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

Радиолюбительские антенны

Радиолюбительские антенны

Ham Radio Site by UN7PPX

Антенны.

Главная Обо мне Гостевая книга Обратная связь Новости Космонавтика Софт Антенны Конструкции Схемы Модернизация Радиолюбительская технология Справочники QSL-bureau




В. ЗАХАРОВ
(UA3FU)
г. Москва
“Радио” 2-3, 93′

Созданный автором статьи в 1969г. трехэлементный трехдиапазонный «волновой канал» [1] успешно проработал более 15 лет без ремонта и дополнительных регулировок, сохранил первоначальные диаграмму направленности и КСВ. Но за время эксплуатации были выявлены пути дальнейшего улучшения параметров антенны, в том числе улучшение ее согласования с фидером и увеличение коэффициента направленного действия (КНД). Связаны они с добавлением второго директора, применением оптимального устройства симметрирования и согласования фидера с входным сопротивлением антенны, выполненного с использованием трансформатора на длинных линиях (ТДЛ). Кроме того, была разработана и проверена простая, но в то же время более эффективная методика настройки.Не нужно бояться и избегать работы по тщательной настройке антенны, хотя этот процесс трудоемкий и может занять несколько дней. Следует помнить, что если антенна на радиостанции неэффективна, то никакой даже самый хороший и новейший трансивер не обеспечит надежной связи с дальним корреспондентом или редким DX, поэтому усилия, направленные на получение предельных параметров для данного типа антенны, являются, безусловно, оправданными.

При проектировании новой антенны расстояния между рефлектором и активным элементом Sp_a  и активным элементом и первым директором Sa_д1 (мною были взяты такими, чтобы получить максимальное усиление на диапазоне 15 м (на частоте 21,15 МГц). Согласно расчетам при Sp-a=0,2L, Sa-д1=0,15L и Sд1-д2=0,15L. усиление антенны на этом диапазоне получается не менее 7>5 дБ [2]. На диапазоне 10 м (28,35 МГц) эти расстояния соответственно составят 0,27L., 0,21L., 0,21L, а коэффициент усиления будет не менее 7 дБ. На диапазоне 20 м (14,15 МГц) эти величины соответственно равны 0,135L, 0,105L и 0,105L и 7 дБ [2].

    Расчетное входное сопротивление антенны на всех диапазонах находится в пределах 20…25 Ом.

Электрическая схема новой антенны приведена на рис. 1, а ее внешний вид — на рис. 2.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРЕХДИАПАЗОННОЙ АНТЕННЫ

    Работа трехдиапазонной антенны основана на эффекте «электрического отсекания» внешней части вибраторов путем включения непосредственно в вибраторы фильтров-пробок, называемых еще «трапами», настроенных на средние частоты высокочастотных диапазонов.
Каждый трап состоит из катушки индуктивности и конденсатора, обкладки которого образованы трубками вибраторов антенны. Трубка с меньшим диаметром вставлена внутрь катушки, а последняя помещается внутри трубки трапа (рис. 2, узел В).
    Антенна симметрична относительно продольной оси — элементы правой и левой половин вибраторов идентичны, поэтому на рисунке имеют одинаковые обозначения. В дальнейшем, например, под регулировкой конденсатора С1 (см. рис. 1) следует понимать изменение емкости в обеих половинах элемента одновременно. Контуры L1C1, L2C2, L3C3, L4C4 должны настраиваться на частоты, соответствующие резонансам рефлектора, активного вибратора и директоров диапазона 10 м, и представлять собой на резонансных частотах сопротивления в несколько десятков килоом. Поэтому, например, контур L1C1, настроенный соответственно на резонансную частоту рефлектора, «отсекает» на ней внешние части этого элемента, и они не оказывают заметного влияния на настройку антенны, в данном случае на диапазоне 10 м.

    В тоже время на диапазонах 21 и 14 МГц эти контуры не являются резонансными, а играют роль электрических удлиняющих элементов. Контуры L5C5, L6C6, L7C7, L8C8, в свою очередь, «отсекают» часть длины элементов до значений, необходимых, чтобы получить нужную диаграмму направленности антенны на диапазоне 15 м. Как и в предыдущем случае, длина концов антенны не влияет на настройку «волнового канала» на диапазонах 10 и 15 м.
    Полноразмерные элементы, включающие в себя среднюю часть вибраторов, а также трапы и концы элементов, формируют электрические длины вибраторов для работы антенны на диапазоне 20 м. Указанные электрические характеристики не могут быть достигнуты, если не провести симметрирования антенного устройства и согласования волнового сопротивления фидера с входным сопротивлением антенны. Симметрирование позволяет устранить перекосы диаграммы направленности, исключить излучение кабеля и прием мешающих сигналов на оплетку кабеля, ослабляет помехи с вертикальной поляризацией при приеме и улучшает диаграмму, что выражается в увеличении отношения «front to said» и «front to back». Необходимость согласования сопротивлений очевидна.
    Более подробно о методах симметрирования и согласования изложено в [3]. Таким образом, троекратное использование одних и тех же элементов позволяет получить удобную компактную по размерам трехдиапазонную антенну с одним согласующим устройством и одним питающим фидером. Она имеет компромиссные, но достаточно высокие эксплуатационные характеристики.

КОНСТРУКЦИЯ АНТЕННЫ

    Конструкция антенны в основном схожа с конструкцией подобных «волновых каналов». Отличие состоит в применении трапов и цанговых соединений для удобства регулировки, Геометрические размеры антенны указаны на рис. 3. Чертежи отдельных деталей приведены на рис. 4. (скачать 181Кb jpeg)
    При выборе размеров трубок элементов следует предусмотреть резерв по длине не менее 200 мм, который может быть использован при настройке.
    Траверса выполнена из дюралюминиевой трубки Д-16Т с внешним диаметром 38 мм и толщиной стенки 2 мм длиной 7400 мм. Средние части элементов изготовлены из трубки Д-16Т диаметром 25 мм, внешние — из трубки диаметром 20 мм. Толщина стенок у обеих — 2 мм. Внешний диаметр элемента трапа — 42, внутренний — 40, длина — 375 мм.

    Примененные типоразмеры трубок не являются строго обязательными, автор использовал то, чем сам располагал. Очевидно, что изменение диаметров вибраторов повлечет за собой и изменение размеров других деталей, но описываемая методика позволяет произвести настройку антенны при отличающихся диаметрах резонаторов.
    Желательно, чтобы изоляторы, на которых крепится разрезной по центру активный вибратор, были фарфоровыми или, что менее практично, из фторопласта, полистирола, органического стекла.
    Особое внимание следует обратить на изготовление трапа (рис. 2, узел В), так как от применяемых материалов и аккуратности сборки во многом зависят качество работы и долговечность антенны. Рекомендации по применению материалов даны в [ 1 ].
    Каркасы катушек необходимо изготавливать из высокочастотных изоляционных материалов: фторопласта, эскапона, полистирола, органического стекла и т. п. Нельзя использовать гетинакс, эбонит, капролон и другие материалы, не обеспечивающие должной добротности резонансных контуров при работе на частотах около 30 МГц.
    П ри сборке трапов необходимо обращать внимание на надежность припайки проводов катушек к лепесткам, плотность соединения лепестков с трубками. Зазор между головкой винта крепления внутреннего вывода катушки трапа и внутренней поверхностью трубки трапа, а также между наружным винтом крепления трапа и трубкой элемента должен быть не менее 3 мм, так как при работе на передачу в указанных местах присутствуют высокие напряжения и может произойти электрический пробой (рис.2,узел В).
Для защиты от климатических воздействий на концы трапов желательно надеть мягкие защитные колпачки из высокочастотного материала. В трубках трапов необходимо сделать отверстия диаметром 1 мм для удаления конденсата.
    Крепежные соединения рекомендуется производить винтами диаметром не менее 6 мм и обязательно с применением гроверных шайб. Так как антенна подвержена большим ветровым нагрузкам, то винты меньшего диаметра, как правило, быстро разбалтываются.
    Для удобства сборки и настройки антенны применены телескопические цанговые зажимы, но возможны и другие способы крепления. После сборки и регулировки антенны цанги зажимают накидной гайкой, жестко фиксируя выбранное положение. Цанговые зажимы используются также для крепления и создания электрического контакта катушек фильтров с трубками элементов. Целесообразно заранее проверить возможность свободного перемещения трубок в цангах вибраторов и трапов для регулировки длин элементов, а также надежность фиксации этих механических узлов накидными гайками.
    Активный вибратор укрепляют на изоляторах, которые устанавливают на прямоугольной балке, изготовленной из алюминиевой полосы, согнутой и сваренной в углах.
    Во избежание большого прогиба траверсы под весом элементов в месте ее крепления к поворотному устройству необходимо предусмотреть установку стойки из дюралюминиевой трубки диаметром 8…10 и высотой 800…900 мм с наконечником, в котором есть отверстие с закругленными краями. Через это отверстие нужно пропустить четыре жилки рыболовной лески диаметром 1 мм, концы которых прикрепляют к концам траверсы. Желательно аналогичным способом двумя жилками такой же лески растянуть все резонансные элементы.

Продолжение >>


В. ЗАХАРОВ
(UA3FU)
г. Москва

ЛИТЕРАТУРА
1. Захаров В. Трехдиапазонная трехэлементная антенна «волновой канал».— Радио, 1970, № 4.

2. 3. Всньковский, Э. ЛипиньСКИЙ. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн.—М.: Радио и связь, 1983.

3. Захаров В. Согласующие устройства на ферритовых магнитопроводах.— Радио, 19S7, № 6.

На главную  Наверх

Используются технологии uCoz

Самодельная дециметровая антенна «волновой канал» из металлопласта.

 Известная в СССР антенна «волновой канал» может иметь и другие названия: директорная,  Яги и Уда – Яги. Последние таинственные сочетания слов – это фамилии двух японских изобретателей, которые в 1926 году создали эту антенну.

 Как правило, это основной тип антенн, которые в настоящее время используются для приёма телевизионных программ на расстоянии до 70 километров от передатчика, как в метровом, так и дециметровом диапазоне волн. Будущее за вещанием именно в дециметровом диапазоне, где помимо основных программ вот уже несколько лет идут передачи в цифровом формате и в этом же режиме уже передаются все программы, которые занимают  пока ещё  метровый диапазон (50 -220 МГц). 


Трёх диапазонная антенна
 “волновой канал”.
 Наступило время малогабаритных антенн диапазона 480 – 800 МГц, ибо, чем выше частота, тем меньше длина волны и, следовательно, меньше размеры самой конструкции, и нет никакого смысла держать на шесте громоздкие и дорогие антенны.  На сегодня не все покупные антенны внешне похожие на «волновой канал» обеспечивают уверенный приём в дециметровом диапазоне. Чтобы разобраться в происходящем я решил сделать самодельную антенну из металлопласта, а для удобства собрать её трансформируемой, чтобы на практике убедиться, как её элементы влияют на параметры приёма.  Для этого вытаскиваю на белый свет из прошлого века пожелтевший листок из старинного советского справочника радиолюбителя, и начинаю делать самодельную антенну, которую ещё мастерили наши отцы и деды.
Справочник радиолюбителя
 конструктора. 1973 г.
 Как образец я сделал комнатную или чердачную антенну, и, забегая вперёд скажу, что количество элементов с запасом хватило, чтобы без усилителя принять мультиплексные пакеты на уровне мансардного окна деревянного дома, на расстоянии 90 километров от Останкино в низине.  В качестве элементов антенны я использовал металлопласт с диаметром 16 мм, материал, продающийся на строительных рынках. Это высококачественная алюминиевая трубка со всех сторон обтянутая пластиком.                                                    Элементы антенны.
а). Антенна “волновой канал”.  б). Диаграмма направленности антенны.
1.       Активный петлевой вибратор, его периметр равен длине волны, а входное сопротивление 292 Ом.  Максимальная ширина рабочей полосы частот составляет +/- 20 процентов (для средней частоты 600 МГц рабочая полоса частот будет в пределах 480 – 720 МГц). 2.       Рефлектор. У современных антенн их бывает несколько. 3.       Директоры. Их количество в основном у самых широко распространённых антенн доходит до 12 штук. Считается, что чем их больше, тем выше коэффициент усиления антенны и уже диапазон.  У девятидиректорной дециметровой антенны из справочника, коэффициент усиления составляет от 11,5 до 8,5 дБ, и его величина падает с ростом частоты. А чтобы добиться прироста коэффициента усиления на 2 дБ, стрелу антенны с наращенными директорами придётся увеличить в два раза. Правда, таких длинных антенн я ещё не встречал.                                       Конструктивные части антенны.
Стрела из деревянной
рейки.
Рефлектор и 2 директора.
4.       Стрела – часть конструкции, которая служит для крепления элементов антенны. Вдоль стрелы находятся точки нулевого потенциала, поэтому используемый материал не влияет на параметры антенны и может быть выполнен из металла или диэлектрика, например, из дерева или пластика. Если антенна будет эксплуатироваться вне помещения на мачте, то стрела обязательно должна быть металлической, и точка крепления середины вибратора к стреле должна иметь отличный электрический контакт для дальнейшего заземления антенны.
Директорная антенна.
5.       Скобы крепления элементов антенны. 6.       Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, например RG-59 или РК 75 – 3,7 – 35 М. На частотах дециметрового диапазона важно качество кабеля снижения, так как чем длиннее кабель, тем сильнее потери в нём.

7.       Симметрирующе-согласующее устройство, выполненное в виде U – колена из того же коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.  Длина этого кабеля в виде буквы U равна от 0,33 до 0,5 длины волны. Согласно старым справочным данным данное согласующее устройство обеспечивает согласование не более +/- 20 процентов от центральной частоты, что составит диапазон 480 – 720 МГц, а учитывая и диапазон согласования петли, общая максимальная полоса рабочих частот антенны составит 480 – 650 МГц.

U-колено – симметрирующе-согласующее устройство, длина которого теоретически равна половине длины волны. Учитывая материал изоляции  кабеля, используют коэффициент  укорочения, который для коаксиального кабеля из вспененного полиэтилена составляет около Ку = 1.51 (указывается в характеристиках на данный кабель). Поэтому реальная длина U-колена  будет меньше в 1.51 раз, что составит 0,33 длины волны. В процессе регулировки, уменьшая длину кабеля, добиваются оптимального согласования по минимальному КСВ в полосе частот. Первоначальная длина согласующего устройства 250 мм.

8.     Изолирующая коробка. 9.       Мачта.                                                  Изготовление антенны.  Исходные размеры даны на рисунке. Как видно они не сильно критичны.  Выбирая частоту, я учёл из практического опыта изготовления простых антенн из металлопласта его характеристики, способные уводить настройку частоты вниз примерно на 50 МГц и выбрал для удобства округлённую расчётную частоту 600 МГц, чтобы настроить антенну на диапазон московских мультиплексных пакетов 498 – 578 МГц.
Конструкция антенны. Длина рамки 55 см.  Первоначально легче сделать окружность, затем согнуть её в петлю. Получился эллипс, нечто среднее между петлёй и окружностью, что говорит о неизвестном волновом сопротивлении, которое в пределах 75 – 292 Ом.
                                                           Испытание антенны.   Осенняя изморось и туман – вот то радостное настроение, самое подходящее время для испытания самодельных антенн. Дополняют тяжёлые условия испытаний  – мокрая крыша из мягкой кровли, не сброшенная холодами листва деревьев и низкая болотистая местность, окружённая лесами Владимирской области в 90 километров от Останкино. В полдничное время, под звук дождя, удобно устроившись в мансарде, я словно мальчишка, устанавливающий корабельные мачты на каравеллу собирал антенну. Вот уже перещелкиваю аналоговые телевизионные каналы дециметрового диапазона, неплохо для самоделки (от «Перца», 487 МГц до «Пятницы», 607 МГц просто отлично). Именно на эти частоты я планировал сделать антенну.  Настраиваясь на один из каналов, трансформирую антенну, оставляя её без крайнего элемента-директора. Качество изображения не меняется.  Вытаскиваю второй элемент-директор, и замечаю появления зашумлённости, что указывает на уменьшение усиления антенны.  Удаляю рефлектор, оставляя одну петлю – совсем плохо.  Возвращаю элемент-директор на место. Такая же картина качества изображения, что и с рефлектором.                                                                  Выводы.  Антенна имеет ограниченный диапазон усиления. Трехэлементная антенна вполне достаточна для моих условий приёма.  Теперь подключаю цифровую приставку к вновь восстановленной антенне. Как и ожидал, с запасом по усилению, проходят 3-и мультиплексных пакета. Опять вытаскиваю по очереди элементы директоры и слежу за уровнем сигнала в процентах.  Крайний ни на что не влияет.                    Вытаскиваю второй элемент, и уровень сигнала возрос на процент!?….  А в это время «директорная» покупная антенна «Локус – Про», что в гостевом домике брала только один из трёх мультиплексных пакета. Звоню соседу, который в 2-х километрах от меня, у него крутая покупная антенна с тремя директориями, а он говорит, что сейчас цифровое вещание не работает….                                                                     Выводы.  Для приёма эфирного цифрового телевидения нет необходимости использовать сложные громоздкие антенны. Сама антенна не требует слишком большой высоты установки. Не редко сбои при приёме эфирного цифрового телевидения бывают из-за некачественного антенного усилителя. Надежнее будет использовать несколько малогабаритных антенн без усилителя для каждого телевизора, если таковые имеются.   Если сравнивать мои самодельные антенны «волновой канал» с 4-х петлевой антенной «Олимп 2014», то кольца пока в лидерах, так как перекрывают весь дециметровый диапазон и неплохо зарекомендовали себя при работе в плохих погодных условиях на предельных расстояниях приёма.  Так почему же в плохую, дождливую погоду остронаправленные антенны, с большим коэффициентом усиления, с отличной помехозащищённостью повели себя неадекватно?

 Понять это явление можно, если представить приёмную антенну как передающую. Тогда антенна – это фонарь с узким сфокусированным лучом, а чем больше директоров в антенне, тем более острая её диаграмма и лучше фокусировка луча, а этот сфокусированный  луч  просто упёрся в мокрые верхушки деревьев или в дождевую тучу и растворился там. При более широкой диаграммы направленности, то есть при меньшем усилении антенны, когда элементы–директора отсутствуют, фокус луча более расплывчатый, зато охватывает большую зону приёма, и широкий луч просто обходит тучу по кругу, или проходит между мокрыми верхушками деревьев и тучей.

 – Москвичам всегда везёт, у них все цифровые каналы рядом! Им антенна «волновой канал» подойдёт и в упрощённом виде. Да им любая антенна подойдёт! А как быть нам? У нас разнос между мультиплексными пакетами более 200 МГц! Складывать антенны этажерками, где каждый этаж работает на свой диапазон! Именно эти комментарии я уже предвидел и даже начал складывать антенны этажеркой. Но что из этого получилось, вы узнаете позже. Впрочем, уже неплохо получается.

Входное сопротивление

Что такое Импеданс или входное сопротивление (или сопротивление излучения)?

Умное слово Импеданс обозначает комплексное (суммарное) сопротивление антенны и оно изменяется вдоль ее длины. Точка максимального тока и минимального напряжения соответствует наименьшему импедансу и называется точкой возбуждения. Импеданс в этой точке называется входным импедансом. Реактивная составляющая входного импеданса на резонансной частоте теоретически равна нулю. На частотах выше резонансной, импеданс носит индуктивный характер, а на частотах ниже резонансной – емкостной. На практике реактивная составляющая в большинстве случаев меняется от 0 до +/-100 Ом. Импеданс антенны может зависеть и от других факторов, например, от близости расположения к поверхности Земли или каким-либо токопроводящим поверхностям. В идеальном случае симметричный полуволновой вибратор имеет сопротивление излучения 73 Ом, а четвертьволновый несимметричный вибратор (читай штырь) – 35 Ом. В реальности влияние Земли или проводящих поверхностей может изменить эти сопротивления от 50 до 100 Ом для полуволновой и от 20 до 50 Ом для четвертьволновой антенны. Известно, что такая антенна, как Инвертед V, из-за влияния Земли и других объектов никогда не получается строго симметричной. И чаще всего сопротивление излучения в 50 Ом оказывается смещено от середины. (Следует одно плечо укоротить, а другое увеличить на эту же величину.) Так, например, три противовеса чуть короче четверти волны расположенные под углом в 120 градусов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, превращают сопротивление GP в очень удобные для нас 50 Ом. И вообще сопротивление антенны чаще «подгоняют» под сопротивление линии передачи, чем наоборот, хотя известны и такие варианты. Этот параметр очень важен при конструировании узла питания антенны. Не специалисты и не очень опытные радиолюбители, я, например, даже не догадываются, что активные элементы во многодиапазонных антеннах можно подключать физически не все! Например, очень распространенная конструкция, когда непосредственно к фидеру подключается только два, а то и один элемент, а остальные возбуждаются переизлучением. Даже жаргонное слово такое есть – «переопылением». Конечно это не лучше чем прямое возбуждение вибраторов, но очень экономно и сильно упрощает конструкцию и вес. Пример – многочисленные конструкции трехдиапазонных антенн типа Уда-Яги. Русские Яги в том числе. Это конструкции линейки XL222, XL335 и XL347. Активное питание всех элементов – это классика, так сказать. Всё по науке, максимальная полоса пропускания без завалов, намного лучше диаграммы направленности и соотношения Front/Back. Но всё хорошее всегда дороже. И тяжелее : -) Поэтому за этим тянется более могучая мачта, такая же поворотка, площадь под растяжки и т.д. и т.п. Для нас, потребителей, стоимость – не последний аргумент : – ). Не следует забывать и о таком приёме как симметрирование. Оно необходимо для устранения «перекоса» при питании симметричной антенны несимметричной линией питания (в нашем случае коаксиальный кабель) и вносит значительные изменения в реактивную составляющую сопротивления приближая его к чисто активному.

Russian HamRadio – 3-элементную Яги на 20 м конструции DJ7VE.

Бернд В, фон Боян (DJ7VE) реализовал вначале на ПК с помощью программы моделирования антенн EZNEC, а затем изготовил 3-элементную Яги на 20 м, удовлетворяющую следующим требованиям: максимальная длина
бума 6 м; усиление в свободном пространстве 7 дБи во всем диапазоне; отношение излучении вперед/назад не менее 20 дБ во всем диапазоне; КСВmах = 1,4. Антенна не нуждается в настройке после поднятия на рабочую высоту. 50 – омный кабель питания подключается непосредственно к разрезному вибратору без согласующего устройства.

Конструкция антенны (рис. 1) проста, имеет высокую повторяемость, механически стабильна, выдерживает высокие ветровые нагрузки и показана.

 

Телескопические элементы антенны выполнены из дюралюминиевых труб разного диаметра. Центральная часть у всех элементов одинакова и имеет длину (A+2B+2C+2D) = 8 м. Толщина стенок у труб А, В, С – 2 мм, D – 1,5 мм, длина 2,40; 2 х 0,8; 2 х 1,0; 2 х 1,0 метров и диаметр 30 мм, 25 мм, 20 мм, 16 мм соответственно. Длина директора (11,38 м}, рефлектора (9,9 м), вибратора (2 х 5,37 м) выставляется регулировкой длимы концевых прутков (или трубок) Е диаметром 12 мм. Антенна настраивается на высоте 1 м над землей на частоте 14 МГц по наименьшему КСВ путем подгонки длины элементов. При этом если необходимо изменить длину элементов, то меняют пропорционально все элементы с расчета изменения длины вибратора на 4 см с каждой стороны на каждые 100 кГц. После настройки возле земли антенну поднимают на рабочую высоту 10 м.

 

 

 

 

 

При этом частотная зависимость КСВ должна иметь вид как на рис. 2.

 

 

 

 

 

 

Диаграмма направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях во всем диапазоне на рис.3 и 4 соответственно.

 

 

В случае применения других диаметров труб для изготовления элементов необходимо будет настроить антенну по минимуму КСВ на 14 МГц на высоте 1 м от земли, путем изменения длины элементов сохраняя пропорции, указанные на рис.1, Ни в коем случае не нужно пытаться получить нужный результат только изменением длины вибратора. Антенну желательно симметрировать с помощью, например, четвертьволнового трансформатора 1:1 или ВЧ дросселя, выполненного из 7,9

… 8 метров кабеля питания, намотанного катушкой диаметром 25 см (10 витков). Такой дроссель размещают в непосредственной близости от точек питания. На практике антенна показала полное совпадение расчетных электрических характеристик и удовлетворительное соответствие геометрических размеров. Сильное впечатление оставляет великолепное отношение излучения вперед/назад.

Бернд В, фон Боян (DJ7VE)

Funk”, №7/ 2001, с.42,43

материал подготовил А. Манойленко (UN9LK)

Логопериодическая антенна

Логопериодическая антенна – широкополосная направленная антенна, работающая в десятикратном и более широком диапазоне волн. По коэффициенту усилении антенна эквивалентна трех-четырехэлементной антенне «волновой канал». Может быть использована для приема сигналов многопрограммных телецентров при любых сочетаниях каналов метровых и дециметровых волн (каналы 1—41).

Один из простых вариантов антенны показан на рис.1. Антенна состоит из ряда параллельных вибраторов, подключенных к двухпроводной линии с последовательной переполюсовкой точек питания вибраторов. Длины вибраторов и расстояния между ними убывают в геометрической прогрессии в направлении к точкам подключения фидера. Позади самого длинного вибратора устанавливают короткозамыкающую перемычку, улучшающую согласование антенны с фидером и обеспечивающую симметрирование.


Кабель пропускают внутри одной из трубок двухпроводной линии и припаивают со стороны самого короткого вибратора, как показано на рис.1.

Характеристики антенны зависят от знаменателя геометрической прогрессии т, характеризующего скорость убывания длин вибраторов и расстояний между ними, и угла ф при вершине треугольника, в который вписаны вибраторы. Чем ближе т к единице и чем меньше ф, тем больше коэффициент усиления антенны, однако при этом возрастают ее габариты и масса. На практике принимают обычно т =0,8—0,9 и ф=30—40°, что позволяет получить достаточно высокий коэффициент усиления при относительно небольших габаритах и массе.

При выбранных т и ф размеры антенны можно определить графически исходя из Lmax и Lmin — максимальной и минимальной длин волн рабочей полосы частот. Сначала следует определить длину l1 первого (наибольшего) вибратора, которая должна составлять 0,55 Lmax, после чего начертить равнобедренный треугольник с основанием, равным длине первого вибратора в уменьшенном масштабе (например, 1 : 20 или 1 : 50), и выбранным углом ф при вершине. В дальнейшем все построения и расчеты следует выполнять с учетом этого же масштаба. Второй вибратор располагают на расстоянии d1 = (0,15—0,18) Lmax. Длина его l2 равна длине отрезка прямой, проведенной параллельно основанию на расстоянии ri,.


Третий вибратор располагают на расстоянии d2=d1т от второго, а длина его l3 равна длине отрезка прямой, проведенной на этом расстоянии от второго вибратора. Аналогично определяется длина четвертого вибратора, расположенного на расстоянии d3=d2т от третьего, и т. д. Последним является вибратор, длина которого будет меньше 0,45 Lmin.

На рис.2,а показаны размеры антенны на каналы 1—12, на рис.2,б — на каналы 1—5, на рис.2,в — на каналы 6—12. Пользуясь описанной методикой, можно рассчитать антенну на каналы 1—41, а также для другой требуемой полосы частот.

Коэффициент усиления антенны 6—7 дБ, уровень побочных лепестков—от —12 до —14 дБ, КБВ — более 0,5. Диаметр трубок двухпроводной линии 22 мм, расстояние между центрами 32 мм, диаметр вибраторов 12— 14 мм. Кабель снижения — с волновым сопротивлением 75 Ом.

Справочник радиолюбителя-конструктора

Дополнение от Николая Большакова

Лично мною было собрано несколько подобных антенн для дециметрового диапазона телевидения. В качестве материала были ипользованы отрезки медной проволоки диаметром 0,8 – 1,5 мм и две пластинки из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Вибраторы из проволоки припаиваются к пластинам. Конструкция получается очень простой и легко повторяемой. Размеры антенны для диапазона 400-850 МГц приведены на рисунке ниже. На пластинки размером 25х220 мм припаиваете вибраторы из проволоки (обе части совершенно одинаковые), нижняя половинка поворачивается на 180 градусов относительно оси. Обе пластины соединяете через втулки (5-10 мм) винтами через отверстия на концах пластин. Винты должны быть изолированы от фольги. Кабель расположен между пластинами.


Размеры антенны для диапазона 850-950 МГЦ (радиотелефоны)

Номер
элемента
Общая длина
вибраторов, мм
Расстояние от
предыдущего
элемента, мм
Расстояние от
конца бума, мм
5176044
41415195
311340135
29032168
17226194

Теоретически параметры:
Коэффициент усиления – 8,3 Дб,
Волновое сопротивление – 60 Ом.

Антенна для спутников. Двухдиапазонная антенна Яги 144/430 AY-V3U4.

Ребятушки всем Привет. На днях обзавелся вместе с EW4C новой антенной для SAT связей. Двухдиапазонная антенна Яги 144/430 AY-V3U4 производства «СТВ-Урал».

Сказать что я не знаком с миром космической связи я не могу. Но и успехи были более чем скромные. Во первых антенны для SAT, должны быть легкими и эффективными. Во вторых, мой опыт конструирования антенн для SAT, сводился к постройке вариаций на тему двухдиапазонных антенн под авторством RZ9CJ.

 Конструкции антенн рабочие и проверены временем и многими радиолюбителями. Но к сожалению они очень тяжелые. Для работы с руки в поле они явно не годятся. А если еще учесть временное окно в 15 минут, когда возможна связь через спутник, проведение связи становиться проблематичным.

После того как я очередной раз решил вернуться к проведению связей через радиолюбительские спутники и изготовил конструкцию из «говна и палок» и запостил ее в Instagram. Ко мне обратился R9WL и порекомендовал антенну 144/430 AY-V3U4 производства «СТВ-Урал».

На сегодняшний момент для SAT связей с руки можно выделить три варианта. Самодельные антенны, Alaskan Arrow 144/430, ну и естественно AY-V3U4. У самодельных конструкций есть неоспоримый минус в виде их тяжести и невозможности транспортировки без разбора. Alaskan Arrow 144/430, до последнего времени прям мастхевная антенна с кросс поляризацией. Однако цена и стоимость доставки просто зашкаливает. Еще один минус это запитка каждого диапазона разным кабелем. Необходимость дополнительно покупать диплексер или использовать две радиостанции. Да и еще максимальная подводимая мощность не более 10 вт. Вообщем то подключить что-то большее чем носимая радиостанция не получиться.

Ну и герой этого обзора, двухдиапазонная антенна Яги 144/430 AY-V3U4. Немного характеристик от производителя. Малогабаритный, мобильный вариант. Легкая и прочная конструкция на буме 20х20х630 мм. из сплава АД31Т. ВСЕ антенны V3U4-Q20M имеют интегрированные ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР и СИММЕТРИРОВАНИЕ. Обе функции реализованы 1/4λ стаканами. Симметрирование устраняет антенный эффект фидера, а полосовой фильтр — повышает диапазонную избирательность антенны и надёжно защищает от «статики» при грозовой погоде, так как шунтирует вибратор на нерабочих диапазонах и по постоянному току.

Длина бума 0,63м. Бум антенны анодированный. Анодирование (актуально при мобильном использовании) — предохраняет бум от окисления и царапин, а руки от следов алюминия.
Разъём на выбор, в т.ч. с кабелем RG58 длиной 0,6м c универсальным разъёмом SMAm+f. Кабель убирается внутрь бума вместе с элементами. Очень важная штука. Разобрал антенну, открыл пробку и закинул все элементы внутрь. Вообщем прям мега удобно.
Элементы VHF (АМг6 Ø 4мм) — разборные, крепятся сквозь бум на резьбе.
Элементы UHF (АМг6 Ø 3мм) — цельные, крепятся через изоляторы тугой посадкой, плотности которой хватает более чем на 200 сборок (при установке-снятии элементов в одну сторону: от шляпки). С торцов бум закрывается пробками. Съёмная — задняя.

VHF: Ga ~6,8dBi, F/B ~12 dB. UHF: Ga ~10 dBi, F/B ~24 dB. Z: 50 Ом. Мощность: < 200 Вт. Антенны как заявляет производитель, прекрасно собираются в стек.

Мои впечатления относительно этой антенны сугубо положительные. Легкая, компактная, удобная в траспортировке. Ну и связи на ней даются с первого раза. Не жалею потраченных денег и времени. Однозначно рекомендую к приобретению. Подходит как для связи через спутники, так и для повседневных связей.

Ну и в завершении небольшое видео с проведением QSO на спутнике SO-50 на эту антенну. Прошу прощения за качество видео и звука, погода была максимально не летная.

Друзья. Если вам понравилась эта статья, поделитесь ей в социальных сетях. Обязательно напишите комментарий если у вас возникли вопросы. Мне важно ваше мнение. У нас есть групповой чат в Telegram, где вы можете оперативно задать вопрос и узнать о последних новостях.  И поддержите проект монеткой на страничке Donate.

 

Антенна Яги на 435 МГц / UHF Yagi Antenna: kspzel — LiveJournal

Я недавно сделал антенну Яги на 70 см диапазон и теперь доволен как слон. / Recently made 7 el. yagi antenna on the UHF band.
1. За основу была взята модель проверенной антенны, но на выбраторы диаметром 4,5 мм. Я её переделал на алюминиевые прутки 5 мм + латунный вибратор 4 мм. / My project is based on a tested antenna with 4.5 mm elements. I replace them by 5 mm aluminium bars. Radiator was made of a 4 mm brass tube.

2. Данные для расчета, если кому надо: / Dimensions of the antenna:

3. Оптимизировал антенну по КСВ и усилению, вот что получилось:

4. Диаграмма получилась отличная, для моих целей, конечно:

5. Теперь немного об изготовлении антенны. В Леруа было куплено:

  • Труба ПП 20×3,4×2000 мм / Polypropylene (FV) tube 20 mm x 2 m

  • Алюминиевый пруток 5×1000 мм 2 шт. / 2 aluminium bars 5 mm x 1 m

  • Латунная трубка 4×1000 мм / Brass tube 4 mm x 1 m

  • Скобы для крепления трубы 12 шт / 12 tube clips

И гвоздь программы – затычки для розеток из Икеа: / And child safety plugs from IKEA:

6. Из затычек накусал штифтов. Один из них использовал для соединения плеч вибратора. Кабель 50 Ом с симметрирующим трансформатором (12 витков): / 50 Ohm cable with balancing transformer (12 turns on the ferrite ring):

7. Для крепления вибраторов сверлил два отверстия в скобах и продевал в них стяжки:

8. Затем выстовил все вибраторы по размерам и просверлил трубу сверлом 4 мм. В эти отверстия вставил поднатяг штифты из Икеа. / IKEA plugs is used for fix clips on tube:

9. Для крепления рации поставил ещё две скобы и примотал её липучкой из набора Икеа для монтажа кабелей:

10. Из ручки для мётел и скоб сделал держалку-мачту: / Antenna support:

11. Конструкция конечно не идеальная, но зато жесткая и простая:

12. На даче сделал мачту. Антенна на высоте 3 метра:

13. Первое QSO провёл с балкона на 28 км до радиокультового репитера. / First QSO with Moscow FRN repeater (~28 km):

14. Вчера открывал селятинский репитер, до которого 50 км. / Second QSO with repeater located is Selyatino (~50 km).

Если есть вопросы – пишите, отвечу. / Ask the questions, i will answer )

Патент США на антенну Yagi с балансировочной пластиной Патент (Патент № 7 286 097, выданный 23 октября 2007 г.)

Уровень техники

Линия передачи, такая как коаксиальный кабель, который подключен к антенне, такой как антенна Яги, может излучать энергию, которая серьезно ухудшает как усиление, так и диаграмму направленности антенны. В идеале равные и противоположные токи протекают от коаксиального кабеля к клеммам симметричной антенны. Однако на практике энергия излучается от внешнего проводника (экрана) коаксиального кабеля.Обычный метод, используемый для минимизации такого излучения, заключается в подключении симметрирующего устройства (что означает «сбалансированный / несимметричный») в цепи, которая заставляет коаксиальный кабель подавать равные и противоположные токи в антенну. Балун в основном представляет собой трансформатор с проволочной обмоткой или специально подключенную распределенную линию передачи, что приводит к механическим и электрическим недостаткам. Механический недостаток заключается в том, что «балун» должен быть защищен от влаги и воздействия солнечных лучей, а «балун» может быть громоздкой деталью, которая вызывает большую выпуклость в антенне.Электрический недостаток состоит в том, что симметрирующий трансформатор вносит потери, тем самым уменьшая усиление антенны и, следовательно, ее эффективность. Балун также увеличивает стоимость изготовления. Было бы полезно заменить антенну, которая минимизировала излучение от линии передачи, такой как коаксиальный кабель, простым и дешевым способом, который позволил бы избежать недостатков симметрирующего устройства.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения предоставляется антенна, в частности антенна Yagi, которая минимизирует излучение от линии передачи, такой как коаксиальный кабель, который передает сигналы к антенне или от нее. таким образом, чтобы избежать необходимости в симметрирующем устройстве, тем самым снижая стоимость антенны и делая ее более компактной и эффективной.Предоставляется антенна Yagi такого типа, которая имеет плоскую структуру Yagi, со штангой, которая проходит в переднем и заднем направлениях, и с множеством направляющих, которые проходят в поперечном направлении через штангу. Антенна улучшена за счет наличия уравновешивающего выступа, который выступает сбоку с одной стороны стрелы. Коаксиальный кабель соединен со структурой Яги с помощью электрической муфты, которая включает в себя изогнутый диполь, образованный металлической пластиной. Металлическая пластина установлена ​​на диэлектрическом разделителе, который расположен лицевой стороной рядом с задней частью структуры Яги.Металлическая пластина образует петлю, имеющую длинные по бокам переднюю и заднюю части петли, причем задняя часть петли имеет зазор. Внутренний и внешний коаксиальные проводники подключены к задней части петли на противоположных сторонах зазора. Уравновешивающий язычок находится на небольшом расстоянии впереди от передней части петли, на той же стороне стрелы, что и сторона зазора, к которому подсоединяется внешний проводник коаксиального кабеля.

Металлическая пластина, которая образует петлю, и разделитель, может быть установлена ​​на структуре Яги с помощью пары простых винтов, а металлическая пластина, образующая петлю, лишь слегка выступает из плоскости элементов Яги.В результате получается простая и легко сконструированная компактная антенна.

Новые признаки изобретения подробно изложены в прилагаемой формуле изобретения. Изобретение будет лучше всего понято из следующего описания, когда его читают вместе с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой вид сверху антенны согласно настоящему изобретению.

РИС. 2 – вид справа антенны, показанной на фиг. 1.

РИС.3 – частичный вид снизу антенны, показанной на фиг. 1.

РИС. 4 – частичный вид сверху антенны, показанной на фиг. 1, причем диэлектрическая рамка показана только пунктирными линиями.

РИС. 5 – вид в разрезе части антенны по линии 5 5 на фиг. 4.

РИС. 6 – изометрический вид другой антенны согласно изобретению.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

ФИГ. 1-3 показана антенна Яги 10 (названная в честь изобретателя Яги Хидецуги), которая является высоконаправленной антенной для электромагнитного излучения, при этом конкретная проиллюстрированная антенна была сконструирована для использования в полосе частот сотового телефона 1900 МГц.Антенна Yagi включает в себя электрически проводящую структуру Yagi 12 , имеющую удлиненную стрелу 14 , которая удлинена в переднем и заднем направлениях F, R и которая имеет в поперечном направлении L противоположные стороны стрелы 20 , 22 и противоположные стороны стрелы 24 , 26 . Конструкция Yagi также имеет множество направляющих 28 , каждая из которых удлинена в боковых направлениях L, каждая проходит поперек стрелы и каждая имеет части равной длины на противоположных в поперечном направлении сторонах стрелы.Структура Яги также включает в себя отражатель 30 , который расположен позади направляющих 28 и обычно имеет большую поперечную длину, чем направляющие. Антенна излучает энергию в прямом направлении F и принимает излучение, движущееся в обратном направлении R.

Направляющие 28 включают в себя самый задний директор 32 , который находится впереди рефлектора 30 и называется первый директор. Постепенно более перспективных директоров называют вторыми, третьими и т. Д.директора и имеют одинаковую боковую длину или имеют постепенно уменьшающуюся длину. Задняя концевая часть 34 антенны Яги, которая лежит в задней части 35 конструкции Яги, является поддерживаемой областью, в которой обычно поддерживается антенна. Вся структура Яги 12 сформирована из пластины из проводящего материала, например алюминия.

Как показано на фиг. 4, высокочастотные сигналы передаются к структуре Яги и от нее по линии передачи, такой как коаксиальный кабель 40 , который имеет внутренний и внешний проводники 42 , 44 .Сигналы передаются между кабелем и структурой Яги посредством соединительного узла 50 , который включает в себя сложенный диполь 52 в форме петли 54 . Петля имеет переднюю и заднюю части петли 60 , 62 и имеет стороны петли 64 , 66 , которые соединяют вместе каждую пару смежных концов передней и задней частей петли. Задняя часть петли имеет зазор 70 , а внутренний и внешний проводники коаксиального проводника подключены к противоположным сторонам зазора 72 , 74 задней части петли, при этом показаны паяные соединения.

Как показано на фиг. 5, каждая передняя и задняя части петли 60 , 62 прилегают к поверхности 24 структуры Яги. Петля 54 образована металлической пластиной с одной гранью 64 металлической пластины, лежащей лицом (их смежные грани параллельны и примыкают или близко) к грани 24 структуры Яги, с изоляцией, или диэлектрическая прокладка или прокладка 76 , лежащая между ними. Диэлектрическая прокладка 76 является частью диэлектрического корпуса 78 , который окружает электрическую муфту, и вместе корпус и муфта образуют муфту в сборе 50 .Как показано на фиг. 4, стрела Yagi образована, по меньшей мере, с одной монтажной проушиной, а предпочтительно с парой монтажных проушин 80 , 82 . Монтажные проушины имеют отверстия 84 , в которые вставляются крепежные детали 86 (фиг. 5), которые выступают через проушины стрелы Yagi, через проставочную часть 76 и через отверстия в петле. Металлическая пластина, образующая петлю, имеет примерно такую ​​же толщину, как структура Яги и разделительная часть 76 , поэтому толщина антенны с электрической связью имеет тот же порядок величины, что и сама структура Яги.В результате антенна Yagi компактна. Металлическая пластина, образующая петлю 54 , лежит в области крепления 85 (фиг. 3), которая находится между отражателем 30 и первым директором 32 .

Несмотря на попытку сбалансированной передачи сигналов посредством электрической связи 50 между коаксиальным кабелем и структурой Яги, токи протекают таким образом, что приводит к излучению от внешнего проводника 44 коаксиального кабеля.Ранее такой дисбаланс компенсировался использованием симметрирующего устройства (сокращенно от сбалансированного до несимметричного) в виде трансформатора с обмоткой или специально подключенной линии передачи. Такой балун имеет значительный объем и приводит к менее компактной, менее эффективной и более дорогой антенне.

В соответствии с одним признаком настоящего изобретения заявитель значительно минимизирует излучение сигналов от внешнего проводника 44 коаксиального кабеля с помощью балансировочного язычка 90 .Уравновешивающий язычок имеет форму электрического проводника, который проходит с одной стороны стрелы и находится на небольшом расстоянии от петли 54 электрической муфты. Уравновешивающий язычок имеет поперечную длину D (фиг.4), которая меньше средней длины направляющих 28 и меньше средней длины выступа директора из стрелы, и лежит впереди передней части петли . 60 . Расстояние A (фиг. 5) между ними того же порядка величины, что и расстояние между петлей 54 и структурой Yagi 12 , а язычок находится сзади от первого директора 32 .

Заявитель обнаружил, что эффекты нежелательного излучения передачи в антенне Yagi можно подавить с помощью язычка, когда заявитель случайно коснулся штанги антенны Yagi отверткой во время контроля характеристик антенны, и обнаружил, что характеристики были улучшены. Дальнейшие эксперименты показали, что язычок предпочтительно имеет форму, положение и размер, показанные на чертежах. Вкладыш легче всего добавить, построив структуру Яги в виде металлической пластины, при этом язычок является частью пластины.Язычок 90 проходит с той же стороны 22 стрелы, что и сторона 72 зазора петли, где подсоединяется внешний проводник коаксиального кабеля, для соединения между петлей и балансировочной лапкой. Вкладка работает, наводя токи во внешнем проводнике (экране) коаксиального кабеля, которые нейтрализуют нежелательные токи экрана, вызванные подключением несимметричного кабеля к симметричной антенне. Заявитель предпочитает, чтобы язычок не выступал с противоположной стороны 20 конструкции Yagi, хотя язычок с другой длиной может выступать туда с оптимальной производительностью, достигаемой за счет изменения расстояния между выступом другой длины и соединительным узлом 50 .

Антенна Яги конструируется сначала путем формирования структуры Яги 12 (включая балансировочный язычок) из металлической пластины, например, из алюминия. Отверстия под винты 84 просверлены в монтажных ушках 80 . 82 . Сложенная дипольная петля 54 помещается в диэлектрический корпус 72 , а жилы коаксиального кабеля припаиваются. Комбинация петли и корпуса размещается лицевой стороной к одной стороне конструкции Яги, при этом отверстия в корпусе совпадают с отверстиями в монтажных ушках.Пары крепежных винтов , 86, проходят через проушины и диэлектрическую прокладку и ввинчиваются в резьбовые отверстия 94 в петле. Затем закрывают крышку 100 корпуса. Над головками винтов лежит небольшая крышка 102 .

Заявитель сконструировал и успешно испытал антенну, показанную на рисунках, которая была разработана для передачи в диапазоне сотовых телефонов 1900 МГц. Антенна имела длину штанги 330 миллиметров при измерении от задней части отражателя 30 до переднего конца штанги и ширину штанги B 6 мм.Хотя поперечная длина направляющих немного меняется, их длина E составляет примерно 64 мм, их продольные размеры C составляют примерно 6 мм, и они выступают примерно на 29 мм с каждой стороны стрелы. Уравновешивающий язычок 90 имел такую ​​же продольную длину C, что и направляющие, и выступал на расстояние D 12 мм с одной стороны стрелы. Это расстояние D выступа составляет менее половины средней поперечной длины E направляющих, меньше, чем боковой выступ G направляющих от стрелы, и предпочтительно составляет не более половины выступа директора G.Конструкция Яги была сформирована из алюминиевой пластины толщиной 2 мм для обеспечения достаточной прочности. Расстояние А между уравновешивающим язычком и токопроводящей петлей составляло 3 мм, предпочтительно не более одного сантиметра.

РИС. 6 иллюстрирует значительно упрощенную и неэффективную сбалансированную антенну 120 , которая включает в себя сбалансированную структуру в виде дипольной структуры 122 , подключенную к линии передачи в виде коаксиального кабеля 40 .Эта антенна будет излучать, хотя и гораздо менее эффективно, чем если бы к ней была присоединена структура Яги, как на фиг. 1-5. Конструкция диполя включает две токопроводящие дипольные части 124 , 126 , которые проходят в противоположных радиальных направлениях от оси антенны 130 . Внутренний коаксиальный проводник 42 кабеля соединен с радиально внутренним концом первой части диполя 124 . Внешний коаксиальный провод 44 кабеля соединен с радиально внутренним концом второй части диполя 126 .Детали показаны установленными на изоляционной плите 134 .

Дипольная структура излучает энергию, но излучаемая энергия ухудшается из-за излучения внешнего проводника кабеля 44 . Заявитель противодействует таким излучениям от внешнего проводника кабеля, создавая балансировочный язычок 132 , который является удлиненным и проходит параллельно и примыкает ко второй части диполя 126 . Заявитель отмечает, что части диполя , 124, , , 126, соответствуют противоположным сторонам 62 A, 62 B задней петлевой части сложенного диполя на фиг.4.

Таким образом, изобретение обеспечивает антенну, и особенно антенну Яги, которая минимизирует излучение от части подключенной линии передачи, такой как внешний проводник коаксиального кабеля. Такое излучение подавляется балансировочной пластиной. Балансировочный язычок находится впереди диполя или электрической петли связи, а в случае Yagi выступает со стороны стрелы Yagi, которая находится ближе всего к внешнему проводнику коаксиального кабеля. Коаксиальный кабель соединен со структурой Яги с помощью изогнутого диполя в форме проводящей петли, вытянутой в поперечном направлении и которая может быть изготовлена ​​из металлической пластины.Коаксиальные проводники коаксиального кабеля подключены к противоположным сторонам задней части петли, на противоположных сторонах зазора в ней. Петля механически соединена с конструкцией Яги, причем плоскость металлической пластины петли расположена параллельно поверхности пластины конструкции Яги, а между ними находится диэлектрическая прокладка корпуса.

Хотя здесь были описаны и проиллюстрированы конкретные варианты осуществления изобретения, очевидно, что модификации и вариации могут легко возникнуть у специалистов в данной области техники, и, следовательно, предполагается, что формула изобретения должна интерпретироваться как охватывающая такие модификации и эквиваленты.

ОСНОВЫ ДИЗАЙНА АНТЕННЫ YAGI антенна!


Мелодия Около!
ПОИСК

CQ-Calling All Радиолюбители!
О Hamuniverse
Конструкция антенны
Безопасность антенн!
Спросите у Элмера

О батареях
Нормы кодирования
Компьютерная помощь
Электроника
FCC Информация
Подсказки для радиолюбителей
Юмор
Новости радиолюбителей!
Обзоры публикаций
Обзоры продуктов
Видео Радиолюбителей!
HF и Shortwave

Лицензия Study
Links
Midi Music
Читальный зал
Основы работы с ретранслятором
Повторитель Строители
RFI Советы и Уловки
Ham Satellites
Коротковолновое прослушивание
SSTV
Поддержка сайта
МАГАЗИН
Vhf and Up
Политика конфиденциальности 9000 Контакты Конфиденциальность
9000

Реклама Информация

БАЗОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ АНТЕННЫ ЯГИ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТ

Полезно нетехническая, теоретическая информация для пользователя по конструкции антенны
Yagi и «Как понять базовый код Яги
». Сжатый и отредактированный из различных источники


Это статья не предназначена для ознакомления с деталями конструкции для создания Яги.Он разработан, чтобы дать вам лучшее понимание того, как Yagi разработан, и основные функции каждого из его части.

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ЯГИ
Слово «Яги» используется для опишите тип антенны и приписывается очень известным японским экспертам по антеннам по именам Яги и Уда! Большинство радиолюбителей называют этот тип антенны “Яги”, а не использовать оба мужских имена.

Они обнаружили, что путем добавления «элементов» различной длины и расстояния перед дипольной антенной и за ней, чтобы производительность и эффективность диполя могут быть значительно увеличился, и диаграмма дипольной высокочастотной энергии могла быть “излучаемой” или сфокусированы в одном направлении, в результате чего он кажется что передатчик потреблял намного больше энергии, чем было на самом деле, давая гораздо более сильные сигналы как при приеме, так и передать!

Общая базовая часть антенны Yagi конструкция состоит из диполя с “резонансным” питанием ( диполь – это ведомый элемент и на картинке сверху и второй слева), с одним или несколькими паразитарные элементы.
Эти паразитические элементы называются «отражателем» и «директорами».
Отражатель находится в крайнем левом углу на картинке выше, и все директора элементы, начиная с третьего элемента слева и продолжая правая часть изображения.

The горизонтальный участок между всеми элементами в Яги называется бум.

Экспериментально они определили, что «эффект» их конструкций создали гораздо более «мощные» антенны по сравнению с стандартный диполь, просто добавив к нему еще несколько элементов.
Они также узнал, что, изменив пространство между элементами, и длины элементов, чтобы они могли “настраивать” его, чтобы получить различную результаты в зависимости от того, что они хотели. Они обнаружили, что они могут изменить его форвардный “выигрыш”, а также то, что они могут изменить как он работал в других аспектах.


THE ЭЛЕМЕНТЫ ЯГИ

ПРИВОДНОЙ ЭЛЕМЕНТ
Ведомым элементом Яги является точка подачи где подводящая линия присоединена от передатчика к Яги, чтобы выполнить передачу мощности от передатчика к антенна.
Элемент, управляемый диполем, будет “резонансным”, когда его электрическая длина составляет 1/2 длины волны частоты, подаваемой на его питание. точка.
Точка подачи на картинке выше находится в центре ведомый элемент.

ДИРЕКТОР
Директор (и) самый низкий из паразитические элементы, и этот конец Яги направлен на получение станция. Он резонансный по частоте немного выше, чем у ведомого элемента, и его длина будет примерно на 5% короче, чем у ведомый элемент.Длина режиссера (ов) может варьироваться в зависимости от расстояние между директорами, количество директоров, используемых в антенне, желаемое шаблон, ширина полосы шаблона и диаметр элемента. Количество директоров которые можно использовать, определяются физическим размером (длиной) поддерживающая стрела, необходимая для вашей конструкции.
Директор / директора привыкли обеспечить антенну диаграммой направленности и усилением.
Величина усиления прямо пропорциональна длине антенной решеткой, а не количеством используемых директоров.В расстояние между директорами может варьироваться от 0,1 длины волны до 0,5 длины волны или больше и будет во многом зависеть от проектных характеристик антенна.

ОТРАЖАТЕЛЬ
Отражатель – это элемент, который размещен в задней части ведомого элемента (диполя). Это резонансный частота ниже, а его длина примерно на 5% больше, чем у ведомый элемент. Его длина будет варьироваться в зависимости от расстояния и диаметр элемента.Расстояние между отражателем будет между 0,1. длина волны и 0,25 длины волны. Его интервал будет зависеть от усиления, требования к полосе пропускания, соотношению F / B и диаграмме боковых лепестков конструкция антенны.

ПОЛОСА И ИМПЕДАНС
Импеданс элемент – это значение чистого сопротивления в точке питания плюс любое реактивное сопротивление (емкостное или индуктивное), которое присутствует в этой точке питания. Из здесь первостепенное значение имеет импеданс ведомого элемента, точка на антенне, где передача РЧ от фидерной линии занимает место.
Максимальная передача энергии ВЧ при расчете частота возникает, когда полное сопротивление точки питания равно импеданс фидерной линии. В большинстве конструкций антенн фидер сопротивление будет 50 Ом, но обычно сопротивление точки питания Яги редко бывает 50 Ом. В большинстве случаев он может варьироваться примерно от 40 Ом до примерно 10 Ом, в зависимости от количества элементов, их разнесения и ширины диаграммы направленности антенны. Если линия подачи импеданс не равен импедансу точки питания, ведомый элемент не может эффективно передавать радиочастотную энергию от передатчика, поэтому отражая его обратно к фидерной линии, получая коэффициент стоячей волны.По этой причине устройства согласования импеданса настоятельно рекомендуются для получение наилучших характеристик антенны.
Полоса полного сопротивления ведомый элемент – диапазон частот выше и ниже центра расчетная частота антенны, на которую будет приходиться точка питания ведомого элемента. принять максимальную мощность (RF) от питающей линии.
Целью проектирования является чтобы реактивное сопротивление на центральной расчетной частоте Yagi = (0) ,,, (j + 0).
Устройство согласования импеданса теперь будет работать в оптимальном режиме. пропускная способность.Большое расстояние между элементами, большой диаметр элемента, широкий рисунок полоса пропускания и системы согласования с низким «Q» – все это добавит к более широкому импедансу пропускная способность.

ОБ ИЗОБРАЖЕНИЯХ АНТЕНН
диаграмма направленности антенны или полярная диаграмма, как ее иногда называют важную роль в общих характеристиках антенны Yagi.
направленное усиление, отношение передней и задней части, ширина луча и нежелательные (или желаемые) боковые лепестки вместе образуют общую диаграмму направленности.Антенны ширина полосы диаграммы направленности – это диапазон частот выше и ниже частота проектирования, при которой шаблон остается неизменным.
количество отклонений от целей проектной спецификации антенны, которые могут быть терпимым – это субъективно, и ограничения, заложенные в дизайн, в основном дело выбора дизайнера. “Другими словами … торговля оффс ».


Директора с равным интервалом и одинаковой длиной дают более высокий коэффициент усиления на определенной частоте, но полоса пропускания больше создаются узкие и большие уровни боковых лепестков.
Широкий интервал будет увеличьте полосу пропускания, но боковые лепестки станут большими.
Автор варьируя как расстояние, так и длину режиссера, шаблон и шаблон пропускная способность может быть более контролируемой.
Больше директоров в рамках данного бума длина не сильно увеличит прирост, но даст вам лучший контроль диаграммы направленности антенны в более широком диапазоне частот в группе дизайна.
Если вы уменьшите длину каждого последующего директор на заданный коэффициент (%), И увеличивайте интервал между каждым последующим режиссер еще одним фактором, очень чистый узор с хорошим рисунком пропускную способность можно получить.
TRADE OFF … будет небольшой потерей в оптимальное прямое усиление (от 10% до 15%).
Короче … когда вы вносите изменения в одну часть антенна, это изменяет характеристики другой части ….. все изменения взаимодействуют друг с другом и финальное выступление!

GAIN или СООТНОШЕНИЕ ФРОНТАЛЬНО-ЗАДНИЙ
Благодаря конструкции с максимальным прямым усилением главный лепесток сужается как в вертикальной, так и в азимутальной плоскостях, а задний лепесток всегда присутствует.Когда вы проектируете задний лепесток, узор становится шире, и усиление вперед уменьшается. В некоторых случаях боковые лепестки становятся довольно большой.

ЯГИ – СЧАСТЛИВЫЙ ЯГИ!
Есть много способов накормить яги, но они могут можно разделить на две основные категории:
сбалансированное питание и несбалансированное питание. кормить.

Сбалансированная система подачи:
Настоящая может дать более широкую полосу импеданса, но основная проблема заключается в том, что ведомый элемент в большинстве случаев необходимо разрезать по центру и изолировать со стрелы.Помимо конструктивных соображений, это лучший вариант. системы кормления. Соответствие требованиям сбалансированной системы согласования обычно основная проблема, но есть много доступных методов.
Один метод состоит в том, чтобы не разделять ведомый элемент и использовать совпадение “Т”, которое может можно описать как два гамма-совпадения по обе стороны от центра элемент, питаемый балуном 1: 1 в центре.
Главный недостаток в том, что это сложно настроить.

Несбалансированная система подачи:
Другой метод (для точки питания с низким сопротивлением) использует разъемный элемент, изолированный от стрелы, и питается «балуном 4: 1 с понижением», созданным путем объединения двух 1/4 секции коаксиального фидера с длиной волны параллельно, присоединяя равный длина изолированного провода до внешней стороны этих секций, а также соединительные к центральным проводам на конце точки питания и к экранам на конец фидерной линии.Импеданс этого типа «балуна» должен быть равен или около среднего значения между импедансом точки питания и линией питания сопротивление.
Например, две параллельно включенные секции 75 Ом будут равны 37,5 Ом и будет согласовывать точку питания 25 Ом с линией питания 50 Ом с диапазоном от 1,0 до 1 КСВ.
Самый распространенный Метод, используемый радиолюбителями сегодня, – это гамма-совпадение. Это обеспечит легкий и надежный метод согласования с точкой подачи без потери пропускная способность.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СОЗДАНИЕ ЯГИ ИЗ ЦАРАПИНЫ ИСПОЛЬЗУЯ КОМПЬЮТЕР!

W7RAI имеет очень хорошую программу проектирования Yagi на основе DOS, которая можно скачать БЕСПЛАТНО!
Это избавит вас от утомительной математики и разочарования, связанные с проектированием Яги.
Он будет «спроектировать» многоэлементный Yagi для частот до 999 МГц. Вы просто скачиваете это по ссылке ниже распаковать, установить и запустить. Вы можете настроить многие из переменные в нем, чтобы создать Яги, который будет хорошо работать для вас.Там есть также программа в нем, которая будет создавать гамму соответствие.

Запустите QYUTIL.EXE в ПРОГРАММЕ QY4 из WA7RAI для детали конструкции гамма-соответствия.

Подробнее о ПРОГРАММЕ АНТЕННЫ QY4 ЗДЕСЬ.



СМОТРЕТЬ 6 ЭЛЕМЕНТОВ 2 МЕТРА SSB (144.250) КОНСТРУКЦИЯ ЗДЕСЬ

Дополнительную информацию о конструкции антенны и системах питания см. Справочник радиолюбителей, Справочник по антеннам ARRL, Dr.Яги Дж. Л. Лоусона Antenna Design (ARRL), или Справочник радиоинженера Билла Орра, чтобы назовите лишь несколько.
Спасибо всем, кто делает дизайн антенны для радиолюбителей. и экспериментирование – фантастическое хобби для любителей. Радио.

Антенна ARRL!
ОТЛИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ТЕОРИИ, КОНСТРУКЦИИ И ПРОЕКТЫ! ЭКСПЕРИМЕНТ! ЭКСПЕРИМЕНТ! ЭКСПЕРИМЕНТ!

Вернуться к конструкции антенны страница проектов!

Наши потрясающие предложения по certkiller act онлайн Таблицы для подготовки и экзаменов – ccda – сертификация хорошо подготовит вас к финальным экзаменам – онлайн ged – сертификационный экзамен.Наше тестирование – сертификация cissp – сертификация готовит вас к большому успеху экзамена testinside ccnp.





Hamuniverse.com использует сеть Green Geeks Web Хостинг!

Антенны Яги-Уда с электрическим приводом для света

Проектирование и изготовление антенн

Антенные системы Яги-Уда с электрическими соединениями состоят из золотых структур, размещенных непосредственно на стекле, чтобы гарантировать беспрепятственный оптический доступ через иммерсионное масло объектив снизу (ср.Рис. 2а). Они изготовлены путем измельчения методом FIB химически выращенных микропластинок монокристаллического золота 28 (дополнительное примечание 8). Подающие элементы электрически соединены с помощью изогнутых монокристаллических проволок, оптимизированных для FDTD (см. Дополнительное примечание 5 и рис. 1a, b), к структурам испаренных электродов, доступ к которым осуществляется с помощью микроманипуляторов (дополнительное примечание 7). Такая конструкция обеспечивает электрическое соединение с низким сопротивлением в области зазора без нарушения оптических полей 27 .

Рис. 2: Диэлектрофорез с обратной связью и характеристика антенн Яги-Уда.

a Схема установки DEP: в то время как спектры рассеяния белого света в темном поле непрерывно регистрируются, подается высокочастотное переменное напряжение. Как только частица осаждается в зазоре, спектр значительно смещается в красную область, как показано в b , и впоследствии напряжение отключается. c e Связанные изображения SEM для различных частот DEP, показывающие оптимум одночастичного притяжения на 8.5 МГц. f i SEM-изображения и j связанные спектры отражателя (зеленый), ненагруженного питающего элемента (красный), директоров (синий), а также полностью собранной антенны Яги-Уда (черный). Пунктирная красная линия в j представляет собой дельту всей антенны без директоров и отражателя и соответствует элементу питания, который теперь загружен и смещен в красную сторону из-за частицы внутри зазора. k Спектр рассеяния в зависимости от энергии антенны Яги-Уда (такой же, как в j ) и результирующие спектры электролюминесценции (EL) для различных напряжений.С ростом напряжения пик электролюминесценции смещается в синюю сторону и становится сильнее, как показано желтой стрелкой (см. № 7 ). Обратите внимание, падение напряжения близко к нулю. Масштабные линейки, 50 нм.

Для генерации света мы используем неупругое электронное туннелирование (IET), которое было впервые обнаружено в планарных туннельных переходах MIM 29 в 1976 году и позже изучено в экспериментах STM 30 . Когда электроны туннелируют через наноразмерный барьер, могут происходить неупругие процессы, в которых электроны теряют энергию из-за генерации света (см.Рис. 1г). Эффективность IET может быть значительно увеличена за счет высокой локальной плотности оптических состояний (LDOS) 20,21,22 . IET предлагает явные преимущества, такие как отсутствие каких-либо активных материалов, что приводит к большой пропускной способности, предлагая при этом эффективность до 2% 22 . В предыдущей работе мы использовали двухэтапный процесс для реализации необходимого туннельного зазора 1 нм: сначала антенные структуры с зазором ~ 25 нм были изготовлены методом фрезерования FIB, а затем были изготовлены частицы золота с оболочкой CTAB толщиной 1 нм. брошен на образец.Затем подходящие частицы вставляли в зазоры антенны, используя консоль атомно-силового микроскопа 20 . Несмотря на то, что этот подход является успешным, он имеет несколько недостатков: проблематично выталкивать частицы на большие расстояния, т.е. требуется покрытие ~ 1 частица на квадратный микрометр, частицы легко застревают при прикосновении к антеннам в непредусмотренных местах и ​​только в меньшей части. частицы, попавшие в антенный зазор, фактически касаются обеих рук и приводят к работающим устройствам.Кроме того, необходимо удалить излишки частиц вблизи антенн, чтобы обеспечить беспрепятственную оптическую характеристику. Поскольку антенны Yagi-Uda геометрически намного сложнее, этот подход типа drop-and-push больше не подходит. Поэтому мы вводим DEP 31,32 в процесс изготовления и продвигаем его для контролируемого осаждения одиночных частиц с помощью механизма обратной связи.

Для выполнения DEP капля воды, содержащая частицы золота, помещается поверх антенных структур (см.Рис. 2а). Один из двух электродов заземлен, а к другому электроду приложено переменное электрическое поле, чтобы поляризовать частицы в растворе. В зависимости от напряжения и частоты частицы затем притягиваются к участкам с наибольшим градиентом поля, то есть к зазору питания. Чтобы гарантировать, что ровно одна частица помещается в антенный зазор, мы непрерывно отслеживаем спектр рассеяния белого света антенны с частотой повторения 10 Гц. Когда частица попадает в зону подачи, спектр сильно смещается в красную область, и смещение становится сильнее с каждой последующей частицей (см.рис.2б – д). Таким образом, мы оптимизировали основные параметры (напряжение, частоту, разбавление) и достигли степени успешности осаждения отдельных частиц 49,8% (см. Дополнительное примечание 9).

Оптимизация геометрии

Для получения наилучших возможных соотношений FB (см. Определение на рис. 1c) расстояния и размеры отдельных элементов Yagi-Uda были оптимизированы (см. Дополнительные примечания 1 и 6). В принципе, резонанс отражателя должен быть сдвинут в красную сторону относительно частоты возбуждения, а резонанс директора – в синий цвет, чтобы получить направленность.Модель квазистатического диполярного взаимодействия 6 (дополнительное примечание 3) показала, что при допущении резонансов рефлектора и директора на 890 нм и 680 нм соответственно и размещении рефлектора на расстоянии 200 нм от питающего элемента отношение FB достигает максимума при частотах возбуждения 860 нм и расстоянии между директорами 200 или 330 нм. Более точные численные расчеты методом граничных элементов (BEM) 33 (дополнительное примечание 4), которые включают замедление, взаимодействия более высокого порядка и неоднородное окружение (поверхность раздела воздух-стекло), приводят к небольшому синему сдвигу частоты возбуждения до 850 нм, отношения FB около 8 дБ и оптимальное расстояние между директорами ~ 130 или ~ 240 нм (дополнительный рис.6). Из практических соображений мы выбрали последний интервал для наших экспериментов.

Чтобы изготовить такую ​​антенну Яги-Уда, мы сначала изучили отдельные элементы по отдельности и согласовали их оптические свойства (положение резонанса и ширину) с нашими моделями, слегка изменив изготовленную геометрию. На рис. 2f – j показаны СЭМ-изображения и соответствующие спектры рассеяния конечных элементов, а также полностью собранная антенна. Как и предполагалось, резонансные положения отражателя и директоров происходят на 890 нм и 680 нм, соответственно, в то время как элемент питания и вся антенна Yagi-Uda находятся в резонансе около 800 нм.(Обратите внимание, что частота возбуждения будет на красной стороне резонанса, и поскольку элемент питания смещается в красную сторону по-разному в зависимости от детального местоположения частицы (см. Ссылку 20 ), ее спектр оценивается путем вычитания пассивных элементов из Яги-Уда на Рис. 2j.) Все геометрические параметры перечислены в Дополнительной Таблице 1.

Оптоэлектронные характеристики

Электролюминесценция измерялась путем приложения напряжения постоянного тока до 1,8 В и сбора излучаемого света с помощью датчика с высокой числовой апертурой. задача.Соответствующие результаты на рис. 2k демонстрируют пик излучения, который сдвигается в синий цвет и увеличивается по амплитуде с увеличением напряжения. Предыдущие эксперименты показали, что высокий LDOS в антенном зазоре ответственен за повышенную скорость неупругого туннелирования, т.е. пик излучения – и что синий сдвиг, а также увеличение амплитуды можно объяснить с помощью модели квантово-дробового шума 20 . Чтобы предотвратить разрушение антенны, мы ограничили подаваемое напряжение до 1,8 В, что привело к максимуму излучения около 870 нм, что близко к идеалу для управления антенной Яги-Уда.Кроме того, падение напряжения между приложенным напряжением и максимальной энергией испускаемых фотонов в эВ близко к нулю, что указывает на наличие только одного туннельного барьера. Это соответствует изображениям с высоким разрешением, полученным на сканирующем электронном микроскопе, после завершения всех оптических измерений (см. Рис. 1b).

Для того, чтобы экспериментально оценить соотношение FB, мы записали диаграмму излучения электролюминесценции путем визуализации в задней фокальной плоскости для различных антенн и оценили их с помощью обычного «пиксельного» метода, используемого Курто и др. 8 и более точный «площадной» метод, предложенный Gurunarayanan et al. 25 . См. Дополнительное примечание 2 для определения определений и обсуждения ошибок.

Сначала в качестве эталона мы исследовали дипольную антенну (рис. 3a) и наблюдали отношение FB 1,5 ± 1,4 дБ и 0,1 ± 0,2 дБ как для пиксельного, так и для площадного метода, соответственно, что близко к теоретическому ожидаемому 0 дБ. На рисунке 3 также показаны результаты для трех экспериментальных антенн Яги-Уда. Первая антенна Яги-Уда показана на рис.2 и показывает направленность 6,6 дБ или 5,3 дБ соответственно. Это большее значение, чем максимальное значение в 6 дБ (пиксельный метод), измеренное Курто и др. для оптических антенн Yagi-Uda, а также максимальные 5 дБ (площадной метод), полученные Gurunarayanan et al. с их подходом к витой дипольной антенне. Нам удалось изготовить несколько антенн с аналогичными или лучшими характеристиками, а две оставшиеся антенны на рис. 3 показывают отношения FB до 9,1 / 6,5 дБ. Эти результаты превышают значения ранее опубликованных оптических антенн и, следовательно, подчеркивают потенциал электрических антенн Яги-Уда для света.Различия между отдельными антеннами можно проследить до небольших отклонений в геометрии антенны и размещении частиц. Кроме того, результаты качественно и количественно очень близки к численным результатам расчетов FDTD (см. Дополнительное примечание 5 и таблицу 1), показанным на рис. 3j, что указывает на предел этой конструкции около 10 дБ.

Рис. 3: Сравнение дипольной антенны и антенны Яги-Уда.

a e СЭМ-микрофотографии одного диполя, а также трех антенн Яги-Уда и эскиз модели FDTD. f j Соответствующие схемы излучения. В то время как дипольная антенна имеет сбалансированное излучение, антенны Яги-Уда показывают высокую направленность вправо (прямое направление) и почти полное отсутствие излучения влево (обратное направление). Смежные числа дают результирующие соотношения FB, определенные площадным (пиксельным) методом. Области интеграции указаны в и .

Пределы антенн Яги-Уда в оптическом режиме

Для дальнейшего улучшения отношения FB можно просто добавить больше директоров в схему, аналогичную режиму RF 34 .Мы изготовили антенны, содержащие до 15 элементов (см. Дополнительное примечание 10), и показываем примерные характеристики излучения на рис. 4c. Несмотря на то, что эти антенны излучали свет при подаче постоянного напряжения, отношения FB были на удивление низкими – всего 3,1 дБ (пиксельный метод) и 1,9 дБ (площадный метод), соответственно, что ниже наименьшего отношения FB, наблюдаемого в антеннах с тремя директорами. . В целом мы обнаружили тенденцию к тому, что с увеличением количества директоров коэффициент FB уменьшается. Причина такого контринтуитивного поведения заключается в асимметричном диэлектрическом окружении воздух-стекло и последующем преломлении света в подложку с более высоким показателем преломления.Это означает, что каждый дополнительный директор, расположенный на шаг дальше от источника, достигается меньшим полем и, следовательно, может вносить меньший вклад в направленное излучение (дополнительное примечание 11). Кроме того, дополнительная длина пути, необходимая свету для прохождения от источника через более удаленные направляющие к детектору, расположенному под подложкой, приводит к фазовой задержке и, следовательно, к небольшой деструктивной интерференции на детекторе, то есть к меньшему сигналу. С каждым следующим директором эта деструктивная помеха увеличивается, что объясняет низкие значения FB для 15-элементной антенны.Капля иммерсионного масла на верхнюю часть структур могла бы легко обойти эти проблемы, поскольку она обеспечивает симметричное диэлектрическое окружение, но также препятствует прямому измерению диаграммы направленности излучения – главный лепесток выходит за пределы приемного угла даже объективов с высокой числовой апертурой. . Такие эксперименты потребуют усовершенствованных схем обнаружения и поэтому выходят за рамки настоящего исследования.

Рис. 4: Границы оптической антенны Яги-Уда.

a Расчетное прямое усиление обычной антенны Яги-Уда из нержавеющей стали в режиме RF (500 МГц) для различного количества директоров (черные кресты).Его аналоги в оптическом режиме (870 нм) для золотых и серебряных антенн (золотые и серебряные круги), а также гибридная система, состоящая из золотых антенн, встроенных в слой 300 нм Al 2 O 3 (красные кружки) . Случай трех директоров выделен (серая зона). b Перспективный эскиз оптической антенны с 13 директорами в предполагаемой однородной среде ( n = 1,52) и наложены рассчитанные характеристики излучения xz . c СЭМ-изображение реально построенной антенны Яги-Уда с 13 директорами и наложенных друг на друга измеренных характеристик излучения xz . Изгиб к низу обусловлен границей раздела воздух – стекло. Масштабные линейки, 200 нм.

Тем не менее, излучение в симметричном окружении можно смоделировать и сравнить с обычными радиочастотными антеннами Яги-Уда, чтобы оценить их характеристики. Поэтому мы смоделировали антенну, встроенную в однородную среду n = 1,52, скорректировали геометрию в соответствии с новой диэлектрической средой и построили результирующую диаграмму излучения xz на рис.4b. Как и ожидалось, форма рисунка теперь симметрична и имеет гораздо более высокий коэффициент FB – до 13,2 дБ на длине волны 870 нм. Это соответствует прямому усилению антенны 11,7 дБи. (Прямое усиление антенны, как определено на рис. 1c и дополнительном примечании 11, является показателем качества в технологии РЧ-антенн; к сожалению, оно контрастирует с отношением FB, которое трудно получить в нанооптических экспериментах.) На рис. 4a, это прямое усиление изображено как функция количества директоров для оптической антенны (длина волны излучения 870 нм), а также для обычного РЧ Яги-Уда (500 МГц, нержавеющая сталь, см. дополнительное примечание 11) с использованием стандартных алгоритмов 35, 36 .В обоих случаях прямое усиление начинается с относительно умеренных значений для небольшого числа директоров, сначала сильно увеличивается с увеличением числа директоров, но затем выравнивается и достигает плато около 12,0 дБи и 15,1 дБи соответственно. Это означает, что характеристика направленности этой оптической антенны Яги-Уда аналогична РЧ антенне.

Поскольку золото известно своими высокими потерями на поглощение в видимом режиме, мы провели моделирование с меньшими потерями, с одной стороны, за счет увеличения длины волны до телекоммуникационного режима (1.55 мкм), где внутризонные поглощения больше не вносят свой вклад, и, с другой стороны, за счет искусственного уменьшения мнимой части диэлектрической функции до 10% от ее номинального значения. Это уже приводит к увеличению максимального усиления до 12,8 дБи и 13,9 дБи соответственно (см. Дополнительный рисунок 18). Заменяя золото серебром с меньшими потерями, можно даже достичь значений RF, как показано на рис. 4a. Это доказывает, что оптические антенны Яги-Уда работают аналогично своим РЧ-аналогам и, следовательно, концепции теории радиочастотных антенн должны быть легко перенесены в оптические конструкции Яги-Уда для дальнейшего улучшения или адаптации их характеристик.

Отметим также, что оптические антенны Яги-Уда даже превосходят антенны ВЧ для небольшого количества директоров. Причина в том, что в случае ВЧ соединительные провода считаются бесконечно малыми и, следовательно, незначительными. В оптическом корпусе разъемы неизбежно имеют конечный размер и поэтому действуют как дополнительные пассивные элементы. Поэтому мы включили их в наши модели и оптимизировали их расположение для повышения направленности (дополнительное примечание 5), что особенно очевидно для небольшого числа директоров.

Наконец, для оптических полей можно формировать поток света, создав ландшафт индекса диэлектрической проницаемости. Для радиоволн эта способность очень ограничена из-за отсутствия подходящих материалов. Здесь мы рассматриваем встраивание антенны Яги-Уда в тонкую пленку с высоким показателем преломления, чтобы ограничить излучаемый свет двумерной волноводной модой. Встраивая антенны в слой Al 2 O 3 толщиной 300 нм и снова адаптируя геометрию, мы смогли значительно увеличить прямое усиление до 3.6 дБи. Это означает, что почти для любого количества директоров оптическая антенна Яги-Уда с волноводной связью превосходит по характеристикам ВЧ антенны из нержавеющей стали и чистого серебра – см. Красные кружки на рис. 4a. Повышение производительности особенно заметно для небольшого количества директоров (например, до 12,1 дБи для трех директоров), а также особенно интересно, поскольку открывает путь к высоконаправленным оптическим антеннам с очень малой площадью основания.

Анализ баланса симметрирующих устройств между микрополосками и CPS и его влияние на характеристики широкополосной антенны

Балансы амплитуды и фазы двух типов симуляторов микрополосковых (MS-) и копланарных полосковых линий (CPS) были проанализированы посредством моделирования и измерений. и их влияние на характеристики широкополосной антенны.Полоса пропускания полного сопротивления симметрирующего устройства, определяемая параллельной конфигурацией, может иногда переоценивать рабочую полосу пропускания симметрирующего устройства. С обычным симметрирующим устройством с линией задержки фазы 180 ° наблюдается, что баланс симметрирующего устройства по рабочим частотам становится намного лучше, когда длина CPS увеличивается до более чем 0,1. По сравнению с обычным балуном, предложенный балун MS-CPS продемонстрировал очень широкополосную производительность от 5 до более 20 ГГц. В предлагаемом балуне амплитудный и фазовый дисбалансы находятся в пределах 1 дБ и ± 5 ° соответственно.Влияние дисбаланса симметрирующего устройства на общие характеристики широкополосной антенны также обсуждается с квази-Яги-антенной и узкой шириной луча с конической щелевой антенной (TSA).

1. Введение

Планарные торцевые антенны широко используются в системах микроволнового / миллиметрового диапазона, поскольку они обладают низкой стоимостью, малым весом, низким профилем и простой интеграцией с микроволновыми интегральными схемами (MIC). При проектировании сбалансированных планарных антенн структура симметрирующего устройства в качестве источника питания антенн часто определяет общие характеристики антенн.Балун преобразует несимметричную линию передачи, такую ​​как микрополосковая линия (MS), в сбалансированную линию, такую ​​как копланарная полосковая линия (CPS). CPS – это сбалансированная линия передачи, обеспечивающая гибкость при проектировании планарных цепей в последовательной или шунтирующей конфигурации, и часто используется в таких приложениях, как сбалансированные антенны, одноплоскостные смесители и оптоэлектрические устройства. Поэтому практические конструкции балуна (или перехода) от MS к CPS с хорошими характеристиками привлекли внимание многих исследователей.

Фактически, в литературе сообщалось о различных балунах между микрополосками и CPS, которые обеспечивают широкополосные характеристики [1–10].Переход, предложенный в [1], потребовал изменения плоскости заземления и использования длинной конической микрополосковой линии на верхнем слое, чтобы соответствовать характеристическому импедансу CPS. Изготовление этого перехода потребовало точного совмещения. Также сообщалось о переходах, основанных на преобразовании мод [2, 3] и методе связи [4, 5]. Однако эти переходы подходили только для узкополосных приложений. Более того, переходы были совместимы только с подложками с высокой диэлектрической проницаемостью (), чтобы получить низкий характеристический импеданс CPS, малый размер и легкое согласование с микрополосковым импедансом 50 Ом.Также сообщалось о двойном Y-балансировочном устройстве [6], но для получения хороших характеристик полосы пропускания балун был реализован на подложке с высокой диэлектрической проницаемостью с очень маленькими размерами зазора (<100 мкм), чтобы минимизировать резонанс паразитной четной моды. . С другой стороны, сообщалось о некоторых переходах, совместимых с подложками с низкой диэлектрической проницаемостью [1, 7]. Эти переходы, однако, использовали длинную и сложную структуру заземляющей поверхности, чтобы соответствовать высокому характеристическому импедансу CPS (> 100 Ом) до 50 Ом. Также сообщалось о других различных структурах питания, таких как переход MS-to-CPS на основе искусственной линии передачи в [8] и две параллельные полосы, напечатанные на противоположных сторонах подложки с усеченной заземляющей пластиной [9].

Недавно группа авторов сообщила о новом сверхширокополосном переходе от MS к CPS [10]. Этот балун не требовал громоздких резонансных цепей, а широкая полоса пропускания импеданса была по сути достигнута за счет плавных преобразований поля и хорошего согласования импеданса через переходные структуры. Эта переходная структура использовалась для различных приложений из-за ее превосходных внутриполосных возвратных потерь и вносимых потерь менее 1 дБ для сверхширокополосных частот до более 40 ГГц.

Планарная квази-Яги антенна была первоначально представлена ​​Deal et al.[11]. Благодаря своим широкополосным характеристикам, компактным размерам и характеристикам торможения антенна квази-Яги сразу же привлекла к себе большое внимание. Для питания этой антенны в [3] использовался одноплоскостной переход с использованием 180-градусной линии задержки, и этот переход стал популярным как питание квази-Яги антенн [11–14]. Переход с линией задержки фазы на 180 градусов, который генерировал нечетный режим на параллельных линиях передачи с усеченной землей, часто ограничивал полосу частот.Чтобы использовать этот переход в качестве питания для квази-Яги антенн в [11–20], конструкция перехода в основном была основана на минимизации вносимых потерь и максимальных обратных потерях для рабочей полосы пропускания. В этой статье показано, что ширина полосы импеданса перехода, основанная на низких вносимых потерях и максимальных обратных потерях, не обязательно означает хороший баланс амплитуды и фазы симметрирующего устройства.

В этой статье были проанализированы амплитудные и фазовые балансы двух типов переходов MS-to-CPS, а также исследовано влияние этих балансных устройств на антенны.Амплитудные и фазовые дисбалансы полос CPS и их влияние на характеристики излучения антенны не были достаточно описаны в предыдущей литературе [11–20]. Для оценки двух балунов, используемых в качестве питающих сетей квази-Яги антенн [12, 21], проводятся сравнительные исследования. Во-первых, балуны анализируются в конфигурации «спина к спине», что является обычным способом проверки перехода. Во-вторых, получается коэффициент отражения одиночного симметрирующего устройства, оканчивающегося нагрузкой [22]. Затем анализируются амплитудные и фазовые дисбалансы двух симметрирующих устройств в зависимости от частоты и длины CPS.Наконец, при подключении симметрирующих устройств к антенне с конической щелью с высоким коэффициентом усиления и узкой шириной луча сравниваются диаграммы направленности и обсуждается влияние симметрирующего устройства на характеристики антенны.

2. Два типа квази-яги-антенн

Перспективные структуры квази-яги-антенн с использованием обычного (Случай I) и предлагаемого (Случай II) балунов MS-CPS показаны на рисунке 1. Наиболее популярные и традиционные квази-Яги антенна (Случай I), представленная Дилом и др. в [11] показано на рисунке 1 (а).Эта антенна состоит из микрополоскового фидера, балуна MS-CPS и двух дипольных элементов: один дипольный элемент – это диполь драйвера, питаемый от CPS, а вторая полоса – паразитный директор. Земля на нижней плоскости усечена и служит отражателем для антенны. Балун использует четвертьволновой трансформатор с сопротивлением 35,4 Ом, за которым следует симметричный тройник для разделения сигнала и митры для микрополосковых изгибов на 90 °. После тройника разность фаз на 180 градусов достигается путем регулировки длины линии задержки одной ветви так, чтобы их разность составляла / 2, где – длина направляемой волны на центральной частоте.Однако в [11] не было четкого описания того, как согласование импеданса и согласование поля выполнялись между связанной микрополосковой линией на усеченной земле (или CPS с проводником) и цепями питания CPS.


(a) Обычный (Случай I)
(b) Предлагаемый (Случай II)
(a) Обычный (Случай I)
(b) Предлагаемый (Случай II)

Рисунок 1 (b ) показана другая конфигурация квази-Яги-антенны (Случай II) с предложенным балуном MS-CPS, о котором ранее сообщалось в [21].При проектировании симметрирующего устройства необходимо учитывать два основных фактора: плавное преобразование поля и оптимальное согласование импеданса. Распределение поля микрополосковой линии постепенно преобразуется в распределение поля CPS через симметричную структуру в форме земли, обеспечивая при этом непрерывность заземления. Нижний проводник имеет оптимальную коническую форму для согласования импеданса. Широкополосный баланс амплитуды и фазы между полосами CPS достигается плавным преобразованием поля и уменьшением импеданса через симметрирующие конструкции.

3. Анализ рабочих характеристик балуна

Два балуна MS-CPS были разработаны и оценены с использованием программного обеспечения для двухполупериодного анализа ANSYS HFSS. Измерение проводилось с использованием универсального тестового прибора Anritsu 38801 K с максимальной частотой до 40 ГГц и анализатора цепей Anritsu 37397C. Характеристический импеданс CPS обычно выше, чем у микрополосковой линии в типичных пределах изготовления подложки. В случае I характеристический импеданс CPS составляет около 105 Ом при 0.Зазор 3 мм () между полосами CPS и шириной полосы 0,3 мм () при использовании подложки RT / Duroid6010 толщиной 25 мил (,). Следует отметить, что этот балун обычно конструируется с подложкой с высокой диэлектрической проницаемостью для согласования импеданса. Для случая II характеристический импеданс CPS составляет около 107 Ом с зазором 5 мил () между полосками CPS и шириной полосы 30 мил () при использовании подложки RO4003 () толщиной 20 мил. Длина CPS () для / 4 составляет 129 мил и 211 мил, соответственно, где – это управляемая длина волны режима CPS на центральной частоте (на 10 ГГц).Длина копланарной полосковой линии (CPS) получается с использованием методов конформного отображения [23].

3.1. Балун в конфигурации «спина к спине»

Во-первых, как показано на Рисунке 2 (а), симметричные конфигурации «спина к спине» симметричных устройств, которые являются типичными способами характеристики переходов (или симметрирующих устройств), моделируются и измеряются. На рисунке 2 (b) для случая I результат моделирования показывает, что ширина полосы полного сопротивления для обратных потерь лучше 10 дБ составляет от 6,5 до 11,4 ГГц. С другой стороны, на Рисунке 2 (c) результаты моделирования и измерений симметрирующего устройства для случая II показывают, что ширина полосы полного сопротивления при обратных потерях 10 дБ составляет от 5 до более 20 ГГц.Как видно, результаты моделирования хорошо согласуются с результатами измерений, демонстрируя широкую полосу импеданса. Замечено, что измеренные вносимые потери на один балун составляют менее 1 дБ. Высокие вносимые потери на частотах выше 20 ГГц могут быть вызваны высоким тангенсом угла потерь подложки и производственными допусками.

3.2. Одиночный симметрирующий трансформатор с согласованной нагрузкой

Хотя анализ параллельной конфигурации помогает определить полосу пропускания полного сопротивления на основе вносимых и возвратных потерь, лучшая полоса частот симметрирующего устройства может быть получена, когда выходной порт CPS с согласованной нагрузкой для одного балуна [24].При моделировании HFSS выходной порт CPS заканчивается сосредоточенной границей RLC, чтобы получить согласованный эффект нагрузки. Чтобы получить экспериментальный результат с одиночным симметрирующим устройством, резистор для поверхностного монтажа 0402 на 110 Ом используется для оконечной нагрузки путем пайки между двумя выходными полосками CPS, как показано на Рисунке 3 (а).

Моделирование и результаты измерений для каждого случая показаны на рисунках 3 (b) и 3 (c). В случае I результат измерения показывает, что допустимая ширина полосы полного сопротивления для обратных потерь лучше 10 дБ составляет от 6.От 5 до 12,5 ГГц. Этот результат аналогичен рабочему диапазону частот квази-Яги антенны в [11]. Затем смоделированные и измеренные результаты балуна Case II демонстрируют широкую полосу пропускания, составляющую 10 дБ, от 4 до более 20 ГГц. Для обоих случаев фактические полезные полосы частот одиночного согласованного симметрирующего устройства немного шире, чем результаты параллельных конфигураций, показанные на рисунке 2. Аналогичный результат был также продемонстрирован в [24]. Это может быть связано с взаимодействием двух балунов в структуре «спина к спине».Следовательно, более практичная и точная используемая ширина полосы импеданса симметрирующего устройства для симметричных антенн может быть определена путем оценки одиночного симметрирующего устройства с согласованной нагрузкой [24].

3.3. Анализ амплитудного и фазового баланса симметрирующих устройств

Однако при проектировании симметрирующего устройства фактическая степень баланса амплитуды и фазы между двумя выходными полосами CPS может быть более важным параметром, чем ширина полосы импеданса. Были проведены имитационные исследования для изучения амплитудного и фазового дисбаланса в порту CPS.Балунные конструкции для анализа баланса показаны на рисунке 4 (а). Длина CPS () и длина перехода () составляют около / 4 для каждого случая. Исключаются паразитные антенные элементы (т.е. драйвер, директор и отражатель). Структура представляет собой трехпортовую сеть с портами p1, p2 и p3. Подобно методу тестирования, предложенному в [22], в котором линия CPS была симметрично разделена на два порта CPW, симметричные линии CPS симметрично разделены на два несимметричных выходных порта MS. Простые конические плоскости заземления используются для согласования импеданса двух несимметричных выходных портов MS.В случае I для диапазона средних частот от 7 до 11 ГГц разность амплитуд между двумя полосами CPS (S21 и S31) составляет менее 2 дБ, как показано на рисунке 4 (b). Кроме того, с этим балуном разность фаз между двумя полосами CPS составляет от 171 ° до 188 °. С другой стороны, наблюдается, что вариации амплитудного и фазового дисбаланса неоднородны и быстро меняются вблизи верхнего и нижнего диапазонов рабочих частот: амплитуда и фазовый дисбаланс резко возрастают примерно до 6 дБ и соответственно.Следует отметить, что измеренная ширина полосы импеданса этого балуна составляла от 6,5 до 12,5 ГГц. Если к этому балуну подключена симметричная антенна, плохое возбуждение нечетной моды в CPS вблизи верхней и нижней областей рабочих частот может вызвать значительное ухудшение свойств излучения.


(a) Тестовые схемы
(b) Амплитудные и фазовые дисбалансы (моделирование)
(a) Тестовые схемы
(b) Амплитудные и фазовые дисбалансы (моделирование)

С другой стороны, в Случай II, для диапазона частот 6.От 5 до 12,5 ГГц, как показано на Рисунке 4 (b), разница амплитуд составляет менее 1 дБ. В [22] было предложено, что амплитудный дисбаланс менее 1,5 дБ с симметрирующим устройством для всей полосы пропускания будет достаточным для широкополосных антенн. Кроме того, с помощью балуна отклонение фазы от 180 ° между двумя полосами CPS поддерживается в пределах 6 ° (от 178 ° до 184 °) на всех рабочих частотах. Максимально допустимый фазовый дисбаланс может зависеть от конкретных приложений; в общем, отклонение от 180 ° считается критерием правильной конструкции балуна [22].Таким образом, предлагаемый балун MS-CPS считается достаточно подходящим для проектирования широкополосных симметричных антенн, таких как антенна квази-Яги [21], антенна-бабочка [25] и антенна с конической щелью [26].

Из результатов анализа баланса симметрирующего устройства следует отметить, что полезную и допустимую рабочую полосу пропускания симметрирующего устройства можно лучше определить путем проверки анализа амплитуды и фазового баланса как функции частоты. Простого описания полосы пропускания импеданса с параллельной конфигурацией или с CPS с оконечной нагрузкой может быть недостаточно для оценки характеристик балуна.

Другой анализ баланса балуна выполняется путем изменения длины CPS () до четверти длины волны (/ 4: 129 мил для случая I и 211 мил для случая II). В случае I, как показано на рисунке 5 (а), интересно наблюдать, что амплитудные дисбалансы уменьшаются с увеличением длины CPS, то есть обычно с 4 дБ до менее 2 дБ при увеличении до 0,25. Для диапазона средних частот от 7 до 11 ГГц фазовые дисбалансы также значительно уменьшаются с увеличением длины CPS (от 171 ° до 188 °).При небольшой длине CPS фазовая задержка на 180 ° возбуждает нечетную моду только около центральной частоты, а амплитудные и фазовые дисбалансы значительны на других частотах. По мере увеличения длины CPS (> 0,1) амплитудные и фазовые дисбалансы в диапазоне рабочих частот имеют тенденцию к значительному уменьшению из-за увеличения преобразования нечетной моды. Однако на верхних и нижних частотах полосы импеданса симметрирующего устройства амплитудные и фазовые дисбалансы более значительны по сравнению с частотами средней полосы.Это может быть связано с рассогласованием и неоднородностью между двумя линиями передачи микрополосковой связи с проводником и CPS. В частности, в случае I рассогласование мод и поля излучения наблюдаются путем моделирования. Однако в случае II изменения амплитуды и фазового дисбаланса остаются очень небольшими и однородными для всех рабочих частот, как показано на рисунке 5 (b). Обычно амплитудный дисбаланс поддерживается на уровне менее 1 дБ при увеличении до 0,25, а фазовый дисбаланс сохраняется от 178 ° до 184 ° для всей рабочей полосы пропускания.


(a) Случай I
(b) Случай II
(a) Случай I
(b) Случай II

При разработке квази-Яги антенны на основе теории Яги-Уда, в Как правило, оптимальная длина составляет примерно / 4. В балуне Case I усеченная заземляющая поверхность обычно используется в качестве отражателя, оптимизированного для обеспечения хороших обратных потерь и низкой диаграммы направленности тыльной стороны. Следовательно, в практической конструкции квази-Яги антенны обычно является адекватной длиной CPS. Однако в случае II, поскольку длина CPS не влияет на баланс амплитуды и фазы, существует свобода выбора подходящей длины CPS для конкретных приложений.

4. Влияние дисбаланса симметрирующего устройства на характеристики антенны

Чтобы исследовать влияние дисбаланса симметрирующего устройства на характеристики антенн, два типа симметрирующих устройств были подключены к двум типам антенн (квази-Яги и конические щелевые антенны), и соответствующие характеристики излучения (усиление, боковой лепесток и угловое отклонение направления максимального усиления) были получены посредством моделирования.

Для квази-Яги антенн из-за их большой ширины луча, очевидно, трудно наблюдать изменения усиления антенны и угловое отклонение направления максимального усиления, если ширина полосы антенны намного меньше, чем у симметрирующего устройства.Полоса импеданса симметрирующего устройства Case I и обычных антенн квази-Яги обычно составляла менее 50% (7,2–12 ГГц). Обычно квази-Яги антенны с использованием балуна Case I демонстрировались как широкополосные антенны (40–50% для КСВ <2) или как узкополосные антенны (10–20% для КСВ <2) с высокими характеристиками усиления [11] . Следовательно, пока полоса пропускания антенны находится в пределах полосы пропускания симметрирующего устройства, характеристики квази-Яги антенн не будут сильно зависеть от амплитудного и фазового дисбаланса.Эти результаты приведены в таблице 1.

(Случай 907) –81262
66 36360
33

Параметры Единица Примечания Обычная структура [11]
(Случай I)
Предлагаемая структура

Рабочая полоса пропускания балуна ГГц Попеременно 6,5–11,4 5–20
одинарная оконечная 6.5–12,5 4–20
Амплитудный дисбаланс дБ 7–11 ГГц. <± 2 <± 0,5
6,5–12,5 ГГц <± 6
Разбаланс фаз градусов 7–11 ГГц. <± 8 <± 3
6,5–12,5 ГГц <± 20

Рабочая полоса пропускания антенны ГГц Quasi-Yagi
TSA 6.5–12,5 6,5–12,5
Усиление антенны дБи Quasi-yagi 3,5–5,5 4,9–6,3
TSA Угловое отклонение (макс. Направление усиления) Градус Квази-яги ± 4 ± 4
TSA ± 7 ± 2
Кв. yagi 92–96 93–96
Занимаемая площадь мм Quasi-yagi 13 × 20 20 × 30
TSA

Материал основания Duroid6010 (= 10.2)
= 0,762 мм
RO4003 (= 3,38)
= 0,508 мм

. Антенны Яги (без балуна) можно расширить до 70%. В этом случае полоса пропускания квази-Яги антенны шире, чем у симметрирующего устройства, и, когда она подключена к симметрирующему устройству, эффекты дисбаланса симметрирующего устройства, безусловно, наблюдаются в диаграммах направленности и изменениях усиления вблизи нижнего и верхнего диапазонов балуна. ширина полосы импеданса балансира.Однако с балуном Case II полоса пропускания балуна всегда намного шире, чем у квази-Яги антенн, и однородные диаграммы направленности получаются для всех рабочих диапазонов частот.

Чтобы наглядно продемонстрировать ухудшение диаграммы направленности из-за дисбаланса балуна, к балуну был подключен TSA с широкой полосой и узкой шириной луча. В этом случае полоса пропускания антенны намного шире, чем у симметрирующего устройства Case I. Рабочие характеристики были проанализированы для ширины полосы импеданса симметрии в диапазоне частот от 6.От 5 до 12,5 ГГц, как показано на рисунке 6. Каждый TSA был разработан в соответствии с рекомендациями из [26] для всех рабочих частот X-диапазона. Два TSA были оптимизированы с использованием разных подложек с длиной и усилением 12 дБи. В случае I, чтобы исключить влияние TSA на толщину подложки с использованием подложки с высокой диэлектрической проницаемостью, толщина секции TSA была уменьшена до 10 мил для генерации бегущих волн с хорошим поведением в антенне [27]. На рисунках 6 (a) и 6 (b) показаны смоделированные диаграммы направленности антенн в плоскости E для ширины полосы импеданса симметрии.Замечено, что смоделированное усиление антенны изменяется от 8,3 до 12,7 (Случай I) и от 10,7 до 13 дБи (Случай II) для диапазона частот от 6,5 до 12,5 ГГц. Как можно видеть, вариации усиления и уровни боковых лепестков антенны Case I намного выше, чем у антенны Case II. Кроме того, направления торцевого огня или максимальные углы усиления антенны Case I несколько смещены на верхней и нижней частотах 6,5 и 12,5 ГГц. Неоднородные и плохие диаграммы направленности вызваны плохим балансом фаз симметрирующего устройства даже в пределах полосы импеданса.Однако с антенной Case II диаграммы направленности намного более однородны из-за лучшего баланса амплитуды и фазы питающей сети.


(a) Случай I
(b) Случай II
(a) Случай I
(b) Случай II

Эффекты дисбаланса симметрии для обеих конфигураций антенн суммированы и сопоставлены в таблице 1. Как можно видеть, антенна, использующая предлагаемый балун, демонстрирует гораздо более широкую полосу пропускания и характеристики равномерного излучения по сравнению с антенной, использующей балун Case I.На основе этих результатов было продемонстрировано, что предлагаемый балун между MS и CPS хорошо сбалансирован по амплитуде и фазе и подходит для всех применений широкополосной сбалансированной антенны. Следовательно, чтобы минимизировать влияние дисбаланса симметрирующего устройства на характеристики антенны, особенно когда полосы пропускания широкополосных симметричных антенн сравнимы или шире, чем у питающего симметрирующего устройства, анализ амплитудного и фазового баланса может иметь решающее значение.

5. Заключение

В этой статье были проанализированы амплитудные и фазовые балансы для двух типов симметрирующих устройств MS-CPS и исследовано их влияние на характеристики антенн для оконечных антенн X-диапазона.Полоса пропускания полного сопротивления симметрирующих устройств была получена за счет параллельной конфигурации и единственного симметрирующего устройства, подключенного к нагрузке. Для определения допустимого диапазона рабочих частот симметрирующего устройства были оценены амплитудные и фазовые дисбалансы симметрирующих устройств с изменением длины CPS. Для традиционной конструкции симметрирующего устройства с линией задержки фазы 180 ° допустимая рабочая полоса пропускания может быть намного меньше, чем полоса пропускания полного сопротивления, в то время как предложенный симметричный трансформатор продемонстрировал очень широкую полосу пропускания, действующую на частотах более 20 ГГц.Наконец, для оценки эффектов дисбаланса симметрии моделируются и сравниваются диаграммы направленности широкополосного TSA и TSA с высоким коэффициентом усиления. Для широкополосных антенн с полосой пропускания, сравнимой или большей, чем у питающего симметрирующего устройства, характеристики излучения могут ухудшаться вблизи нижнего и верхнего диапазонов полосы импеданса симметрирующего устройства. На основе этих результатов показано, что анализ амплитудного и фазового дисбаланса симметрирующего устройства является очень эффективным способом определения действительной полосы пропускания симметрирующего устройства и характеристик широкополосных симметричных антенн.Предлагаемый сверхширокополосный балун MS-CPS может быть применим к множеству широкополосных фазированных решеток микроволнового / миллиметрового диапазона и систем формирования изображений.

Благодарность

Это исследование было поддержано Министерством экономики знаний (MKE) Республики Корея в рамках программы поддержки Центра исследований конвергенции информационных технологий (CITRC) (NIPA-2012-H0401-12-1006) под руководством Национальное агентство развития ИТ-индустрии (NIPA).

Peplink Balance-20X – Комплект антенны Yagi LTE 12 дБ с вариантами длины кабеля

Описание продукта

Peplink Balance-20X – 12dBi Yagi Diectional Cellular 3G 4G 5G LTE VoLTE XLTE Комплект антенны с вариантами длины кабеля
Дом – Офис – Дом на колесах – Лодка – M2M – Общественная безопасность

Подходит для моделей: Подходит для моделей: Peplink Balance-20X
для сети AT&T 3G 4G 5G LTE VoLTE XLTE
  AntennaGear - 12dBi Направленная логопериодическая антенна Yagi, специально настроенная для общенациональной сотовой связи 3G 4G 5G LTE VoLTE ). 
 (широкополосная сотовая связь 3G 4G 5G LTE AWS XLTE) 
  Полосы частот  
  Характеристики  
  •  Прочный, высокоплотный АБС обеспечивает превосходную прочность 
  •  L-кронштейн с алюминиевым уголком U-образные болты для фиксированного прочного монтажа 
  •  Направленная - Установка вне помещения - Мировой диапазон - Поддерживает все беспроводные носители и технологии 
  •  Для использования во ВСЕХ климатических условиях и условиях 
  •  Для использования в широком диапазоне приложений - Общественные работы - M2M (от машины к машине) - IoT (Интернет вещей) - Резервное копирование при отказе 
  •  Утверждено / приобретено федеральными, государственными и местными агентствами по всей стране 
  •  Пожизненная гарантия, гарантия удовлетворенности 
  Варианты выводов коаксиального кабеля  
  •  Коаксиальный кабель 1 x 25 футов AGA240 с переходным кабелем 8 дюймов 
  •  1 коаксиальный кабель 50 футов AGA400 с переходным кабелем 8 дюймов 
  •  Коаксиальный кабель AGA400 1 x 75 футов с переходным кабелем 8 дюймов 
  •  1 коаксиальный кабель 100 футов AGA400 с переходным кабелем 8 дюймов 
  Концы разъемов  
  •  Антенна - гнездо N 
  •  Коаксиальные кабели - штекер N / гнездо (25 футов), N-штекер / штекер N (50 футов, 75 футов и 100 футов) 
  •  Адаптер - N-папа / SMA-папа (25 футов), N-мама / SMA-папа (50 футов, 75 футов и 100 футов)  * Конец разъема SMA-папа подключается к портам антенны точки доступа / маршрутизатора  

Прочие сведения

Пожизненная гарантия – Пожизненная гарантия предоставляется на продукцию марки AntennaGear.(Не входит в комплект – продукты Wilson Electronics, Inc. и продукты ARC Wireless Solutions, Inc. – действует гарантия Mfgs) Данная гарантия предназначена только для замены аналогичных товаров. Товар, который больше не доступен у нас, будет заменен аналогичным доступным товаром. Эта гарантия действительна только для первоначального покупателя и не подлежит передаче другому лицу. Настоящая гарантия не распространяется на поврежденные или использованные предметы. Стоимость доставки не возвращается, если товар не получен с дефектом или по ошибке.Мы не даем никаких подразумеваемых гарантий, включая подразумеваемые гарантии товарной пригодности или пригодности для определенной цели, в отношении любых проданных вам товаров или услуг. Гарантия Шаги 1.) Свяжитесь с нами по поводу возникшей у вас проблемы. 2.) Получите RMA – RMA и оригинал счета необходимы для обработки гарантии.

Видео о продуктах

Пользовательское поле

Соответствует TAA Да

Теория антенн – балуны

Балун используется для «балансировки» неуравновешенных систем – i.е. те, где мощность течет из несбалансированной линии на сбалансированную линию (следовательно, балун происходит от bal до un Balun). В качестве примера рассмотрим коаксиальный кабель, подключенный к полуволновая дипольная антенна, показанная на рисунке 1.

Рисунок 1. Несимметричная линия передачи (коаксиальный кабель), подключенная к дипольной антенне.

На рисунке 1 коаксиальный кабель подключен к дипольной антенне. Чтобы дипольная антенна работала правильно, токи на обоих плечах диполя должны быть одинаковыми по величине.Когда подключен коаксиальный кабель Однако непосредственно к дипольной антенне токи не обязательно будут равны. Чтобы увидеть это, обратите внимание что ток вдоль линии передачи должен быть одинаковой величины на внутреннем и внешнем проводниках, как это обычно бывает. Посмотрите, что происходит, когда коаксиальный кабель подключен к диполю. Электрический ток на центральном проводе (красная / розовая центральная жила коаксиального кабеля, обозначенная IA ) не имеет места иначе идти, значит, он должен течь по дипольному плечу, которое с ним соединено.Однако ток, который путешествует вдоль внутренней стороны внешнего проводника ( IB ) есть два варианта: он может проходить по дипольной антенне или вниз с обратной (внешней) стороны внешнего проводника коаксиального кабеля (обозначенного IC на Рисунке 1).

В идеале текущий IC должен быть нулевым. В этом случае ток вдоль плеча диполя, подключенного к внешний провод коаксиального кабеля будет равен току на другом плече диполя – желательная антенна характерная черта.Поскольку диполю нужны равные или сбалансированные токи вдоль его плеч, это сбалансированная секция. Однако коаксиальный кабель не обязательно дает это – часть тока может проходить по внешней стороне кабеля. внешний коаксиальный кабель, приводящий к неуравновешенной работе – это несимметричный участок.

Решение этой проблемы, как бы вы его ни придумали, – это балун. Балун вынуждает несбалансированную линию передачи правильно кормить сбалансированный компонент. На рисунке 1 это можно сделать, заставив IC каким-то образом обнулить – это часто называется подавлением тока или токовым дросселем.

Есть много балунов, которые были разработаны, чтобы перекрыть внешний ток и восстановить сбалансированную работу. Некоторые из наиболее популярных методов описаны на следующих страницах.

Базука балун (рукав балун)

Сложенный балун

Конический балун

Бесконечный балун

Балуны довольно сложно понять полностью, и поначалу их бывает трудно понять. Тем не мение, достаточно помнить, что симметрирующий блок заставляет несимметричные линии производить сбалансированную работу, несмотря на присущая им асимметрия.

DK7ZB

DK7ZB

The DK7ZB-Match для Yagis

Это хорошо известный феномен, что сопротивление радиаторов в Яги-структуре снижается за счет добавления паразитных элементов к диполю как излучающему элементу.

Для диапазонов VHF (50-50,5 МГц, 144-146 МГц, 430-440 МГц) радиационная стойкость 25-35Ом имеет лучший баланс по усилению, задние и боковые лепестки, полоса пропускания и КСВ при приемлемых потерях в Yagi.

Классическое соответствие для этого сопротивления / импеданса является Гамма-Матч. Бета-матч тоже хороший выбор, но реализация на УКВ сложно для домашнего пивоварения. По этой причине был разработан новый простой, легкий в сборке матч. Разработан в 1995 году для Яги с резистивными нагрузками 12,5, 18 и 28 Ом.

Чтобы понять, как работает «DK7ZB-Match» Работы смотрите на картинке слева.Внутри коаксиального кабеля у нас есть два тока I1 и I2 одинаковой величины, но с фазой смена 180.

Если мы подключим диполь или излучатель Яги напрямую к коаксиальный кабель, часть I2 идет не к плечу 2, а по внешняя часть коаксиального экрана. Следовательно, I1 и I4 не входят в баланс и диполь запитан несимметрично.

Но как подавить синфазный ток I3? А простое решение – заземлить внешний экран на расстоянии лямбда / 4 на пике тока.

Но теперь мы получаем новую интересную задачу: для трансформация 28/50 Ом нужен четвертьволновый коаксиал с импедансом 37,5 Ом (2х75 Ом параллельно). Скорость волны внутри коаксиального кабеля ниже, чем снаружи (VF = 0,667 для ПЭ).

На внешней стороне экрана находится воздух (и немного изоляции) в окружении и VF = 0,97.Для заземления синфазных токов эта деталь должна иметь длину 50 см, VF = 0,667 и длину 34,5 см этот кусок коаксиального кабеля слишком короткий. Сделав петлю из этих двух кабели, как показано на картинке внизу, мы получаем дополнительный индуктивность, и мы приближаемся к электрической длине лямбда / 4. Идеально подходит коаксиальный кабель с пенополиэтиленом и VF = 0,82.

При хорошем заземлении коаксиальной розетки на стрела на практике нет синфазных токов на коаксиальном кабеле кабель и антенна имеют симметричный рисунок!

Важная подсказка:

2 коаксиальных кабеля на 75 Ом (или 2 на 50 Ом) для соответствия 28/50 Ом (или 12,5 / 50 Ом) должны быть абсолютно параллельны.Если вы установите их над стрелой, возьмите кусок изолированного материала (некритичный) толщиной 5 мм между кабелями и стрелу. Высокое напряжение при мощности> 300 Вт RF может вызвать короткое замыкание или дуга между экраном и стрелой! Такой монтаж позволяет избежать паразитных способностей. против стрелы тоже.

Основной принцип – четвертьволновая линия двух коаксиальных кабелей, включенных параллельно.Один конец линии подключен к радиатора, другой – к розетке, которая заземлена на металлической стреле и имеет две функции:

1. Преобразует сопротивление радиатор к 50Ом линии питания.

С 2х75-омными кабелями от 28 до 50 Ом.

С 2 кабелями по 50 Ом от 12,5 до 50 Ом.

С 3 кабелями на 93 Ом от 18 до 50 Ом

2.Эта линия представляет собой упрощенную коаксиальную втулку. балун, чтобы избежать образования волн на оплетке кабеля. до станции. Очень эффективный!

Антенны, которые совпадают, имеют некоторые преимущества:

– Вам не нужен сложенный диполь или любые экзотические излучатели вроде шлейфов, длину нормального диполя поправить легче.

– Диаграмма направленности очень Чисто.

– Простое механическое решение для совпадение с коаксиальными кабелями.

– Для коротких волн и 6м можно намотать трос до дросселя с дополнительным подавлением рукав-волна

С обычным коаксиальным кабелем 50 шт. и 75 Ом интересны случаи:

Радиационная стойкость З Яги

Коаксиальный кабель Лямбда / 4

Импеданс линии

12.5 Ом

2×50 Ом параллельно 25 Ом
18 Ом 50 + 75 Ом параллельно 30 Ом
28 Ом 2×75 Ом параллельно 37,5 Ом

12.5 Ом: подходит для яги с высоким коэффициентом усиления с малым пропускная способность в 6-метровый и 2-метровый диапазоны, приемлемые потери

18 Ом: Может использоваться на 6 м и 2 м, средняя полоса пропускания

28 Ом: лучший баланс для всех параметров антенны на 2 м и 70 см

Обновление: 18-омное соответствие в практика

Возможно параллельное использование 50- и 75-омного кабеля.В состояние такое же VF. Это означает, что мы можем использовать кабель с Full-PE. (VF = 0,67) или Foam-PE (VF около 0,82) с той же длиной. у меня есть протестировал этот метод на различных антеннах с отличными результатами.

Например, два согласования импеданса для Яги 50 МГц и 70 МГц:

Здесь два кабеля RG58 (50 Ом) и RG6 (75 Ом) в параллельно.Два кабеля имеют разные диаметры, но одинаковый VF. из 0,67. 70-МГц Yagi идеально подходит для диапазона от 18 до 50 Ом.

Это Яги 50 МГц с кабелями VF = 0,82. 50 Ом с Aircell-5 (диаметр 5 мм) и кабелем CATV 75 Ом с 6,5 мм диаметр. Идеальное соответствие от 18 до 50 Ом в 50-МГц Яги.

Сопряжение 2-м-28-Ом-DK7ZB в практика

Лучшее подавление обычных волновых токов может быть получено с помощью кабель V = 0,82.Здесь я использовал 7-мм SATV-кабель с сопротивлением 75 Ом.

Длина 42,5 см (относится к тесьме!).

Дополнительная индуктивность витка приводит к собственному резонансу в районе 144 МГц и очень хороший баланс питания.

Сопряжение 28 Ом с Кабель 2×75 Ом CATV / SATV, показанный выше, будет обрабатывать ВЧ мощностью 750 Вт на SSB / CW на 2 м и > 1 кВт на 50 МГц.Не перегибайте петлю слишком маленького диаметра! V (скорость распространения) с этими кабелями находится в диапазоне 0,8-0,85, большинство кабелей имеют а V = 0,82. Используйте хорошее качество, в последнее время очень много на рынке представлены кабели низкого качества со стальной оплеткой.

С 2xRG59 (хорошее MIL-качество!) вы можете обрабатывать 500 Вт на 2 м и 1 кВт на 50 МГц. В заданная или расчетная длина относится к экрану. Сделайте выводы как можно короче насколько возможно.

Другой тип импедансного дросселя на 2 м:

2x RG179 PTFE-кабель, намотанный параллельно дросселю.Длина 2х 37 см (тесьма).

Этот дроссель может быть загружен мощностью 500 Вт SSB / CW

Есть много 75-омного кабеля CATV с хорошим электрические данные. Единственная проблема – это экран, который часто делают в Алюминий и не поддается пайке.

Вот решение Jrg, DG1JC:

Используйте концевую втулку для прядей, и вы получите простой и эффективный метод.

Есть люди, критикующие средний (28 Ом) низкий (12,5 Ом) сопротивление Яги и есть предположения о каких-либо мистических потерях в соответствие для импедансов этой точки питания. Но те же люди используют укладку жгуты и разветвители точные с такими точками импеданса 25 Ом и 12,5 Ω на соединениях для согласования. Никто не верит, что в этом есть недостаток.

Пол, GW8IZR произвел независимое измерение потерь в таком матче. От 12,5 Ом до 50 Ом со следующей испытательной схемой:

С двумя такими преобразованиями секции подряд он измерил потери против полуволновой части прямой коаксиальный кабель. Его результаты для 2x RG58 (кабеля с большими потерями вы не найдете…) и 40 МГц:

Верхний график: кусок коаксиального кабеля 50 Ом с длиной лямбды / 2

Нижний график: две совпадающие секции параллельно спина к спине

Разница составляет -0,025 дБ. Делать ты думаешь, нам следует об этом поговорить? Если вы используете более качественные кабели, разница будет меньше. Если вы построите дроссель с сопротивлением 50 Ом для питания 50-омного яги или дросселя с 2х75-омным или 2×50-омные кабели, включенные параллельно, не влияют на потери!

Было построено много антенн для Диапазон 6 м, 2 м и 70 см.В производительность Яги отличная. Между тем станции во многих странах используя Yagis с DK7ZB-match.

слева:

The вертикальный 3-элементный Яги построен Питером, PA4PS для использования на 202,5 ​​МГц-связь с FM-радиостанцией Havenstad FM в Нидерландах.

Яги это 28-омный тип с согласованием DK7ZB.

Кажется быть первым, когда DK7ZB-Yagi используется коммерческой станцией ….

1. Long-Yagis для 2m-диапазона с 28-омной технологией получил первую цену в технический конкурс немецкого журнала Ham-Magazine “FUNKAMATEUR” 1996.

2. См. Список VE7BQH для 2 м-яги, DK7ZB-Yagi имеют хорошее усиление и диаграмму направленности.

3. DK7ZB-Match получил первую цену (деталь “АНТЕННЫ”) в строительном конкурсе на Немецкой УКВ-Конвенции в Вайнхайме 2000.

4. Между тем многие Яги с DK7ZB-Design использовал в нескольких странах отчеты о яги можно найти во многих журналах HAM. и Интернет. Многие команды соревнований в диапазонах ОВЧ / УВЧ работают со сложенными массивами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *