Расчет вертикальной четвертьволновой антенны. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны КВ

 Комментарии к статье

Одним из основных способов снижения помех телевизионному приему со стороны любительских передатчиков является применение передающих антенн с вертикальной поляризацией. Наиболее распространена среди коротковолновиков четвертьволновая вертикальная антенна ("Ground plane"). Эта антенна состоит из вертикального штыря, длина которого обычно несколько меньше четверти длины рабочей волны, излучаемой передатчиком, и противовеса. Он выполняется из нескольких горизонтально расположенных четвертьволновых лучей, соединенных с оболочкой коаксиального кабеля, по которому от передатчика подается высокочастотная энергия.

Сопротивление излучения такой четвертьволновой антенны равно 28-32 ом (в зависимости от внешнего диаметра металлических трубок, из которых она построена). Поэтому соединение антенны с 50- или 75-омным коаксиальным кабелем приведет к появлению в нем стоячих волн и к потере энергии. Для согласования вертикального штыря с кабелем необходимо использовать дополнительные элементы - катушки индуктивности, конденсаторы или отрезки кабеля с определенными параметрами.

Ниже описывается упрощенный метод расчета антенны "Ground plane" с горизонтальным противовесом и согласующим отрезком кабеля. Антенны, построенные по этому расчету, хорошо работают на одном любительском диапазоне (например, 14 МГц) и, вместе с тем, вполне удовлетворительно излучают и на двух соседних диапазонах (21 и 7 МГц).

Расчет будем приводить на числовом примере для диапазона 14 МГц. Соединение штыря с питающим его кабелем и согласующим отрезком кабеля и обозначения их размеров показаны на рис. 1.

Рис.1

Для расчета необходимо знать диаметр металлических трубок или провода, из которых будут выполнены штырь антенны и лучи противовеса. Допустим, что мы собираемся применить для изготовления антенны трубки с внешним диаметром 30 мм,

а противовес будем делать из провода диаметром 2 мм. Определяем коэффициент М, характеризующий отношение длины удаленного от земли полуволнового диполя к диаметру антенны. Применяем формулу:

M=150000/(f_(МГц)D_(мм))

Здесь: f - средняя частота диапазона,

D - диаметр трубок. При f=14,2 МГц и D=30 мм получаем:

M=150000/(14,2*30)=352

По коэффициенту М определяем, пользуясь графиком (рис. 2), сопротивление излучения четвертьволновой антенны Rизл (для резонансной частоты): Rизл=30,8 ом.

Рис.2

Теперь следует вычислить истинное сопротивление излучения Ry укороченной антенны, которую мы будем строить; оно из-за влияния земли и противовеса отличается от Rизл и равно:

Ry=Rизл-Z/4Rизл

Здесь Z - волновое сопротивление коаксиального кабеля, из которого выполнен фидер. В нашем примере возьмем его равным 75 ом. Тогда:

Ry=30,8-75/4*30,8=30,2 Ом.

Для вычисления длины вертикального штыря L нужно по графику рис. 3 определить еще два вспомогательных коэффициента: Кс, характеризующий изменение сопротивления антенны при изменении ее длины, и Кз, учитывающий влияние противовеса и земной поверхности. Получаем: Kc=535, Kз=0,97.

Рис.3

График для определения коэффициента К может быть использован лишь при изменении длины антенны не более чем на 10%. Если антенна длиннее резонансной, то ее полное сопротивление носит индуктивный характер, если короче - емкостный.

Длина штыря (в мм) определяется по формуле:

У нас;

Для определения длины лучей противовеса Lnp, выполненных из провода диаметром 2 мм, вычисляем М:

M=150000/14,2*2=5280 и по графику рис. 3 находим Ky=0,978. Тогда

Укороченная антенна имеет, кроме активного, также реактивное сопротивление емкостного характера. Для его компенсации параллельно антенне присоединен закороченный на конце отрезок кабеля; длина его выбирается такой, чтобы его реактивное сопротивление имело индуктивный характер необходимой величины. Определяем это индуктивное сопротивление:

Xc=Z/S=75/1,22=61,5 Ом

Пользуясь логарифмической линейкой или таблицей тангенсов, находим угол а, тангенс которого численно равен отношению полученного значения Xc к волновому сопротивлению Zc кабеля, из которого будет выполнен согласующий отрезок. При Zc=75 ом:

Xc/Z=61,5/75=0,82 и a=39,4°

Длина закороченного отрезка равна:

Lc=(833ab)/f, мм

В этой формуле b - коэффициент, характеризующий скорость распространения энергии по кабелю. Для распространенных кабелей со сплошным заполнением (РК-1, РК-3) b=0,67.

Следовательно,

Lc=(833*38,4*0,67)/114,2=154,9 мм

Описанный выше расчет учитывает, что лучи противовеса расположены горизонтально; однако и при наклонном их расположении (под углом 30-40° к земле) рассогласование бывает незначительным.

Коэффициент стоячей волны (КСВ) в фидере можно измерить, собрав несложный указатель КСВ мостового типа, схема которого показана на рис. 4. Здесь сопротивления R1, R2, R3 и сопротивление излучения антенны образуют мост. В одну из его диагоналей подается энергия высокой частоты от передатчика (разъем Пер). Во второй диагонали включен диод Д1 типа Д2Е.

Рис.4

Сопротивление R4 служит для уменьшения выходного сопротивления источника энергии (передатчика). Дроссель (Др1) замыкает цепь постоянной слагающей выпрямленного тока; он необходим в том случае, если цепь антенны не имеет гальванической проводимости.

При балансе моста стрелка прибора не отклоняется. Рассогласование антенны и кабеля вызывает появление стоячих воли, что отмечается отклонением стрелки. Порядок измерения КСВ следующий:

1. Настраивают передатчик с антенной при полной излучаемой мощности.

2. Уменьшают мощность до нуля, запирая, например, одну из ламп предварительных каскадов отрицательным смещением, и отсоединяют антенну.

3. Соединяют отрезком кабеля вход передатчика и разъем Пер. на указателе ксв.

4. Постепенно, очень плавно, чтобы не сжечь сопротивление R4, увеличивают мощность энергии, подаваемой в указатель ксв, до тех пор, пока стрелка прибора не отклонится до конца шкалы.

5. Для проверки баланса моста временно присоединяют к разъему Ант сопротивление 75 ом; стрелка миллиамперметра должна при этом стать на нуль.

6. Включив к разъему Ант. коаксиальный кабель, питающий антенну, отмечают по шкале ток и определяют ксв по кривой, изображенной на рис. 5.

Рис.5

Если фидер антенны не вносит существенных потерь, например он выполнен из кабеля РК-1 или РК-3 и имеет длину не более 15-20 м, то ксв 2 и даже 2,5 вполне допустим. Общие потери (сумма потерь в фидере и потерь за счет рассогласования) в этом случае не превысят 0,5 дб. Такое уменьшение мощности на приемной станции на слух отмечено не будет. Заметное падение громкости приема (на 1-2 балла) может наблюдаться лишь при ксв порядка 5-8.

В том случае, если построенная антенна обладает чрезмерным ксв или ее размеры выбраны большими или меньшими, чем следует, необходимо, пользуясь указателем ксв, настроить антенну опытным путем. Антенна большей, чем нужно, длины может быть электрически укорочена конденсатором, включенным последовательно с вертикальной частью (рис. 6,а). Слишком короткую антенну можно электрически удлинить, добавив к ней индуктивность (рис. 6,б). В этом случае настройку антенны ведут попеременно, подбирая положение обоих щипков на катушке. Здесь часть катушки между щипками 1 и 2 используется для удлинения вертикальной части антенны, а нижняя часть (2-3) заменяет согласующий закороченный отрезок кабеля (рис. 1).

Рис.6

В заключение отметим, что на антенне описанного типа накапливаются заряды статического электричества, особенно при близкой грозе. Поэтому рекомендуется применять антенны с закороченными отрезками кабеля (рис. 1) или шунтирующей кабель индуктивностью (рис. 6 б) и надежно заземлять оболочку кабеля.

Автор: Ю. Прозоровский (UA3AW); Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Антенны КВ.

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 Космическая передача данных с помощью лазера 31.05.2023 Группа исследователей из NASA, Массачусетского технологического института, Terran Orbital и наземной станции Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) установила рекорд передачи данных на земную станцию с помощью лазерной связи. Спутник сумел передать данные со скоростью 200 Гбит/с. При таких показателях можно передать более 2 терабайт данных за один 5-минутный проход над наземной станцией. Связь обеспечивает система TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD), находящаяся на высоте около 530 км над поверхностью Земли. Расположенный на борту спутника НАСА Pathfinder Technology Demonstrator 3 (PTD-3), TBIRD был выведен на орбиту в рамках совместной миссии SpaceX Transporter-5 25 мая 2022 года. Спутник PTD-3 весит примерно 12 кг, а его полезная нагрузка в виде TBIRD не больше коробки с салфетками. Запущенный в космос в мае прошлого года, лазер уже к июню достиг скорости нисходящей линии связи до 100 Гбит/с с помощью наземного приемника в Калифорнии. Это было в 100 раз быстрее, чем высокая скорость Интернета в большинстве городов, и более чем в 1000 раз быстрее, чем связь через радиоканалы, традиционно используемые для получения данных со спутников. Самые быстрые сети передачи данных на Земле обычно возлагаются на лазерную связь по оптоволокну. Однако высокоскоростного лазерного интернета для спутников пока не существует. Космические агентства и операторы коммерческих спутников чаще всего используют радиосвязь.

Другие интересные новости:

▪ Домашний врач в шкафу

▪ Самое древнее колесо

▪ Внесение логинов и паролей в завещание

▪ Клыкач дальнего плавания

▪ Флэш-накопители Strontium On-The-Go USB для мобильных устройств

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта История техники, технологии, предметов вокруг нас. Подборка статей

▪ статья Джебран Халиль Джебран. Знаменитые афоризмы

▪ статья Что такое экспрессионизм? Подробный ответ

▪ статья Медицинская сестра кабинета лечебной физкультуры. Должностная инструкция

▪ статья Лампа аварийного освещения на солнечной батарее. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Удивительный веер. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025