|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Семідіапазонна спрямована КВ антена BMA-7. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени КВ Всехвильова або принаймні працююча на більшості з дев'яти аматорських KB діапазонів антена - мрія багатьох короткохвильовиків. Завдання створення багатодіапазонної антени істотно ускладнюється, якщо йдеться про спрямовану антену. Цікаве рішення її запропоновано у статті, що публікується. Ідеї, використані UT1MA в цій конструкції, можуть бути корисні короткохвильовикам при самостійній розробці KB антен. Багатодіапазонні спрямовані антени типу "хвильовий канал" для аматорського радіозв'язку дуже популярні, їх виробляють десятки фірм багатьох країн. Подібні антени в основному виготовляють з використанням резонансних контурів, що розділяють - TRAP, або трапів [1, 2]. Незважаючи на очевидні зручності, в аматорському антенному конструюванні цю технологію застосовують вкрай рідко, що пояснюється, в першу чергу, складністю кустарного виготовлення надійного та точно налаштованого трапу. Останнім часом з'явилися конструкції антен, в яких завдання багатодіапазонної роботи вирішено простим способом, за допомогою так званих багатодіапазонних навантажувальних ланцюгів (LOad Multiband або скорочено LOM). Головний елемент такої антени - котушка з певною індуктивністю, розташована у певному місці активного або пасивного елемента. Механізм дії LOM-навантаження полягає в тому, що на відносно високих частотах котушка викликає значне відображення струму, внаслідок чого його розподіл на "докатушковій" частині виявляється близьким до розподілу у звичайному диполі з довжиною плеча приблизно 0,25λ. На низьких частотах струм поширюється по всій довжині плеча антени і котушка працює як подовжує [3]. Спробуємо порівняти за основними параметрами два тридіапазонні диполі: з трапами та з LOM-котушками. Розрахунки були здійснені за допомогою антенної програми MMANA (TNX JE3HHT та DL2KQ за відмінну програму). На рис.1,а наведено креслення диполя на діапазони 10, 20 та 40 метрів. Плечі диполя симетричні, що дозволяє спрощення малюнка показати лише половину диполя. Виходимо з того, що конденсатори трапів L1C1 (частота резонансу f1 = 28,3 МГц) та L2C2 (f2 = 14,15 МГц) утворені трубками, що знаходяться всередині та зовні котушки. Зазначимо, що ця технологічно зручна конструкція конденсаторів має істотний недолік - через вплив цих трубок добротність котушок (і контуру в цілому) знижується в 3...4 рази і в багатьох моделях не перевищує Q = 80...100. у стільки ж разів зростають втрати у контурах та їх нагрівання. Приймаємо С1 = 25 пф, С2 = 15 пФ, Q1 = 100 і Q2 = 80 а діаметр провідника антени (трубки) рівним 30 мм. Ділянки диполя ab, cd, eg мають довжини, при яких всіх трьох діапазонах реактивна складова вхідного опору близька до нуля.
Епюри зміни величини струму вздовж диполя різних діапазонах наведені на рис. 1,б (діапазон 10 метрів), рис. 1,в (20 метрів) та рис. 1г (40 метрів). Стрілки в епюр показують напрямок струму у відповідних частинах диполя. MMANA показує, що на частинах диполя, розташованих за трапами, також є невеликий струм, який з'являється внаслідок наведення від робочої ділянки антени. На діапазоні 10 метрів цей струм відчутно приблизно на 0,4 дБ, підвищує коефіцієнт посилення антени за рахунок звуження діаграми спрямованості (ДН) і також підвищує вхідний опір антени. Результати розрахунку зведено до таблиці. У ній R – це вхідний опір антени при резонансі. Коефіцієнт посилення G дано по відношенню до напівхвильового диполя без трапів. Окремо виділено сумарні теплові втрати у двох котушках PL1 і двох PL2, так як від цих втрат безпосередньо залежить надійність антени. G - це ширина головної пелюстки ДН за рівнем -3 дБ або 0,707 від максимуму. Оцінюючи теплових втрат можна з того, що 0,1 дБ відповідає приблизно 2,4 % від повної потужності. Повна довжина диполя – 2x6,7 м. На рис. 2,а також зображений диполь на діапазони 10, 20 і 40 метрів, але, на відміну від першого, у ньому використані не трапи, а LOM-котушки. Величини L1 та L2, довжини ділянок ab, cd, eg та ємнісних навантажень ЕН1 та ЕН2 обрані з розрахунком, щоб на всіх трьох діапазонах реактивна складова вхідного опору була близька до нуля. Зокрема, довжина першої ділянки ab буде близько 0,25 довжини хвилі для діапазону 10 метрів. Завдяки наявності L1 на цьому діапазоні форма струмової кривої на ділянці ab майже така сама, як у напівхвильового диполя.
Величина струму за котушкою на ділянці cd у кілька разів менша, ніж на першій ділянці. Це важливо, оскільки струм має зустрічний напрямок і його дія призводить до розширення ДН і, відповідно, до падіння посилення диполя. Щоб мінімізувати цей небажаний ефект, введено ємнісне навантаження ЕН1, яке "бере на себе" та виключає з випромінювання частину зустрічного струму. Величина струму на ділянці cd також залежить від індуктивності котушки L1 і тим менше, що вона більше. З іншого боку, збільшення індуктивності котушки призводить до зниження широкосмугової лінії на другому діапазоні (20 метрів), тому вибір індуктивності цієї котушки - це неминучий компроміс. На діапазоні 20 метрів аналогічно працюють елементи L2 і ЕН2, а котушка L1 працює як подовжує. На діапазоні 40 метрів обидві котушки - подовжують. Епюри струмів вздовж провідника цього варіанта диполя наведено на рис. 2,6 (10 метрів), рис. 2,в (20 метрів) та рис. 2 г (40 метрів). Розрахунок показав, що оптимальними будуть значення L1 = 3,5 мкГн та L2 = 18 мкГн. Загальна довжина диполя 2x5,8 м при діаметрі трубок 20 мм на крайній ділянці та 30 мм на інших. Довжина ЕН1 – 0,8 м та ЕН2 – 0,6 м, трубки – діаметром 16 мм. Розрахункові параметри наведено також у таблиці, що зручно для порівняння. При розрахунках добротність котушок L1 і L2 прийнято 250, що цілком реально.
Порівняння теплових втрат у TRAP-і LOM-диполях показує, що друга втрати в 2...3 разу менше. За однакових інших конструктивних умов LOM-антена здатна витримати більшу потужність. Втім, якщо в трапах застосувати зовнішні конденсатори, обидва різновиди антен за цим показником приблизно зрівняються. Корисною властивістю LOM-антени є її некритичність величини індуктивності котушок. При відхиленні її від розрахункового значення на 10% резонансне налаштування легко відновлюється регулюванням довжини елементів ЄП. У цьому параметри антени змінюються незначно. Також очевидна перевага - немає потреби застосовувати високовольтні конденсатори, розраховані на велику реактивну потужність. Після успішного використання LOM-технології у вертикальній багатодіапазонній антені [3, 4] автором була спроба застосувати цю технологію в активному вібраторі (АВ) простої спрямованої антени на сім KB діапазонів - від 10 до 40 метрів. АВ розрахований застосування одного 50-омного фідера без будь-яких перемикань. Крім АВ, до складу антени входять п'ять рефлекторів діапазонів 10, 12, 15, 17, 20 метрів, а на діапазонах 30 та 40 метрів в антені працює лише активний вібратор. Зовнішній вигляд експериментальної антени, що отримала авторську назву BMA-7 (Beam Multiband Antenna на 7 діапазонів), наведено на рис. 3.
Схематично електричну схему її активного вібратора наведено на рис. 4. Кожне плече АВ (умовно показано лише одне з двох) складається з чотирьох провідників, початку яких сходяться у точці живлення.
Конструктивною основою антени є центральний вібратор, що складається з трьох відрізків алюмінієвих труб, між якими розташовані котушки L1 та L2. Цей вібратор працює на діапазонах 10, 20 та 40 метрів. Діапазони 15 та 17 метрів забезпечують дротяні вібратори ПВ15 та ПВ17. Котушка L4 з невеликою індуктивністю дозволяє зменшити довжину вібратора ПВ17 до потрібних з конструктивних міркувань розмірів. У діапазоні 12 метрів працює вібратор ПВ12, а спільно з котушкою L3 та додатковим провідником ПВЗО виходить випромінювач діапазону 30 метрів. Природно, між складовими частинами АВ існують взаємні впливи, проте у цілому виходять чіткі сім резонансів і КСВ середніх частотах всіх діапазонів не більше 1,1... 1,4 (тільки АВ - без рефлекторів). Докладніше креслення АВ з основними розмірами у двох проекціях схематично наведено на рис. 5.
Дротові вібратори ПВ виконані з багатожильного дроту у вінілової ізоляції марки ПВЗ перетином 2,5 кв. мм. Для підтримки дротяних вібраторів використані малі горішкові ізолятори ІВ та пластмасові антенні ізолятори ІП фірми "Антенополіс" (м. Запоріжжя). Ці ізолятори мають розміри 17x17x115 мм і чотири отвори - два по краях та два посередині. Котушка L4 має 7 витків і намотана безпосередньо на середній частині ізолятора із дроту випромінювача ПВ17. Дрітовий випромінювач ПВ12 зафіксований на деякому віддаленні від центрального вібратора діелектричними розпірками РП. Далекі (від центру антени) кінці випромінювачів ПВ15 та ПВ17 зафіксовані через поліпропіленові розтяжки ПП на трубці ЕН2. Рефлектор діапазону 10 метрів виконаний з трубки діаметром 20 мм і має довжину 5,3 м, діапазону 15 метрів - із трубок з діаметрами 30, 20, 16 та 10 мм (загальна довжина 7,235 м), діапазону 20 метрів - із трубок із діаметрами 30 та 20 мм (загальна довжина 10,51 м). Відстань від АВ до рефлекторів діапазонів 10, 15 та 20 метрів становлять 2,05, 2,6 та 3,7 м відповідно. Рефлектори діапазонів 12 і 17 метрів виконані з багатожильного дроту у вінілової ізоляції марки ПВЗ - 2,5 і розташовуються відповідно над рефлекторами 15 і 20 метрів (див. рис. 3) таким чином, що середня частина дротяного рефлектора вище трубкового на 0,5 м , а кінці на 0,2 м. Повна довжина рефлектора діапазону 12 метрів - 5,5 м, діапазону 17 метрів - 7,75 м. ,16 м. Дані котушок: L1 - каркас діаметром 1,3 мм, провід МГТФ перетином 2 кв. мм, число витків - 1,6, щільна намотка, гідроізоляція ізолентою NOVA ROLL; L1 – каркас діаметром 33 мм, МГТФ 1, 9 кв. мм, число витків – 2; L32 – каркас діаметром 0 мм, МГТФ 75 кв. мм, 24 витків. Антена експериментально відпрацьовувалась спочатку на макеті, а потім доводився реальний зразок. Активний вібратор налаштовувався за допомогою мостового КСВ-метра: на діапазонах 10 та 20 метрів зміною довжини ємнісних навантажень, а на діапазоні 40 метрів зміною довжини кінцевої ділянки. Інші діапазони налаштовують підбором довжин дротяних вібраторів. Довжину дротяних рефлекторів через наявність вінілової ізоляції на дроті та близькості трубкових рефлекторів розрахувати було складно, вони налаштовувалися за допомогою ГІР на частоту, відмінну від середньої частоти даного діапазону на 3% вниз. Повна довжина активного вібратора – 2x6,35 м. Після отримання комп'ютерної програми MMANA розрахунок активного вібратора (діапазони 10, 20 та 40 метрів) показав, як можна отримати ті ж параметри при зменшенні довжин ЄП та загальної довжини активного вібратора (див. наведені вище дані розрахунку). Кабель живлення узгоджений з АВ за допомогою тільки одного додаткового елемента - конденсатора ємністю 56 пФ/2,5 кВА, підключеного паралельно до входу антени. Симетрування здійснюється за допомогою захисного дроселя L5 з 15 витків коаксіального кабелю фідера RG-58, навитого на кільцевій феритовій магнітопровід діаметром 65 мм з матеріалу 300ВН. Дросель і конденсатор, що узгоджує, поміщені в захисний кожух і укріплені на сталевому розпірці РП1 в центрі АВ, що підтримує елементи ПВ15 і ПВ17. Не слід забувати (при моделюванні антени, зокрема), що відрізки проводів, що йдуть до трансформатора (довжина приблизно по 10 см кожен), входять до електричної довжини АВ. Центральна частина АВ (до котушок L2) виготовлена з трубки діаметром 30 мм, а кінцеві відрізки - із трубок діаметром 20, 18 та 10 мм, вставлених одна в іншу. Антена запитана кабелем РК50-7 завдовжки 30 метрів. Після невеликої корекції довжин елементів АВ отримані такі значення: КСВ - на середніх частотах діапазонів у межах 1,1...1,4; смуга робочих частот за КСВ ≤ 2 становить на діапазоні 10 метрів 1 МГц, на діапазонах 12, 15 і 17 метрів - 0,5 МГц, на діапазоні 20 метрів - 0,32 МГц, на діапазоні 30 метрів - 0,09 МГц та на діапазон 40 метрів - 0,18 МГц. Вимірювання проводили приладом WH7 фірми DRAKE. Перевірка антени "в ефірі" показала, що відношення вперед/назад на середніх трасах на діапазоні 20 метрів лежить у межах 12...15 дБ, на верхніх діапазонах - 15...18 дБ. На діапазоні 40 метрів порівняно з антеною Inv. V виявилося, що у напрямі її максимального випромінювання антена BMA-7 не поступалася повнорозмірною Inv. V, натомість у бічному напрямку перевершувала на 1...2 бали. Розрахункові значення коефіцієнта посилення діапазонах 10...20 МГц становлять 4...4,5дБд. Чи можливе покращення параметрів цієї антени за рахунок додавання директорів? Це досить складно з таких причин. По-перше, директори нижчих діапазонів відчутно погіршують параметри верхніх. Для усунення цього явища доведеться вводити трапи, LOM-ка-тушки або вживати інших спеціальних заходів. По-друге, важко застосувати стандартні способи узгодження при одному фідері через розкид вхідних опорів на різних діапазонах. Мабуть, саме в описаному вигляді антена може становити інтерес для "середнього" короткохвильовика. За своїми параметрами антена BMA-7 близька до логоперіодичної антени довжиною 6...8 метрів, але є елементи на діапазони 30 і 40 метрів. Можна також відзначити, що серед західних короткохвильовиків користується популярністю проста антена С4 фірми FORCE-12 з довжиною буму 3,6 м, що має по два елементи на діапазонах 10, 15, 20 метрів і один на діапазоні 40 метрів при двох фідерах (ціна - близько 700 доларів США). На закінчення можна сказати, що, як показала ця робота, LOM-технологія може успішно застосовуватися в багатодіапазонних антенах, конкуруючи на рівних з TRAP-технологією. Автор дякує Борису Катаєву (UR1MQ) за неоціненну допомогу в процесі монтажу та налаштування антени BMA-7. література
Автор: Е.Гуткін (UT1MA), м.Луганськ, Україна
Шум транспорту затримує зростання пташенят
06.05.2024 Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024
▪ Ручка Nuwa Pen оцифрує рукописний текст у реальному часі ▪ Ксенон - рятівник нервових клітин ▪ Накладні нігті світяться із викликом мобільного телефону
▪ розділ сайту Інструменти та механізми для сільського господарства. Добірка статей ▪ стаття Як денді лондонський одягнений. Крилатий вислів ▪ Які шляхи розвитку Індії та Пакистану? Детальна відповідь ▪ стаття Електропаяльники. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Низьковольтні стабілізатори напруги. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page