КВ антени Квадрат (принципи роботи). Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени КВ

 Коментарі до статті

Однією з причин, що визначили помітне зростання активності радянських короткохвильовиків та їх успіхи у міжнародних змаганнях, є широке поширення спрямованих антен. Найбільш популярними в нашій країні стали "квадрати" з двома, трьома та більше елементами формування діаграми спрямованості. Про ці антени і йтиметься у статті. Основна мета, яку переслідують автори, - дати рекомендації короткохвильовику у виборі та налаштуванні антен, узагальнивши досвід радянських та зарубіжних короткохвильовиків.

Порівняння "квадратів" та "хвильових каналів"

Широке поширення "квадратів" призвело до необхідності порівняти їх характеристики з параметрами іншої популярної у радіоаматорів антени - "хвильового каналу".

У таблиці наведено результати вимірювань характеристик деяких антен "квадрат" та "хвильовий канал", запозичені з журналу "QST", 1968 №5. З неї випливає. що параметри обох антен приблизно однакові, якщо порівнювати "хвильові канали", що мають на один елемент більше, ніж "квадрати". При однаковій кількості елементів "квадрат" матиме посилення приблизно на 2 дБ більше. За нашими даними, цю цифру можна збільшити принаймні до 2,5 дБ, якщо вибрати оптимальними відстані між елементами.

Параметри антени	Квадрат			Хвильовий канал
Кількість елементів	2	4	6	3	5	7
Посилення щодо ізотропного випромінювача, дБ	8.2	11,5	13,4	8.8	12	13,3
Ширина діаграми спрямованості за рівнем половинної потужності, град.	60	50	39	61	47	40

Щоб зрозуміти фізичну причину такої суттєвої різниці, розглянемо напрями струмів (на рис. 1) у рамці - елементі "квадрата" та у напівхвильовому диполі - елементі "хвильового каналу".

З рис. 1 слід, що у формуванні діаграми "квадрату" беруть участь тільки струми, що протікають у горизонтальних частинах рамки, оскільки поля від струмів, що протікають у вертикальних частинах, взаємно компенсуються. Тому рамка еквівалентна системі двох синфазно збуджуваних укорочених вібраторів, рознесених по висоті на відстань L/4. Відомо, що діаграма спрямованості у вертикальній площині такої системи порівняно з діаграмою одиночного диполя має менший кут і, отже, її посилення виявляється вищим. Кількісно виграш у посиленні залежно від параметрів та висоти підйому обох елементів може становити від 2,2 до 3,1 дБ. Цей виграш можна визначити за формулою, справедливою з достатньою точністю для діапазонів KB:

A=40000/ФгФв де А - коефіцієнт посилення, Фг та Фв-ширина діаграм спрямованості у горизонтальній та вертикальній площинах відповідно.

Підставивши у формулу середні значення Фг = 180 ° і Фв = 135 ° для диполя, Фг = 170 ° і Фв = 80 ° для рамки, отримаємо, що посилення диполя дорівнює 1,64 рази або 2,15 дБ (за потужністю), посилення рамки – 2,94 рази або 4,68 дБ. Таким чином, середній виграш у посиленні становить 2,53 дБ. Ця цифра є реальною і підтверджується на практиці.

Подібний виграш досягається і при розташуванні рамки кутом вниз, що використовується в багатьох конструкціях. Цей варіант відрізняється від розібраного вище лише тим, що в ньому діаграму спрямованості формують горизонтальні складові струмів, що протікають по всіх чотирьох сторонах рамки, а поля від вертикальних складових компенсуються.

Можна відзначити ще одну особливість "квадрату". Так як рамка довжиною L утворює симетричний замкнутий контур, вплив землі та навколишніх предметів, що погіршує характеристики антен, виявляється меншим.

Вибір оптимальної конструкції Під оптимальними ми розуміємо такі конструктивні дані антени, при яких забезпечується максимальне відношення випромінювань вперед/назад, при досить високому посиленні. Ввести це визначення є необхідною через існування двох методів налаштування спрямованих антен - на максимальне посилення і на максимальне відношення випромінювань вперед/назад. Ці максимуми не збігаються, причому, як показує практика, програш щодо випромінювань вперед/назад при налаштуванні за першою методикою виявляється більшим, ніж програш у посиленні у другому випадку.

У процесі проектування антени радіоаматор має визначити кількість елементів, відстань між ними, їх розміри. Для вирішення першого завдання звернемося до рис. 2.

На ньому показана залежність посилення антени А і відношення випромінювань вперед/назад від числа елементів n. Графіки побудовані за результатами вимірювань (збігаються з розрахунковими даними) на антенах "квадрат" з оптимальними характеристиками діапазону 14 МГц. Як неважко помітити, приріст обох параметрів зі збільшенням числа елементів сповільнюється, причому це стає особливо відчутним при n>3. Враховуючи труднощі, пов'язані з виготовленням та з налаштуванням багатоелементних антен, автори вважають, що у більшості випадків доцільно обмежити кількість елементів трьома. На думку ж деяких зарубіжних радіоаматорів конструктивно зручніша чотириелементна антена через симетричне (щодо вертикальної осі, що проходить через центр маси) розташування елементів. Остаточне вирішення питання ми надаємо читачам.

Для вибору оптимальних відстаней між елементами розглянемо залежність посилення від відстані S, вираженого в частках довжини хвилі L (рис. 3). На графіку чорним кольором показано залежність посилення від відстані вибратор - рефлектор двоелементного "квадрату". У заштрихованій ділянці, що відповідає максимуму посилення (S=0,175-0,225L), воно практично не змінюється, тому в даному випадку вибір відстані у зазначених межах некритичний.

Для антен з числом елементів більше двох завдання ускладнюється через введення додаткових незалежних змінних величин (для триелементної антени – двох, для чотириелементної – трьох тощо). Тому доцільно поставити одну з відстаней (наприклад, між вібратором і рефлектором) і вибрати оптимальними інші відстані. Так, якщо прийняти для триелементної антени відстань вібратор - рефлектор рівний 0,2L, можна визначити оптимальну відстань вібратор - директор, користуючись кривою, показаною на рис. 3. Очевидно, найбільше посилення цей "квадрат" матиме на відстані вібратор - директор, що дорівнює 0,175L, і в цьому випадку при зміні відстаней від 0,14 до 0,21L посилення практично залишається постійним, хоча, як і слід очікувати , Через зменшення широко смужності антени залежність посилення від S стає крутіше.

(Натисніть для збільшення)

Для ілюстрації сказаного можна навести дещо перетворений для "квадратів" на 14 МГц графік із того ж журналу "QST". На основі дослідження великої кількості антен було визначено залежність посилення від довжини L траверси для кріплення елементів (рис. 4). Заштриховані області на графіці – практично можливі межі зміни довжини траверси для антени з цим числом елементів. З графіка випливає, що антени з укороченою траверсою поступаються у посиленні (двох- та триелементні - приблизно на 2 дБ) антенам, що мають відстані між елементами близько 0,2 L.

Довжина рамки вібратора lв може бути підрахована за такою формулою:

де Ky -коефіцієнт подовження, що залежить від числа елементів і відношення довжини рамки до діаметра дроту; Lр-довжина хвилі, яку розраховується антена.

Для визначення довжини вібратора двоелементного квадрата коефіцієнт подовження приймають рівним 1,01, при трьох і більше елементах він дорівнює 1,015-1,02.

Довжину рефлектора двоелементного "квадрату" вибирають на 5-6% більше за довжину вібратора. Для триелементного "квадрату" довжина рефлектора має бути на 3-4% більшою, директора - на 2,5-3% меншою за довжину вібратора; для чотириелементного "квадрату" довжина рефлектора має бути на 2,5-3% більшою, довжини директорів - на 2% меншою.

Практично рефлектор та директор виготовляють трохи коротше, ніж визначено розрахунком, щоб за допомогою короткозамкнутих шлейфів можна було їх налаштувати.

Багатоднапазонні системи

Все сказане раніше стосувалося однодіапазонних "квадратів". Насправді ж часто доводиться вдаватися до створення багатодіапазонної системи. Слід зазначити, що будь-яке поєднання у вертикальній площині елементів, налаштованих різні частоти, особливо кратні двом (тобто 14 і 28, 7 і 14'МГц тощо.), призводить до погіршення основних характеристик антени. Наведемо два приклади. Двохелементний "квадрат" на 14, 21 і 28 МГц з рамками в різних площинах (так звана конструкція "їжак") має посилення до 9 дБ та відношення випромінювань вперед/назад - до 24 дБ; ті ж характеристики аналогічного "квадрату", виконаного на траверсі, не перевищують 8 та 22 дБ відповідно. Триелементний "квадрат" на два діапазони (14 і 21 МГц) з рознесеними рефлекторами забезпечує посилення до 13 дБ та відношення випромінювань вперед/назад - до 30 дБ; у триелементного тридіапазонного "квадрату" (додано діапазон 28 МГц і рамки розташовані одна всередині іншої) ці характеристики погіршуються відповідно до 11,5 та 27 дБ.

Для зменшення впливу елементів, розташованих в одній площині і працюючих на кратних частотах, можна, відповідним чином підключивши фідер, застосувати поляризаційну розв'язку (горизонтальну поляризацію для одного і вертикальну - для іншого діапазонів).

Визначена розрахунковим шляхом розв'язування елементів діапазонів 14-28 МГц у триелементному "квадраті" досягає 20 дБ.

Для найкращих характеристик багатодіапазонної системи бажано зберегти оптимальні відстані між елементами для кожного діапазону. Однак тут через конструктивні труднощі радіоаматори часто змушені йти на компроміс. Одним із прикладів такого компромісу для триелементного "квадрату" на 14, 21 і 28 МГц може бути досягнення близьких до оптимальних характеристик на перших двох діапазонах і найгірших - на третьому. На наш погляд, таке рішення цілком виправдане через особливості проходження та різної завантаженості цих діапазонів. Залежно від конкретних вимог до антени радіоаматор може вибрати інший варіант.

література

1. Радіо №6 1976

Публікація: cxem.net

Дивіться інші статті розділу Антени КВ.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

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. ...>>

Приміальна клавіатура Seneca 05.05.2024

Клавіатури – невід'ємна частина нашої повсякденної роботи за комп'ютером. Однак однією з головних проблем, з якою стикаються користувачі, є шум, особливо у випадку преміальних моделей. Але з появою нової клавіатури Seneca від Norbauer & Co може змінитися. Seneca – це не просто клавіатура, це результат п'ятирічної роботи розробників над створенням ідеального пристрою. Кожен аспект цієї клавіатури, починаючи від акустичних властивостей до механічних характеристик, був ретельно продуманий і збалансований. Однією з ключових особливостей Seneca є безшумні стабілізатори, які вирішують проблему шуму, характерну для багатьох клавіатур. Крім того, клавіатура підтримує різні варіанти ширини клавіш, що робить її зручною для будь-якого користувача. І хоча Seneca поки не доступна для покупки, її реліз запланований на кінець літа. Seneca від Norbauer & Co є втіленням нових стандартів у клавіатурному дизайні. Її ...>>

Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія 04.05.2024

Дослідження космосу та її таємниць - це завдання, яка привертає увагу астрономів з усього світу. У свіжому повітрі високих гір, далеко від міських світлових забруднень, зірки та планети розкривають свої секрети з більшою ясністю. Відкривається нова сторінка в історії астрономії із відкриттям найвищої у світі астрономічної обсерваторії – Атакамської обсерваторії Токійського університету. Атакамська обсерваторія, розташована на висоті 5640 метрів над рівнем моря, відкриває нові можливості для астрономів у вивченні космосу. Це місце стало найвищим для розміщення наземного телескопа, надаючи дослідникам унікальний інструмент вивчення інфрачервоних хвиль у Всесвіті. Хоча висотне розташування забезпечує більш чисте небо та менший вплив атмосфери на спостереження, будівництво обсерваторії на високій горі є величезними труднощами та викликами. Однак, незважаючи на складнощі, нова обсерваторія відкриває перед астрономами широкі перспективи для дослідження. ...>>

Випадкова новина з Архіву Смартфон Ekoore Ocean X Pro 22.06.2013 Смартфон італійської компанії Ekoore – Ekoore Ocean X Pro, як і флагманські смартфони іменитих виробників, оснащений п'ятидюймовим дисплеєм Full HD. Екран виконаний за технологією IPS, щільність пікселів дорівнює 443 дюйм. Апаратним базисом смартфона є однокристальна платформа MediaTek MT6589T, що включає в себе чотириядерний CPU ARM Cortex-A7 частотою 1,5 ГГц і GPU PowerVR SGX 544. Об'єм оперативної пам'яті дорівнює 2 ГБ, а обсяг інтегрованої флеш-пам'яті становить 32 ГБ. У конфігурацію Ekoore Ocean X Pro увійшли дві камери (лицьова роздільна здатність 2 Мп і тильна роздільна здатність 13 Мп), адаптери бездротового зв'язку Wi-Fi 802.11b/g/n і Bluetooth, приймач GPS, слот для карт пам'яті microSD, а також два роз'єми для карток SIM. Габаритні розміри смартфона – 139,9 х 67,2 х 8 мм, маса – 140 грамів, ємність акумуляторної батареї дорівнює 2000 мА · год. Ekoore Ocean X Pro буде продаватися з попередньо встановленою ОС Android 4.2, а ціна його оголошена рівною 299 євро.

Інші цікаві новини:

▪ Електронна книга для нотаток Bigme S6

▪ Хороший холестерин захищає печінку від запалення

▪ Віртуальний нанореактор винайде нові хімічні реакції

▪ Векторні модулятори AD8340 та AD8341

▪ Названа нова висота Евересту

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Телебачення. Добірка статей

▪ стаття Добрий самаритянин. Крилатий вислів

▪ стаття Як з'явилася балалайка? Детальна відповідь

▪ стаття Робота з кухонною електроплитою. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Комп'ютерний модинг. Довідник

▪ стаття Джерело струму для компенсації саморозряду акумулятора. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

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