АЗБУКА УКВ-АППАРАТУРЫ

Статья 11. Антенны для связи на УКВ

(продолжение)

Еще один вариант параболоцилиндрической антенны.

 

    На рисунке  рис. 11.9 схематически изображен еще один вариант изготовления «антенны RA3XB».

    В этом варианте в качестве элемента, задающего форму параболы, используется деревянная доска. Если ширины одной доски недостаточно, то можно сделать составной щит из нескольких узких досок.

• На доске описанным выше способом вычер­чивается контур параболы. Это изображено на поз. 1.

• Ножовкой вырезается нужная часть доски, при этом следует оставлять припуск, величиной не менее 1 миллиметра для дальнейшей, более точной обработки контура параболы. Таким путем изготавливается два абсолютно одина­ковых элемента, изображенные на поз. 2.

• К этим двум элементам мелкими шурупами крепится рефлектор, получается своеобразное «корыто», к которому затем крепятся держа­тели облучателя. Для уменьшения ветровой нагрузки в рефлекторе можно насверлить большое количество отверстий диаметром порядка 10...15 мм.

•  В заключении вся эта конструкция крепится к жесткой несущей рамке.

•  Все тонкости настройки смотрите выше, в описании предыдущей конструкции.

   «Антенна RA3XB» не требует большой высоты подъема, может устанавливаться на небольшой подставке, или крепиться к стенке ка- кого-либо строения. Антенна представ­ляет собой НАИЛУЧШИЙ вариант:

•  для приема телевидения от удаленного теле­центра,

• для работы с удаленным ретранслятором,

• для работы с некоторыми из спутников.

Программа antennal

   Разработанная мною компьютерная программа antennal предназначена для расчета параметров параболоцилиндрической антенны RA3XB. После запуска в программу вводится размер предполага­емого раскрыва зеркального рефлектора в миллиметрах, ширина рефлектора и рабочая частота в МГц. После нажатия на кнопку «Выполнить расчет» программа выдает следующие данные:

• коэффициент направленного действия антенны для заданной частоты;

• величина фокусного расстояния;

• координаты точек контура параболы.

   Программу можно найти в Интернете на Web-узле автора по адресу: http://r3xb- tga.narod.ru

Антенна ЗИГЗАГ

   Для связи на диапазоне 146 МГц очень удобной может быть антенна ЗИГЗАГ, разработанная К.П.Харченко и описанная в его книжке «УКВ антенны» (ДОСААФ, 1969 год). Эта антенна очень хорошо согласуется с обычным телеви­зионным коаксиальным кабелем (75 Ом), что очень важно для начинающих радиолюбителей при приеме слабых сигналов. Далее описывается расчет собственно полотна антенны, затем описывается вариант антенны с дополнительным рефлектором. Но кроме этого, к антенне можно добавить два этажа из волновых вибраторов с самым разным числом директоров. Мною испытывались несколько разных вариантов этой антенны и все они работали очень хорошо.

Выполнение полотна зигзагообразной антенны.

 

   Далее в этом разделе будет рассказано о том, как нужно конструировать самому зигзагобразную антенну, чтобы она удовлетворяла всем вашим потребностям. Если у вас нет желания вникать в тонкости создания антенны, то изготавливайте активную рамку антенны из сплошного куска провода диаметром 4 ... 5 мм по рис. 11.10. При этом все углы должны составлять 90 градусов, длина стороны квадрата должна быть равна четверти длины волны рабочего диапазона. Далее делайте рефлектор, располагайте его на расстоянии 0,2 от длины волны от активной рамки (полотна), на и все будет ОК.

   Для тех, кто хочет вникнуть в тонкости созда­ния этой антенны, предлагается следующий материал. Автор называл эту антенну как z- антенна. Не будем огорчать его и продолжим эту традицию. z-антенна (рис. 11.10) удобна тем, что ее конструкция сравнительно проста и отклонения в ту или иную сторону от номинальных разме­ров, неизбежные при изготовлении антенны, практически не сказываются на ее параметрах. Эта широкополосность очень удобна для начи­нающих укавистов.

   Для изготовления антенны нужно взять дере­вянный брусок 1, который служит одновременно ее центральной стройкой и мачтой. К бруску под углом 90° крепятся две рейки 2, которые вместе с ним образуют каркас антенны. Посередине между рейками устанавливается плата 3, состо­ящая из двух металлических зажимов, собран­ных на диэлектрической прокладке. На бруске сверху, снизу и на концах реек закрепляют изоляторы 4. В качестве последних можно воспользоваться роликовыми изоляторами от осветительной сети или уголками из прочной пластмассы(стеклотекстолита). На изоляторах и плате 3 натягивают полотно антенны 5, которое может выполняться из выполняется из проволо­ки или антенного канатика. Проводники полотна антенны припаиваются к зажимам питания 3 в точках Xl и Х2. Но перед этим к проводникам полотна антенны в точках Xl и Х2 припаиваются выводы кабеля питания. При этом к точке Х2 припаивается оплетка кабеля, к точке Xl припаивается центральная жила. Сам кабель питания 6 подвязывают к центральной стройке и по одному из внутренних проводников полотна антенны прокладывают к точкам питания Xl и Х2. Размеры деталей, не ука­занные на рис. 11.10, мож­но выбирать произвольно.

   Для оценки и сравнения антенн различных типов и конструкций особенно важ­ны данные, характеризую­щиеся их электрическими свойствами. На рис. 11.11 кривой 1 показана зависи­мость КБВ от отношения l/& в 75-омном фидере для z- антенны, изображенной на рис. 11.10, а кривой 2- аналогичная зависимость для значений ее КНД. Как видно с ростом отношения l/& КНД z-антенны вначале увеличивается, достигает некоторого максимума и затем уменьшается. Начальный рост КНД объясняется увеличением (в длинах волн) размеров полотна z-антенны, а спад - после прохождения оптимального соотношения l/& - расфазировкой ее элементов. С помощью гра­фика, изображенного на рис. 11.11, можно построить антенну, имеющую максимально возможный КНД для заданного типа полотна антенны. При этом ее диапазонность будет снижена. При построении антенны представляют интерес также и данные, показывающие тенденцию изменения характеристик антенны в зависимости от конструктивного изменения ее элементов и допус­кающие количественные оценки. На основании этих данных радиолю­битель может сознательно варьиро­вать имеющимися у него материа­лами и средствами для построения антенны.

                   

   Так, например, зависимости рис. 11.12 показывают изменение активной составляющей входного сопротивления z-антенны в диапа­зоне волн, выполненной из провод­ников различного диаметра при угле изгиба 90°. Эти графики необходимы для определения возможности согласования 3-антенны с фидером в заданном диапазоне частот.

Входное сопротивление z-антенны в диапазоне частот в значительной степени зависит от поперечных размеров проводников, из которых выполнено ее полотно.

    Чем толще проводники, тем меньше входное сопротивление в области резонанса и лучше согласование с фидером. Следует учитывать, что кривая 1 построена для зависимости l/г = 34, кривая 2 - для зависимости l/г = 63, а кривая 3 - для зависимости l/г = 150. Смысл величин г смотрите на рис. 11.13. Максимум КНД (см. рис. 11.11 и рис. 11.12) находится в области резонанса. Поэтому при выполнении z-антенны с l/&= 0,375 (наиболее эффективной антенны) следует особо позаботиться о ее согласовании с фидером. С удалением от резонансной частоты разница в значениях R_a для различных отно­шений l/г быстро уменьшается и в пределах отношения l/&= 0,2+0,32 диаметр проводника практически не сказывается на активной составляющей входного сопротивления z-антенны.

    Это обстоятельство позволяет при проектировании  облегчить конструкцию z-антенны для рабо­ты на определенной частоте. Полотно z-антенны можно выпол­нить из проводников самого различного профиля: трубок, пластин, уголков и т. п.

   Проводники, из которых изготавливается рамка активного вибратора (полотно антенны) могут изготавливаться или из трубки (провода) определенного радиуса величиной 2г_экв, или из нескольких тон­ких проводников, расположенных по окружности с диаметром, равным 2г. На рис. 11.13 показаны зависимости между этими двумя величинами, по которым можно определить размеры или коли­чество тонких проводников, из которых можно создать пучок, эквивалентный диаметру трубки, и наоборот.

   Следует уделить особое внимание гидро­изоляции кабеля питания в месте его разделки. При плохой гидроизоляции по экранной оплетке кабеля влага постепенно добирается до вашей квартиры и кабель очень скоро выходит из строя. В крайнем случае место разреза внешней оболочки нужно надежно обмотать текстильной изоляционной лентой. Толстым слоем.

Для уменьшения веса и парусности сплошной проводник целесообразно заменить эквива­лентным ему по электрическим параметрам проводником, выполненным из ряда парал­лельных проводов (см. рис. 11.13).

Увеличение эффективности зигзагообразной антенны

   Для увеличения направлен­ности антенны, состоящей из зигзагообразного полотна, при­меняют плоский экран-рефлектор. В его задачу входит отра­жение части высокочастотной энергии, падающей на экран, в сторону полотна антенны. В плоскости последнего фаза вы­сокочастотного поля, отражен­ного от рефлектора, должна быть близка к фазе поля, созда­ваемого самим полотном. В этом случае происходит требуе­мое сложение полей, и экран примерно удваивает первона­чальный коэффициент усиления антенны. Фаза отраженного поля зависит от формы и раз­меров экрана, а также от рас­стояния S между ним и полот­ном антенны. Как правило, раз­меры экрана достаточно велики, и фаза отраженного поля зависит главным образом от последнего фактора. На практике редко выпол­няют рефлектор в виде сплошного металличес­кого листа. Чаще он представляет собой ряд проводников, расположенных в одной плоскости параллельно вектору поля Е.

   Длина проводников определяется максималь­ной длиной волны рабочего диапазона и разме­рами активного полотна антенны. Последнее не должно выступать за пределы экрана. В плос­кости E размер рефлектора обязательно должен быть несколько больше половины максимальной длины волны. Чем толще проводники, из кото­рых выполнен рефлектор, и чем ближе они рас­положены друг к другу, тем меньшую часть падающей на него энергии пропускает рефлек­тор в заднее полупространство. Однако по конструктивным соображениям экран не следует делать слишком плотным. Практически доста­точно, чтобы расстояние между проводниками диаметром 2...3 мм не превышало 0,05...0,1 от минимальной волны рабочего диапазона. Можно пренебречь влиянием элементов (из металла или диэлектрика) на работу рефлектора, если они расположены в плоскости самого рефлекто­ра или за ним. Проводники, образующие экран, можно соединить между собой при необходи­мости в любом месте. В частности, их можно приваривать или припаивать к металлической раме. Во избежания дополнительных помех не следует допускать, чтобы проводники (полотна антенны или рефлектора) под действием ветра терлись, либо касались друг друга. Один из возможных вариантов антенны с рефлектором показан на рис. 11.14.

 

   Полотно антенны может состоять из трубок, толстого провода или из плоских проводников- планок. Такая конструкция может быть выпол­нена полностью из металла. В местах соеди­нений элементы антенны должны иметь между собой электрический контакт. Описываются хорошие результаты у подобной антенны, рефлектор которой выполнен из металлической сетки.

Следует иметь в виду, что с обратной стороны рефлектора может быть расположено еще одно активно полотно антенны, рассчитанное для работы в таком же или более высокочастотном диапазоне. В этом случае габариты экрана определяются максимальной длиной волны рабочего диапазона антенн, а его плотность (расстояния между проводами рефлектора) - минимальной длиной волны. Если поляризации антенн, расположенных по разные стороны экрана, не совпадают, например, взаимно перпендикулярны, то для второй антенны необходимо изготовить свой рефлектор, провода которого могут располагаться в плоскости первого (пересекать или накладываться на его проводники) и должны быть параллельны век­тору поля E второй антенны. В случае касания проводов рефлекторов их целесообразно в этих точках перепаять друг с другом.

Непосредственный практический интерес представляют вопросы согласования с питаю­щим фидером z-антенны с экраном.

На значение КБВ в тракте с волновым сопро­тивлением 75 ом в значительной степени влияют как ширина планки d™ (или радиус провода г), так и расстояние S, на которое полотно антенны удалено от экрана.

 

На рис. 11.15 приведены зависимости КБВ от l/& для z-антенны при S = 0,16&max и различ­ными размерами dпл. Первая кривая приведена для dпл = 0,003&._макс. С увеличением ширины планки КБВ заметно возрастает, однако по конструктивным соображениям затруднительно применять планки шириной большей, чем dпл = (0,16...0,17) I. Максимум КВБ имеет место при l/&= 0,25 и почти не зависит от ширины планки. Для получения приемлемого согласо­вания z-антенны с фидером в широком диапа­зоне частот полотно антенны следует распо­лагать от экрана на расстоянии S= 0,18 &max.  Однако размер S влияет и на направленные свойства антенны. С его увеличением КНД антенны снижается и сужается диапазон частот, в пределах которого направленные свойства z- антенны не претерпевают заметных изменений. Таким образом, с точки зрения улучшения последних, размер S желательно уменьшать, а с точки зрения согласования - увеличивать.

Еще один вариант увеличения эффектив­ности.

Смысл этого варианта заключается в том, что к полотну 3-антенны можно добавить элементы антенны «волновой канал» - директоры и рефлекторы. Один из таких вариантов показан на рис. 11.16.

 

В литературе описывается подобный вариант антенны. При этом усиление G = 9 дБ, ширина горизонтального лепестка диаграммы направ­ленности составляет 60 градусов, а вертикаль­ного - 50.

Тяпичев ГA.

Продолжение следует...