Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВОЙ АНТЕННЫ

РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВОЙ АНТЕННЫ


Ю. Прозоровский (UA3AW)

Одним из основных способов снижения помех телевизионному приему со стороны любительских передатчиков является применение передающих антенн с вертикальной поляризацией. Наиболее распространена среди коротковолновиков четвертьволновая вертикальная антенна ("Ground plane"). Эта антенна состоит из вертикального штыря, длина которого обычно несколько меньше четверти длины рабочей волны, излучаемой передатчиком, и противовеса. Он выполняется из нескольких горизонтально расположенных четвертьволновых лучей, соединенных с оболочкой коаксиального кабеля, по которому от передатчика подается высокочастотная энергия.

Сопротивление излучения такой четвертьволновой антенны равно 28-32 ом (в зависимости от внешнего диаметра металлических трубок, из которых она построена). Поэтому соединение антенны с 50- или 75-омным коаксиальным кабелем приведет к появлению в нем стоячих волн и к потере энергии. Для согласования вертикального штыря с кабелем необходимо использовать дополнительные элементы - катушки индуктивности, конденсаторы или отрезки кабеля с определенными параметрами.

Ниже описывается упрощенный метод расчета антенны "Ground plane" с горизонтальным противовесом и согласующим отрезком кабеля. Антенны, построенные по этому расчету, хорошо работают на одном любительском диапазоне (например, 14 Мгц) и, вместе с тем, вполне удовлетворительно излучают и на двух соседних диапазонах (21 и 7 Мгц).

Расчет будем приводить на числовом примере для диапазона 14 Мгц. Соединение штыря с питающим его кабелем и согласующим отрезком кабеля и обозначения их размеров показаны на рис. 1.


Puc.1

Для расчета необходимо знать диаметр металлических трубок или провода, из которых будут выполнены штырь антенны и лучи противовеса. Допустим, что мы собираемся применить для изготовления антенны трубки с внешним диаметром 30 мм,

а противовес будем делать из провода диаметром 2 мм. Определяем коэффициент М, характеризующий отношение длины удаленного от земли полуволнового диполя к диаметру антенны. Применяем формулу:

M=150000/(f(Мгц)D(мм))

Здесь: f - средняя частота диапазона,

D - диаметр трубок. При f=14,2 Мгц и D=30 мм получаем:

M=150000/(14,2*30)=352

По коэффициенту М определяем, пользуясь графиком (рис. 2), сопротивление излучения четвертьволновой антенны Rизл (для резонансной частоты): Rизл=30,8 ом.


Puc.2

Теперь следует вычислить истинное сопротивление излучения Ry укороченной антенны, которую мы будем строить; оно из-за влияния земли и противовеса отличается от Rизл и равно:

Ry=Rизл-Z/4Rизл

Здесь Z - волновое сопротивление коаксиального кабеля, из которого выполнен фидер. В нашем примере возьмем его равным 75 ом. Тогда:

Ry=30,8-75/4*30,8=30,2 Ом.

Для вычисления длины вертикального штыря L нужно по графику рис. 3 определить еще два вспомогательных коэффициента: Кс, характеризующий изменение сопротивления антенны при изменении ее длины, и Кз, учитывающий влияние противовеса и земной поверхности. Получаем: Kc=535, Kз=0,97.


Puc.3

График для определения коэффициента К может быть использован лишь при изменении длины антенны не более чем на 10%. Если антенна длиннее резонансной, то ее полное сопротивление носит индуктивный характер, если короче - емкостный.

Длина штыря (в мм) определяется по формуле:


У нас;

Для определения длины лучей противовеса Lnp, выполненных из провода диаметром 2 мм, вычисляем

М: M=150000/14,2*2=5280 и по графику рис. 3 находим Ky=0,978. Тогда


Укороченная антенна имеет, кроме активного, также реактивное сопротивление емкостного характера. Для его компенсации параллельно антенне присоединен закороченный на конце отрезок кабеля; длина его выбирается такой, чтобы его реактивное сопротивление имело индуктивный характер необходимой величины. Определяем это индуктивное сопротивление:

Xc=Z/S=75/1,22=61,5 Ом

Пользуясь логарифмической линейкой или таблицей тангенсов, находим угол а, тангенс которого численно равен отношению полученного значения Xc к волновому сопротивлению Zc кабеля, из которого будет выполнен согласующий отрезок.

При Zc=75 ом:

Xc/Z=61,5/75=0,82 и a=39,4°

Длина закороченного отрезка равна:

Lc=(833ab)/f, мм

В этой формуле b - коэффициент, характеризующий скорость распространения энергии по кабелю. Для распространенных кабелей со сплошным заполнением (РК-1, РК-3) b=0,67.

Следовательно,

Lc=(833*38,4*0,67)/114,2=154,9 мм

Описанный выше расчет учитывает, что лучи противовеса расположены горизонтально; однако и при наклонном их расположении (под углом 30-40° к земле) рассогласование бывает незначительным.

Коэффициент стоячей волны (КСВ) в фидере можно измерить, собрав несложный указатель КСВ мостового типа, схема которого показана на рис. 4. Здесь сопротивления R1, R2, R3 и сопротивление излучения антенны образуют мост. В одну из его диагоналей подается энергия высокой частоты от передатчика


Рис.4

(разъем Пер). Во второй диагонали включен диод Д1 типа Д2Е.

Сопротивление R4 служит для уменьшения выходного сопротивления источника энергии (передатчика). Дроссель (Др1) замыкает цепь постоянной слагающей выпрямленного тока; он необходим в том случае, если цепь антенны не имеет гальванической проводимости.

При балансе моста стрелка прибора не отклоняется. Рассогласование антенны и кабеля вызывает появление стоячих воли, что отмечается отклонением стрелки. Порядок измерения КСВ следующий:

1. Настраивают передатчик с антенной при полной излучаемой мощности.

2. Уменьшают мощность до нуля, запирая, например, одну из ламп предварительных каскадов отрицательным смещением, и отсоединяют антенну.

3. Соединяют отрезком кабеля вход передатчика и разъем Пер. на указателе ксв.

4. Постепенно, очень плавно, чтобы не сжечь сопротивление R4, увеличивают мощность энергии, подаваемой в указатель ксв, до тех пор, пока стрелка прибора не отклонится до конца шкалы.

5. Для проверки баланса моста временно присоединяют к разъему Ант сопротивление 75 ом; стрелка миллиамперметра должна при этом стать на нуль.

6. Включив к разъему Ант. коаксиальный кабель, питающий антенну, отмечают по шкале ток и определяют ксв по кривой, изображенной на рис. 5.

Если фидер антенны не вносит существенных потерь, например он выполнен из кабеля РК-1 или РК-3 и имеет длину не более 15-20 м, то ксв 2 и даже 2,5 вполне допустим. Общие потери (сумма потерь в фидере и потерь за счет рассогласования) в этом случае не превысят 0,5 дб. Такое уменьшение мощности на приемной станции на слух отмечено не будет. Заметное падение громкости приема (на 1-2 балла) может наблюдаться лишь при ксв порядка 5-8.

В том случае, если построенная антенна обладает чрезмерным ксв или ее размеры выбраны большими или меньшими, чем следует, необходимо, пользуясь указателем ксв, настроить антенну опытным путем. Антенна большей, чем нужно, длины может быть электрически укорочена конденсатором, включенным последовательно с вертикальной частью (рис. 6,а). Слишком короткую антенну можно электрически удлинить, добавив к ней индуктивность (рис. 6,б). В этом случае настройку антенны ведут попеременно, подбирая положение обоих щипков на катушке. Здесь часть катушки между щипками 1 и 2 используется для удлинения вертикальной части антенны, а нижняя часть (2-3) заменяет согласующий закороченный отрезок кабеля (рис. 1).



В заключение отметим, что на антенне описанного типа накапливаются заряды статического электричества, особенно при близкой грозе. Поэтому рекомендуется применять антенны с закороченными отрезками кабеля (рис. 1) или шунтирующей кабель индуктивностью (рис. 6 б) и надежно заземлять оболочку кабеля.


РАДИО N 10 1962, c.23-24

Штырь антенный. Расчет вертикальной четвертьволновой антенны

ШТЫРЕВЫЕ АНТЕННЫ

1. Определение и понятия.

Несимметричными (штыревыми) называют антенны, расположенные непосредственно у земли (или металлического экрана) перпендикулярно (реже наклонно) к ее поверхности.

Сопротивление излучения несимметричного вибратора в два раза меньше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при одинаковых токах первый излучает в два раза меньшую мощность (нет излучения в нижнее полупространство) .

Входное сопротивление несимметричного вибратора в два раза меньше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при одинаковах токах питания у первого напряжение питания в два раза меньше (рис. 1).

Коэффициент направленного действия несимметричного вибратора в два раза больше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при однаковой мощности излучения первый обеспечивает в два раза большую угловую плотность мощности, так как вся его мощность излучается в одно полупространство (рис.2).

Все сказанное справедливо для идеального несимметричного вибратора, то есть когда земля представляет собой идеальный проводник. Если же земля обладает плохими проводящими свойствами, поле излучения вибратора меняется. Кроме того, это приводит к уменьшению амплитуды тока в вибраторе и, следовательно, к повышению его сопротивления и уменьшению излучаемой мощности. Почва является диэлектриком с большой диэлектрической проницаемостью (равной почти 80), что приводит к изменению электрической длины мнимого диполя, а также длины пути токов смещения. Результат - полное искажение диаграммы направленности (поднятие лепестков вверх и исчезновение излучения под малыми углами к горизонту) и увеличение сопротивления штыря.

По этой причине практически не используют почву в качестве "земли", а используют искусственную землю.

2. Земля штыревой антенны

Теоретические расчеты показывают, что наибольшие потери имеют место в зоне с радиусом 0,35 длины волны, поэтому в этой зоне желательно провести "металлизацию" земли: соединить радиальные провода между собой перемычками (рис.3). Очень хорошо, если эта металлизация будет проведена на всем расстоянии противовесов.


Рис.3

Противовесы следует изолировать от земли. Если они будут лежать на земле, то от влаги их электрическая длина не будет резонансной для антенны. Так же должны быть изолированы от земли и их концы. Только в одном случае можно не изолировать концы противовесов от земли: если они надежно соединены кольцом-перемычкой (рис.3).

Никогда не следует забывать о том, что идеальная штыревая антенна имеет КПД 47%, а КПД антенны с 3 противовесами - менее 5%. Значит, работая со штыревой антенной с тремя противовесами, из ваших 200 ватт, подводимых к штырю, 180 ватт (!!!) напрасно теряются, попутно создавая TVI. Многие процессы в ионосфере нелинейны, т.е. отражение радиоволн начинается, скажем, при подводимой мощности к вашей антенне в 7 ватт, и уже полностью не происходит при 5 ваттах. Значит, вы теряете уникальные возможности DX QSO, сэкономив на проводе для противовесов.

Следует еще учесть искажения диаграммы направленности при малом количестве противовесов. Из шарообразной она становится лепестковой, имеющей направление вдоль противовесов. Задача о нахождении оптимального количества противовесов была решена мною с помощью ЭВМ. Решение представлено на рис.4. Из него видно, что минимально необходимое число противовесов равно 12. При большем их количестве КПД растет медленно. Противовесы должны быть расположены на одинаковом расстоянии относительно друг друге.


Рис.4

Угол их расположения относительно штыря должен быть от 90° до 1350. При больших и меньших углах падает КПД и д.н. искажается. Противовесы должны быть длиной не менее основного штыря. Это"можно объяснить тем, что протекающие между штырем и противовесами токи смещения занимают определенный объем пространства, который участвует в формировании диаграммы направленности. Уменьшая длину противовесов, а, следовательно, уменьшая объем пространства, служащий формированию д.н., мы существенно ухудшаем характеристики антенны. С большим приближением можно сказать, что каждой точке на штыре соответствует своя точка на противовесе. Однако нет необходимости использовать противовесы длиннее чем основной штырь.

Противовесы и сам штырь должны быть покрыты защитной краской. Это необходимо для того, чтобы материал, из которого выполнена антенна, не окислялся. Окисление вибраторов приводит в негодность антенну из-за того, что тонкая пленка окисла имеет значительное сопротивление, а так как на ВЧ сильно выражен поверхностный эффект, то энергия передатчика поглощается и рассеивается в тепло этой пленкой.

Крайне желательно использовать для этого радиокраску (ту, которой красят локаторы). Обычная краска содержит частички красителя, поглощающие ВЧ энергию. Но, в крайнем случае, можно использовать и обычную краску.

3. Размеры вибраторов штыревой антенны

Как известно, сопротивление излучения антенны Ризл пропорционально отношению L/d, где L - длина и d - диаметр антенны. Чем меньше отношение L/d, тем широкополоснее антенна и больше КПД.

Следует учесть, что при использовании толстых вибраторов сказывается "торцевой эффект". Он обуславливается емкостью между торцами вибратора и землей. Физически это выражается в том, что антенна получается "длиннее" расчетной. Для его уменьшения обычно широкополосные штыри имеют конусообразную форму. Расчеты показывают, что минимально необходимая толщина противовесов должна составлять

d=D/2,4n, где

d - диаметр противовесов, D - диаметр штыря, n - количество противовесов.

Часто радиолюбители не могут установить четвертьволновый штырь и используют штырь, имеющий меньшие размеры. В принципе можно согласовать штырь любой длины с помощью согласующих устройств. Однако короткие штыри имеют малое активное и большое реактивное сопротивление и будут согласованы весьма неоптимально (на самих согласующих устройствах может рассеяться до 90% энергии). А если еще при этом используются и суррогатные короткие противовесы, то эффективность такой антенной системы будет весьма низка. Однако в средствах подвижной связи часто такие суррогатные антенны применяются. Но это только потому, что другие виды укороченных антенн будут работать еще хуже!

4. Диаграммы направленности штыревых антенн

Многих интересует, как влияет высота подъема штыря на его диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и зависит ли его сопротивление от высоты подвеса. Важнейший результат заключается в том, что распределение токов в штыре не зависит от высоты его подвеса при наличии идеальной "земли". Практически это означает, что на какой бы высоте штырь ни находился, его сопротивление будет постоянным. Общий результат решения показывает, что если штырь настроен в резонанс, то его нижний конец можно заземлить. При этом его можно питать в любой точке.

На результатах этого важного вывода и созданы штыревые антенны (флаг-антенны, мачта-антенны), нижний конец которых соединен с "землей" и которые питаются через гамма-согласование.

Диаграммы направленностей вертикальной плоскости полуволнового штыря приведены на рис.5. Из этого рисунка видно, что чем выше поднимается антенна, тем положе угол излучения к горизонту. Это объясняется тем, что происходит сложение излученной штырем волны и волны, отраженной от земли. Если почва обладает плохими проводящими свойствами, то диаграмма направленности будет близка к диаграмме направленности штыря над землей. Поднимать антенну на высоту более длины волны не имеет смысла, т.к. при этом уже не происходит уменьшения угла излучения, а только начинают дробиться верхние боковые лепестки.


Рис.5

Следует запомнить еще одну интересную особенность штырей, высота которых равна длине волны и более. Такие антенны в профессиональной связи используются как антифединговые . Это означает, что такая антенна будет принимать без проблем сигнал, приходящий с замираниями на четвертьволновый штырь или диполь.

5. Согласование штыревых антенн

Давайте начнём издалека. Как вообще можно увеличить дальность радиоуправления или видеотрансляции?
1. Изменить окуржающие условия. Не всё в наших силах, но всё же. Полёт в центре города очень отличается в плане помех от полёта в 10 км от города. Стоять лучше на пригорке крупной поляны, чем возле здания или леса. И т. д.
2. Выбрать погоду. Влажность и т. п. Например, для аппаратуры 5,8 ГГц облака - это очень белокрылые непрозрачные лошадки. Они с таким же успехом могли быть листами металла. Короче: если у вас 5,8 ГГц - летайте в безоблачную погоду или ниже облаков.
3. Увеличить мощность передатчика. Железно помогает, но есть свои проблемы:

  • Замена со 100 мВт на 200мВт не даст увеличиния дальности в 2 раза. Всё очень нелинейно.
  • Чем выше мощность передатчика тем печальнее ситуация для близлежащей аппаратуры. У вас рядом приёмник? Ему станет хуже! У вас 1,5 Ваттный видеопередатчик на борту? Сервомашинки начинают слушаться видео-передатчик, а не РУ-приёмник, к которому они подключены. Требуется разнос аппаратуры, экранирование и т. п. Масса увеличивается, дальность управления снижается и т. д. и т.п.
  • Энергопотребление.
  • Охлаждение.
  • Ограничения законодательства.

4. И наконец самый сложный способ: подбор более выгодной антенны. Тут несколько направлений:

  • Выбор направленой или всенаправленой антенны.
  • Выбор конкретного типа антенны.
  • Выбор способа её установки и механизации.
  • Выбор коэффициента усиления.

Собственно, рассказать я бы хотел именно о выборе коэффициента усиления для всенаправленных штыревых антенн. Они чаще всего оказываются в руках граждан поскольку идут в комплектах с аппаратурой. Кроме того, они самые приемлимые по цене.

Перед дальнейшим объяснением мне нужно понимание трёх вопросов. Постараюсь объясить так, чтобы любой понял.
1. Антенны существуют для радиосвязи. Таких понятий как, антенна для приёма или для передачи - нет. Антенна с одинаковым успехом будет приёмной и передающей. На практике, для конкретных условий, выгодней на передачу поставить такую-то антенну, а на приём другую, но это совсем другая история. Ниже расскажу.
2. Диаграмма направленности антенны - это область в пространстве, в которую уходит сигнал от антенны. Дальше этой области сигнал слишком слаб, чтобы его можно было использовать. Если антенна установлена на на приёмнике - значит область из которой антенна может принимать сигнал. Дальше этой области не примет. Форма этой области бывает очень разной: шары, лепестки, торы, конусы и т. п. Суть в том, что если в пространстве пересеклись диаграммы направлености приёмной и передающей антенны - связь будет. А если не пересеклись - связи не будет.
3. Коэффициент усиления антенны. Очень примитивно - это во сколько раз сильнее антенна излучает/принимает сигнал при прочих равных.

Я, как и многие, считал, что жизнь устроена просто. При прочих равных однотипная антенна на 5dbi лучше чем на 2 dbi. А на 8 dbi ещё лучше! Это ужасно, но это не так. Так получилось, что про этот аспект мне некому было рассказать, и я стал страдать гигантоманией. У меня было 12 dbi на передатчике и 5 dbi на приёмнике. Антенны по длине почти как на мегагерцовой аппаратуре! Но я человек простой: мощности двигателя самолёта хватит чтобы тащить такие вещи? Значит - не проблема.
В теории антенна с 0 dbi даёт диаграмму направленности по типу шара. Размер шара (при отсутствии внешних раздражителей, а ещё лучше в открытом космосе) будет зависить только от мощности передатчика или чувствительности приёмника (смотря, на приём или на передачу работает антенна).

Антенна с коэффициентом усиления в 1 dbi даст при прочих равных шар покрупнее, но он будет немного уже не идеальный шар, а такой. .. приплюснутый сверху и снизу.


Чем большй коэффициент усиления антенны вы будете использовать, тем больше будет радиус шара, но тем более он будет сплюснут по вертикали. В итоге вы получите этакий блин огромного радиуса, но малой толщины.

Вот диаграмма направлености вертикально установленой на земле антенны с 12dbi. Вид сбоку.

Т. е. антенна, говоря по честному, уже перестанет быть всенаправленной. Например к антенне c 8dbi производетель пишет :

Угол направления по горизонтали = 360 градусов.
Угол направления по вертикали = 15 градусов.

Если вы держите штырь отвесно возле земли (1 м над поверхностью), то из 15 градусов 7,5 уходят под землю. Остальные 7,5 - в вашем полном распоряжении. Вы даже можете целиться боком антенны в самолёт.

Для сравнения маленькая таблица штыревых антенн на 2,4 ГГц по данным нескольких производителей.

КУ вертикальный угол
5 dbi 32-40 градусов
8 dbi 13-30 градусов
12 dbi 6-12 градусов

Напрашиваются выводы:
1. На самом самолёте все приёмные/передающие антенны, если они штыревые, должны быть с минимально разумным коэффициентом усиления. Полагаю, что разумно - это 1-2,5 dbi. Это связано с невозможностью сохранения постоянными крена и тангажа самолёта.
2. На земле антенны с высоким коэффициентом усиления будут очень мешать высоким полётам и проходом над собой. Однако, далеко и невысоко - хорошо. Например, описаный выше угол в 7,5 градусов на расстоянии в 1,5 км предполагает нахождение самолёта не выше 100 м.
3. Тыканье концом антенны в самолёт тем хуже даст эффект, чем выше коэффициент усиления этой антенны.
4. При выборе штыря есть смысл учитывать ещё одну характеристику: вертикальный угол направленности. Для равных по КУ антенн он может различаться.

КВ антенны Ю. Прозоровский
РАДИО N 10 1962, c.23-24

Одним из основных способов снижения помех телевизионному приему со стороны любительских передатчиков является применение передающих антенн с вертикальной поляризацией. Наиболее распространена среди коротковолновиков четвертьволновая вертикальная антенна ("Ground plane"). Эта антенна состоит из вертикального штыря, длина которого обычно несколько меньше четверти длины рабочей волны, излучаемой передатчиком, и противовеса. Он выполняется из нескольких горизонтально расположенных четвертьволновых лучей, соединенных с оболочкой коаксиального кабеля, по которому от передатчика подается высокочастотная энергия.

Сопротивление излучения такой четвертьволновой антенны равно 28-32 ом (в зависимости от внешнего диаметра металлических трубок, из которых она построена). Поэтому соединение антенны с 50- или 75-омным коаксиальным кабелем приведет к появлению в нем стоячих волн и к потере энергии. Для согласования вертикального штыря с кабелем необходимо использовать дополнительные элементы - катушки индуктивности, конденсаторы или отрезки кабеля с определенными параметрами.

Ниже описывается упрощенный метод расчета антенны "Ground plane" с горизонтальным противовесом и согласующим отрезком кабеля. Антенны, построенные по этому расчету, хорошо работают на одном любительском диапазоне (например, 14 Мгц) и, вместе с тем, вполне удовлетворительно излучают и на двух соседних диапазонах (21 и 7 Мгц).

Расчет будем приводить на числовом примере для диапазона 14 Мгц. Соединение штыря с питающим его кабелем и согласующим отрезком кабеля и обозначения их размеров показаны на рис. 1.

Для расчета необходимо знать диаметр металлических трубок или провода, из которых будут выполнены штырь антенны и лучи противовеса. Допустим, что мы собираемся применить для изготовления антенны трубки с внешним диаметром 30 мм,

а противовес будем делать из провода диаметром 2 мм. Определяем коэффициент М, характеризующий отношение длины удаленного от земли полуволнового диполя к диаметру антенны. Применяем формулу:

M=150000/(f(Мгц)D(мм))

Здесь: f - средняя частота диапазона,

D - диаметр трубок. При f=14,2 Мгц и D=30 мм получаем:

M=150000/(14,2*30)=352

По коэффициенту М определяем, пользуясь графиком (рис. 2), сопротивление излучения четвертьволновой антенны Rизл (для резонансной частоты): Rизл=30,8 ом.


Puc.2

Теперь следует вычислить истинное сопротивление излучения Ry укороченной антенны, которую мы будем строить; оно из-за влияния земли и противовеса отличается от Rизл и равно:

Ry=Rизл-Z/4Rизл

Здесь Z - волновое сопротивление коаксиального кабеля, из которого выполнен фидер. В нашем примере возьмем его равным 75 ом. Тогда:

Ry=30,8-75/4*30,8=30,2 Ом.

Для вычисления длины вертикального штыря L нужно по графику рис. 3 определить еще два вспомогательных коэффициента: Кс, характеризующий изменение сопротивления антенны при изменении ее длины, и Кз, учитывающий влияние противовеса и земной поверхности. Получаем: Kc=535, Kз=0,97.


Puc.3

График для определения коэффициента К может быть использован лишь при изменении длины антенны не более чем на 10%. Если антенна длиннее резонансной, то ее полное сопротивление носит индуктивный характер, если короче - емкостный.

Длина штыря (в мм) определяется по формуле:


У нас;


Для определения длины лучей противовеса Lnp, выполненных из провода диаметром 2 мм, вычисляем М:

M=150000/14,2*2=5280 и по графику рис. 3 находим Ky=0,978. Тогда


Укороченная антенна имеет, кроме активного, также реактивное сопротивление емкостного характера. Для его компенсации параллельно антенне присоединен закороченный на конце отрезок кабеля; длина его выбирается такой, чтобы его реактивное сопротивление имело индуктивный характер необходимой величины. Определяем это индуктивное сопротивление:

Xc=Z/S=75/1,22=61,5 Ом

Пользуясь логарифмической линейкой или таблицей тангенсов, находим угол а, тангенс которого численно равен отношению полученного значения Xc к волновому сопротивлению Zc кабеля, из которого будет выполнен согласующий отрезок. При Zc=75 ом:

Xc/Z=61,5/75=0,82 и a=39,4°

Длина закороченного отрезка равна:

Lc=(833ab)/f, мм

В этой формуле b - коэффициент, характеризующий скорость распространения энергии по кабелю. Для распространенных кабелей со сплошным заполнением (РК-1, РК-3) b=0,67.

Следовательно,

Lc=(833*38,4*0,67)/114,2=154,9 мм

Описанный выше расчет учитывает, что лучи противовеса расположены горизонтально; однако и при наклонном их расположении (под углом 30-40° к земле) рассогласование бывает незначительным.

Коэффициент стоячей волны (КСВ) в фидере можно измерить, собрав несложный указатель КСВ мостового типа, схема которого показана на рис. 4. Здесь сопротивления R1, R2, R3 и сопротивление излучения антенны образуют мост. В одну из его диагоналей подается энергия высокой частоты от передатчика (разъем Пер). Во второй диагонали включен диод Д1 типа Д2Е.


Рис.4

Сопротивление R4 служит для уменьшения выходного сопротивления источника энергии (передатчика). Дроссель (Др1) замыкает цепь постоянной слагающей выпрямленного тока; он необходим в том случае, если цепь антенны не имеет гальванической проводимости.

При балансе моста стрелка прибора не отклоняется. Рассогласование антенны и кабеля вызывает появление стоячих воли, что отмечается отклонением стрелки. Порядок измерения КСВ следующий:

1. Настраивают передатчик с антенной при полной излучаемой мощности.

2. Уменьшают мощность до нуля, запирая, например, одну из ламп предварительных каскадов отрицательным смещением, и отсоединяют антенну.

3. Соединяют отрезком кабеля вход передатчика и разъем Пер. на указателе ксв.

4. Постепенно, очень плавно, чтобы не сжечь сопротивление R4, увеличивают мощность энергии, подаваемой в указатель ксв, до тех пор, пока стрелка прибора не отклонится до конца шкалы.

5. Для проверки баланса моста временно присоединяют к разъему Ант сопротивление 75 ом; стрелка миллиамперметра должна при этом стать на нуль.

6. Включив к разъему Ант. коаксиальный кабель, питающий антенну, отмечают по шкале ток и определяют ксв по кривой, изображенной на рис. 5.


Puc.5

Если фидер антенны не вносит существенных потерь, например он выполнен из кабеля РК-1 или РК-3 и имеет длину не более 15-20 м, то ксв 2 и даже 2,5 вполне допустим. Общие потери (сумма потерь в фидере и потерь за счет рассогласования) в этом случае не превысят 0,5 дб. Такое уменьшение мощности на приемной станции на слух отмечено не будет. Заметное падение громкости приема (на 1-2 балла) может наблюдаться лишь при ксв порядка 5-8.

В том случае, если построенная антенна обладает чрезмерным ксв или ее размеры выбраны большими или меньшими, чем следует, необходимо, пользуясь указателем ксв, настроить антенну опытным путем. Антенна большей, чем нужно, длины может быть электрически укорочена конденсатором, включенным последовательно с вертикальной частью (рис. 6,а). Слишком короткую антенну можно электрически удлинить, добавив к ней индуктивность (рис. 6,б). В этом случае настройку антенны ведут попеременно, подбирая положение обоих щипков на катушке. Здесь часть катушки между щипками 1 и 2 используется для удлинения вертикальной части антенны, а нижняя часть (2-3) заменяет согласующий закороченный отрезок кабеля (рис. 1).


Puc.6

В заключение отметим, что на антенне описанного типа накапливаются заряды статического электричества, особенно при близкой грозе. Поэтому рекомендуется применять антенны с закороченными отрезками кабеля (рис. 1) или шунтирующей кабель индуктивностью (рис. 6 б) и надежно заземлять оболочку кабеля.

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться .

Это несимметричный вибратор , который представляет собой жесткий металлический стержень. Штыревая антенна применяется в области радиовещания и радиосвязи.

Штыревые антенны, работающие в диапазонах коротких волн, используются в портативных и носимых комплектах вместе с автоматическим или ручным тюнером. Антенны могут быть различной длины (1-3 м) и могут иметь разное количество секций (2-6). Высокоэффективные штыревые антенны применяются в лесистых и труднопроходимых местностях, где обычные антенны не могут выполнять свою работу эффективно.

Чтобы увеличить диапазон частот, к штыревой антенне присоединяют удлинительную катушку.
Первые коротковолновые штыревые антенны состояли из опорных фарфоровых изоляторов с большими габаритами. При настройке антенны вибраторы удлинялись или укорачивались. Современные антенны легко настраиваются и без громоздких изоляторов получают желаемое согласование антенны с выходом передатчика и фидером.

Штыревая антенна с гамма-согласующим устройством имеет вид вибратора, который вставлен в муфту.
Муфта , в свою очередь, припаивается к краю металлической площадки. В некоторых штыревых антеннах функции вибратора выполняют водопроводные оцинкованные трубы, которые привариваются к двум муфтам с внутренней резьбой. К еще одной муфте крепятся четыре ушка с пучками-противовесами. На концах противовесов находятся орешковые изоляторы. Пучки, кроме функций противовесов, выполняют еще и работу оттяжек мачт первого яруса. С одной стороны площадки располагается вибратор, в противоположной стороне от него крепится опорный изолятор с трубкой гамма-согласователя. Металлическая перемычка, передвигающаяся вверх и вниз, охватывает как трубку гамма-согласователя, так и трубу вибратора. На верхней стороне площадки закрепляется металлическая коробка между гамма-согласователем и вибратором. Коробка содержит в себе разъем с высокой частотой и конденсатор переменной емкости. Параллельно к конденсатору устанавливается конденсатор постоянной емкости. Пластины ротора и статора конденсатора изолируются от металлической коробки. В трубе вибратора делаются четыре отверстия для медного провода, концы которого загибаются через край трубы. К отрезкам медного провода присоединяются антенные изоляторы, а также изоляторы для комнатных антенн.

Таким образом, полученная конструкция образует второй ярус оттяжек штыревой антенны. Отверстие вибратора, расположенное наверху, закрывается деревянной заглушкой, которая не пропускает влагу внутрь вибратора. Верхнее отверстие трубки гамма-согласователя также закрывается подобной деревянной пробкой.

К разъему высокой частоты, находящемуся на металлической коробке, подключается коаксиальный кабель с определенным волновым сопротивлением. Контакты разъема, предварительно изолированные, соединяются с пластинами статора конденсатора. Изолированный отрезок гибкого проводника соединяется с пластинами ротора конденсатора и крепится к основанию трубки гамма-согласователя.

Настраивается штыревая антенна специальным прибором, определяющим индикатор напряженности поля. Самым простым способом настройки считается включение в разрыв провода теплового амперметра . Наибольшее отклонение стрелки амперметра происходит за счет перемещения перемычки вверх и вниз. Разрыв провода располагается от пластин ротора конденсатора до основания трубки гамма-согласователя.

Через высокочастотный разъем к штыревой антенне подключается фидер. Высокочастотное напряжение поступает к антенне через коаксиальный кабель. При настройке штыревой антенны передатчик должен быть нацелен на максимальное излучение при среднем любительском диапазоне. Когда антенна окончательно настроится, будет исходить от нее наибольшее излучение, перемычка твердо крепится на трубе вибратора и трубке гамма-согласователя. Место закрепления обмазывается пластилином для большей надежности.

а, выполненного из жёсткого металлического стержня (сплошного или состоящего из нескольких сочленяющихся звеньев) либо из большого числа металлических катушек, нанизанных на гибкий стальной трос (т. н. антенна Куликова). Реже применяются Ш. а. из профилированной металлической ленты, проволочных жгутов или металлизированных диэлектрических стержней. Диаграмма направленности излучения (приёма) Ш. а. в горизонтальной плоскости имеет форму круга (см. рис. 2 ), поэтому такая антенна особенно удобна при связи между наземными объектами с изменяющимся во времени взаимным расположением, например между передвижными радиостанциями (установленными в автомобилях, танках и т.п.).

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Штыревая антенна" в других словарях:

    штыревая антенна - Вертикальная антенна в виде жесткого или гибкого металлического стержня. Излучение штыревой антенны максимально в плоскости, перпендикулярной ее оси, и отсутствует в направлении вдоль оси. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо… … Справочник технического переводчика

    Несимметричный вибратор в виде жесткого металлического стержня. Используется для радиосвязи и радиовещания … Большой Энциклопедический словарь

    Несимметричный вибратор в виде жёсткого металлического стержня. Используется для радиосвязи и радиовещания. * * * ШТЫРЕВАЯ АНТЕННА ШТЫРЕВАЯ АНТЕННА, несимметричный вибратор в виде жесткого металлического стержня. Используется для радиосвязи и… … Энциклопедический словарь

    штыревая антенна - strypinė antena statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. flagpole antenna vok. Stabantenne, f rus. штыревая антенна, f pranc. antenne en tige, f … Automatikos terminų žodynas

    Антенна в виде гибкого или жёсткого металлич. штыря, соединяемого короткой линией со входом радиоприёмника или радиопередатчика. Применяется на подвижных объектах (автомобилях, танках и т. п.) и др … Большой энциклопедический политехнический словарь

    гибкая штыревая антенна - rimbinė antena statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. whip antenna vok. Peitschenantenne, f rus. гибкая штыревая антенна, f pranc. antenne fouet, f … Radioelektronikos terminų žodynas

Расчет укороченных антенн

Расчет укороченных антенн

Антенны являются устройствами обратимыми, что означает идентичность их параметров как при работе в режиме передачи, так и в режиме приема. Несмотря на относительную конструктивную простоту этих устройств, необходимо обращать самое тщательное внимание на их согласование как с выходом передатчика, так и с входом приемника.

В противном случае энергетические характеристики радиолинии и, как следствие, дальность действия аппаратуры могут отличаться от максимально возможных в несколько раз. Учитывая обратимость антенн, рассмотрим их параметры для режима передачи.

Эквивалентную схему антенны, подключенной к выходу передатчика, можно представить в виде, изображенном на рис.  3.43.

Рис. 3.43. Эквивалентная схема передающей антенны

Сопротивление антенны в общем случае комплексное и содержит емкостную составляющую (Са), индуктивную (La) и активную (RaRпRΣ). Активное сопротивление складывается из сопротивления потерь Rп, обусловленного потерями на нагревание проводника антенны и окружающих ее проводящих элементов, и сопротивления излучения RΣ.

Это сопротивление фактически представляет собой коэффициент, связывающий между собой амплитуду напряжения на зажимах идеальной антенны и амплитуду тока на этих же зажимах. Коэффициент имеет размерность сопротивления и учитывает ту часть мощности, подводимой к антенне, которая превращается в излучение.

Элементы Са и La образуют последовательный колебательный контур. Для любой простейшей антенны в виде отрезка провода значения этих параметров всегда таковы, что в случае высокочастотных колебаний, для которых геометрическая длина провода l составляет четверть длины волны, последовательный контур оказывается настроенным в резонанс. А это значит, что его сопротивление равно нулю, и результирующее сопротивление такой антенны становится чисто активным и равным Rа. Равенство нулю реактивной составляющей антенны означает, что отражения мощности от реактивностей нет, и вся подводимая к антенне энергия рассеивается в виде тепла в Rп и в виде излучения в RΣ.

Символом Ri на рис. 3.43 обозначено внутреннее сопротивление передатчика, а Еr — развиваемая им ЭДС. Как известно, максимальная мощность из источника передается в нагрузку при условии равенства внутреннего сопротивления этого источника сопротивлению нагрузки. Для рассматриваемого случая это означает RiRпRΣ.

Для диапазона 27 МГц четверть длины волны составляет примерно 2,75 м. Практически такую антенну для переносного передатчика и, особенно, подвижной модели использовать весьма затруднительно. Реальные антенны значительно короче. Для передатчиков это 0,5–1,5 м, а для приемников и того меньше. Уменьшение геометрических размеров антенны по сравнению с λ/4 приводит к двум последствиям. Во-первых, уменьшается сопротивление излучения. Во-вторых, появляется реактивная составляющая емкостного характера.

Сопротивление излучения для несимметричных штыревых антенн, геометрическая длина которых l << λ/4, можно рассчитать по формуле

RΣ = 1600∙(hд/λ)2, (3.5)

где hд l/2.

Реактивная составляющая сопротивления, имеющая емкостный характер, рассчитывается по формуле

Xa Wэ∙ctg(kl), (3. 6)

где k = 2π/λ — волновое число;

Wэ = 60∙[ln(2l/d0)-1] — эквивалентное волновое сопротивление провода антенны;

d0 — диаметр провода.

Для нормальной работы антенна должна иметь чисто активное сопротивление. С целью компенсации емкостной составляющей сопротивления штыревые антенны снабжаются удлинительными катушками. Индуктивное сопротивление удлинительной катушки по модулю должно равняться емкостному сопротивлению антенны. В этом случае происходит их взаимная компенсация, и сопротивление антенны становится активным и равным RпRΣ. Требуемую индуктивность удлинительной катушки (Ly) можно вычислить из условия равенства реактивных сопротивлений по формуле:

Lу = 1/Xa∙2π∙f0), (3.7)

где f0 — рабочая частота передатчика.

Конструктивно удлинительную катушку удобнее всего разместить у основания антенны, однако максимальный КПД антенны получается, когда она располагается на расстоянии l/3 от основания.

Число витков катушки (N) для вычисленной индуктивности определяют по формуле

где Ly выражена в мкГн; D — средний диаметр катушки в мм; l — длина намотки в мм. Для повышения КПД катушку желательно наматывать с шагом, оставляя между витками расстояние равное диаметру провода. Для точной подстройки индуктивности используются сердечники из карбонильного железа или высокочастотных ферритов марки (15—100)ВЧ. В этом случае количество витков уменьшается на 30 % от расчетного.

В заключение следует отметить, что параметры несимметричных антенн получены в предположении, что антенна находится над идеально проводящей поверхностью, как бы играющей роль второй половины антенны. На практике это означает, что общий провод передатчика должен соединяться с его корпусом. Причем чем больше проводящая масса корпуса, тем лучше. Иногда полезно к корпусу присоединять отрезок провода, играющего роль противовеса (второй, симметричной ее части). Общий провод платы должен соединяться с корпусом (противовесом) в одной точке, как можно ближе к выводу антенны. Роль противовеса может играть и тело оператора при надежном контакте рук с металлическим корпусом передатчика.

3.3 Расчет штыревой антенны. Проектирование передатчика низовой радиосвязи

Похожие главы из других работ:

Зеркальная антенна РЛС

3.6 Расчёт КНД зеркальной антенны

, - действующая площадь антенны, - максимальный коэффициент использования поверхности зеркала, - геометрическая площадь раскрыва зеркала, - площадь облучателя, закрывающего раскрыв спереди...

Исследование радиопередающего устройства

Расчет параметров штыревой антенны

Для расчета параметров антенны была использована программа MMANA. Антенна - это вертикальный штырь длиной l=0.5м Вид антенны с учетом подстилающей поверхности: 1 Рис. 5...

Линейная антенная решетка

5. Расчет делителей мощности. Расчет КПД антенны

Важным параметром линии с потерями является ее коэффициент полезного действия (КПД). КПД определяется как отношение мощности, выделившейся в нагрузке , к мощности, подведенной к линии . [3] Где - общая длина тракта...

Малошумящие однозеркальные параболические антенны

4. Конструктивный расчет антенны

...

Оконечный каскад однополосного связного передатчика

1.3 Расчет антенны

?1=с/f1=3·108м/с / 1,8·106с-1=166,67 м. ?2=с/f2=3·108м/с / 3·106с-1=100 м. 1. Из конструктивных соображений выберем для антенны провод сечением 2 мм2, соответственно радиус провода - 0,798 мм. 2. Длина антенны значительно меньше длины рабочей волны...

Проектирование зеркальной параболической антенны

6.
Расчет КПД антенны

Важным параметром линии с потерями является ее коэффициент полезного действия (КПД). КПД определяется как отношение мощности, выделившейся в нагрузке , к мощности, подведенной к линии . [4] .(17) Где - общая длина тракта...

Проектирование синфазной многовибраторной антенной решетки

3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ АНТЕННЫ

...

Разработка зеркальной параболической антенны с рупорным облучателем

6. Расчет КПД, КУ, КНД антенны

Коэффициент полезного действия антенны (КПД): Так как диаграмма направленности рупорного облучателя симметрична относительно оси антенны и может быть аппроксимирована функцией cosn(y), при n=1...

Расчет зеркальной параболической антенны с облучателем в виде конического рупора

4. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ АНТЕННЫ

...

Расчет логопериодической антенны

Расчет геометрии антенны

Точный расчет логопериодической антенны довольно сложен, но существует и простая методика расчета. Она позволяет сконструировать антенну, задавшись такими параметрами, как коэффициент направленного действия (КНД) и рабочий интервал частот...

Расчет малошумящей однозеркальной параболической антенны

4 Конструктивный расчет антенны

4.1 Расчет профиля зеркала Зеркальные антенны имеют наибольший КНД при синфазном возбуждении раскрыва (плоский фазовый фронт волны). Параболический профиль зеркала обеспечивает одинаковые длины электрических путей от облучателя...

Расчет малошумящей параболической антенны

5. Расчет ДН параболической антенны

Инженерный расчет пространственной ДН параболической антенны часто сводится к определению ДН идеальной круглой синфазной площадки с неравномерным распределением напряженности возбуждающего поля...

Расчет малошумящей параболической антенны

6. Конструктивный расчёт антенны

...

Расчёт зеркальной антенны

4. Конструктивный расчет антенны

Профиль зеркала, образующийся вращением вокруг оси Z, определяется уравнением: При = 6 м получим: В целях облегчения зеркала, а также уменьшения давления ветра на него, зеркало изготовлено не из сплошного металлического листа. ..

Трассовый обзорный радиолокатор

2.5 Расчет характеристик антенны

Геометрическая площадь раскрыва антенны по формуле (53) из [1] равна: где ks = 0,4…0,7 - коэффициент использования раскрыва антенны. Приняв коэффициент использования раскрыва антенны равным 0.7...

В чем разница между антенной и диполем?

Каждому беспроводному устройству нужна антенна. Это проводящее механическое устройство представляет собой преобразователь, который преобразует передаваемый радиочастотный (RF) сигнал в электрические и магнитные поля, составляющие радиоволну. Он также преобразует полученную радиоволну обратно в электрический сигнал. Для антенн возможно почти бесконечное множество конфигураций. Однако большинство из них основано на двух основных типах: дипольных и штыревых антеннах.

Понятие «антенны»

Радиоволна содержит электрическое поле, перпендикулярное магнитному полю. Оба перпендикулярны направлению распространения (рисунок ниже). Это электромагнитное поле и создает антенну. Сигнал, излучаемый устройством, вырабатывается в передатчике и затем отправляется на антенну с помощью линии передачи, обычно коаксиального кабеля.

Линии представляют собой магнитные и электрические силовые линии, которые движутся вместе и поддерживают друг друга, когда они «движутся наружу» от антенны.

Напряжение создает электрическое поле вокруг антенных элементов. Ток в антенне создает магнитное поле. Электрические и магнитные поля объединяются и регенерируют друг друга в соответствии с известными уравнениями Максвелла, и «комбинированная» волна отправляется с антенны в пространство. При приеме сигнала электромагнитная волна индуцирует напряжение в антенне, которое преобразует электромагнитную волну обратно в электрический сигнал, который может быть дополнительно обработан.

Первичным рассмотрением в ориентации любой антенны является поляризация, которая относится к ориентации электрического поля (E) с землей. Это также ориентация передающих элементов относительно земли. Вертикально установленная антенна, перпендикулярная к земле, излучает вертикально поляризованную волну. Таким образом, горизонтально расположенная антенна излучает горизонтально поляризованную волну.

Поляризация также может быть и круговой. Специальные конфигурации, такие как винтовые или спиральные антенны, могут излучать вращающуюся волну, создавая вращающуюся поляризованную волну. Антенна может создавать направление вращения либо вправо, либо влево.

В идеальном случае антенны как на передающем, так и на приемном устройстве должны иметь одинаковую поляризацию. На частотах ниже примерно 30 МГц волна обычно отражается, преломляется, вращается или иным образом модифицируется атмосферой, землей или другими объектами. Следовательно, согласование поляризации на двух сторонах не является критическим. На частотах ОВЧ, УВЧ и СВЧ поляризация должна быть одинаковой для обеспечения максимально качественной передачи сигнала. И, обратите внимание, что антенны демонстрируют взаимность, то есть они одинаково хорошо работают как на передачу, так и на прием.

Диполь или симметричная вибраторная антенна

Диполь представляет собой полуволновую структуру из проволоки, трубки, печатной платы (PCB) или другого проводящего материала. Он разделен на две равные четверти длины волны и подпитывается линией передачи.

Линии показывают распределение электрических и магнитных полей. Одна длина волны (λ) равна:

λ = 984/fMHz

половина волны:

λ/2 = 492/fMHz

Фактическая длина обычно сокращается в зависимости от размера антенных проводов. Лучшее приближение к электрической длине:

λ/2 = 492 K/fMHz

где K — коэффициент, связывающий диаметр проводника с его длиной. Это 0,95 для проводных антенн с частотой 30 МГц или менее. Или:

λ/2 = 468/fMHz

Длина в дюймах:

λ/2 = 5904 K/fMHz

Значение K меньше для элементов большего диаметра. Для трубки диаметром в полдюйма K составляет 0,945. Дипольный канал для 165 МГц должен иметь длину:

λ/2 = 5904(0. 945)/165 = 33.81 дюйма

или два 16,9-дюймовых сегмента.

Длина важна, потому что антенна является резонансным устройством. Для максимальной эффективности излучения он должен быть настроен на рабочую частоту. Однако антенна работает достаточно хорошо на узком диапазоне частот, как резонансный фильтр.

Полоса пропускания диполя является функцией его структуры. Обычно он определяется как диапазон, в котором отношение коэффициента стоячей волны антенны (КСВ) меньше 2:1. КСВ определяется величиной отраженного сигнала от устройства назад по линии передачи, подающей на него. Это функция импеданса антенны с отношением к импедансу линии передачи.

Фактическое сопротивление антенны в ее центральной точке зависит от ее частоты и высоты антенны. При резонансе и полуволне над землей импеданс антенны составляет приблизительно 73 Ом. Паразитный резонанс, импеданс антенны будет включать либо индуктивный, либо емкостный компонент реактивного сопротивления.

Идеальной линией передачи является сбалансированная проводящая пара с сопротивлением 75 Ом. Также можно использовать коаксиальный кабель с характеристическим импедансом 75 Ом (Zo). Коаксиальный кабель с характеристическим импедансом 50 Ом также может использоваться, так как он хорошо соответствует антенне, если он меньше половины длины волны над землей.

Коаксиальный кабель является несбалансированной линией, так как радиочастотный ток будет протекать снаружи коаксиального экрана, создавая некоторые нежелательные индуцированные помехи в соседних устройствах, хотя антенна будет работать достаточно хорошо. Лучший метод подачи — использовать симметрирующий трансформатор в точке подачи с коаксиальным кабелем. Симметрирующий трансформатор — это трансформаторное устройство, которое преобразует сбалансированные сигналы в несбалансированные сигналы или наоборот.

Диполь может быть установлен горизонтально или вертикально в зависимости от желаемой поляризации. Линия подачи идеально должна проходить перпендикулярно к излучающим элементам, чтобы избежать искажения излучения, поэтому диполь наиболее часто ориентирован горизонтально.

Диаграмма излучения сигнала антенны зависит от ее структуры и монтажа. Физическое излучение является трехмерным, но обычно оно представлено как горизонтальными, так и вертикальными диаграммами направленности.

Горизонтальная диаграмма направленности диполя представляет собой цифру восемь (рисунок 3). Максимальный сигнал появляется на антенне. На рисунке 4 показана вертикальная диаграмма направленности. Это идеальные образцы, которые легко искажаются землей и любыми соседними объектами.

Усиление антенны связано с направленностью. Коэффициент усиления обычно выражается в децибелах (дБ) с учетом некоторого «эталона», такого как изотропная антенна, которая является точечным источником радиочастотной энергии, излучающая сигнал во всех направлениях. Подумайте о точечном источнике света, освещающем внутреннюю часть расширяющейся сферы. Изотропная антенна имеет коэффициент усиления 1 или 0 дБ.

Если передатчик формирует или фокусирует диаграмму излучения и делает ее более направленной, он имеет усиление по изотропной антенне. Диполь имеет коэффициент усиления 2,16 дБи по изотропному источнику. В некоторых случаях коэффициент усиления выражается в зависимости от дипольного задания в дБд.

Вертикальная антенна с дополнительными горизонтальными отражающими элементами

Данное устройство представляет собой, по существу, половину диполя, установленного вертикально. Термин монополь также используется для описания этой установки. Земля ниже под антенной, проводящая поверхность с наименьшим λ / 4 по радиусу или образец λ / 4-проводников, называемых радиальными, составляют вторую половину антенны (рис.5).

Если антенна подключена к хорошему заземлению, она называется антенной Маркони. Основной структурой служит другая λ / 4 половина передатчика. Если плоскость заземления имеет достаточный размер и проводимость, то производительность заземления эквивалентна вертикально установленному диполю.

Длина четвертьволновой вертикали:

λ/4 = 246 K/fMHz

Коэффициент K меньше 0,95 для вертикалей, которые обычно изготавливаются с более широкой трубкой.

Импеданс точки питания представляет собой половину диполя или примерно 36 Ом. Фактическая цифра зависит от высоты над землей. Подобно диполю, плоскость заземления является резонансной и обычно имеет реактивный компонент в своем основном импедансе. Наиболее распространенной линией передачи является 50-Ω коаксиальный кабель, поскольку он относительно хорошо соответствует импедансу антенны с КСВ ниже 2: 1.

Вертикальная антенна с дополнительным отражающим элементом является ненаправленной. Горизонтальная диаграмма направленности — это круг, в котором устройство излучает сигнал одинаково хорошо во всех направлениях. На рисунке 6 показана вертикальная диаграмма направленности. По сравнению с вертикальной диаграммой направленности диполя плоскость заземления имеет более низкий угол излучения, что дает преимущество более широкого распространения при частотах ниже примерно 50 МГц.

Выводы

Практически все другие антенны, которые часто используются, являются вариациями антенн дипольного или вертикального плана. Например, антенна Яги-Уда добавляет паразитные элементы, такие как ретранслятор и / или отражатель, к диполю, чтобы увеличить его усиление и направленность. Несколько диполей можно укладывать вертикально или располагать в разных массивах, что значительно увеличивает коэффициент усиления. Телевизионные антенны УКВ-«бабочки» и антенны с печатными платами, используемые в некоторых беспроводных устройствах, являются дипольными вариациями. Патч (микрополосковая линия) и щелевые антенны, используемые на микроволновых частотах, также являются дипольными производными.

Кроме того, могут быть выполнены две или более вертикальные антенны с дополнительным отражающим элементом для создания более направленного сигнала с усилением. Например, направленная радиостанция AM использует две или более башни для направления сильного сигнала в одном направлении, подавляя его в другом.

Коэффициент стоячей волны

Стоячие волны представляют собой схемы распределения напряжения и тока вдоль линии передачи. Если характеристический импеданс (Zo) линии соответствует выходному импедансу генератора (передатчика) и нагрузке антенны, напряжение и ток вдоль линии постоянны. При согласованном импедансе происходит максимальная передача мощности.

Если нагрузка антенны не соответствует линейному импедансу, не вся передаваемая мощность поглощается нагрузкой. Любая мощность, не поглощенная антенной, отражается назад по линии, мешая прямому сигналу и создавая изменения тока и напряжения вдоль линии. Эти вариации представляют собой стоячие волны.

Мерой этого несоответствия является коэффициент стоячей волны (КСВ). КСВ обычно выражается как отношение максимального и минимального значений прямого и обратного тока или значений напряжения вдоль линии:

КСВ = Imax/Imin = Vmax/Vmin

Другим более простым способом выразить КСВ является отношение характеризующего импеданса линии передачи (Zo) к импедансу антенны (R):

КСВ = Zo/R или R/Zo

в зависимости от того, какой импеданс больше.

Идеальный КСВ составляет 1: 1. КСВ от 2 до 1 указывает на отраженную мощность 10%, а это означает, что 90% передаваемой мощности поступает на антенну. КСВ 2: 1 обычно считается максимально допустимым для наиболее эффективной работы системы.

Самостоятельное изготовление антенн для мобильной связи

Не ловит телефон? Собери антенну сам!

В статье мы расскажем, как самостоятельно рассчитать, спроектировать и изготовить логопериодическую антенну для дачного приема на диапазон GSM 900, которую можно выполнить из подручных материалов, не покупая дорогих трубок, без применения сварки и тому подобного. Такую антенну можно будет установить как на даче, так в городе, например, за окном.

Логопериодические антенны достаточно компактны и широкодиапазонные, и при достаточном количестве вибраторов коэффициент усиления может приближаться к антенне типа «волновой канал». В среднем, коэффициент усиления антенны составляет 6…7 дБ, а уровень побочных лепестков диаграммы направленности от -12 до -14 дБ, КБВ (коэффициент бегущей волны) – более 0,5.

Антенна состоит из двух рядов горизонтальных вибраторов, расположенных на рядах в шахматном порядке на траверсах. Длина вибраторов и расстояние между ними убывают в геометрической прогрессии в направление к точкам подключения кабеля. Позади самого длинного вибратора устанавливается короткозамкнутая перемычка, улучшающая согласование антенны с кабелем снижения и обеспечивающая необходимое симметрирование антенны.

Подчёркиваем, что представленный ниже расчет построен на эмпирических формулах.

1. Частота сигнала в стандарте GSM 900 по каналам передачи UpLink составляет 890…915 МГц (мобильный телефон – передатчик, базовая станция – приемник), а по каналам передачи DownLink - 935…960 МГц (мобильный телефон – приёмник, базовая станция – передатчик).
Следовательно, частота приема антенны будет от 890…960 МГц. Выбранный диапазон частот необходимо округлить, тем самым сделав его более широким, чем необходимо, для компенсации погрешностей расчета, построений и изготовления. 8 м/с: λmax≈0,345м=345мм и λmin≈0,306м=306мм.

3. Основными геометрическими параметрами логопериодической антенны являются два параметра:
а) знаменатель геометрической прогрессии τ=0,8…0,9, характеризующего скорость убывания длин вибраторов. Примем τ=0,85.
б) угол α=10…30° при вершине треугольника, образованного краями вибраторов.В теории, чем ближе τ к 1 (lim τ=1) и чем меньше φ (lim φ=0), тем больше коэффициент усиления антенны, но при этом на практике возрастают габариты и масса антенны.

4. Также вводится параметр σ – относительный интервал, который объединяет в себе параметры α и τ: σ=dn/(4*Ln)=0,25*(1- τ)*ctg(α/2), где Ln и dn – длина любого вибратора и расстояние от предыдущего.
Экспериментальным путем определено, что оптимальным при заданном τ будет σ=0,243* τ -0,051=0,243*0,85-0,051≈0,15.

5. Определяем ctg(α/2)=4*σ/(1-τ)=4*0,15/(1-0,85)=4.

6. Определяем длину первого (самого длинного) вибратора l1=(0,5…0,55)*λmax=0,5*345≈173 мм.

7. Определяем длину второго вибратора l2=τ*l1=0,85*173≈147 мм.

8. Определяем расстояние от первого вибратора до второго: d2=(l1-l2)*ctg(α/2)/2=(173-147)*4/2=52 мм.

9. Для остальных вибраторов проводим расчет аналогичный п.7 и п.8, согласно формулам:ln= τ*ln-1 и dn=(ln-ln-1)*ctg(α/2)/2.

10. Результаты расчетов по п.9:


вибратора
l, мм d, мм
1 173  
2 147 52
3 125 44
4 106 38
5 90 32
6 77 26

 

11. Графически строим равнобедренный треугольник с длиной основания l1=173 мм и углом при вершине φ=27° (ctg(α/2)=4).

 

12. Расстояние от первого вибратора до короткозамкнутой перемычки d0=(0,125…0,18)*λmax=0,125*345≈43 мм.

13. Расстояние между траверсами определяется из геометрии применяемых трубок и волнового сопротивления.

14. Коэффициент усиления антенны Ga=8,6…8,9 дБ определяем из таблицы по известным σ и τ:

  σ
0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18
τ 0,8 7 7,2 7,5 8 8,3 8 7,5
0,82 7,2 7,4 7,7 8,2 8,4 8,3 7,9
0,84 7,3 7,6 7,9 8,3 8,6 8,6 8,2
0,86 7,6 7,8 8,2 8,4 8,8 8,9 8,6
0,88 7,9 8,1 8,4 8,7 9 9,2 9,1
0,9 8,3 8,6 8,8 9 9,3 9,6 9,5
0,92 8,7 8,9 9,1 9,4 9,6 10 10
0,94 9,1 9,3 9,5 9,8 10,2 10,7 10,9
0,96 9,5 9,7 10 10,4 11 11,5 11,7
0,98 10 10,4 10,6 11,1 11,6 12,3 13,2

В качестве траверс, к примеру, можно использовать, старые алюминиевые лыжные палки. А в качестве вибраторов использовать алюминиевый провод от старой электропроводки, как можно большего диаметра, который удастся найти, для обеспечения прочности и жесткости антенны. В трубке сверлятся отверстия, отрезки провода вставляются в отверстия трубки и запаиваются. Для пайки алюминия рекомендуем использовать специальный флюс, например, Ф61А.

Кабель снижения необходимо провести внутри верхней траверсы, а на выходе оплетку кабеля припаять к верхней траверсе, а центральную жилу к нижней. Допустимо кабель не проводить внутри траверсы, а прикрепить его пластиковыми стяжками (хомутами) к ней.

 

 

Антенна штыревая своими руками


Антенна 433 МГц. Антенны на 433 МГц своими руками

В большинстве случаев, когда речь заходит об антеннах, люди представляют себе большие «тарелки», которые установлены за окном или на крыше дома. Однако стоит понимать, что это далеко не так. Дело в том, что размер антенны зависит от того, какую частоту и длину волны она будет ловить. Естественно, если вы хотите ловить сигнал спутника, чтобы транслировать несколько десятков телевизионных каналов, то вам понадобится большая антенна. Но далеко не всегда вам нужен такой сигнал. Именно поэтому и стоит рассмотреть такую вещь, как антенна 433 МГц. Это устройство сильно отличается от тех антенн, которые вы привыкли видеть на окнах и крышах. Оно является очень маленьким и, как уже можно заметить по названию, принимает не самые длинные волны сигнала. Зачем могут пригодиться такие волны? Большинство людей не обращают на них внимания, однако если вы любите наполнять свой дом различными предметами, работающими на дистанционном управлении, то вам определенно понадобится далеко не одна антенна 433 МГц. Если вы научитесь пользоваться их свойствами, то сможете создавать в своей квартире такие вещи, как радиорозетка или даже кормушка для домашнего питомца с дистанционным управлением. Заинтересованы? Тогда читайте статью далее, и вы узнаете, что представляет собой данная антенна, как ее использовать, где купить, а самое главное - как сделать ее собственными руками, если вы не хотите тратиться на покупку.

Что это за антенна?

Итак, в первую очередь необходимо разобраться с тем, что представляет собой антенна 433 МГц. Как вы уже могли понять, это устройство, которое позволяет вам настроить определенный прибор на конкретную частоту, чтобы затем взаимодействовать с ним. Установив антенну в конкретный прибор, вы сможете затем посылать ей сигнал на определенной частоте, чтобы активировать этот прибор и контролировать его. Это очень полезная функция в любом доме, так как вы сможете значительно упростить многие процессы. Однако далеко не каждый сможет проделать нечто подобное – вам нужно хорошо разбираться в данной сфере, чтобы настроить приборы на нужную частоту. Но если вы поставите перед собой цель, то достигнуть ее определенно сможете. Просто вам придется как следует постараться, и начать стоит с изучения именно этой антенны, так как она является одним из самых главных элементов. Вам определенно стоит знать, что антенна 433 МГц бывает трех типов: штыревой, спиральной и вытравленной на печатной плате. Чем они различаются? Какую лучше выбрать? Именно об этом и пойдет речь дальше. Вам предстоит узнать, что представляет собой каждая из этих антенн и понять, какая из них лучше всего подходит для вашей конкретной цели.

Как может оказаться в вашем распоряжении антенна на 433 МГц? Своими руками сделать ее довольно просто, но также вы можете приобрести и готовую, которая обойдется вам немного дороже, но сэкономит немного времени. В любом случае вам сначала нужно определиться с тем, какой именно тип вы хотите получить. И первый тип, о котором пойдет речь, – это штыревая антенна. Ее основным преимуществом является то, что она имеет самые лучше технические характеристики по сравнению с остальными видами. Именно поэтому практически всегда люди делают выбор в ее пользу. Более того, ее сделать своими руками гораздо проще. Так что в целом это наилучшая антенна на 433 МГц, своими руками сделанная или же купленная в магазине. Однако при этом вам не стоит думать, что она идеальна. Если бы ситуация обстояла именно так, то потребности в других видах попросту не было бы. Именно поэтому необходимо отдельно рассмотреть недостатки, которые имеет этот вид антенн, чтобы вы были в курсе всех особенностей, прежде чем принимать решение о покупке.

Недостатки штыревых антенн

Первый недостаток, которым обладают штыревые направленные антенны 433 МГц, – это подверженность влиянию окружающей среды. Проблема заключается в очень сильном отражении и интерференции, которые возникают, если вы пытаетесь использовать антенну в закрытом помещении. Таким образом, она больше подходит для переносных приборов, а не для домашних бытовых приборов, так как в домах из-за малого количества пространства, препятствий в виде мебели и стен сигнал может искажаться, теряться и не доходить до целевого устройства. Так что в первую очередь вам стоит задуматься о том, с какой целью вы собираетесь использовать антенну, а затем уже принимать решение о ее покупке. Однако это не единственный недостаток штыревых антенн, которые изначально могли показаться идеальными. Оказывается, штырь в этой антенне должен быть практически (или полностью) параллельным заземленной пластине, на которой находится сама конструкция. Как вы легко можете понять, в небольших бытовых приборах это очень сложно реализовать. Поэтому вы уже могли сообразить, что штыревые направленные антенны 433 МГц лучше всего подходят для различных портативных приборов более-менее крупных размеров или же тех, на которых антенну можно установить снаружи. В домашних условиях использовать такие антенны не рекомендуется. Но чем же их тогда заменить? Насколько вы помните, существуют еще два вида таких антенн, так что пришло время обратить внимание на них.

Спиральные антенны

Проще всего вам дастся штыревая самодельная антенна на 433 МГц, однако, как вы уже могли заметить выше, она неидеальна. Поэтому стоит обратить внимание на другие виды, например, на спиральную антенну. Чем она отличается от штыревой? Во-первых, она также имеет неплохие технические характеристики, так что в этом плане вы можете использовать с полным спокойствием как первый, так и второй вид. Что же насчет помех? Оказывается, они у спиральной антенны также присутствуют в закрытых помещениях, причем иногда бывают даже более сильными, чем у штыревых. Поэтому остается взглянуть на последний параметр – компактность. Как вы помните, штыревые антенны из-за особенности конструкции должны либо размещаться на корпусе устройства, либо внутри него, но при этом внутри устройства должно быть довольно много свободного места, чего сложно добиться, когда речь идет о небольших бытовых приборах домашнего использования. И по этому параметру спиральная антенна обходит штыревую, потому что она является крайне компактной и позволит вам сделать радиоуправляемым практически каждый прибор в вашем доме. Естественно, самодельная направленная антенна 433 МГц, сделанная таким образом, займет у вас гораздо больше времени, но если вы собираетесь купить антенну, то вам определенно стоит взглянуть на спиральные версии, так как они могут вам пригодиться и очень сильно помочь.

Антенна на плате

Если вам нужна качественная компактная коллинеарная антенна на 433 МГц, то вам определенно стоит обратить внимание на этот вид, то есть на антенны, которые втравлены в плату. Это означает, что данный вид невозможно (или же очень сложно) сделать своими руками, поэтому рассматриваться они будут исключительно как покупные. В чем их преимущества перед описанными выше двумя типами? В первую очередь, они имеют неплохие характеристики. Конечно, не такие впечатляющие, как у предыдущих двух вариантов, однако достаточно хорошие для повседневного использования. Основным их преимуществом является компактность – такие антенны можно разместить абсолютно в любом устройстве. Но, как уже было сказано выше, основным их недостатком является то, что двухдиапазонная антенна 144-433 МГц на плате, сделанная своими руками – это нечто фантастическое. Именно поэтому далее этот вариант рассматриваться не будет по той причине, что оставшаяся часть статьи будет уделена созданию антенны своими руками. Насколько это сложно сделать? Что для этого понадобится? Обо всем этом вы узнаете далее.

Необходимые расчеты

Но если вы решились сделать антенну своими руками, то вам понадобится немало теоретических знаний по этой теме. Дело в том, что любое отклонение в процессе изготовления не позволит вам настроить антенну на прием конкретной частоты. Поэтому все должно выполняться очень точно, так что начинать всегда рекомендуется с расчетов. Сделать их не так сложно, потому что все, что вам нужно рассчитать, – это длина волны. Возможно, вы разбираетесь в физике, поэтому вам будет намного проще, так как вы будете понимать, о чем идет речь. Но даже если физика – это не самая сильная ваша сторона, вам не обязательно нужно понимать, что означает каждая переменная, чтобы провести необходимые расчеты. Итак, как же высчитывается длина антенны 433 МГц? Самое основное уравнение, которое вам нужно знать, – это то, которое позволит вам высчитать необходимую длину антенны. Для этого вам нужно сначала рассчитать длину волны, так как длина антенны составляет одну четвертую часть длины волны. Те люди, которые разбираются в физике, могут сами рассчитать необходимую длину волны для конкретной частоты: в данном случае это 433 МГц. Что необходимо сделать? Вам необходимо взять показатель скорости света, который является постоянным, а затем разделить его на необходимую вам частоту. В результате получается, что длина волны для данной частоты составляет около 69 сантиметров, но при такой детальной настройке лучше использовать более точные значения, поэтому стоит сохранить хотя бы два знака после запятой, то есть финальный результат – 69.14 сантиметра. Теперь необходимо разделить полученное значение на четыре, и получится четверть длины волны, то есть 17.3 сантиметра. Такой длины должна быть ваша J-антенна 433 МГц или любой другой вид, который вы захотите использовать. Помните, что независимо от типа, длина антенны должна оставаться неизменной.

Использование полученных данных

Теперь вам необходимо использовать данные, которые вы получили, на практике. Антенна 144-433 МГц может делаться различными способами, однако практическое применение теоретических сведений должно всегда быть одинаковым. О чем идет речь? Во-первых, вам необходимо всегда брать проволоку на несколько сантиметров длиннее, чем желаемая длина антенны. Почему? Дело в том, что в теории все получается довольно точно, однако на практике работать все будет далеко не всегда так, как вы планируете. Поэтому вам стоит всегда иметь некоторый запас на тот случай, если что-то пойдет не так или сигнал не будет ловиться на той частоте, на которой вы хотели. Всегда можно легко откусить проволоку в конкретном месте, когда вы определите необходимую длину. Во-вторых, вам стоит всегда помнить, что длина отсчитывается от того места, где проволока выходит из основания. Таким образом, полученные 17 сантиметров должны отсчитываться от основания вашей антенны. Чаще всего вам придется использовать немного более длинную проволоку, так как вам нужно будет запаять вашу антенну. Антенна 433 МГц штыревая тем лучше будет работать, чем больше вы штырей используете, поэтому вам стоит позаботиться о том, чтобы каждый из них был одинаковой длины.

Подготовка материалов

Итак, с теорией покончено, пришло время заняться практикой. А для этого вам нужно будет взять все, что вам понадобится для создания собственной антенны. В первую очередь, это проволока или прутья, которые будут составлять основную приемную часть вашей антенны. Во-вторых, вам понадобится основа для вашей антенны. Желательно, чтобы в ней было несколько отверстий, которые вы сможете использовать для крепления штырей. Если эти отверстий не будет, вам придется или просверливать дыры, или же паять прямо к прямому металлу, что не очень удобно и не позволит вам правильно подсчитать длину заранее. Поэтому используйте основание с готовыми отверстиями. Естественно, вам понадобятся и другие вещи, такие как, например, паяльник, однако об этом известно каждому, поэтому нет смысла перечислять все такие предметы.

Выполнение работ

В первую очередь вам нужно подготовить материал для дальнейшей работы. Для этого все штыри вам нужно зачистить, залудить и обработать флюсом. После этого вам нужно обрезать штыри до необходимой длины, но при этом не забывайте о том, чтобы оставить немного длины, чтобы затем подкорректировать готовый результат. Затем вам нужно браться за паяние – каждый из штырей необходимо запаять с обратной стороны антенны, а затем взять еще один, который будет крепиться к антенне. Его длина уже не играет роли, так как он будет исполнять функцию держателя и не будет отвечать за принятие сигнала. Его также нужно запаять, после чего вы уже можете полюбоваться на результат вашей работы.

Финальные шаги

Что ж, ваша антенна уже готова к использованию. Вам осталось лишь сделать финальные шаги. Обрежьте лишнюю длину штырей, чтобы сигнал принимался идеально. Если у вас есть термоусадка – используйте ее. И помните – это лишь один из примеров самодельной антенны. Вы можете сделать также и спиральную антенну, а штыревая антенна в вашем исполнении может выглядеть совершенно иначе. Однако расчеты для получения длины антенны актуальны в любом случае, да и шаги создания антенны собственными руками также будут отличаться лишь в деталях.

fb.ru

Антенна из кабеля для цифрового ТВ за 5 минут

Супер простую и супер быструю в изготовлении антенну из коаксиального кабеля для приема каналов цифрового телевидения можно сделать своими руками минут за 5. Для этого вам не потребуется абсолютно ничего, кроме самого кабеля. И это главнейший плюс этой антенны.Без телевизора сейчас никуда.Эта конструкция вас обязательно выручит, к примеру, когда вы только-только въехали в жилище и ещё успели ни протянуть кабель, ни поставить стационарную антенну. Конечно это не единственный пример где поможет эта по истине простая петлевая антенна.Сейчас в комментариях кто-нибудь обязательно напишет, что есть антенны ещё проще, типа штыревой. Для изготовления которой будет достаточно просто снять две изоляции с кабеля и всё будет работать. Я конечно с этим соглашусь, но петлевая антенна, которую сделаю я из коаксиального кабеля будет иметь гораздо большее усиление, ввиду своей направленности и резонансно-замкнутого контура.

Изготовление антенны из коаксиального кабеля

Так выглядит вариант сделанный из черного кабеля.А теперь изготовление антенны по порядку. Все что нам понадобится это менее полуметра коаксиального кабеля любого цвета. Я взял белый.От края кабеля отступаем 5 см и снимаем верхнюю изоляцию.Далее снимаем изоляцию с центральной жилы. Теперь все вместе аккуратно и плотно скручиваем.Затем, от края со снятой изоляцией отступаем 22 см и вырезаем кусочек 2 см верхней изоляции и экранированной проволоки с фальной, не трогая при этом изоляцию центральной жилы.Теперь от конца разреза отмеряем ещё 22 см и делаем прорез шириной 1 см только со снятием верхней изоляции. Экран кабеля не трогаем.Далее берем конец кабеля, с которого начинали. И очень плотно приматываем его у последнему разрезу, формируя круг антенны.На этом наша антенна готова к работе. Конечно это не обязательно, но если вешать антенну на улицу, то лучше изолентой заизолировать все оголенные места кабеля. Так же можно добавить жесткий каркас, но это по желанию.

Расположение антенны

Антенну направляем на ретранслятор или телевизионную вышку. Направление можно выбрать и опытным путем, вращая антенну.Лучшем вариантом будет если разместить ее за окном, так как стены дома очень сильно глушат высокочастотный сигнал.
Проверка показала отличный результат работы

Смотрите видео инструкцию изготовления антенны

Если вам все же не понятно, как сделать антенну из кабеля, то посмотрите обязательно видео ниже или задайте вопросы в комментариях.

sdelaysam-svoimirukami.ru

Штыревые антенны для "чайников"

     Как и многие любители радиоуправляемой авиации у меня нет ни образования радиофизика ни радиоэлектронщика. Это местами очень подводит. Где-то помогают советы более опытных товарищей, где-то собственное изучение вопроса. Теория в интернетах, как правило, написана так, что отбивает всякое желание её читать. Рассчёт авторов строго на подготовленного читателя: 4 из 5 курсов радиофизики должны быть уже за плечами.    Сравнительно недавно я понял, что деда мороза нет не всё так просто со штыревыми антеннами. Ну казалось бы, что там за секреты Полишинеля уж такие? Однако, секреты есть, и я постараюсь поделисться своими новыми открытиями.

Давайте начнём издалека. Как вообще можно увеличить дальность радиоуправления или видеотрансляции?   1. Изменить окуржающие условия. Не всё в наших силах, но всё же. Полёт в центре города очень отличается в плане помех от полёта в 10 км от города. Стоять лучше на пригорке крупной поляны, чем возле здания или леса. И т. д.   2. Выбрать погоду. Влажность и т. п. Например, для аппаратуры 5,8 ГГц облака - это очень белокрылые непрозрачные лошадки. Они с таким же успехом могли быть листами металла. Короче: если у вас 5,8 ГГц - летайте в безоблачную погоду или ниже облаков.   3. Увеличить мощность передатчика. Железно помогает, но есть свои проблемы:
  • Замена со 100 мВт на 200мВт не даст увеличиния дальности в 2 раза. Всё очень нелинейно.
  • Чем выше мощность передатчика тем печальнее ситуация для близлежащей аппаратуры. У вас рядом приёмник? Ему станет хуже! У вас 1,5 Ваттный видеопередатчик на борту? Сервомашинки начинают слушаться видео-передатчик, а не РУ-приёмник, к которому они подключены. Требуется разнос аппаратуры, экранирование и т. п. Масса увеличивается, дальность управления снижается и т. д. и т.п.
  • Энергопотребление.
  • Охлаждение.
  • Ограничения законодательства.
  • Цены

4. И наконец самый сложный способ: подбор более выгодной антенны. Тут несколько направлений:

  • Выбор направленой или всенаправленой антенны.
  • Выбор конкретного типа антенны.
  • Выбор способа её установки и механизации.
  • Выбор коэффициента усиления.

   Собственно, рассказать я бы хотел именно о выборе коэффициента усиления для всенаправленных штыревых антенн. Они чаще всего оказываются в руках граждан поскольку идут в комплектах с аппаратурой. Кроме того, они самые приемлимые по цене.

   Перед дальнейшим объяснением мне нужно понимание трёх вопросов. Постараюсь объясить так, чтобы любой понял.   1. Антенны существуют для радиосвязи. Таких понятий как, антенна для приёма или для передачи  - нет. Антенна с одинаковым успехом будет приёмной и передающей. На практике, для конкретных условий, выгодней на передачу поставить такую-то антенну, а на приём другую, но это совсем другая история. Ниже расскажу.   2. Диаграмма направленности антенны - это область в пространстве, в которую уходит сигнал от антенны. Дальше этой области сигнал слишком слаб, чтобы его можно было использовать. Если антенна установлена на на приёмнике - значит область из которой антенна может принимать сигнал. Дальше этой области не примет. Форма этой области бывает очень разной: шары, лепестки, торы, конусы и т. п. Суть в том, что если в пространстве пересеклись диаграммы направлености приёмной и передающей антенны - связь будет. А если не пересеклись - связи не будет.   3. Коэффициент усиления антенны. Очень примитивно - это во сколько раз сильнее антенна излучает/принимает сигнал при прочих равных.   Я, как и многие, считал, что жизнь устроена просто. При прочих равных однотипная антенна на 5dbi лучше чем на 2 dbi. А на 8 dbi ещё лучше! Это ужасно, но это не так. Так получилось, что про этот аспект мне некому было рассказать, и я стал страдать гигантоманией. У меня было 12 dbi на передатчике и 5 dbi на приёмнике. Антенны по длине почти как на мегагерцовой аппаратуре! Но я человек простой: мощности двигателя самолёта хватит чтобы тащить такие вещи? Значит - не проблема.    В теории антенна с 0 dbi даёт диаграмму направленности по типу шара. Размер шара (при отсутствии внешних раздражителей, а ещё лучше в открытом космосе) будет зависить только от мощности передатчика или чувствительности приёмника (смотря, на приём или на передачу работает антенна).

   Антенна с коэффициентом усиления в 1 dbi даст при прочих равных шар покрупнее, но он будет немного уже не идеальный шар, а такой... приплюснутый сверху и снизу.

   Чем большй коэффициент усиления антенны вы будете использовать, тем больше будет радиус шара, но тем более он будет сплюснут по вертикали. В итоге вы получите этакий блин огромного радиуса, но малой толщины.   Вот диаграмма направлености вертикально установленой на земле антенны с 12dbi. Вид сбоку.

   Т. е. антенна, говоря по честному, уже перестанет быть всенаправленной. Например к антенне c 8dbi производетель пишет:

   Угол направления по горизонтали = 360 градусов.

   Угол направления по вертикали = 15 градусов.    Если вы держите штырь отвесно возле земли (1 м над поверхностью), то из 15 градусов 7,5 уходят под землю. Остальные 7,5 - в вашем полном распоряжении. Вы даже можете целиться боком антенны в самолёт. Для сравнения маленькая таблица штыревых антенн на 2,4 ГГц по данным нескольких производителей.

  КУ                           вертикальный угол

5 dbi                             32-40 градусов8 dbi                             13-30 градусов12 dbi                             6-12 градусов

   Напрашиваются выводы:

   1. На самом самолёте все приёмные/передающие антенны, если они штыревые, должны быть с минимально разумным коэффициентом усиления. Полагаю, что разумно - это 1-2,5 dbi. Это связано с невозможностью сохранения постоянными крена и тангажа самолёта.   2. На земле антенны с высоким коэффициентом усиления будут очень мешать высоким полётам и проходом над собой. Однако, далеко и невысоко - хорошо. Например, описаный выше угол в 7,5 градусов на расстоянии в 1,5 км предполагает нахождение самолёта не выше 100 м.    3. Тыканье концом антенны в самолёт тем хуже даст эффект, чем выше коэффициент усиления этой антенны.   4. При выборе штыря есть смысл учитывать ещё одну характеристику: вертикальный угол направленности. Для равных по КУ антенн он может различаться.

Ещё мои статьи:

1. Как я завёл своё FPV. С блекджеком и фатшарком (версия 1).

2. FPV. Чудеса на виражах. Разбор FPV-аварии.

3. Расследование FPV катастрофы

4. Полётный ящик с перспективой

www.parkflyer.ru

FM-антенна своими руками - ElectrikTop.ru

Несмотря на развитие интернета, прослушивание радиостанций остается не менее популярным. За спросом поспевает и предложение: количество вещательных программ в диапазоне fm позволяет выбрать волну на любой вкус. Можно остановиться на прослушивании музыки, новостей, аудиокниг, а, если надоест – легким движением руки сменить радиостанцию.

Но есть одна проблема: качественный прием радиостанций не везде возможен. Звучание сопровождается шумом, помехами или периодически пропадает вовсе.

Устранению этого недостатка поможет fm антенна, которую можно изготовить в домашних условиях.

Причины неуверенного приема радиостанций

Каждый радиоприемник имеет в своем составе встроенную антенну. Для того, чтобы она уверенно воспринимала полезный сигнал, отделяя его от шумов и помех, его уровень должен превышать определенный порог. Это значение называют чувствительностью радиоприемника. Хороший приемник обладает лучшей чувствительностью, но с расстоянием от передающей антенны уровень радиосигнала падает. На некоторой дистанции прием на встроенную фм антенну становится невозможным.

Но даже на небольших расстояниях на территории города встречаются мертвые зоны, где сигнал резко затухает. Радиоволна распространяется только по прямой и плохо проходит сквозь препятствия. Но зато имеет свойство от них отражаться. Правда, после отражения она теряет свою мощность. Но отраженный сигнал, складываясь с основным, приводит к полной неразборчивости сигнала от радиостанции.

Прямолинейное распространение радиоволн фм диапазона не позволяет уверенно их принимать и за линией горизонта, куда сигнал от передающей антенны проникнуть не в состоянии. Он может попадать за горизонт, отражаясь от облаков, но это зависит от погоды и все равно не очень помогает.

Выходом из положения является:

  • усиление входного сигнала перед подачей на вход приемника;
  • избирательный прием только с одного направления;
  • подъем точки приема на некоторую высоту.

Всего этого поможет добиться антенна для радиоприемника, которую можно сделать своими руками.

Параметры антенн

Перед тем как сделать антенну для радио своими руками, нужно разобраться в минимуме теории. Каждая радиостанция вещает на своей несущей частоте, на которую и настраивается приемник. На нее должна быть рассчитана и антенна. Соседние станции она будет тоже захватывать, но сигнал будет немного слабее.

Этим и отличаются антенны для укв и диапазона fm. УКВ (ультракороткие волны) антенна принимает сигналы в диапазоне 66–74 МГц, а диапазон фм – 88–108 МГц. Но на ультракоротких волнах вещание практически не ведется, по той же причине стали не актуальны и КВ антенны. Поэтому сконцентрируемся на изготовлении приемных устройств для фм своими руками.

Главным параметром для конструирования любой самодельной антенны является длина волны принимаемого сигнала. От нее зависят геометрические размеры устройства. Длину волны можно подсчитать, поделив скорость света (в м/с) на частоту принимаемого сигнала, не забыв, конечно, перевести его в герцы. Результат получается в метрах.

Внутренние антенные устройства радиоприемников и некоторые внешние их модели одинаково принимают сигнал со всех сторон. Но есть конструкции, обладающие диаграммой направленности: максимальный уровень приема получается при точной настройке направления на станцию. Достоинством этих конструкций является способность усиливать сигнал, по сравнению с ненаправленными.

И еще один параметр радиоволны, важный для ее приема – поляризация. Сигналы в фм диапазоне поляризованы вертикально, то есть вектор изменения напряженности поля в ней расположен вертикально относительно направления распространения. Поэтому и антенны для приема должны быть ориентированы соответствующим образом.

Штыревая антенна

Простейшая антенная для радио своими руками выполняется буквально из подручных материалов. Она изготавливается в виде вертикального штыря из любого материала, проводящего электрический ток. Нижний конец штыря соединяется со входом радиоприемника и крепится к опорной поверхности через изолятор. Верхний остается свободным.

Главное требование к штыревой антенне – ее длина, выполняющаяся равной четверти длины волны принимаемого сигнала. Если предполагается использовать ее на всем диапазоне фм, то для расчетов берется длина волны центра диапазона.

А еще – она должна быть прочной и выдерживать внешние воздействия без изгибов. Но это не главное. Если в гнездо радиоприемника вставить кусок проволоки и свободный конец закрепить на ближайшем к нему окружающем предмете интерьера, то прием станет лучше. Это  простейший аналог штыревой антенны.

Второй ее аналог – телескопическая штанга, встроенная в приемник. Изменением ее длины настраивается центральная частота приема, изменением в пространстве добиваются лучшего качества для данного диапазона: вспомним про поляризацию.

Рамочная антенна

Рамочные антенны, напоминающие внешним видом катушку, посложнее в изготовлении. На любом доступном диэлектрическом основании, включая даже дерево, вплотную друг к другу наматываются витки провода в виде круга или рамки. Геометрические размеры получаемой фигуры зависят от длины волны. Суммарная же длина провода должна быть в 4–6 раз меньше ее.

Поэтому рамки с большим количеством витков характерны лишь для антенны кв диапазона. Для рамочной антенны fm диапазона достаточно одного витка. Главное, чтобы он сохранял свою форму.

Можно закрепить на пластиковом, гетинаксовом или текстолитовом основании толстый медный проводник любым доступным способом.

Еще более оригинальный способ изготовления такой антенны своими руками – наклеиванием фольги на основание. Монтажные размеры такого приемного устройства показаны на рисунке. Минимальные размеры указаны в скобках, максимальные – без скобок.

К рамке, согласно рисунку, припаивается коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50–75 Ом. Другой конец кабеля соединяется штекером с приемником сигнала. Только если вы не хотите изучать основы пайки по алюминию, фольгу лучше взять медную или латунную. Места пайки желательно защитить от атмосферных воздействий: покрыть лаком или покрасить. Припой плохо переносит влагу.

electriktop.ru

Калькулятор вертикальной антенны

Четвертьволновую антенну легко и недорого построить, и она может быть эффективным антенна с малым углом излучения (то есть мощность излучается наружу, а не вверх).

Формула для расчета примерной длины четвертьволновой вертикальной антенны это:

Четвертьволны в футах: 234 / частота в МГц

Четвертьволны в метрах: 71. 5 / частота в МГц

Чтобы использовать калькулятор, введите желаемую рабочую частоту в мегагерцах, чтобы получить начальная длина в футах и ​​метрах для построения четвертьволновой вертикальной антенны .

Частота в МГц:


Длина вертикального элемента:
-
-

Вертикальную антенну можно укоротить с помощью загрузочной катушки.Чтобы узнать, как это сделать, воспользуйтесь калькулятором укороченной вертикальной антенны.

Расчетная длина является приблизительной. На практике лучше всего сделать антенну немного длиннее, чем рассчитанное значение, а затем подрежьте его, чтобы получить наилучшее значение КСВ.

Отметим, что качество «второй половины» антенны - токопроводящей. земля под ним - имеет большое значение как в эффективности, так и в точке питания сопротивление антенны.Идеальным заземляющим слоем был бы проводящий лист. В больше радиальных проводов, которые вы можете проложить, чтобы приблизиться к этой идеальной заземляющей поверхности, более эффективной будет ваша антенна. Радиальные жилы в идеале должны быть не менее одного четверть длины волны (то есть такой же длины, как антенна или больше).

Поднимая антенну относительно земли, радиальные провода опускаются под углом, также повышает эффективность.

Увеличение размера проводника увеличит используемый частотный диапазон антенна (полоса пропускания), поэтому на частотах около 10 мегагерц или выше, рассмотрите возможность использования медных или алюминиевых трубок вместо проволоки.


Артикул: Сборник антенн ARRL для радиосвязи

Калькулятор наземных антенн 1/4 волны

Ах, старый добрый четвертьволновый наземный самолет! Этот калькулятор можно использовать для разработки четвертьволновой наземной антенны с радиальными антеннами.Излучающий элемент представляет собой четвертьволновой (λ / 4), а радиалы на 12% длиннее. Обычно бывает четыре луча, минимум три, но вы можете использовать до шести. Это настоящая несбалансированная антенна с импедансом питания около 50 Ом и, следовательно, отлично подходит для несимметричной линии питания 50 Ом. Коэффициент скорости установлен на 95%, что должно подойти большинству людей. Вы можете немного обрезать большую сторону и подрезать антенну для наилучшего согласования с желаемой частотой, если у вас есть оборудование.

Эти антенны могут быть легко построены для UHF или выше с помощью разъема N-типа (или SO-239) для монтажа на шасси, сплошного провода и припоя. Для VHF и ниже, когда элементы становятся больше, требуется более структурированный дизайн.

Четвертьволновый монополь, установленный на идеальном грунте, будет иметь импеданс около 36 Ом, но, изгибая радиалы вниз под углом 45 °, мы увеличиваем его до 50 Ом, в то же время уменьшая угол излучения ближе к горизонту. (42 ° - теоретический идеальный угол для подачи 50 Ом, но кто измеряет!)

За эти годы я сделал довольно много таких антенн с хорошими результатами.Они очень щадящие из-за низкого импеданса. Я использую один дома на 70 МГц, нажмите здесь, чтобы увидеть детали конструкции и другие изображения.

На следующих двух изображениях показано одно, которое я построил для ленты 70 см. Подходит для использования в диапазоне 430-440 МГц. Он использует 6-миллиметровую алюминиевую трубку для радиалов, 4-миллиметровую латунную трубу для ведомого элемента и построен вокруг рамы N-типа, установленной на алюминиевом квадрате 40x40 мм, скрепленной заклепками.

Ниже приведены некоторые изображения одного из них, которое я построил с помощью гнезда SO-239, приклепанного к куску алюминиевого листа, с телескопическими элементами. Это означает, что его можно использовать на любой частоте от 80 МГц до 410 МГц (жаль, что они не стали немного меньше и немного больше, поэтому он может покрывать 4 м и 70 см, но они такие, какие есть). Это хорошая антенна для тестирования.

Вот настроен в саду для тестирования на 145.500MHz

И импеданс, и реактивное сопротивление идеальны!

Ниже представлена ​​четвертьволновая антенна с заземляющим слоем, которую я сделал для 23 см, 1296 МГц, которая сделана из обрезков медного провода от бытовой электросети и лома BNC-гнезда из мусорной коробки.

Один, изображенный ниже, предназначен для приема сигналов самолета ADS-B на частоте 1090 МГц, опять же с использованием медного лома, но на этот раз приобретенного гнезда шасси N-типа.

Настройка автомобильной антенны 1/4 волны

Антенна волны является базовой стандартной автомобильной антенной по нескольким причинам:

  • Это просто; Прямой токопроводящий стержень.
  • Практический; Простота изготовления, установка и регулируемая длина для частот наземной подвижной связи.
  • Он обеспечивает хорошее согласование импеданса с радио, что означает, что РЧ мощность, генерируемая в радио, излучается через антенну с минимальными потерями (при условии, что коаксиальный кабель и разъемы установлены правильно).
  • Он хорошо излучает в горизонтальной плоскости, обеспечивая хорошее покрытие в тех направлениях, где могут быть расположены другие радиостанции.


Антенна волны состоит из двух частей;

  1. Ground-plane . Это горизонтальная поверхность, на которой установлена ​​антенна, почти всегда корпус транспортного средства, на котором она установлена.Заземляющий слой так же важен, как антенный штырь, потому что он является частью окончательной антенной системы. Заземляющий слой должен быть хорошо подключен к коаксиальному заземлению и должен выступать по крайней мере на 1/4 радиуса волны по горизонтали от основания шнура. Обычно этого легко добиться на крыше автомобиля, которая намного больше.
  2. Стержень антенны (или штырь, как его иногда называют) необходимо обрезать до длины, соответствующей центральной частоте, на которой передается радио. Это часто называют «настройкой», потому что вы пытаетесь достичь резонанса антенны так же, как вы настраиваете музыкальный инструмент.Правильно настроенная антенна обеспечивает наилучшую передачу мощности от радиостанции в свободное пространство.


Нарезка или настройка антенны;
Настройку можно произвести «на бумаге» или с помощью специального измерителя (VSWR Meter). На бумаге этого более чем достаточно для большинства приложений (но измеритель КСВН всегда будет проверять, что антенна и кабельная система установлены и работают правильно). Настройка на бумаге - это двухэтапный процесс:

  1. Найдите центральную частоту, на которой передает радио.Сложите самую высокую и самую низкую частоту передачи, на которой радиостанция запрограммирована для передачи, и разделите на 2. EG 154,5000 + 161,1250 МГц = 315,625 / 2 = 157,8125 МГц. Это частота, на которую должна быть настроена антенна.
  2. Рассчитайте и отрежьте до длины, используя следующую формулу, которая дает метрическую длину реза в метрах: 300 / Частота / 4. Он основан на делении скорости света на частоту, дающую полную длину волны. Четверть этого составляет ¼ длины волны.

    Эту длину в метрах (метрах) также можно выразить как 75 / Частота.
    EG 300 / 157,8125 / 4 = 0,475 м. (475 мм)

    Эта длина в мм (миллиметрах) также может быть выражена как 75 000 / частота.
    EG 300 / 157,8125 / 4 = 475 мм

Примечания
Длина антенны - это общая длина проводника над заземляющим слоем, и это должна быть общая длина, включая все соединения на основании антенны.

Минимальная толщина штыревой антенны

При такой низкой мощности, долговечность, наверное, важнее всего.Несколько упрощающих предположений и быстрых вычислений продемонстрируют это. 2 R $$

Мы можем решить эту систему уравнений относительно $ I $ и выяснить, каким должен быть ток в основании антенны:

$$ 0.2 $$

$$ \ sqrt {\ frac {0.1 \: \ mathrm W} {36 \: \ Omega}} = I $$

$$ 0,053 \: \ mathrm A = I $$

Итак, теперь вопрос в том, какой маленький провод можно использовать для передачи (максимум) 53 мА. Вы можете взглянуть на таблицу сечения проводов и увидеть, что ответ «чертовски мал», особенно с учетом того, что мы рассчитали ток на максимум, и он меньше везде в проводе.

Есть другой способ подойти к проблеме: вы можете рассчитать (снова обращаясь к таблице сечения проводов) сопротивление некоторого предлагаемого провода.Затем сравните это сопротивление с сопротивлением излучения $ 36 \: \ Omega $ штыря, чтобы получить оценку эффективности антенны:

$$ \ text {эффективность антенны} = \ frac {36 \: \ Omega} {36 \: \ Omega + \ text {сопротивление провода}} $$

Я говорю оценку, потому что, чтобы правильно применить эту формулу, вы должны преобразовать все импедансы в импеданс, который они имели бы в точке питания, но помните, поскольку импеданс минимален в точке питания, если вы столкнетесь с трудностями при выполнении этого в результате вы получите меньшее сопротивление и более высокую эффективность.

Итак, вы можете посмотреть на это и увидеть, что даже если ваш провод имеет сопротивление $ 1 \: \ Omega $, у вас все равно будет антенна с эффективностью не менее 97%. А провод длиной в четверть волны на частоте 440 МГц и сопротивлением 1 Ом является действительно тонким проводом.

Хлыст 5/8 волны 2 метра

Мой реальный метод строительства не подошел бы никому, поэтому не буду здесь подробно описываться (за исключением фотографий выше), НО окончательные результаты испытаний были интересными.

Расстояние между витками (и, следовательно, фактическое значение индуктивности) катушки базовой нагрузки не было особенно критичным, никакого реального изменения КСВ не было замечено, так как он был сжат и немного увеличен, чтобы изменить фактическое значение индуктивности..
После этого испытания на узел катушки была нанесена термоусадка большого диаметра для обеспечения механической устойчивости и, таким образом, фиксированного значения индуктивности.

Вертикальная секция штыря была обрезана немного короче (около 8-9 мм, или 1 МГц за раз), так как КСВ изначально был ниже на 144, чем на 146 МГц (так что изначально слишком длинный - как и ожидалось). ).
Окончательный КСВ был 1,2: 1 на частоте 146 МГц при длине излучателя 1195 мм - таким образом подтверждается, что фактический коэффициент коррекции длины был близок к 93% для моей техники строительства.

Окончательная сборка штыря также дает КСВ 1,4: 1 на частоте 50,100 МГц, что, несомненно, демонстрирует отклик в виде 1/4 волнового шнура с небольшой базовой нагрузкой на 6 метрах.

Я также тестировал его на частоте 439,0 МГц (диапазон 70 см), а КСВ был около 2,5: 1, и, хотя и не очень, его можно было бы использовать, если бы не было другой антенны.
Конечно, проблема в этом диапазоне заключается в том, что основные лепестки, несомненно, будут находиться под довольно большим углом и, хотя они подходят для доступа к местным ретрансляторам на вершине горы, не будут особенно подходить для связи под низкими углами e. грамм. для связи с удаленными наземными станциями.

Насколько хорошо работало ??? Что ж, действительно сложно проводить действительно количественные измерения одной антенны относительно другой, потому что здесь задействованы такие факторы, как угол излучения. Мой лучший ответ: на моем обычном 1/4 волновом штыре на фиксированной базе антенны на автомобиле один из удаленных 2-х метровых ретрансляторов "показал" одну полосу на индикаторе уровня сигнала и периодическое мерцание с точностью до секунды. мой Yaesu FT-1802M. Откручивание 1/4 волны и завинчивание этих 5/8, сделанное за пару минут - и ничего больше не изменилось, ни настройки, ни физическая среда - дисплей сигнала FT-1802M поднялся до отметки «6-7». - и затухание FM-сигнала было, конечно, лучше.Я не знаю, что означает изменение дисплея FT-1802M с точки зрения реальных уровней сигнала в дБм, но использование этой антенны дало очевидное улучшение характеристик. Последующее время, потраченное на поездку по «тем же районам, что и раньше с 1/4 волной», выявило лучшие сигналы от большинства ретрансляторов.

Если вы хотите сделать / построить свой собственный двухметровый 5/8-й хлыст, по крайней мере, вы нашли некоторые важные детали - определенно больше, чем я, когда проводил тот же поиск.

Кстати, а про антенну типа "кудрявая штырь" слышали ????
Я использовал один из них на 2-метровом мобильном телефоне, а другой на 70 см, и это аналогичная концепция (полуволновой штырь с базовой нагрузкой), за исключением того, что базовая катушка намотана как индуктор с одним витком с небольшим перекрытием для соответствие.
Я должен посмотреть, остались ли у меня размеры где-то в моем картотеке ...
Рой VK4ZQ начал использовать их локально примерно в 70-х ...

------------------------------------------------- ------------------------------------

Электронная почта от посетителя веб-сайта:
(29 июня 2010 г.)


Перевертывание с помощью мыши для увеличения

Поэкспериментировал с вашим планом для 5/8 волновой 2M антенны сегодня, он сработал очень хорошо. Я использовал кусок оцинкованной проволоки из своего гаража, жесткий материал использовался для скрепления вещей. Я начал с длины 60 дюймов, сделал очень грубую катушку на одном конце, 3 1/2 витка диаметром около 1 дюйма, затем вставил конец катушки в магнитное крепление, которое раньше использовалось в качестве основы для 1/4 волны. Антенна 2M. Катушка и штырь представляют собой одно целое. У меня есть антенный анализатор MFJ 259B, который в основном оправдал мои чрезвычайно грубые усилия. Я продолжал грызть куски проволоки на конце шнура, пока не получил КСВ 1.2–1,6 в диапазоне 144–148 МГц. Я не пытался стабилизировать катушку, КСВ немного меняется, когда хлыст колеблется взад и вперед, но всегда меньше 2,0. Высота всей сборки от основания магнита до кончика хлыста составляет около 52 дюймов.

Я могу установить связь с некоторыми проблемными ретрансляторами 2M в моем районе при самых низких настройках мощности трансивера, которые не работают с моей 1/4 волновой антенной. Измеритель уровня сигнала моего трансивера показывает еще несколько S-единиц на сигналах, полученных от более слабых репитеров.

Фотография прилагается. Воздушные провода немного выше верхней части антенны.

Неплохо для материалов стоимостью около 1 цента, если не считать убранные детали и стоимость антенного анализатора. 73 - Арт, KD8CGF

-----------------------------

Мой ответ по электронной почте:

Арт.

Рад вас слышать.Основная причина, по которой я написал эту страницу на своем веб-сайте, заключалась в том, что я все равно создавал 2 5/8 дюйма, и я не смог найти в Интернете много технических деталей о том, как это сделать. На других моих веб-страницах вы заметили, что сейчас я стараюсь документировать вещи, чтобы это могло дать понимание другим, особенно с введением более простых классов любительских лицензий (например, наша серия VK Foundation) и в качестве менее технических людей войти в хобби.

На самом деле не имеет значения, как устроена антенна, при условии, что характеристики нижней катушки приблизительно соответствуют моим, а вертикальный излучатель примерно такой же длины.Оцинкованная проволока, вероятно, не лучший материал, потому что на УКВ проводимость находится на самой внешней стороне провода (скин-эффект), и я сомневаюсь, что гальванический слой имеет самое низкое электрическое сопротивление среди обычно доступных металлов.

Тем не менее, он работает для вас так же, как и для меня - а мой был построен полностью из битов, которые у меня были здесь, то есть на самом деле ничего не было куплено, чтобы сделать мою.

Я мог бы взять ваш текст и фотографии, чтобы добавить их на эту веб-страницу, просто чтобы показать, что описанные мной детали / тенденции строительства работают и для других.

73
Дуг

ПРИМЕЧАНИЕ СТРАНИЦА: Вам не обязательно иметь анализатор РЧ-сопротивления / антенны для настройки этой антенны. Я выполнил свои настройки с помощью измерителя КСВ, который работал на частоте 150 МГц, используя минимально возможную мощность РЧ для получения полномасштабного прямого эталонного значения (5 Вт) и на локальной неактивной симплексной частоте для моего тестирования.

------------------------------------------------ -----------------------------------------

Сентябрь 2010 г .:

Входящее электронное письмо, внесены незначительные изменения:

Спасибо за информативную тему по этой теме.

Я хотел бы сконструировать этот тип антенны, но меня беспокоит, какое количество витков потребуется при использовании, скажем, медного провода диаметром 14 (1,6 мм), намотанного на формирователь из плексигласа диаметром 32 мм.

Также при использовании медного провода большего диаметра изменится необходимое количество витков и производительность.

Мой ответ:

Мой L-калькулятор показывает мне, что для формирователя с внешним диаметром 32 мм вам потребуются 2 витка, распределенные примерно на 15 мм длины катушки, чтобы получить необходимые 135 нГн. . Диаметр проволоки не является слишком критичным с точки зрения индуктивности, но связанные с этим R-потери будут меньше с увеличением диаметра. Можно использовать проволоку диаметром 1,6 мм.

------------------------------------

Что, в свою очередь, подняло еще один вопрос относительно антенн 5/8-й волны:

Дуг

Спасибо за быстрый ответ.

В главе 33-30 справочника ARRL показана диаграмма для вертикальной длины волны 2 метра 5/8 с 10.5 витков на 3/4 "(19 мм) формирователе с отводом примерно на 4 витка вниз от конца штыря.
Принимая во внимание: -

19-миллиметровый шаблон, как в вашем случае для = 5 витков

19 мм (3/4") бывшая, как в ARRL = 10,5 оборота, с отводом 4 оборота вниз от конца штыря (до центрального сердечника коаксиального кабеля)

Формовка 32 мм, как рассчитано вами = 2 оборота для моего проекта

Не участвую в игре электроники, простите Мне кажется, это звучит немного тупо, если при использовании двух витков «нижний» конец должен быть каким-то образом заземлен, или он просто прикреплен к центральному сердечнику коаксиального кабеля. Если да, то к чему крепится внешняя оболочка коаксиала.

------------------------------------

Мой ответ:


Существует большая разница в том, как эти два очень разных стиля конструкции антенн 5/8-й волны "согласованы".

В арматуре ARRL используется отвод на основной нагрузочной катушке для обеспечения точки питания с низким сопротивлением. Приблизительная собственная резонансная частота катушки с таким диаметром, количеством витков и длиной 25 мм (1 дюйм) составляет 147 МГц при условии паразитной емкости 1 пФ i.е. Сама базовая катушка резонирует около 147 МГц. Следовательно, индуктивное реактивное сопротивление должно быть около 1080 Ом. Следовательно, отвод на 4 / 10,5 катушки должен давать импеданс питания примерно 156 Ом, так что полное сопротивление все же остается низким, но не 50 Ом. Полуволновой или 5/8-волновой излучатель наверху катушки имеет высокое сопротивление питания нижнего конца при резонансе, поэтому катушка / ответвитель обеспечивает приблизительное согласование импеданса. (У меня нет книги ARRL, поэтому я не могу найти исходную статью и принимаю ваши измерения как евангелие)

5/8 на моей веб-странице использует «индуктор» для преобразования импеданса с использованием другой техники, поэтому не следует «правилам», относящимся к статье ARRL.Это больше процесс, основанный на линиях передачи. Нижний конец катушки полностью изолирован от земли, т. Е. Антенна имеет разомкнутую цепь относительно «земли», если измерять с помощью омметра. Другими словами, это просто последовательная индуктивность, которая подключается к нижней части шнура 5/8 волны. Внутренняя часть коаксиального фидера идет на эту последовательную индуктивность, внешняя оболочка идет к заземляющей плоскости. (как описано выше на этой странице)

Лучшее, что я предлагаю - это попробовать сделать его быстро (и с минимальными затратами), следуя советам из моей статьи (1.) Измерьте КСВ, чтобы убедиться, что он действительно меньше 1,5: 1, затем (2. ) сравните усиление со стандартной 1/4 волновой штырей, прикрученной вместо 5/8-й на той же базе антенны и с использованием той же заземляющей поверхности (/ радиалы ). Если он делает то, что я сказал, он должен исправить это «правильно».

Я надеюсь, что это дает дополнительную информацию о создании антенн 5/8-й волны. Спецификации загрузочной катушки просто нет. Наиболее важным элементом антенны является длина вертикального излучателя, а не то, как сделана катушка.

Оценка антенного фактора для винтовой штыря MobileOne M40

Оценка антенного фактора для винтовой штыря MobileOne M40

В этой статье исследуется ожидаемая производительность MobileOne M40 short передвижная спиральная вилка для измерения внешнего шума на 7,1 МГц с использованием FSM и приемник связи.

ITU-R P.372-8 предполагает, что самый низкий уровень окружающего шума можно было бы ожидать при разумных условиях распространения был бы галактическим шумом с рисунком шума 32. 4 дБ. Это равносильно напряженность поля -46,3 дБмкВ / м на 1 Гц ширина полосы измерения.

Коэффициент антенны - это отношение напряженности поля к мощности приемника. напряжение на клеммах антенны.

MobileOne M40

На следующих рисунках показаны антенна и крепление на крыше для наименьшая направленность.

Штырь MobileOne M40 для тяжелых условий эксплуатации штанга на крыше.
Деталь основания и пружины. Антенна имеет 3 м RG58C / U до ступенчатого аттенюатора и еще 1 м RG58C / U к измерительному приемнику.
Балки крыши крепятся с помощью армированный пластиковый адаптер, для которого требуется соединительный провод RF на оба конца поперечины багажника.

Измерение и моделирование

Использование анализатора MFJ-259B для измерения импеданса. на 4 м RG58C / U, хлыст был настроен на минимальный КСВ на 7,1 МГц. В этой рабочей точке базовое сопротивление антенны должен быть очень близок к чисто резистивному.

Измеренное входное сопротивление линии передачи составило 48 + j32. Использование трансмиссии Калькулятор линейных потерь, базовый импеданс (Zload), КСВН на конце нагрузки и были рассчитаны потери в линии. Результаты показано в таблице 1.

Таблица 1: Результаты калькулятора потерь в линии передачи
Параметры
Линия передачи Belden 8262 (RG-58C / U)
Код B8262
Источник данных Belden
Частота 7.100 МГц
Длина 4.000 метров
цинк 48,00 + j32,00 Ом
Инь 0,014423-j0,009615 Ом
Результаты
Zo 50,01-j0,83 Ом
Коэффициент скорости 0,660
Длина 51. 64 °, 0,143 λ
Потеря линии (согласовано) 0,147 дБ
Линейная потеря 0,231 дБ
КПД 94,82%
Zload 25,15-j 0,14 Ом
Нагрузка 0,039762 + j0,000223 Ом
КСВН (конец источника) 1.87
VSWR (со стороны нагрузки) 1,99
γ 4.24e-3 + j2.25e-1
к1, к2 1.30e-5, 2.95e-10
Коэффициент корреляции (r) 0,999884

Базовый импеданс составляет 25,15-0,14 Ом (почти чисто резистивный, как и ожидалось), а КСВ на конце нагрузки составляет 1,99.

Коэффициент антенны рассчитан для штыря с центральной нагрузкой аналогичное текущее распространение, используя онлайн калькулятор.

Терминальные потери рассчитываются от конца нагрузки. КСВН должен быть 3,5 дБ плюс потери в линии 0,23 дБ.

Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2: Расчетный коэффициент антенны
Высота от основания до центра катушки 0,850 м
Высота змеевика от центра до верха 0,750 м
Общая высота 0,0379 λ
Частота 7.10 МГц
Окончательная потеря 3,50 дБ
Коэффициент антенны 1,77 дБ / м

Антенна с коэффициентом антенны 1,8 дБ / м, которая будет иметь получить производительность, аналогичную завершенной эффективной антенна на этой частоте с усилением -14.0dBi.

Напряженность поля, эквивалентная минимальному уровню шума -135 дБм в Приемник шириной 2,250 кГц рассчитывается с использованием напряженности поля / мощности приема. конвертер, результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3: Расчет минимального уровня шума системы
Частота 7.1000 МГц
Полоса пропускания напряженности поля 2250,0 Гц
Напряженность поля, расстояние до источника 30,00 м
Напряженность поля 0,04591 мкВ / м
-26,8 дБмкВ / м
0,0001218 мкА / м
-78,3 дБмкА / м
Нормализованная напряженность поля (1 Гц) -60.3 дБмкВ / м
-112 дБмкА / м
Коэффициент антенны (согласован с 50 Ом) 1,25 дБ / м
Входное сопротивление приемника 50,0 Ом
Пропускная способность приемника 2250,0 Гц
Расстояние от приемника до источника 30,00 м
Напряжение приемника 0,03976 мкВ
-28,0 дБмкВ
Мощность приемника -135 дБм

Система имеет минимальный уровень шума, эквивалентный нормализованному полю. сила -60.3 дБмкВ / м. Это намного ниже ожидаемый галактический шум на уровне -46,3 дБмкВ / м и не должен ограничивать измерения окружающего шума.


© Авторское право: Оуэн Даффи 1995, 2021. Все права защищены. Заявление об ограничении ответственности.

Технические страницы Марка: Выбор подходящей антенны


Выбор подходящей антенны

Существует множество различных конструкций антенн, но не все типы подходят для всех приложений. К сожалению, многие радиолюбители попадались в ловушку, выбирая неправильную антенну с целью «вернуть коаксиальные потери и многое другое».Местоположение по-прежнему важнее всего. Вот список основных типов, их углы излучения (относительно горизонтали) и их основные подходящие применения. Все усиления выражаются в дБд (децибелы над диполем).

"хлыст" 1/4 длины волны (+ 45 °) : Эта антенна подходит, главным образом, для автомобилей для использования в густонаселенных районах, поскольку большая часть излучения отражается от окружающих бетонных конструкций. Этот тип антенны подходит для глубоких долин в фиксированных местах.Во всех ситуациях эта антенна зависит от хорошего заземления. При единичном усилении (0 дБ) эта антенна демонстрирует самую широкую диаграмму направленности. Максимальный угол излучения составляет 45 °, но может быть меньше при «опущенной плоскости земли». Максимальное излучение составляет ½ угла между излучателем и заземляющей панелью. Пример: если антенна установлена ​​на крыше транспортного средства с углом между элементом и плоскостью земли 90 °, то угол излучения составляет 45 °.

1/4 длины волны "спиральная" (+ 45 °) : Антенны также называемые "резиновой уткой" используются в основном для портативного использования, поскольку их пружинная конструкция исключительно прочна.Это вообще неэффективные антенны. Конструкция представляет собой 1/4-волновую антенну, которая физически свернута в пружину. Тот факт, что нижний бит свернут (это часть антенны, которая фактически выполняет работу), делает эту часть антенны меньшей по длине. Меньшая «зона захвата» делает эту антенну менее эффективной.

У спиральной антенны есть одно преимущество: она имеет тенденцию излучать по более "изотропной" диаграмме направленности, что устраняет необходимость в правильной ориентации антенны при передаче - истинные 1/4 волны и выше должны быть правильно ориентированы работать эффективно.Как видите, есть компромисс (и почему они все еще существуют - когда-либо задавался вопросом, почему они встречаются на мобильных телефонах!). Хотя мне всегда было немного странно, что к моменту выхода в УВЧ такие антенны все еще используются! Если нужно сделать антенну короче, рассмотрите антенны с верхней загрузкой, где нижняя часть (по крайней мере, первая 1/8 длины волны) разматывается, а последняя часть наматывается сверху.

Штырь 1/2 длины волны с заземлением (+ 22 °) : Очень подходит для использования в фиксированных местах в долинах.Несмотря на то, что она идеально подходит для автомобилей, чувствительность согласующей цепи, необходимая для этого типа антенны, делает ее непрактичной для этого использования, поскольку изгиб хлыста, грязь или вода обычно вызывают такое сильное рассогласование, что страдает радио. В фиксированных местах можно держать под контролем изгиб и попадание грязи.

5/8 длины волны с заземляющей плоскостью (+ 15 °) : Антенна, излюбленная для использования в автомобилях, с превосходным углом излучения, достаточным для работы в населенных пунктах, но достаточно низким и для работы в сельской местности.Не часто встречается в моделях с фиксированным местоположением, поскольку малый угол излучения не дает преимущества по сравнению с половиной длины волны с заземленной поверхностью. Поскольку антенна немного длиннее ½ длины волны, она дает небольшое усиление, обычно 1,5 дБ. Многие мобильные модели были установлены на надежной заземляющей плате в стационарных установках, чтобы использовать это преимущество.

Многоэлементный с заземляющей панелью (> + 0 °) : Эти антенны состоят из различных комбинаций элементов, «накладываемых друг на друга».Типичная комбинация - это полуволна над-волной, при этом два элемента соединяются друг с другом через фазирующие катушки. Диаграмма направленности зависит от комбинации, а также от количества элементов, но, как правило, чем больше элементов, тем ближе к горизонтали диаграмма направленности. Эти типы антенн обычно используются в мобильных приложениях УВЧ и СВЧ (сотовые телефоны), где требуется усиление. Следует соблюдать осторожность, так как антенны с более высоким коэффициентом усиления имеют более тонкую диаграмму направленности, и когда колебания на ветру могут вызвать колебания сигнала.

1/2 длины волны без плоскости заземления (0 °) : Типичными конструкциями являются диполь с центральным питанием или J-полюс с торцевым питанием и Slim-Jim (часто ошибочно называемый «диполь с торцевым питанием»). Эта антенна предпочтительна для работы в фиксированном месте, предлагая единичное усиление и с диаграммой направленности, имеющей типичную форму «бублика», они обеспечивают хорошее местное и удаленное покрытие. Поскольку они работают без заземляющих плоскостей, они не подходят для мобильной работы, а производительность страдает от воздействия близлежащего металла.

Антенны с многоволновым усилением (0 °) : Примерами являются «коллинеарные» антенны. Они особенно подходят, когда требуется расстояние без необходимости или желания отклоняться от горизонтали. Они подходят для плоских равнин или от вершины горы до вершины горы, где необходимо минимизировать отражения или помехи от долин. Не лучший выбор для ретрансляционной системы на вершине горы, которая предназначена для обслуживания станций в долинах. Хотя подача к излучающей части истинного коллинеара имеет высокий импеданс, некоторые коллинеары снабжены заземляющими плоскостями для наклона диаграммы направленности вверх при работе в долине.

Discone - (тип -10 °) : Удивительно, что таких антенн не так много, особенно для использования в ретрансляционных системах. У них также есть замечательная характеристика - очень широкая полоса частот, обычно 10: 1 от базовой частоты. Хорошо спроектированный дискон может обслуживать все типичные двусторонние радиочастоты VHF и UHF от 66 до 480 МГц и при этом иметь свободное место - все это с дополнительным преимуществом примерно в 3 дБ при почти вдвое меньшей частоте среза.У них есть две нежелательные характеристики, которые чрезвычайно сложно настроить, и они не имеют внутреннего короткого замыкания по постоянному току, поэтому они чувствительны к возникновению статического электричества при сильном ветре. Несмотря на то, что это отрицательные моменты, они, тем не менее, чрезвычайно эффективны в качестве ретрансляционных антенн и стоят затраченных усилий.

Групповые массивы (от -5 ° до -10 °) : Это действительно идеальные антенны для ретрансляционных систем на вершине горы, которые связываются со станциями в долинах под ними.Они демонстрируют как коэффициент усиления, так и правильный угол излучения, а также, в отличие от дискона, имеют внутреннее короткое замыкание по постоянному току. Пожалуйста, обратите внимание при заказе таких антенн, чтобы запросить опцию «наклона», поскольку стеки также сконструированы с такой же диаграммой направленности 0 °, как и для коллинеарной антенны.

Направленная Yagi (при необходимости) : Эти антенны подходят только в фиксированных местах, где требуется усиление на одном пути и / или необходимо минимизировать помехи от известного источника.Рекомендуется для использования в линиях связи «точка-точка», так как их использование помогает сохранить эфир «незагроможденным», удерживая излучение только в заданном направлении. Обратите внимание, что не все конструкции антенн Яги подходят для минимизации помех, считая, что все сигналы Яги блокируют сзади - это ошибка. Для этого требуется особая конструкция, обычно за счет небольшой выгоды.


НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕРЫ ОШИБОК, СДЕЛАННЫХ

Как сказано во вступительном слове, основная причина неправильного выбора заключается в том, чтобы «возместить убытки, вызванные коаксиальным кабелем».

Ярким примером является использование коллинеарного сигнала 9 дБ для спутниковой связи. Диаграмма направленности более плоская, чем у чайного печенья, поэтому любой спутник, расположенный немного выше горизонта, фактически выходит за пределы его эффективной полезной ширины луча и, следовательно, фактически будет демонстрировать потери в отличие, скажем, от-волны с земной поверхностью (эффективный максимум при +45 °).

Еще одна классическая ошибка была совершена лично, когда была выпущена тактическая дисконная антенна для использования в военных операциях в долине. Если бы я разговаривал с другими в долине, все было бы хорошо (и наша связь оставалась бы в долине), но это было для связи с горными подразделениями и вертолетами (и все это при очень ограниченной мощности от воинских групп!) .

Во-первых, я был в восторге от дискона и до сих пор восхищаюсь этим! Поскольку дискон может работать в таком широком диапазоне частот без какой-либо регулировки, он действительно отлично подходит для использования в военных целях. Зная диаграмму направленности дискона, была сконструирована простая установка для установки дискона вверх дном. Успех!

В обоих приведенных выше примерах можно увидеть, как-волна с заземляющей панелью будет работать намного лучше, чем антенны с усилением, и, что довольно легко можно сказать, имеет «усиление» по сравнению с другими антеннами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *