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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Особенность мозга лидера помогает убеждать 01.04.2015 Лидер должен уметь убеждать людей в том, что он знает, как лучше, и что ему можно доверять. Иными словами, он должен уметь находить общий язык с другими. Исследователи из Пекинского педагогического университета совместно с Обществом Макса Планка и еще несколькими европейскими и американскими научными центрами решили узнать, как такое умение проявляется в активности человеческого мозга. Участников эксперимента разбивали на группы по три человека (каждая состояла либо только из мужчин, либо только из женщин), и каждой тройке предлагали в течение нескольких минут обсудить некую моральную дилемму. За активностью мозга следили с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области, которая позволяет отслеживать изменения в уровне гемоглобина, связанного с кислородом - там, где мозг активнее всего работает, там и кислород расходуется сильнее. После дискуссии ее участники называли того, кто, по их мнению, оказался лидером группы. Одновременно по записи разговора лидера должны были определить "независимые эксперты" - посторонние люди, не участвовавшие в обсуждении и не знающие никого из спорщиков. В статье в PNAS Цзин Цзян (Jing Jiang) и ее коллеги описывают любопытный феномен, который им удалось обнаружить: определенный участок коры (а именно левая височно-теменная спайка) в ходе дискуссии начинал у разных людей работать в унисон. Причем синхронизация происходила по мозгу одного из них, которого потом признавали лидером как сами участники дискуссии, так и те, кто слушал ее в записи. Известно, что височно-теменная спайка помогает нам понять чужое психическое состояние, вникнуть в эмоции и мысли другого человека, потому ее еще можно назвать зоной эмпатии. (Кстати говоря, такой же участок коры есть и у обезьян, и работает он, как недавно показали исследователи из Оксфорда, точно так же, то есть настроен на эмпатическое понимание.) Поскольку лидер должен одновременно и чувствовать настроение своей группы, и влиять на эмоции и мысли других людей, неудивительно, что активность именно этой зоны коры оказалась связана с появлением "уважаемого человека". Синхронизация происходила в большей степени при вербальном, нежели при невербальном общении, что вполне понятно: мимика, жесты и язык тела служат у нас обычно лишь вспомогательными средствами общения, подкрепляющими то, что сказано словами. Здесь было важно не то, как часто человек открывал рот во время дискуссии, а что он говорил. Некоторые из членов группы вступал в разговор очень часто, но не обязательно становились главными, и лишь слова настоящего лидера, даже если он говорил не очень много, вызывали синхронизацию активности коры. То есть сами по себе речевые навыки явно недостаточны для лидерской позиции (кстати, языковые центры коры у разных членов группы "активничали" по-своему). В какую же сторону шло согласование мозговой активности - то есть, проще говоря, кто под кого подстраивался? Процесс шел в обе стороны, однако сильнее всего синхронизировались с другими именно лидерские мозги. Вступая в общение, потенциальный глава группы должен был как-то согласовать то, что он собирается сказать, с мыслями и чувствами других людей. Так что его мозг в буквальном смысле настраивался на чужую волну. Это не значит, что он подлаживался под чужое мнение и начинал его повторять - это значит, что он понимал и учитывал чужую позицию в собственных словах. Речь ни в коем случае не идет о том, что такая мозговая активность служит причиной появления лидера. Вышеописанные нейрофункциональные особенности лишь указывают на то, что происходит в головах у людей, когда группа выделяет человека, которому она доверяет и который может руководить остальными. Такого человека можно обнаружить еще до явных выборов главы сообщества - просто по тому, как меняется мозговая активность в ходе групповой коммуникации. Очевидно, такая способность - в большей степени человеческая черта, хотя, возможно, эволюционировать она начала еще у обезьян (ведь они, напомним, тоже могут чувствовать психическое состояние другого). Хотелось бы надеяться, что из этих результатов выйдет и практическая польза: например, нейробиологи и психологи могли бы создать тест, позволяющий по активности мозга оценить, достоин ли кандидат в руководители занять предлагаемое ему место.

Другие интересные новости:

▪ Алкоголь приводит к раку

▪ Умная камера видеонаблюдения с функцией слежения

▪ Съедобные конденсаторы из сыра и энергетика

▪ Титановая челюсть для черепахи

▪ Зеркало заднего вида с Android

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Загадки для взрослых и детей. Подборка статей

▪ статья Уильям Шекспир. Знаменитые афоризмы

▪ статья Где и когда можно было посмотреть Ромео и Джульетту с хеппи-эндом? Подробный ответ

▪ статья Буквица лекарственная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Брелок эмоциональной настройки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Двухдиапазонная УКВ антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026