Высокоэффективные укв антенны

Высокоэффективные УКВ антенны

Высокоэффективные УКВ антенны

Насыщенное освоение радиолюбителями УКВ диапазонов за последние два десятилетия привело к возникновению огромного количества различных по своим конструкциям антенн. Особенное распространение в последние годы получили антенны с удлиненной траверсой.

Длина траверсы таковой антенны составляет несколько длин волн, а число пассивных частей добивается 2-ух 10-ов и даже более.

Конкретно их часто употребляют ультракоротковолновики при проведении далеких и сверхдальних связей на УКВ через «аврору», метеорные потоки, ИСЗ и лунную поверхность.

Энтузиазм к антеннам с удлиненной траверсой можно разъяснить тем, что, во-1-х, при фактически таких же издержек материалов, что и на постройку обыденного «волнового канала», усиление у их приметно больше; во-2-х, конструкция таких антенн легкая, потому что все элементы крепятся на одной несущей траверсе; в-3-х, подкупает относительная простота согласования антенны с фидером, ибо ВЧ энергия подводится только к одному активному элементу. Но этим антеннам характерны и некие недочеты: маленькое угнетение излучения вспять и существенное сужение рабочей полосы при увеличении числа частей.

Ряд увлекательных конструкций УКВ антенн с удлиненной траверсой разработал узнаваемый французский ультракоротковолновик Ф. Тонна (F9FT). Антенны F9FT имеют довольно высочайший КПД, сравнимо маленькие размеры и массу, в их нет согласующих частей.

Но пожалуй, их главное достоинство — легкая повторяемость, получение схожих характеристик каждой отдельной антенны (при серьезном соблюдении всех размеров частей).

Последнее позволяет методом сборки нескольких однотипных антенн создавать сложную антенную систему с огромным коэффициентом усиления.

Главные характеристики антенны F9FT приведены в таблице. Приведенные значения усиления антенн даны относительно полуволнового диполя.

На рис. 1, а приведен чертеж 16-элементной антенны для 2-метрового спектра. Ее траверсу делают из проката квадратного профиля со стороной 20 мм, толщина стены — 1,5…2 мм, либо трубы поперечником 20 мм. Часть траверсы, где крепят рефлекторы и активный вибратор, имеет вид «ласточкиного хвоста» (рис. 1, б).

Пассивные элементы изготавливают из дюралевой проволоки поперечником 4 мм. Применение других материалов (меди, латуни, сплавов алюминия, биметалла) не вызывает приметного ухудшения характеристик антенны, кроме ее массы. Один из вероятных вариантов крепления рефлекторов и директоров показан на рис. 1, в.

Активный вибратор с волновым сопротивлением 75 Ом (рис. 2, а) делают из дюралевой проволоки поперечником 5 мм, а с волновым сопротивлением 50 Ом (рис. 2, б) — из 2-ух дюралевых трубок поперечником 12 мм, соединенных дюралевой дужкой-согласователем из проволоки поперечником 5 мм.

Главные характеристики антенн

Активный вибратор должен быть накрепко 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 спектра. Конструкция активных вибраторов с разным волновым сопротивлением для этих антенн показана на рис. 3, в (75 Ом) и 3, г (50 Ом).

Некое различие в размерах данных активных вибраторов от тех, которые используются в 16-элементной антенне, обосновано рвением 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 делают так же, как и 16-элементную.

На рис. 4, а приведен схематический чертеж 21-элементной антенны для спектра 70 см. Расстояния меж элементами, обозначенные на рисунке, относятся к случаю использования фидера с волновым сопротивлением 75 Ом.

При питании антенны 50-омным кабелем расстояния должны быть последующими: рефлектор — активный вибратор — 139 мм. активный вибратор — директор 1 — 48 мм, директор 1 — директор 2 — 68 мм, директор 2 — директор 3 — 182 мм.

Другие директоры располагают на расстоянии, обозначенном на рисунке.

Для траверсы употребляют прокат квадратного профиля со стороной 16,5 мм (можно применить трубку поперечником 16…17 мм). Все пассивные элементы изготавливают из дюралевой проволоки поперечником 4 мм и крепят конкретно на траверсе (см. рис. 1, в). Активный вибратор (рис. 4, б), делают из дюралевой проволоки поперечником 5 мм. В месте крепления к траверсе он должен быть изолирован от нее.

На 1-ый взор может показаться, что конкретное питание симметричного вибратора несимметричным коаксиальным кабелем не может дать не плохих результатов, потому что в данном случае отношение напряжений на его концах равно приблизительно 2:3.

А это безизбежно приведет к формированию излучения с вертикальной поляризацией, тем усугубляется коэффициент усиления антенны и ее диаграмма направленности.

Но опыты демонстрируют, что питать антенну так можно, но входное сопротивление активного вибратора должно быть согласовано с волновым сопротивлением питающего фидера, а активный элемент накрепко изолирован от траверcы.

При всем этом фактически вся подводимая ВЧ энергия излучается активным вибратором в окружающее место, а огромное число пассивных частей довольно отлично сформировывает главный лепесток диаграммы излучения 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 спектра.

Чтоб получить большее усиление, однотипные антенны объединяют в систему. При удвоении числа однотипных антенн коэффициент усиления системы может возрасти на 2,5 дБ.

Наибольшее значение достигается только при условии рационального расстояния меж антеннами и серьезной фазировки последних. Среднее расстояние для 16-элементных антенн 2-метрового спектра и для 21-элементной антенны спектра 70 см составляет 2l. На рис. 7 приведены варианты сборки антенных систем.

Если, к примеру, требуется согласовать с питающим фидером, имеющим волновое сопротивление 75 Ом, антенную систему из 2-ух антенн с активным элементом, у которого волновое сопротивление 75 Ом, нужно сделать последующее.

Вибраторы обеих антенн соединяют через тройник отрезками коаксиального кабеля (их волновое сопротивление 75 Ом) длиной, кратной l/2, 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 кабеля подключают к точке А (см. рис. 7).

До боли просто согласовать четыре однотипные антенны (см, рис. 7, в). В данном случае употребляются отрезки кабелей с схожим волновым сопротивлением (50 либо 75 Ом) длиной L1 = L2 = L3 = L4 = cпl/2, L5 = L6 = cl/4.

На рис. 7, г показан вариант объединения 2-ух антенн, при котором выходит диаграмма направленности с радиальный поляризацией.

Такие системы целенаправлено использовать при работе через радиолюбительские спутники Земли, также при приеме сигналов, отраженных от лунной поверхности.

Обе антенны монтируют взаимно перпендикулярно на одной траверсе, одноименные вибраторы крепят как можно поближе друг к другу.

Для согласования употребляют отрезки коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом (L1 = cп1l/4, L2=cп2l/2, где п1 = 1, 3, 5,…; n2 = l, 2, 3,…; L2-L1 = l/4)

и 50 Ом (L3 = сl/4).

Данная антенная система с радиальный поляризацией имеет коэффициент усиления таковой же, что и одиночная антенна.

В заключение несколько, практических советов. Для удобства и резвой сборки антенных систем рекомендуется отрезки кабелей согласования пичкать высокочастотными разъемами типов СР-75 и СР-50, а для их соединения использовать ВЧ тройники.

Такие узлы несложно защитить от воздействия осадков. Если обозначенных разъемов нет, ртрезки кабелей можно аккуратненько спаять, а места соединения покрыть полистиролом либо эпоксидкой.

Все крепежные винты лучше ставить с нижней стороны траверсы и закрашивать их.

Трубки частей с концов закрывают капроновыми колпачками либо резиновыми пробками. Места подключения кабелей к вибраторам лучше помещать в капроновые стаканы. Чтоб длинноватые траверсы не прогибались, их можно обыденным методом подпереть диагональными штангами. Последние должны быть схожей длины для всех антенн, скомпонованных в систему.

«Радио» N3, 1983г.

Антенна

  • https://yandex ru/clck/jsredir?from=yandex ru;search;web;;&text=&etext=1839 c62-AjKjtK4RWdb9cS6YLGSfMj8l12d_4lpSdEdWDV0NHiheWQN9XL8IA4zYUGMm ae7664fe5c8167707d8a5fb96fd436fefa219a91&uuid=&state=_BLhILn4SxNIvvL0W45KSic66uCIg23qh8iRG98qeIXme

Источник: http://bloggoda.ru/2018/03/26/vysokoeffektivnye-ukv-antenny/

SAT приёмные антенны

Из гостевой: “UR5VJO  Добрый день.Егор у меня такой вопрос : какие антенны вы применяете для работы через спутники?”

     Вопрос мне показался интересным в связи с тем, что реально в Космосе объектов, которые можно слушать,  на порядок больше чем тех, через (или с которыми) можно работать.

Лично я получаю больше удовольствия когда мне удаётся узнать из полученного со спутника сообщения что-то новое об этом космическом объекте, либо проследить за его электрическим состоянием, чем при проведении связи через активный (или пакетный, например диджипитер МКС) ретранслятор. Хотя, конечно, и это представляет интерес.

Особенно межконтинентальные связи.

Таким образом сначала я просто отвечу на вопрос, а потом пофилософствую на тему “было бы желание” 🙂   Для того, чтобы провести связь или долго слышать пролетающий над нашей частью Земли космический объект желательно иметь высокоэффективные антенны, которые одинаково хороши и на приём и на передачу.   Причём, если вы хотя бы немного знакомы с космическим радиолюбительством, то наверное знаете что часто приём ведётся на одном диапазоне, а передача на другом. 

Так вот здесь определяющее слово – передача. Дело в том, что требования к приёмным антеннам гораздо более скромные чем к передающим. Основная трудность в процессе космической радиосвязи – “дотянуться” не очень мощным передатчиком до достаточно удалённого объекта, т.е.

эффективность, направленные и резонансные свойства применяемой на передачу антенной.  Тоесть антенна должна быть спроектирована на рабочую частоту, иметь хорошее согласование с фидером, большое усиление в направлении основного лепестка диаграммы    направленности и т.д.

  Поэтому, если вы планируете именно радиосвязь через космические ретрансляторы, то необходимо иметь как минимум две антенны для диапазонов 144/435 мгц. Это должны быть направленные антенны и очень хорошо, если эти антенны будут иметь возможность вращаться в двух плоскостях.

Дело в том, что обычно антенны типа Уда-Яги имеют небольшой угол излучения в вертикальной плоскости, а “над головой”, там где находится спутник в момент его нахождения на самом коротком расстоянии от нас, она практически вообще не работает.

   Поэтому если есть желание избежать значительных затрат на приобретение и строительство системы вращения антенн в двух плоскостях, то можно обратить внимание на систему простых антенн в которых сигналы с отдельных диполей складываются формируя круговую диаграмму направленности и круговую поляризацию.  Например, модифицированная антенна Харченко.

Читайте также:  Система автоматической подачи звонков на avr

Или применять специализироанную для спутниковой связи квадрифилярную антенну.  Её секрет в том, что диаграмма этой антенны представляет собой полусферу: идеальное решение для спутниковой связи.  Недаром квадрифилярные антенны широко используют для приёма со спутников карт погоды.

  Конечно, совсем не хуже, если  на приём будет использоваться такая же по эффективности или еще лучше направленная антенна. Но в связи с тем, что у наших радиолюбителей появилось очень много доступных SDR УКВ приёмников, теперь у многих появилась возможность слушать спутниковые участки диапазонов.

причём при этом не обязательно использовать специализированные  УКВ антенны.  Конечно же, это будет компромиссный вариант, но вполне жизнеспособный. Если рассмотреть теоретические вопросы, то становится  очевидным, что самый критичный параметр любой антенны – высота установки.

Часто двухэлементная антенна, поднятая на высоту 15 метров работает эффективнее чем трёхэлементная расположенная на высоте 7-9 метров.  Ниже диаграммы отражающие результат экспериментальных работ DJ2NN.

Зависимости эффективности направленной KB антенны от высоты ее установки: 1  DX станции, 2  “ближняя” зона: а  диапазон 14 МГц; б-диапазон 28 МГц 

   Таким образом первое пожелание к приёмной антенне для спутников сформировано – как можно более высоко. Это особенно важно для увеличения времени нахождения спутника в зоне радиовидимости – когда спутник только-только показазался из-за горизонта. На рисунке ниже зависимости эффективности УКВ антенны от высоты ее установки: 1—диапазон 432 МГц; 2' — диапазон 144 МГц.

Тут мы видим кривую, которая в “режим насыщения” не входит: чем выше, тем лучше. В связи с тем, что применение нерезонансных, а точнее случайных, антенн для приёма УКВ диапазонов чревато высоким уровнем помех, в первую очередь негармонических, тоесть щелчки, треск, работа импульсных электрических устройств и т.д.  желательно чтобы антенна была замкнутой, читай рамочной.

 

     УКВ приёмники имеют, конечно входные LC фильтры, но при больших длинах проводов антенн они малоэффективны. Малогабаритные УКВ радио типа BAOFENG и подобные практически вообще не имеют индуктивностей :-), УКВ SDR приёмники типа Dongle тоже. Поэтому чем ближе к УКВ диапазону будет резонанс применяемой рамки, тем лучше. Если у вас уже есть какая-то рамочная либо “Т” или “Г” образная антенна, то её тоже можно использовать применив в качестве элемента связи приёмника с антенной конденсатор ёмкостью до 5 пикофарад.  Или применить слабую индуктивную связь, например один виток вокруг центрального проводника снижения антенны. Конечно же можно выполнить полноценный входной контур, но тогда это уже не будет случайной антенной 🙂 И последнее, что можно определить как желаемое для рамочной антенны спутникового диапазона случайной длинны – её ориентация. В связи с тем, что спутниковые сигналы лучше всего слышны при минимальном расстоянии до него, а это как раз тот случай, когда спутник пролетает у вас над головой, рамочную антенну лучше расположить в горизонтальной плоскости. Тогда она превращается в антенну зенитного излучения ( 🙂 со всеми вытекающими отсюда последствиями. Одним словом на приём можно использовать любую имеющуюся антенну выполнив какое-то устройство хотя бы приблизительно выполняющее функции согласующего 🙂

You have no rights to post comments Недостаточно прав для комментирования

Источник: http://hammania.net/index.php/vhf-uhf-sat/sat-prijomnye-antenny

Высокоэффективные УКВ антенны

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 антенны для 2-метрового диапазона. Ее траверсу выполняют из проката квадратного профиля 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 «ласточкиного 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.

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 диаметром 12 мм, соединенных алюминиевой дужкой-согласователем из проволоки диаметром 5 мм.

Основные параметры антенн

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).

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.

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 траверcы.

При этом практически вся подводимая ВЧ энергия излучается активным вибратором в окружающее пространство, а большое число пассивных элементов достаточно хорошо формирует главный лепесток диаграммы излучения 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.

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. На рис. 7 приведены варианты компоновки антенных систем.

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 /2, с четвертьволновым трансформатором.

Последний изготавливают из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом длиной с/4.

Читайте также:  Блок питания с предрегулятором

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

Очень просто согласовать четыре однотипные антенны (см, рис. 7, в). В этом случае используются отрезки кабелей с одинаковым волновым сопротивлением (50 или 75 Ом) длиной L1 = L2 = L3 = L4 = cп/2, L5 = L6 = c/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 волновым сопротивлением 75 Ом
(L1 = cп1/4,
L2=cп2/2, где п1 = 1, 3, 5,…; n2 = l, 2, 3,…;

L2—L1 = /4)

и 50 Ом (L3 = с/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, ртрезки 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. Фехтел (UB5WN) г. Киев, “Радио” N3, 1983г.

Источник: http://radiotex.3dn.ru/publ/radioprijom_i_peredacha/radiopriemnye_ustrojstva_tjunery/vysokoehffektivnye_ukv_antenny/16-1-0-225

10-7. Антенны «волновой канал» для диапазона УКВ

Антенны с большим числом пассивных элементов широко применяются в диапазоне коротких волн в качестве направленных излучателей.

Однако в диапазоне УКВ применение их в качестве приемных антенн радиовещательных станций УКВ, телевизионных антенн, а также в качестве антенн для радиолюбительских диапазонов еще шире.

Такое предпочтение, оказываемое антеннам «волновой канал», связано с тем, что при незначительных конструктивных расходах и небольшой занимаемой площади эти антенны дают чрезвычайно большие коэффициенты усиления.

Если, например, сравнивать антенну «волновой канал» и многовибраторную антенну с одинаковым числом элементов, то антенна «волновой канал» при меньших размерах и меньшем расходе конструктивных материалов дает больший коэффициент усиления (однако это лишь теоретически; практически же это превосходство невелико).

Длина и расстояние пассивных элементов от вибратора сильно влияют на входное сопротивление и коэффициент усиления антенны «волновой канал». Обычно рефлектор выбирается на 5% длиннее, чем-излучатель, а первый директор — на 5% короче.

В случае, если антенна имеет несколько директоров, их длина уменьшается по мере удаления от вибратора; так, например, 1-й директор на 5% короче излучателя, 2-й — на 6%, 3-й — на 7% и т. д.

У антенн «волновой канал», имеющих большое число директоров, их длину часто выбирают одинаковой.

В случае, если антенна состоит из вибратора и только одного рефлектора или директора, то определение получаемого коэффициента усиления и входного сопротивления антенны довольно просто (см. рис. 4-1 и 4-2).

Но уже в случае трехэлементной антенны входное сопротивление и коэффициент усиления зависят от двух переменных — расстояния вибратор — директор и расстояния вибратор — рефлектор. При этом входное сопротивление антенны может уменьшится до 10 ом при оптимальном, с точки зрения получения максимального коэффициента усиления, расстоянии между элементами.

Такое понижение входного сопротивления антенны крайне нежелательно, так как оно сопровождается уменьшением полосы пропускания антенн, увеличением тока, протекающего по элементам антенны (а следовательно, при недостаточно толстых и плохо проводящих проводниках и к увеличению потерь), и, кроме того, возникают дополнительные трудности согласования антенны с линией передачи. Поэтому обычно отказываются от достижения наибольшего коэффициента усиления в пользу получения достаточно большого входного сопротивления антенны.

Антенны «волновой канал» с большим числом элементов не могут иметь точно заранее рассчитанных электрических параметров, так как все элементы взаимно связаны и незначительное изменение длины или расстояния до хотя бы одного элемента меняет электрические свойства всей системы. Поэтому настройка антенны «волновой канал» всегда проводится методом «проб и ошибок» и при тщательном осуществлении, несмотря на значительные затраты времени, всегда приводит к желаемым результатам.

Для вибратора с подключенными к нему пассивными элементами справедливы следующие правила: а) длина пассивных элементов определяет реактивную составляющую их сопротивления и, следовательно, их действие или в качестве директора или в качестве рефлектора; б) чем меньше расстояния между вибратором и пассивными элементами, тем меньше входное сопротивление антенны, причем это явление сильнее выражено у директора; в) чем меньше расстояния между элементами антенны и чем больше пассивных элементов используется в антенне, тем уже ее полоса пропускания; г) при подключении дополнительных директоров увеличивается концентрация излучения в прямом направлении и, следовательно, увеличивается коэффициент усиления, а при подключении дополнительного рефлектора (помимо основного) выигрыша в коэффициенте усиления не получается; д) в диапазоне УКВ обычно длина рефлектора выбирается на 6% больше длины вибратора, а длина первого директора — на 5% короче длины вибратора; последующие директоры имеют длину на 1% меньше длины предыдущего директора; е) последовательное уменьшение длины директоров применяется для подавления нежелательных боковых лепестков диаграммы направленности. Преимущественно, однако, в антеннах «волновой канал» обычно выбирается одинаковая длина всех директоров (в случае, если их число достаточно велико), что несколько увеличивает полосу пропускания антенны, не уменьшая ее коэффициента усиления; ж) длина всей конструкции антенны «волновой канал» определяет коэффициент усиления, даваемый антенной. Коэффициент усиления при одинаковой длине антенны остается постоянным независимо от расстояния между отдельными директорами. Это утверждение верно только для расстояний между директорами, меньших чем 0,4λ, если же расстояние между директорами превосходит указанное расстояние, то коэффициент усиления антенны резко уменьшается. Уже начиная с расстояния 0,3λ коэффициент усиления начинает уменьшаться, но это уменьшение может быть скомпенсировано за счет включения первого директора на расстоянии 0,1λ от вибратора (так называемый стартовый элемент), благодаря чему связь между директорами и вибратором ослабляется незначительно. При расположении стартового элемента на расстоянии 0,1λ от вибратора расстояние между всеми прочими директорами выбирается обычно равным 0,33λ; з) наиболее оптимальным расстоянием между рефлектором и излучателем является расстояние, равное 0,25λ. При таком выборе расстояния требуется, однако, до подключения директоров отрегулировать длину рефлектора на максимальное показание измерителя напряженности поля в направлении прямого излучения; и) антенна «волновой канал» может быть настроена или на максимум излучения в прямом направлении, или на наибольшее ослабление излучения в обратном направлении. Следует учитывать, что эти две настройки не совпадают и настройка на максимальное ослабление в обратном направлении значительно критичнее.

Ниже описываются конструкции антенн «волновой канал», наиболее часто применяемых в практике. При добросовестном изготовлении этих антенн в соответствии с приведенными ниже размерами и указаниями они обычно хорошо работают без особой дополнительной настройки.

Трехэлементная антенна «волновой канал»

Самая простая антенна «волновой канал» в цельнометаллическом исполнении показана на рис. 10-29, она имеет входное сопротивление 240 ом и дает усиление 6—7 дб.

Приведенные размеры соответствуют любительскому диапазону 2 м. Однако размеры антенны (мм) могут быть пересчитаны для любого диапазона УКВ по следующим приближенным формулам;

длина рефлектора $frac{149400}{f[Мгц]}$;

расстояние вибратор — рефлектор $frac{62500}{f[Мгц]}$;

длина вибратора $frac{142000}{f[Мгц]}$;

расстояние вибратор — директор $frac{55000}{f[Мгц]}$;

длина директора $frac{135000}{f[Мгц]}$;

длина Т-образной схемы согласования $frac{68900}{f[Мгц]}$.

Эталонная антенна имеет элементы диаметром 12 мм (некритичный размер). Размеры элементов приведены для случая, когда антенна крепится на металлической траверсе диаметром 20 мм. В случае, если используются элементы антенны очень большого диаметра или несущая конструкция деревянная, все элементы антенны следует немного укоротить.

В случае же, если в качестве несущей траверсы используется металлическая труба большого диаметра, следует незначительно увеличить длину элементов антенны.

Однако, вообще говоря, рассматриваемая антенна достаточно широкополосная для того, чтобы в приведенных выше случаях можно было обходиться и без корректировки приведенных размеров антенны.

На рис. 10-29, б показано согласование несимметричного коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 60 ом с рассматриваемой антенной. Длина полуволновой петли равна λ/2×k (коэффициент укорочения) и составляет 680 мм.

На рис. 10-30 изображена смонтированная антенна и приведена ее диаграмма направленности.

Девятиэлементная антенна «волновой канал».

Такая антенна уже является антенной с большим коэффициентом усиления, достигающим значения 10—11 дб, и антенной, имеющей узкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости.

Полоса пропускания антенны достаточно большая и позволяет работать в диапазоне 144—146 Мгц без заметного уменьшения мощности. На рис. 10-31 изображена схема антенны с размерами для диапазона 2 м.

Эта антенна также может быть сконструирована для любого другого диапазона, если рассчитать ее элементы (мм) по формулам:

длина рефлектора $frac{152500}{f[Мгц]}$;

длина вибратора $frac{141600}{f[Мгц]}$;

1-й директор $frac{132100}{f[Мгц]}$;

2-й директор $frac{130700}{f[Мгц]}$

3-й директор $frac{128500}{f[Мгц]}$

4-й директор $frac{126300}{f[Мгц]}$

5-й директор $frac{124200}{f[Мгц]}$

6-й директор $frac{122000}{f[Мгц]}$

7-й директор $frac{120500}{f[Мгц]}$

расстояние вибратор — рефлектор $frac{75000}{f[Мгц]}$;

расстояние вибратор — директор и директор — директор $frac{30000}{f[Мгц]}$;

внутренний размер Т-образной схемы согласования $frac{1200}{f[Мгц]}$;

Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости равна приблизительно 40° (см. рис. 10-32).

Читайте также:  Урок 6 - работа с дисплеем st7783

Существует много вариантов Исполнения многоэлементной антенны «волновой канал», отличающихся друг от друга числом элементов, видом или способом питания излучателя и т. п. Точное согласование антенны с линией передачи определяется всегда экспериментально.

Очень часто в качестве излучателя используют шлейфовый вибратор, так как в этом случае увеличивается входное сопротивление антенны и несколько увеличивается полоса пропускания.

В приведенных выше конструкциях такие вибраторы не использовались, исходя из чисто механических соображений, поскольку шлейфовый вибратор не позволяет осуществлять дополнительную регулировку, а размеры Т-образной схемы согласования могут изменяться в широких пределах.

Входное сопротивление антенны, равное 240 ом, имеет то преимущество, что в этом случае линию питания, изготовленную из ленточного кабеля УКВ с волновым сопротивлением, равным 240 ом, можно непосредственно подключать к точкам питания.

Кроме того, в этом случае при помощи полуволновой петли можно согласовать и симметрично подключить к антенне несимметричный коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 60 ом.

Источник: http://www.radiouniverse.ru/book/antenny/10-7-antenny-volnovoy-kanal-dlya-diapazona-ukv

Дальность радиосвязи, основы радиосвязи, расчет дальности радиосвязи

На дальность радиосвязи влияют следующие факторы:

  • длина волны
  • высота “подвеса” антенн (приемной и передающей)
  • рельеф местности
  • влияние окружающей среды (солнечная активность, сезон, время суток и т.д.)

​Различают следующие диапазоны волн:

  • длинные волны
  • средние волны
  • короткие волны
  • ультракороткие волны

длинные волны (далее ДВ) – это электромагнитные волны длиннее 3000 м (частота колебаний менее 100 КГц). Они сравнительно хорошо огибают земную поверхность за счет явления дифракции радиоволн.

По мере удлинения волны уменьшаются потери энергии в почве (воде) и улучшаются условия отражения радиоволн от ионосферы, что приводит к увеличения дальности действия радиостанции.

При расстоянии менее 100 км до передатчиков ДВ преобладают сигналы, распространяющиеся вдоль земной поверхности, а на больших расстояниях решающую роль играют сигналы, отраженные от ионосферы.

средние волны (далее СВ) – это электромагнитные волны длиной от 3000 до 200 м, что соответствует частотам 100 – 1500 КГц. Энергия СВ очень сильно поглощается в почве и морской воде (с укорочением длины волны поглощение увеличивается).

короткие волны (далее КВ) – это электромагнитные волны длиной от 200 до 10 м, что соответствует частоте колебаний от 1.5 МГц (1500 КГц) до 30 МГц.

Основной особенностью распространения КВ является их способность отражаться от ионосферы при сравнительно небольших потерях.

Отраженная от ионосферы волна, на больших отдалениях от передатчика возвращаются на землю, что и позволяет установить радиосвязь между точками,закрытыми друг от друга выпуклостью земного шара.

ультракороткие волны (далее УКВ) – это радиоволны короче 10м, что соответствует электромагнитным колебаниям с частотой более 30 МГц. УКВ в обычных условиях не отражаются от ионосферы. Прямые волны, распространяющиеся вблизи поверхности земли, сильно ею поглощаются. Диапазон УКВ принято разбивать на: метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые.

Так как на данном сайте, в большей степени, представлено оборудование УКВ-диапазона, дальнейшие выкладки будут справедливы для этого диапазона радиосвязи.

          2. ВЫСОТА ПОДВЕСА АНТЕННЫ

Зона уверенного приема УКВ определяется расстоянием прямой видимости от передающей антенны до приемной. В связи с тем, что поверхность Земли шарообразна (радиус 6370км), можно использовать приблизительную формулу для определения максимальной дальности, соответствующей прямой видимости:

где: D – максимальная дальность прямой видимости h1 и h2 высоты антенн

Из формулы видно, что чем выше подняты антенны, тем дальше прием.

        3. РЕЛЬЕФ МЕСТНОСТИ

Формула не учитывает рельефа местности и предполагает, что антенны установлены на идеально гладкой поверхности. Кроме того, при распространении радиоволн УКВ диапазона все-таки имеет место и дифракция и рефракция радиоволн. Область, в пределах которой оказывается возможным уверенный прием радиосигнала, можно разбить на 2 зоны: прямой видимости и полутени.

         ВЫВОД

Таким образом, получаем, что на распространение радиосигнал УКВ диапазона влияет в большей степени высота подвеса антенн. Для увеличения дальности распространения УКВ диапазона в области полутени необходимо применять высокоэффективные направленные антенны, высокочувствительное приемопередающее оборудование, кабели с низкими потерями.

Прайс лист нашей продукции.

Источник: https://www.radio-center.ru/node/14

Активная антенна диапазона УКВ ЧМ

Антенны

Главная  Радиолюбителю  Антенны

Как показывают опросы радиослушателей, сегодня многие из них слушают передачи радиостанций диапазона УКВ ЧМ. И это неудивительно, так как именно в этом диапазоне можно найти радиостанцию практически на любой вкус, причем с качеством звучания, недостижимым в диапазонах, где используется AM.

Только вот беда: в силу особенностей распространения радиоволн диапазона УКВ зона уверенного приема невелика, и уже на расстоянии нескольких десятков километров от города сигнал ослабевает настолько, что принять его на обычный радиовещательный приемник становится затруднительно, а то и вовсе невозможно.

А так хочется и за городом – на даче, пикнике или в турпоходе – послушать передачи любимой радиостанции… Положение до некоторой степени поправимо – надо просто захватить с собой активную антенну, изготовленную по описанию, помещенному ниже.

Простота конструкции делает ее доступной для повторения даже начинающими радиолюбителями.

Предлагаемая вниманию читателей портативная активная антенна предназначена для улучшения качества приема радиостанций УКВ ЧМ диапазона на границе так называемой зоны уверенного приема. Ее закрепляют на деревянном шесте длиной несколько метров и после установки соединяют с радиоприемником коаксиальным кабелем соответствующей длины.

Схема активной антенны представлена на рис. 1. Она состоит из штыревой телескопической антенны WA1, полосового фильтра L1-L3C1-СЗ, усилителя РЧ на транзисторе VT1, кабеля снижения и узла питания. Полосовой фильтр, подавляющий внеполосные сигналы и повышающий помехоустойчивость устройства, образован ФВЧ L1C1L2 с частотой среза около 60 МГц и ФНЧ C2L3C3 с частотой среза примерно 110 МГц.

Рис. 1

Усилитель РЧ повышает напряжение сигнала, принятого антенной, и компенсирует потери в кабеле снижения. Выполнен он на малошумящем СВЧ транзисторе КТ3120А.

Благодаря отрицательной обратной связи по постоянному напряжению (через делитель R2R1) напряжение на коллекторе транзистора поддерживается на уровне около 2 В при изменении питающего от 3 до 15 В.

Потребляемый усилителем ток I зависит от напряжения питания ипит и сопротивления резистора R3: l = (UnMT-2)/R3.

При увеличении тока с 2 до 6…8 мА коэффициент усиления возрастает на 2 ..3 дБ. Минимальный коэффициент шума обеспечивается при токе 5…6 мА. Диоды VD1- VD3 защищают транзистор от мощных электромагнитных наводок и грозовых разрядов.

Питается усилитель РЧ от батареи GB1 или внешнего источника, который подключают к гнезду XS1. Напряжение питания поступает через дроссель L4 и коаксиальный кабель снижения длиной несколько метров при стыковке частей разъема XW1.

Конденсатор С6 – блокировочный, С7 – разделительный. При желании можно предусмотреть и отдельный выключатель питания. Его устанавливают в разрыв провода, идущего от гнезда XS1 к точке соединения конденсатора С6 и дросселя L4.

Телескопическая антенна, элементы полосового фильтра и усилителя РЧ смонтированы на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой изображен на рис. 2.

Через отверстия, помеченные четырьмя точками, печатный проводник общего провода соединен с фольгой на противоположной стороне платы отрезками луженого провода. В устройстве применены резисторы МЛТ, С2-33 и конденсаторы К10-17.

Катушки L1-L3 намотаны проводом ПЭВ-2 0 21 на оправке диаметром 3 мм. Первые две содержат по 7, третья – 5,5 витка.

Рис. 2

Дроссель L4 – унифицированный ДМ-0,1 или импортный, например, серии ЕС24 с индуктивностью 10…100 мкГн.

Телескопическая антенна WA1 – любая длиной (в выдвинутом состоянии) не менее 1,1м (автор использовал антенну от переносного телевизора). При приеме радиостанций в диапазоне УКВ-1 (65,8…

74 МГц) ее выдвигают на всю длину, а в диапазоне УКВ-2 (87,5… 108 МГц) – примерно на 75 см. Внешний вид фрагмента платы (той ее части, на которой установлены детали) показан на рис. 3.

С радиоприемником устройство соединяют отрезком коаксиального кабеля длиной 0,5….2 м. Если у приемника есть антенное гнездо, то на конце кабеля монтируют соответствующую ему ответную часть (штырь), а если нет, – зажимы “крокодил”, при этом тот из них, который припаян к центральному проводнику, подключают к телескопической антенне, а соединенный с оплеткой, – к общему проводу приемника.

После проверки работоспособности плату покрывают влагостойким лаком или краской. Сверху детали желательно закрыть металлической или пластмассовой крышкой, а щели между ней и платой заполнить силиконовым гер-метиком. В свободной от деталей (правой по рис.

2) части платы можно просверлить два отверстия для крепления к деревянному шесту шурупами. Размеры активной антенны в сложенном состоянии (рис. 4) – 28x30x190 мм. Внешний вид устройства в рабочем положении (закрепленного на шесте) показан на рис. 5.

При использовании антенны в качестве стационарной телескопическую целесообразно заменить металлическим штырем или трубкой соответствующей длины.

Узел питания монтируют в пластмассовом корпусе подходящих размеров. Внутри закрепляют контейнер для элементов батареи питания, а на одной из стенок – гнездо разъема XW1 и непосредственно к нему припаивают выводы конденсатора С7, дросселя L4 и оплетку кабеля, идущего к приемнику При необходимости устанавливают гнездо XS1 для подключения внешнего источника.

Для питания используют батарею напряжением 3…6 В, составленную из нескольких соединенных последовательно гальванических элементов или аккумуляторов.

Подойдет и старая батарея аккумуляторов от сотового телефона, которую применять по прямому назначению уже нельзя из-за значительной потери емкости. Если предполагается постоянно использовать внешний источник питания напряжением 12…

15 В (например, бортовую сеть автомобиля или сетевой блок питания), сопротивление резистора R2 следует увеличить до 47 кОм, a R3 – до 1,5…2кОм.

Источник: http://www.radioradar.net/radiofan/antenns/activ_antenna_ukv_chm.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector