Двухдиапазонная коллинеарная УКВ антенна (Аналог Diamond X200)
4.3 3 votes
Рейтинг статьи
Продолжая рубрику мастерская, появилась возможность дополнить ее самодельной двухдиапазонной коллинеарной УКВ антенной, аналог известной антенны Diamond-X200
Двухдиапазонная коллинеарная УКВ антенна Diamond X200, технические характеристики:
Diamond X200
Электрическая длина: VHF 2×5/8, UHF 4×5/8
Импеданс: 50 Ом
Диапазон частот: 144/430 МГц
Поляризация: Вертикальная
Макс.мощность: 200 Вт
Усиление: 6.0 dB/8.0 dB
Ветровая нагрузка: 50 м/сек
Длина: 2.5 м
Вес: 1.2 кг
Длина противовесов: 0.52 м
Описание сборки антенны, любезно предоставлена группой наших радиолюбителей RA9YUH и 
Итак: конструкция элементов в основном взята отсюда http://www.antentop.org/003/files/x200.003.pdf
Конструкция согласующей катушки L4 (по сути хитрый антенный тюнер) измерена на оригинальном даймонде.
Вот только в отличие от схемы уважаемого UA9CR, необходим конденсатор С2 м-у началом и концом катушки L4 без него настроить антенну одновременно в 2м и 70см не получится !
Итак элементы в моем исполнении:
Катушка L1
Катушка L2
Катушка L3
Элементы и катушки L1, L3 сделаны из медного провода диаметром 2,5 мм
Катушка L2 из медного провода диаметром 1,5 мм на стеклопластиковом каркасе.
Каркас сохраняет длинну катушки и прочность конструкции. Катушка мотается на другом каркасе.
На концы катушки L2 припаяны к латунным втулкам. Во втулках фиксируются винтами элементы и есть некоторая свобода подстройки элементов по длинне.
L4 она же «краеугольный камень» всей конструкции мотается на каркасе диаметром 10 мм 6-6,2 витка.
Катушку нужно мотать свободно (чтобы ее можно было закручивать и раскручивать в процессе настройки).
Каркас катушки выполнен из капролона (середина) и из латуни. Капролон запрессован в латунные втулки.
В нижнюю латунную втулку вкручивается антенный разъем. Центральная жила из разъема проходит сквозь капролоновую часть каркаса и выходит через отверстие.
Катушка L4
Корпусом антенны является китайская стеклопластиковая удочка
Удочка отпилена по размеру а ее секции склеены. Нужно обратить внимание на то чтобы металлические кольца удочки не попадали на те места где расположены катушки!
Основание антенны выточено из сплава Д16Т.
В него вклеивается удочка, к нему прикручиваются противовесы 4 шт длинной 52 см (в моем случае из латунного прутка), вставляются все «потроха» антенны и втулка с разъемом фиксируется прижимным винтом.
Противовесы расположены под углом 115 градусов к оси антенны.
Само основание вставляется в четверть волновой стакан из нержавеющей трубы и фиксируется винтом.
Стакан крепится к мачте. К сожалению антенну на крыше не зафотал, лень было тащить туда фотик и был сильно ограничен во времени.
Колпачок антенны тоже выточен из «авиационного» сплава Д16Т
Еще немного фотографий
[su_custom_gallery source=»media: 2146,2147″ limit=»15″ link=»lightbox» target=»blank» width=»120″ height=»130″ title=»never»]
Часть 3. НастройкаНекоторые радиолюбители пишут что настроить самому двухдиапазонную антенну очень сложно и практически невозможно. Так вот это все полная ерунда! Все возможно если соблюсти 2 условия:
1. Точность и качество изготовления.
Сделать такую антенну из гуано и соломы на коленке не получится! В настройках и так много переменных и если там еще будет разброд и шатание из-за качества изготовления, то шансы получить рабочее изделие стремятся к 0.
2. Не лениться настраивать.
К настройке нужно подойти тщательно, не лениться писать параметры на бумажку, сравнивать, выявлять зависимости.
Те радиолюбители, которые говорят «не мучийся и купи готовое» просто ленивые и не хотят вникать.
Итак поехали!
Для настройки вместо конденсатора С1 впаиваем мелкий переменник такой чтобы поставить его на штатное место и чтобы он входил в корпус со всеми потрохами.
С2 делается из кусочка 2х стороннего текстолита и его емкость может меняться от 1 до 0,2 пФ. Делать его надо так, чтоб можно было подпиливать во время настройки.
Отводы от конденсаторов нужно располагать строго вдоль оси антенны.
Настройку антенны надо производить на открытой площадке чтобы в радиусе 5-10 м не было мешающих предметов.
В помещении настраивать антенну БЕСПОЛЕЗНО можно даже не терять время.
Проверять настройки только в полностью собранном виде т.к потроха катушки L4 образуют паразитные емкости с основанием антенны!
По этой же причине внутренности не должны болтаться в металлическом основании антенны.
Теперь что куда крутить.
Емкостью С1 сдвигаем всю антенну вверх или вниз по частоте в обоих диапазонах. С1 крутим очень чутко!
Если при разной емкости С1 получается настроить антенну на верхнем и нижнем диапазоне, то надо перепаять отвод от 2го витка в сторону.
Если при настройке в диапазон на 2м на 70 см мы попадаем по частоте ниже нужного диапазона, то сдвигаем отвод ближе к верху катушки L4. Если попадаем выше, то наоборот сдвигаем ближе к низу катушки. Двигаем не на много на 1/6-1/8 витка.
Потом снова крутим С1 и пытаемся попасть в оба диапазона.
Если на одном из диапазонов настройка никак не получается (высокий КСВ), то меняем емкость С2.
Из-за паразитной емкости с основанием антенны, емкость С2 будет меньше чем 1пФ.
Подбираем опытным путем.
Замеряем КСВ не разных частотах в обоих диапазонах, смотрим где минимум, записываем, сравниваем результат, делаем вывод куда что подвигать, двигаем и снова замер.
Через несколько итераций можно добиться результата не хуже чем у заводских антенн. А если настроить очень тонко, то можно их и сильно превзойти.
Если настроить никак не получается, значит что-то не так в конструкции, например элементы не той длинны или фазосдвигающие катушки м-у элементами сделаны не правильно.
Если при разных настройках L4, C1, C2 получается настроить КСВ на том и другом диапазонах близким к 1, значит с элементами все нормально и крутим дальше настройки.
После настройки «переменник» С1 надо заменить на «постоянник». Берем керамический конденсатор (например трубочку как на фото) и подпиливаем до нужной емкости. Место подпила потом замазываем лаком.
Конденсатор надо на 500в! или около того. Иначе дунем 100вт и к нему придет пушистый зверек
У меня получилась примерно такая настройка:
На 2м во всем диапазоне КСВ не хуже 1,2. В наиболее «интересном» мне участке (145,2-145,8) КСВ = 1,05-1,07
На 70см 432-435 КСВ 1,05-1,1. На 70см у меня дмапазон немного сдвинут вверх чтобы захватить LPD.
В общем полученный результат не хуже заявленных характеристик аналогичных фирменных антенн.
Можно еще покрутить диаграмму направленности путем изменения длинн элементов и индуктивности фазосдвигающих катушек.
Но для этого надо радиочастотную «глухую комнату».
У меня доступа к таковой нет, по этому сделал максимально близко к фирме и не трогаю
Если КСВ настраивается, значит сильно не накосячил
В общем желаю всем успехов в изготовлении!
Обсуждение и основной материал расположен на форуме http://forum.22dx.ru/viewtopic.php?f=16&t=87
Двухдиапазонная коллинеарная УКВ антенна (Аналог Diamond X200)
Коллинеарные системы | RadioUniverse
Согласно рис.
5.61б наибольшее значение усиления коллинеарных антенн достигается при расстоянии между диполями S = (0,3…0,5)λ.
Усиление антенны при изменении числа используемых полуволновых коллинеарных диполей можно определить из табл. 5.8.
| Число диполей, n | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Усиление, дБ | 0 | 1,8 | 3,2 | 4,5 | 5,4 | 6,2 | 6,9 | 7,5 |
Главный лепесток диаграммы имеет форму диска, лежащего в плоскости, перпендикулярной оси антенны (экваториальной плоскости).
Чем больше излучающих элементов содержит антенна, тем уже главный лепесток диаграммы. При n > 2 в диаграмме появляются небольшие боковые лепестки. В экваториальной плоскости диаграмма имеет форму круга, которая не зависит от числа элементов излучения. Если такую антенну установить вертикально, то она будет иметь всенаправленное излучение в горизонтальной плоскости. Если не учитывать влияния земли, то основной лепесток диаграммы такой антенны ориентирован под углом θ = 0° в угломестной плоскости. Учет влияния земли можно оценить с помощью графиков, приведенных на рис. 2.47. В данном случае следует считать, что за высоту подвеса антенны над землей принимается половина высоты вертикальной коллинеарной антенны. Для горизонтально расположенной коллинеарной антенны вертикальное сечение ее диаграммы будет таким же, как для полуволнового горизонтального диполя (см. рис. 2.71).
Простейшей коллинеарной антенной является антенна Франклина (рис. 5.62), состоящая из двух полуволновых вибраторов.
Входное сопротивление антенны зависит от отношения d/λ, где d — диаметр провода антенны, а также от высоты подвеса антенны над землей. Входное сопротивление составляет от 1000 до 3000 Ом. Следовательно, антенна должна быть возбуждена с помощью резонансной линии, трансформирующей сопротивление на меньшее, например на 300 Ом.
Добавляя к концам диполя полуволновые отрезки, возбуждаемые через четвертьволновые замкнутые отрезки, получим антенну с большим усилением (рис. 5.62в, г). Если из коллинеарной антенны исключить шлейфы, изменяющие фазу на 180°, а концы вибраторов соединить между собой, та мы получим антенну типа LW.
Для трехэлементной коллинеарной антенны существуют два способа питания: напряжением (см. рис. 5.62в) и током (см. рис. 5.62г). Главный лепесток трехэлементной антенны значительно уже, чем у полуволновой антенны (рис. 5.62д). Еще более узкий лепесток имеет четырехэлементная антенна. Дальнейшее увеличение длины антенны дает меньший прирост усиления.
В антеннах с питанием напряжением (рис. 5.62в, е) входное сопротивление при увеличении числа вибраторов уменьшается с 3000 до 1000 Ом. При питании током (см. рис. 5.62г) для трехэлементной антенны входное сопротивление составляет 300 Ом. Это позволяет использовать симметричную линию питания.
Длина вибраторов l = 0,485λ, а длина шлейфов, выполненных в виде симметричной воздушной линии, lS = 0,242λ. Если шлейфы выполнить из двухпроводной линии в ленточном диэлектрике, то их длина lS = 0,205λ. Если же в качестве шлейфа использовать отрезок коаксиального кабеля, то его длина lS = 0,165λ.
Размещение вибраторов на расстоянии 0,25λ друг от друга несколько увеличивает усиление антенны. Этот эффект достигается путем отгибания половинок шлейфа в разные стороны, что позволяет расположить вибраторы на нужном расстоянии. Токи в обоих отрезках длиной λ/8 противоположны токам в полуволновых диполях, а их амплитуда мала. Такая антенна имеющая длину 5λ/4, называется вытянутой антенной Цеппелина и имеет усиление около 3 дБ, что соответствует усилению трехэлементной коллинеарной антенны.
Используя этот принцип, можно построить четырехэлементную антенну, имеющую усиление около 7 дБ (рис. 5.63в). В этой антенне два средних вибратора удлинены (фазовая длина составляет 280°), а крайние удлинены с одной стороны (фазовая длина составляет 230°). Это дает возможность получить расстояние S большее, чем 0,25λ.
Для лучшего согласования с линией питания следует найти соответствующую точку на замкнутой части шлейфа. Питание в эту антенну можно также подавать через замкнутую часть бокового шлейфа.
Устанавливая вертикально коллинеарную антенну, получаем антенну с круговой в горизонтальной плоскости диаграммой направленности, которая имеет большое значение усиления (рис. 5.64).
Выполнение четвертьволновых шлейфов из коаксиального кабеля позволяет получить более компактную конструкцию. Если вибраторы выполнить из полых трубок, то коаксиальные шлейфы можно разместить во внутренней полости вибраторов.
Всенаправленная антенна, 10-секционный коллинеарный диполь, 440–470 МГц, пиковое усиление 12 дБи | Юго-западные антенны
- Обзор продукта
- Технические характеристики
- загрузок
Обзор продукта
Антенны Southwest, артикул № 1085-197, представляет собой всенаправленную 10-секционную коллинеарную дипольную антенну, которая работает в диапазоне УВЧ от 440 до 470 МГц и обеспечивает пиковое усиление 12 дБи.
Эта антенна имеет прочную конструкцию и прочный обтекатель из стекловолокна, что делает ее идеальной для использования в суровых условиях вне помещений. Входящий в комплект монтажный комплект обеспечивает надежное соединение с трубами или мачтами с наружным диаметром 1,5–3,5 дюйма.
Приложения включают в себя постоянные наземные станции связи, временные установки для сетей краткосрочной связи, предприятия, федеральные, государственные и местные правительственные радиосистемы, авиационные радиосистемы общего назначения, правоохранительные органы и промышленные радиослужбы.
Примечание: В связи с большими размерами поставки этой антенны, пожалуйста, позвоните в компанию Southwest Antennas, чтобы приобрести ее.
Особенности:
- 10-секционная коллинеарная дипольная антенна УВЧ
- 440–470 МГц
- Мощность 500 Вт
- Всенаправленная диаграмма направленности 12 дБи
- Прочная конструкция для суровых внешних условий
- ВЧ-разъем типа N(f)
- Заземление постоянного тока для молниезащиты
- Прилагаемый монтажный комплект для опор и мачт с наружным диаметром 1,5–3,5 дюйма
Характеристики антенны
| Параметр | Значение | Единиц | Допуск |
|---|---|---|---|
| Диаграмма направленности антенны | Всенаправленная антенна | ||
| Диапазон частот | УВЧ | ||
| Полное сопротивление | 50 | Ом | |
| Минимальная частота | 0,44 / 440 | ГГц / МГц | |
| Максимальная частота | 0,47 / 470 | ГГц / МГц | |
| Полоса частот | 0,03 / 30 | ГГц/МГц | |
| Максимальный КСВ | 1,5:1 | Соотношение | |
| Максимальное усиление | 12 | дБи | |
| Поляризация | Вертикальный | ||
| Максимальная входная мощность ВЧ | 500 | Вт | |
| Ширина луча по горизонтали (AZ) | 360 | градусов | |
| Ширина луча по вертикали (EL) | 7 | Градусов | |
| Требуется плоскость заземления | № | ||
| Материал обтекателя | Стекловолокно | ||
| Цвет | Голубой | ||
| Тип крепления | Набор двойных хомутов для крепления к опорной трубе с наружным диаметром от 1,5 до 3,5 дюймов | ||
| Максимальная скорость ветра | 150 | миль/ч | |
| Тип разъема RF | Тип-Н(ф) | ||
| Радиочастотный кабель, тип | РГ-213 | ||
| Длина радиочастотного кабеля | 24. 00 / 609.60 | дюймов/мм | |
| Диапазон рабочих температур | от -40 до +60 | C | |
| Длина изделия | 244,00 / 6 197,60 | дюймов/мм | |
| Диаметр изделия | 2,75 / 69,85 | дюймов/мм | |
| Вес изделия | 41,0 / 18,6 | фунтов/кг | Включая монтажный комплект |
Загрузки
Технический паспорт (PDF )
Коаксиальные коллинеарные антенны » Electronics Notes
Одной из очень популярных форм коллинеарной антенны является коаксиальная коллинеарная антенна, поскольку она обеспечивает элегантную конструкцию, особенно для экспериментаторов, радиолюбителей и т. д.
Антенны с фазированной решеткой включает:
Основы антенн с фазированной решеткой
Коллинеарная антенна
Коаксиальный коллинеарный
Антенны формирования луча и управления лучом
Коаксиальная коллинеарная антенна является идеальным решением для многих людей, желающих относительно легко построить форму коллинеарной антенны.
Хотя эта форма антенны популярна среди радиолюбителей из-за довольно простой конструкции, ее также можно использовать для многих других видов радиосвязи. Его можно использовать в составе базовой станции системы двусторонней радиосвязи. Он особенно популярен для радиосвязи в диапазонах УКВ и УВЧ, поскольку имеет не слишком большой размер и обеспечивает хороший уровень усиления
Как следует из названия, в коаксиальной коллинеарной антенне используются секции коаксиального фидера, образующие антенну.
Для предотвращения проникновения влаги и ухудшения состояния под воздействием других факторов окружающей среды антенна обычно помещается в полую трубку из пластика или стекловолокна. Таким образом получается элегантно выглядящая антенна с хорошей структурой, способная противостоять погодным условиям.
Как работает коаксиальный коллинеар
Коаксиальная коллинеарная антенна представляет собой разновидность фазированной антенной решетки. Все различные секции или элементы антенны находятся на одной оси, что делает их коллинеарными в их геометрическом положении, то есть они образуют коаксиальную коллинеарную антенну с фазированной решеткой.
Хотя существует множество различных конфигураций, которые можно использовать, одним из популярных форматов является антенна, образованная из ряда коаксиальных секций или сегментов половинной длины волны с внутренними и внешними соединениями, переставленными на стыке каждой половинной секции, т.е. к внешнему, а внешнее связано с внутренним.
Последняя секция антенны имеет ряд опций. В некоторых случаях может использоваться короткое замыкание, тогда как в других может использоваться элемент последней четверти длины волны.
Хотя антенна может использоваться в симметричном формате, как показано ниже, ее также можно использовать в качестве несимметричного вибратора с соответствующим согласованием каналов и т. д.
Концепция базовой сбалансированной коаксиальной коллинеарной антенны Чтобы понять, как это работает, сначала посмотрите на внешние секции. Они имеют короткое замыкание на четверть длины волны вдоль фидера. Это означает, что в конце этого элемента видимый импеданс будет преобразован из короткого замыкания в высокий импеданс.
Таким образом, интерфейс между двумя сегментами имеет высокое сопротивление на всем пути до точки подачи.
Видно, что используемый фидер представляет собой открытый провод с высоким импедансом или симметричный фидер. Это может быть преобразовано в некоторую форму схемы согласования импеданса, чтобы обеспечить хорошее согласование с более обычным кабелем с низким импедансом 50 Ом.
С точки зрения фактической работы, на концах сегмента напряжение по амплитуде и фазе близко к напряжению возбуждения антенны.
Поскольку внутренняя часть соединяется с внешней частью коаксиального кабеля на каждой половине длины волны, это означает, что токи, протекающие по внешней поверхности сегментов коаксиального кабеля, одинаковы для данной половины антенны.
На коллинеарной антенне максимальное излучение возникает там, где волновые фронты конструктивно объединяются. Поскольку токи находятся в фазе друг с другом, это означает, что каждый сегмент излучает сигнал с одинаковой фазой.
Они конструктивно объединены, когда расположены под прямым углом к оси антенны.
Чтобы лучше понять и рассмотреть работу антенны, ее можно рассматривать как две антенны, поскольку на каждую секцию антенны приходится два проводника — один внутренний коаксиального кабеля, а другой внешний. одна антенна находится внутри другой, хотя это чередуется через каждую половину длины волны.
Как и следовало ожидать, из-за того, что используется фидер, токи, протекающие в проводниках каждой секции, равны и противоположны.
При чередовании проводников каждая половина длины волны дает синфазные источники излучения, что делает эту антенну фазированной решеткой, а в результате того, что между секциями нет фазового сдвига, излучение перпендикулярно оси антенны.
Однополюсный вертикальный коаксиальный коллинеар
Хотя описанную выше антенну можно использовать, в большинстве случаев коллинеарные антенны (но не во всех) используются для вертикальной несимметричной антенны и с базовым облучателем.
Несколько простых модификаций могут привести к коллинеару, с которым знакомо больше людей.
Это может сделать его очень полезной формой антенны для многих приложений двусторонней радиосвязи от такси, базовых станций аварийно-спасательных служб до радиолюбителей и их УКВ-станций УКВ.
Очевидно, первое изменение направлено на ориентацию антенны вертикально, но есть и другие изменения, позволяющие антенне работать требуемым образом. Иногда для достижения одной и той же цели используются разные методы, но эти наиболее широко используются.
Первый — заменить четвертьволновый короткозамкнутый шлейф на конце антенны четвертьволновым проводом. Это формирует верхнюю часть антенны и соединяется с внутренним или центральным проводником соседней коаксиальной секции. Он вообще не связан с внешним проводником.
Длина этого элемента может быть определена путем вычисления длины четверти длины волны сигнала на рабочей частоте в свободном пространстве с последующим добавлением небольшого поправочного коэффициента для так называемого конечного эффекта.
L1 =300⋅106⋅A4f
Где:
L1 = длина верхней секции в четверть длины волны в метрах
f = частота в Гц
A = коэффициент конечного эффекта, часто от 0,95 до 0,98.
Примечание: в уравнении используется коэффициент 300 x 10 6 , поскольку это скорость света в свободном пространстве.
Количество половинных секций, включенных в основную секцию, зависит от допустимого размера антенны. Часто используется от двух до четырех, но некоторые антенны могут использовать гораздо больше.
Длина этих элементов представляет собой электрическую половину длины волны сигнала, проходящего по коаксиальному фидеру. Необходимо проверить коэффициент скорости используемого коаксиального кабеля, но часто он составляет около 0,66. Однако важно проверить это, так как это сильно влияет на длину, и если длина элементов антенны неверна, то антенна может быть безнадежно неправильной.
Длина этих полуволновых элементов рассчитывается по приведенной ниже формуле:
L2 = 300⋅106⋅V2f
Где:
L2 = длина участков полуволны в метрах
f = частота в Гц
V = коэффициент скорости коаксиального кабеля.
Примечание: при обрезке коаксиального кабеля по длине необходимо оставить немного больше для выполнения соединений на каждом конце.
Последняя секция антенны — нижняя. Это необходимо для преобразования высокого импеданса, наблюдаемого в конце нижней части полуволны, в импеданс, который обеспечивает подходящее согласование с 50 Ом.
Есть несколько способов сделать это, один из них – использовать четверть длины волны открытого провода ленточного питателя. Другие подходы, на которые можно подать в суд, часто встречаются с J-образной антенной, где для согласования с коаксиальным кабелем 50 Ом используется питающий/согласующий четвертьволновый шлейф.
Четверть длины волны действует как преобразователь, обеспечивающий преобразование высокого импеданса в низкий.
Принимая во внимание ввод с высоким импедансом и т. д., разумно убедиться, что он не проходит по внешней стороне коаксиального кабеля, и его целесообразно удалить. Одним из эффективных способов достижения этого является размещение нескольких подходящих ферритовых колец поверх коаксиального кабеля после того, как он вышел из трубки.
