Семидиапазонная направленная КВ антенна BMA-7. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны КВ

Комментарии к статье

Всеволновая или, по крайней мере, работающая на большинстве из девяти любительских KB диапазонов антенна - мечта многих коротковолновиков. Задача создания многодиапазонной антенны существенно усложняется, если речь заходит о направленной антенне. Интересное решение ее предложено в публикуемой статье. Идеи, использованные UT1MA в этой конструкции, могут быть полезны коротковолновикам при самостоятельной разработке KB антенн.

Многодиапазонные направленные антенны типа "волновой канал" для любительской радиосвязи очень популярны, их производят десятки фирм многих стран. Подобные антенны в основном изготавливают с использованием разделяющих резонансных контуров - TRAP, или трапов [1, 2]. Несмотря на очевидные удобства, в любительском антенном конструировании эту технологию применяют крайне редко, что объясняется, в первую очередь, сложностью кустарного изготовления надежного и точно настроенного трапа.

В последнее время появились конструкции антенн, в которых задача многодиапазонной работы решена более простым способом, с помощью так называемых многодиапазонных нагрузочных цепей (LOad Multiband или сокращенно LOM). Главный элемент такой антенны - катушка с определенной индуктивностью, расположенная в определенном месте активного или пассивного элемента. Механизм действия LOM-нагрузки заключается в том, что на относительно высоких частотах катушка вызывает значительное отражение тока, в результате чего его распределение на "докатушечной" части оказывается близким к распределению в обычном диполе с длиной плеча примерно 0,25λ. На низких частотах ток распространяется по всей длине плеча антенны и катушка работает как удлиняющая [3].

Попробуем сравнить по основным параметрам два трехдиапазонных диполя: с трапами и с LOM-катушками. Расчеты были произведены с помощью антенной программы MMANA (TNX JE3HHT и DL2KQ за отличную программу).

На рис.1,а приведен чертеж диполя на диапазоны 10, 20 и 40 метров. Плечи диполя симметричны, что позволяет для упрощения рисунка показать только половину диполя. Исходим из того, что конденсаторы трапов L1C1 (частота резонанса f1 = 28,3 МГц) и L2C2 (f2 = 14,15 МГц) образованы трубками, находящимися внутри и снаружи катушки. Отметим, что эта технологически удобная конструкция конденсаторов имеет существенный недостаток - из-за влияния этих трубок добротность катушек (и контура в целом) снижается в 3...4 раза и во многих моделях не превышает Q = 80... 100. Соответственно, во столько же раз возрастают потери в контурах и их нагрев.

Принимаем С1 = 25 пф, С2 = 15 пФ, Q1 = 100 и Q2 = 80, а диаметр проводника антенны (трубки) равным 30 мм. Участки диполя ab, cd, eg имеют длины, при которых на всех трех диапазонах реактивная составляющая входного сопротивления близка к нулю.

Эпюры изменения величины тока вдоль диполя на разных диапазонах приведены на рис. 1,б (диапазон 10 метров), рис. 1,в (20 метров) и рис. 1,г (40 метров). Стрелки у эпюр показывают направление тока в соответствующих частях диполя. MMANA показывает, что на частях диполя, расположенных за трапами, также есть небольшой ток, который появляется в результате наводки от рабочего участка антенны.

На диапазоне 10 метров этот ток ощутимо, примерно на 0,4 дБ, повышает коэффициент усиления антенны за счет сужения диаграммы направленности (ДН) и также повышает входное сопротивление антенны.

Результаты расчета сведены в таблицу. В ней R - это входное сопротивление антенны при резонансе. Коэффициент усиления G дан по отношению к полуволновому диполю без трапов.

Отдельно выделены суммарные тепловые потери в двух катушках PL1 и в двух PL2, так как от этих потерь напрямую зависит надежность антенны. G - это ширина главного лепестка ДН по уровню -3 дБ или 0,707 от максимума. При оценке тепловых потерь можно исходить из того, что 0,1 дБ соответствует примерно 2,4 % от полной мощности. Полная длина диполя - 2x6,7 м.

На рис. 2,а также изображен диполь на диапазоны 10, 20 и 40 метров, но, в отличие от первого, в нем использованы не трапы, а LOM-катушки. Величины L1 и L2, длины участков ab, cd, eg и емкостных нагрузок ЕН1 и ЕН2 выбраны с расчетом, чтобы на всех трех диапазонах реактивная составляющая входного сопротивления была близка к нулю. В частности, длина первого участка ab при этом будет около 0,25 длины волны для диапазона 10 метров. Благодаря наличию L1 на этом диапазоне форма токовой кривой на участке ab почти такая же, как у полуволнового диполя.

Величина тока за катушкой на участке cd в несколько раз меньше, чем на первом участке. Это важно, так как здесь ток имеет встречное направление и его действие приводит к расширению ДН и, соответственно, к падению усиления диполя. Чтобы минимизировать этот нежелательный эффект, введена емкостная нагрузка ЕН1, которая "берет на себя" и исключает из излучения часть встречного тока. Величина тока на участке cd также зависит от индуктивности катушки L1 и будет тем меньше, чем она больше. С другой стороны, увеличение индуктивности катушки приводит к снижению широкополосности на втором диапазоне (20 метров), поэтому выбор индуктивности этой катушки - это неизбежный компромисс. На диапазоне 20 метров аналогичным образом работают элементы L2 и ЕН2, а катушка L1 работает как удлиняющая. На диапазоне 40 метров обе катушки - удлиняющие. Эпюры токов вдоль проводника этого варианта диполя даны на рис. 2,6 (10 метров), рис. 2,в (20 метров) и рис. 2,г (40 метров).

Расчет показал, что оптимальными будут значения L1 = 3,5 мкГн и L2 = 18 мкГн. Общая длина диполя 2x5,8 м при диаметре трубок 20 мм на крайнем участке и 30 мм на остальных. Длина ЕН1 - 0,8 м и ЕН2 - 0,6 м, трубки - диаметром 16 мм. Расчетные параметры приведены также в таблице, что удобно для сравнения. При расчетах добротность катушек L1 и L2 принята 250, что вполне реально.

Сравнение тепловых потерь в TRAP-и LOM-диполях показывает, что у второй потери в 2...3 раза меньше. При одинаковых прочих конструктивных условиях LOM-антенна способна выдержать большую мощность. Впрочем, если в трапах применить внешние конденсаторы, обе разновидности антенн по этому показателю примерно сравняются.

Полезным свойством LOM-антенны является ее некритичность к величине индуктивности катушек. При отклонении ее от расчетного значения на 10 % резонансная настройка легко восстанавливается регулировкой длины элементов ЕН. При этом параметры антенны изменяются незначительно. Также очевидное преимущество - нет необходимости применять высоковольтные конденсаторы, рассчитанные на большую реактивную мощность.

После успешного использования LOM-технологии в вертикальной многодиапазонной антенне [3, 4] автором была предпринята попытка применить эту технологию в активном вибраторе (АВ) простой направленной антенны на семь KB диапазонов - от 10 до 40 метров. АВ рассчитан на применение одного 50-омного фидера без каких-либо переключений. Помимо АВ, в состав антенны входят пять рефлекторов диапазонов 10, 12, 15, 17, 20 метров, а на диапазонах 30 и 40 метров в антенне работает только активный вибратор. Внешний вид экспериментальной антенны, получившей авторское название BMA-7 (Beam Multiband Antenna на 7 диапазонов), приведен на рис. 3.

Схематично электрическая схема ее активного вибратора приведена на рис. 4. Каждое плечо АВ (условно показано только одно из двух) состоит из четырех проводников, начала которых сходятся в точке питания.

Конструктивной основой антенны является центральный вибратор, состоящий из трех отрезков дюралевых труб, между которыми расположены катушки L1 и L2. Этот вибратор работает на диапазонах 10, 20 и 40 метров. Диапазоны 15 и 17 метров обеспечивают проволочные вибраторы ПВ15 и ПВ17. Катушка L4 с небольшой индуктивностью позволяет уменьшить длину вибратора ПВ17 до нужных по конструктивным соображениям размеров. В диапазоне 12 метров работает вибратор ПВ12, а совместно с катушкой L3 и дополнительным проводником ПВЗО получается излучатель диапазона 30 метров. Естественно, между составными частями АВ существуют взаимные влияния, но тем не менее в целом получаются четкие семь резонансов и КСВ на средних частотах всех диапазонов в пределах 1,1... 1,4 (только АВ - без рефлекторов).

Более подробный чертеж АВ с основными размерами в двух проекциях схематично приведен на рис. 5.

Проволочные вибраторы ПВ выполнены из многожильного провода в виниловой изоляции марки ПВЗ сечением 2,5 кв. мм. Для поддержки проволочных вибраторов использованы малые орешковые изоляторы ИО и пластмассовые антенные изоляторы ИП фирмы "Антеннополис" (г. Запорожье). Эти изоляторы имеют размеры 17x17x115 мм и четыре отверстия - два по краям и два посередине. Катушка L4 имеет 7 витков и намотана непосредственно на средней части изолятора из провода излучателя ПВ17. Проволочный излучатель ПВ12 зафиксирован на некотором удалении от центрального вибратора диэлектрическими распорками РП. Дальние (от центра антенны) концы излучателей ПВ15 и ПВ17 зафиксированы через полипропиленовые растяжки ПП на трубке ЕН2.

Рефлектор диапазона 10 метров выполнен из трубки диаметром 20 мм и имеет длину 5,3 м, диапазона 15 метров - из трубок с диаметрами 30, 20, 16 и 10 мм (общая длина 7,235 м), диапазона 20 метров - из трубок с диаметрами 30 и 20 мм (общая длина 10,51 м). Расстояния от АВ до рефлекторов диапазонов 10, 15 и 20 метров составляют 2,05, 2,6 и 3,7 м соответственно. Рефлекторы диапазонов 12 и 17 метров выполнены из многожильного провода в виниловой изоляции марки ПВЗ - 2,5 и располагаются соответственно над рефлекторами 15 и 20 метров (см. рис. 3) таким образом, что средняя часть проволочного рефлектора выше трубочного на 0,5 м, а концы на 0,2 м. Полная длина рефлектора диапазона 12 метров - 5,5 м, диапазона 17 метров - 7,75 м. Емкостные нагрузки - из трубки диаметром 16 мм, длина ЕН1 - 1,3 м и ЕН2 - 1,6 м. Данные катушек : L1 - каркас диаметром 33 мм, провод МГТФ сечением 1 кв. мм, число витков - 9, намотка плотная, гидроизоляция изолентой NOVA ROLL; L2 - каркас диаметром 32 мм, МГТФ 0, 75 кв. мм, число витков - 24; L3 - каркас диаметром 40 мм, МГТФ 0,75 кв. мм, 18 витков.

Антенна экспериментально отрабатывалась сначала на макете, а затем доводился реальный образец. Активный вибратор настраивался с помощью мостового КСВ-метра: на диапазонах 10 и 20 метров изменением длины емкостных нагрузок, а на диапазоне 40 метров изменением длины концевого участка. Остальные диапазоны настраивают подбором длин проволочных вибраторов. Длину проволочных рефлекторов из-за наличия виниловой изоляции на проводе и близости трубочных рефлекторов рассчитать было сложно, они настраивались с помощью ГИРа на частоту, отличающуюся от средней частоты данного диапазона на 3 % вниз. Полная длина активного вибратора - 2x6,35 м.

После получения компьютерной программы MMANA расчет активного вибратора (диапазоны 10, 20 и 40 метров) показал, как можно получить те же параметры при уменьшении длин ЕН и общей длины активного вибратора (см. приведенные выше данные расчета).

Кабель питания согласован с АВ с помощью только одного добавочного элемента - конденсатора емкостью 56 пФ/2,5 кВА, подключенного параллельно входу антенны. Симметрирование осуществляется с помощью защитного дросселя L5 из 15 витков коаксиального кабеля фидера RG-58, навитого на кольцевой ферритовыи магнитопровод диаметром 65 мм из материала 300ВН. Дроссель и согласующий конденсатор помещены в защитный кожух и укреплены на стальной распорке РП1 в центре АВ, поддерживающей элементы ПВ15 и ПВ17. Не следует забывать (при моделировании антенны, в частности), что отрезки проводов, идущие к трансформатору (длина примерно по 10 см каждый), входят в электрическую длину АВ.

Центральная часть АВ (до катушек L2) изготовлена из трубки диаметром 30 мм, а концевые отрезки - из трубок диаметром 20, 18 и 10 мм, вставленных одна в другую.

Антенна запитана кабелем РК50-7 длиной 30 метров.

После небольшой коррекции длин элементов АВ получены следующие значения: КСВ - на средних частотах диапазонов в пределах 1,1... 1,4; полоса рабочих частот по КСВ ≤ 2 составляет на диапазоне 10 метров 1 МГц, на диапазонах 12, 15 и 17 метров - 0,5 МГц, на диапазоне 20 метров - 0,32 МГц, на диапазоне 30 метров - 0,09 МГц и на диапазоне 40 метров - 0,18 МГц. Измерения проводились прибором WH7 фирмы DRAKE.

Проверка антенны "в эфире" показала, что отношение вперед/назад на средних трассах на диапазоне 20 метров лежит в пределах 12...15 дБ, на верхних диапазонах - 15...18 дБ. На диапазоне 40 метров при сравнении с антенной Inv. V оказалось, что в направлении ее максимального излучения антенна BMA-7 не уступала полноразмерной Inv. V, зато в боковом направлении превосходила на 1...2 балла. Расчетные значения коэффициента усиления на диапазонах 10...20 МГц составляют 4...4,5дБд.

Возможно ли улучшение параметров этой антенны за счет добавления директоров? Это достаточно сложно по следующим причинам. Во-первых, директоры более низких диапазонов ощутимо ухудшают параметры верхних. Для устранения этого явления придется вводить трапы, LOM-ка-тушки или принимать другие специальные меры. Во-вторых, затруднится применение стандартных способов согласования при одном фидере из-за разброса входных сопротивлений на разных диапазонах.

Пожалуй, именно в описанном виде антенна может представлять интерес для "среднего" коротковолновика. По своим параметрам антенна BMA-7 близка к логопериодической антенне длиной 6...8 метров, но в ней есть элементы на диапазоны 30 и 40 метров.

Можно также отметить, что среди западных коротковолновиков пользуется популярностью простая антенна С4 фирмы FORCE-12 с длиной бума 3,6 м, имеющая по два элемента на диапазонах 10, 15, 20 метров и один на диапазоне 40 метров при двух фидерах (цена - около 700 долларов США).

В заключение можно сказать, что, как показала эта работа, LOM-технология может с успехом применяться в многодиапазонных антеннах, конкурируя на равных с TRAP-технологией.

Автор благодарит Бориса Катаева (UR1MQ) за неоценимую помощь в процессе монтажа и настройки антенны BMA-7.

Литература

1. Ротхаммель К. Антенны. - М.: Энергия, 1979.
2. Беньковский 3., Липинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн. - М.: Радио и связь, 1983.
3. Гуткин Э. Вседиапазонная KB антенна VMA-10 NP. Приложение. - hamradio.online.ru/vma-10_2.htm
4. Гуткин Э. Вертикальная многодиапазонная антенна VMA-9NP. - Радио, 2001, № 4, с. 63-65.

Автор: Э.Гуткин (UT1MA), г.Луганск, Украина

Смотрите другие статьи раздела Антенны КВ.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Туннель сквозь Землю 13.04.2017 Японские ученые из JAMSTEC объявили о том, что впервые в истории планируют пробурить туннель от поверхности сквозь всю толщу земной коры. Человечество вот уже 50 лет пытается достичь мантии Земли, но раз за разом терпит неудачу. Совсем недавно, к примеру, организация Joint Oceanographic Institutions for Deep Earth Sampling попыталась выполнить эту амбициозную задачу, но смогла продвинуться вглубь лишь на 700 метров. Как известно, земная кора - это внешняя твердая оболочка Земли, являющаяся верхней частью литосферы, и ее толщина колеблется из-за неоднородного рельефа. Для достижения своей цели японские исследователи намерены использовать буровой корабль Chikyu. Это судно отличается от своих собратьев тем, что способно пробурить океаническую кору в три раза глубже, чем суда-предшественники. Толщина коры составляет 5?10 километров, а потому процесс будет происходить в три этапа. Сначала бур углубится на 4 км, потом пройдет еще 5 км коркового слоя и лишь затем даст ученым возможность собрать образцы из мантии. Предварительно испытание начнется у берегов Гавайев в сентябре 2017 года. График проекта до сих пор уточняется, но Нацуэ Абе, исследователь JAMSTEC, сообщил CNN, что датой начала бурения скорее всего будет 2030 год. Точки вблизи Коста-Рики и побережья Мексики также рассматриваются как потенциальное место проведения эксперимента. По словам Абе, у миссии есть несколько главных целей. В первую очередь это, конечно, изучение мантии: для японцев возможность заблаговременно предсказывать сейсмическую активность играет критически важную роль. Кроме того, они хотят лучше понять то, что представляет собой граница между корой и мантией, а геологические образцы расскажут много нового о ранней истории нашей планеты. Проблема, как всегда, кроется в первую очередь в финансировании: масштабное бурение очень и очень затратно. Кроме того, оборудованию явно потребуется модернизация, но недавно разработанные материалы нового поколения уже сделали этот процесс технически выполнимым, по крайней мере на бумаге.

Другие интересные новости:

▪ Несварение желудка у растений

▪ Датчик в жерле вулкана

▪ Растворимый транзистор

▪ Солнце и ветер для дома

▪ Микроскопические метавтомобили, работающие на свету

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Микроконтроллеры. Подборка статей

▪ статья Пожаро- и взрывоопасные объекты. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Что находилось в клюве у чумных докторов? Подробный ответ

▪ статья Календула лекарственная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Усилитель мощности на 6-ти транзисторах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Приставка для эффекта Сурраунд. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025