Menu English Ukrainian Russian Home

Бесплатная техническая библиотека для любителей и профессионалов Бесплатная техническая библиотека


Направленные приемные антенны низкочастотных диапазонов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны КВ

Комментарии к статье Комментарии к статье

Операторы низкочастотных диапазонов 160 и 80 метров постоянно стремятся улучшить прием на своих станциях. Проблема в том, что эффективные при передаче антенны (например, высокая вертикальная мачта) собирают при приеме слишком много помех. Эффективность приемной антенны не имеет решающего значения, поскольку уровень и сигналов, и помех на низкочастотных диапазонах весьма велик и к тому же не составляет особого труда применить малошумящий транзисторный предварительный усилитель.

Ферритовая магнитная антенна не слишком хороша в этом отношении, хоть и обладает некоторой направленностью, имея два нуля в своей диаграмме направленности (ДН) в форме лемнискаты (похожей на "восьмерку"). Ферритовую антенну приходится располагать внутри помещения, где велик уровень помех. Вынесенная наружу рамочная антенна в этом отношении несколько лучше, но ее ДН такая же, и в лучшем случае позволяет лишь ослабить помехи от удаленного локализованного источника, направив на него нуль ДН.

По-настоящему направленной приемной антенной низкочастотных диапазонов является антенна бегущей волны (АБВ) Бевереджа, представляющая собой провод длиной в несколько длин волн, расположенный низко над землей. Однако немногие радиолюбители могут позволить себе роскошь соорудить несколько антенн длиной в полкилометра, протянутых в разных направлениях!

Вопросы создания антипомеховых направленных приемных антенн СДВ и ДВ диапазонов обсуждались еще в фундаментальной работе [1]. В частности, было показано, что комбинация рамочной и "статической" (вертикальной всенаправленной) антенн дает ДН в виде кардиоиды. Благодаря ослаблению приема с некоторых направлений отмечалось значительное снижение уровня помех.

EWE-антенна. В связи со сказанным огромный интерес вызвала публикация WA2WVL об антенне под названием EWE [2]. Имея небольшие размеры и высоту, она тем не менее имеет весьма неплохую ДН, близкую к кардиоиде. В течение примерно года антенну EWE построили многие коротковолновики, поступили хорошие отзывы, a WB2P предложил использовать четыре такие антенны, совмещенные в точке питания, для переключения ДН на разные направления. В следующей публикации [3] WA2WVL использовал эту идею, построив антенну, показанную на рис. 1.

Направленные приемные антенны низкочастотных диапазонов

Приемник подключают к антенне 50-омным коаксиальным кабелем через согласующий трансформатор Т1 с коэффициентом трансформации 3, следовательно, входное сопротивление фидера со стороны антенны повышается в 9 раз, до 450 Ом. С помощью четырех реле, нормально разомкнутые контакты которых показаны на рисунке, к трансформатору подключают одну из четырех антенн, ориентированную в нужном направлении.

Каждая из антенн представляет собой прямоугольник высотой 3 и длиной 15 м, к одной из вертикальных сторон которого подключен трансформатор, а к другой - резистор. Вторые выводы трансформатора и резистора заземлены. Конструкция очень напоминает уменьшенную копию антенны Бевереджа с той лишь разницей, что размеры антенны значительно меньше длины волны. Кроме того, максимум приема оказывается со стороны трансформатора, а не резистора.

Диаграмма направленности антенны, рассчитанная с учетом присутствия трех других отключенных антенн, показана на рис. 2: а - в вертикальной плоскости; б - в горизонтальной. Эта ДН типична для всех подобных антенн, в том числе и описанных ниже. Максимального подавления приема сзади, со стороны резистора, добиваются его точной подборкой. Сопротивление резистора может изменяться от 400 Ом до нескольких килоом. Антенна очень широкополосна, ее ДН и входное сопротивление сохраняются более чем в четырехкратной частотной полосе. На передачу антенна работает плохо из-за низкого КПД.

Направленные приемные антенны низкочастотных диапазонов

В авторском варианте антенна была установлена на пяти деревянных столбах, для заземлений служили металлические трубы, забитые в землю примерно на 1,2 м. Автор утверждает, что из-за высокого импеданса антенны сопротивления заземлений практически не влияют на ее работу. Трансформатор Т1 был намотан на кольце диаметром около 12,5 мм из феррита с магнитной проницаемостью 850. Обмотка содержала 11 витков сложенного втрое провода. Три получившихся обмотки были соединены последовательно, как показано на рис. 1, и к первому из отводов был подключен коаксиальный разъем фидера XW1.

Несколько позже автор построил еще одну такую же антенную систему примерно в 60 метрах от первой и включал их как фазируемую антенную решетку, получив еще больший коэффициент направленного действия (КНД) в диапазоне 160 метров. Подробнее об этом рассказано в [3].

Рамки K9AY. Экспериментируя с направленными приемными антеннами низкочастотных любительских диапазонов и моделируя антенны на компьютере, Gary Breed (K9AY) предложил очень компактную конструкцию из двух нагруженных рамок, поднимаемых на одной мачте [4]. С помощью реле, установленных у основания мачты, удается переключать кардиоидную ДН на четыре различные направления. Сравнительные размеры антенной системы из четырех EWE с длиной лучей по 12 м и рамок K9AY показаны на рис. 3. Сами рамки имеют дельтаобразную форму, впрочем, как сообщает автор, форма и размеры не слишком критичны. У основания мачты рамки заземлены, что обеспечивает грозозащиту и уменьшает уровень помех. Стержень заземлителя с успехом служит основанием мачты, саму же ее предпочтительнее выполнить из изоляционного материала.

Направленные приемные антенны низкочастотных диапазонов

Эскиз одной рамки приведен на рис. 4, высота верхней точки равна 7,5 м, боковые стороны оттянуты на 4,5 м, причем углы находятся на высоте 1,5 м. Можно, как показано на рисунке, обойтись и совсем без мачты, подвесив верхнюю точку антенной системы за ветку дерева, например, с помощью веревки. В углах рамки удобно использовать орешковые изоляторы с отверстиями. Нижние концы проводов рамок оттянуты к заземляющему стержню также с помощью орешковых изоляторов, оставшиеся после привязки изоляторов концы проводов направлены в водонепроницаемую коробку с реле и согласующим трансформатором, подобным описанному выше.

Объясняя принцип действия антенны, автор отмечает ее сходство с направленными ответвителями, широко используемыми в технике ВЧ и СВЧ, в частности, в измерителях КСВ. Если EWE антенна представляет собой полурамку, обратным проводом которой служит земля, то петля K9AY является полной рамкой, но принцип действия их очень похож. Антенны реагируют как на электрическую Е, так и на магнитную Н компоненту приходящего электромагнитного поля.

Для электрической компоненты поля антенны ведут себя как короткие вертикальные, создавая некоторое напряжение в точке подключения фидера. Как и следует ожидать от вертикальной антенны, ДН по полю Е получается всенаправленной.

Иначе обстоит дело с магнитной компонентой поля Н: пересекая плоскость антенны, она создает ток, циркулирующий по периметру рамки. Этот ток, проходя через нагрузочный резистор, также создает некоторое напряжение, которое складывается с напряжением от поля Е. Если волна приходит со стороны точки подключения фидера, оба напряжения складываются. Если же волна приходит со стороны нагрузочного резистора, напряжения вычитаются, поскольку направление поля Н, пронизывающего рамку, изменяется на обратное.

Изменяя сопротивление нагрузочного резистора, удается сбалансировать оба напряжения так, чтобы они оказались равными. ДН в этом случае приобретает форму кардиоиды с единственным нулем. Ослабление сигналов, приходящих со стороны нагрузочного резистора, может превосходить 40 дБ, что составляет более 6 S-единиц по шкале силы сигнала!

Нуль ДН не находится в плоскости земли, а, как пока зывает компьютерное моделирование, приподнят на угол от 20 до 55° в зависимости от конфигурации антенны и свойств грунта. Короткая и высокая петля дает нуль ДН под углом возвышения 30...40°. Это способствует ослаблению QRM от местных станций.

Существенной и необходимой частью антенны K9AY является заземление. В зависимости от параметров грунта может потребоваться небольшая подстройка, сопротивления нагрузочного резистора. Земля не обязательно должна обладать потерями, как в случае антенны Бевереджа. Рамка имеет направленность даже над идеально проводящей землей. Это означает, что антенна работает при практически любых параметрах почвы.

В комментариях, последовавших за опубликованием статьи [3], W6FA сообщил, что прародителем всех нагруженных петлевых антенн следует считать того же Гарольда Бевереджа, запатентовавшего подобную антенну в 1938 г., значительно позже своей знаменитой "волновой антенны", или, как теперь называют, антенны бегущей волны. В патенте Бевереджа описана полная петлевая антенна, не требующая земли для своей работы и имеющая нагрузочный резистор сопротивлением около 700 Ом, размещенный в точке, противоположной точке питания. Эту широкополосную антенну уже тогда предполагалось использовать для телевизионного приема

Антенны Flag, Pennant и т. д. Интенсивное моделирование антенн радиолюбителями с использованием компьютерных программ привело к появлению еще ряда антенн [5], подобных описанной. Антенны представляют собой треугольную, квадратную, прямоугольную или ромбическую рамку, расположенную в вертикальной плоскости. Возможные конфигурации этих рамочных антенн показаны на рис. 5. Светлый кружок обозначает источник (приемник), темный кружок - нагрузочный резистор сопротивлением от 400 Ом и выше, обычно около 900 Ом. Примерно таким же получается и входное сопротивление антенны. Диаграмма направленности - кардиоида, направление приема - со стороны источника.

Направленные приемные антенны низкочастотных диапазонов

Для работы в диапазоне 160 метров антенны типа Flag (Флаг), оба варианта Pennant (Вымпел) и Diamond (Алмаз) имеют размеры 4,3 в высоту и 8,8 м в длину. Антенна Delta (Дельта) имеет высоту 5,2 и длину 8,4 м.

По сравнению с EWE и петлей K9AY эти антенны обладают существенным отличием - они не требуют заземления, хотя располагаются сравнительно низко, на высоте около 2 м над поверхностью земли. Уменьшение высоты до 0,3 м практически мало сказывается на характеристиках антенн.

Антенны изготавливались в разных версиях и с различными размерами, например, JF1DMQ уменьшил размеры до 1 х5 м. Антенны хорошо работают также и в диапазонах 80 и 40 метров. Особо радиолюбителями отмечается малый уровень шума этих антенн.

Как пример, рассмотрим треугольную "дельту", использованную FO0AAA для приема в диапазоне 160 м [6]. Нижний горизонтальный провод имел длину 8,54 м и располагался на высоте 0,9 м над поверхностью земли. Высота треугольной рамки составила 5,2 м, считая от нижнего провода (6,1 м от земли). Всего потребовалось около 22 м провода диаметром 1,63 мм. В нижних углах рамки были включены нагрузочный резистор сопротивлением 950 Ом и трансформатор питания, преобразующий сопротивление фидера 50 Ом в 950 Ом.

На частоте 1830 кГц отношение излучений вперед/назад оказалось лучше 40 дБ, в то время как выигрыш антенны по сравнению с изотропным излучателем оказался всего -34,5 дБ и, что говорит о низком КПД и необходимости использовать малошумящий предварительный усилитель совместно с этой антенной.

Рамка была установлена на одной диэлектрической мачте, нижние концы "дельты" растягивали на колышках от палаток. Ориентировали антенну очень просто: перестановкой колышков.

Заканчивая обзор, мы можем констатировать, что в распоряжении радиолюбителей появился новый класс приемных направленных широкополосных антенн с низким уровнем шума и небольшими габаритами.

Литература

  1. Beverage Н. Н., Rice С. W., Kellogg Е. W. The Wave Antenna. A New Type of Highly Directive Antenna. -Transactions A. I. E. E., 1923, vol. 42, p. 215-266. nrcdxas.org/articles/ aveAntenna.pdf.
  2. Koontz F, WA2WVL. Is This EWE for you? - QST, Feb. 1995, p. 31-33.
  3. Koontz F, WA2WVL. More EWEsforyou. - QST, Jan. 1996, p. 32-34.
  4. Breed G. The K9AY Terminated Loop - A Compact, Directional Receiving Antenna. - QST, Sept. 1997, p. 43-46.
  5. Kunningham E. W., K6SE. Flags, Pennants and Other Ground-Independent Low-Band Receiving Antennas. - QST, July 2000, p. 34-37.
  6. eham.net/articles/806.

Смотрите другие статьи раздела Антенны КВ.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Использование Apple Vision Pro во время операций 16.03.2024

Медицинская команда больницы Кромвеля в Лондоне впервые применила Apple Vision Pro в ходе двух операций на позвоночнике. Это событие подтверждает потенциал гарнитуры в качестве медицинского инструмента, изменяющего подход к хирургической практике. Хотя сами врачи не использовали Vision Pro, операционная медсестра работала с виртуальной реальностью, используя очки во время подготовки и выполнения процедур. Гарнитура позволила просматривать виртуальные экраны в операционной, выбирать инструменты и следить за ходом операции. Программное обеспечение, разработанное компанией eXeX, специализирующейся на создании приложений на основе искусственного интеллекта для хирургии, существенно улучшило процесс оказания медицинской помощи пациентам. Использование Apple Vision Pro открывает новые возможности для разработки приложений в сфере здравоохранения, таких как клиническое образование, планирование операций, обучение и медицинская визуализация. Внедрение Apple Vision Pro в медицинскую пр ...>>

Хранение углерода в Северное море 16.03.2024

Министр энергетики Норвегии Терье Осланд объявил о запуске проекта Longship, нацеленного на создание центрального хранилища углекислого газа в Северном море. Этот амбициозный проект оценивается в $2,6 млрд и направлен на применение технологии CCS (углеродного захвата и хранения) для смягчения воздействия климатических изменений. Норвегия уже имеет опыт в области CCS благодаря успешным проектам Sleipner и Snohvit, и сейчас стремится увеличить объем углерода, запечатываемого под морским дном. План Longship предусматривает создание мощности по захвату и хранению 1,5 млн. тонн углерода ежегодно в течение 25 лет. Несмотря на позитивные перспективы, существуют опасения по поводу долгосрочных последствий такого хранения. Однако сторонники проекта утверждают, что морское хранение углерода имеет ряд преимуществ, включая минимальное воздействие на окружающую среду. Проект Longship осуществляется при участии компаний Equinor, Shell и TotalEnergies через совместное предприятие Northern Li ...>>

Выращены мини-органы из амниотической жидкости человека 15.03.2024

Международная команда ученых под руководством профессора Фань Сюлиня из Университета Чжэцзян разработала уникальный способ выращивания мини-органов из клеток, обнаруженных в амниотической жидкости человека. Этот значительный прорыв в медицине может привести к улучшению диагностики и лечения врожденных заболеваний. Органоиды, представляющие собой трехмерные клеточные структуры, имитирующие органы в меньшем масштабе, были выращены из клеток легких, почек и тонкого кишечника, найденных в амниотической жидкости. Этот метод открывает новые возможности для изучения различных состояний плода и может стать ключом к ранней диагностике и лечению врожденных дефектов. Хотя пока не проводились попытки использования этого метода в лечении, ученые надеются, что их исследования в будущем помогут бороться с серьезными врожденными заболеваниями, которые затрагивают миллионы новорожденных ежегодно. Этот прорыв может изменить практику медицинских вмешательств, позволяя диагностировать и лечить врожд ...>>

Случайная новость из Архива

Солнечных панелей в Токио станет больше 16.09.2022

Правительство Токийского столичного округа анонсировало новую политику, которая предусматривает обязательную установку солнечных панелей на некоторые из новых домов - как часть мер по продвижению использования солнечной энергии. Как сообщает The Japan News , старт инициативы запланирован на 2025 год, она станет первой в своем роде для Японии.

Под действие новых правил, обязывающих устанавливать солнечные панели, будут попадать около 50 застройщиков, строящих здания общей площадью не менее 20 тыс. м2 в год.

Впрочем, доля необходимых для установки солнечных панелей будет отличаться от района к району с учетом степени инсоляции в том или ином месте. Например, если в районах Тиода и Тюо, где расположены многие высокие здания, должно покрываться панелями 30% крыш, то в малоэтажных районах - до 85%. Поскольку жизненный цикл панелей составляет около 20-30 лет, правительство округа также создаст систему продвижения их переработки с прицелом для подготовки массовой замены панелей в будущем. Не исключены и лизинг панелей, а также субсидии для покупателей домов и другие льготы.

По данным издания, некоторые застройщики выражают обеспокоенность дополнительными затратами, способными поднять стоимость жилья. В ответ власти с началом реализации программы обещают усилить меры поддержки.

С весны 2025 г. новые дома по всей стране должны соответствовать определенным стандартам энергосбережения - например, застройщики должны использовать материалы с высоким уровнем теплоизоляции. Местные власти решили запустить свою "солнечную" инициативу одновременно с началом внедрения общенациональных стандартов для того, чтобы упростить задачу строителям.

По словам губернатора Токийского столичного округа Юрико Койке (Yuriko Koike), она надеется, что новая инициатива станет поворотной точкой в истории, после которой можно будет заявить, что "Токио поменялся".

Другие интересные новости:

▪ Три типа людей

▪ Общение с близкими помогает жить дольше

▪ 2-ядерный смартфон Explay Vision

▪ Охрана в Интернете

▪ Верблюжье молоко станет лекарством

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

 

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электротехнические материалы. Подборка статей

▪ статья Повреждение нравов. Крылатое выражение

▪ статья От чего зависит погода? Подробный ответ

▪ статья Томатное дерево. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Телефонный интерфейс для Си-Би радиостанции. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Газовая горелка. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Имя:


E-mail (не обязательно):


Комментарий:





All languages of this page

Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте

www.diagram.com.ua

www.diagram.com.ua
2000-2024