|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Малогабаритні антени переносних станцій СВ зв'язку. Частина 1. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени УКХ Запровадження Широке поширення пересувного зв'язку на 27 МГц гостро ставить питання про антени для засобів зв'язку. Це питання ускладнюється тим, що використання чвертьхвильових антен - довжина яких становить для діапазону 27 МГц 2,7 метра, у багатьох випадках неприйнятне. Використання укорочених антен пов'язане з низкою специфічних питань, які в популярній літературі не розглянуті, але при незнанні яких ефективність засобів СВ-зв'язку може суттєво погіршитися. Для переносних СВ-радіостанцій переважно використовуються несиметричні штирьові антени. Це пов'язано з тим. що антени інших типів просто неможливо використовувати з таким типом радіостанцій. 1. Робота електрично коротких антен переносних станцій Електрично коротка антена складається як із самої антени, яка включала випромінюючий елемент, так і елементів системи його узгодження та системи його заземлення. Відповідно до нього загальний опір антени Ra складається з опору штиря (Rш) та опору його заземлення (Rз) (рис. 1).
Входить у формулу і "опір середовища" Rср. яке зменшується зі збільшенням кількості противаг і довжини антени. Ra = Rш + Rз + Rcp Корисна ВЧ енергія розсіюється на Rш, тому потрібно прагнути зменшення величин Rз і Rсp. У загальному випадку за допомогою спеціальних методів можна виміряти опір "землі", але для практики можна прийняти, що опір корпусу СВ радіостанції довжиною 20...30 см, що використовується як противага, довжина цієї формули становить величину не менше 150...300 Ом. Контакт з рукою людини несуттєво змінює ну величину. Але підключення резонансної чвертьхвильової противаги завдовжки 2,7 метра знижує опір землі Rз. Вже одна противага зменшує опір Rз приблизно до величини не більше 50...60 Ом. а за наявності тричотири противаг можна вважати Rз зневажливо малою величиною 5 ... 10 Ом. Опір середовища визначається взаємодією штиря антени з його "земляною" системою. Якщо в повнорозмірній чвертьхвильовій штирьовій антені ця взаємодія відбувається у великому просторі і має незначну внаслідок цього величину, то в укорочених антенах електромагнітна взаємодія короткої антени з коротким противагою відбувається в обмеженому обсязі простору. Причому будь-яке втручання у цей обсяг істотно змінює опір середовища, і. отже, значно впливає на параметри такої антеної системи. Причому в такій антеній системі з укороченими елементами є істотне збільшення одного з них. наприклад штиря до величини чвертьхвильового, або противаги, не викликає суттєвого зниження Rcp. І лише збільшення (тобто подовження) як штиря, так і противаги викликає падіння Rcp. Вже з цього можна зробити висновок, що опір короткої антени СВ-станції - величина не постійна, а змінна, яка, зокрема, залежить від положення сторонніх предметів (у тому числі й оператора) щодо антени. Загалом добре узгоджена антена під впливом цих факторів може повністю неузгоджуватися. З цього випливає, що вихідний каскад передавача СВ-радіостаїції має бути побудований так, щоб таке неузгодження суттєво не впливало на його роботу, і щоб при усуненні причин неузгодженості вихідний каскад продовжував нормально функціонувати. Для цього необхідно, щоб вихідний транзистор мав 3...4-кратний запас потужності. Необхідний також компромісний варіант узгоджувального ланцюга П-контуру. що допускає роботу на комплексне змінне навантаження. Необхідно усунути самозбудження при зміні параметрів антени. Вже ці вимоги. які пред'являються вихідним каскадам СВ переносних станцій, показують, що підходити до їх конструювання варто дуже серйозно. Для пересувної автомобільної радіостанції, що працює на стаціонарну автомобільну антену, вимоги до РА набагато нижчі. Це обумовлено використанням як противаги корпусу автомобіля, який є гарною "землею" для СВ-антени. Штир, який використовується для автомобільної СВ-антени. має довжину близько метра, а у багатьох випадках і довшу. Це створює передумови для роботи автомобільної антени з більшим ефектом, ніж антени переносної станції. Істотно і те, що в зоні взаємодії струмів усунення в системі "штир антени - противага" немає сторонніх предметів, що робить Rсp для таких антен стабільнішим, ніж у переносних станціях. З усіх існуючих типів антен СВ переносних станцій можна виділити дві групи - резонансні та нерезонансні антени. Серед штирьових укорочених антен із групи резонансних можна виділити спіральні антени та штирьові антени, подовжені індуктивністю. Серед нерезонансних штирьових антен доцільно використовувати лише один тип – короткий штир у складі вихідного резонансного контуру. У цьому випадку штир є контурним конденсатором із розподіленою ємністю. 2. Спіральна антена Спіральну антену можна як відкритий спіральний резонатор [1]. В цьому випадку сама антена є спіральним резонатором, ланцюг узгоджувального контуру передавача - продовження спірального резонатора і входить до ланцюга його збудження, а зовнішній простір можна розглядати як нескінченно віддалений екран (рис. 2).
Справедливість цих тверджень легко перевіряється практично. Так, при зміні параметрів узгоджувального ланцюга змінюється резонансна частина антеної системи. Навіть незначна зміна кінцевої ємності антени сильно змінює її резонансну частоту [2]. І спіральні антени сильно схильні до впливу сторонніх предметів. Вже наближення руки з відривом 20 див призводить до неузгодженості антени з передавачем, т.к. через зміну кінцевої ємності змінюється її резонансна частота. Тут доречно проводити налаштування за методом, запропонованим у [3]. Він полягає в тому, що спіральну антену налаштовують так, що при наближенні руки (або через інший неузгоджений вплив) напруженість поля сигналу зростає, а потім зменшується. В даному випадку антена налаштована не точно в резонанс, а трохи осторонь нього. Як показують вимірювання напруженості поля, у разі напруженість поля становить близько 85% від напруженості поля при точному резонансі. Зате при випробуванні радіостанції з антеною, налаштованої в резонанс, і з антеною, налаштованої на схил характеристики антени, переваги останньої очевидні. При використанні станції з резонансною антеною в процесі радіозв'язку при наближенні антени до людини відбувалися значні коливання напруженості поля. При використанні радіостанції з антеною, налаштованої на схил характеристики, неузгоджений вплив людини виявлялося набагато слабкіше і коливання напруженості поля було незначним. Виходячи з цього, можна рекомендувати налаштовувати спіральні антени за методом, запропонованим у [З]. Лише у випадку, якщо спіральна антена працює в умовах, де виключено вплив факторів, що не погоджуються, можна налаштовувати антену по максимуму напруженості поля. При вимірі напруженості поля, що забезпечується спіральною антеною і штирьовою антеною з котушкою, що подовжує, виявилося, що налаштована в резонанс штирева антена довжиною не менше ніж у три рази більшою. ніж випробувана спіральна антена, забезпечила таку ж напруженість поля. З цього можна зробити висновок, що в переносних станціях найбільш оптимальним варіантом антени є спіральна, яка міцніша і простіше в конструкції, ніж така ж параметрам штирева антена. При цьому необхідно враховувати, що в даному випадку короткий корпус радіостанції є кращою "землею" для спіральної антени, ніж за такою ж за параметрами штирьової. Але спіральна анена. забезпечуючи велику напруженість поля, створює передумови для нестійкої роботи передавача. Дійсно, при експериментах з'ясувалося, що той же передавач, що стійко працював із зовнішньою антеною з кабельним живленням, при підключенні до нього спіральної антени порушувався. Лише ретельніше екранування і підстроювання узгоджувальних контурів дозволило працювати передавачу зі спіральною антеною без самозбудження. Спіральну антену, так само як і шгиреву, можна налаштовувати на робочу частоту за допомогою ємності, що вкорочує, і подовжує індуктивності. Застосування ємності збільшує резонансну частоту антени, а використання індуктивності знижує її. В даному випадку для підвищення ККД антени необхідно, щоб котушка, що подовжує, була можливо меншої індуктивності, а що вкорочує ємність - можливо більшої величини. Застосування таких елементів налаштування дозволяє використовувати спіральну антену в широкому діапазоні частот, оскільки залежно від виконання і якості узгодження смуга пропускання спіральної антени невелика і становить 200 ... 300 кГц в діапазоні 27 МГц. Є ще один важливий момент при використанні спіральних антен. При підключенні такої аннен через коаксіальний кабель її резонансна частота внаслідок внесення реактивності кабелю в комплексний опір антени і, відповідно його зміни. змінюється та її необхідно підлаштувати. При побудові спіральної антени, як, втім, і будь-якої іншої укороченої антени, слід звернути увагу на ще одну особливість цієї антени, що полягає в тому. що при підключенні чвертьхвильової противаги дещо змінюється резонансна частота цієї антеної системи. Це можна пояснити тим, що противага, що має своє Rз, змінює Rсp. Змінюється також і ємність "антена - простір". Розширюється смуга пропускання спіральної антени приблизно 1.5...2 разу рахунок зниження її добротності й те водночас - з допомогою ефективнішого випромінювання. В основному при експериментальному дослідженні частоти резонансу спіралі з чвертьхвильовими противагами не виходили за межі смуги пропускання антени. У той самий час напруженість поля з чвертьхвильовим противагою зростала щонайменше удвічі. Спіральна антена повинна бути підключена по можливості короткими провідниками до вихідного узгоджувального контуру. Це дозволяє забезпечити необхідну смугу пропускання та мінімальне паразитне випромінювання сполучної лінії. 3. Практичні конструкції спіральних антен Нижче розглянуті практичні конструкції спіральних антен, опубліковані у літературі останніх років. Параметри антен були виміряні антенноскопом. Спіральна антена, конструкція якої показана на рис. 3, була опублікована в [4]. Випробування даної антени показали, що чвертьхвильова ця антена є на діапазоні 21 МГц. Справді, разом із резонансною чвертьхвильовою противагою опір антени тут становив близько 40 Ом. з невеликою реактивністю.
При підключенні такої антени до трансівера з потужністю 40 Вт через коаксіальний кабель довжиною близько десяти метрів і розташування антени в отворі вікна вдалося провести кілька зв'язків на 21 МГц з RST56-58, що ще більше зміцнило мою думку про її справжній резонанс. Але все ж таки шляхом підстроювання витків і ємності, як показано в [4], вдалося встановити, що в діапазоні 27 МГц можливий її резонанс, що відповідає еквівалентній довжині антени в половину довжини хвилі. Смуга пропускання антени на діапазоні 21 МГц була 200 Гц, на діапазоні 27 МГц - 250 кГц з чвертьхвильовою противагою. Спіральна антена, дані якої наведено на рис. 4, відноситься до чвертьхвильових антен. За допомогою надбудовної штирі її можна перебудовувати в широких межах – від 26 МГц до 35 МГц. На діапазоні 27 МГц її вхідний Опір із корпусом радіостанції було 130 Ом та смуга пропускання – 650 кГц. З чвертьхвильовою противагою 65 Ом. Смуга пропускання була у своїй 800 кГц. резонанс змістився на 200 кГц нагору. Слід зауважити, що даний спосіб регулювання резонансної частоти антени хоч і досить вдалий за своєю простотою та ефективністю, але все ж таки знижує добротність спіральної резонатора і, як наслідок цього, знижує ефективність антени. Це виявляється у зниженні напруженості поля та розширенні смуги пропускання антени.
Спіральна антена наведена на рис. 5 [5] при випробуванні на антенноскопі не показала резонанс на діапазоні 27 МГц і показала чвертьхвильовий резонанс в діапазоні 21 МГц. Спільно з чвертьхвильовою противагою її опір тут був 25 Ом при смузі пропускання 250 кГц. Але при використанні системи узгодження наведеної радіостанції [5] було з'ясовано, що насправді в діапазоні 27 МГц досягнемо резонансу. Очевидно, тут резонанс антени відбувається за рахунок її роботи як чвертьхвильового резонатора, бо як П-контуру з розподіленою ємністю. У цьому випадку спіральна антена еквівалентна системі П-контурів, що включені на вихід передавача, ємність яких є ємністю антени на землю. Випромінювання відбувається за рахунок налаштування у резонанс всієї системи П-контурів передавача. Однак вимірювання напруженості поля показали, що в цьому випадку використання спіральної антени є неефективним. Таку ж напруженість поля може забезпечити налаштована в резонанс за допомогою котушки, що подовжує, штирева антена довжиною всього лише в 1,3 рази більше, ніж довжина цієї спіральної антени.
Спіральна антена показана на рис. 6 [6], показала вхідний опір на резонансній частоті діапазону 27 МГц 110 Ом з корпусом станції і 40 Ом з чвертьхвильовою противагою. Смуга пропускання із корпусом станції була 300 кГц. з противагою – 450 кГц. Завдяки тому. що верхня її частина намотана з розрядкою, вплив тіла людини на налаштування цієї антени не такий сильний, як у випадку суцільного намотування. Підключення чвертьхвильової противаги змінювало частоту резонансу на 200 кГц вгору.
Було досліджено антену, яка використовується в радіостанції типу "Колібрі-М2". Її конструкція показана на рис. 7. У діапазоні 27 МГц ця антена показала опір 100 Ом і смугу пропускання 300 кГц з корпусом станції, і опір 47 Ом і смугу пропускання 200 кГц з чвертьхвильовою противагою. Підключення чвертьхвильової противаги змінювало частоту резонансу на 120 кГц нагору. Саме антени показані на рис. 5 та 6. забезпечували напруженість поля. порівнянну з напруженістю поля, що розвивається штирьовою антеною з подовжувальною котушкою, з довжиною штиря, що втричі перевищує довжину такої спіральної антени.
Практичний вид АЧХ останніх двох антен показано на рис. 8. З цього малюнка видно, що АЧХ антени несиметрична. При підключенні чвертьхвильової противаги АЧХ трохи змішається нагору - приблизно на. 100 кГц для діапазону 27 МГц, проте смуга пропускання антени дозволяє працювати в СВ-каналах. Знання АЧХ спіральної антени дозволяє правильно налаштовувати її не на середину робочого діапазону, а трохи вище.
4. Виготовлення та налаштування спіральних антен У літературі рекомендується виконувати спіральні антени на поліетиленовому осерді коаксіального кабелю. Справді, це оптимальний варіант матеріалу для такої антени. Кабель для виготовлення спіральної антени бажано використовувати 75-омний, тому що він зазвичай містить одиночний внутрішній провідник, який легко можна витягнути плоскогубцями, затиснувши сам кабель за інший кінець у лещатах. Якщо використовувати для виготовлення каркаса антени 50-омний кабель, який зазвичай має центральний провідник, що складається з декількох мідних проводів, можуть виникнути труднощі щодо їх видалення. Найпростіший вихід - це нагріти провідники, пропустивши через них струм 50...100 А за допомогою якогось потужного джерела струму. і потім швидко їх висмикнути. Поліетиленовий каркас має після видалення обплетення шорстку поверхню, що полегшує намотування дроту з натягом. Слід пам'ятати, що спіральна антена - це високодобротна система, і якщо її виконати неакуратно, під впливом температури резонансна частота може вийти за межі діапазону, на який вона налаштована. При дослідженні спіральних антен з'ясовано, що їхня резонансна частота зміщується на 50...80 кГц вгору при охолодженні до температури -15°С. Антена повинна бути щільно обмотана ізолентою, щоб уникнути усунення витків. отже, і зміни резонансної частоти. Для цього підходить гнучка ПВХ-ізолента. Липка стрічка типу "скотч" не годиться для цього через свою зайву жорсткість. Слід зазначити, що спіральна антена – це несиметрична система. передавачу її слід підключати тільки тим кінцем, який зазначений в її описі. При підключенні антен, показаних на рис. 6 і 7, іншим кінцем, вони матимуть вже зовсім інші резонанси, що далеко відстоїть від діапазону 27 МГц. Навіть при зміні кінця підключення такий, начебто. симетричної антени, як на рис. 5 відбувається зсув її резонансу через деяку несиметричність виконання антени. Конструктивно зручно виконувати її кінець, підключений до передавача, за допомогою роз'єму СР-50 або СР-75. шляхом заплавлення туди пластикової основи антени. Від металевого каркаса роз'єму до початку намотування спіралі має бути не менше 12 мм. При виготовленні антени не обов'язково прагнути використання основи зазначеного діаметра. Відступ 2...3 мм цілком допустимо. Наприклад, можна використовувати замість 7-міліметрової поліетиленової основи 9 мм, також її можна використовувати замість 12 мм. Хоча параметри антени змінюються, її цілком можна налаштувати на діапазон 27 МГц. Налаштовують антени, як і зазначено в описі, шляхом відмотування витків з боку більш щільного намотування. У разі виготовлення всіх описаних тут антен вдалося налаштувати на діапазон 27 МГц шляхом відмотки частини витків. тобто. вони заздалегідь розраховані на резонансну частоту трохи нижче 27 МГц. Для ефективної роботи антени слід мати хорошу "землю" станції, наприклад, металевий корпус. Якщо такого немає, необхідно прокласти у зручному місці на всю довжину станції мідну або широку алюмінієву фольгу. Така противага дає збільшення напруженості поля приблизно на 15...20%, що приблизно так само підвищує дальність зв'язку. У деяких випадках він допомагає прибрати самозбудження передавача. Розміри спіральної антени можна вважати оптимальними, коли її довжина приблизно на 20% більша за довжину корпусу-противаги. Якщо антена менша за цю величину. підвищується вплив на неї тіла людини та інших сторонніх предметів. Подальше збільшення її не викликає такого збільшення напруженості поля, простіше використовувати чвертьхвильову противагу для збільшення дальності зв'язку. Автор: І.Грігоров (RK3ZK, UA3-113); Публікація: cxem.net
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
▪ Чудо-ноутбук із процесором 6,8 ГГц ОЗУ 1 Тб ▪ Розпочато постачання зразків магніторезистивної пам'яті ST-MRAM ▪ PHILIPS оновив лінійку РК-телевізорів ▪ Поїздки за місто покращують самопочуття
▪ розділ сайту Радіоприйом. Добірка статей ▪ стаття Мозковий центр. Крилатий вислів ▪ стаття Що таке санний спорт? Детальна відповідь ▪ стаття Машиніст трелювально-транспортної машини. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Покірна пляшка. Секрет фокусу
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