленового листа), с усилением порядка 5,5 - 5,7 Дб, слабо излучает назад при отношении F/B = 30 - 35 Дб. Сопротивление по входу = 50 Ом, при КСВ <1,1 - 1,2.

Вибраторы расположены на равном расстоянии друг от друга 0,28 - 0,29 лямбда, проецируя на землю правильный треугольник; где лямбда = 300/f - длина волны в метрах; f - в мегагерцах. Все три вибратора соединены с коммутатором фаз посредством коаксиальных линий Л1; Л2; Л3, длина которых составляет лямбда/ 2 К, где К = 0,66 коэфф. укорочения коаксиальной линии с полиэтиленовой изоляцией. Волновое сопротивление этих линий Zв составляет 50 или 75 Ом. Антенный коммутатор (Рис.1) состоит из линии задержки Л4 и контактов К1 - К4 в виде герконовых реле. Линия задержки изготовлена из коаксиального кабеля с Zв = 75 Ом и длиной лябда/4 К.

На схеме все реле Р1 - Р4 обесточены, а их контакты находятся в том состоянии, когда антенная система находится в режиме кругового обзора. Усиление в этом случае на 3,5-4 Дб ниже режима направленного действия. Линия задержки Л4 в этом режиме выполняет роль полосового фильтра, что не маловажно в условиях тяжелой электромагнитной обстановки в густо населенных районах. В режиме направленного действия контакты К4 разомкнуты и линия Л4 выполняет роль фазосдвигающего элемента. Антенная система в этом случае переходит из режима частотной селекции в режим пространственной селекции принимаемых сигналов. В режиме направленного действия, на две из трех обмоток реле Р1; Р2; Р3, всегда подается напряжение, так что два соответствующих вибратора питаются с задержкой по фазе на 90 градусов относительно третьего и тем самым формируют диаграмму направленности.

Расчет j-образной антенны прост. Каждая из трех антенн состоит из полуволнового вибратора, запитанного с конца посредством четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа. В диапазоне 145 МГц конструкцию, для получения большего усиления, желательно выполнить колениарной. Вибратор рассчитывается по формуле: лямбда / 2 К, где К - коэфф. укорочения полуволнового вибратора, который зависит от его диаметра по отношению к длине волны, (Рис.2). Четвертьволновой короткозамкнутый шлейф выполняется в виде 300 - омной линии замкнутой на конце, длиной 0,242 лямбдаl (для воздушной изоляции), а расстояние между проводниками равно шести диаметрам этих проводников. Здесь следует особо отметить необходимость выбора предлагаемого согласующего устройства. Дело в том, что четвертьволновой шлейф, замкнутый на конце, имеет большое входное сопротивление, стремящееся к бесконечности; в то время как со стороны замкнутого конца его сопротивление равно нулю. Это позволяет его использовать в качестве трансформатора сопротивлений с плавной настройкой, что особо приемлемо для начинающих радиолюбителей.

Начальная настройка антенн производится при отключенном коммутаторе и каждая из антенн настраивается отдельно. Для этого мы используем линии Л1 (Л2;Л3) или другую, длина которой составит четное количество четвертей волн. После настройки первой антенны в резонанс и минимуму КСВ, планку шлейфа (рис.1), соединенную с фидером Л1 (Л2;Л3), передвигают выше к вибратору до показаний КСВ - метра = 3. Данная операция предусматривает начальную настройку антенны на Zв = 50 Ом, а далее на Zв = 150 Ом. Эти действия позволили вначале настроить антенну полностью в резонанс, а за тем подготовить ее для подключения в коммутатор. Настроенную антенну нагружают резистором в 150 Ом и настраивают таким же методом остальные две антенны. После завершения этих процедур, восстанавливают все соединения, согласно схемы.

Антенную систему устанавливают в режим направленного действия и еще раз корректируют КСВ всей антенной системы. Следует помнить, что на последнем этапе настройки необходимо стремиться к тому, чтобы планки шлейфов были на одинаковом расстоянии от закороченного конца согласующего шлейфа. Эта мера исключает появление реактивных составляющих, и как следствие того, появления искажений кардиоиды.

Антенные полотна выполняются как из медного провода с диаметром не менее 6-ти мм, так и из дюралевых труб подходящего диаметра, но все они должны иметь одинаковые геометрические размеры. Все обмотки реле необходимо зашунтировать керамическими конденсаторами емкостью в 1000 Пф. для диапазона 2 м., и 3000 - 6800 Пф на более низкочастотных диапазонах. Переключать диаграмму направленности или менять режим работы антенной системы в режиме передачи не рекомендуется, во избежании обгорания контактов герконовых реле. При монтаже также следует соблюдать все правила сборки ВЧ устройств.

КОНСТРУКЦИЯ J - ОБРАЗНОГО ВИБРАТОРА

Конструирование и натурные испытания проводились в 2-х метровом диапазоне. Испытания в колениарном включении и с четырьмя вертикалами показали значительно лучшие результаты, где усиление в режиме направленного действия составляло порядка 9 -10 Дб. Антенную систему данного типа вполне приемлемо конструировать в диапазонах частот 460 - 26 МГц. Схема одного вертикального вибратора и размеры в зависимости от частоты указаны на Рис. 3 и в табл.1.

Схема коммутатора обмоток реле здесь не приводится и радиолюбителю предоставляется возможность проявить смекалку в принятии доступного ему решения.

Литература

1. З. Беньковский; Э. Липинский "Любительские антенны коротких и ультракоротких волн"
   

73 ! UA9LBG & ( UA0001 - Citizens Band ) QTH: Тюмень. Сушко С.А