Кв антенны с малой высотой подвеса: Портативные проволочные ВЧ (КВ) антенны ~ RadioCom-Review

Портативные проволочные ВЧ (КВ) антенны ~ RadioCom-Review

|В статье рассмотрены тактические проволочные с фиксированными настройками и широкополосные ВЧ (КВ) антенны|4.07 2011|Пименов Г.Т|


Обзор продукции компании Barrett Communications будет не полным без рассмотрения комплекта портативных проволочных антенн и антенн для базовых станций ВЧ (КВ) диапазона частот.

В статье рассмотрены тактические проволочные с фиксированными настройками и широкополосные антенны, работающие без согласующих устройств во всем диапазоне частот.

Тактическая проволочная антенна 40 Вт

К первому представителю таких антенн можно отнести тактическую, настроенную, проволочную антенну P/N 2090-02-01 или P/N BCA204027 [1], рассчитанную на мощность 40 Вт в пике огибающей и предназначенную для использования с носимыми радиостанциями.

Состав антенны:

  • небольшой симметрирующий трансформатор;
  • два антенных провода высокой прочности к растяжению марки Kevlar с маркировочными метками частоты настройки;
  • два мотовильца для сворачивания антенны;
  • два шнура по 10 м для заброски антенны;
  • два свинцовых груза для заброски;
  • 10 м коаксиального кабеля RG-58;
  • сумка для переноски
  • инструкция.

Тактическая проволочная антенна этого типа представляет настроенную на фиксированные частоты антенну. Значения частот настройки нанесены на маркировочные ярлыки, установленные в определенных настройкой местах антенных проводов.

Для работы каждый провод антенны развертывается на длину, соответствующую рабочей частоте. При этом, ярлык метки с маркировкой требуемой рабочей частоты должен находиться на уровне конца мотовильца, как изображено на рисунке.

Для промежуточных частот длина антенных проводов, соответсвующих настройке определяется ориентировочно и фиксируется положением ярлыка. Неиспользуемые части антенных проводов остаются на мотовильцах. Для подъема антенны используются шнуры для заброски с грузами на концах.

Антенна предназначена для работы при уровне мощности приемопередатчика до 40 Вт в режиме непрерывной передачи данных или в режиме CW. Антенна может развертываться в различных конфигурациях в зависимости от требуемой дальности радиосвязи и доступной высоты объектов, способных выполнять функции опоры.

Антенна в развертывании горизонтального диполя

У горизонтального диполя максимум диаграммы направленности направлен перпендикулярно раскрыву антенны и уменьшается в направлении оси. Высота подъема над землей влияет на угол излучения.

Более низкая высота создает более высокое угловое излучение и подходит для работы в режиме зенитного излучения (NVIS режим) и связи на короткие расстояния. Более высокая высота подвеса антенны дает более низкий угол излучения и подходит для длинных линий связи.

Антенна в развертывании инвертированной V

Антенна в виде инвертированной V является более всенаправленной в сравнении горизонтальным диполем, но имеет меньший коэффициент усиления. Концы антенны должны быть не менее чем 1 м над поверхностью земли.

Такая конфигурация антенны рекомендуется для применения на NVIS трассах.

Антенна в развертывании наклонного диполя

Излучение антенны в виде наклонного диполя несколько несимметрично в сравнении с предыдущими конфигурациями антенн и имеет большее усиление в направлении низкого конца антенны, уменьшающегося в направлении к высокому ее концу.

Антенна в развертывании несимметричного диполя

Для быстрого разворачивания антенны с пониженной, но все еще допустимой, эффективностью может использоваться антенна в виде несимметричного диполя.

При таком развертывании одна сторона диполя с маркировкой «антенна» разворачивается на длину, соответствующую заданной частоте с концом, закрепляемым за любом возвышающемся объекте, например, дереве. Центральный симметрирующий трансформатор должен располагаться ближе к земле. Вторая часть диполя («земля»), частично развертывается над землей на высоте от 5 до 10 м и ниже основного излучающего элемента.

Тактическая проволочная антенна 125 Вт

Тактическая проволочная антенна на номинальную мощность 125 Вт P/N 2090-02-11 или P/N BC91502 [2] аналогична по конструкции и способам развертывания рассмотренной выше антенне, и предназначена для использования с базовыми мобильными станциями с мощностью до 125 Вт.

Тактическая широкополосная дипольная антенна 40 Вт

Интересным видом тактических проволочных антенн, представленных в спектре продуктов компании Barrett Communications, является широкополосная дипольная антенна P/N 2090-02-03 или BCA204026 на уровень мощности до 40 Вт в пике огибающей [3].

Антенна состоит из:

  • симметрирующего трансформатора;
  • двух антенных проводов высокой прочности к растяжению марки Kevlar;
  • двух нагрузок;
  • двух изоляторов;
  • двух мотовильцев для сматывания антенных проводов;
  • двух шнуров по 10 м для заброски антенны;
  • двух свинцовых грузов для заброски;
  • 10 м коаксиального кабеля RG-58;
  • сумки для переноски;
  • инструкции.

Тактическая широкополосная антенна является дипольной антенной с нагрузками, обеспечивающими ее широкополосные свойства. При работе каждый луч антенны разворачивается на полную длину. Два шнура используются для поднятия антенны или ее развертывания в инвертированной V конфигурации.

Антенна обеспечивает работу от носимой радиостанции с мощностью до 40 Вт в непрерывном режиме передачи данных или режиме CW передачи. Она также может использоваться во всех, описанных выше, конфигурациях в зависимости от доступных сооружений, обеспечивающих требуемую высоту подвеса.

 Кроме описанных выше вариантах разворачивания, возможен и другой вариант — инвертированный U, изображенный на рисунке.

При разворачивании широкополосной антенны в конфигурации инвертированной U диаграмма ее направленности представляет собой среднее между диаграммами направленности горизонтального диполя и инвертированного V.


Для получения оптимальных рабочих характеристик излучающие элементы антенны должны быть полностью развернуты и не должны касаться земли. Рекомендуемый диапазон дальности находится в интервале между дальностью при использовании антенны в развертывании зенитного излучения (NVIS режим) и средней дальностью радиосвязи. Более высокие дальности связи могут быть достигнуты при установке антенны на высоте 10 м и выше.

Портативный широкополосный ВЧ (КВ) тактический диполь

Поиск дополнительной информации по широкополосной антенне тактического назначения, описанной выше, привел к австралийской компании BENELEC, которая опубликовала более полную информацию об аналогичной модели №0202201 портативного широкополосного ВЧ (КВ) тактического диполя [4], являющегося полным аналогом выше рассмотренного широкополосного диполя с нагрузками.

Антенна имеет малый вес и может работать с большинством популярных военных приемопередатчиков и разрабатывалась для обеспечения быстрого развертывания в любых условиях эксплуатации.

Для создания широкополосных свойств во всем диапазоне ВЧ (КВ) антенна имеет встроенные в ее вибраторы нагрузки, придающие ей свойства широкополосности, устраняющие необходимость применения согласующих устройств, что позволяет эффективно использовать ее в режимах со скачкообразной перестройкой частоты.

Работа с такой антенной аналогична работе с выше описанной широкополосной антенной. Номинальная входная мощность антенны 40 Вт. Однако, при низком значении цикла передача — прием мощность может быть увеличена до 100 Вт.

Основной областью использования антенны являются тактические средства связи. В эксплуатации антенна не требует никаких дополнительных настроек, т.к. ее настройка производится на заводе-изготовителе.

Основные качества:

  • диапазон рабочих частот от 3,6 до 30 МГц;
  • для работы не требуется согласующее устройство;
  • легкий вес и удобная упаковка для транспортирования;
  • прочность конструкции;
  • удобна при эксплуатации в полевых условиях;
  • имеет множество вариантов развертывания;
  • идеально подходит для работы с передатчиками в режиме прыгающих частот.

Основные данные

Диапазон частотОт 3,6 до 30 МГц
Номинальная мощность40 Вт продолжительная
Входной импеданс50 Ом
МатериалАнтенный провод Kevlar, медная оплетка, ПВХ оболочка
РазъемSO239
Длина48 м
Масса1,2 кг
Упаковка370 х 180 х 50 мм, масса 1,5 кг
Гарантия3 года

Заключение

Рассмотрены тактические проволочные антенны на фиксированные частоты настройки и широкополосные дипольные антенны диапазона ВЧ (КВ). Представлено описание, конфигурации развертывания и даны рекомендации по применению.

Источники информации:

  1. Tactical tunable wire dipole antenna — 40W PEP
  2. Tactical tunable wire dipole antenna — 125 W PEP
  3. Tactical broadband dipole antenna — 40 W PEP
  4. Model № 0202201 Portable Broaband HF Tactical Dipole

Укороченный вертикал и бета-согласование — Наш, радиолюбительский сайт!

Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

    Проблема настройки в резонанс и согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидера может быть решена различными схемными решениями. Здесь речь идёт об укороченном балконном вертикале (антенна-удочка) и бета-согласовании.

Подразумевается, что в месте расположения антенны имеется заземление (металлическое ограждение балкона\крыши, металлическая крыша дома\гаража\ангара\сарая и т.п.). Это важно – без хорошего противовеса\заземления эта схема не работает. Конечно, принцип бета-согласования можно применить и к укороченным дипольным антеннам, тогда про заземление\противовес можно не беспокоиться.
     Часто бывает трудно или невозможно установить вертикал резонансных размеров (так, на 7 МГц это около 10,5 метров, а на 3,5 МГц – все 20 метров). Но выход есть даже для установки антенн этих диапазонов в городских условиях – в условиях балкона! Правда, желательно иметь верхний этаж, но это мечта… Дело в том, что на балконе верхнего этажа можно смело монтировать вертикал высотой 5…10 и более метров, нет проблем с соседями сверху. Для других этажей есть выход: ставить антенну не строго вертикально, а с наклоном от стены, горизонтально или с наклоном вниз.
     Итак, антенна-удочка установлена, вдоль неё проложен (снаружи или внутри – это дело вкуса) и закреплён провод, антенна надёжно закреплена. Но у нас укороченная (нерезонансная) антенна. Поэтому её нужно: 1. Настроить в резонанс и 2. Согласовать с волновым сопротивлением фидера. Чаще всего это коаксиальный кабель 50 Ом.
     Для начала рассмотрим эволюцию бета-согласования. Если взять заземлённый вертикал резонансной длины (то есть высота равна 0,25 длины волны с учётом коэффициента укорочения за счёт краевого эффекта), входное сопротивление на частоте резонанса будет распределяться по длине вертикала от нуля в точке заземления до максимума (несколько килоом) в верхней точке. Это видно на рисунке 1.
     Для настройки укороченной антенны в резонанс её нужно электрически удлиннить. Это достигается включением в полотно антенны удлинняющей катушки. Место включения катушки может быть разным – в верхнюю часть вертикала, в середину или в нижнюю часть. Чисто конструктивно удобно включать удлинняющую катушку в нижнюю часть вертикала, так как она будет доступна для настройки и не нужно будет несколько раз устанавливать и снимать антенну для манипуляций. Есть мнение о снижении эффективности такого места установки удлинняющей катушки, но расчёт говорит о незначительной разнице. Итак, мы установили удлинняющую катушку нужной индуктивности и добротности и, таким образом, настроили укороченную вертикальную антенну в резонанс. Входное сопротивление теперь чисто активное, характер его изменения по длине антенны представлен на рисунке 2. Нижняя часть графика выделена более тёмным цветом. Заметно, что характер изменения сопротивления вдоль удлинняющей катушки более резкий, чем у вертикала «нормальной» высоты. Оно и понятно: компактная катушка (длиной 10…20 см) заменяет несколько метров провода.
     Если теперь подключить фидер (коаксиальный кабель 50 Ом) в точку, где входное сопротивление антенны равно 50 Ом, то получим бета-согласование (рисунок 3). Конструктивно катушка согласующего устройства – одна, от части её витков сделан отвод для подключения центральной жилы кабеля. Так как антенна резонансная (входное сопротивление активно, то есть не содержит реактивной составляющей), согласована с волновым сопротивлением кабеля, то получается идеальный вариант – на центральной частоте резонанса КСВ=1,0.
     Усиление укороченной антенны меньше, чем у полноразмерной. Но даже при укорочении в 2…2,5 раза снижение усиления практически незаметно. Добротность удлинняющеё катушки должна быть достаточно высокой, но без фанатизма: серебрить и полировать провод катушки смысла нет, достаточно применить медный провод\шину\трубку диаметром 1,5…5 мм и каркас 50…100 мм, наматывать с расстоянием между витками равным диаметру провода.

Расчёт параметров укороченного вертикала и бета-согласования проведём по методике, изложенной в «Укороченной антенне на диапазон 160 метров» .
Пример:
     высота вертикала А 6,9 м
     резонансная частота f 7,1 МГц
     диаметр провода антенны d 4 мм
Результат вычисления:
     длина волны λ 42,25 м
     угол φ 58,829 градусов
     промежуточный параметр S 1725
     характеристическое сопротивление Z 455,56 Ом
     реактивное сопротивление Хс 275,58 Ом
     индуктивность катушки L 6,178 μH

     Для удлинняющей катушки индуктивностью 6,178 μH выбираем диаметр каркаса 50 мм, провод для намотки 2,5 мм, шаг намотки 5 мм. Программа расчёта Coil32 v6.2 выдаёт результат: 14,7 витка.
Наматываем на каркасе (сантехническая пластмассовая труба Ø50 мм) витки с запасом (лишнее потом откусить легче, чем доматывать недостающее).
     Расчёт параметров в MMANA-GAL  выдал результат:
  индуктивность нижней части катушки (от «земли» до отвода) 0,669 μH
  индуктивность верхней части катушки (от отвода до вертикала) 5,085 μH
  общая индуктивность катушки СУ 5,754 μH
     Разница в результатах (6,178 и 5,754 μH) есть, но не фатальная. Главное — не удачное совпадение расчётов по разным методикам, а настройка по месту!
    Расчёты – ориентир, настройка –необходимость!
Если «ловить блох», то:
— методика расчёта в «Укороченной антенне на диапазон 160 метров» считает скорость света 300 тыс.км/сек, MMANA-GAL считает скорость света 299,7904 тыс.км/сек;
— посчитать в MMANA-GAL можно немного по-разному, но правильно;
— от точности ручного ввода числа π результат также немного меняется;
-программы рассчёта индуктивностей 32 Coil32 v6.2 и 32 Coil32 v7.2 выдают чуть-чуть разное количество витков для одинаковой индуктивности, добротность Q вообще отличается в разы …

     Настройка антенны заключается в подборе на катушке двух точек для подключения вертикального провода и отвода на кабель. Стремимся получить КСВ=1,0. Для этого используем два «крокодильчика», переставляя их по виткам контролируем КСВ. При необходимости слегка раздвигаем или сжимаем витки катушки. По окончании настройки обеспечиваем постоянные контакты и их защиту от внешних воздействий.
     Двух-трёх-диапазонный укороченный балконный вертикал с бета-согласованием вполне реален. Нужно лишь переключать (галетный переключатель) катушку СУ в двух точках: на вертикальный провод и отвод на кабель.
     Сложнее с диапазонами, где вертикал не является укороченным: бета-согласование не работает. Нужно применять другую схему СУ.

Коаксиальная вертикальная антенна

     Схема коаксиальной антенны показана на рисунке. Первоначально антенна была смоделирована, позднее замерена антенным анализатором. Выводы такие:
— коаксиальная антенна позволяет получить настройку в резонанс при меньших (по сравнению с однопроводной антенной) линейными размерами (примерно в 1,6 раза). То есть полноразмерная 0,25λ вертикальная коаксиальная антенна на 7,1 МГц будет высотой около 6,2 м. Усиление в модели примерно равно усилению однопроводной антенны.
— если сравнивать коаксиальную антенну и равную по высоте однопроводную антенну, то коаксиальная антенна более широкополосная (примерно в 1,5 раза).
     Используя эти преимущества (либо меньшие размеры, либо большую широкополосность, либо то и другое по чуть-чуть) можно конструировать коаксиальные антенны, полноразмерные или укороченные. Платой за преимущества является применение коаксиального кабеля в качестве полотна антенны – не такая уж и большая плата!
     И в модели, и в реальных измерениях виден второй резонанс антенны. Частота его не кратна двум, как его применить для двухдиапазонной антенны – пока не знаю. Так что коаксиальная вертикальная антенна – однодиапазонная (пока?). Многодиапазонность (широкополосность) обеспечивается переключением витков СУ у основания антенны.

Персональный сайт — Антенны

Антенна французского радиолюбителя-коротковолновика описана в журнале «CQ». По утверждениям автора конструкции, антенна дает хороший результат при работе на всех коротковолновых любительских диапазонах — 10 м, 15 м, 20 м, 40 м и 80 м. Она не требует ни особо тщательного расчета (кроме расчета длины диполей), ни точной настройки. Устанавливать ее следует сразу так, чтобы максимум характеристики направленности был ориентирован в направлении преимущественных связей. Фидер такой антенны может быть либо двухпроводным, с волновым сопротивлением в 72 ом, либо коаксиальным, с тем же волновым сопротивлением. Для каждого диапазона, кроме диапазона 40 м, в антенне имеется отдельный полуволновый диполь. На 40-метровом диапазоне хорошо работает в такой антенне диполь диапазона 15 м.

Все диполи настроены на средние частоты соответствующих любительских диапазонов и подсоединяются в центре ее параллельно к двум коротким медным проводам. К этим же проводам подпаивается снизу фидер. Для изоляции центральных проводов друг от друга используются три пластины из диэлектрического материала. На концах пластин делаются отверстия для крепления проводов диполей. Все места соединения проводов в антенне пропаиваются, а место подсоединения фидера обматывается лентой из пластиката, для предотвращения попадания в кабель влаги. Расчет длины L (в м) каждого диполя ведется по формуле

L=152/fcp,
где fср — средняя частота диапазона, Мгц.

Диполи делаются из медной или биметаллической проволоки, оттяжки — проволочные или из канатика. Высота антенны — любая, но не менее 8,5 м.
Более подробно о различных типах антенн и способов настройки,можно найти в книге К.Ротхаммель»Антенны»,в каталоге файлов.

Несимметричные диполи

Применение термина «несимметричный диполь» не совсем подходит для названия данного рода антенны, поскольку слово «диполь» от греческого – совокупность двух равных частей. Тем не менее, в радиолюбительской практике применяется именно это название для антенн с вибраторами разной длинны.

Антенна имеет длину вибраторов 28,05 и 13,7 метров соответственно. Работает такая антенна на диапазонах 80, 40, 20, 12 и 10 метров. На диапазонах 80, 40, 20 и 12 метров антенна имеет КСВ не хуже 1,6:1. На диапазоне 10 метров антенна «согласуется» на участке 28…29МГц с КСВ не хуже 3:1. Общая длина антенны получается около 42 метров, что делает ее похожей на диполь на 80-метровый диапазон. Только в отличие от диполя она работает на 5-ти диапазонах.

W3DZZ

 

 

Трехдиапазонная вертикальная антенна без трапов

Эта антенна аналогична многодиапазонному излучателю, разделенному на части траповыми контурами. Но здесь вместо резонансных контуров, вставленных между отдельными частями излучателя, использованы четвертьволновые отрезки коаксиального кабеля закороченные на одном из концов. Основная идея такой конструкции заключается в том, что короткозамкнутая четвертьволновая линия действует также как и обычные параллельные резонансные контура. Но при ее использовании существенно изменяются размеры и механическая конструкция антенны.

Кабель сматывается, крепится к излучателю и подключается так, чтобы внутренняя жила кабеля была соединена с нижней частью излучателя, а экран кабеля — с верхней частью.
Резонансную частоту можно настроить, уменьшая ступенчато длину кабеля. При этом необходимо следить за КСВ — он будет увеличиваться при продвижении от верхнего к нижнему концу диапазона.
Для антенны 14/21/28 МГц целесообразно выбрать резонансными частоты 21000 и 28500 кГц (наилучший КСВ — на этих частотах). Большинство коаксиальных кабелей (с полиэтиленовой изоляцией) имеют коэффициент укорочения 0,66, поэтому для отрезка коаксиального кабеля между частями излучателя на 14 и 21 МГц необходима длина 2,35 м, а для отрезка между частями на 21 и 28 МГц — длина 1,75 м.
Конец кабеля изолируется на длине примерно 20 мм и соединяется с трубкой.
После настройки оба конца кабеля нужно закрыть изоляцией, устойчивой к атмосферным воздействиям. Кабель сматывается, диаметр четырех и, соответственно, пяти витков — около 150 мм.
Для хорошей работы требуется еще три-четыре радиала длиной 5 м каждый. Однако простейший вариант такой антенны будет работать с одним радиалом, или же с системой заземления любых размеров, которые позволяет место установки антенны.

Активная КВ антенна Mini Whip.

Полное описание на три модификации (на английском) можно скачать в «Каталоге файлов».

Pa0nhc miniwhip active receiving antenna

Pa0nhc miniwhip active receiving antenna (30kHz LW-MW-SW 30MHz wideband)

Расчёт онлайн простых антенн от UA6HJQ

КВ антенна своими руками: конструкция и расчёты

Диапазон КВ содержит ряд частот радиосвязи (27 МГц, повсеместно используемые водителями), вещание множества станций. Телепередач здесь нет. Сегодня рассмотрим любительский ряд, задействованный различными энтузиастами радиосвязи. Частоты 3,7; 7; 14; 21, 28 МГц диапазона КВ, относящиеся, как 1 : 2 : 4 : 6 : 8. Важно, как увидим далее, становится возможным сделать антенну, которая ловила бы всех номиналы (вопрос согласования – дело десятое). Верим, всегда найдутся люди, воспользующиеся информацией, ловите радиопередачи. Сегодняшняя тема – КВ антенна своими руками.

Конструкция КВ антенны

Разочаруем многих, сегодня речь опять пойдет про вибраторы. Объекты Вселенной образованы вибрациями (воззрения Николы Теслы). Жизнь притягивает жизнь, это движение. Чтобы дать волне жизнь, необходимы колебания. Изменения электрического поля порождают отклик магнитного, так выкристаллизовывается частота, несущая информацию эфиру. Обездвиженное поле мертво. Постоянный магнит не породит волну. Образно говоря, электричество является мужским началом, существует только в движении. Магнетизм качество, скорее, женское. Впрочем, авторы углубились в философию.

Считается, для передачи предпочтительно использовать горизонтальную поляризацию. Во-первых, диаграмма направленности по азимуту не является круговой (вскользь говорили), помех будет заведомо меньше. Знаем, для связи оборудуются различные объекты наподобие кораблей, авто, танков. Нельзя терять команды, приказы, слова. Не тем боком объект повернется, а поляризация горизонтальная? Несогласны с известными, уважаемыми авторами, пишущими: вертикальная поляризация избрана связью за антенну более простой конструкции. Коснись дело любителей, речь, скорее, о преемственности наследия предыдущих поколений.

Добавим: при горизонтальной поляризации параметры Земли меньше влияют на распространение волны, впридачу при вертикальной фронт терпит затухание, лепесток приподнимается до 5 – 15 градусов, нежелательно при передаче на дальние расстояния. Для антенн (несимметричных) с вертикальной поляризацией важно хорошее заземление. Напрямую зависит КПД антенны. Лучше зарыть провода длиной порядка четверти волны землей, чем больше, тем выше КПД. Пример:

  • 2 провода – 12 %;
  • 15 проводов – 46 %;
  • 60 проводов – 64 %;
  • ∞ проводов – 100%.

Увеличение числа проводов снижает волновое сопротивление, приближаясь к идеальному (указанного типа вибратора) – 37 Ом. Заметьте, качество не стоит приближать к идеалу, 50 Ом согласовывать с кабелем не нужно (в связи применяется РК – 50). Великое дело. Дополним пакет информации простым фактом, при горизонтальной поляризации сигнал складывается с отраженным Землей, давая прирост 6 дБ. Столько минусов выказывает вертикальная поляризация, применяют (с проводами заземления интересно получилось), мирятся.

Устройство КВ антенн сводится к простому четвертьволновому, полуволновому вибратору. Вторые меньше размерами, принимают хуже, вторые проще согласовать. Ставятся мачты вертикально, используя распорки, растяжки. Описывали конструкцию, вешаемую на дерево. Не каждый знает: на расстоянии половины волны от антенны не должно быть никаких помех. Касается железных, железобетонных конструкций. Повремените радоваться, на частоте 3,7 МГц расстояние составляет… 40 метров. Антенна высотою достигает восьмого этажа. Создавать четвертьволновой вибратор непросто.

Удобно возводить вышку послушать радио, решили припомнить старенький способ ловли длинных волн. Внутренние ферромагнитные антенны найдете в приемниках советских времен. Посмотрим, годятся ли конструкции прямому назначению (ловля вещания).

Магнитная антенна КВ диапазона

Допустим, возникла надобность принять частоты 3,7 – 7 МГц. Давайте посмотрим, можно ли спроектировать магнитную антенну. Сформирована сердечником круглого, квадратного, прямоугольного сечения. Ведется пересчет размеров формулой:

do = 2 √ рс / π;

do — диаметр круглого стержня; h, c — высота, ширина прямоугольного сечения.

Намотка ведется не всей длины, собственно нужно рассчитать, сколько мотать, выбрать тип провода. Возьмем пример старенького учебника проектирования, попробуем рассчитать КВ-антенну частот 3,7 – 7 МГц. Примем сопротивление входного каскада приемника 1000 Ом (на практике читатели измеряют входное сопротивление приемника самостоятельно), параметр эквивалентного затухания входного контура, при котором достигается заданная избирательность, dэр равным 0,04.

Антенна, проектированием которой занимаемся, входит в состав резонансного контура. Получается каскад, наделенный некой избирательностью. Как спаять, думайте сами, просто следуем формулам. Проводящим расчет понадобится найти максимальную, минимальную емкости подстроечного конденсатора, пользуясь формулой: Cmax = K2 Cmin + Co (K2 – 1).

К – коэффициент поддиапазона, определяемый отношением максимальной резонансной частоты к минимальной. В нашем случае 7 / 3,7 = 1,9. Выбирается из непонятных (согласно учебнику) соображений, по примеру, приведенному текстом, возьмем равной 30 пФ. Не сильно ошибемся. Пусть Cmin = 10 пФ, находим верхний предел подстройки:

Cmax = 3,58 х 10 + 30 (3,58 – 1) = 35,8 + 77,4 = 110 пФ.

Округлили, разумеется, можно взять переменный конденсатор большего диапазона. Пример дает 10-365 пФ. Вычислим необходимую индуктивность контура, пользуясь формулой:

L = 2,53 х 104 (K2 – 1) / (110 – 10) 72 = 13,47 мкГн.

Смысл формулы понятен, добавим, 7 – верхняя граница диапазона, выраженная МГц. Выбираем сердечник катушки. На частотах диапазона у сердечника магнитная проницаемость М = 100, выбираем феррит марки 100НН. Берем стандартный сердечник длиной 80 мм, диаметром 8 мм. Отношение l / d = 80 / 8 =10. Из справочников извлекаем действующее значение магнитной проницаемости md. Получается 41.

Находим диаметр намотки D = 1,1 d = 8,8, количество витков намотки определяется формулой:

W = √(L / L1) D md mL pL qL;

коэффициенты формулы считываем визуально, пользуясь графиками, приведенными ниже. Рисунки покажут справочные цифры, использованные выше. Марку феррита ищите, не одним хлебом жив человек. D выражено сантиметрами. Авторы получили: L1 = 0,001, mL = 0,38, pL = 0,9. qL вычислим, пользуясь формулой:

qL = (d / D)2 = (8 / 8,8)2 = 0,826.

Подставляем цифры в конечное выражение расчета количества витков ферритовой КВ антенны, получается:

W = √ (13,47 / 0,001) х 0,88 х 41 х 0,38 х 0,9 х 0,826 = 373 витка.

Каскад нужно завести на первый усилитель приемника, минуя входной контур. Больше скажем, сейчас рассчитали средства избирательности диапазона 3,7-7 МГц. Помимо антенны включает входную цепь приемника одновременно. Поэтому потребуется рассчитать индуктивность связи с усилителем, выполняя условия обеспечения избирательности (берем типичные значения).

Lсв = (dэр — d) Rвх / 2 π fmin K2 = (0,04 — 0,01) 1000 / 2 х 3,14 х 3,7 х 3,61 = 0,35 мкГн.

Коэффициент трансформации составит m = √ 0,35 / 13,47 = 0,16. Находим число витков катушки связи: 373 х 0,16 = 60 витков. Намотку антенны ведем проводом ПЭВ-1 диаметром 0,1 мм, катушку мотаем ПЭЛШО диаметром 0,12 мм.

Многих, наверное, интересует несколько вопросов. Например, назначение Со формул расчета переменного конденсатора. Автор вопрос стыдливо обходит, якобы начальная емкость контура. Трудолюбивые читатели просчитают резонансные частоты параллельного контура, в котором впаяна начальная емкость 30 пФ. Незначительно ошибемся, порекомендовав поместить рядом с переменным конденсатором подстроечный емкости 30 пФ. Ведется доводка цепи. Новичков интересует схема электрическая, куда войдет самодельная КВ антенна… Параллельный контур, сигнал с которого снимается трансформатором, образован намотанными катушками. Сердечник общий.

Готова самостоятельная КВ-антенна. Такую найдете в туристическом приемнике (сегодня популярны модели с динамо-машиной). Антенны КВ диапазона (а тем более СВ) были бы велики, если сделать конструкцию в виде типичного вибратора. Подобные конструкции не применяются портативной техникой. Простейшие КВ антенны занимают много места. Прием получше. Назначение КВ антенны улучшать качество сигнала. В квартире, лоджии. Рассказали, как сделать КВ антенну миниатюрных размеров. Вибраторы применяйте на даче, в поле, лесу, на открытой местности. Материал предоставлен конструкторским справочником. Книжка полна ошибок, а результат вроде получился сносный.

Даже старенькие учебники грешат пропущенными редакторами опечатками. Касается не одной отрасли радиоэлектроники.

Малогабаритная антенна для работы на 7, 10 и 14 Мгц

В этой небольшой статье я хочу рассказать об изготовлении и настройке  КВ
антенны с пространственно укороченными элементами, выпонеными в виде спиралей
небольшого диаметра и длиной до нескольких метров.

Многие, ошибочно, называют такие антенны спиральными. Это неверно потому, что
под определение «спиральные антенны» подходят  антенны у которых диаметр витка
спирали и шаг между витками соизмеримы с длиной волны (такие антенны
используются на очень высоких частотах).

В книге К. Ротхаммеля «Антенны» (изд. «Энергия», 1979 г.) в Главе 6 «Антенны
с пространственно укороченными элементами»  описываются антенны изготовленные
радиолюбителями — двухэлементный волновой канал радиолюбителя W8YIN и
трехэлементная антенна радиолюбителя VK2AOU. Эти антенны обладают хорошими
характеристиками и несложны в изготовлении. Однако в любом случае эти антенны
предполагают установку их на крыше здания. Я же поставил перед собой задачу
изготовить антенну которая могла бы быть установлена на балконе, в лоджии, на
небольшом кронштейне возле окна.

Описанные в книге К. Ротхаммеля антенны с пространственно укороченными
элементами запитываются в центре вибратора с помощью катушки с индуктивной
связью. В одной из модификаций своей антенны я применил почти аналогичную схему, рис.1. Правда мне пришлось расположить элементы вертикально потому, что
на балконе не так уж много места. Это позволило минимизировать размеры антенны и
получить возможность настраивать ее в довольно широком диапазоне частот. В
данном случае я предполагал работать на ней в диапазонах 40, 30 и 20 м. В
дальнейшем я отказался от этой схемы. Хотя она и давала небольшой выигрыш на диапазоне 40 м,
но не очень хорошо работала на диапазонах 30 и 20 м. В конце концов, после
дополнительных испытаний, я вернулся к первоначальной схеме антенны рис.
2
. Правда внес небольшие изменения в части длины намотанного на плечи
провода. В окончательном варианте длина провода намотанного на каждую трубу
составила 20,2 м.

Согласующее устройство.

Теперь о согласующем устройстве. В этой конструкции я применил согласующее
устройство описанное в статье «Антенна на несколько диапазонов конструкции G5IJ»
французского радиолюбителя Luc Pistorius F6BQU опубликованной на  www.rf.atnn.ru/s10/antennes2-ru.html

Описывать его конструкцию я не буду, она прекрасно расписана в статье.
Единственное что я хочу заметить, это согласующее устройство предназначено для
работы с вертикальными антеннами гораздо больших размеров и без противовесов.
Для улучшения работы антенны  моей конструкции я предусмотрел подключение
противовеса, он подключается к общей точке соединения обмоток согласующего
устройства, см. рис 3. Это дало возможность значительно уменьшить уровень
как принимаемых, так и излучаемых помех.

В качестве противовеса я использовал металлическое ограждение балкона.

Схема широкополосного трансформатора
http://www.rf.atnn.ru/s10/antennes2-ru.html

Немного о конструкции самой антенны. Здесь все зависит от материалов, которые
вы можете приобрести. В моем случае я использовал две поливинилхлоридные трубы
(PVC) диаметром около 50 мм и длиной, зависящей от места установки (по высоте),
но, желательно не менее 1,5 м. Обмоточный провод в эмалевой изоляции (ПЭВ, ПЭЛ и
др.) около 42 м. На каждую трубу по длине 1,35 м было намотано по 21 м провода.
Плечи антенны расположены вертикально, на расстоянии друг от друга 0,8-1,0 м.
Коробка с согласующим устройством  закреплена точно по центру между плечами,
хотя место ее расположения не регламентируется. Также проводился эксперимент с
разнесением плеч антенны на расстояние 3,5 м  (насколько позволила длина
балкона), но какой-либо разницы в при работе в эфире замечено не было.

Настраивается антенна очень просто, достижением минимального КСВ на диапазоне
40 м.

Для этого на одном плече (второе не подключено) просто отматывается часть
провода. Для моего варианта исполнения и расположения антенны получилось 20,2 м.
Затем столько же провода оставляется на втором плече. После подключения второго
плеча к согласующему устройству КСВ антенны немного ползет вверх, но зато
антенна получается широкополосной и при применении антенного тюнера она хорошо
настраивается на три диапазона 40, 30 и 20 м. Антенна в окончательном варианте
была установлена вне балкона на кронштейне (см. фото) возле окна, в
непосредственной близости от трансивера.

 В любом случае я хочу заметить, что применение таких компромиссных антенн не
может заменить полноценной, полноразмерной антенны. Но для меня, по крайней
мере, явилось хорошим выходом из сложившейся ситуации.

И еще, пусть никого не смущает немного завышенный КСВ (около 2), с такими
значениями КСВ работают и на серьезных, профессиональных антеннах.

Из своего опыта работы в эфире на этой антенне могу сказать, что работает она
на «хорошо», несмотря на свои размеры. Я не могу сказать, что QSO с DX станциями
удаются сразу, приходиться немного попотеть, но я должен сказать что это
особенно приятно, когда работаешь с Японией (30 м), Австралией (40 м) или
Штатами (20 и 30 м), и рапорт дают не ниже 559!

Конструктивно эта антенна выполнена таким образом:

  • плечи диполя выполнены из PVC труб длиной по 1,5 М и диаметром 5 см
  • по длине 1,35 м каждой трубы навито по 11,5 м провода диаметром 1мм
  • расстояние между плечами 1 м
  • согласующее устройство сделано по схеме G5IJ на ферритовом кольце Т-200
    диаметром 5 см с магнитной проницаемостью 10 (более полная информация есть в
    статье F6BQU «Антенна конструкции G5IJ »)

Внешний вид согласующего устройства ( рисунок 3 ) приведен ниже. Эта антенна
была собрана буквально за полдня и , естественно, первым желанием было сразу же
попробовать ее без проведения измерений и настроек. Поэтому есть возможность для
проведения экспериментов и ее усовершенствования.

При работе на диапазонах КСВ был не хуже 1:1,1.

За две недели работы в эфире было сделано около сотни CW QSO почти со всеми
странами Европы, Прибалтики, многими областями Украины , Европейской части
России , Казахстаном, Турцией . Оценка сигнала корреспондентами давалась в
пределах 569 – 599. Эта антенна очень хорошо настраивается и на диапазон 80 м,
но на этом диапазоне она может быть использована только для QSO с ближними
корреспондентами. На дипазоне 18 МГц она тоже работает, но КСВ резко возрастает
до 2.

Используемая аппаратура:

  • трансивер 70 Вт на базе Р 250 – М2
  • антенный тюнер MFJ – 945 E

В очередной раз хочу сказать, что эта антенна никак не может заменить
полноразмерную антенну с хорошей высотой подвеса, она может только в какой-то
мере позволить коротковолновику работать в эфире, при невозможности установки
нормальной полноразмерной антенны.

Желаю всем успехов и поменьше QRM!

Валерий Проданов UR5WCA

Антенна Дельта

В этой статье уделено внимание антеннам для многодиапазонного варианта и расположенным при низкой высоте подвеса, а также устройствам для их согласования с кабельным хозяйством со стандартными коаксиальными кабелями распостранненными применяемыми у радиолюбителей типа РК50 и РК75.
      На рис.1 показана антенна «Дельта» верхний край которой находится на высоте всего 17 метров.

рис.1
Для согласования антенны и получения ее многодиапазонности применена согласующая лесенка длиной — 10,3 метра и шириной в 10 см, материал из которого выполнена антенна и лесенка — медный провод диаметром 1,5 — 2,0 мм. Для согласования лесенки с кабелем РК50 применен балун из кабеля РК75 имеющий — 10 витков кабеля расположенных виток к витку диаметром — 20 см, общая длина отрезка кабеля равна — 6,95 м. Антенна прекрасно работает на диапазонах 80-40 метров. При пересчете может работать с такой системой согласования и на других диапазонах.
На рис.2 показана антенна «Дельта» которая согласована с коаксиальным кабелем РК50 при помощи согласующего трансформатора с соотношением входного и выходного сопротивлений 1:4.

рис.2
Количество витков данного трансформатора по 7 витков каждой из обмоток отвод сделан от середины. Схема соединения обмоток показана на рис.2. Антенна подвешена на высоте 18,3 метра.
Антенна приведенная на рис.3 располагается горизонтально поверхности земли и имеет форму квадрата с равными сторонами.

рис.3
Данной антенне характерна низкая высота подвеса, что позволяет ее применять там где нет возможности подвешивать антенны не вертикально и не под углом. Входное сопротивление антенны из-за низкой высоты подвеса имеет разное сопротивление на диапазонах, что затрудняет ее применять, как одну антенну во многодиапазонном варианте, но для каждого диапазона сделанная антенна и согласованная по предлагаемой схеме прекрасно работает, но ей естественно присущи все минусы низко расположенных антенн.

табл.1
В приводимой таблице даны размеры сторон антенны по диапазонам и длины согласующего отрезка кабеля РК75. Полотно антенны может выполнено из медного провода диаметром 1,5-2 мм.
Представленные варианты антенн прекрасно подойдут для DX работы совместно с трансивером Kenwood 2000.

Высота антенны »Примечания по электронике

Высота антенны оказывает большое влияние на производительность различными способами в зависимости от используемой частоты, типа и размера антенны.


Установка антенны Включает:
Руководство по установке антенны
Установка на чердаке
Юстировка антенны
Высота антенны


Высота антенны существенно влияет на ее характеристики. Аспекты, включая импеданс питания, диаграмму излучения, радиационные потери, расстояние до помех, снижение вероятности воздействия радиочастотного излучения и т. Д.

В целом, чем выше антенна, тем лучше будет ее производительность, но иногда есть некоторые ограничения, так как существует закон убывающей отдачи, но часто это вне досягаемости радиолюбителей, но иногда радиовещательные компании хотят, чтобы антенны особенно высокой необходимое покрытие на УКВ и УВЧ.

Радиовещательные компании часто вкладывают средства в очень высокие вышки, особенно для вещательных передач в диапазонах УКВ и УВЧ. Получить наибольшую зону покрытия часто можно только за счет увеличения высоты антенны.

Высота антенны на ВЧ

Из-за длины волны сигналов на ВЧ антенны обычно устанавливают относительно близко к земле с точки зрения длины электрических волн. Это означает, что земля взаимодействует с антенной, особенно с горизонтальной антенной, различными способами.

Для ВЧ антенн играют роль два основных фактора:

  • Угол излучения: Для связи на большие расстояния на ВЧ установлено, что чем меньше угол излучения антенны, тем лучше.Многие специалисты по проектированию и установке антенн рекомендуют, чтобы антенна имела высоту не менее половины длины волны. Это может быть относительно легко для частот, скажем, выше 15 МГц или около того, но для более низких частот с большей длиной волны это менее вероятно.

    Можно рассчитать высоту самого нижнего лепестка горизонтальной антенны над идеально проводящей землей. Его можно определить по следующей формуле:

    Где:
    θ = волна или угол места для лепестка
    h = высота антенны над землей в длинах волн

    Таким образом, чем выше горизонтальная антенна, тем ниже находится самый нижний лепесток диаграммы направленности.

    Конечно, главная проблема заключается в том, чтобы точно определить, где находится земля. Поскольку земля не является идеально проводящей поверхностью, сигнальная волна может в определенной степени проникать в землю, в зависимости от типа грунта и его проводимости. Может случиться так, что фактическое электрическое заземление будет восприниматься антенной значительно ниже физического уровня земли. Существует некоторая степень неопределенности, поскольку трудно точно предсказать, как все будет работать, и они могут меняться изо дня в день в зависимости от уровня воды в почве в то время.

  • Радиационные потери: Было обнаружено, что если горизонтальная антенна приближается к земле, то потери из-за самой земли становятся более важными, и на очень малых высотах они могут быть основным фактором, определяющим характеристики антенны. Например, для сигнала с частотой 2 МГц длина волны составляет около 150 метров. Типичный радиолюбитель может иногда испытывать трудности с получением горизонтальной антенны для таких частот, как 3–4 метра. На этих высотах относительно длины волны потери на землю, скорее всего, будут доминирующим фактором.Было подсчитано, что горизонтальная дипольная антенна 7 МГц на высоте около 5 метров будет иметь эффективность только около 50% — половина доступной мощности будет потеряна в виде потерь на землю.

В качестве приблизительного практического опыта часто говорят, что удвоение высоты антенны дает увеличение усиления на 6 дБ. Хотя это будет зависеть от реальной ситуации и множества предостережений и т. Д., Исследования показали, что в целом это не так уж далеко от истины. В худшем случае это дает очень хорошее представление о важности увеличения высоты антенны.

Высота антенны для УКВ и УВЧ

В диапазонах VHF и UHF распространение радиоволн происходит в большей зоне прямой видимости, хотя и не всегда.

Одним из основных преимуществ увеличения высоты антенны является то, что она поднимает антенну над предметами, которые могут загораживать антенну. Деревянные дома и тому подобное будут поглощать радиосигналы, особенно на УКВ и УВЧ.

Для диапазонов VHF и UHF обычно нетрудно установить антенну так, чтобы она находилась значительно над землей, и поэтому первичный эффект близлежащей земли будет менее значимым.

Первоначальный подъем антенны поднимет ее над такими объектами, как дома, деревья и т. Д., Которые будут служить для маскировки или защиты антенны от радиосигналов. Поднятие антенны над этими препятствиями значительно улучшит характеристики антенны.

Еще одно преимущество в диапазонах VHF и UHF состоит в том, что чем выше антенна, тем дальше радиогоризонт. Часто для радиовещания в диапазонах ОВЧ / УВЧ радиогоризонт часто принимается равным 4/3 видимого горизонта в результате эффекта изгиба, вызванного изменениями показателя преломления вблизи земли.Поднятие антенны значительно увеличит это и тем самым расширит диапазон передачи.

Однако необходимо уравновесить прирост высоты и потерю в фидере. На УКВ и в большей степени на УВЧ потери в фидере становятся значительными, а в некоторых случаях могут быть больше, чем выигрыш в результате увеличения высоты. Необходимо принять решение об этом и получить наилучший баланс между усилением за счет увеличения высоты и увеличением потерь из-за увеличения длины фидера.

Очевидно, что использование самого лучшего питателя может иметь значение.

Высота антенны и помехи

По самой своей природе антенны, расположенные выше, обычно удаляются от других электронных и электрических устройств на большее расстояние.

Это имеет два эффекта. Один из них заключается в том, что приемник, подключенный к антенне, находится дальше от любых источников помех на земле или около нее. Во-вторых, переданный сигнал от антенны будет находиться дальше от любого места, где могут возникнуть проблемы с помехами от передаваемого сигнала.

Высота антенны и воздействие РЧ

Осведомленность о воздействии радиочастотного излучения растет. Если передатчики могут нести относительно высокие уровни излучаемой РЧ мощности, ее необходимо держать как можно дальше от любых мест, где часто бывают люди.

Наличие антенны на высоком уровне по самой своей природе будет держать РЧ подальше от людей и уменьшит вероятность попадания людей в области, где РЧ находится на высоком уровне.

С любой антенной, будь то HF, VHF или UHF и т. Д., Высокие мачты, очевидно, значительно увеличивают стоимость любой установки антенны.Они также создают гораздо большее визуальное воздействие и могут подпадать под действие местных законов о планировании. При определении высоты антенны необходимо уравновесить множество факторов. Высота обеспечивает выигрыш, но за счет визуального воздействия, дополнительной стоимости более высокой мачты, возможно увеличения потерь в фидере и других факторов.

В целом, размещение антенной системы выше в воздухе улучшает ее возможности связи, а также снижает вероятность радиочастотного воздействия и электромагнитных помех.

Еще темы об антеннах и распространении:
ЭМ-волны
Распространение радио
Ионосферное распространение
Земная волна
Рассеивание метеоров
Тропосферное распространение
Кубический четырехугольник
Диполь
Дискон
Ферритовый стержень
Логопериодическая антенна
Параболическая рефлекторная антенна
Вертикальные антенны
Яги
Заземление антенны
Коаксиальный кабель
Волновод
VSWR
Балуны для антенн
MIMO

Вернуться в меню «Антенны и распространение».. .

Диаграммы направленности антенн и их значение

Многое можно узнать о том, как работает антенна, из ее диаграмм направленности. В этом документе описаны многие общие параметры антенн, которые можно понять по диаграммам.

Введение

Основным компонентом системы беспроводной локальной сети является антенна. Есть несколько разных типов, и все они имеют свое место.Однако может возникнуть некоторая путаница в языке, используемом для определения антенн, а также в отношении основных функций каждого типа антенн. Цель этого технического документа — развеять путаницу вокруг антенн и их функций. Этот документ не предназначен для использования в качестве учебного пособия по электромагнитным помехам или руководства по развертыванию. Скорее, его следует использовать как словарь основных антенн и антенной терминологии, а также как учебное пособие, в котором конкретно рассматриваются диаграммы направленности антенн и параметры, связанные с этими диаграммами направленности.Основное внимание уделяется множеству различных антенн, которые могут встретиться в системе беспроводной локальной сети.

Мы начнем с глоссария основных определений, а затем перейдем к обсуждению некоторых распространенных типов антенн и их свойств. Попутно показаны и объяснены диаграммы направленности антенн, включая 3-мерную диаграмму направленности антенн. Также описаны типичные характеристики для каждого типа антенны. Конечно, есть много исключений из «типичной» антенны, так как многие типы антенн могут быть разработаны для улучшения одного или нескольких параметров.Но часто бывает полезно увидеть несколько примеров и выделить некоторые из этих параметров.

В системе WLAN обычно используются диполи, всенаправленные антенны, патчи и Yagis. Эти антенны показаны на рисунке 1. Хотя эти антенные пакеты могут несколько отличаться от одного производителя к другому, это типичные пакеты для этих типов антенн. Функция каждого из этих типов антенн подробно объясняется в этой статье.

Рисунок 1. Различные антенны, обычно используемые в системах WLAN

Историческое примечание: тип антенны, который мы обычно называем Яги, был впервые разработан в конце 1920-х годов двумя профессорами, Синтаро Уда и Хидецугу Яги из Университета Тохоку в Японии. В то время как антенна была в основном разработана Уда, профессор Яги популяризировал дизайн антенны в США и других странах посредством различных презентаций на конференциях. С тех пор имя Яги ассоциируется с этим типом антенн.

Основные определения

Мы часто определяем антенны и антенную терминологию в терминах передающей антенны, но все определения применимы и к приемным антеннам. Фактически, свойства антенны одинаковы в любом рабочем режиме. Итак, заявлено это или нет, все определения и описания описывают антенны, которые являются частью передатчика или приемника.

Антенна. An
антенна — это преобразователь между направленной волной и излучаемой волной, или наоборот.Структура, которая «направляет» энергию к антенне, наиболее очевидна как коаксиальный кабель, прикрепленный к антенне. Излучаемая энергия характеризуется диаграммой направленности антенны.

Антенна. Диаграмма направленности или
диаграмма направленности антенны — это графическое представление характеристик излучения антенны в зависимости от пространства. То есть диаграмма направленности антенны описывает, как антенна излучает энергию в космос (или как она получает энергию). Важно отметить, что антенна излучает энергию во всех направлениях, по крайней мере, в некоторой степени, поэтому диаграмма направленности антенны на самом деле является трехмерной.Однако обычно этот трехмерный узор описывают двумя плоскими узорами, называемыми
схемы главных плоскостей. Эти шаблоны основных плоскостей могут быть получены путем создания двух срезов трехмерного рисунка по максимальному значению рисунка или путем прямого измерения. Именно эти диаграммы направленности основных плоскостей обычно называют диаграммами направленности антенн.

Определение характеристик излучения антенны с помощью двух диаграмм направленности в главных плоскостях достаточно хорошо работает для антенн, которые имеют правильные диаграммы направленности, то есть не так много информации теряется, когда показаны только две плоскости.На рисунке 2 показана возможная система координат, используемая для таких антенных измерений.

Рисунок 2. Система координат измерения антенны

При обсуждении основных диаграмм направленности плоскостей или даже диаграмм направленности антенн вы часто встретите термины
диаграмма направленности азимутальной плоскости и
образец плоскости возвышения. Семестр
азимут обычно обозначает «горизонт» или «горизонталь», тогда как термин
Под возвышением обычно понимается «вертикаль».При использовании для описания диаграмм направленности антенны эти термины предполагают, что антенна установлена ​​(или измерена) в той ориентации, в которой она будет использоваться. На рисунке 2 плоскость x-y (θ = 90 градусов) является азимутальной плоскостью. Диаграмма направленности в азимутальной плоскости измеряется, когда измерение проводится по всей плоскости x-y вокруг тестируемой антенны. Тогда плоскость возвышения является плоскостью, ортогональной плоскости x-y, скажем, плоскостью y-z (φ = 90 градусов). Диаграмма угла места выполняется по всей плоскости y-z вокруг тестируемой антенны.

Диаграммы направленности антенн (диаграммы направленности азимута и угла места) часто отображаются в виде графиков в полярных координатах. Это дает зрителю возможность легко визуализировать, как антенна излучает во всех направлениях, как если бы антенна уже была «нацелена» или установлена. Иногда может быть полезно построить диаграммы направленности антенн в декартовых (прямоугольных) координатах, особенно когда в диаграммах есть несколько боковых лепестков и когда уровни этих боковых лепестков важны.

Мочки. Любая данная диаграмма направленности антенны имеет части диаграммы, которые называются
доли. «Лепесток» может быть главным лепестком, боковым лепестком или задним лепестком, и эти описания относятся к той части рисунка, в которой появляется лепесток. В целом
лепесток — это любая часть рисунка, окруженная областями относительно более слабого излучения. Таким образом, лепесток — это любая часть рисунка, которая «выступает наружу», а названия различных типов долей говорят сами за себя.На рис. 3 представлен вид диаграммы направленности с лепестками, обозначенными на графике каждого типа.

Рис. 3. Диаграммы излучения в полярных и декартовых координатах с различными типами долей

Изотропный радиатор. An
изотропный излучатель — это гипотетическая антенна без потерь, которая излучает энергию одинаково во всех направлениях. Эта воображаемая антенна имела бы сферическую диаграмму направленности, и оба сечения в главной плоскости были бы кругами (действительно, любой плоский разрез был бы кругом).

Усиление. В
усиление антенны (в любом заданном направлении) определяется как отношение усиления мощности в заданном направлении к усилению мощности эталонной антенны в том же направлении. Стандартной практикой является использование изотропного излучателя в качестве эталонной антенны в этом определении. Обратите внимание, что изотропный излучатель будет без потерь и излучать свою энергию одинаково во всех направлениях. Это означает, что коэффициент усиления изотропного излучателя G = 1 (или 0 дБ). Принято использовать единицы дБи (децибелы относительно изотропного излучателя) для усиления относительно изотропного излучателя.Коэффициент усиления, выраженный в дБи, рассчитывается по следующей формуле:

GdBi = 10 * Log (GNumeric / GIsotropic) = 10 * Log (GNumeric)

Иногда в качестве эталона используется теоретический диполь, поэтому для описания усиления по отношению к диполю будет использоваться единица дБд (децибелы относительно диполя). Этот блок обычно используется, когда речь идет об усилении всенаправленных антенн с большим усилением. В случае этих всенаправленных антенн с более высоким коэффициентом усиления их усиление в дБд будет выражением их усиления выше 2.2 дБи. Таким образом, если антенна имеет усиление 3 дБд, она также имеет усиление 5,2 дБи.

Обратите внимание, что когда для усиления антенны указано одно число, предполагается, что это максимальное усиление (усиление в направлении максимального излучения).

Важно отметить, что антенна с усилением не создает излучаемой мощности. Антенна просто определяет способ распределения излучаемой мощности относительно излучения мощности одинаково во всех направлениях, а коэффициент усиления является просто характеристикой того, как излучается мощность.

Ширина луча 3 дБ. В
Ширина луча по уровню 3 дБ (или ширина луча по половинной мощности) антенны обычно определяется для каждой из главных плоскостей. Ширина луча по уровню 3 дБ в каждой плоскости определяется как угол между точками в главном лепестке, которые ниже максимального усиления на 3 дБ. Это показано на рисунке 3. Ширина луча по 3 дБ на графике на этом рисунке показана как угол между двумя синими линиями на полярном графике. В этом примере ширина луча по уровню 3 дБ в этой плоскости составляет около 37 градусов.Антенны с широкой шириной луча обычно имеют низкое усиление, а антенны с узкой шириной луча обычно имеют более высокое усиление. Помните, что усиление — это мера того, какая часть мощности излучается в заданном направлении. Таким образом, антенна, которая направляет большую часть своей энергии в узкий луч (по крайней мере, в одной плоскости), будет иметь более высокое усиление.

Соотношение передней и задней части. В
переднее-заднее соотношение (F / B) используется как показатель качества, который пытается описать уровень излучения с тыльной стороны направленной антенны.По сути, передний / задний коэффициент — это отношение пикового усиления в прямом направлении к усилению на 180 градусов позади пика. Конечно, по шкале дБ, отношение переднего к заднему — это просто разница между пиковым усилением в прямом направлении и усилением на 180 градусов позади пика.

Поляризация. В
поляризация или состояние поляризации антенны — довольно сложное и запутанное понятие. Антенна будет генерировать электромагнитную волну, которая меняется во времени при перемещении в пространстве.Если волна, распространяющаяся «наружу», изменяется «вверх и вниз» во времени, а электрическое поле всегда находится в одной плоскости, эта волна (или антенна) называется
линейно поляризованный (вертикально поляризованный, так как изменение происходит вверх и вниз, а не из стороны в сторону). Если эта волна вращается или «вращается» во времени, путешествуя в пространстве, волна (или антенна) называется
эллиптически поляризованный. В частном случае, если эта волна вращается по круговой траектории, волна (или антенна)
циркулярно поляризованный. Это означает, что определенные антенны чувствительны к определенным типам электромагнитных волн.Практическое значение этой концепции состоит в том, что антенны с одинаковой поляризацией обеспечивают лучший тракт передачи / приема.

Рассмотрим антенны, которые генерируют волны с линейной поляризацией и чувствительны к ним. Если линейно поляризованная антенна излучает линейно поляризованную электромагнитную волну, распространяющуюся «вверх и вниз» или вертикально, наилучшим из возможных приемников этой электромагнитной волны будет другая антенна, аналогичная линейно поляризованной (вертикально поляризованной).Линейная поляризация также включает возможность распространения электромагнитных волн «справа налево» (по горизонтали). Часто антенны можно просто физически повернуть, чтобы сделать их поляризованными по горизонтали или вертикали, хотя это не всегда может быть лучшим выбором.

Антенны с круговой поляризацией могут излучать электромагнитные волны, которые вращаются по или против часовой стрелки в зависимости от конструкции. Поэтому для приема этих сигналов следует использовать антенну с такой же поляризацией.Это направление вращения обычно характеризуется левой круговой поляризацией (LCP) или правой круговой поляризацией (RCP).

Обратите внимание, что поляризация антенны не всегда подразумевает что-либо о размере или форме антенны. Диполь обычно называют вертикально поляризованным из-за способа, которым обычно используется диполь, то есть потому, что он установлен вертикально, но антенна имеет линейную поляризацию. Точно так же антенны круглой формы не должны иметь круговую поляризацию.Многие круглые пятна имеют линейную поляризацию, а многие прямоугольные пятна имеют круговую поляризацию. Эти примеры являются простой демонстрацией того факта, что состояние поляризации антенны не связано с ее формой.

КСВ. В
Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) определяется как отношение максимального напряжения к минимальному напряжению в структуре стоячей волны. Стоячая волна возникает, когда мощность отражается от нагрузки. Таким образом, КСВН — это мера того, сколько мощности передается устройству, а не количество энергии, которое отражается от устройства.Если импеданс источника и нагрузки одинаковы, КСВ составляет 1: 1; нет отраженной мощности. Таким образом, КСВН также является мерой того, насколько близко совпадают импеданс источника и нагрузки. Для большинства антенн в WLAN это мера того, насколько близко антенна находится к идеальным 50 Ом.

Полоса пропускания VSWR. В
Полоса пропускания VSWR определяется как диапазон частот, в котором антенна имеет заданный VSWR. Часто указывается полоса КСВ 2: 1, но также часто используется 1,5: 1.

Направленная антенна.А
Направленная антенна — это антенна, которая излучает энергию более эффективно в одном (или некоторых) направлениях, чем в других. Обычно такие антенны имеют один главный лепесток и несколько второстепенных лепестков. Примерами направленных антенн являются тарелки и тарелки.

Всенаправленная антенна. An
Всенаправленная антенна — это антенна, которая имеет ненаправленную диаграмму направленности (круговую диаграмму направленности) в данной плоскости с диаграммой направленности в любой ортогональной плоскости. Примерами всенаправленных антенн являются диполи и коллинеарные антенны.

Общие антенны и их диаграммы направленности

В этом разделе описаны некоторые общие антенны вместе с подробностями о типичных диаграммах, которые можно ожидать от этих общих антенн. Здесь описаны диполь, коллинеарная решетка, одиночная патч-антенна, патч-матрица, Yagi и даже секторная антенна. Показаны и подробно описаны диаграммы направленности каждой антенны, включая трехмерную диаграмму направленности. Акцент делается на описании шаблонов и параметров, которые являются производными от этих шаблонов.

Важно отметить, что на самом деле не имеет значения, в каком направлении отображаются узоры. Ориентация определенного рисунка часто является вопросом личных предпочтений. Например, некоторым нравится направленная диаграмма направленности антенны, чтобы она всегда была направлена ​​вверх, в то время как другим нравится, чтобы они указывали вправо или влево, потому что именно таким образом антенна будет часто развертываться. Важно иметь некоторые базовые знания о том, для чего предназначены эти антенны, чтобы вы могли понять параметры диаграммы направленности.Тогда направление паттерна не имеет большого значения.

Показанные здесь шаблоны представляют выходной сигнал смоделированных антенн. Всенаправленные диаграммы направленности повернуты таким образом, что кажется, что диаграммы направленности излучаются в сторону горизонта, что является типичным для развертывания всенаправленной антенны. Патчи и шаблоны Яги остаются смоделированными, то есть они появляются в той же системе координат, в которой они были смоделированы, а не развернуты.

Всенаправленные антенны

Всенаправленные антенны обычно называют всенаправленными.«Кроме того, всенаправленная антенна часто относится к всенаправленной антенне, но не к диполю. Часто всенаправленная антенна относится к всенаправленной антенне, которая имеет большее усиление, чем диполь. Однако диполь — это всенаправленная антенна, как мы увидим в следующем разделе. Раздел Диполь — это просто особый случай.

Дипольные антенны

Под дипольной антенной чаще всего подразумевают диполь на полуволны (λ / 2). Физическая антенна (а не корпус, в котором она находится) состоит из проводящих элементов, общая длина которых составляет примерно половину длины волны при предполагаемой частоте работы.Это простая антенна, которая излучает свою энергию в сторону горизонта (перпендикулярно антенне). Рисунки, показанные на Рисунке 4, являются результатом идеального диполя, образованного двумя тонкими проволоками, ориентированными вертикально вдоль оси z.

Полученный трехмерный рисунок выглядит как пончик или бублик с антенной, сидящей в отверстии и излучающей энергию наружу. Наибольшая энергия излучается наружу, перпендикулярно антенне в плоскости x-y.

Шаблон азимутальной плоскости формируется путем разрезания трехмерного рисунка в горизонтальной плоскости, в данном случае плоскости x-y, точно так же, как если бы вы разрезали бублик.Обратите внимание, что диаграмма направленности в азимутальной плоскости является ненаправленной, то есть антенна излучает свою энергию одинаково во всех направлениях в азимутальной плоскости. Таким образом, диаграмма направленности в азимутальной плоскости представляет собой круг, проходящий через максимальное усиление под всеми углами, как показано на рисунке 4c.

Обратите внимание, что диаграммы направленности в любой ортогональной плоскости (фактически, в любой плоскости) имеют направленный характер, и поэтому эта антенна соответствует определению всенаправленной антенны. Шаблон плоскости возвышения формируется путем разрезания трехмерного шаблона через ортогональную плоскость (плоскость x-z или плоскость y-z).Из диаграммы угла места мы видим, что дипольная антенна имеет ширину луча в плоскости угла места 78 градусов, как показано на диаграмме на Рисунке 4d двумя синими линиями. Эти линии нарисованы там, где усиление ниже пика на 3 дБ. Ширина луча в плоскости возвышения — это общая угловая ширина между двумя точками по 3 дБ на кривой.

Коэффициент усиления полуволнового диполя составляет примерно 2,2 дБи. Значение 2,2 дБи достигается на горизонте в плоскости возвышения и везде в азимутальной плоскости.Обратите внимание, что диаграмма направленности в азимутальной плоскости представляет собой круг, проходящий через значение усиления 2,2 дБи под всеми углами. Эти значения представляют собой ширину луча по 3 дБ и коэффициент усиления теоретического полуволнового диполя. Так часто называют дипольные антенны, хотя многие диполи на рынке не достигают этих теоретических значений.

Учитывая эти диаграммы направленности антенны, вы можете видеть, что дипольная антенна должна быть установлена ​​так, чтобы она была ориентирована вертикально по отношению к полу или земле.Это приводит к тому, что максимальное количество энергии излучается в намеченную зону покрытия. Ноль в середине шаблона будет указывать вверх и вниз. В помещении это обычно не вызывает беспокойства из-за непосредственной близости потолка и всей многолучевости, присутствующей в помещении.

Рис. 4. Дипольная антенна с трехмерной диаграммой направленности, диаграммой направленности в азимутальной плоскости и диаграммой направленности в плоскости возвышения

Коллинеарные всенаправленные антенны

Чтобы создать всенаправленную антенну с более высоким усилением, несколько всенаправленных структур (либо провода, либо элементы на печатной плате) могут быть расположены вертикально, линейно, чтобы сохранить тот же всенаправленный рисунок в азимутальной плоскости, но более сфокусированный луч плоскости возвышения который тогда имеет более высокий коэффициент усиления.Это часто называют
коллинеарный массив. Обратите внимание, что более высокое усиление не означает, что антенна создает большую мощность. Это означает, что такое же количество энергии излучается более сфокусированным образом.

Типичная всенаправленная диаграмма направленности показана на рисунке 5. Антенна, показанная на рисунке, была сформирована из решетки из трех диполей, ориентированных вдоль оси z. Обратите внимание, что трехмерный узор, показанный на рис. 5а, выглядит как более плоский «рогалик» с маленькой «чашей», приклеенной сверху и снизу.Бублик образует всенаправленную азимутальную плоскость, показанную на рисунке 5b, и основные лепестки в плоскости возвышения, как и диполь. Маленькие «чаши» сверху и снизу образуют боковые лепестки, присутствующие в плоскости возвышения на рисунке 5c.

Опять же, шаблон азимутальной плоскости формируется путем разрезания трехмерного шаблона через горизонтальную плоскость (плоскость x-y). Как и ожидалось, диаграмма круглая и проходит через пиковое усиление под всеми углами. Обратите внимание, что диаграмма направленности в ортогональных плоскостях является направленной, поэтому эта антенна соответствует основному определению всенаправленной антенны.

Результирующее усиление составляет около 5,8 дБи при ширине луча в плоскости угла места около 38 градусов, что снова указывается синими линиями в плоскости угла места, показанными на рисунке 5c. Эта ширина луча значительно уже, чем у диполя. Легко увидеть, как энергия, излучаемая этой антенной, более сфокусирована, что приводит к большему усилению (по сравнению с диполем).

Как типично для всенаправленных антенн с более высоким коэффициентом усиления, на вертикальной плоскости видны явные боковые лепестки.Боковые лепестки в шаблонах главных плоскостей формируются путем прорезания «чаш», которые находятся выше и ниже основных лепестков в трехмерном шаблоне. Эти лепестки примерно на 14 дБ ниже пика основных лепестков. Обратите внимание, что диаграмма направленности в азимутальной плоскости по-прежнему такая же круглая, с хорошим поведением, что и в диполе, но диаграмма угла места намного уже, что указывает на то, что мощность излучается более направленным образом, что обеспечивает более высокое усиление.

Рисунок 5. Трехмерная диаграмма направленности от всенаправленной антенны 5,8 дБи, диаграмма направленности в азимутальной плоскости и диаграмма направленности в плоскости возвышения

G4AON Вертикальные антенны

Введение
Эти антенные идеи предназначены для тех, кто имеет ограниченное пространство для антенн и хочет сделать свою собственную антенну, используя обычные бытовые инструменты, используя легко доступные детали и не нуждаясь в испытательном оборудовании.

По своим характеристикам эти антенны могут быть ничуть не хуже многодиапазонных коммерческих вертикальных антенн и за небольшую часть стоимости.В случае версии с параллельным проводом (без ловушек) производительность может превышать коммерческие единицы.

Эти антенны основаны на 10-метровой удочке из стекловолокна. Важно использовать опоры из стекловолокна, а не из углеродного волокна. Удочки можно получить из нескольких источников, в том числе на eBay. Они также продаются в виде флагштоков, которые используются для вывешивания баннеров на кемпингах. Можно использовать более дорогие «шесты-пауки», однако вполне подойдут и обычные недорогие шесты.

Опции диапазона
Вертикальная установка, установленная на земле, будет менее эффективна, чем установка на опоре, используемой с повышенными радиальными элементами. Однако большинство из нас не захочет загромождать небольшой сад радиальными антеннами на уровне головы, поэтому часто предпочитают устанавливать вертикальную антенну на уровне земли. На 7 и 10 МГц характеристики наземного вертикального вибратора хороши по сравнению с типичным диполем на высоте 10 метров над землей и обычно уступают диполю для DX, однако на более высоких частотных диапазонах производительность по сравнению с вышеуказанным диполем падает, но может по-прежнему хорошо работать при хороших условиях.

Вертикальные антенны также могут быть изготовлены для использования на 80 м и 160 м, однако для большей эффективности (и простоты настройки) их обычно лучше использовать в «перевернутой L» конфигурации с горизонтальным верхним проводом. Небольшой размер по вертикали 160 м, как описано ниже, позволит производить обмен сигналами 5 x 9 с европейскими станциями из Великобритании почти каждый вечер при мощности 100 Вт или меньше.

Есть несколько «простых» комбинаций, которые хорошо работают вместе для многополосных самодельных вертикалей, примеры, показанные здесь, представляют собой ловушку по вертикали для 7 и 10 МГц, ловушку по вертикали для 7, 10, 18 и 24 МГц и параллельный провод. вертикальный для 7, 10 и 14 МГц.Конечно, возможны варианты, например, параллельный провод на 14 МГц добавлен к вертикали ловушки. В четырехполосном вертикальном канале используются два параллельных провода с одной ловушкой в ​​каждом проводе, одна ловушка настроена на 10,1 МГц, а другая — на 24,9 МГц. Некоторые диапазоны довольно близки по частоте и ограничивают выбор частот, используемых в антенне, например, 24,9 МГц могут конфликтовать с диапазонами 21 и 28 МГц. Одна из возможностей — использовать две антенны, одну для 14/21/28 МГц, а другую для диапазонов WARC 10/18/24 МГц.

Трехполосный приподнятый слой заземления для 14/21/28 МГц можно легко сделать с помощью ловушки на 21 МГц в проводе 14/21 с параллельным проводом, отстоящим примерно на 7 дюймов на трубках из стекловолокна на 28 МГц. Я использую эту антенну для своей станции в Испании с проводами, прикрепленными лентой к 7-метровой удочке, установленной на балконе на крыше, с двумя лучами на полосу. Стеклопластиковые трубки имеют диаметр 6 мм и прикреплены эпоксидным клеем к пластиковым блокам с 3 отверстиями, которые используются для крепления деревянных панелей, которые, в свою очередь, надежно закреплены на po

ON7YD, длинноволновый, 136 кГц, антенны

Об этом page:
Основная цель этой страницы — предоставить информацию.Он намеренно оставлен простым, без изящных и ярких уловок, чтобы обеспечить максимальную совместимость с различными браузерами и обеспечить быструю загрузку.
Любые комментарии и / или предложения приветствуются по адресу: [email protected]

Японский перевод этой страницы, сделанный Сусуму Мориока (Jh2GVY), доступен здесь

1. Введение

Основным предметом обсуждения будут передающие антенны на 136 кГц, так как это часто является самой важной частью длинноволновой любительской радиостанции.Передающая антенна предназначена для излучения энергии, исходящей от передатчика.
Мощность, излучаемая любой антенной, определяется тремя факторами:

  • Радиационная стойкость антенны
  • Антенна ток
  • Коэффициент усиления (направленность) антенны

Пример :
Предположим, у нас есть антенна с сопротивлением излучения 10, током антенны 2 А и коэффициентом усиления 4 (6 дБ). Эта антенна будет излучать мощность 10 x 2 2 x 4 = 160 Вт.

Коэффициент усиления антенны всегда указывается относительно эталонной антенны. Чаще всего упоминаются 1/2 волновой диполь и изотропный излучатель. Последняя представляет собой виртуальную антенну, которая вообще не имеет направленности, она излучает одинаково во всех направлениях. Как правило, коэффициент усиления любой антенны относительно 1/2 волнового диполя определяется как дБ на дБ, а коэффициент усиления относительно изотропного излучателя — как ± дБ. Благодаря своей направленности 1/2 волновой диполь имеет коэффициент усиления 1.64 относительно изотропного излучателя (2,15 дБ i ).

На первый взгляд радиационное сопротивление антенны не влияет на излучаемую мощность, если вы согласовываете это сопротивление в своем передатчике. Но, к сожалению, сопротивление излучения — это не единственное сопротивление, которое потребляет мощность передатчика, есть также сопротивления потерь. Эти потери происходят внутри антенны (+ система согласования антенны) и в окружающей среде антенны (земля, объекты вблизи антенны).На ВЧ этим сопротивлением потерь часто можно пренебречь, поскольку они довольно малы по сравнению с сопротивлением излучения, но на длинных волнах это определенно не так. Для большинства длинноволновых антенн, используемых любителями, сопротивление излучения антенны находится в диапазоне от 10 до нескольких сотен м, в то время как сопротивление потерь находится в диапазоне от 30 до 150. Это означает, что, в зависимости от антенны и окружающей среды, около 99 % до 99,99% мощности передатчика не излучается, а поглощается сопротивлениями потерь.

Две наиболее распространенные передающие антенны на длинных волнах — это короткий вертикальный несимметричный (антенна Маркони) и малая рамочная антенна. Короткий вертикальный монополь представляет собой электрическую антенну, он создает электрическое поле ‘в точке’ (возле антенны), в то время как магнитное поле создается ‘на лету’ . Напротив этого небольшая петля представляет собой магнитную антенну, она создает магнитное поле ‘в точке’ , в то время как электрическое поле создается ‘на лету’ .
В результате этого основной источник потерь для короткого вертикального монополя находится в окружающей среде (земля, деревья, здания и т. Д.), В то время как для небольшого контура основные потери находятся внутри антенны. Таким образом, функциональность небольшого цикла меньше зависит от среды.
Но для обоих типов антенн цель состоит в том, чтобы получить как можно большее отношение сопротивления излучения к сопротивлению потерь. На практике большинство любителей достигают лучших результатов с короткими вертикальными монополями, только когда потери окружающей среды чрезвычайно высоки, малый контур будет лучше.

Примечание : На всех страницах часто используются термины ERP, EIRP, дБ i и дБ d . Если вы не знакомы с этими условиями, я рекомендую сначала прочитать это.

к началу страницы


2.2. Короткий вертикальный монополь

Предположим, у нас есть короткий вертикальный несущий элемент высотой H, установленный на землю. Если H мало по сравнению с длиной волны, тогда:

  • Антенна будет действовать как емкость (C V ) последовательно с сопротивлением излучения (R A ) и сопротивлением потерь (R G )
  • Ток антенны (I) будет линейно уменьшаться от точки питания к верху антенны, где он достигнет 0
  • Напряжение по всей антенне будет одинаковым

Распределение тока, которое отличается от синусоидального распределения, к которому мы привыкли, можно объяснить следующим образом:
Емкость антенны не находится в одной точке на антенне, а равномерно распределяется по антенне.По мере того, как ток антенны течет в антенну, он постепенно «исчезает» через распределенную емкость антенны, что приводит к линейному уменьшению.

Другой — и, возможно, более правильный — способ взглянуть на это — сравнить короткую вертикаль с полноразмерной (четвертьволновой) вертикалью. Полноразмерная вертикаль имеет синусоидальное распределение тока и напряжения с фазовым сдвигом 90 градусов между U и I. Короткая вертикаль может рассматриваться как только конец полноразмерной вертикали, где распределение напряжения (почти) постоянное, а распределение тока убывает (почти) линейно.

Радиационная стойкость короткого вертикального монополя высотой H на длине волны составляет:

[1a]

Для 136 кГц это становится:

[1b] (R A в м и H в м)

Емкость вертикального провода высотой H и диаметром d составляет:

[2a] (C V в пФ, H и d в м)

В большинстве случаев упрощенная формула C V = 6 пФ / м [2b] является достаточно точной.

Чтобы получить максимальную излучаемую мощность, нам нужен максимальный ток через антенну.Это можно сделать, скомпенсировав емкостную составляющую индуктивной составляющей (нагрузочной катушкой), или иначе говоря: приведя антенну в резонанс. Основываясь на формуле резонанса (формула Томсона), мы можем рассчитать необходимую нам индуктивность (подробности см. В главе «Нагрузочная катушка»).

Пример :
Предположим, у нас есть вертикальный провод длиной 10 м (диаметр 3 мм) с экологическими потерями 60.
На основе формулы 1a радиационная стойкость рассчитывается как 8.2m, емкость антенны по формуле 2a составляет 67 пФ. Чтобы привести антенну в резонанс на частоте 136 кГц, нам понадобится нагрузочная катушка 20,2 мГн. Реактивное сопротивление катушки составляет 17,4 кОм, поэтому, если мы предположим, что добротность 300, тогда потери в катушке будут 58. Это доведет полное сопротивление потерь до 118.
Если мы подадим мощность 100 Вт на антенну, мы получим ток антенны равен 0,92 А, что дает излучаемую мощность 6,95 мВт и напряжение на нагрузочной катушке 16 кВ.

В приведенном выше примере мы рассчитали излучаемую мощность равную 6.95 мВт (0,92 А на 8,2 м). Чтобы получить ERP (эффективная излучаемая мощность), мы должны принять во внимание усиление антенны, для короткого вертикального монополя это 2,6 дБ d . Таким образом, расчетная мощность в этом случае будет 12,6 мВт ERP.

к началу страницы


2.3. Вертикальная антенна с емкостной верхней загрузкой

Эффективность короткой вертикальной антенны можно повысить за счет увеличения радиационной стойкости. Это сделано для улучшения распределения тока по антенне, поскольку сопротивление излучения пропорционально квадрату среднего тока через вертикальное сечение.Для короткого вертикального монополя, как описано выше, средний ток составляет 50% от тока в точке питания. Один из способов улучшить распределение тока — добавить к вертикальной антенне верхнюю емкостную нагрузку.
Распределение тока по антенне все еще линейно уменьшается, но из-за того, что минимум теперь находится в конце горизонтального участка, средний ток в вертикальной части выше.

Емкость горизонтального провода длиной L, диаметром d и высотой H определяется по формуле:

[3a] (C H в пФ, H, L и d в м)

В большинстве случаев упрощенная формула C H = 5 пФ / м [3b] является достаточно точной.

Общая емкость антенны C A = C V + C H . Ток антенны в верхней части вертикальной секции определяется соотношением C H и C V (при условии, что одно и то же количество тока «исчезает» через каждый пФ):

[4a]

Таким образом, средний ток через вертикальное сечение составляет:

[4b]

И радиационная стойкость пропорциональна квадрату среднего тока через вертикальное сечение относительно среднего тока в вертикальном монополе (I A = I 0 /2):

[5a]

для 136 кГц это:

[5b] (R A в м и H в м)

Это означает, что радиационная стойкость может быть увеличена в четыре раза за счет соответствующей емкостной верхней нагрузки.
Дополнительным преимуществом емкостной верхней нагрузки является то, что емкость антенны может значительно увеличиваться. Следовательно, необходимая индуктивность (катушка нагрузки) уменьшится, что приведет к меньшим потерям в катушке нагрузки и снижению напряжения на катушке нагрузки.

Пример :
Предположим, что у нас все еще есть вертикальный провод длиной 10 м (диаметр 3 мм) и экологические потери 60 из предыдущего примера, но теперь мы удлиняем антенну с помощью горизонтального провода верхней нагрузки длиной 20 м (на высоте 10 м).
Емкость вертикальной секции будет 67 пФ (формула 2a), а емкость верхней нагрузки — 116 пФ (формула 4a), в результате чего общая емкость антенны составит 183 пФ. Радиационная стойкость составит 21,9 м (формула 5а). Нагрузочная катушка должна быть 7,4 мГн, при Q = 300 потери в катушке будут 21, а общие потери будут 81.
Если мы подадим мощность в 100 Вт на антенну, мы получим ток антенны 1,11 А, в результате получается излучаемая мощность 27 мВт и напряжение на нагрузочной катушке 7 кВ.Принимая во внимание усиление 2,6 дБ d , ERP будет 49 мВт, это общее улучшение на 5,5 дБ по сравнению с той же антенной без емкостной верхней нагрузки.

Усиление, которое может быть достигнуто за счет лучшего распределения тока, составляет 6 дБ, но из-за увеличенной емкости (и, следовательно, меньшей нагрузочной катушки) можно получить дополнительное усиление в дБ, как вы можете видеть на графике.

Вертикальная антенна с емкостной верхней загрузкой может быть сконструирована в различных конфигурациях, помимо конфигурации «перевернутой буквы L», есть также конфигурации «T» и «зонтик», которые часто используются.В общем, подойдет любая форма емкостной верхней нагрузки, цель должна заключаться в том, чтобы как можно больше проводов поднималось в воздух как можно выше. Провода верхней нагрузки могут быть наклонными (зонтичная антенна), но это приведет к снижению радиационного сопротивления. Практически можно сказать, что наклонные провода с верхней нагрузкой никогда не должны опускаться ниже 50% высоты антенны.

Величина емкости верхней нагрузки часто ограничивается доступным пространством. Чтобы получить максимальную емкость верхней нагрузки на ограниченном пространстве, можно использовать параллельные провода.Практические результаты доказали, что можно достичь емкости до 15 пФ / м, в то время как для одиночного провода можно получить около 5 пФ / м:

2.4. Зонтичная антенна

По практическим соображениям многие вертикали с верхней загрузкой имеют наклонные тросы с верхней загрузкой. Такие антенны называются зонтичными. Наклонный провод с верхней нагрузкой оказывает 2 противоречивых эффекта на радиационную стойкость (R A ) антенны. С одной стороны, это увеличивает верхнюю емкость, тем самым увеличивая R A .Но, с другой стороны, он вводит «нисходящий ток», который отменяет часть (восходящего) тока по вертикали, уменьшая таким образом R A .
Влияние обоих эффектов зависит от количества проводов с верхней нагрузкой, их длины и угла наклона. Джон Секстон (G4CNN) разработал математическую модель зонтичных антенн с целью оптимизации параметров (количества проводов, длины и угла наклона) для максимальной радиационной стойкости.
Подробные расчеты по оптимизации уклона и длины тросов верхней нагрузки можно найти здесь.
Предположим, что зонтичная антенна с единичной высотой (1) и n проводов с верхней нагрузкой длиной L, наклоненных под углом. Провода с верхней нагрузкой будут «экранировать» вертикальную часть на длине X = L * cos ().

Коэффициент усиления (в дБ относительно вертикали без верхней нагрузки) будет:

[6] ( log = 10 логарифм, L и X относительно единичной высоты ‘1’)

На графиках ниже показано относительное усиление зонтичной антенны для углов наклона 30, 45 и 60 градусов — в зависимости от «длины экранирования» (X) и количества проводов для шляпки:

Как и ожидалось, более высокие углы наклона дают лучшие результаты, но также учтите, что для определенного угла наклона многие короткие проволочные шляпки более эффективны, чем несколько длинных.
Приведенная выше формула и графики предполагают, что провода шляпки не влияют друг на друга. На практике это будет неверно в случае большого количества коротких проводов-шляпок, эффективное усиление будет меньше расчетного.

к началу страницы


2.9. Вертикальная антенна с настроенным противовесом

Пэт Хокер описывает в статье в ELECTRONICS WORLD + WIRELESS WORLD (февраль 1990 г.) вид зонтичной антенны с настроенным противовесом.И антенна, и противовес изолированы от земли.
Антенна настраивается нагрузочной катушкой (L 1 ), повышенная нагрузочная катушка может использоваться для улучшения распределения тока. Регулируя L 2 , противовес настраивается для минимизации потерь на землю. На практике L2 необходимо настроить на максимальную мощность сигнала в дальней зоне.
Этот тип антенны успешно использовался на средних волнах с коэффициентом усиления до 5 дБ, измеренным путем добавления настроенного противовеса. Насколько мне известно, эта антенна не тестировалась любителями на частоте 136 кГц, но, возможно, стоит попробовать.
Никаких ссылок на вычисление значения L 2 не дается, но статья ссылается на патент США № № 3742511 и на IEEE Trans. on Broadcasting, июнь 1989 г., страницы 237-240
(скачать как заархивированный файл GIF).

к началу страницы


Для приемлемой высоты антенны (20 м и менее) необходимое количество элементов и длина провода не очень реалистичны. При использовании медного провода 3 мм (потери = 1 на 100 м при 136 кГц) 20-метровая версия будет иметь потери 50, а 10-метровая версия даже 75.Вес провода будет соотв. 330кг и почти 500кг.
Но меандровая антенна с ограниченным числом элементов, настроенная на резонанс с помощью нагрузочной катушки, могла бы быть приемлемой альтернативной антенной для 136 кГц. Но помните, что меандровая антенна имеет много резонансов на более высоких частотах, поэтому потребуется адекватная фильтрация сигнала передатчика (гармоник!).
Насколько мне известно, меандровые антенны до сих пор не использовались любителями на длинных волнах.

2.13. Антенны с длинным горизонтальным сечением

Исходя из рассчитанного распределения тока и потерь в катушке, можно получить очень небольшой выигрыш, если горизонтальная секция превышает длину вертикальной более чем в 5 раз.Единственным преимуществом будет уменьшение потерь земли из-за большей «площади» антенны (см. 3.6.3).
Но на практике несколько радиолюбителей достигли очень хороших результатов, используя антенны с очень длинным горизонтальным участком, и эти результаты трудно объяснить только меньшими потерями грунта. Oh2TN использует антенну с горизонтальным сечением около 500 м, приводя антенну в резонанс на частоте 136 кГц без индуктивной нагрузки (см. Рисунок ниже).

Несмотря на то, что антенна в основном горизонтальная, ее поляризация в основном вертикальная, пока высота антенны (по сравнению с длиной волны) мала, и это монопольная антенна (с землей в качестве аналога).Примером большой горизонтальной антенны с вертикальной поляризацией является антенна DDRR.

к началу страницы


2.14. Спиральная антенна

В спиральной антенне загрузочная катушка (или ее часть) встроена в вертикальную часть антенны. Таким образом, в этой антенне и емкость, и индуктивность распределены по всей антенне. По мере того, как напряжение антенны увеличивается на нагрузочной катушке, напряжение антенны увеличивается с высотой.Это повышение напряжения приводит к улучшенному распределению тока, так как в нижней части антенны (где напряжение низкое) «пропадает» меньший ток. Без емкостной верхней нагрузки радиационное сопротивление спиральной антенны будет в 1,54 раза больше, чем для «прямой» вертикали такой же высоты, это коэффициент усиления 1,9 дБ.

При добавлении емкостной верхней нагрузки преимущество спиральной антенны будет меньше по 2 причинам:

  • По мере того, как антенна имеет более высокую емкостную нагрузку, важность (и, следовательно, коэффициент усиления) распределенной индуктивности уменьшается.
  • Поскольку емкость вертикальной части спиральной антенны довольно велика по сравнению с «прямой» вертикальной (из-за большего диаметра вертикальной части), эффект (и, следовательно, усиление) емкостной верхней нагрузки уменьшается.

Дополнительная проблема заключается в том, что не так просто построить механическую устойчивую спиральную антенну. Единственным любителем, который, насколько мне известно, успешно использовал спиральную антенну, был Тони Бэрчи (HB9ASB), пока антенна не была разрушена во время шторма (декабрь 1999 г.).

к началу страницы


2.15. Короткий вертикальный диполь

На данный момент мне неизвестен какой-либо короткий вертикальный диполь, используемый радиолюбителями или лоуферами на НЧ, но он может быть альтернативой короткому вертикальному монополю.

* Короткий диполь в свободном пространстве
Радиационное сопротивление короткого диполя длиной H и на длине волны в свободном пространстве составляет:

[9a]

Для 136 кГц это становится:

[9b] ​​(R A в м и H в м)

Усиление антенны короткого диполя в свободном пространстве равно 1.76 дБ i

* Короткий вертикальный диполь рядом с землей
Моделирование антенны показывает, что вблизи земли радиационное сопротивление короткого вертикального диполя увеличивается вдвое (по сравнению со значением в свободном пространстве) и что усиление антенны увеличивается до 4,77 дБ i . Это означает, что и сопротивление излучения, и усиление антенны будут такими же, как у короткого вертикального монополя того же размера. Но в то же время можно ожидать, что потери на окружающую среду увеличатся из-за высокого напряжения антенны вблизи земли.

Джим Мориц (M0BMU) комментирует короткий вертикальный диполь вблизи земли следующим образом:

Короткий вертикальный диполь в свободном пространстве должен иметь симметричное распределение тока, максимум в середине и ноль на концах. Размещение его близко к плоскости заземления изменит это, потому что ток смещения будет течь между плоскостью заземления и нижней половиной диполя, увеличивая ток в направлении нижнего конца диполя, делая распределение тока более равномерным в нижней части диполя. .Распределение тока в случае, когда нижний конец диполя был очень близко к земле, было бы очень похоже на распределение тока короткого монополя с поднятой точкой питания — если бы нижний конец диполя действительно находился в контакте с заземленной поверхностью. , это был бы конечно монополь.
Вы можете увеличить емкость, добавив торцевую нагрузку к диполю — если бы нижний конец диполя был близко к земле, в действительности у вас был бы вертикаль с верхней загрузкой с повышенной подачей, управляемой противовесом.
Практическая трудность может быть вызвана асимметричной природой диполя — необходимо иметь какой-то способ регулировки напряжений, подаваемых на верхнюю и нижнюю ножки диполя, чтобы получить равный ток на обеих ножках и нулевой общий ток на линии питания, чтобы добиться правильной работы диполя. Поскольку нижний конец диполя должен быть точкой высокого напряжения и находиться близко к земле, в земле под антенной будут увеличиваться диэлектрические потери, что может уменьшить любое преимущество этой конфигурации антенны.