КВантенны Квадрат. Настройка и конструктивные варианты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны КВ

 Комментарии к статье

В данной статье рассматриваются практические вопросы настройки и конструктивного исполнения антенны "квадрат".

Настройка

На самом первом этапе настройки необходимо симметрировать и согласовать фидер и вибратор "квадрата".

Для двухэлементных антенн с расстоянием между элементами 0.2L при питании 75-омным коаксиальным кабелем наиболее популярным является применение высокочастотного трансформатора на ферритовом кольце. Схемы и конструкции таких трансформаторов неоднократно публиковались в литературе. Следует лишь напомнить, что трансформаторы должны иметь достаточный зазор между витками провода (2-3 мм), изолированного от сердечника, и быть защищены от влаги.

Для трех- и четырехэлементных антенн с входным сопротивлением менее 50 Ом (то есть, когда сопротивление фидера превышает входное сопротивление) наиболее эффективно симметрирование и согласование с применением настраивающейся линии - гамма-согласующего устройства. Примерные исходные данные таких устройств приведены в табл. 1. Диаметр провода линии может быть взят таким же, как и для рамки излучателя (1,5-2,5 мм), расстояние между проводами рамки и линии - в пределах 5-10 см.

Диапазон, МГц	Длиналинин, см	Емкостьконденсатора, пФ
14	90	100
21	70	75
28	45	50

Для каждого диапазона желательно иметь отдельный питающий кабель со своим согласующим устройством, так как различные комбинации, затрудняя настройку, не позволяют получить хорошего согласования на всех диапазонах.

Для настройки антенн радиолюбителю необходимо иметь следующие приборы: измеритель КСВ, генератор, полуволновой диполь, коротковолновый приемник с линейным индикатором силы принимаемого сигнала, аттенюатор с общим затуханием до 50 дБ и переключением ступенями через 3 дБ.

Настройку антенны надо начинать с определения рабочей частоты системы в целом. Для этого в разрыв питающего фидера включают измеритель и измеряют КСВ по диапазону через каждые 50 кГц. По данным измерения строят график и по минимальному значению определяют частоту настройки. Изменением длины вибратора перемещают минимум КСВ на заданную частоту. Для антенн, имеющих гамма-согласующие устройства, можно изменять частоту в пределах ±30 кГц изменением длины согласующей линии и емкости конденсатора. Настройку на заданную частоту можно выполнять на небольшой высоте (1-2 м) от земли (крыши), взяв поправку по частоте (минус 75 кГц для 14 МГц и пропорционально - для других диапазонов). После этого, подняв антенну на рабочую высоту, необходимо еще раз проверить КСВ по каждому диапазону. При правильной настройке КСВ должен быть около единицы на заданной средней частоте каждого диапазона. На краях диапазона он будет повышаться, причем тем больше, чем больше элементов имеет антенна: двухэлементного "квадрата" в диапазоне 14 МГц- до 1,2-1,3, трехэлементного - до 1,5-1,6, четырехэлементного - до 1,8-2. Это объясняется тем, что по мере увеличения числа элементов система становится более узкополосной. Поэтому же, кстати, оптимальные характеристики, полученные на рабочей частоте, будут ухудшаться при расстройке по диапазону. Последнее обстоятельство более существенно, чем увеличение КСВ, которое приводит лишь к росту потерь мощности в фидере, имеющих небольшие величины.

После настройки антенны на заданную частоту можно приступить ко второму этапу - настройке пассивных элементов, то есть к получению диаграммы направленности. Следует отметить, что от этой работы зависит качество антенной системы. Поэтому радиолюбитель не должен останавливаться на первых удовлетворительных результатах и довести настройку до получения наивысших характеристик.

Этот этап начинают с настройки рефлектора по максимальному подавлению излучения назад. Для этого на расстоянии не менее 2L на высоте, равной высоте центра антенны, устанавливают горизонтальный полуволновый вибратор (при горизонтальной поляризации "квадрата"), к которому подключают генератор, настроенный на рабочую частоту. К вибратору "квадрата" подключают приемник. Направив "квадрат" рефлектором на генератор, перемещают перемычку короткозамкнутого шлейфа рефлектора, добиваясь наименьшего значения сигнала в приемнике.

При настройке двухэлементных антенн после этого проверяют изменение КСВ по диапазону. Аналогичным образом настраивают антенну на других диапазонах, после чего проверяют настройку рефлектора и изменение КСВ, начиная с первого диапазона. Такую серию последовательных подстроек надо выполнять, пока изменения параметров при каждой подстройке превышают точность измерений.

В заключение снимают диаграмму направленности и определяют отношение излучений вперед/назад на рабочих частотах каждого диапазона. Окончательно диаграмму лучше всего снять по сигналам радиостанций, находящихся в двух зонах: ближней (до 10-15 км) и дальней (800- 2000км).

Таким же путем настраивают трех-и четырехэлементные антенны. Директор (директоры) настраивают по максимальному сигналу на индикаторе выхода приемника, развернув "квадрат" на генератор. Следует иметь в виду, что настройка директора (директоров) не так резко выражена, как настройка рефлектора, поэтому требует большего времени и внимания.

Для сокращения времени полезно использовать устройство для дистанционного перемещения перемычек короткозамкнутых шлейфов, предложенное В. Бегуновым (UW3HY). см. "Радио", 1975. №7, с. 11.

Следует предостеречь малоопытных коротковолновиков, занимающихся настройкой направленных антенн впервые, от определения характеристик по оценкам сигнала другими радиолюбителями. Дело в том, что при такой оценке трудно учесть влияние ряда объективных и субъективных факторов, которые в конечном итоге могут привести к ошибочным выводам. Если же принято решение провести эксперимент, надо убедиться, что: прохождение радиоволи не отличается какими-либо аномальными явлениями и в обоих пунктах одно и то же время суток (исключая сумерки); поляризация антенн одинакова; корреспондент имеет возможность измерять сигнал на линейном участке своего приемника и индикатора выхода, а методика измерений не отличается от общепринятой; получены повторяемые результаты.

Чтобы исключить хотя бы часть субъективных причин, лучше всего параллельно проверять характеристики антенны в режиме приема.

Подобная методика все же может быть использована для настройки простейшей антенны - двухэлементного "квадрата". При такой настройке набирают статистические данные по измерению отношения излучений вперед/назад в режиме приема различных станций, работающих вблизи рабочей частоты, при различных длинах короткозамкнутого шлейфа рефлектора и определяют его оптимальную длину. На радиостанции UA3CT этот метод был проверен и дал хорошие результаты. Однако для получения достоверных результатов пришлось выполнить большое "количество измерений при расстоянии до корреспондентов от 800 до 2000 км. Каждая точка наносилась на график после усреднения. Измерения выполнялись через каждые 10 см длины шлейфа рефлектора, а вблизи от максимального значения отношения излучений вперед/назад - через 3-5 см.

Для антенн, имеющих более двух элементов, этот метод непригоден, так как уловить изменения сигнала по случайным станциям при настройке директора невозможно.

Варианты "квадратов"

Приведем несколько практических схем антенн с короткими комментариями, предоставив решение конструктивных вопросов самим радиолюбителям а зависимости от их возможностей.

Поскольку двухэлементный "квадрат" широко распространен и по нему имеется много публикаций (как в СССР, так и за рубежом), мы считаем нецелесообразным приводить уже известные варианты антенны. Ограничимся рассмотрением двухэлементной антенны на 14 МГц с активным питанием рефлектора, которая была впервые создана авторами, испытана в 1968 году на радиостанции UA3CT и вызвала интерес у многих радиолюбителей. Принцип работы этой антенны состоит в том, что ток питания рефлектора сдвинут по фазе относительно тока питания вибратора на угол, при котором получается нан. большее излучение энергии в сторону главного направления и наименьшее - в противоположном направлении.

Антенна схематически изображена на рисунке. Расстояние между элементами равно 0,2L. Рефлектор и вибратор соединены отрезком коаксиального кабеля, длина которого и противофазное включение в рамки обеспечивают требуемый сдвиг фаз. (О расчете фазосдвигающей линии для антенны с активным питанием рефлектора рассказано в статье "Антенна с активным рефлектором" в журнале "Радио". 1968, №9. с. 17). К коаксиальному кабелю в строго рассчитанной точке подключен питающий фидер.

Для согласования с входными сопротивлениями рамок использованы гамма-согласующие устройства, установленные в их нижних углах. Эти устройства имеют несколько необычный вид. С обоих сторон к рамкам подключены по два короткозамкнутых шлейфа шириной 12-15 см. К середине перемычки одного из шлейфов рефлектора присоединен провод, который, проходя через изоляционные распорки параллельно проводам шлейфа, через конденсатор С1 соединяет перемычку с центральной жилой коаксиальной линии. Точно таким образом, но противофазно, подключен вибратор.

На рабочую частоту антенну настраивают подбором длины шлейфов вибратора, минимального КСВ добиваются с помощью двух гамма-согласующих устройств, а максимального подавления излучения назад - подбором длины шлейфов рефлектора и длины коаксиальной линии. Надо отметить, что настройка такой антенны требует больших навыков, терпения и времени.

После настройки антенны были получены следующие характеристики: усиление-12 дБ, отношение излучений вперед/назад-30 дБ, отношений излучений вперед/вбок - больше 30 дБ, подавление задних лепестков - на 20 дБ ниже основного, КСВ на рабочей частоте (14150 кГц) - 1,02.

Среди трехэлементных квадратов наиболее удачна конструкция, созданная советским радиолюбителем А. Ф. Камалягиным (UA4IF). Антенна рассчитана для работы на диапазонах 14 и 21 МГц. Конструктивные данные антенны приведены в табл. 2. Ее входное сопротивление- около 50 Ом на каждом диапазоне, поэтому в качестве фидера можно применить 50-омный кабель, подключив его к рамке непосредственно или (лучше) через симметрирующий трансформатор. Можно применять и 75-омный кабель, но с гамма-согласующим устройством. Фидер для каждого диапазона отдельный.

Автор конструкции	Частотанастройки,МГц	Вибратора	Длина рамки, м		Расстояние, м
			Рефлектора	Директора	Вибратор-рефлектор	Вибратор-директор
	14.2	21.48	22,2	20.72	4
UA4IP	21,2	14,32	15.2	13.84	3	2.6
	14.2	21.62	22,56	20.48
WA7NFH	21.2	14.4	15,12	13,68	3.05	1.83
	28,3	10,76	11,28	10,24
	14.2	21,48	21.84	20,68
VE7DG	21.2	14.2	14,6	13,8	2.4	3,6

Антенна имеет следующие расчетные характеристики: усиление относительно изотропного излучателя - 11,5 дБ на 14 МГц и 12 дБ на 21 МГц; отношение излучений вперед/ назад - около 30 дБ на обоих диапазонах; отношение излучений вперед/вбок - более 35 дБ на обоих диапазонах; КСВ на рабочих частотах - около 1.

Следующая антенна, которая, на наш взгляд, заслуживает внимания, - трехэлементный "квадрат" на три диапазона, построенный американским радиолюбителем WA7NFH. Ее данные также приведены в табл. 2.

Входное сопротивление такой антенны на всех диапазонах менее 50 Ом, поэтому целесообразно применение гамма-согласующего устройства. Автор применял специальный трансформатор на ферритовом кольце, обеспечивающий согласование рамок всех диапазонов (КСВ=1) с одним 50-омным коаксиальным кабелем. Антенна имеет достаточно хорошие характеристики на диапазонах 21 и 28 МГц, удовлетворительные - на диапазоне 14 МГц и очень компактные размеры (длина траверсы - всего 4,88 м).

Параметры антенны WA7NFH, определенные расчетным путем, соответственно на 14, 21 и 28 МГц таковы: усиление относительно изотропного излучателя-10, 11,5 и 12 дБ, отношение излучений вперед/назад - 27, 30 и 28 дБ.

Последняя трехэлементная антенна "квадрат", которую, мы считаем, следует показать (в качестве отрицательного примера),-это трехэлементный "квадрат" на 14 и 21 МГц, построенный канадским радиолюбителем VE7DG (см. табл. 2).

Автор антенны перепутал местами рефлекторы и директоры, поэтому на диапазоне 14 МГц отношение излучений вперед/назад составляет всего 15 дБ. на 21 МГц-25 дБ.

Из четырехэлементных антенных систем типа "квадрат" наибольшей популярностью пользуется антенна WOAIW с одинаковым расстоянием между элементами (3,05 м), рассчитанная для работы на 14, 21 и 28 МГц (см. табл. 3). Ее входное сопротивление на диапазонах 14 и 21 МГц - около 50, на диапазоне 28 МГц - около 40 Ом. Автор предлагает непосредственное включение 50-омного кабеля на 14 и 21 МГц, а на 28 МГц-через отрезок длиною 175 см 75-омного коаксиального кабеля.

Частота настройки	Вибратора	Длина рамки, м
		Рефлектора	Директоров
14,25	21,4	22	21,08
21,2	14.44	14,84	14,16
2 8,6	10,64	10.96	10,24

Антенна имеет оптимальные характеристики на 21, хорошие-на 28 и удовлетворительные-на 14 МГц. Однако эти "удовлетворительные" характеристики сравнимы с оптимальными характеристиками трехэлементного "квадрата". Это, а также очень простая симметричная конструкция,- вот, очевидно, причины большой популярности антенны W0AIW среди радиолюбителей. Следует отметить еще потенциальную возможность этой антенны: на ней можно разместить двухэлементный "квадрат" на 7 МГц с расстоянием между элементами 0,2L.

Перечень вариантов "квадратов" можно было бы продолжать (разработаны конструкции пяти- и шестиэлементных антенн), но, нам кажется, в этом нет необходимости, так как основные выводы и рекомендации, к которым пришли авторы в результате экспериментов и расчетов, достаточно хорошо проиллюстрированы.

Литература

1. К. Ротхаммель. Антенны. М.. "Энергия", 1969.
2. I. Ikrenуi. Amaterske kratkovol-nove antenny. Bratislava, 1972. W. 0 r r. All about qublcal quad antennas. Radio publications Inc.. Wilton, 1959.
3. R. Fitz. Yagi vs quad. "QST", 1966. №11.
4. J. Lindsay, Jr. Quads and yagls. "QST". 1968, №5.
5. J. Parгоtt, Jr. Quad vs triband yagi. "QST". 1972, №2.
6. В. Бекетов, К. Харченко. Измерения и испытания при конструировании м регулировке радиолюбительских антенн. М.. "Связь", 1971.
7. А. А. Пистолькорс. Антенны. М., Связьиздат. 1947.
8. Г. 3. Айзенберг. Коротковолновые антенны. М.. Связьиздат, 1962.
9. С. И. Надененко. Антенны. М.. Связьиэдат, 1969.
10. А. Снесарев. Антенна с активным рефлектором. "Радио", 1968. №9, с. 17.
11. В. Бегунов. Шлейф для дистанционной настройки антенны. "Радио", 1975. №7. с. 11.
12. Радио №7, 1976 г.

Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Антенны КВ.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Особенности почек помогают легче переносить высоту 18.01.2025

Высокогорные регионы всегда привлекали внимание исследователей, изучающих, как человек адаптируется к жизни в условиях разреженного воздуха. Недавнее исследование группы ученых из Университета Маунт-Ройал в Канаде, возглавляемое доктором Тревором Деем, проливает свет на важную роль почек в акклиматизации к большим высотам. Работы канадских ученых объясняют, почему представители народности шерпа, которые веками живут в высокогорных районах Тибета, значительно лучше переносят высокогорье. В своем исследовании ученые наблюдали за дыханием и составом крови участников во время их подъема на высоту 4300 метров в Гималаях, в Непале. Эксперимент проводился с участием двух групп: одна состояла из жителей низменностей, не привыкших к горной среде, а другая - из шерпов, чей организм приспособлен к жизни на большой высоте. Основное различие между этими группами было в том, как их организмы реагировали на дефицит кислорода в воздухе. У шерпов наблюдалась более быстрая и масштабная адаптация к ...>>

Производство электричества с помощью термоядерного синтеза 18.01.2025

Американская компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) нацелена на создание первой в мире термоядерной электростанции, способной подключаться к электрической сети. Этот амбициозный проект, известный как ARC (Affordable, Robust, Compact), будет построен вблизи города Ричмонд, штат Вирджиния. В соответствии с планами, новая электростанция сможет производить до 400 мегаватт чистой энергии, что вполне хватит для обеспечения электричеством 150 тысяч домохозяйств. Прогнозируется, что станция начнет работу в 2030-х годах. Принцип работы термоядерной электростанции основан на процессе термоядерного синтеза, который происходит в ядре звезд. В отличие от традиционной атомной энергетики, где используется деление ядер атомов с образованием радиоактивных отходов, термоядерный синтез создает в качестве побочного продукта безопасный гелий. Для того чтобы удерживать плазму с температурой свыше 100 миллионов градусов Цельсия, установка будет использовать мощные магнитные поля. Тем не менее, н ...>>

Экологическая защита для овощей и фруктов 17.01.2025

Исследователи из женского колледжа Шри Нараяна в Колламе, Керала, Индия, разработали инновационный способ продления свежести фруктов и овощей. Группа под руководством Пурнимы Виджаян предложила использовать съедобное покрытие, созданное на основе целлюлозных нановолокон (CNF), полученных из луковой шелухи. Этот подход не только продлевает срок хранения продуктов, но и способствует их безопасности благодаря включению нанокуркумина, известного своими антимикробными свойствами. Основным компонентом покрытия являются CNF, полученные из переработанных отходов лука. Эти нановолокна соединяются с синтетическим биополимером, который улучшает структуру покрытия, устраняя проблемы с водостойкостью и термической стабильностью, ранее свойственные материалам на основе CNF. Кроме того, добавление нанокуркумина усиливает антимикробные свойства покрытия, делая его особенно эффективным для предотвращения порчи. Для проверки эффективности этой разработки ученые провели эксперимент с апельсинами. П ...>>

Случайная новость из Архива Молекула из фотонов 13.10.2013 Впервые удалось соединить фотоны в молекулу - до сих пор даже теоретизирования на эту тему вызывали ожесточенные споры в научной среде. Физики профессор Михаил Лукин из Гарварда и профессор Владан Вулетич из Массачусетского технологического института (MIT) фактически смогли создать новую форму материи из частиц света. Открытие ученых противоречит десятилетиями устоявшемуся общепринятому мнению о природе света. Уже давно считается, что фотоны - это безмассовые частицы, которые не взаимодействуют друг с другом. Проще говоря, два луча света просто проходят сквозь друг друга. Однако, созданные учеными "фотонные молекулы" ведут себя совсем иначе и, теоретически, делают возможными доселе невероятные вещи, например световой меч из "Звездных войн". "Большая часть свойств света, которые мы знаем, связана с отсутствием массы у фотонов и тем, что они не взаимодействуют друг с другом, - объясняет Михаил Лукин. - Мы создали особый тип среды. В ней фотоны взаимодействуют друг с другом так сильно, что они начинают действовать так, как будто у них есть масса. В результате фотоны связываются вместе, образуя молекулы. Этот тип связанного фотонного состояния довольно долгое время предполагался теоретиками, но до сих пор не наблюдался". Когда фотоны взаимодействуют, они давят друг на друга и отклоняют друг друга. То есть световой меч джедаев, твердый световой столб, в свете открытия ученых уже не выглядит глупой придумкой фантастов. Чтобы заставить "нормальные" безмассовые фотоны связываться друг с другом, Лукин и его коллеги накачали атомы рубидия в вакуумную камеру, а затем охладили их лазером до температуры в несколько градусов выше абсолютного нуля. После этого с помощью крайне слабых лазерных импульсов в облако атомов рубития послали одиночные фотоны. Поскольку фотон входит в облако холодных атомов, его энергия возбуждает атомы на своем пути, в результате чего фотон значительно замедляется. Энергия фотона передается от атома к атому и, фотон ее теряет, но в конце концов, он вылетает из облака, оставаясь тем же световым импульсом, что и до входа в облако. Когда фотон выходит из облака, его идентичность сохранена, как это происходит с лучом света в стакане воды. В случае с атомами рубидия этот процесс немного более экстремальный - свет значительно замедляется и теряет намного больше энергии. Однако ученых удивило другое: фотоны выходили из облака атомов рубидия вместе, как одна молекула. Как эти "молекулы" образуются и почему таких молекул никто до сих пор не видел? Эффект, благодаря которому фотоны превращаются в особую форму материи, называется блокада Ридберга. Он основан на том, что при возбуждении атома, соседние атомы не могут быть возбуждены в той же степени. На практике это означает, что когда два фотона влетают в облако атомов, первый фотон возбуждает атом и вынужден двигаться вперед, до того, как второй фотон возбудит другой, соседний, атом. Проще говоря, фотоны то тянут, то толкают друг друга, то есть взаимодействуют между собой, как молекулы, хоть и опосредовано (через атомы рубидия). Тем не менее, когда фотоны выходят из облака, они выходят вместе, а не как единичные фотоны.

Другие интересные новости:

▪ Чип вывода видеоизображений для портативных устройств

▪ Любовь к собакам заложена генетически

▪ Формат MP3 официально стал свободным

▪ Этикет заложен в генах

▪ Коврик для эффективной сердечно-легочной реанимации

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Загадки для взрослых и детей. Подборка статей

▪ статья Спасение утопающих - дело рук самих утопающих. Крылатое выражение

▪ статья Что делает язык? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Goldstar / LG. Справочник

▪ статья Шумовой мост, для настройки антенн. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Датчик перегрева. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025