УКВ-антенна с J-согласованием.. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны УКВ

 Комментарии к статье

Эта антенна давно и вполне заслуженно пользуется популярностью у радиолюбителей. Конструкция ее проста, она легко настраивается и согласуется с фидером с любым волновым сопротивлением. Однако большие размеры (общая длина равна 0,75λ) затрудняют ее использование на КВ-диапазонах. Зато в УКВ-диапазонах она применяется достаточно часто.

Рис. 1. Эскиз конструкции антенны

Антенна (рис. 1) представляет собой вибратор длиной λ/2, запитанный с конца через согласующее устройство, выполненное в виде четвертьволновой открытой линии, замкнутой на нижнем конце. Высокое входное сопротивление полуволнового вибратора при питании с конца (несколько килоом) легко трансформируется к волновому сопротивлению кабеля выбором оптимального расстояния от точек питания (Х1, Х2) до замкнутого конца линии. Использование в качестве трансформатора открытой линии обеспечивает малые потери при больших коэффициентах трансформации. Усиление J-антенны - +0,25 дБд, оно несколько превосходит усиление диполя (за счет двухпроводной линии).

Вертикальная J-антенна из-за неполной симметрии имеет небольшое излучение с горизонтальной поляризацией (рис. 2).

Рис. 2. Параметры и диаграмма направленности

Модифицируем J-антенну, отогнув четвертьволновую линию на 90 градусов (рис. 3). Немного уточнив размеры, нетрудно получить хорошее согласование и усиление 0 дБд. Однако у этого варианта антенны уже заметная часть излучения имеет горизонтальную поляризацию. Его вызывает синфазный ток в двухпроводной линии, играющего в J-антенне роль противовеса (токоприемника).

Рис. 3. Модифицированная конструкция антенны

Добавим еще один полуволновый вибратор, подключив его к свободному концу двухпроводной линии (рис. 4). Получаем полностью симметричную конструкцию в вертикальной плоскости. Синфазный ток в двухпроводной линии отсутствует, как, впрочем, и излучение с горизонтальной поляризацией. Этот вариант - коллинеарная антенна из двух полуволновых вибраторов с питанием через четвертьволновую замкнутую на конце линию.

Рис. 4. Модифицированная конструкция антенны

Такая антенна описана SM0VPO на его сайте в статье "6 dB collinear VHF antenna by Harry Lythall - SM0VPO". Ее усиление (около 2,4 дБд) получено за счет сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости. В горизонтальной плоскости диаграмма излучения круговая. Антенна конструктивно очень проста и может изготавливаться из одного отрезка алюминиевого прутка или трубки. Для сохранения симметрии антенны кабель питания желательно подключать через симметрирующий трансформатор. SM0VPO использует симметрирующий трансформатор в виде U-колена. Можно ограничиться и несколькими ферритовыми кольцами, надетыми на кабель вблизи точки питания антенны.

Назовем эту конструкцию для краткости Super-J антенной. А какая возможна ее дальнейшая модификация?

Рис. 5. Модифицированная конструкция антенны

Добавив в конструкцию рефлекторы, получим двухэлементную Super-J антенну (рис. 5). Это уже направленная коллинеарная антенна с усилением +5,8 дБд. А если добавить директоры, получаем трехэлементную Super-J антенну (рис. 6) с усилением +8 дБд (рис. 7). Попытка добавить второй директор дает прибавку в усилении всего 0,8 дБ, но заметно увеличивает длину антенны...

Рис. 6. Модифицированная конструкция антенны

Рис. 7. Параметры и диаграмма направленности

В чем преимущество этих антенн перед многоэлементными Yagi?

При равной площади коэффициенты усиления у них примерно равны, но преимущества Super-J антенн - малая длина бумов, связанный с этим малый радиус поворота и удобство согласования. К недостаткам можно отнести необходимость использования диэлектрической мачты, хотя бы верхней ее части.

На рис. 8 приведена фотография трехэлементной Super-J антенны на диапазон 144 МГц, выполненной из алюминиевого прутка диаметром 8 мм.

Рис. 8. Трехэлементная Super-J антенна на диапазон 144 МГц

Диэлектрическая мачта (например, стеклопластиковая) и изоляционная распорка расположены в промежутках между элементами. На рис. 9 они показаны более жирными линиями. Кабель питания лучше отводить горизонтально за рефлекторы и возвращать к мачте широкой петлей, подальше от концов рефлектора. На этом участке (вблизи антенны) через каждые 0,5 м на кабель желательно надеть трубчатые ферритовые магнитопроводы (от кабелей питания мониторов).

Рис. 9. Конструкция антенны

Аналогичную трехэлементной Super-J антенну можно изготовить и на диапазон 430 МГц. В таблице и на рис. 10 приведены необходимые конструктивные размеры для частот 145 и 435 МГц. Размеры элементов и расстояние между их осями указаны в сантиметрах (D - диаметр алюминиевых или медных проводников, из которых изготавливается антенна). Входное сопротивление в точке питания - 50 или 200 Ом. Если для симметрирования используется U-колено, оно трансформирует сопротивление фидера к 200 Ом, поэтому место подключения к двухпроводной линии будет несколько дальше от замкнутого конца. При этом размеры согласующего шлейфа немного изменяются (см. таблицу).

Рис. 10. Конструктивные размеры

Таблица

Размеры элементов, помеченных звездочкой, уточняются при настройке.

Для удобства настройки согласующее устройство рекомендуется выполнять с двумя передвижными контактами (ползунами): один, замыкающий двухпроводную линию, используют для настройки в резонанс, второй, подключающий фидер, - для согласования на минимальный уровень КСВ. Это позволяет быстро настроить антенну, но после выбора положений ползунов нужно обязательно обеспечить надежный контакт (пайкой или болтами). От сопротивления контакта исключительно сильно зависит КПД антенны. Нелишне помнить о недопустимости контакта медь-алюминий и защите контакта от влаги. Требования к сопротивлению контактов на разомкнутом конце J-колена, напротив, нестрогие, поскольку ток там минимален.

Первоначально антенна была изготовлена по рис. 4 на среднюю частоту 145 МГц из алюминиевого прутка диаметром 8 мм. Крепилась она к стеклопластиковой трубе диаметром 23 мм, используемой в качестве мачты. В качестве симметрирующего устройства использовалась ферритовая трубка, надетая на кабель вблизи точки питания антенны. Ее испытания показали, что при расположении антенны на деревянном столе параллельно земле и при вертикальном ее расположении настройки не совпадают. Поэтому настройку антенны необходимо проводить, установив ее вертикально. Достаточно, чтобы расстояние от нижних концов вибраторов до земли было около 0,5 м. Передвигая замыкающую перемычку вдоль двухпроводного шлейфа и двигая точки подключения кабеля (эти подстройки взаимозависимы), довольно просто удалось согласовать антенну до КСВ<1,1 на желаемой частоте. Полоса рабочих частот антенны по уровню КСВ<1,5 превысила 5 МГц.

Затем к мачте и активным вибраторам были прикреплены бумы, также выполненные из алюминиевого прутка диаметром 8 мм, поскольку под рукой не имелось диэлектрических трубок необходимой жесткости. В средней точке вибраторов напряжение близко к нулю, поэтому проводящий бум слабо влияет на характеристики антенны, что подтвердило предварительное моделирование.

На бумах были установлены рефлекторы и директоры, длины которых выполнялись по расчету модели с помощью программы MMANA. Двухпроводная линия и бумы закреплены на мачте посредством пластин из винипласта толщиной 10 мми U-образных скоб. Элементы антенны крепятся к бумам с помощью дюралевых П-образных скоб и болтов.

Пассивные элементы резко снизили входное сопротивление антенны. Однако слабо выраженный минимум КСВ был найден. Передвигая перемычку и сдвигая точки подключения кабеля, нашли положение, когда минимум КСВ соответствовал частоте 145 МГц и не превышал 1,2. Длины вибраторов не регулировались.

По сравнению с настройкой одноэлементной антенны настройка трехэлементной антенны значительно более острая и критичная. Полоса по уровню КСВ<1,5 составила около 3 МГц. Длина шлейфа оказалась несколько меньше, а расстояние от замкнутого конца шлейфа до точки питания кабелем с сопротивлением 50 Ом несколько больше расчетных значений.

Работа антенны предварительно оценивалась в городских условиях (среди высоких зданий, полностью закрывавших горизонт) при расположении ее оси над землей на высоте всего 1,5 м. По сравнению с четвертьволновым автомобильным штырем она давала прирост сигнала на 2... 3 балла при связях на расстояниях 10...50 км. Направленность в горизонтальной плоскости была ярко выражена. Общее впечатление - антенна работает. Более аккуратные оценки работы Super-J антенны были сделаны на открытой местности в дачных условиях при подъеме антенны на мачту высотой 7 м. Ее работа сравнивалась с работой четырехэлементной антенны "квадрат" с вертикальной поляризацией. Антенны устанавливались попеременно на одной и той же стеклопластиковой мачте в одном и том же месте. Использовались один и тот же кабель в качестве фидера и один и тот же трансивер. Оценивалась работа по открытию и слышимости репитеров, расположенных на расстояниях от 30 до 100 км и оценкам корреспондентов при проведении QSO в прямом канале на расстояниях до 70 км.

В большинстве случаев оценки были очень близкими. Если слышали "квадрат", также слышали и Super-J. Четырехэлементный "квадрат" имел более узкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, поэтому его приходилось более точно направлять на корреспондента для получения максимальной оценки, Super-J почти не поворачивали. Общее впечатление - антенны имеют примерно равные усиления и хорошее подавление заднего лепестка. Испытуемая антенна в два раза легче "квадратов" и имеет существенно меньшие момент вращения и парусность.

Файлы для моделирования описанных антенн в программе MMANA можно найти скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/01/ant86_30.zip.

Автор: Владислав Щербаков (RU3ARJ)

Смотрите другие статьи раздела Антенны УКВ.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Тающие айсберги создают новые оазисы жизни на дне океана 30.06.2026

Глобальное потепление активно меняет облик нашей планеты, и одним из наиболее заметных его проявлений становится ускоренное таяние ледников в полярных регионах. Этот процесс не только приводит к подъему уровня Мирового океана, но и вызывает цепную реакцию в морских экосистемах, порой создавая неожиданные и парадоксальные последствия. Массовое высвобождение айсбергов из Гренландии - яркий пример того, как климатические изменения перестраивают жизнь в самых глубоких и удаленных уголках океана. Из-за повышения температуры количество айсбергов, откалывающихся от гренландских ледников, стремительно растет. Ученые проанализировали данные за последние 40 лет и установили, что с 2000 года поток ледяных глыб через пролив Фрама увеличился в четыре раза. Об этом сообщает Futurism со ссылкой на исследование специалистов из Технического университета Дании. Такое беспрецедентное нашествие айсбергов представляет серьезную опасность для международного судоходства. Одновременно оно радикально тра ...>>

Робот-тьютор Optio, помошник школьника 30.06.2026

Икусственный интеллект и робототехника все активнее помогают учителям и ученикам, делая обучение более персонализированным и увлекательным. Гуманоидные роботы, способные взаимодействовать с людьми естественным образом, открывают новые возможности для школ, особенно в условиях нехватки педагогических кадров и растущего интереса к технологиям. Одна из таких инновационных инициатив стартовала в американском штате Нью-Йорк. Компания Realbotix запустила своего помощника учителя на базе искусственного интеллекта под названием Optio в Центральном школьном округе Саламанки. Робот выступает в роли тьютора, предлагая персонализированное репетиторство, многоязычную помощь с домашними заданиями и круглосуточную академическую поддержку. По данным Interesting Engineering, проект направлен на повышение вовлеченности учащихся и внедрение передовых технологий в учебный процесс. В рамках пилотной программы школы округа планируют интегрировать человекоподобных роботов в классы. Изначально Optio буд ...>>

Биопрепараты повышают питательную ценность органической гречихи 29.06.2026

В органическом земледелии особое внимание уделяется не только урожайности, но и качественному составу продукции. Потребители все чаще выбирают продукты с высоким содержанием полезных веществ и без следов химических веществ. Исследования показывают, что применение биологических препаратов может существенно улучшить минеральный состав зерновых культур, делая их более ценными с точки зрения питания. В результате полевых экспериментов, проведенных в 2023-2025 годах, ученые установили, что использование биопрепаратов способствует активному накоплению макроэлементов, в частности фосфора и калия, в зерне органической гречихи. Об этом сообщила Леся Крупак из Белоцерковского национального аграрного университета в своей работе "Экологичность и производительность". Наиболее заметный эффект наблюдался при применении гумата калия. В этом случае содержание калия в зерне увеличивалось на 19-21 процент по сравнению с контрольными участками. Такой результат свидетельствует об улучшении работы тра ...>>

Случайная новость из Архива Биолектронная почва ускоряет рост растений 30.12.2023 Исследователи из Линчёпингского университета в Швеции представили инновационную биоэлектронную почву, способную значительно ускорить рост растений в гидропонных системах. Гидропоника, как известно, представляет собой метод выращивания растений без почвы, на питательных веществах. После интеграции нового материала в гидропонные системы, ученые заметили, что электрические сигналы стимулируют рост растений на 50%. Биоэлектронная почва включает в себя органические вещества, смешанные с ведущим полимером Pedot, который активно применяется в сенсорах и OLED-дисплеях. Руководитель исследования, Элени Ставриниду, подчеркивает, что проводимость почвы является ключевым фактором для стимуляции корней растений. В ходе эксперимента, в течение 15 дней, ученые изучали воздействие электрических сигналов на ростки ячменя. Даже при низком напряжении в 0,5 В, корни активно реагировали, что привело к значительному увеличению размеров растений. Особенно эффективно было улучшено переработка азота, одного из основных питательных веществ для роста растений. Ставриниду отмечает, что, несмотря на положительные результаты, механизм воздействия стимуляции на процессы роста требует дополнительных исследований. Впрочем, биоэлектронная почва может предоставить решение для увеличения урожаев в условиях, где экологические факторы мешают нормальному росту растений. Кроме того, эта технология может сократить использование удобрений в сельском хозяйстве. Согласно данным Министерства сельского хозяйства США, количество ферм в стране постоянно сокращается, что связано с изменением климата и экономическими трудностями. Внедрение биоэлектронной почвы в гидропонные системы не только ускоряет рост растений, но также предлагает энергосберегающее решение, снижая потребление воды и энергии на фермах. Такие инновации играют важную роль в повышении эффективности сельского хозяйства и обеспечении продовольственной безопасности.

Другие интересные новости:

▪ Получение воды даже из воздуха пустыни

▪ Обнаружена самая большая в мире бактерия

▪ 13" Chromebook от Toshiba

▪ Уголь спасет человечество от жажды

▪ Электронная книга ASUS EeeNote EA800

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Акустические системы. Подборка статей

▪ статья Каменный гость. Крылатое выражение

▪ статья Что помогает японцам хорошо перерабатывать углеводы морских водорослей? Подробный ответ

▪ статья Простейший ремонтный набор. Советы туристу

▪ статья Типографские краски. Простые рецепты и советы

▪ статья Флюгер. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026