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:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Математики разработали идеальный кофе эспрессо 21.01.2020 Ученые создали математическую модель приготовления эспрессо, которая показала оптимальные значения параметров, позволяющих добиться повторяемости вкуса, при этом экономя кофе. Ключевая рекомендация заключается в помоле зерен до определенного размера, который грубее используемого сегодня в большинстве случаев. Эспрессо - это один из самых популярных способов заваривания кофе. Для получения этого напитка, горячую воду под давлением пропускают сквозь молотые жареные зерна. Несмотря на распространенность этого метода, результат его применения зачастую отличается раз от раза. Как правило, это списывают на человеческий фактор, хотя полноценных подтверждений этому не было. Существуют официальные рекомендации по завариванию эспрессо. Согласно им конечный объем напитка должен составлять от 25 до 35 миллилитров, при этом воду следует подавать под давлением в 9 бар, при температуре от 92 до 95 градусов Цельсия и в течение 20-30 секунд, а необходимая масса зерен для одной чашки должна находится в диапазоне от 7 до 9 грамм. Однако многие кофейни отклоняются от этих правил, так как современные кофемашины позволяют настраивать не только эти параметры, но и многие другие. Конечный вкус кофе определяется соотношением концентраций примерно двух тысяч химических соединений, содержащихся в зернах. Обычно считается, что чем меньше помол - тем лучше будет напиток, так как таким образом увеличивается площадь контакта кофе с водой. Однако в реальности сварить одинаковый на вкус эспрессо несколько раз подряд очень сложно. Джейми Фостер (Jamie Foster) из Университета Портсмута и его коллеги разработали новую математическую модель заваривания эспрессо, которая предлагает оригинальное объяснение непостоянству качества. Согласно результатам работы, количество заваривающегося кофе нелинейно зависит от степени помола: по мере уменьшения размера крупинок продуктивность растворения растет, но после определенного значения начинает падать. Авторы использовали не прямое моделирование всех физических и химических процессов при протекании воды сквозь кофе, а модифицировали хорошо разработанные методы симуляции движения заряженных частиц в литий-ионных батареях. Оказалось, что слишком мелкий помол приводит к частичному закупориванию фильтра и уменьшению доли растворяющегося субстрата. В конечном итоге авторы предлагают использовать не самый мелкий помол, добавлять чуть меньше зерен и использовать меньше воды. По словам исследователей, такая стратегия приводит к экономии денег и ресурсов, а также обеспечивает воспроизводимость вкуса напитка. Однако это не значит, что существует одно единственное значение параметров, которое позволяет сварить наилучший кофе, так как предпочтения во вкусе у людей различаются. В некоторых случаях для воспроизведения предпочитаемого вкуса может понадобится смешение нескольких завариваний по оптимизированному способу.

Другие интересные новости:

▪ Новые Benchmark MOSFETs International Rectifier

▪ 11-нанометровая SoC Snapdragon 675 c поддержкой строенных камер

▪ Новая файловая система для Windows 8

▪ Скоростная флэш-память Samsung eUFS 3.1 512 ГБ

▪ Подземные ходы старой Европы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Начинающему радиолюбителю. Подборка статей

▪ статья Ну как не порадеть родному человечку! Крылатое выражение

▪ статья Когда впервые появилась мебель? Подробный ответ

▪ статья Компасные румбы, угловая разметка. Советы туристу

▪ статья Настольная плавильня. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Тонкомпенсированный регулятор громкости с глубокой коррекцией. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025