Антенна «волновой канал» с двумя активными элементами

April 28, 2014 by admin Комментировать »

Проектирование и постройка антенн с активным питанием вибратора и рефлектора, которые известны как ZF BEAM (ее разновидности – HB9CV и логопериодическая антенна), неоднократно описывались на страницах зарубежных журналов для радиолюбителей Повышенный интерес к ним вполне обоснован, так как при сравнительно небольших размерах этих антенн удается получить хорошие значения основных характеристик: коэффициента усиления, помехозащищенности и КСВ в широком интервале рабочих частот Автор этой конструкции, известный московский коротковолновик К Сепп (UA3CT), проделал большую исследовательскую работу по совершенствованию ранее созданных антенн HB9CV и антенны А Снеса- рева (UW3BJ), описание которой было опубликовано в 1968 году Изобретатель добился компенсации вносимых реактивных сопротивлений и изменил способ фазирования питания и согласования Этот вариант обеспечивает возможность заземления оплеток коаксиальных кабелей (питания и фазирования) по всей длине, то есть в любой точке Данная система состоит из двух расположенных на одной траверсе четырехэлементных антенн «волновой канал» для диапазонов 20 и 15 м с активным питанием двух элементов для каждого диапазона (рис 333)

Антенна каждого диапазона содержит рефлектор Р, активный рефлектор Ра, вибратор В и директор Д Активный рефлектор и вибратор питаются со сдвигом фаз Фазирование выполнено двумя отрезками коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом длиной λ/8 и λ/2, которые высокочастотным тройником соединены с коаксиальнымфидером произвольной длины, имеющим волновое сопротивление 75 Ом и идущим к передатчику (рис 334)

Другие концы фазирующих кабелей подключены через высокочастотные трансформаты к антенне Линия длиной λ/8 подключается к вибратору, а линия длиной λ/2 – к активному рефлектору

Высокочастотные трансформаторы обеспечивают симметрирование несимметричных кабелей с антеннами, а согласование входных сопротивлений антенн с фидерами производится Т-образными согласующими линиями, к концам которых и подключены трансформаторы Расстояние между активными элементами антенн – λ/8 между пассивным и активным рефлекторами – 0,085 λ между вибраторами и директорами – λ/8 При исследовании этой системы был построен макет для 10-метрового диапазона и получен коэффициент усиления антенны относительно изотропного излучателя 15 дБ при ширине главного лепестка в плоскости Е 25° по уровню 3 дБ, а отношение излучения вперед-назад – около 40 дБ, вперед-вбок – более 60 дБ

Конструкция антенны ничем не отличается от обычных антенн «волновой канал» Размеры элементов даны в табл 37

Траверса имеет длину 8 м и состоит из пяти дюралюминиевых (Д16-Т) труб трех разных диаметров Необходимая жесткость конструкции получается даже без использования оттяжек в вертикальной плоскости

Самая толстая труба диаметром 80 мм и длиной 3,2 м является основной В ее концы через переходные дюралюминиевые (Д 16-Т) втулки вставлены трубы диаметром 65 мм и длиной 1,2 м В свободные

Рис 333 Антенна «волновой канал» на 20 и 15 м с двумя активными элементами

Рис 334 Схема включения фазирующих элементов

концы этих труб также через переходные втулки помещены трубы диаметром 60 мм и длиной 1,3 м, которые прикреплены к втулкам четырьмя стальными винтами М5 в каждом соединении Все вибраторы выполнены тоже из дюралюминиевых (Д16-Т) труб трех разных сечений, соединенных между собой цанговым зажимом с хомутом, изготовленным из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм Самая толстая труба (диаметром 30 мм) с толщиной стенки 1,2-1,5 мм каждого элемента имеет длину 2,3 м В нее с двух концов вставлены две трубы диаметром 26 мм, а их свободные концы – трубы диаметром 22 мм Толщина стенок этих труб – 1 и 0,5-0,8 мм соответственно Самые тонкие концевые трубы должны иметь запас по длине 200- 300 мм для того, чтобы была возможность настраивать элементы Середины всех вибраторов прикреплены к траверсе с помощью переходных пластин размером 200x200x3 мм, изготовленных из титана или дюралюминия Д16-Т толщиной 4-5 мм Вибратор располагают по диагонали пластины и крепят к ней двумя скобами с резьбой Мб Другой стороной (по второй диагонали) пластину двумя скобами с резьбой М8 прикрепляют к траверсе Сама траверса в центре тяжести антенны крепится двумя скобами с резьбой М10 к площадке редуктора поворотного устройства Для большей прочности конструкции вибраторы 20-метрового диапазона подвешиваются капроновыми оттяжками Поэтому в центре пластин на траверсе устанавливают вертикальные кронштейны высотой 400 мм, к которым крепятся капроновые оттяжки Их вторые концы крепятся к вибраторам в точках 3/4 длины от траверсы В центрах активных вибраторов устанавливаются вертикальные стеклотекстолитовые пластины размером 160x120x10 мм, к которым крепятся трубки согласующих линий Здесь же устанавливаются дюралюминиевые коробки, где располагаются симметрирующие трансформаторы Фазирующие кабели длиной λ/2 свертываются в небольшие бухты, которые размещаются на траверсе вблизи плат активных рефлекторов Кабели длиной λ/8 подвязаны непосредственно к траверсе Высокочастотные тройники крепятся к площадке траверсы

Каждую антенну питают отдельным коаксиальным кабелем РК-75- 13-11 или аналогичным ему, но обязательно с волновым сопротивлением 75 Ом В зависимости от диапазона кабели фидера коммутируют с помощью реле РЭВ-15 (паспорт РФ4562006), находящихся в непосредственной близости от радиостанции Устройство каждого активного элемента состоит из Т-образной согласующей линии Линия изготовлена из двух дюралюминиевых (Д16-Т) трубок диаметром 16 мм и длиной 1,5 м, расположенных параллельно активному элементу Два ближних к середине конца трубок линии прикреплены стальными винтами М4 длиной не менее 40 мм к вертикальной стеклотекстолитовой панели на расстоянии 90 мм друг от друга Расстояние между осями трубок активного вибратора и согласующей линии выбрано равным 120 мм для обоих диапазонов, что соответствует волновому сопротивлению линии около 300 Ом Вторые концы трубок линии зажаты платами-перемычками, изготовленными из дюралюминия, и соединяют вибратор с линией

Окончательные размеры согласующих линий относительно середины активных элементов после настройки антенны приведены в табл 37

Высокочастотные трансформаторы с коэффициентом трансформации 4 выполнены на кольцевых магнитопроводах из феррита 200НН для 20-метрового диапазона и 50ВЧ2 для 15-метрового Кольца должны быть такими, чтобы можно было свободно, с шагом 3 мм, разместить бифилярную обмотку, содержащую 10 витков провода ПЭВ-2 1,5 мм

Таблица 37 Размеры антенны «волновой канал» с двумя активными элементами

Параметр

Размер, мм

Диапазон 20 м

Диапазон 15 м

Вибратор В

10220

6840

Рефлектор пассивный Р

11160

7420

Рефлектор активный Ра

10220

6840

Директор Д

9500

5780

Расстояние между активными элементами

2650

1770

Расстояние между активным и пассивным рефлекторами

1750

1400

Расстояние между вибратором и директором

3060

2180

Длина согласующей линии активного рефлектора

1300

950

Длина согласующей линии активного вибратора

1210

870

Длина кабеля от тройника до активного рефлектора И

6960

4660

Длина кабеля от тройника до вибратора 12

1740

1165

Сечение магнитопроводов – 0,8-1,0 см2 Желательно, чтобы трансформаторы на один диапазон были одинаковыми

Каждый трансформатор помещен в коробку со съемной крышкой, изготовленную из дюралюминия толщиной 1-1,5 мм Ее размеры определяются габаритами устройства Необходимо, чтобы был зазор 15-20 мм между обмотками трансформатора и стенками коробки На коробке размещается высокочастотный разъем для кабеля, к которому подключается фазирующая линия, а на боковых стенках устанавливаются проходные изоляторы, через которые соединяются согласующая линия и трансформатор

Антенну настраивают в два этапа На первом (до подъема антенны) устанавливают начальные длины всех вибраторов и согласующих линий На втором этапе, регулируя длину вибраторов и согласующих линий, добиваются наилучших диаграмм направленности и КСВ Настройка пассивных рефлекторов производится по минимуму излучения назад, а пассивного директора – по максимуму излучения вперед

Наиболее трудоемкой работой во время настройки антенны является снятие диаграммы направленности Ее определяют только в ближней зоне, чтобы исключить влияние отражения сигнала от ионосферы и изменения направления поляризации Автор использовал любительские радиостанции, расположенные в радиусе от 2 до 10 км от своей и оснащенные антенными устройствами с горизонтальной поляризацией Сигналы измерялись через каждые 15° поворота исследуемой антенны Получившаяся зависимость КСВ от частоты изображена на рис 335[3]

Антенны высокочастотных диапазонов

К ним относятся коротковолновые антенны для 20-, 15-, 11-и 10-мет – рового диапазонов, а также любительские УКВ антенны Они имеют такие размеры, которые позволяют создавать вращающиеся антенны направленного излучения Антенны вообще, а для высокочастотных диапазонов особенно, должны быть резонансными Широкодиапазонные антенны UW4HW («морковки»), диполи Надененко и др, к сожалению, неэффективны: они трудно согласуемы с фидером и имеют низкий КПД Лучшим вариантом служат антенны направленного излучения – вращающиеся или статичные с переключением диаграммы направленности

Для получения направленного излучения в технике коротких и ультракоротких радиоволн используют системы пассивных элементов, определенным образом расположенных один относительно другого Токи в них находятся либо в фазе, либо в противофазе Если провода, несущие противофазные токи, разнести на расстояние, соизмеримое с длиной волны, система станет излучающей Однонаправленное излучение получается, когда в излучателях, расположенных на расстоянии в 1/4 длины волны друг от друга, токи сдвинуты по фазе один относительно другого на 1/4 периода Пассивный вибратор может играть роль зеркала (рефлектора) либо, наоборот, направлять излучение на себя В этом случае пассивный элемент называют «директором» Волна, излученная антенной и падающая на рефлектор, наводит в нем значительные токи Если наведенный ток опережает по фазе на 90° ток в активном вибраторе, рефлектор будет выполнять свои функции, не требуя самостоятельного питания Нужный сдвиг фаз устанавливается соответствующей настройкой рефлектора, заключающейся в подборе его длины При этом рефлектор может представлять для наведенных токов активное, емкостное или индуктивное сопротивление, в результате чего токи в нем окажутся на тот или иной угол сдвинуты по фазе по отношению к возбуждающей волне Однако вследствие того, что ток, наведенный в рефлекторе, всегда меньше тока в вибраторе, полной компенсации излучения назад достигнуть не удается Поэтому диаграмма направленности антенны с таким рефлектором всегда будет несколько хуже диаграммы антенны с питаемым рефлектором

Трехдиапазонная антенна «двойной квадрат»

Одной из «дальнобойных» рамочных направленных антенн является антенна «двойной квадрат» Она представляет собой двухэтажную синфазную антенну Одна рамка этой антенны является активным вибратором, на который подается питание, а вторая – пассивным рефлектором Автор этого раздела создал такую антенну в течение нескольких десятилетий она использовалась на радиостанциях UA3FG и UK3R Антенна «двойной квадрат» имеет коэффициент усиления 9 дБ и отношение F/B 26 дБ В отличие от многих подобных конструкций она целиком выполнена из металла на двух крестообразных основаниях (рис 336)

Вертикальная часть креста цельнометаллическая (из дюралюминиевых труб диаметром 25 мм), а горизонтальная состоит из отдельных частей, выполненных из таких же труб, соединенных между собой текстолитовыми изоляторами 4, внутрь которых вставлены стальные стержни 16 диаметром 10 мм, увеличивающие прочность этих изоляторов Концы горизонтальных труб в середине креста крепятся к фланцам 6 через изоляционные вставки 5, изготовленные из текстолита Фланцы 6 сделаны из твердого дюралюминия толщиной 10-12 мм и имеют размеры 300×300 мм, а в центре устанавливаются цилиндрические бужи, которыми фланец крепится к траверсе Разделение на части горизонтальных элементов конструкции необходимо для того, чтобы в поле горизонтальной поляризации не было элементов конструкции, электрические длины которых близки к λ/2 и λ/4 выбранных диапазонов: присутствие таких элементов в поле излучателей ухудшает диаграмму направленности, коэффициент усиления и отношение излучения вперед-назад На рис 336 приведены конструктивные данные этой антенны, а размеры рамок и установочные данные размещения изоляторов указаны в табл 38

Таблица 38 Размеры трехдиапазонной антенны «двойной квадрат»

Диапазон, м

20

15

10

Вибратор

Сторона квадрата, мм

5290

3570

2570

Общая длина рамки, мм

21160

14280

10280

Установочный размер, мм

ОЕ = 3740

ОД = 2520

ОГ =1820

Рефлектор

Сторона квадрата, мм

5400

3670

2660

Общая длина рамки, мм

21600

14680

10640

Длина двухпроводной линии, мм

1220

800

600

Установочный размер, мм

О

см

со

со

II

ё

ОЕ = 2590

ОД = 1880, ОГ = 1100

Рис 336 Трехдиапазонная антенна «двойной квадрат»

Приведенные в таблице размеры идентичны для всех сторон, так как А-А&quot = А&quot-Е, О-В = О-В и тд Диаметр трубы траверсы составляет 70 мм Расстояние между рамками – 2,54 м, то есть на 20-метровом диапазоне – 0,12 λ, на 15-метровом – 0,18 λ, на 10-метровом – 0,24 λ Рамки антенн выполнены из биметаллического провода диаметром 3 мм Опорные изоляторы фарфоровые (используются в электросиловых щитах) Изоляционные площадки 17 самодельные, изготовлены из оргстекла толщиной 10 мм На этих площадках болтами с гайками М8 крепятся концы рамок Сами площадки крепятся к трубе крестовины с помощью М-образных подставок 14 тремя болтами Мб каждая Подставки, изготовленные из дюралюминия, обеспечивают устойчивость площадок при ветровых нагрузках Данная конструкция работала в течение 22 лет без профилактики и ремонтов Антенна располагалась на мачте 11 высотой 5 м на крыше многоэтажного дома К мачте прикреплены латунные подшипники скольжения 7 К вращающейся части мачты 18 крепится траверса антенны Редуктор 8 находится у основания мачты и передает ей вращение через карданный

шарнир 9 Около редуктора установлены сельсин-датчик и концевой выключатель, ограничивающий вращение только одним оборотом Скорость вала редуктора при вращении двигателя составляет 2 об/мин К каждой вибраторной рамке подходит свой 75-омный коаксиальный фидер Для настройки рефлектора служат двухпроводные линии Лг Л2, Л3 из медного провода диаметром 2 мм Две медные пластины 13 перемыкают двухпроводную линию Они имеют направляющие канавки, соединены между собой подпружиненными болтами и позволяют перемещать пластину вдоль линии Прорезь на пластинах для ключа, расположенного на конце настроечной штанги, позволяет быстро настроить рефлектор по лучшему отношению излучения вперед-назад (Процесс настройки изложен в разделе «Настройка антенн и измерения») Мачта имеет два яруса оттяжек с 4 сторон, что облегчает подъем и спуск антенны У основания мачты находится шарнирное устройство

Источник: Виноградов Ю А и др, Практическая радиоэлектроника-М: ДМК Пресс – 288 с: ил (В помощь радиолюбителю)

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты