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:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Случайная новость из Архива Радиоуправляемые ферменты 02.12.2018 Белки-ферменты выполняют в наших клетках всю биохимическую работу, но сами ферменты могут работать только в строго определенных условиях. Поэтому ускорить, "усовершенствовать" ферментативную реакцию бывает очень сложно. Например, мы предполагаем, что если повысить температуру, реакция пойдет быстрее, однако фермент не разрешает так сделать. Как и у любого белка, у фермента есть определенная пространственная структура, от которой зависит его функция. Трехмерная структура удерживается физико-химическими связями внутри белковой молекулы, которые могут нарушиться, если температура станет выше оптимальной. Ученые из Университета ИТМО нашли способ повысить эффективность ферментов, не разрушая их. Были исследованы наночастицы с ферментами внутри: белки заключены в жесткий пористый каркас из наночастиц магнетита. Частицы можно нагреть радиоизлучением - нагревшись, они передают часть энергии ферменту, который от этого начинает работать быстрее, в то время как жесткий каркас ограничивает подвижность разных частей белковой молекулы, не давая ей утратить рабочую форму. В экспериментах с ферментом карбоангидразой, которая в обычных условиях чувствительна к температуре, скорость реакции удалось увеличить в 4 раза, сохранив работоспособность фермента. Радиоизлучение легко проникает в живые ткани и безвредно для организма. То есть с его помощью можно управлять активностью ферментов в организме и корректировать метаболизм клеток. Авторы работы планируют в ближайшее время опробовать свой подход с наночастицами на других ферментах и попытаться с их помощью повлиять на жизнедеятельность бактерий или клеток - например, заставить их делиться быстрее или медленнее.

Другие интересные новости:

▪ Солнце и ветер для дома

▪ Новый специализированный измеритель емкости

▪ Электронная кожа, ощущающая прикосновения

▪ Разработана спецификация USB4

▪ Твердотельный накопитель для майнинга Team Group Chia

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электротехнические материалы. Подборка статей

▪ статья Страх создал богов. Крылатое выражение

▪ статья Почему картина Гогена Бретонская деревня в снегу была продана под названием Ниагарский водопад? Подробный ответ

▪ статья Кенаф. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья GAINCLONE-2007. УНЧ на микросхеме LME49810. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Светодиоды импортные. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025