Высокоэффективные антенны на 430 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны УКВ

 Комментарии к статье

В дециметровом диапазоне волн (ДЦВ) рекомендуется применять высокоэффективные антенны с острой диаграммой направленности по следующим причинам. Высокая направленность антенн существенно увеличивает энергетический потенциал линии связи, что позволяет либо увеличить дальность связи, либо снизить мощность передатчика. Последнее выгодно не только экономически, но и потому, что в ДЦВ диапазоне трудно получить большие мощности передатчиков.

Кроме того, при высокой направленности антенн уменьшается возможность воздействия на приемное устройство посторонних помех. Наконец, остронаправленные антенны позволяют уменьшить взаимное влияние нескольких близкорасположенных систем связи, работающих в одном диапазоне частот. Усиление антенн, прямым образом связанное с ее направленными свойствами, в. определенной степени компенсирует потери ВЧ энергии при распространении по линии связи. При увеличении расстояния между корреспондентами снижается уровень передаваемого сигнала и возникает необходимость в применении все более направленных антенн. Такие антенны можно построить, объединив в систему (решетку) несколько антенн со сравнительно слабой направленностью. Одиночные антенны, входящие в решетку, следует располагать относительно друг друга на оптимальных расстояниях, учитывая их направленные свойства.

При расстояниях меньше оптимальных, антенны в решетке будут недоиспользованы и коэффициент направленного действия (КНД) решетки будет меньше возможного. Расстояния больше оптимальных нецелесообразны, так как в этом случае неоправданно увеличиваются размеры антенного устройства в целом и ухудшается его характеристика направленности (сужается главный лепесток и растут боковые). Ориентировочно выбрать расстояния между отдельными антеннами решетки можно, пользуясь понятием эффективной поверхности Sэфф одиночной антенны с КНД=Dо.

Sэфф=(Dol²)/4p;

где l - длина волны.

Представляя условно эту поверхность в виде квадрата со стороной a=l/2Sqr(Do/p), можно располагать электрические центры антенн в решетке по вершинам квадрата со стороной "a". При этом эффективная поверхность S^pэфф антенной решетки примерно будет равна n*Sэфф, где n - число антенн, входящих в решетку. Очевидно, что значение КНД антенной решетки зависит как от значения Do (КНД каждой одиночной антенны), так и от числа одиночных антенн, образующих решетку. При увеличении этого числа возрастают технические трудности в синфазном питании антенн решетки и в согласовании ее с фидером. Уменьшение длины рабочей волны усугубляет эти затруднения и в рассматриваемом диапазоне частот они уже весьма ощутимы. Существенным моментом при построении многоэлементной антенной решетки является выбор ее элемента - одиночной антенны. Этот элемент должен быть конструктивно прост и обладать апериодическими свойствами. Последнее качество особенно необходимо при выполнении антенной решетки в любительских условиях, когда трудно сделать большое количество одиночных антенн с высокой идентичностью. Отсутствие у одиночной антенны ярко выраженных резонансных свойств позволяет без особого ущерба для решетки в целом допускать отклонения от заданных размеров при выполнении деталей антенн. В качестве такого элемента может быть использован зигзагообразный излучатель, изображенный на рис.1. На этом рисунке приведены размеры излучателя на диапазон частот 430-440 МГц.

Рис.1

Излучатель изготовляется из восьми сплошных одинаковых металлических пластинок, скрепленных между собой любым способом (пайкой, болтами или заклепками). При скреплении болтами или заклепками в точках питания антенны a - а необходимо установить латунные луженые лепестки для припаивания фидера. При данной конструкции излучателя в его точках б-б будут пучности тока и, соответственно, нулевые напряжения. Благодаря этому за точки б-б излучатель можно закрепить металлическими стойками к рефлектору, а также провести через одну из этих точек распределительный фидер, не нарушая электрической симметрии антенны. Таким образом отпадает необходимость в изготовлении и применении какого-либо специального симметрирующего устройства. Распределительный фидер от точки "б", имеющей нулевой потенциал, прокладывается по двум пластинам излучателя к точкам его питания, где припаивается к нему. Чтобы излучатель был прочнее, между точками а-а можно поставить диэлектрическую плату.

Простая конструкция излучателя допускает его многократное изготовление с высокой идентичностью. КНД и КБВ (коэффициент бегущей волны) этого излучателя слабо зависят от частоты, и в рабочем диапазоне волн практически не изменяются. Таким образом, конструкция излучателя и его апериодические свойства удовлетворяют требованиям, предъявляемым к элементу антенной решетки. Следующим этапом в построении антенной решетки является размещение элементов в решетке и выбор расстояний между ними. Диаграммы направленности в Е и Н плоскостях поляризации зигзагообразного излучателя с рефлектором в заданном диапазоне волн практически одинаковы. Это позволяет расставить элементы решетки по вершинам квадрата со стороной, приблизительно равной 0.9l. Для успешной работы антенной решетки необходимо правильно питать ее и согласовать элементы решетки с основным фидером. При этом желательно, чтобы система питания обеспечивала синфазность излучения элементов решетки и равенство подводимых к ним мощностей. Принцип работы системы питания примененной в описываемой антенной решетке можно уяснить из рис.2.

Рис.2

На этом рисунке изображены четыре зигзагообразных излучателя, проводники которых возбуждены в фазе от точек питания в-в. При этом распределительные фидеры 1 и 2, 3 и 4 включены попарно параллельно, а сами пары в точках в-в - последовательно. Это позволяет в первом приближении в точках в-в восстановить значения входных сопротивлений, имеющихся на входе каждого отдельно взятого распределительного фидера и тем самым обеспечить такую же степень согласования фидера, питающего четыре излучателя, какую имеет фидер, питающий один излучатель (КБВ~0,6-0,7). Фазы напряжения, подводимые к точкам питания в-в, сдвинуты относительно друг друга на 180°, поэтому, для правильной фазировки излучателей, необходимо искусственно создать дополнительный сдвиг фазы на 180°. Этот сдвиг можно Осуществить, прокладывая, например, распределительные фидеры 1 и 3 по правым сторонам излучателей, а фидеры 3 и 4 - соответственно по левым. Естественно, что электрические длины распределительных кабелей от точек питания в-в до точек питания излучателей a-a должны быть одинаковыми. На рис. 3,а показано конструктивное выполнение монтажа коаксиальных кабелей четырех распределительных фидеров в узле А.

Рис.3.а

Соединения кабелей в узле А весьма просты и в дополнительных пояснениях не нуждаются. Следует лишь иметь в виду, что длины соединительных проводников должны быть возможно меньшими, а места спаек предельно аккуратными. Узел А монтируют на диэлектрической плате, которую нужно на 40-50 мм отодвинуть от мачты. В качестве основного питающего фидера четверки излучателей можно взять как коаксиальный 75-омный кабель (лучше РК-3), так и 300-омную двухпроводную линию. В первом случае кабель нужно подключить к точкам питания в - в через симметрирующее устройство, общий вид которого показан на рис.3,б.

Рис.3.б

Это устройство состоит из двух проводников равного диаметра, замкнутых накоротко между собой на расстоянии 173 мм от точки подключения центрального проводника кабеля. Роль одного из проводников симметрирующего устройства выполняет экранирующая оплетка основного фидера, в качестве другого используется латунная трубка. Точками г-г симметрирующее устройство подключается к точкам в-в узла А. Проводники симметрирующего устройства нужно закрепить к диэлектрической плате питания узла А, чтобы механические усилия от фидера не передавались на точки возбуждения в - в и не нарушали в них контакта. Когда в качестве основного фидера используется двухпроводная линия с волновым сопротивлением 300 ом, к симметрирующему устройству подключается еще U-колено (на рис.3,б внизу).

При фидере из кабеля РК-3 или РК-1 включать U-колено не нужно. U-колено увеличивает в четыре раза значения сопротивлений, обеспечивая как необходимую в случае применения двухпроводной линии трансформацию сопротивлений, так и симметрирование. Двухпроводную линию с волновым сопротивлением 300 ом можно изготовить из медного провода. Для фиксации проводов линии на них следует закрепить столбики, нарезанные из полиэтиленовой изоляции кабеля РК-3 небольшими кусками длиной около 10 мм. Куски изоляции, надетые на провода линии, попарно скрепляются между собой изоляционной лентой (рис.4).

Рис.4

Конец двухпроводной линии перед вводом в дом следует в точках д -д подключить к другому ЕТ-колену, как показано на рис.4. Устройство и размеры антенной решетки из четырех излучателей, схема которой приведена на рис.2, показаны на рис.5.

Рис.5

КНД этой решетки порядка 40. Конструкция рамы, на которой расположены излучатели, показана на рис.6. Она представляет собой четыре горизонтальные и две вертикальные рейки, закрепленных на мачте.

Рис.6

Если излучатели выполнены из достаточно жестких материалов, вертикальные рейки можно не делать. Для увеличения направленности антенной решетки целесообразно использовать рефлектор. Один из вариантов рефлектора представлен на рис.7.

Рис.7

Он состоит из двух горизонтальных реек, по краям которых закреплено два отрезка антенного канатика или голого медного провода диаметром 2-3 мм. К антенным канатикам (или проводам) прикрепляются поперечные проводники диаметром 0,5-1 мм, которые и образуют стенку рефлектора. Рефлектор укрепляется на мачте при помощи двух кронштейнов (рис.7). Он должен быть как можно легче. Общий вид решетки из четырех излучателей с рефлектором показан на рис.8.

Рис.8

При установке решетки следует точно направить ее на корреспондента. Оттяжки мачты не должны пересекать и тем более касаться проводников излучателей антенной решетки. Если оттяжки проходят перед полотном антенны, то они должны состоять из нескольких частей с изоляторами между ними. Расстояние между изоляторами должно быть порядка 150 мм. Провода двухпроводной липни могут идти параллельно мачте, но не должны ее касаться. В местах перегиба их можно закрепить на изоляторах. Однако необходимо стремиться к тому, чтобы проводники двухпроводной линии при закреплении и изгибах (желательно более плавных) не были сильно деформированы. Так, например, их нельзя обвивать вокруг изоляторов, как это делают с проводами осветительной сети. Как видно из приведенных рисунков, размеры антенной решетки из четырех излучателей сравнительно невелики. Имеется возможность увеличить КНД решетки примерно до 150-160 путем ее дальнейшего учетверения.

Выбранная схема питания элементов решетки позволяет это сделать без особого труда. На рис.9 показана схема питания антенной решетки из 16 элементов. Она аналогична схеме рис.2, если считать каждую четверку излучателей как одиночный элемент. Все узлы рис.9 с точками питания в-в и в'-в' выполняются так, как показано на рас.3. К точкам в'-в' можно подключить в качестве основного фидера как 75-омный коаксиальный кабель с симметрирующим устройством, так и двухпроводную 300-омную линию, с применением СТ-колена. Монтаж линий питания требует особого внимания, так как неправильное присоединение концов симметрирующего устройства в каком-либо из узлов питания вызовет расфазирование всей антенной решетки. Схема подводки распределительных кабелей к точкам питания самих зигзагообразных излучателей в четверках также показана на рис.9.

Рис.9

Монтировать решетку из 16 излучателей на каркасе можно так, как показано на рис.10. Здесь также вертикальные рейки нужны не всегда. Рефлектор антенны выполняется описанным выше способом.

Рис.10

Требования к выполнению фидерной системы полностью сохраняются. Увеличиваются требования к тщательности юстировки системы и к ее механической жесткости. Антенна имеет сравнительно высокую направленность. Угол раскрыва ее диаграмм направленности по уровню половинной мощности составляет около 16°. Следовательно, нежелательны отклонения от направления на корреспондента и по углу места, превышающие ±4°.

Автор: К. Харченко; 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:

Искусственная кожа для эмуляции прикосновений 15.04.2024

В мире современных технологий, где удаленность становится все более обыденной, сохранение связи и чувства близости играют важную роль. Недавние разработки немецких ученых из Саарского университета в области искусственной кожи представляют новую эру в виртуальных взаимодействиях. Немецкие исследователи из Саарского университета разработали ультратонкие пленки, которые могут передавать ощущение прикосновения на расстоянии. Эта передовая технология предоставляет новые возможности для виртуального общения, особенно для тех, кто оказался вдали от своих близких. Ультратонкие пленки, разработанные исследователями, толщиной всего 50 микрометров, могут быть интегрированы в текстильные изделия и носиться как вторая кожа. Эти пленки действуют как датчики, распознающие тактильные сигналы от мамы или папы, и как исполнительные механизмы, передающие эти движения ребенку. Прикосновения родителей к ткани активируют датчики, которые реагируют на давление и деформируют ультратонкую пленку. Эта ...>>

Кошачий унитаз Petgugu Global 15.04.2024

Забота о домашних животных часто может быть вызовом, особенно когда речь заходит о поддержании чистоты в доме. Представлено новое интересное решение стартапа Petgugu Global, которое облегчит жизнь владельцам кошек и поможет им держать свой дом в идеальной чистоте и порядке. Стартап Petgugu Global представил уникальный кошачий унитаз, способный автоматически смывать фекалии, обеспечивая чистоту и свежесть в вашем доме. Это инновационное устройство оснащено различными умными датчиками, которые следят за активностью вашего питомца в туалете и активируются для автоматической очистки после его использования. Устройство подключается к канализационной системе и обеспечивает эффективное удаление отходов без необходимости вмешательства со стороны владельца. Кроме того, унитаз имеет большой объем смываемого хранилища, что делает его идеальным для домашних, где живут несколько кошек. Кошачий унитаз Petgugu разработан для использования с водорастворимыми наполнителями и предлагает ряд доп ...>>

Привлекательность заботливых мужчин 14.04.2024

Стереотип о том, что женщины предпочитают "плохих парней", долгое время был широко распространен. Однако, недавние исследования, проведенные британскими учеными из Университета Монаша, предлагают новый взгляд на этот вопрос. Они рассмотрели, как женщины реагируют на эмоциональную ответственность и готовность помогать другим у мужчин. Результаты исследования могут изменить наше представление о том, что делает мужчин привлекательными в глазах женщин. Исследование, проведенное учеными из Университета Монаша, приводит к новым выводам о привлекательности мужчин для женщин. В рамках эксперимента женщинам показывали фотографии мужчин с краткими историями о их поведении в различных ситуациях, включая их реакцию на столкновение с бездомным человеком. Некоторые из мужчин игнорировали бездомного, в то время как другие оказывали ему помощь, например, покупая еду. Исследование показало, что мужчины, проявляющие сочувствие и доброту, оказались более привлекательными для женщин по сравнению с т ...>>

Случайная новость из Архива Бескаркасные солнечные панели на липкой основе 29.05.2021 В будущем солнечные панели могут стать повсеместным элементом внешней отделки зданий и сооружений. Но только не в нынешнем виде, который подразумевает сложные монтажные работы на достаточно прочном каркасе. Прорывом обещают стать бескаркасные солнечные панели, предложенные сингапурской компанией Maxeon Solar Technologies. Панели Maxeon Air легкие, гибкие и несут клеевую основу, что упрощает монтаж на любой поверхности. Впервые за примерно 50 лет выпуска солнечных панелей можно будет отказаться от сложных работ и дорогостоящих сопутствующих расходов при развертывании солнечных ферм. Сегодня солнечные панели представляют собой довольно тяжелые и большие плиты, которые необходимо устанавливать на специальном каркасе. Ферму из таких панелей выдержит не каждая крыша, в которую при проектировании зданий не были внесены коррективы на сопротивление избыточной нагрузке. С панелями Maxeon Air все будет намного проще и это не все новшества, которые они могут предложить. Основа панелей Maxeon Air допускает приклеивание и отклеивание панелей при монтаже. Они гибкие и до определенного предела без образования трещин могут повторять изгиб крыши или другой поверхности, на которую будут монтироваться. КПД панелей довольно высок и достигает 20,9 %. Вырабатывать электричество они могут даже в затененном состоянии, при котором большинство современных панелей просто отключились бы. Весят панели Maxeon Air в два раза меньше, чем обычные - 6 кг/м2. Предполагается, что такие панели будут массово устанавливаться на крыши коммерческих зданий, в которые не был заложен достаточный запас прочности. В Европе, например, с таких крыш наберется 4 ГВт, и с Европы начнется проверка возможностей панелей Maxeon Air. В компании рассчитывают, что ряд пилотных ферм будет развернуто до конца текущего года, а в следующем году панели Maxeon Air поступят в свободную продажу.

Другие интересные новости:

▪ Посетителей кафе обслуживают роботы

▪ Электроэнергия и данные по воздуху

▪ МОП-транзистор 160 А для автомобильного применения от Toshiba

▪ Тонометр работает от прикосновения

▪ Магнит-мусороуборщик на орбите

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоуправление. Подборка статей

▪ статья Потайной гвоздик. Советы домашнему мастеру

▪ статья Название какой всемирно известной корпорации возникло из-за орфографической ошибки? Подробный ответ

▪ статья Начальник финансового отдела. Должностная инструкция

▪ статья Введение второго УКВ диапазона в автомагнитолу с синтезатором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Модернизация узлов радиоприемника Катран. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

All languages of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

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

www.diagram.com.ua
2000-2024