Багатодіапазонні спрямовані антени. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени КВ

Коментарі до статті

Про багатодіапазонну спрямовану антену мріє багато радіоаматорів. Відомий цілу низку технічних рішень, що дозволяють створити таку конструкцію, але не всі вони легко відтворюються в аматорських умовах. Автор цієї статті пропонує до уваги читачів свій варіант реалізації компактної п'ятидіапазонної спрямованої антени.

Спрямована KB антена, що обертається, на 5 діапазонів (10 - 20 метрів) і навіть на 7 діапазонів (10 -40м) - актуальна радіоаматорська конструкція. Більшість провідних фірм світу, що виробляють антени для аматорського радіозв'язку, мають у своїй номенклатурі кілька п'ятидіапазонних антен, які відрізняються характеристиками та ціною. Кожна з фірм, як правило, використовує свої відпрацьовані та стали стандартними способи реалізації багатодіапазонності. Наприклад фірма FORCE 12 застосовує розташування елементів різних діапазонів (моделі XR5, 5ВА), MOSLEY-велике число резонансних трапів (PRO-67, PRO-96), HY-GAIN - логоперіодичний активний елемент у поєднанні з "траповими" директорами (ТН- 11), TITANEX - різноманітні дротяні логоперіодичні антени. Новинку запропонувала фірма SteppIR – елементи її антени змінюють свої розміри за допомогою електромеханічного приводу за командами розташованого внизу мікропроцесорного пристрою.

У запропонованій статті коротко розглянуто основні переваги та недоліки стандартних способів створення МДА (Багато Діапазонних Антен) та описаний власний варіант, що дозволяє в габаритах триелементного ВК (Хвильового Каналу) діапазону 20 метрів з довжиною буму менше 6 м отримати п'ятидіапазонну (10, 12) 15 та 17 метрів) антену. Загальна кількість елементів - 20, а взаємні впливи елементів мінімізовані без застосування трапів. Характеристики антени кожному з діапазонів практично відповідають трехэлементному ВК (!). Особливість цього варіанта - частини директора діапазону 16 метрів, що відсікаються за допомогою двох вакуумних реле, використовуються як директори діапазонів 20 та 10 метрів. В антені застосований п'ятидіапазонний активний елемент із простою схемою узгодження, що дозволило живити її одним кабелем без перемикань.

Характеристики МДА

Для аналізу МДА було використано як наведені у літературі дані, і розрахунки з допомогою комп'ютерної програми антенного моделювання MMANA[1].

Як правило, при розробці таких антен прагнуть отримати на окремих діапазонах характеристики, що відповідають дво- чи триелементному ВК, тому слід почати з визначення цих характеристик. Будемо використовувати позначення, прийняті в MMANA:

• Gh - коефіцієнт посилення (надалі - посилення) антени у вільному просторі по відношенню до напівхвильового диполя, децибелах (dBd);
• Ga – посилення по відношенню до ізотропного випромінювача (dBi). Ga = + 2,15;
• Za = Ra + jXa – вхідний опір антени;
• Front-to-Back або F/B - ставлення вперед/назад. Чисельно дорівнює вираженому в децибелах відношенню величини передньої пелюстки діаграми спрямованості (ДН) до величини максимальної задньої пелюстки в секторі 180 ± 60 град. Щоб F/B відображало реальну здатність антени послаблювати промені, що крутопадають (сигнали) від відносно недалеко розташованих станцій, для розрахунків прийнята елевація (кут місця) 50 град, на діапазонах 20 і 17 метрів і 40 град, на інших;
• SWR – коефіцієнт стоячої хвилі. Надалі використовуватимемо більш звичне позначення КСВ;
• BW1,5 і BW2 - ширина смуги робочих частот активного елемента не більше 1,5 і КСВ трохи більше 2. Оскільки програма визначає відразу обидва значення, зручно запровадити показник BW=BW1,5/BW2.

Розрахуємо характеристики триелементного ВК. Це можна зробити для будь-якої частоти. Приймемо f = 28,3 МГц (X = 10,6 м), робоча смуга частот-600 кГц (28,0 ... 28,6 МГц), радіус провідника r = 10 мм. При оптимізації антени вагові коефіцієнти для параметрів КСВ, Gh та F/B приймаємо відповідно рівними 0,3; 0,3 та 0,4.

Розрахунок зробимо для трьох варіантів:

1. оптимальний (умовно) ВК з відстанями між активним та пасивними елементами (рефлектором та директором) Sar=Sad =0,17X = 1,8 м;
2. укорочений ВК при Sar = Sad = 0,14 Х = = 1,48 м;
3. подовжений ВК при Sar = 0,11 X = 1,8 м, Sad = 0,22 X = 2,33 м.

Умови розрахунку - антена знаходиться у вільному просторі, F/B визначається для нульової елевації. Розрахункові дані зведені у табл. 1. Три числа через дробову межу відповідають значенням параметра на початку (28 МГц), середині та наприкінці робочої смуги частот. При розрахунку BW виходимо з того, що на вході антени застосовано пристрій, що узгоджує СУ, що забезпечує на середній частоті КСВ=1. Дані, наведені в четвертому рядку цієї таблиці, будуть обговорюватися далі в розділі "Взаємний вплив пасивних елементів ВК на різних діапазонах".

При зміні розрахункової частоти змінюється пропорційно ширина робочої смуги частот. Наприклад, при f = 14,15 МГц параметри G та F/B будуть такими ж, як у табл. 1, але у смузі 0,3 МГц. Також у 2 рази буде менше значення BW (за умови, що радіус елементів буде збільшено пропорційно, тобто у 2 рази).

Укорочені елементи

Найчастіше скорочення досягається включенням котушки індуктивності в кожне плече елемента [2]. У цьому погіршується ряд показників елементів, насамперед їх широкосмуговість. Відчутний внесок у звуження робочої лінії може зробити паразитна ємність між витками котушки С0.

Наприклад, котушка має L = 10 мкГн та С0 = 2 пф. На частоті f = 28 МГц XL = coL = = j1760 Ом та Хс = 1/ωС = -j2664 Ом. Опір паралельного ланцюга з L і C0 буде Xn = j[1760x(-2664)/(1760-2664)] = =j5187Ом. Виходить, що з урахуванням впливу С0 реальне значення реактивного опору "котушки" виросло в 5187/1760 = 2,95 рази (відповідно зріс і опір втрат), а еквівалентна індуктивність ланцюга буде ХLекв = 10x2,95 = 29,5 м. Основна ж проблема, яка виникає через наявність С0, полягає в тому, що разом із зростанням індуктивного опору ланцюга зростає швидкість його зміни при переході від однієї робочої частоти до іншої. Так, у разі котушки з нульовою С0 при зміні робочої частоти на, припустимо, один відсоток опір котушки XL також зміниться на один відсоток, а для нашого ланцюга зміна буде вже значно більшою - близько 5%.

Очевидний висновок - ємність С0 має бути якнайменше. Досягається це однорядним намотуванням дроту (бажано з невеликим кроком) на каркасі невеликого діаметру. Ось експериментальні дані. Котушка з дроту МГТФ з діаметром по ізоляції 1,55 мм, діаметр каркаса 23 мм, число витків n = 41 (намотка виток до витка) мала виміряну індуктивність L = 13 мкГн та добротність Q = 260. За допомогою ГІР була визначена резонансна частота LCD (вона дорівнювала fn = 42 МГц) і розрахунковим шляхом (MMANA) отримано значення С0 =1,1 пф.

З цього ж дроту виконана інша котушка на каркасі діаметром 50 мм. Її дані – n = 20, L = 19 мкГн, Q = 340, f0 = 25МГц та С0 = 2,13пФ.

Діполь із трапами

Розглянемо диполь, призначений до роботи на діапазонах 10 і 15 метрів, дводіапазонність якого забезпечується застосуванням резонансних LC-трапів, налаштованих верхню частоту f1= 28,5 МГц. На частотах 15-метрового діапазону опір трапу Хт має індуктивний характер і його величина визначається величинами Lт і Ст (В Ст входить і С0). Очевидно, що наявність конденсатора Ст вплине на широкосмуговий диполя BW таким же чином, як і міжвіткова ємність С0.

Розрахуємо ширину смуги частот BW1,5 спочатку в одиночних повнорозмірних диполів з резонансними частотами f1 = 28,5 (диполь 1) і f2 = 21,2 МГц (диполь 2), а потім у дводіапазонної трапової антени. Розрахунки зробимо для трьох варіантів трапів (трап 1, трап 2 і трап 3) зі значеннями ємності трапових конденсаторів - 15, 25 і 35 пФ (індуктивності 1_т відповідно 2,08, 1,25 і 0,89 мкГн) при добротності котушок Q = 150 та радіусі провідника г = 15 мм. Результати розрахунку наведено у табл. 2. Числа у дужках показують, яку частку смуги повнорозмірних диполів має трапова антена на відповідному діапазоні.

Розрахунок показує, що така антена значно, в 1,5...3 рази, поступається повнорозмірною широкосмуговістю. Так як це обумовлено, в першу чергу, більш швидким зростанням вхідної (власної) реактивності, то при використанні трапових елементів як пасивні значно швидше в межах діапазону буде змінюватися і показник F/B.

З розрахункових даних випливає, що залежність широкосмугового трапової антени на верхньому (10 метрів) і нижньому (15 метрів) діапазонах від величини Ст має протилежний характер і вибір величини Ст - компромісне завдання. На верхньому діапазоні чим більше величина LT (менше Ст), тим вище резонансний опір контуру-трапу і менше його вплив на широкосмуговий антени на цьому діапазоні. Зате на нижньому зі збільшенням Lт зменшується повна довжина антени і її широкосмуговість.

Відзначимо цікаву особливість – укорочені пасивні елементи дозволяють отримати кращий показник F/B, ніж повнорозмірні, але у вузькій смузі частот.

Що стосується втрат у траповій антені, то розрахунок дає наступні значення: у тридіапазонному одиночному диполі довжиною 7,4 м з двома парами трапів при добротності котушок Q = 150 втрати на діапазоні 10 метрів – 0,14 dB, 15 метрів – 0,78 dB та 20 метрів - 0,59 dB. У ВК із траповими елементами загальні втрати можуть перевищити 1 dB.

Взаємний вплив пасивних елементів ВК різних діапазонів

Відомо, що при розміщенні антен різних діапазонів на одному бумі елементи низькочастотних антен можуть сильно вплинути на параметри антен верхніх діапазонів [3]. Для оцінки цього впливу зробимо розрахунок параметрів триелементного ВК-10 на діапазон 10 метрів (fo = 28,5 МГц, див. табл. 1, рядок 1), що знаходиться в оточенні більш довгих пасивних елементів. Для певності вважаємо, що це директори та рефлектори ВК діапазонів 15 та 20 метрів. Довжини елементів Д15, Р15 і Д20, Р20, а також їх радіуси і відстані від центру встановлюємо виходячи з аналогічних розмірів Д10 і Р10 з урахуванням коефіцієнтів подібності (відносини частот) К15 - 28,3/21,2 = 1,33 і К20 = 28,3 ,14,15//2 = 1 (рис. 10). Розрахунок ведеться поетапно. Розрахунок КСВ та смуги BW виробляємо із застосуванням зовнішнього узгоджувального пристрою. На кожному з етапів використовується механізм оптимізації параметрів ВК-3. Результати розрахунку зведені у табл. XNUMX.

Проведений розрахунок (рядки 1 та 2) показує, що розташовані за рефлектором Р10 провідники практично не впливають на параметри ВК-10. Це пояснюється тим, що поле за рефлектором дуже ослаблене і в задніх провідниках не може виникнути помітний струм. Розташування рефлекторів, як у рис. 1, широко використовується в багатодіапазонних антенах, особливо у разі застосування багатодіапазонного активного елемента, наприклад з трапами або LOM котушками [4].

У разі розташування більш довгих елементів "попереду" ВК-10 (у зоні сильного поля) струми в цих елементах досягають значної величини. Їхній вплив різко погіршує якісні показники ВК-10 (рядки 3, 4, 5), тому такі варіанти слід уникати. Як виняток можливий варіант, коли "довгий" провідник розташовується в ближній зоні активного елемента (на відстані 0,05Л, рядок 6) [3].

Власне, питання застосування (розташування) директорних елементів є одним із основних при відпрацюванні багатодіапазонної антени.

Як приклад розглянемо варіант поєднаної антени, що складається з триелементного ВК-20 з оптимальними міжелементними відстанями та чотириелементного ВК-10 (рис. 2). Розрахунок ВК-20 показує, що його показники практично збігаються із даними табл. 1 (рядок 1). Потім проведено розрахунок (оптимізація) показників ВК-10. Для зручності порівняння з показниками несумісної триелементної антени розрахункові дані вміщені у табл. 1, рядок 4. Видно, що додавання другого директора Д10 дозволило значною мірою подолати негативний вплив Д20 і чотириелементний ВК-10 за показниками G і F/B впритул наблизився до триелементного (!), але широкосмугового значно поступається.

Інший приклад - суміщена 14-елементна антена на три діапазони типу C-31XR (FORCE-12) з довжиною буму 9,3 м. На діапазоні 10 метрів антена забезпечує посилення 7,3 dBd за допомогою семи елементів цього діапазону [5]. Розрахунок показує, що таке посилення може бути забезпечене лише чотирма елементами, отже, дія решти трьох спрямована на компенсацію "негативного" впливу директорів нижніх діапазонів.

При побудові п'ятидіапазонної (10-20 метрів) антени використання компенсаційного принципу мало ймовірне через надмірну складність.

Багатодіапазонні активні елементи

Крім давно використовуються трапового та логоперисдичного випромінювачів застосовуються й інші, відносно нові види.

Одна з найпопулярніших конструкцій на три діапазони показана на рис 3.

Вона складається з розрізного диполя на діапазон 20 метрів і розташованих на відстані 0,1 ... 0,5 м двох провідників з довжинами, близькими до 0,5 на діапазони 15 і 10 метрів. За рахунок сильного електромагнітного зв'язку між ними система має три резонансні частоти. Підбором довжини провідників та їх відстані до диполя можна отримати необхідне значення вхідного опору на діапазонах 10 та 15 метрів як у простих, так і багатоелементних антенах. Така конструкція одержала назву open sleeve або CR (coupled resonator) [6]. Недолік варіанта – відносна вузькосмуговість. Зокрема, щоб перекрити весь діапазон 10 метрів, доводиться застосовувати два провідники-резонатори різної довжини. Один із них забезпечує роботу в нижній ділянці 28,0...29,0 МГц, а другий - 29,0...29,7МГц.

Хороші результати можна отримати при паралельному з'єднанні кількох близько розташованих диполів із різними резонансними частотами. При відстанях між окремими диполями 0,3...0,5 м такий активний елемент може забезпечити нормальні показники в діапазонах 12, 15, 17 та 20 метрів, а у поєднанні з іншими способами - і на діапазонах 10, 30 та 40 метрів [ 4].

Різні типи п'ятидіапазонних антен (конкретні зразки)

Логоперіодика. Зразок з дуже високими для цього класу антен характеристиками наведено в [7]. Діапазон - від 14 до 30 МГц, кількість елементів - 13, довжина буму - 10,97 м, посилення в межах діапазону від 4,85 до 5,65 dBd, F/B - 20...26 dB. Інша конструкція описана в THE ARRL ANTENNA HANDBOOK і має скромніші параметри - довжина буму 7,8 м, 12 елементів, посилення 4,4...4,6 dBd і F/B - 14...21 dB. В обох конструкціях елементи були із трубок діаметром близько 25 мм. Необхідно мати на увазі, що посилення антени зменшується при зменшенні діаметра елементів, тому у дротяному виконанні потрібно більше елементів, ніж у трубковій антені з тим самим посиленням. Наявність збірної лінії та необхідність ізолювати елементи від буму суттєво ускладнює та ускладнює конструкцію. Безперечний "плюс" ЛПА - лише одна фідерна лінія.

У логоперіодиці з великою кількістю елементів у межах кожного з відносно вузьких радіоаматорських діапазонів активно працюють, як правило, лише три елементи. Через особливості ЛПА ці елементи використовуються менш ефективно, ніж у складі "вузькосмугового" ВК. Тому, якщо на довгому бумі розташувати послідовно, один за одним, п'ять триелементних ВК на діапазони 10, 12,15, 17 і 20 метрів, можна отримати більше посилення, ніж у логоперіодиці з тим самим числом елементів. Очевидними є конструктивні недоліки такої побудови - велика кількість фідерних ліній (п'ять) і дуже велика довжина буму. Один із способів розв'язання задачі можна побачити на рис. 4.

Це модель 5ВА фірми FORCE 12. Заявлені характеристики цієї антени: посилення - в межах 5,4...5,9 dBd, F/B - 14...23 dB, довжина буму-9,9 м, 15 елементів, 3 фідерні лінії. Ціна антени – близько 1300 USD.

Антена ВМА 5

П'ятидіапазонна спрямована антена ВМА-5 розроблена автором цієї статті. Ось її дані:

• робочі діапазони 10, 12, 15, 17, 20 метрів;
• на кожному діапазоні використовується триелементний ВК, що має оптимальне відношення ефективність/витрати (ефективність визначається параметрами G, F/B та BW);
• відсутня негативний вплив один на одного окремих ВК, зберігаються параметри однодіапазонних антен;
• поздовжній розмір (довжина буму) - не більше 6 м, тобто мінімальний, при якому ще можливо отримати "пристойні" показники Gh > 5,5 dBd та F/B > 20 dB на діапазоні 20 метрів;
• використані дротяні елементи на "вузькосмугових" діапазонах 12 та 15 метрів для зменшення парусності та ваги антени, а також витрати дефіцитних алюмінієвих трубок;
• застосований один кабель живлення без перемикань (вседіапазонний активний "елемент").

Усі дані - схема антени, форма і геометричні розміри провідників-елементів, реактивні навантаження, а також електричні показники діапазонів знаходяться у файлі ВМА-5.

Загальний вигляд антени показано на фото (рис. 5)

Вона складається з двох збірок - директорної та активної та ряду рефлекторів, розташованих на бумі згідно з рис. 6. Координати елементів на бумі задаються по відношенню до активного елемента діапазону 20 метрів (А20), положення якого прийнято за нульову позначку. Дротові рефлектори Р12 і Р17 змонтовані відповідно над трубочними Р15 і Р20 таким чином, що їхня середина знаходиться на висоті 0,5 м, а краї - по 0,15 м вище трубок.

Електрична схема активної частини антени наведено на рис. 7. Вона складається з чотирьох окремих активних елементів А12, А15, А17, А20, з'єднаних паралельно між собою і через "укорочують" конденсатори С1 і С2 з кабелем живлення, і окремого, пов'язаного через поле, диполя А10 (система "open sleeve") . Узгодження на діапазоні 10 метрів досягається підбором довжини А10 та його відстані від основної групи. Довжини диполів А12 - А20 вибрано більше резонансних з таким розрахунком, щоб вхідний опір (активна частина) піднявся до Ra 50 Ом. Підбором довжини диполів та ємності компенсуючих конденсаторів С1 та С2, а також положення пасивних елементів на бумі та їх налаштування (довжини) вдалося отримати на середніх частотах всіх діапазонів КСВ=1,05...1,25.

Конструкція активного складання показана на рис. 8 у двох проекціях (складання симетрична, показана лише одна половина). Ізолятори ІП – пластмасові ізолятори типу А1001 ("Антеннополіс", м. Запоріжжя), ІО - ізолятори горішкові.

Основою складання є елемент А20, виконаний з алюмінієвих труб діаметрами (зовнішній/внутрішній) 35/30 + 30/26 + 30/27 загальною довжиною 10 м. На кінцях А20 укріплені невеликі ємнісні навантаження ЕН20. Застосування ЕН20 дозволило:

• зменшити довжину А20 з 11,4 до 10 м, що особливо важливо при додаванні в антену ще одного діапазону – 40-метрового (див. зауваження наприкінці статті);
• відмовитися від додаткової поперечної розпірки для кріплення кінців відтяжок дротяних А12 та А17.

Як відтяжки використаний складений удвічі поліпропіленовий трос діаметром близько 3 мм. Попередньо натягнута із зусиллям 5...10 кг відтяжка накручується на трубку ЕН20 (10...15 витків), потім кінець відтяжки фіксується затискачем (clamp).

Прийнята вигнута форма А12 та А17 дозволила збільшити відстань між А20 та дротяними вібраторами і тим самим зменшити взаємні впливи. Крім того, вони успішно виконують роль розтяжок, що оберігають важкий А20 від сильного прогину, особливо у разі ожеледиці.

Елемент А15 кріпиться нижче за А20 на відстані 0,38 м за допомогою чотирьох діелектричних розпірок. При вибраній відстані широкосмуговість А15 зменшується незначно - приблизно на 10%. Як початкові ділянки А15 використані відрізки гнучкого кабелю РК75-4 (оплетка і жила спаяні разом). Можна використовувати будь-який мідний багатожильний дріт діаметром 5...8 мм в атмосферостійкій ізоляції, але це буде і дорожче, і важче.

Симетрування здійснюється за допомогою захисного дроселя з 15 витків коаксіального кабелю RG-58, навитого на феритовий магнітопровід зовнішнім діаметром 65 мм і проникністю 300. При потужності понад 200 Вт слід використовувати потужніший кабель. Дросель та конденсатори С1, С2 типу К15У-2 по 200 пФ поміщені в текстолітову коробку зовнішніми розмірами 130x140x45 мм, знизу до коробки прикріплений коаксіальний кутовий роз'єм XS типу СР50-153Ф. Коробка кріпиться до вертикального кронштейна, виконаного, як і верхня горизонтальна поперечка, із сталевого тонкостінного прокату квадратної форми розмірами 20x20 мм.

Механічне з'єднання половинок А20 проводиться за допомогою муфти-вставки, виточеної із суцільного склотекстолітового стрижня, проміжок між половинами - 50 мм. А20 кріпиться до склотекстолітової плити розмірами 225х100х19 мм за допомогою двох U-подібних шпильок з нержавіючого дроту діаметром 6 мм. Активне складання А12-А20 є одним легкознімним вузол. Елемент А10 кріпиться до буму окремо за допомогою U-подібної скоби та гайок-баранчиків.

Електрична схема директорного складання показано на рис. 9. У її складі директорні елементи на всі п'ять діапазонів. Конструктивною основою складання є середній елемент, що складається з трьох ізольованих ділянок а-Ь, с-d, е-f, які можуть з'єднуватися між собою за допомогою контактів реле К1.1 і К2.1.

Якщо обидва реле включені і контакти замкнуті, виходить директорний елемент діапазон 20 метрів (Д20) довжиною близько 9,65 м. Коли включено лише одне з реле, виходить директорний елемент діапазону 15 метрів (Д15). Це буде елемент а-b-с-d або с-d-е-f залежно від того, яке реле увімкнено, а яке вимкнено. Оскільки Д15 розташований несиметрично до осі антени (буму), то і діаграма спрямованості (ДН) буде також дещо несиметрична. Розрахунок показує, що передня пелюстка ДН відхиляється від осі антени незначно - приблизно на 5 градусів, але це не супроводжується падінням посилення (деформація задньої пелюстки буде показана нижче). Коли обидва реле вимкнені, крайні секції а-b та е-f працюють як два директори діапазону 10 метрів. Довжини цих секцій недостатні для нормальної роботи, тому на внутрішніх кінцях секцій (Ь і е) встановлено два ємнісні навантаження ЕН10. Такий подвійний директор впливає на параметри антени на цьому діапазоні практично так само, як і звичайний одинарний, розташований прямо на бумі. Можна відзначити, що Д15 і Д20 (при замкнутих контактах реле) вплив ЕН10 незначно.

При такому способі "організації" директорів трьох основних діапазонів повністю виключаються їх взаємні негативні впливи, а також їх впливи (при розімкнених контактах реле К1, К2) та на діапазонах 12 та 17 метрів. Крім того, зменшуються витрати дюралюмінієвих труб приблизно на 11 м, парусність та вага антени.

Директорне складання розташоване на відстані 2,85 м від А20. Це компромісне значення. При більшій відстані швидко зменшуватиметься показник F/B на діапазоні 10 метрів, а при меншій - погіршуватиметься більшість показників на діапазоні 20 метрів.

У директорі застосовані високочастотні вакуумні реле (вимикачі) В1-1В з допустимими значеннями 1=10 А і U=3 кВ. Розрахунок показує, що такі струм та напруга у директорі відповідають потужності на вході антени не менше 5 кВт. Температурний діапазон реле – від -60° до +100°, гарантована кількість перемикань – 100000.

Виміряне значення "прохідної" ємності розімкнутого реле - близько 0,9 пФ, з урахуванням паразитної ємності монтажу в розрахункову модель закладено величину 1,5 пФ (таблиця навантажень, pulse w35c, w36c). Замкнутому стану реле відповідають ці навантаження, але вже величиною по 100000 пф (еквівалент к.з., див. "коментар" до файлу ВМА-5). Розрахунок показує, що допустиме застосування реле з "прохідною" ємністю до 5 пф з коригуванням розмірів складових частин Д20 та ЕН10. Зокрема, можна скуштувати поширені герметичні реле РЕН-33 при паралельно-послідовному включенні всіх чотирьох контактних груп.

Директори діапазонів 12 метрів (Д12) та 17 метрів (Д17) виконані з дроту. Для усунення негативного впливу цих елементів на параметри високочастотних діапазонів вжито наступних заходів.

1. Директори всіх п'яти діапазонів розташовані в одній вертикальній площині. Як показують розрахунки, за такого розташування їх взаємні впливи зменшуються.

2. Можливий сильний вплив Д12 на діапазон 10 метрів (за своєю довжиною Д12 був би на діапазоні 10 метрів повноцінним рефлектором) усувається за допомогою паралельного контуру-антитрапа L12C12 із частотою налаштування 28,3 МГц, встановленого в середній частині Д12. Чому антитрап? Призначення трапу - виділити з антенного елемента частину, розміри якої близькі до резонансних. Призначення антитрапу протилежне - розсікти елемент на відрізки, розміри яких значно менші від резонансних. Щоб не вплинути на широкосмуговий діапазон 12 метрів, прийняті надзвичайно малі реактивності - С12 = 150 пФ і 1.12 = 0,21 мкГн, що в 8 ... 10 разів менше стандартних для трапу. Незважаючи на це, резонансний опір контуру достатньо для виконання його основної функції. Передбачено виток зв'язку Lc, через який за допомогою КСВ-метр мостового типу можна визначити резонансну частоту контуру.

3. У середню частину Д17 включена індуктивність L17 = 4 мкГн. Це призводить до того, що при роботі на частотах 21 МГц і вище наведений в Д17 струм істотно зменшується - L17 як би розсікає Д17 на дві половини. Завдяки цьому погіршення показника F/B на верхніх діапазонах під впливом Д17 не перевищує 1 dB. З метою спрощення конструкції L17 виконана з двох однакових близько розташованих котушок (L17' і L17") з індуктивністю 2 мкГн кожна. · Таблиця 17).

Конструкція середньої частини директорією складання показана на рис, 10. Застосовані труби - центральна частина діаметром 30/26 мм, ізоляційні вставки зі склотекстолітових стрижнів, кінцеві секції з труб діаметрами 30/27 та 22/20 мм, ємнісні навантаження - 16/13,8 мм.

Середня частина Д20 кріпиться до буму через склотекстолітову пластину (рис. 10,а) розмірами 270x95x12 мм. Кожна з котушок L17 намотана на пластмасовому антенном ізоляторі типу А1001 тим самим проводом, що і Д17 (рис. 10,6). На рис. 11 показані коробка (бокс розмірами 70x120x35 мм, фрезерований з текстоліту) з реле В1В-1В та спосіб її кріплення до Д20 (кріплення легкознімне). Живлення до реле підводиться через роз'єм РС4ГВ. Проводи живлення реле розбиті на ділянки довжиною близько 2 м за допомогою дроселів типу ДПМ-1,2 по 15мкГн. У своїй середній частині дроти підв'язані до поперечного кронштейна. Конденсатор С1 – К31-11-3 ємністю 2000 пф.

Через несиметричне розташування Д15 на бумі можуть наводитися струми, що призведе до додаткової асиметрії ДН на діапазоні 15 метрів. Щоб уникнути цієї неприємності, крайня частина буму (з боку директорів) завдовжки 2 м відокремлена від решти буму текстолітовою вставкою.

Відпрацювання антени та розрахунок електричних параметрів проводилися стосовно її положення у вільному просторі. При висоті антени над землею понад 20 м-код її параметри зміняться не дуже сильно.

Можливі два варіанти розрахунків: на досягнення максимально можливих показників G і F/B у якійсь ділянці діапазону та на досягнення найбільшої рівномірності показників у межах усього діапазону. У другому випадку на середній частоті діапазону посилення буде меншим на 0,2...0,4 dB. Був обраний варіант, при якому параметри оптимізуються для ділянок діапазонів 14,0...14,3, 21.0...21,4 та 28,0.-28,6 МГц. Якби оптимізацією були охоплені і верхні ділянки діапазонів, що мало використовуються, це неминуче погіршило б показники "внизу", на телеграфних ділянках. Для діапазонів 12 та 17 метрів розрахунок зроблений на максимальний F/B на середніх частотах. Результати розрахунків зведено у табл. 4.

Зауваження щодо відзначених зірочкою * значень параметра F/B на частотах 21,0 і 21,4 МГц. На рис. 12 і 13 показані дві ДН для однієї і тієї ж частоти 21,0 МГц, що виходять в залежності від того, яке реле К1 або К2 включено. Ці ДН майже різняться лише формою тильної частини (дзеркальна симетрія). Так як реле оперативно управляються з пульта радіостанції, перешкоду з будь-якого напрямку в задній напівплощині, як це видно з малюнків, можна придушити на 21...24 dB. Для порівняння на рис. 14 показано ДН на середній частоті 21,2 МГц.

Згадані в першій частині статті антени 5ВА (FORCE-12) та 13-елементна ЛПА за електричними параметрами близькі до ВМА-5. Вище вже згадувалися заявлені параметри 5ВА: посилення - у межах 5,4...5,9 dBd, F/B - від 14 до 23 dB, довжина буму - 9,9 м, 15 елементів, 3 фідерні лінії. При цьому витрата алюмінієвих трубок становить: ВМА-5 - 63 м (з урахуванням буму та ємнісних навантажень), 5ВА - близько 110 м, ЛПА - близько 100 м. Очевидно також, що дві останні антени мають значно більші вітровий опір і вагу.

Конструкція ВМА-5 має експериментальний характер: всі трубкові елементи мають регульовані кінцеві секції, довжина дротяних регулюється в кінцевих ізоляторах, а елементи можна переміщати бумом. Це дозволяє в експерименті, за необхідності, уточнити розрахункові дані.

Зокрема, при розрахунку не враховувався вплив "землі", в першу чергу через те, що в QTH автора в різних напрямках від антени параметри землі відрізняються кардинально. Виготовлена ​​за розрахунковими даними антена була спочатку встановлена ​​на висоті 1,8 м над ковзаном шиферного даху і з невеликим регулюванням довжин активних елементів (довжин ЕН20 в А20) резонансні частоти були за допомогою КСВ-метра встановлені на "свої місця". Потім були підйом на робочу висоту - 6,5 м над ковзаном чотириповерхового будинку і 25 м над землею і перевірка параметрів. Основна перевірка F/B на трьох частотах кожного діапазону проводилася сигналами місцевої радіостанції UT1MQ в режимі прийому. У приймачі включалося ручне регулювання посилення, рівень сигналу на НЧ виході відстежувався за допомогою вольтметра В7-37. Виміряні значення F/B були не більше 18...30 dB. Цікавий експеримент удалося провести з Артуром (4X4DZ). Протягом 20 хв обидві сторони "прокрутили" одна одній свої антени (у Артура - ТН-11) на всіх п'яти діапазонах, результат з обох сторін приблизно однаковий - F/B в середньому на рівні 20 dB (З...4 бали). Величина КСВ та смуга BW близькі до розрахункових, серйозні виміри посилення антени ще не проводилися.

У конструкції ВМА-5 є деякі відмінності від розрахункової моделі:

• дротяні елементи виконані з гнучкого багатожильного дроту в ізоляції ПВЗ перетином 2,5 мм2. Версія програми MMANA, що використовується автором, "не вміє" вважати провідники в ізоляції, тому розрахунок зроблений під "голий" провід, а реальні довжини бралися з урахуванням коефіцієнта укорочення Ку. Експеримент показав, що Ку залежить від товщини ізоляції та частоти і для ПВЗ-2,5 у KB діапазоні становить близько 0,97 (бажано уточнити);
• Початкові ділянки А12 і А17 (до верхнього ізолятора) виконані з плавним вигином, а моделі довелося показати прямими відрізками. Те саме відноситься до початкових (дротяних) ділянок А15. У моделі також важко показати закладення дроту в ізоляторі. Тому довелося виходити з рівності повної розрахункової довжини плеча елемента та повної довжини реального дроту (з урахуванням Ку). Це стосується і директорів Д12 і Д17.

Слід також зазначити, що реактивні навантаження у програмі задаються як точкові, а реальні L і мають свої довжини, і це може позначиться на точності розрахунку.

На базі ВМА-5 відпрацьована модель семідіапазонної антени, що включає також два елементи на діапазони 30 і 40 метрів. Можливо, згодом цю модель вдасться здійснити у "залізі".

Частина цієї моделі – активний елемент на діапазон 40 метрів (А40) вже застосований (як додаток) у існуючій антені (див. рис. 5 – фото). А40 виконаний на основі А20 за рахунок додавання до кожного з його кінців котушки з індуктивністю 20 мкГн та кінцевої секції довжиною 1,41 м (LOM-технологія). Довжини ємнісних навантажень довелося дещо збільшити.

На закінчення можна відзначити, що електромагнітні реле починають з'являтися як у фірмових антенах (MAGNUM 280 FORCE-12, TITAN EX та ін.), Так і в аматорських розробках [8].

Автор дякує Борису Катаєву (UR1MQ) за велику допомогу в процесі монтажу ВМА-5 та Олександра Погудіна (UT1MQ) за участь у вимірах.

література

1. І. Гончаренка. Комп'ютерне моделювання антен. - М: РадіоСофт - Журнал "Радіо", 2002.
2. В. Овсянніков. Вібраторні антени із реактивними навантаженнями. - М: Радіо і Зв'язок, 1985.
3. Е. Гуткін. Багатодіапазонна спрямована KB антена. - Радіо, 1985 №1,2, 3.
4. Е. Гуткін. Семідіапазонна спрямована KB антена ВМА-7. – Радіо, 2003, № 2, с. 70-72.
5. Каталог фірми FORCE 12. 2001 р. Product Line.
6. G. Bread. (K9AY). The Coupled – Resonator Principle. The ARRL Antenna Compendium, vol. 4
7. realhamradio.com.
8. Miller N. (NW3Z). V-YAGI: легка антена на 40 м. - Радіоаматор. KB та УКХ, 1999, № 1.

Автор: Ернест Гуткін (UT1MA), м.Луганськ, Україна

Дивіться інші статті розділу Антени КВ.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Шум транспорту затримує зростання пташенят 06.05.2024

Звуки, що оточують нас у сучасних містах, стають дедалі пронизливішими. Однак мало хто замислюється про те, як цей шум впливає на тваринний світ, особливо на таких ніжних створінь, як пташенята, які ще не вилупилися з яєць. Недавні дослідження проливають світло на цю проблему, вказуючи на серйозні наслідки для їхнього розвитку та виживання. Вчені виявили, що вплив транспортного шуму на пташенят зебрового діамантника може призвести до серйозних порушень у розвитку. Експерименти показали, що шумова забрудненість може суттєво затримувати їх вилуплення, а ті пташенята, які все ж таки з'являються на світ, стикаються з низкою здоровотворних проблем. Дослідники також виявили, що негативні наслідки шумового забруднення сягають і дорослого віку птахів. Зменшення шансів на розмноження та зниження плодючості говорять про довгострокові наслідки, які транспортний шум чинить на тваринний світ. Результати дослідження наголошують на необхідності ...>>

Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

У світі сучасної технології звуку виробники прагнуть не тільки бездоганної якості звучання, але й поєднання функціональності з естетикою. Одним із останніх інноваційних кроків у цьому напрямку є нова бездротова акустична система Samsung Music Frame HW-LS60D, представлена ​​на заході 2024 World of Samsung. Samsung HW-LS60D – це не просто акустична система, це мистецтво звуку у стилі рамки. Поєднання 6-динамічної системи з підтримкою Dolby Atmos та стильного дизайну у формі фоторамки робить цей продукт ідеальним доповненням до будь-якого інтер'єру. Нова колонка Samsung Music Frame оснащена сучасними технологіями, включаючи функцію адаптивного звуку, яка забезпечує чіткий діалог на будь-якому рівні гучності, а також автоматичну оптимізацію приміщення для насиченого звукового відтворення. За допомогою з'єднань Spotify, Tidal Hi-Fi і Bluetooth 5.2, а також інтеграцією з розумними помічниками, ця колонка готова задовольнити ...>>

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем ​​з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Випадкова новина з Архіву Портативна рація APX Next 04.11.2019 Компанія Motorola Solutions випустила нову версію рації APX – APX Next. Сучасна модифікація вперше оснащена сенсорним дисплеєм та підтримує голосове управління. Модель APX Next на додаток до стандарту портативної рації LMR (land mobile radio) також підтримує зв'язок LTE. Пристрій здатний передавати дані про розташування безпосередньо диспетчеру. Незважаючи на те, що багато цих функцій були доступні на смартфонах протягом багатьох років, їх набагато складніше реалізувати на подібних пристроях. Сенсорний екран повинен працювати навіть під дощем або, коли користувач носить рукавички. Крім того, потрібно ретельно підходити до розробки, щоб зв'язок LTE не створював перешкод для підключення LMR. LMR є життєво важливою технологією надзвичайних ситуацій, коли звичайні мережі стільникового зв'язку можуть бути пошкоджені або перевантажені. Функції голосового керування APX Next також мають працювати не так, як на смартфонах. Для початку вони покладаються на те, що їх активують за допомогою кнопки, а не за допомогою кодової фрази. Співробітники також повинні натиснути кнопку, щоб почути результат обробки свого запиту, щоб голосовий помічник не міг випадково передати в ефір конфіденційну інформацію. Новинка також оптимізована для роботи в дуже галасливих умовах, використовуючи чотири мікрофони для придушення шуму фону. Система голосового управління ViQi дозволить шукати автомобільні номери, інформацію про водійські права та ідентифікаційні номери автомобілів (VIN). У майбутньому компанія має намір розширити можливості ViQi, впровадивши в систему перекладну функцію для різних мов та інші можливості.

Інші цікаві новини:

▪ Наймініатюрніший у світі високошвидкісний MOSFET

▪ PT8 Neo - системна плата на чіпсеті VIA FSB800 від компанії MSI

▪ Перший аніон у космосі

▪ Армійський електромобіль з водневим паливним елементом

▪ Управління блискавками за допомогою лазера

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Годинники, таймери, реле, комутатори навантаження. Добірка статей

▪ стаття Телескоп. Історія винаходу та виробництва

▪ стаття У якій країні католицька церква була залучена до викрадення тисяч дітей? Детальна відповідь

▪ стаття Лікар-гематолог. Посадова інструкція

▪ стаття Світло на хвилинку. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Хто що взяв? Секрет фокусу. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024