Высокоэффективные УКВ антенны. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны УКВ

 Комментарии к статье

Интенсивное освоение радиолюбителями УКВ диапазонов за последние два десятилетия привело к появлению множества разнообразных по своим конструкциям антенн. Особое распространение в последние годы получили антенны с удлиненной траверсой. Длина траверсы такой антенны составляет несколько длин волн, а число пассивных элементов достигает двух десятков и даже более. Именно их нередко используют ультракоротковолновики при проведении дальних и сверхдальних связей на УКВ через "аврору", метеорные потоки, ИC3 и лунную поверхность.

Интерес к антеннам с удлиненной траверсой можно объяснить тем, что, во-первых, при практически таких же затратах материалов, что и на постройку обычного "волнового канала", усиление у них заметно больше; во-вторых, конструкция таких антенн несложная, так как все элементы крепятся на одной несущей траверсе; в-третьих, подкупает относительная простота согласования антенны с фидером, ибо ВЧ энергия подводится только к одному активному элементу. Но этим антеннам свойственны и некоторые недостатки: малое подавление излучения назад и значительное сужение рабочей полосы при увеличении числа элементов.

Ряд интересных конструкций УКВ антенн с удлиненной траверсой разработал известный французский ультракоротковолновик Ф. Тонна (F9FT). Антенны F9FT имеют достаточно высокий КПД, сравнительно небольшие размеры и массу, в них нет согласующих элементов. Но пожалуй, их главное достоинство - легкая повторяемость, получение идентичных параметров каждой отдельной антенны (при строгом соблюдении всех размеров элементов). Последнее позволяет путем компоновки нескольких однотипных антенн создавать сложную антенную систему с большим коэффициентом усиления.

Основные параметры антенны F9FT приведены в таблице. Приведенные значения усиления антенн даны относительно полуволнового диполя.

На рис. 1, а приведен чертеж 16-элементной антейны для 2-метрового диапазона. Ее траверсу выполняют из проката квадратного профили со стороной 20 мм, толщина стенки - 1,5...2 мм, или трубы диаметром 20 мм. Часть траверсы, где укрепляют рефлекторы и активный вибратор, имеет вид "ласточкина хвоста" (рис.1,б). Пассивные элементы изготавливают из алюминиевой проволоки диаметром4 мм. Применение других материалов (меди, латуни, сплавов алюминия, биметалла) не вызывает заметного ухудшения параметров антенны, за исключением ее массы. Один из возможных вариантов крепления рефлекторов и директоров показан на рис. 1.в.

Рис.1 (нажмите для увеличения)

Активный вибратор с волновым сопротивлением 75 Ом (рис.2,а) выполняют из алюминиевой Проволоки диаметром 5 мм, а с волновым сопротивлением 50 Ом (рис.2, б) - из двух алюминиевых трубок диаметров 12 мм, соединенных алюминиевой дужкой-согласователем из проволоки диаметром 5 мм.

Рис.2 (нажмите для увеличения)

Основные параметры антенн

Активный вибратор должен быть надежно изолирован от траверсы. В качестве изоляционного материала можно использовать стеклотекстолит, тефлон, органическое стекло и т. п.

На рис. 3,а и 3,б схематически изображены 9- и 13-элементная антенны для 2-метрового диапазона. Конструкция активных вибраторов с различным волновым сопротивлением для этих антенн показана на рис. 3,в (75 Ом) и 3,г (50 Ом).

Рис.3 (нажмите для увеличения)

Некоторое различие в размерах данных активных вибраторов от тех, которые применяются в 16-элементной антенне, обусловлено стремлением лучше согласовать эти антенны с фидером. Сечение несущей траверсы для этих антенн такое же, как и для 16-элементной (20х20 мм). Конструктивно 9- и 13-элементную антенну выполняют так же, как и 16-элементную.

На рис.4,а приведен схематический чертеж 21-элементной антенны для диапазона 70 см. Расстояния между элементами, указанные на рисунке, относятся к случаю использования фидера с волновым сопротивлением 75 Ом. При питании антенны 50-омным кабелем расстояния должны быть следующими: рефлектор - активный вибратор - 139 мм, активный вибратор - директор 1 - 48 мм, директор 1 - директор 2-68 мм, директор 2 - директор 3 - 182 мм. Остальные директоры располагают на расстоянии, указанном на рисунке. Для траверсы используют прокат квадратного профиля со стороной 16,5 мм (можно применить трубку диаметром 16...17 мм). Все пассивные элементы изготавливают из алюминиевой проволоки диаметром 4 мм и укрепляют непосредственно на траверсе (см. рис.1,в). Активный вибратор (рис.4,б), выполняют из алюминиевой проволоки диаметром 5 мм. В месте крепления к траверсе он должен быть изолирован от нее.

Рис.4 (нажмите для увеличения)

На первый взгляд может показаться, что непосредственное питание симметричного вибратора несимметричным коаксиальным кабелем не может дать хороших результатов, так как в этом случае отношение напряжений на его концах равно примерно 2:3. А это неизбежно приведет к формированию излучения с вертикальной поляризацией, тем самым ухудшается коэффициент усиления антенны и ее диаграмма направленности. Однако эксперименты показывают, что питать антенну так можно, но входное сопротивление активного вибратора должно быть согласовано с волновым сопротивлением питающего фидера, а активный элемент надежно изолирован от траверсы. При этом практически вся подводимая ВЧ энергия излучается активным вибратором в окружающее пространство, а большое число пассивных элементов достаточно хорошо формирует главный лепесток диаграммы излучении антенны строго по ее оси. На рис. 5 и 6 изображены диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях 16-элементной антенны F9FT для 2-метрового диапазона.

Рис.5

Рис.6

Чтобы получить большее усиление. однотипные антенны объединяют в систему. При удвоении числа однотипных антенн коэффициент усиления системы может возрасти на 2.5 дБ. Максимальное значение достигается только при условии оптимального расстояния между антеннами и строгой фазировки последних. Оптимальное расстояние для 16-элементных антенн 2-метрового диапазона и для 21-элементной антенны диапазона 70 см составляет 2l. На рис.7 приведены варианты компоновки антенных систем.

Рис.7 (нажмите для увеличения)

Если, например, требуется согласовать с питающим фидером, имеющим волновое сопротивление 75 Ом, антенную систему из двух антенн с активным элементом, у которого волновое сопротивление 75 Ом, необходимо сделать следующее. Вибраторы обеих антенн соединяют через тройник отрезками коаксиального кабеля (их волновое сопротивление 75 Ом) длиной, кратной l/2 (l1=l2=спl/2, где п=1,2,3, .... с - коэффициент укорочения кабеля), с четвертьволновым трансформатором Последний изготавливают из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом длиной сl/4.

Для правильной фазировки антенной системы центральные проводники отрезков коаксиального кабеле подключают к точке А (см. рис.7).

Очень просто согласовать четыре однотипные антенны (см. рис.7,в). В этом случае используются отрезке кабелей с одинаковым волновыи сопротивлением (50 или 75 Ом) длиной l1=l2=l3=l4=спl/2, l5=l6=сl/4.

На рис.7,г показан вариант объединения двух антенн, при котором получается диаграмма направленности с круговой поляризацией. Такие системы целесообразно использовать при работе через радиолюбительские спутники Земли, а также при приеме сигналов, отраженных от лунной поверхности. Обе антенны монтируют взаимно перпендикулярно на одной траверсе, одноименные вибраторы укрепляют как можно ближе друг к другу.

Для согласования используют отрезки коаксиального кабеля с волновыи сопротивлением 75 Ом (l1=сп1l/4, l2=сп2l/2, где п1=1, 3, 5,...; п2=1,2, 3,...; l2-l1=l/4) и 50 Ом (l3=сl/4).

Данная антенная система с круговой поляризацией имеет коэффициент усиления такой же, что и одиночная антенна.

В заключение несколько практических советов. Для удобства и быстрой сборки антенных систем рекомендуется отрезки кабелей согласования снабжать высокочастотными разъемами типов СР-75 и СР-50, а для их соединения использовать ВЧ тройники. Такие узлы нетрудно защитить от влияния атмосферных осадков. Если указанных разъемов нет, отрезки кабелей можно аккуратно спаять, а места соединения покрыть полистиролом или эпоксидной смолой. Все крепежные винты желательно ставить с нижней стороны траверсы и закрашивать их Трубки элементов с концов закрывают капроновыми колпачками или резиновыми пробками. Места подключения кабелей к вибраторам желательно помещать в капроновые стаканы. Чтобы длинные траверсы не прогибались, их можно обычным способом подпереть диагональными штангами. Последние должны быть одинаковой длины для всех антенн, скомпонованных в систему.

Литература

1. Радио № 3, 1983, с.18-20

Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Антенны УКВ.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Создан класс материалов с изменяемыми механическими свойствами 20.05.2012 Ученым из Технологического института Карлсруэ (KIT) удалось создать новый класс материалов, которые могут обладать практически любыми механическими свойствами. На базе новых стабильных кристаллических метажидкостей можно создавать, например, уникальные акустические призмы и совершенно новые акустические и оптические системы. Новый материал относится к классу pentamode, предложенному в 1995 году Грэмом Мильтоном и Андреем Черкаевым. Тогда это была чисто теоретическая концепция механического поведения материалов, таких как золото или вода, выраженного параметрами сжатия и сдвига. Например, вода не может быть сжата в цилиндре, но может быть перемешана ложкой, таким образом ее можно описать через параметры сжатия и сдвига. Слово penta имеет древнегреческое происхождение и означает "пять". В случае воды пять параметров сдвига равны нулю, и только один параметр (сжатия) отличается от этого значения. С этой точки зрения идеальное состояние pentamode-метаматериала соответствует состоянию воды, поэтому данные материалы и называют метажидкостями. Теоретически путем изменения соответствующих параметров, можно получить материал с любыми мыслимыми механическими свойствами. Но до сих пор создать pentamode-материал не удавалось. Немецкие ученые создали прототип уникального полимера, механическое поведение которого определяется остротой и длиной четырех отдельных "лучей" искусственной базовой наноструктуры. Для этого потребовалось соблюсти ряд сложных условий. С одной стороны нужно было создать специфические структуры в нанометровом диапазоне и соединить их друг с другом под прямым углом. С другой стороны, необходимо было создать полноценную крупную трехмерную структуру, проще говоря, "кусок материала". Для этого пришлось применить технику записи лазерным лучом, разработанную компанией Nanoscribe. Она заключается в структурировании светочувствительных материалов в трех измерениях с помощью импульсного лазера и позволяет производить сложные микроскопические структуры заданной формы.

Другие интересные новости:

▪ Аэродинамический велосипед

▪ Игровая консоль Ayaneo Slide

▪ Опоры-генераторы

▪ Ярчайший OLED-дисплей для смартфонов

▪ Создана генетическая схема

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аудио и видеонаблюдение. Подборка статей

▪ статья Школа злословия. Крылатое выражение

▪ статья Что такое топливо? Подробный ответ

▪ статья Санитарно-бытовое и лечебно-профилактическое обеспечение работников

▪ статья GSM сигнализация для дома. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья УКВ ЧМ приемник на одном транзисторе. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026