|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Вертикал верхнього живлення. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени КВ У статті розглянуто принципи створення та практичні конструкції багатодіапазонних вертикальних антен із верхнім живленням. Вони особливо зручні для роботи в польових або експедиційних умовах, але можуть використовуватися і в домашньому "шеці", займаючи трохи місця і забезпечуючи непогані параметри. Проблема створення простої та ефективної багатодіапазонної антени, як і раніше, хвилює майже кожну короткохвильову піч. Найчастіше увагу до себе привертають конструкції вертикальних антен, оскільки вони займають мало місця, простіше в установці та мають оптимальну для DX-зв'язків діаграму спрямованості (ДН): з нулем у зенітному напрямку та максимумом у напрямку на горизонт та відсутністю азимутальної спрямованості, що дозволяють проводити радіозв'язку з кореспондентами у будь-яких напрямках. Численні відомі конструкції вертикалів, що живляться знизу, страждають недоліками, пов'язаними з неефективним використанням на високочастотних діапазонах всієї висоти щогли і труднощами налаштування контурів (трапів) або інших пристроїв, розташованих на значній висоті і, власне, перетворюють антену в багатодіапазонну. У першій частині статті буде розглянуто, які переваги та зручності з'являються при зрушенні точки живлення вгору, вздовж провідника випромінюючого вертикалу. Для стислості назвемо описувану антену ВВП - вертикал верхнього живлення. Проектування ВВП Уздовж випромінюючого провідника вертикалу, як і в будь-якій іншій антені, встановлюється стояча хвиля струму з нулем на вершині, тому точку живлення не можна розмістити біля самої вершини - вхідний опір виявиться занадто великим. Зсуваючи точку живлення вниз від вершини, ми потрапляємо в місце, де струм вже значний, а напруга менша, ніж на вершині, тому вхідний опір (рівне відношенню напруги до струму) знижується. У точці живлення центральний провідник коаксіального фідера приєднаємо до верхньої частини вертикалу, а обплетення... давайте взагалі нікуди приєднувати не будемо. Тоді струм потече від точки живлення зовнішньої поверхні обплетення, причому в тому ж напрямку, що і у верхній частині вертикалу. Ця концепція викладена у статті [1], у її третій частині, що відноситься до рис. 19. Там струм на оплетці пропонується використовувати для покращення ДН. Дотримуючись цих рекомендацій, зробимо струм на обплетенні частиною основного струму, що випромінює. Зауважимо, що струми на зовнішній і внутрішній сторонах обплетення фідера ніяк не пов'язані між собою через дуже малу товщину скін-шару в обсязі провідника, вони лише рівні один одному на верхньому зрізі обплетення. На рис. 1 а схематично показаний проектований вертикал, а на рис. 1,б - розподіл струму у ньому. Точка живлення А позначена кружком (графіка програми MMANA). Тут центральний провідник з'єднаний з верхньою частиною довжиною 3 метри, а обплетення залишено вільним. Синусоїдальний розподіл струму збережеться і на верхній частині вертикалу, і на оплетці. У точці на відстані півхвилі від вершини вібратора антени в діапазоні 10 метрів утворюється вузол струму (див. крайній лівий графік розподілу струму на рис. 1, б). У цьому місці треба поставити контур, що загороджує, щоб зупинити подальший перебіг струму вниз по оплетці.
Контур найпростіше виконати як бухти кабелю, не порушуючи цілості останнього [2, 3]. У нас вже вийшла вертикальна антена діапазону 10 метрів. Її конструкція показана на рис. 2, а. Антену можна повністю виконати з коаксіального кабелю, використовуючи для верхньої частини тільки обплетення верхнього відрізка кабелю. Поєднувати чи ні з нею внутрішній провідник - байдуже, струм все одно потече тільки по обплетенні. Підвішують антену на діелектричній відтяжці (товстій волосіні) до гілки дерева і т. п., необхідно лише забезпечити міцну механічну зв'язку відрізків кабелю в точці живлення А, оскільки центральний провідник навряд чи витримає вагу всього фідера та "балуна". Інший варіант - прикріпити антену до тонкої щогли з сухої ялини або сосни (сире дерево вносить помітні втрати) або склопластикового вудлища. У цьому випадку верхню частину доцільно зробити із металевої трубки. Повернемося до контуру. Бухта кабелю має значну індуктивність L і в той же час ємність між окремими витками, головну роль відіграє ємність між першим і останнім витком. Загальна еквівалентна ємність Замикає бухту. Таким чином, бухта кабелю для ВЧ струмів є паралельним контуром, еквівалентна схема якого показана на рис. 2, б. Частоту його налаштування можна змінювати, підбираючи число витків, їх діаметр і порядок укладання - маючи перший виток ближче до останнього, збільшуємо ємність і знижуємо частоту Для налаштування на частоту 28,5 МГц достатньо трьох витків діаметром 13 см [3]. Цікаво, що навіть при неповному замиканні струму на обплетенні струм, що залишився нижче контуру потече в тому ж напрямку, що і в антені - адже контур інвертує фазу, маючи на висновках рівні і протифазні коливання. Тому струм, що залишився, на нижній частині кабелю не псуватиме РН, навіть дещо покращить її. Тепер змалювалися важливі переваги ВВП: перше - налаштовувати антену (підбирати діаметр бухти кабелю і його положення по висоті вертикалу) можна знизу, в п'яти метрах нижче верхньої точки, і друге - точку живлення А можна розташовувати в будь-якому місці вертикалу, домагаючись потрібного вхідного опору антени, ніяких додаткових симетруючих пристроїв не потрібно. Орієнтуючись на доступний 75-ом телевізійний кабель, доцільно трохи зрушити точку живлення А вниз щодо середини напівхвилі струму, при цьому вхідний опір трохи підвищується в порівнянні з опором напівхвильового вібратора, що живиться в середині (73,1 Ом для нескінченно тонкого і кілька менше для вібратора кінцевої товщини. Враховуючи довжину дюралюмінієвих труб, що часто зустрічається, рівну 3 метрам, і була обрана довжина верхньої частини. А чому не 2 метри? Для того щоб антена краще працювала на інших діапазонах. У діапазоні 15 метрів контур В вже не налаштований в резонанс і представляє для цих частот лише деякий індуктивний опір (див. рис. 1 в [3]), будучи як би подовжуючою котушкою. В результаті довжина напівхвилі зменшується з 7,1 до 5,82 м (див. рис. 1). На цій відстані від вершини вертикалу буде вузол струму, і тут включимо другий контур С, що загороджує, налаштований на частоту 21,2 МГц (середню частоту діапазону 15 метрів). Продовжуючи процес далі, включимо третій контур D, налаштований вже на частоту 14,15 МГц (середина діапазону 20 метрів), і побачимо, що для діапазону 40 метрів довжина напівхвильового вертикалу склала всього 9 метрів. Таке значне скорочення в діапазоні 40 метрів відбулося через спільний вплив контурів В, С і D, які на частоті 7 МГц мають індуктивний опір і служать "подовжують" котушками. При укороченні напівхвильового вібратора його опір випромінювання, віднесений до пучності (місця максимуму) струму, падає. Зате точка живлення А в міру зниження частоти виявляється все вище по відношенню до максимуму струму і вхідний опір, що дорівнює опору випромінювання, перерахованого до точки живлення, зростає. Ці два процеси значною мірою компенсують один одного, і вхідний опір залишається приблизно постійним при переході від діапазону до діапазону. Все це проектування легко і швидко було зроблено за допомогою програми MMANА, а після деякої оптимізації (не впевнений, що ще не можна поліпшити) вийшла антена, зображена на рис. 1. Вхідний опір антени в діапазонах 10, 15, 20 і 40 метрів дорівнював відповідно 78, 67, 69 і 61 Ом при нульовому реактивному опорі, що забезпечує непогане узгодження (КСВ менше 1,2 на середніх частотах діапазонів). При розрахунку вийшли такі значення параметрів еквівалентних контурів (частота, індуктивність, ємність): - 28, 5 МГц, 1,6 мГн, 19,5 пФ; З - 21,2 МГц, 2 мГн, 28 пф; D – 14,15 МГц, 3,2 мГн, 43 пФ. Можливо, найголовніша перевага спроектованого вертикалу - він вимагає ні " землі " , ні радіалів. Залишається вирішити, як вивести фідер далі вниз від нижньої точки вертикалу (рис. 1, а). Ми вже знаємо – намотати ще одну бухту того ж кабелю, щоб вона утворила контур, налаштований на 7,05 МГц. Можливо й інше рішення - трохи нижче контуру D приєднати до обплетення кабелю три-чотири коротких (довжиною приблизно по 1,5 м) горизонтальних або похилих радіалу. Вони доведуть електричну довжину антени до напівхвилі в діапазоні 40 метрів. Короткі радіали не усувають необхідність у контурі, що загороджує, але тепер він розташується прямо під точкою підключення радіалів. Індуктивний зв'язок цього контуру з контуром D (адже вони близько) небажана. Замість контуру в цьому варіанті підійдуть дроселі, намотані тим же фідером на феритових кільцях. Процес налаштування ВВП є нескладним і досить очевидним. Починають із найвищого частотного діапазону 10 метрів. Підбираючи щільність намотування (діаметр) і в невеликих межах положення по висоті бухти досягають прийнятного КСВ в цьому діапазоні. Закріпивши бухту ізолентою, переходять на 15-метровий діапазон і повторюють ту ж операцію з бухтою С, вже не чіпаючи налаштований контур В. І так далі, доки не буде налаштована вся антена на всіх діапазонах. Антена з кабелю, наприклад, РК-75-4-11 особливо хороша для польових умов. Вона й налаштована, можливо у полі, якщо трансівер оснащений вимірником КСВ. У стаціонарних умовах ВВП, ймовірно, можна виготовити з дюралюмінієвих труб, розділених діелектричними вставками в місцях, С, D і на нижньому кінці. Поверх вставок розміщують котушки, зігнуті з м'якої мідної або алюмінієвої трубки (можна стрічки). Конденсатори контурів повинні бути високовольтними, оскільки контури розміщуються в напругах. Кабель в цьому випадку повинен проходити всередині всіх труб прямо, але щоб уникнути струму на обплетенні на нього треба надіти ряд феритових кілець, а біля нижнього краю ВВП намотати дросель, що загороджує, або кілька дроселів на феритових кільцях великого діаметру. Такий варіант ВВП не прораховувався та не виготовлявся. На закінчення цієї частини - ще один ймовірний варіант ВВП. Щоб змусити антену працювати ще й у діапазоні 80 метрів, у нижній точці вертикалу (див. рис. 1, а) треба встановити загороджувальний контур, налаштований на частоту 7,05 МГц, а нижче за його обплетення кабелю (нижню трубу в стаціонарному варіанті) заземлити або з'єднати із системою радіалів довжиною по 20 м. Тоді антена працюватиме на частоті 3,6 МГц як укорочений індуктивностями чвертьхвильовий GroundPlane з піднятою точкою живлення. Портативний дводіапазонний ВВП Перший практичний варіант ВВП було зроблено терміново, "на коліні", коли виникла потреба розгорнути радіостанцію редакції журналу "Радіо" на виставці НТТМ-2002. Величезний павільйон з ажурними металевими перекриттями та металевою арматурою засклених стін виключав розміщення антени всередині будівлі через повне екранування сигналів та високий рівень перешкод. На щастя, вдалося встановити вертикал на даху вентиляційної будки та пропустити кабель у вентиляційну шахту. Через рік, за кілька днів до відкриття виставки "Експо-Наука 2003" (див. "Радіо", 2003, № 8, перша обкладинка), доля зробила неприємний сюрприз. Дах аналогічного павільйону, де розгорталася виставка, був рівне поле, більше футбольного, вкрите руберойдом. Копирсати його, вбивати цвяхи, гаки і т. д., так само, як і використовувати вентиляційні шахти, категорично заборонялося. Мова могла йти тільки про антену, що вільно стоїть, з фідером, що спускається вздовж зовнішньої стіни і входить в будинок крізь щілину біля дверей. Ситуація здавалася безвихідною, але кілька годин моделювання за допомогою програми MMANA та два вечори "доведення" ВВП вирішили проблему. Потрібні були хоча б два діапазони: 20 та 40 метрів. Саме на них і було спроектовано антену. У розібраному та складеному вигляді вона вмістилася в пакет діаметром 30 і висотою 160 см, її легко переносили однією рукою (не зважували, але бухта кабелю набагато важча) і привезли на виставку в метро. Після години-півтори, витрачених на її встановлення та вирішення організаційних проблем (проводка фідера, мережа, стіл тощо), вона забезпечила зв'язки з Сибіром, Західною Європою, а потім і більш далекими кореспондентами. Ескіз антени показано на рис. 3. Верхня частина ВВП вище точки живлення А виготовлена з трьох дюралюмінієвих трубок, що вставляють одна в іншу (середня - лижна палиця, верхня - дуже легка і тонкостінна). Відточування живлення А до контуру В випромінюючим елементом 1 служить обплетення кабелю, його центральний провідник з'єднаний з верхньою частиною антени 2. Нижче контуру з обплетенням кабелю з'єднані чотири радіали 3, виготовлених зі сталевого профільного тонкостінного прямокутного перерізу (від віконних гардин). Зовнішні кінці радіалів з'єднані між собою відрізками коаксіального кабелю, що відслужив свій вік, довжиною по 2,5 м (використовується тільки обплетення). Це збільшує ефективну поверхню "віртуальної землі", що утворилася.
Оскільки антена проектувалася як дводіапазонна, вирішено було використовувати один паралельний контур, налаштований трохи вище частоти 7 МГц. У діапазоні 40 метрів він має індуктивний опір і служить котушкою, що подовжує, налаштовуючи антену в резонанс. У діапазоні 20 метрів контур має ємнісний опір і вкорочує електричну довжину антени, знову ж таки налаштовуючи її в резонанс. Параметри контуру при заданих розмірах антени оптимізували за допомогою програми MMANA, помістивши радіали на висоті 0,2 м над землею, що ідеально проводить (так ми намагалися врахувати вплив залізобетонного даху павільйону). Моделювання дало частоту налаштування контуру 7,6 МГц при індуктивності 1,24 мкГ та ємності 355 пФ. З бухти кабелю контур з такою великою ємністю зробити не можна, тому використовували звичайні конденсатори та циліндричну котушку з кабелю, що забезпечує велику добротність. Конструктивні особливості виготовленого ВВП пояснює рис. 4. Контур поміщений в циліндричний корпус 4, що має міцне дно, відлите з алюмінієвого сплаву, та відносно тонкі дюралюмінієві стінки. Автор використовував бачок віджиму від старої пральної машини (наприклад, "Сибір"). Розміри корпусу некритичні (25...30 см у діаметрі та у висоту). Наявні в дні отвори не закривають - вони служать за прямим призначенням для зливу дощової води, що випадково потрапила, і конденсату. До дна корпусу 4 гвинтами прикріплюють радіали 3. Особливої міцності цих з'єднаннях не потрібно, оскільки радіали вільно лежать на поверхні даху. Нижній елемент вертикала 1, що несе, зроблений з відрізка сантехнічної пластикової труби діаметром 2.5...3 дюйма. Для закріплення труби 1 до дна корпусу 4 і для кріплення верхнього випромінюючого елемента 2 служать циліндричні бобишки 5. Їх можна виготовити з металу, так і з діелектричного матеріалу. У верхній бобишке просвердлено радіальний отвір, крізь який центральний провідник кабелю з'єднується з верхнім випромінюючим елементом 2 клемою 6. Вона ж надає механічну міцність цьому вузлу. Перед загвинчуванням клеми на трубу 1 надягають легку пластикову кришку (на рис. 4 не показана), в якій виконані отвори для труби та кабелю. Кришка опускається до 4 корпусу, захищаючи контур від опадів. Верхній кінець кабелю треба оснастити контактною пелюсткою з отвором, що підходить під клему 6. Пелюсток треба міцно закріпити на зовнішній ізоляції кабелю, ізолювавши його від обплетення. З пелюсткою з'єднують центральний провідник без його натягу, що убезпечить провідник від обриву при зборках та розбираннях ВВП. Ще чотири клеми закріплюють на зовнішніх кінцях радіалів 3, а до кінців відрізків кабелю 7 "штучної землі" заздалегідь припаюють контактні пелюстки, що значно прискорює збирання антени. Остаточну міцність усієї конструкції надають чотири розтяжки з тонкої рибальської волосіні, показані штриховими лініями на рис. 3. Їх прив'язують до елемента 2 в місці верхнього зчленування трубок і клем на кінцях радіалів. Конструкція контуру зрозуміла з рис. 4. На бічній стінці корпусу 4 закріплені коаксіальний роз'єм 8, бажано такий же, як і в радіостанції (це дозволить не думати при складанні антени, який кінець основного фідера повинен йти до антени, а який до трансівера), і монтажна планка з двома пелюстками 9. Ще одна пелюстка, що має контакт з корпусом 4, закріплюють під гвинт роз'єму 8. До нього припаюють обплетення кабелю, з якого намотана котушка, і один висновок конденсатора 10. Пелюстки монтажної планки 9 контакту з корпусом 4 мати не повинні. До одного з них припаюють два центральних провідника, а до іншого - обплетення відрізків кабелю та інший вивід конденсатора 10. Конденсатор складений, для надійності, з двох послідовно включених конденсаторів КСВ на робочу напругу 500 ємністю по 680 пФ. Допустимо використовувати інші високовольтні конденсатори з достатнім ступенем герметизації, щоб протистояти атмосферним впливам. Котушка контуру містить 7 витків кабелю РК-75-4-11, намотаних впритул на пластикову трубу. або піднімаючи верхні витки, збільшуючи довжину намотування за рахунок зазорів, що утворюються між витками (індуктивність при цьому також зменшується). Після налаштування витки закріплюють ізоляційною стрічкою або провоченим шпагатом. Налаштування антени нескладне. Зібравши її і встановивши на робочій позиції (на випадок сильного вітру кінці радіалів 3 корисно "обтяжити" мішками з піском або іншими важкими підручними предметами), з'єднують антену з трансівером основним кабелем. Знявши частотну залежність КСВ в діапазоні 40 метрів, визначають, куди потрібно зрушити частоту контуру, щоб мінімум КСВ потрапив на середину діапазону. Наприклад, якщо мінімум КСВ виявився нижчим за 7 МГц, індуктивність котушки треба зменшити, а якщо вище за 7,1 МГц - збільшити. Як правило, достатньо однієї, максимум двох корекцій. Потім перевіряють КСВ у діапазоні 20 метрів. Там антена дуже широкосмугова, і корекції, як правило, не потрібно. Якщо така необхідність виникла, треба змінити співвідношення L і З контуру і знову підлаштувати антену в діапазоні 40 метрів. Збільшення індуктивності контуру при одночасному зменшенні ємності знижує частоту налаштування антени в діапазоні 40 метрів і підвищує в діапазоні 20 метрів, тобто "розсуває" резонансні частоти антени. У нас після одноразового підстроювання антена, встановлена на залізобетонному даху, забезпечувала КСВ, близьку до одиниці в обох діапазонах. Під час експлуатації антени з'ясувалося, що вона непогано працює і в діапазоні 15 метрів, хоча КСВ там вища. Можливостей автоматичного тюнера трансівера IC-746 цілком вистачило для її підстроювання. Запропонована концепція ВВП відкриває широкі можливості для конструювання простих багатодіапазонних вертикальних антен. Навіть якщо радіоаматору і не вдасться добре налаштувати ВВП, все одно він може бути впевнений, що верхня, приблизно п'ятиметрова, частина його вертикалу випромінюватиме, причому туди, куди треба - у напрямку на обрій, а це і є запорука успішних результатів у DХ- інге. література
Автор: Володимир Поляков (RA3AAE), м. Москва
Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024 Приміальна клавіатура Seneca
05.05.2024 Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія
04.05.2024
▪ Сенсор для телефонів від Micron ▪ У Дубаї збудують Біткоїн-вежу ▪ Вперше створено життєздатні штучні легені
▪ розділ сайту Історії з життя радіоаматорів. Добірка статей ▪ стаття І гордий онук слов'ян, і фін, і нині дикий тунгус, і друг степів калмик. Крилатий вислів ▪ стаття Що таке сонячна корона? Детальна відповідь ▪ стаття Гачний вузол зі шлагом. Поради туристу ▪ стаття Генератори на ОУ серії КР1446 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