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:

Интерактивная система Lego Smart Play 17.01.2026

Компания Lego предложила новый подход к конструкторским играм, представив платформу Smart Play, которая объединяет традиционные кирпичики с сенсорами, звуками и возможностью реагировать на действия ребенка. Разработка системы заняла около восьми лет и направлена на поддержку социальной, сюжетной и творческой игры. Главная идея Smart Play заключается в том, чтобы "спрятать" сложную электронику внутри конструкции. Это позволяет детям сосредотачиваться не на гаджетах, а на создании историй, взаимодействии с персонажами и собственной фантазии. Технология ориентирована на развитие творческого мышления и вовлечение в игру с самого начала. Система базируется на специальном "умном кирпиче", оснащенном датчиками, который способен реагировать на движение, воспроизводить звуки и распознавать другие элементы конструктора, включая умные минифигурки. Дополнительные Tiny Smart Tags позволяют платформе понимать контекст использования кирпичей: например, находится ли элемент в машине, вертолете и ...>>

Геймерские AR-очки ROG XREAL R1 17.01.2026

Дополненная реальность (AR) стремительно проникает в сферу развлечений, открывая пользователям новые формы взаимодействия с играми и мультимедийным контентом. Компании ASUS и XREAL представили долгожданное устройство - AR-очки ROG XREAL R1, которые обещают изменить представление о мобильных играх и иммерсивном игровом опыте. Новинка поражает своими техническими характеристиками. Каждое глазное яблоко пользователя получает изображение с помощью двух micro-OLED дисплеев с разрешением 1920x1080, пиковая яркость достигает 700 нит, а поле зрения составляет 57°. Частота обновления 240 Гц обеспечивает плавное изображение даже в динамичных играх, а встроенные динамики от Bose гарантируют качественный звук. Центром управления устройством стал ROG Control Dock - настоящий мультимедийный хаб, оснащенный двумя HDMI 2.0 и DisplayPort 1.4. Он позволяет мгновенно переключаться между ПК, консолями и другими устройствами. Подключение через USB-C обеспечивает максимальную совместимость, включая по ...>>

Большой адронный коллайдер прекращает работу 16.01.2026

Физика элементарных частиц - одна из самых передовых областей науки, где каждый эксперимент может изменить наше понимание мироздания. Центральным инструментом этих исследований является Большой адронный коллайдер (LHC), уникальный ускоритель частиц, позволяющий изучать самые фундаментальные законы природы. Недавно стало известно, что LHC временно прекращает свою работу для масштабной модернизации, которая подготовит его к новому этапу экспериментов с гораздо большей производительностью. Коллайдер, расположенный в подземном тоннеле вдоль швейцарско-французской границы, создает столкновения частиц на невероятно высоких энергиях. Именно здесь в 2012 году ученые открыли бозон Хиггса - ключевую частицу, объясняющую, почему другие элементарные частицы имеют массу. Это открытие стало одним из самых значимых событий современной физики и подтвердило предсказания Стандартной модели. Причиной временной остановки LHC стало развертывание проекта High-Luminosity LHC (HL-LHC). Модернизация позв ...>>

Случайная новость из Архива Самая дешевая рабочая сила - не китайцы, а роботы 26.07.2012 Китай рискует потерять статус мирового сборочного цеха - все больше компаний планируют отказаться от некогда дешевой китайской рабочей силы и заменить ее роботами. Один из последних примеров - компания Foxconn, производящая электронику. Компания в течение трех лет планирует поставить к сборочным линиям до одного миллиона промышленных роботов. Подобные инициативы существенно изменят рынок труда и повлияют на мировую экономику. Производство все более автоматизируется и в ближайшие десятки лет компании и государства, не способные широко использовать роботов, понесут большие убытки. Китай, как и многие страны Азии, долгое время оставался местом, где можно было найти большое количество дешевой рабочей силы. Огромная внутренняя миграция, в основном молодых девушек из сельской местности, привела к тому, что в городах появились гигантские заводы, где молодые люди сидят на сборочных линиях и выполняют несложные действия, не требующие никакой квалификации. Только в Foxconn работают около одного миллиона низкооплачиваемых рабочих, не меньше и у компаний Apple, Nintendo, Intel, Dell, Nokia, Microsoft, Samsung, и Sony. В настоящее время в общежитиях вблизи заводского комплекса Longhua компании Foxconn живут 300 тыс. китайских рабочих. Они собирают продукцию компании Apple, выполняя элементарные операции, вроде наклеивания логотипов. Например, для сборки IPad требуется пять дней и 325 операций. Однако экономическая эффективность подобного труда с каждым годом падает. Несмотря на то, что по западным меркам заработная плата в 300-400 долл. очень мала, в Китае жизнь дорожает с каждым годом и дальнейшее повышение зарплаты китайским работникам невыгодно для иностранных компаний, а местным компаниям и вовсе "не по плечу". Гораздо выгоднее заменить их роботами. Даже с учетом невероятно тяжелой рабочей смены (12 часов с двумя перерывами на обед), люди проигрывают роботам. По расчетам специалистов Foxconn, промышленные роботы, оснащенные подвижным манипулятором, лазерами и датчиками давления, могут работать 160 часов в неделю. Проще говоря, один робот может заменить двух рабочих или даже четыре, ведь роботу не нужен перерыв на сон и отдых.

Другие интересные новости:

▪ Разработан векторный видеокодек

▪ Найдено самое холодное место в Солнечной системе

▪ Самолет, способный ездить по дорогам

▪ Магнитная портативная зарядка Anker 622 Magnetic Battery

▪ Влияние перца на сон

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Опыты по химии. Подборка статей

▪ статья Балкон без сырости и грязи. Советы домашнему мастеру

▪ статья Почему на кошках и собаках живут блохи? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Distar. Справочник

▪ статья Управление вентиляторами ПК. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Гремящий ящик. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026