Кв антенны многодиапазонные простые – Delta Loop (или антенна треугольник или простая многодиапазонная антенна или Антенна КВ Дельта)

Многодиапазонная КВ антенна «Несимметричный диполь»

В радиосвязи, антеннам отводится центральное место, для обеспечения лучшего ее, радиосвязи, действия антеннам следует уделять самое пристальное внимание. В сущности, именно антенна и осуществляет сам процесс радиопередачи. Действительно, передающая антенна, питаясь током высокой частоты от передатчика, производит преобразование этого тока в радиоволны и излучает их в нужном направлении. Приемная же антенна, осуществляет обратное преобразование – радиоволны в ток высокой частоты, а уже радиоприемник выполняет дальнейшие преобразования принятого сигнала.

У радиолюбителей, где всегда хочется побольше мощности, для связи с возможно более дальними интересными корреспондентами, бытует максима – лучший усилитель (КВ), это антенна.

К этому клубу по интересам, пока принадлежу несколько опосредовано. Радиолюбительского позывного нет, но интересно же! Работать на передачу нельзя, а вот послушать, составить представление, это, пожалуйста. Собственно, такое занятие называется радионаблюдение. При этом, вполне можно обменяться с радиолюбителем которого вы услышали в эфире, карточками-квитанциями, установленного образца, на сленге радиолюбителей QSL. Приветствуют подтверждения приема и многие радиовещательные КВ станции, иногда поощряя такую деятельность мелкими сувенирами с логотипами радиостанции – им важно знать условия приема их радиопередач в разных точках мира.

Радиоприемник наблюдателя может быть довольно простым, по крайней мере, на первых порах. Антенна же, сооружение не в пример более громоздкое и дорогостоящее и чем ниже частота, тем более громоздкое и дорогостоящее – все привязано к длине волны.

Громоздкость антенных конструкций, во многом вызвана и тем, что на малой высоте подвеса, антенны, особенно для низкочастотных диапазонов – 160, 80,40м, работают плохо. Так что громоздкость им обеспечивают как раз мачты с оттяжками, ну и длины в десятки, иногда сотни метров. Словом, не особенно миниатюрные штуки. Хорошо бы иметь для них отдельное поле рядом с домом. Ну, это как повезет.

Итак, несимметричный диполь.

Выше, чертеж-схема нескольких вариантов. Упомянутая там MMAНа – программа для моделирования антенн.

Условия на местности оказались таковы, что удобно умещался вариант из двух частей 55 и 29м. На нем и остановился.
Несколько слов о диаграмме направленности.

Антенна имеет 4 лепестка , «прижатых» к полотну. Чем выше частота — тем более они «прижимаются» к антенне. Но правда и усиление имеют больше . Так что на этом принципе

можно строить вполне направленные антенны, имеющие правда, в отличии от «правильных», не особенно высокое усиление. Так что размещать эту антенну нужно учитывая ее ДН.

Антенна на всех диапазонах указанных на схеме, имеет КСВ (коэффициент стоячей волны, параметр для антенны весьма важный) в пределах разумного для КВ.

Для согласования несимметричного диполя — он же Windom – нужен ШПТДЛ (широкополосный трансформатор на длинных линиях). За сим страшным названием скрывается относительно несложная конструкция.

Выглядит примерно так.

Итак, что было сделано.
Первым делом определился со стратегическими вопросами.

Убедился в наличии основных материалов, в основном конечно, подходящего провода для полотна антенны в должном количестве.
Определился с местом подвеса и «мачтами». Рекомендуемая высота подвеса – 10м. Мою деревянную мачту, стоящую на крыше дровника, по весне свернуло сходящим смерзшимся снегом — не дождалась, как не жаль, пришлось убирать. Решено было пока зацепить одну сторону за конёк крыши, высота при этом будет составлять около 7м. Маловато конечно, зато дешево и сердито. Вторую сторону удобно было подвесить на стоящей напротив дома липе. Высота там получалась 13…14м.

Что использовалось.

Инструменты.

Паяльник, понятно, с принадлежностями. Мощностью, ватт, этак на сорок. Инструмент для радиомонтажа и мелкий слесарный. Что ни будь сверлильное. Очень пригодилась мощная электрическая дрель с длинным сверлом-буром по дереву – коаксиальный кабель снижения пропустить сквозь стену. Конечно удлинитель к ней. Пользовался термоклеем. Предстоят работы на высоте – стоит позаботиться о подходящих крепких лестницах. Очень помогает чувствовать себя увереннее, вдали от земли, страховочный пояс – как у монтеров на столбах. Карабкаться наверх, конечно не очень удобно, зато можно работать уже «там», двумя руками и без особых опасений.

Материалы.

Самое главное – материал для полотна. Применил «полевку» — полевой телефонный провод.
Коаксиальный кабель для снижения, сколько нужно.
Немного радиодеталей, конденсатор и резисторы по схеме. Две одинаковые ферритовые трубочки от ВЧ фильтров на кабелях. Коуши и крепеж для тонкого провода. Маленький блок (ролик) с ухом-креплением. Подходящую пластиковую коробочку для трансформатора. Керамические изоляторы для антенны. Капроновую веревку подходящей толщины.

Что было сделано.

Первым делом отмерил (семь раз) куски проводов для полотна. С некоторым запасом. Отрезал (один раз).

Взялся за изготовление трансформатора в коробочке.
Подобрал ферритовые трубки для магнитопровода. Он изготовлен из двух одинаковых ферритовых трубочек от фильтров на кабелях мониторов. Сейчас старые мониторы на ЭЛТ просто выбрасывают и найти «хвосты» от них не особенно сложно. Можно поспрашивать у знакомых, наверняка у кого ни будь да пылится на чердаках или в гараже. Удача, если есть знакомые системные администраторы. В конце концов, в наше время, когда везде стоят импульсные блоки питания и борьба за электромагнитную совместимость ведется нешуточная, фильтры на кабелях могут быть много где, более того, такие ферритовые изделия вульгарно продаются в магазинах электронных компонентов.

Подобранные одинаковые трубочки сложены на манер бинокля и скреплены несколькими слоями липкой ленты. Намотка выполнена из монтажного провода максимально возможного сечения, такого, чтобы вся обмотка поместилась в окнах магнитопровода. С первого раза не получилось и пришлось действовать методом проб и ошибок, благо, витков совсем немного. В моем случае, под рукой не нашлось подходящего сечения и пришлось мотать двумя проводами одновременно, следя в процессе, чтобы они не перехлёстывались.

Для получения вторичной обмотки — делаем два витка двумя сложенными вместе проводами, потом вытащить каждый конец вторичной обмотки назад (в обратную сторону трубки), получим три витка со средней точкой.

Из кусочка довольно толстого текстолита, сделан центральный изолятор. Существуют специальные керамические именно для антенн, лучше конечно применять их. Поскольку все слоистые пластики пористы и как следствие весьма гигроскопичны, чтобы параметры антенны не «плавали», следует хорошенько пропитать изолятор лаком. Применил масляный глифталевый, яхтный.

Концы проводов очищены от изоляции, несколько раз пропущены через отверстия и хорошенько пропаяны с хлористым цинком (флюс «Паяльная кислота»), чтобы пропаялись и стальные жилки. Места пайки очень тщательно промываются водой от остатков флюса. Видно, что концы проводов, предварительно продеты в отверстия коробочки, где будет сидеть трансформатор, иначе придется потом продевать в эти же дырочки все 55 и 29 метров.

Припаял к местам разделки соответствующие выводы трансформатора, укоротив эти выводы до минимума. Не забывать перед каждым действием, примерять к коробочке, чтобы потом все влезло.

Из кусочка текстолита от старой печатной платы, выпилил кружок на дно коробочки, в нем два ряда дырочек. Через эти дырочки, бандажом из толстых синтетических ниток крепится коаксиальный кабель снижения. Тот, который на фото, далеко не лучший в данном применении. Это телевизионный со вспененной изоляцией центральной жилы, сама жила «моно», для навинчивающихся телевизорных разъемов. Но была в наличии бухточка трофейного. Применил ее. Кружок и бандаж, хорошенько пропитан лаком и высушены. Конец кабеля предварительно разделан.

Припаяны остальные элементы, резистор набран из четырех. Все залито термоклеем, вероятно зря – тяжеловато получилось.

Готовый трансформатор в домике, с «выводами».

Между делом было изготовлено крепление к коньку – там на самом верху две доски. Длинные полосы из кровельной стали, петелька из нержавеющей 1.5мм. Концы колечек приварены. На полосах по ряду из шести отверстий для саморезов – распределить нагрузку.

Подготовлен блок.

Керамических антенных «орешков» не добыл, применил вульгарные ролики от старинной проводки, благо, в старых деревенских домах под снос еще встречаются. По три штуки на каждый край – чем лучше изолирована антенна от «земли», тем более слабые сигналы может принять.

Примененный полевой провод с вплетенными стальными жилками и хорошо выдерживает растягивание. Кроме того, предназначен для прокладывания под открытым небом, что к нашему случаю тоже вполне подходит. Радиолюбители довольно часто изготавливают из него полотна проволочных антенн и провод неплохо себя зарекомендовал. Накоплен некоторый опыт его специфичного применения, который в первую очередь говорит, что не стоит провод сильно изгибать – лопается на морозе изоляция, влага попадает на жилы и они начинают окисляться, в том месте, через некоторое время, провод и рвется.

По сему, завязывать узлы на нем не рекомендуют. Был применен стандартный крепеж для тонкого троса. Зажим и коуш, которые и позволили избежать сильных «перегибов на местах».

Железка для конька была закреплена на месте. Едва добрался.
По ходу натягивания, оценив усилие на разрыв, решил, не доводя до греха, снять нагрузку с центрального изолятора из текстолита. Чтобы все не переделывать, вышел из положения так.

К счастью, крепежи, памятуя о часто сворачивающихся резъбах, приобрел в двойном количестве. Пригодились.
Несколько изменились и точки подвеса антенны, для более удобного расположения кабеля снижения.

На верхушке дерева, короткой веревкой, за неподвижное «ухо» закреплен блок. Через него перекинут шнур от изоляторов на конце проволочного полотна антенны. Шнур спускается вниз. На него через карабин, подвешен, обвязанный проволокой бетонный блок, для натяжения. Подвижное «закрепление» нужно для компенсации сезонных температурных колебаний, сильного ветра, намерзания льда. Натяжение не до струнного звона, без фанатизма.

Коаксиальный кабель снижения с небольшим провисом подведен к мастерской, закреплен на стене снаружи и в нужном месте пропущен внутрь.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

usamodelkina.ru

КВ антенны

Даже представить себе невозможно, сколько антенн становится вокруг нас: мобильный телефон, телевизор, компьютер, беспроводной роутер, радиоприемники. Есть даже антенные устройства для экстрасенсов. Что такое антенна кв? Большинство людей, не связанных с радио, ответит, что это длинный провод или телескопический штырь. Чем он длиннее, тем лучше приём радиоволн. Доля истины в этом есть, но ее очень мало. Так каких же размеров должна быть антенна?

Эффективная КВ антенна

Важно! Размеры всех антенн должны быть соизмеримы с длиной радиоволны. Минимальная резонансная длина антенны равна половине длины волны.

Слово резонанс означает, что такая антенна может эффективно работать только в узкой полосе частот. Большинство антенн именно резонансные. Существуют и широкополосные антенны: за широкую полосу приходится расплачиваться эффективностью, а именно коэффициентом усиления.

Почему же работает стереотип, что чем длиннее кв антенны, тем они эффективнее? На самом деле это так, но до определённых пределов, так как это характерно только для средних и длинных волн. А с увеличением частоты размеры антенн можно уменьшить. На коротких волнах (это длины примерно от 160 до10 м) размеры антенн уже могут быть оптимизированы для эффективной работы.

Диполи

Самые простые и эффективные антенны – это полуволновые вибраторы, их ещё называют диполями. Запитываются они в центре: в разрыв диполей подаётся сигнал от генератора. Радиолюбительские портативные антенны могут работать как передающие, так и как приёмные. Правда, передающие антенны отличаются толстым кабелем, большими изоляторами – эти особенности позволяют им выдерживать мощность передатчиков.

КВ диполь на крыше дома

Самое опасное место у диполя – это его концы, где создаются пучности напряжения. Максимум тока у диполя получается посередине. Но это не страшно, потому что пучности тока заземляют, тем самым, защищая приемники и передатчики от грозовых разрядов и статического электричества.

Обратите внимание! При работе с мощными радиопередатчиками можно получить удар от высокочастотных токов. Но ощущения будут не такими, как от удара от розетки. Удар будет ощущаться как ожог, без тряски в мышцах. Это получается из-за того, что высокочастотный ток течёт по поверхности кожи и вглубь тела не проникает. То есть от антенны можно подгореть снаружи, но внутри остаться нетронутым.

Многодиапазонная антенна

Довольно часто необходимо установитъ более одной антенны, но это не удается. И ведь помимо радиоантенны на один диапазон нужны антенны и на другие диапазоны. Решение задачи – использовать многодиапазонную антенну кв диапазона.

Обладая довольно приличными характеристиками, многодиапазонные вертикальные антенны могут решить антенную проблему для многих коротковолновиков. Они становятся очень популярными по ряду причин: нехватка пространства в стеснённых городских условиях, рост числа любительских радиодиапазонов, так называемая жизнь «на птичьих правах» при съёме квартиры.

Многодиапазонная антенна в городе

Многодиапазонные вертикальные антенны не требуют много места для своей установки. Портативные конструкции можно расположить на балконе либо выйти с этой антенной куда-нибудь в близлежащий парк и поработать там в полевых условиях. Самые простые КВ антенны представляют собой одиночный провод с несимметричной запиткой.

Кто-то скажет укороченная антенна – это не то. Волна любит свой размер, поэтому кв антенна должна быть большой и эффективной. С этим можно согласиться, но чаще всего нет возможности для приобретения такого устройства.

Изучив интернет и посмотрев конструкции готовых изделий от разных фирм, приходишь к выводу: их очень много, и они очень дорогие. А всего в этих конструкциях провод для кв антенн и полтора метра штырька. Поэтому будет интересен, особенно начинающему, быстрый, простой и дешевый вариант самодельного изготовления эффективных кв антенн.

Вертикальная антенна (Ground Plane)

Ground Plane – это вертикальная антенна для радиолюбителей с длинным штырем, равным четверти длины волны. Но почему четверти, а не половине? Здесь недостающая половина диполя – это зеркальное отражение вертикального штыря от поверхности земли.

Но так как земля очень плохо проводит электричество, то в качестве нее используют либо листы металла, либо просто несколько проводов, раскинутых ромашкой. Их длину тоже выбирают равной четверти длины волны. Это и есть антенна Ground Plane, в переводе значит земляная площадка.

Заземление Ground Plane антенны

Большинство автомобильных антенн для радиоприёмников сделано по такому же принципу. Длина волны радиовещательной УКВ диапазона – это около трёх метров. Соответственно четверть полуволны будет 75 см. Второй луч диполя отражается в корпусе автомобиля. То есть такие конструкции должны принципиально монтироваться на металлической поверхности.

Коэффициент усиления антенны – отношение напряженности поля, получаемого от антенны, к напряженности поля в той же точке, но полученного от эталонного излучателя. Это отношение выражается в децибелах.

Рамочная магнитно-петлевая антенна

В тех случаях, когда простейшая антенна не может справиться с задачей, может использоваться вертикальная магнитно-петлевая антенна. Её можно сделать из дюралевого обруча. Если в горизонтальных рамочных антеннах на их технические показатели не оказывает влияние геометрическая форма и способ запитки, то на вертикальные антенны это оказывает влияние.

Магнитная антенна из обруча

Такая антенна функционирует на трёх диапазонах: десять, двенадцать и пятнадцать метров. Перестраивается с помощью конденсатора, который должен быть надежно защищен от атмосферной влаги. Питание осуществляется любым кабелем 50-75 Ом, потому как согласующее устройство обеспечивает трансформацию выходного сопротивления передатчика в сопротивление антенны.

Укороченная дипольная антенна

Существуют укороченные антенны на 7 МГц, длина плеч которых составляет всего около трёх метров. Конструктив антенны включает в себя:

  • два плеча порядка трех метров;
  • изоляторы на краях;
  • веревочки для оттяжек;
  • катушка удлинительная;
  • небольшой шнур;
  • центральный узел.

Длина намотки катушки составляет 85 миллиметров и 140 намотанных вплотную витков. Точность здесь не так важна. То есть если витков будет больше, то это можно компенсировать длиной плеча антенны. Можно укорачивать и длину намотки, но это более сложно, придётся распаивать концы крепления.

Длина от края намотки катушки до центрального узла составляет порядка 40 сантиметров. В любом случае после изготовления антенну придётся настраивать подбором длины.

Вертикальная кв антенна своими руками

Как смастерить самому? Взять ненужную (или купить) недорогую удочку из карбона, 20-40-80. Наклеить на нее с одной стороны бумажную полоску с разметками точек. В отмеченные места вставить клипсы для подключения перемычек и шунтирования ненужной катушки. Таким образом, антенна будет переключаться с диапазона на диапазон. В заштрихованных областях будут намотаны укорачивающая катушка и указанное количество витков. В саму «удочку» вставляется штырь.

Походная антенна из удочки

Также понадобятся материалы:

  • медный обмоточный провод используется диаметром 0,75 мм;
  • провод для противовеса диаметром 1,5 мм.

Штыревая антенна обязательно должна работать с противовесом, иначе она не будет эффективной. Итак, при наличии всех этих материалов останется только намотать проволочный бандаж на удилище так, чтобы получилась сначала большая катушка, затем меньше и ещё меньше. Процесс переключения диапазонов антенны: от 80 м до 2 м.

Выбор первого кв трансивера

При выборе коротковолнового трансивера начинающего радиолюбителя в первую очередь надо уделить внимание тому, как его купить, чтобы не ошибиться. Какие тут есть особенности? Существуют необычные узкоспециализированные радиостанции – это не подходит для первого трансивера. Не нужно выбирать носимые радиостанции, предназначенные для работы на ходу со штыревой антенной.

Трансивер PICASTAR

Такая радиостанция не удобна для того, чтобы:

  • ее использовать в качестве радиолюбительского обычного аппарата,
  • начать проводить связь;
  • научиться ориентироваться в радиолюбительском коротковолновом эфире.

Также есть радиостанции, которые программируются исключительно с компьютера.

Простейшие самодельные антенны

Для радиосвязи в полях бывает нужно связаться не только на расстояния в сотни километров, но и на небольшие расстояния с маленьких носимых радиостанций. Не всегда возможна устойчивая связь даже на небольшие расстояния, так как рельеф местности и крупные постройки могут мешать распространению сигнала. В таких случаях может помочь подъём антенны на небольшую высоту.

Высота даже такая, как 5-6 метров, может дать значительную прибавку в сигнале. И если с земли была слышимость очень плохая, то при подъёме антенны на несколько метров ситуация может значительно улучшиться. Конечно, установкой десятиметровой мачты и многоэлементной антенны однозначно улучшится и дальняя связь. Но мачты и антенны есть не всегда. В таких случаях выручают самодельные антенны, поднятые на высоту, например, на ветку дерева.

Немного слов о коротковолновиках

Коротковолновиками являются специалисты, обладающие знаниями в области электротехники, радиотехники, радиосвязи. К тому же они владеют квалификацией радиста, способны вести радиосвязь даже в таких условиях, в которых не всегда соглашаются работать профессионалы-радисты, а в случае необходимости способные быстро найти и устранить неисправность в своей радиостанции.

Молодые коротковолновики

В основе работы коротковолновиков лежит коротковолновое любительство – установление двусторонней радиосвязи на коротких волнах. Самыми юными представителями коротковолновиков являются школьники.

Антенны мобильных телефонов

Ещё десяток лет тому назад из мобильных телефонов торчали небольшие пипочки. Сегодня ничего такого не наблюдается. Почему? Так как базовых станций в то время было мало, то повысить дальность связи можно было, только увеличив эффективность антенн. В общем, наличие полноразмерной антенны мобильного телефона в те времена повышало дальность его работы.

Сегодня, когда базовые станции натыканы через каждые сто метров, такой необходимости нет. К тому же с ростом поколений мобильной связи есть тенденция увеличения частоты. Вч диапазоны мобильной связи расширились до 2500 МГц. Это уже длина волны всего 12 см. И в корпус антенны можно вставить не укороченную антенну, а многоэлементную.

Без антенн в современной жизни не обойтись. Их разнообразие такое огромное, что о них можно рассказывать очень долго. Например, существуют рупорные, параболические, логопериодические, направленные антенны.

Видео

Оцените статью:

elquanta.ru

Простые КВ — антенны.

Подробности
Категория: Любительская радиосвязь

   Многодиапазонный диполь.

Конструкцию указанной антенны мне по эфиру сообщил лет 10…15 назад радиолюбитель В.Волий (UA6DL), за что я ему очень благодарен. Антенна работает до сих пор, и ее работой как резервной антенны я, в принципе, доволен. Измеренные значения КСВ для частоты 1,9 МГц — 1,9; для 3,6 МГц — 1,3; для 7,05 МГц-1,2; для 14,1 МГц -1,4; для 21,2 МГц -1,7; для 28,6 МГц — 1,6. Конструкция антенны показана на рис.1. Антенна представляет собой обыкновенный диполь с длиной луча 20,5 м. Антенна питается коаксиальным кабелем волновым сопротивлением 50…75 Ом. Для согласования применяется широкополосное согласующее устройство на ферритовом кольце и двухпроводная линия с волновым сопротивлением 300 Ом. Двухпроводная линия выполнена из телевизионного кабеля КАТВ длиной 17,7 м, разомкнутого на конце. Широкополосный трансформатор изготовлен на ферритовом кольце марки 30…50 ВЧ с наружным диаметром 24…32 мм — в зависимости от пропускаемой мощности (1 см поперечного сечения керна кольца способен передать без повреждения около 500 Вт). Если одного кольца недостаточно, берут два-три кольца, сложенных вместе. Кольцо (кольца) предварительно обматывают фторопластовой лентой. При максимальной мощности кольцо может нагреваться до 70°С. Коэффициент трансформации широкополосного трансформатора — 1:4. Для изготовления трансформатора на кольцо наматывается сложенный параллельно провод ПЭВ 00,8…1,0 или многожильный провод в виниловой или фторопластовой изоляции (не боится нагрева). Количество витков-9…10. После намотки конец одного провода соединяется с началом другого, образуя среднюю точку. Широкополосный трансформатор крепится на расстоянии 5,9 м от точки подключения диполя к двухпроводной линии. Трансформатор защищают от воздействия влаги, обматывая его изоляционным материалом и покрывая лаком. Полотно антенны изготовлено из оцинкованного провода диам. 2 мм, и, по-видимому, только поэтому она простояла столь длительное время в условиях кислотных дождей Донбасса.

 


 
Рис. 1

В принципе, плечи антенны можно выполнить из 5…8 скрученных медных проволочек марки ПЭВ 0,8 мм. Проверено — прочность хорошая. Горизонтальный проволочный волновой канал. Как гласит радиолюбительская мудрость, лучшим усилителем высокой частоты в трансивере (приемнике) является антенна. И это правда на 100%! Имея хорошую антенну, можно даже на самодельный трансивер работать с DX, и наоборот, на дорогой импортный трансивер и плохую антенну тех же корреспондентов высокой частоты «слабых» корреспондентов не «вытянешь». Для этих целей широко применяют антенны направленного действия, поскольку они позволяют сконцентрировать большую часть излучаемой электромагнитной энергии в определенном направлении, увеличивая тем самым напряженность поля в месте приема и уменьшая помехи в других направлениях, а также получать больший уровень сигнала при приеме с этого направления. Разумеется, наилучшим вариантом является установка вращающейся направленной антенны, однако не всем коротковолннокам доступны приобретение и установка такой антенны.

 


 
Рис.2

Предлагаю конструкцию компромиссного варианта однодиапазонной двухэлементной антенны «Волновой канал» (рис.2) с фиксированной диаграммой направленности. Антенна располагается в горизонтальной плоскости и обладает четко выраженными направленными свойствами. Конструкция антенны понятна из рисунка. В указанной антенне один вибратор активный — это полуволновой диполь, второй вибратор пассивный — директор. Ток в пассивном вибраторе создается за счет электромагнитной индукции полем активного вибратора. Изменяя длину пассивного вибратора и его расстояние от активного вибратора, можно менять относительную фазу тока в нем. На этом и основан принцип концентрации электромагнитной энергии в определенном направлении. Если фаза тока в пассивном вибраторе такова, что результирующее поле в направлении этого вибратора увеличивается, а в противоположном уменьшается, пассивный вибратор работает как директор. Такая антенна дает выигрыш по мощности около 5 дБ. Существенно и ослабление помех от радиостанций, находящихся перпендикулярно и сзади направления на корреспондента, которое у этой антенны составляет приблизительно 15 дБ. Антенна, изготовленная по приведенным размерам, как правило, в подгонке длины элементов и расстояния между ними не нуждается. Полотно антенны выполняется из медного канатика, медной, оцинкованной или бимметаллической проволоки диам. 2 мм. Если такой проволоки в наличии не оказалась, можно изготовить самодельный медный канатик из свитых с шагом 2-3 витка на 1 см 6…8 проводов ПЭВ-I или ПЭВ-II 0,7…0,8 мм. Концы канатика должно быть хорошо пропаяны. Такой самодельный канатик из провода довольно прочен. Естественно, перед установкой этой антенны радиолюбитель должен определить для себя наиболее интересующее направление излучения (приема). Конструктивные размеры антенны для каждого диапазона приведены в табл.1.

 








Диапазон, м

Длина директора (D),M

Длина вибратора (W),M

Расстояние W-D, м

20

9,73

10,34

2.13

17

7.56

8,08

1,65

15

6,48

6,87

1.42

12

5,49

5,87

1,20

10

4,80

5,11

1.06

Само полотно антенны с помощью капронового (синтетического) шнура крепится к стационарным опорам, в качестве которых могут служить здания, жилые дома, высокие деревья и т.д. В качестве изоляторов применяют фарфоровые орешковые изоляторы. Однако, если такие изоляторы не удалось приобрести, их с успехом могут заменить самодельные изоляторы из текстолита или гетинакса. Для их изготовления берется изоляционный брусок(параллелепипед из текстолита, гетинакса и т.д.) подходящих размеров, и в нем сверлятся два отверстия по диаметру провода по углом 90°. Самодельные изоляторы обязательно должны работать на сжатие. В качестве фиксаторов расстояния (распорок) между директором и активным элементом служат изоляционные планки из бамбука (сосны, гетинакса или текстолита). Все соединения шнуром производятся только вязкой (узлы). Для защиты от влаги изоляторы и распорки покрывают изоляционным лаком. Конструкция этих изоляторов показана на рис.3.

 


 
Рис. 3

Простая эффективная антенна G3XAP на 160 и 80 м.

Дальняя связь на коротких волнах осуществляется за счет так называемой пространственной волны, которая отражается ионосферой и может иметь как вертикальную, так и горизонтальную поляризацию. При работе на диапазонах 160 и 80 м радиолюбители-коротковоновики используют как земные, так и пространственные волны. Именно поэтому желательно для этого диапазона иметь антенну с вертикальным излучением. Поскольку вертикальный четвертьволновой вибратор для диапазона 160 м трудно представить себе даже в воображении (его высота должна быть около 40 м!), антенну на низкочастотные диапазоны приходится изготавливать компромиссной. Ее излучатель состоит из горизонтальных и вертикальных проводников (рис. 4), или излучатель располагают под углом к горизонту.

 


 
Рис. 4

Естественно, чем больше высота вертикальной части антенны, тем выше ее эффективность. Кроме того, эффективность вертикальной U4 антенны во многом зависит от качества заземления. Лучше всего использовать специальное заземление — вбитый в сырую землю штырь, закопанный лист оцинкованного железа и т.д. В крайнем случае можно использовать закрепленные в грунте металлические конструкции. Недопустимо использовать в качестве такого заземления трубы водопровода и отопления, т.к. помимо низкого качества работы такого заземления, возможны сильные помехи приему радио и телевидения, а также ожоги токами высокой частоты людей при прикосновении к трубопроводам. Предлагаемая антенна в конце 80-х годов была повторена Юрием, US31VZ, ex RB41VZ. Активно работая SSB на диапазоне 160 м, за один год он получил QSL из 150 областей бывшего СССР. US3IVZ применяет эту антенну без противовесов. Для более эффективной работы она должна иметь противовесы. Стальная труба диаметром 2 дюйма установлена на небольшом опорном изоляторе, в качестве которого можно использовать фарфоровый изолятор, применяемый в электроустановках, или просто положив под вертикальную трубу лист изоляционного материала. Для настройки антенны используют конденсатор переменной емкости С^^=500 пФ, имеющий зазор между пластинами не менее 1…2 мм (в зависимости от мощности РА). О качестве согласования судят по показаниям КСВ-метра. Входное сопротивление такой антенны равно примерно 60 Ом (в зависимости от качества «земли»), поэтому желательно запитать ее коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. При тщательной настройке антенны достижим КСВ=1,1…1,2. Размеры антенны приведены в табл.2.

 





Диапазон, м

L1, м

L2, м

160

14,6

37,5

80

7.3

19,8


В.БАШКАТОВ, USOIZ, г.Горловка, Донецкой обл.

Литература

1. С.Г.Бунин, Л.П.Яйленко. Справочник радиолюбителя-коротковолновика. — Киев,»Техника», 1984.

radiofanatic.ru

Delta Loop (или антенна треугольник или простая многодиапазонная антенна или Антенна КВ Дельта)

Замкнутые проволочные антенны на КВ широко применяются радиолюбителями всех стран и национальностей. Это связано с их неоспоримыми достоинствами (которые вы несомненно знаете раз читаете эту статью, а если нет то легко найдете их на просторах паутины). Я же хотел поведать свою историю создания антенны Delta Loop, т.к. столкнулся с некоторыми трудностями при ее построении и считаю, что мой опыт может кому-нибудь пригодится.
Сделать антенну Delta Loop своими руками не сложно, как говорил один знакомый, это займет полчаса с двумя перекурами по 15 минут. Начнем с того, что определим диапазоны работы и место подвеса антенны. В мое случае необходим был диапазон 80 м. (3,5 мГц) и соответственно периметр антенны должен быть порядка 80 м. Подвес рассматривался только с балкона (спасибо соседям, живущим на последних этажах — излучение и все такое) под балконом имеется одноэтажное здание на крыше которого можно закрепить два нижних угла антенны. Треугольник как токовой не получался, поэтому правильнее назвать мою антенну «многодиапазонный неправильный параллелепипед».
Ну, начнем подбор материалов. Нам понадобится: 43 метров полевки (двойной), два ВЧ разъема (папа и мама), два ферритовых кольца 300-500 НН, капроновая веревка, 2 клемника и наконец распаичная коробка. Из колечек делаем симметрирующее устройство, а полевку разматываем в 2 бухты одинарного провода рис. 2

Рис. 1

Рис. 2

Полевку соединяем в один длинный провод (так чтобы не запуталась при размотке) как написано в как соединять полевку. А симметрирующее устройство и кейсовую часть разъема устанавливаем в распаичной коробке как показано на рис. 3.

Рис. 3
Ну собственно подготовка закончена, теперь приступаем ко второй стадии установка антенны. Растягиваем наши 86 м. (43 м+43 м) полевки таким образом, чтобы формой вся конструкция максимально напоминала равносторонний треугольник (у меня получилось не очень). Растягиваем это дело при помощи простой капроновой веревки (можно конечно применять изоляторы разного рода, но я просто привязывал веревку к полевке). Примерная схема моей «растяжки» на рис. 4

Рис. 4
Закрепляем на стене дома распаичную коробку с симитрирующим трансформатором в месте запитки антенны Рис. 5. Я запитывал антенну через один из верхний углов параллелепипеда.

Рис. 5

Ну собственно теперь третья стадия настройка. Настраиваем антенну путем уменьшения общего периметра антенны. Я настраивал при помощи измерителя АЧХ х1-47 и направленного ответвителя (спасибо Володе «Обручу»). Но можно изготовить простейший измеритель напряженности поля и настраивать по максимальному наводимому току на измерительной антенне. Процесс такой настройки описан в стать как настроить антенну без сложных измерительных приборов. А сейчас вернемся к результатам настройки. В общем то считаю достаточным просто предоставить Вам получившиеся графики. Смотрим рис 6 и рис. 7.

Рис. 6

Рис. 7

Вот такая конструкция у меня получилась. Работой антенны доволен, различий с Delta Loop правильной формы пока не заметил (была пока с соседями не поругался). В общем удачной Вам постройки и дальних QSO.
RK3DBU 73!



Category: Радио

xn--80adj3awb.xn--p1ai

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.

vashtehnik.ru

Многодиапазонная КВ антенна — Антенны КВ

Эта антенна в первую очередь представляет интерес для тех, кто проживает в небольших городах или в сельской местности. Для эффективной работы она требует хорошего заземления, которое не так просто создать в современном большом городе.
В общем случае длина излучающей части антенны (см. рис.) может быть произвольной- используя различные комбинации включения обмоток согласующего трансформатора Т, нетрудно добиться хорошего согласования антенны с питающим фидером. Однако практика показала, что наилучшей (с точки зрения простоты согласования на различных диапазонах, минимума помех телевидению) будет антенна, длина излучающей части которой кратна четверти длины волны для диапазона 80м. В частности она может составлять 42 метра, как показано на рисунке.
Согласующий трансформатор Т намотан на ферритовом кольце с внешним диаметром 50…60мм. Материал — НН100 (можно использовать до НН600). Для трансформатора подойдут, в частности, ферритовые магнитопроводы от строчных трансформаторов телевизоров (с отклоняющей системой 70°). Намотку осуществляют одновременно пятью проводами. Скручивать в жгут их не надо. Число витков (а оно одинаковое у всех пяти обмоток) не критично. Оно может лежать в пределах 6-12. Для обмоток используют медный провод в виниловой изоляции. Диаметр провода зависит от мощности передатчика. При выходной мощности 40 ВТ он должен быть не менее 0,5 мм.
Обмотки трансформатора соединяют последовательно — начало одной с концом другой. Точки соединения подпаивают к обычным однополюсным гнездам (здесь можно исполь­зовать, например, гнезда от разъемов типа ШР), а вывода кабеля, антенны в заземления — к соответствующим однопо­люсным вилкам. Трансформа­тор целесообразно установить в комнате у окна, к которому подходит антенна. Для наст­ройки антенны необходим из­меритель КСВ (позиция 2 на рисунке), который включают между передатчиком (пози­ция 1) и согласующим транс­форматором. Длина отрезка кабеля между измерителем КСВ и трансформатором долж­на быть не менее 3,5 м, а меж­ду передатчиком и измерите­лем КСВ — не менее 1 м.
При использовании излучателя длиной 42 метра на диапазоне 28 МГц центральную жилу кабеля подключают к разъему XS1, а заземление -к разъему XS4, на диапазоне 21 МГц — соответственно к XS2 и XS5, на диапазоне 14 МГц — к XS1 и XS3, на диапазоне 7 МГц — к XS3 a XS1, на диапазоне 3,5 МГц — к XS2 и XS1. Излучатель на всех диапазонах в этом случае подключают к разъему XS6. Антенна имеет КСВ не более 1,5 на диапазонах 7-28 МГц и 2 на диапазоне 3,5 МГц.


Поделитесь записью в своих социальных сетях!


При копировании материала обратная ссылка на наш сайт обязательна!

ra1ohx.ru

Согласующее устройство для многодиапазонной КВ антенны — R3RTambov

Согласующее устройство (СУ) предназначено для трансформации входного сопротивления антенны, которое, обычно, носит комплексный характер, в активное сопротивление, равное волновому сопротивлению фидера питающего антенну. 

Описываемое СУ относится к классу устройств, располагающихся между фидером и антенной.

Основное назначение этого СУ состоит даже не в том, чтобы уменьшить потери в антенно-фидерном тракте, возникающие из-за рассогласования фидера и антенны, а в том, чтобы создать комфортные условия работы для радиолюбителя и заставить антенну работать в нужных диапазонах частот.

Применяя описываемое устройство, отпадает необходимость применения, перестраиваемых на каждом диапазоне, устройств согласования трансивера с антенной. Это становится возможным из-за того, что входное сопротивление  фидера всегда будет близко к требуемому сопротивлению нагрузки трансивера. Конечно, это произойдет  только в случае, если СУ правильно спроектировано и изготовлено.

СУ не содержит в своем составе никаких коммутирующих элементов, управляемых извне (реле, диодов и др.). Оно состоит только из пассивных и линейных элементов – катушек индуктивности и конденсаторов.

Изменение характеристик, необходимое для процесса согласования в каждом из диапазонов частот происходит автоматически. Точнее СУ всегда имеет требуемые характеристики для согласования фидера с антенной на каждом диапазоне.

Таким образом, радиолюбитель, только переключив диапазон, сразу работает на согласованную с трансивером антенну.

В технических терминах задачу разработки СУ можно сформулировать так:

нужно создать (синтезировать) такой четырехполюсник (блок, узел с четырьмя выводами), который будет иметь активное и при том строго определенное входное сопротивление в оговоренных диапазонах частот, когда к его выходу подключено комплексное сопротивление нагрузки, изменяющееся определенным образом.

Основные компоненты антенно-фидерного тракта показаны на Рис.1.

Рис.1. Основные компоненты антенно-фидерного тракта

где:

Rн – требуемое сопротивление нагрузки трансивера

ρ – волновое сопротивление фидера

Zвх – входное сопротивление согласующего устройства

Za = Ra + iXa – входное сопротивление антенны

 

Для согласования необходимо, чтобы Rн = ρ = Zвх при любых возможных Za в пределах любительских диапазонов. Эту задачу и должно решать СУ.

Работа по созданию такого согласующего устройства довольно кропотлива, но она  под силу радиолюбителю средней квалификации.

В качестве исходных данных для разработки необходимо знать активную часть Ra и реактивную часть Xa входного сопротивления антенны и их зависимость от частоты в пределах интересующих диапазонов.

Есть два способа получения этих сведений: измерение и расчёт.

Для проведения измерений необходима собственно антенна (или её физическая модель), измерительные приборы и методика измерений.

Антенну, обычно, строит сам радиолюбитель.

В качестве измерительных приборов можно применять измерители  комплексных  коэффициентов  передачи Р4-11, Р4-37/1, Р4-68,  «Обзор 103», векторные анализаторы электрических цепей «R&S  ZRVE», Agilent (Hewlett Packard) 8714 ET, AEA Vector Impedance Analyzer  432916 и др.

Это дорогие приборы, поэтому радиолюбителям больше подходят  более дешевые и простые, например, анализатор антенн MFJ-269 и векторный анализатор VA1 Vector R-X Analyst [1].

Есть также очень неплохие приборы любительской разработки. Это анализатор антенн АА908, разработанный George L Heron N2APB и Joseph H Everhart N2CX  [2], векторный анализатор цепей miniVNA, разработанный Davide Tosatti IW3HEV и Alessandro Zanotti IW3IJZ [3] и векторный анализатор цепей VNA, разработанный Paul A Kiciak N2PK [4].

Можно также воспользоваться и высокочастотным измерительным мостом, например,   MFJ-202B или даже самодельным.

При проведении измерений полезно использовать известные принципы повышения достоверности результатов:

  • очень хорошо представлять себе, что и как измеряется,
  • проводить работу максимально аккуратно,
  • в процессе измерений периодически калибровать измерительную аппаратуру,
  • проводить многократные измерения на каждой из частот,
  • усреднять результаты с целью повышения точности,
  • следить за тем, чтобы результаты измерений на одной частоте не отклонялись друг от друга более чем на величину предполагаемой (желаемой) погрешности,
  • не продолжать измерений, если какой-нибудь результат измерений сильно отклонился от аналогичных, до тех пор, пока не будет найдена и устранена причина.

Следует отметить, что от точности определения входного сопротивления антенны в значительной степени зависит успех всей работы по созданию СУ. Поэтому нужно стремиться к минимальной погрешности измерений. Погрешность измерения активной и реактивной компонентов входного сопротивления антенны в 3 – 5% может считаться хорошей, — 10% — приемлемой, а 15 – 20% недопустимо большой.

Другим способом получения исходных данных для разработки СУ может быть расчет.

В настоящее время есть несколько компьютерных программ моделирования антенн ориентированных на радиолюбителей. Это MMANA, NEC4WIN, MININEC, NEC2, SuperNEC и др.

Наиболее популярна, по моему мнению,  MMANA.

С ее помощью любой радиолюбитель может промоделировать расчетным способом антенну, которую он хотел бы построить. В результате он получит коэффициент усиления, диаграмму направленности, активную и реактивную компоненты входного сопротивления, КСВ в питающем фидере и некоторые другие характеристики модельной антенны.

В радиолюбительских средствах информации и в эфире на протяжении последних лет появляются противоречивые отзывы о точности расчетов, выполненных программой MMANA — от восторженных до весьма критических. И те, и другие бывают очень убедительны. Однако я бы отметил, что негативные результаты получаются в случаях моделирования антенн в нетипичных условиях или при ошибках в исходных данных. Например, при очень низком (по отношению к длине волны или длине антенны) расположении антенны над землей, при неудачном разделении антенны на расчетные сегменты и т.п.

При соблюдении известных ограничений на расчетную модель (антенну), результаты расчетов по программе MMANA получаются вполне вразумительными и похожими на истину. Во многих случаях любительской практики результаты таких расчетов получили хорошее экспериментальное подтверждение.

Воспользуемся и мы для примера разработки СУ расчетами, которые выполним с помощью программы MMANA. Рассчитаем треугольную рамочную антенну с периметром  30,86 м + 30,91 м + 30,91 м из медного провода диаметром 1,7 мм, поднятую на 20 метров над землей с удельной проводимостью 5 мСим/м и относительной диэлектрической проницаемостью 13. Точка подключения фидера — линии с волновым сопротивлением 75 Ом — вершина одного из углов.

Нужно учитывать, что при расчете входного сопротивления антенн в MMANA предполагается, что земля идеальна, т.е. имеет равное нулю удельное сопротивление. Реальная земля такими свойствами не обладает и поэтому в результат расчета входит методическая погрешность, которая тем меньше, чем выше высота подвеса антенны над землей. Пренебрежимой такая погрешность может считаться при высоте подвеса более

где:

– высота подвеса, м

λ – длина волны, м.

Для получения корректных результатов в диапазоне 3,5 МГц и более высокочастотных, высота антенны над землей должна быть больше 13,6 м. Диаграммы направленности и коэффициенты усиления моделируемой антенны для разработки СУ не имеют значения, а активная Ra и реактивная Xa части входного сопротивления необходимы.

Графики полученных зависимостей Ra и Xa от частоты приведены на Рис. 2.

Рис. 2. Графики зависимости компонентов входного сопротивления антенны от частоты

Легко заметить, что график отражает несколько явно выраженных чередующихся резонансов, подобных резонансам последовательного и параллельного колебательных контуров. Это совпадает с физическими представлениями о процессах, происходящих в антенне, которая, по сути, представляет собой электрическую систему с распределенными параметрами – длинную линию.

На частотах последовательного резонанса активное сопротивление Ra принимает минимальное значение (провал на графике), а реактивное сопротивление Xa — нулевое значение, пересекая ось частот от отрицательных (емкостных) значений к положительным (индуктивным). На частотах параллельного резонанса Ra принимает максимальное значение, а Xa — нулевое значение, пересекая ось частот, наоборот, от положительных индуктивных значений к отрицательным — емкостным.

Резонансные частоты и величины входных сопротивлений антенны на этих частотах сведены в Таблицу 1.

Таблица 1

Fпосл., МГцRa, ОмFпар., МГцRa, Ом
3,35132,814,742948,23
6,62292,378,024344,85
13,11241,7714,422322,18
19,58161,7320,953219,68
22,86285,2024,111874,29
26,01276,0227,352588,33
29,29184,9730,63

2657,92

 

На резонансных частотах характеристики антенны сильно изменяются: значительно возрастает или снижается активное сопротивление Ra, изменяется от емкостного к индуктивному (или наоборот) характер сопротивления Xa. Это усложняет реализацию СУ. Для преодоления этой трудности напрашивается следующий, казалось бы, парадоксальный вывод: для работы антенны совместно с многодиапазонным СУ желательно применять такую антенну, которая не будет иметь ни последовательного, ни параллельного резонанса, ни на одном из любительских диапазонов частот.

Парадокс состоит в том, что, при разработке антенны, любители, наоборот, стараются настроить ее в резонанс. Этими соображениями определяется выбор частоты основного резонанса модели антенны. Из Таблицы 1 видно, что эта частота составляет 3,35 МГц. К сожалению, несмотря на попытку оптимального выбора частоты основного резонанса, все же не удалось избавиться от последовательного резонанса в диапазоне 10 м на частоте 29,29 МГц.

Проблема заключается в том, что, как видно из таблицы, разница между соседними последовательным и параллельным резонансами составляет около 1,4 МГц, а ширина любительского диапазона 10 м – 1,7 МГц. Поэтому, как бы мы ни выбирали частоту основного резонанса в районе 3,35 МГц, все равно в диапазоне 10 м получим хотя бы один резонанс.

Если же выбрать частоту основного резонанса 3,4 МГц, при которой межрезонансный интервал составит как раз около 1,7 МГц и последовательный резонанс смещается на 29,75 МГц, то получим последовательный резонанс на 21,2 МГц, что с моей точки зрения еще хуже, чем в первом варианте. Существенно укорачивать антенну не хотелось бы из-за снижения ее эффективности. Выбор оптимальной резонансной частоты довольно кропотливая работа требующая значительных затрат времени для моделирования и анализа, оставим ее заинтересованному читателю.

Если резонансные частоты антенны, благодаря описанному выбору частоты основного резонанса, находятся вне любительских диапазонов, то изменения Ra и Xa внутри диапазонов происходят монотонно без экстремумов (отсутствуют «горки» и «впадины») и, наоборот, при наличии резонанса – с экстремумом.

В качестве примера на Рис. 2 приведены графики зависимости Ra и Xa от частоты в диапазоне 3,5 МГц, а на Рис. 3 – в диапазоне 28 МГц. На Рис. 3 видно, что Xa пересекает ось частот в около частоты 29,29 МГц, при этом Ra принимает минимальное значение. Для упрощения задачи и благодаря малой относительной ширине любительских диапазонов, примем решение о приемлемости точного согласования антенны и фидера только на одной частоте в каждом любительском диапазоне за исключением диапазона 10 м. При этом предполагаем, что благодаря отсутствию резонансов в пределах диапазона, согласование на других частотах диапазона останется удовлетворительным. Для проверки такого предположения рассчитаем Г-образные цепочки согласования для нашей антенны в диапазонах 14 МГц и 24 МГц.

Для диапазона 14 МГц применим LC цепочку с L = 4,31 мкГн и C = 30,7 пФ, а для диапазона 24 МГц – с L = 2,07 мкГн и C = 12,2 пФ.
Графики зависимости КСВ в этих диапазонах от частоты приведены на Рис. 4 и Рис. 5.

Рис. 2. График зависимости компонентов входного сопротивления антенны от частоты в диапазоне 80 м

 

Рис. 3. График зависимости компонентов входного сопротивления антенны от частоты в диапазоне 10 м

 

Рис. 4. График зависимости КСВ от частоты в диапазоне 20 м с Г-образным согласующим звеном

 

Рис. 5. График зависимости КСВ от частоты в диапазоне 12 м с Г-образным согласующим звеном

Видно, что согласование в пределах диапазона получается удовлетворительным. Казалось бы, на этом решение задачи можно и заканчивать. Определив для середины каждого диапазона компоненты входного сопротивления антенны, нужно рассчитать для каждого диапазона согласующую Г-образную цепочку, поставить все цепочки межу фидером и антенной и получить желаемое согласование на всех диапазонах. К сожалению, так просто задача не решается. Как бы мы ни соединяли цепочки, они будут так влиять друг на друга, что согласования не получится.

Есть два выхода из создавшейся ситуации: переключать согласующие цепочки с помощью реле или рассчитать такие цепочки, чтобы, несмотря на взаимное влияние их друг на друга, согласование все-таки происходило. Как уже было сказано выше, первый из этих вариантов нас не устраивает. Поэтому будем синтезировать согласующий четырехполюсник.

Вообще при разработке электрических схем могут решаться две разные задачи:

  1. Первая, более простая, состоит в том, чтобы проводить анализ схемы. На основе интуиции, обобщения опыта работы, расчетных оценок или еще как-то создается первое приближение схемы, выбираются значения ее элементов, и производится анализ. В результате анализа получаются данные о том, как работает эта схема: величины токов, напряжений, времена процессов, резонансные или иные частоты и др. Сравниваются эти результаты с заданием (с пожеланиями) и, если схема работает не так как нужно, то в нее вносятся изменения и проводится повторный анализ. Так продолжается до тех пор, пока не будет получен желаемый результат.
  2. Вторая задача состоит в том, чтобы, имея тем или иным образом формализованное задание (математическое выражение выполняемых функций, набор графиков, характеристик), целенаправленно действуя по определенному алгоритму, создавать (синтезировать) именно ту схему, которая сразу будет обладать требуемыми свойствами.Вторая задача сложнее и даже теоретически не имеет решения на все случаи жизни, а решена только для некоторых типов схем. Это двухполюсники, четырехполюсники в приложении к фильтрам, согласующим устройствам и некоторые другие.

Хотя формально для решения задачи согласования фидера и антенны необходим четырехполюсник – два вывода подключаются к фидеру и два к антенне, мы будем пользоваться принципами синтеза двухполюсников, как более простыми. Согласующий четырехполюсник будет состоять из двух двухполюсников. Один из них будет подключен между фидером и антенной, а второй параллельно выводам антенны.

Схематически это изображено на Рис. 6.

Рис. 6. Схема подключения согласующих элементов

где: ДП – двухполюсник

Функции двухполюсников в схеме сильно различаются. Задача, решаемая двухполюсником ДП2, состоит в приведении величины активного сопротивления Ra к величине волнового сопротивления фидера ρ. При этом абсолютная величина реактивного сопротивления Xa может не только не уменьшится, но даже увеличится.

Задача двухполюсника ДП1 — в приведении к нулю реактивного сопротивления Xm, которое получилось после подключения к антенне ДП2. При этом величина активного сопротивления Rm = ρ, которая получилась после подключения ДП2, должна остаться неизменной. Если удастся синтезировать такие двухполюсники, то задача многодиапазонного согласования нерезонансной КВ антенны будет решена. Синтез реактивных двухполюсников будем вести на основе известных теоретических выкладок [5].

Нас интересует именно реактивный двухполюсник, состоящий только из емкостей и индуктивностей и не содержащий активных сопротивлений. В таком двухполюснике не происходит потерь энергии и КПД системы фидер – СУ – антенна получается наивысшим. Правда, идеальных емкостей и индуктивностей не бывает. Реальные элементы схем имеют неустранимые потери энергии, но чем выше добротность катушек индуктивности и меньше тангенс угла потерь конденсаторов, тем выше будет КПД и точнее результаты проектирования СУ.

После решения задачи синтеза двухполюсника из идеальных компонентов весьма полезно провести математическое моделирование СУ, например, с помощью программы RFSim99, с указанием реализуемых на практике потерь и посмотреть насколько ухудшатся характеристики согласования. Теория решает задачу синтеза двухполюсника, исходя из знания аналитического выражения (формулы) функции цепи (по сути входного сопротивления). Несмотря на то, что у нас нет такой формулы, теория нам сильно поможет, т.к. она определяет общий вид схем синтезируемых реактивных двухполюсников.

Входное сопротивление двухполюсника может описываться выражением

где:
Ζ(¡ω) – входное сопротивление
ω – круговая частота,
f – частота
L – индуктивность
C – ёмкость
ωρ – резонансная частота параллельного колебательного контура.

 

Входная проводимость двухполюсника может описываться выражением

где:
ϒ (¡ω) – входное сопротивление
ω – круговая частота,
f – частота
L – индуктивность
C – ёмкость
ωρ – резонансная частота последовательного колебательного контура.

 

Эти формулы соответствуют двум вариантам схемного исполнения двухполюсников, изображенным на Рис. 7 и Рис. 8.

Рис. 7. Схема двухполюсника, соответствующая формуле (1)

 

Рис. 8. Схема двухполюсника, соответствующая формуле (2)

На Рис. 7 видно, что индуктивность L определяет сопротивление двухполюсника на верхних частотах. Сопротивления емкостей С, С3, С4,…Сn при возрастании частоты стремятся к нулю, а сопротивление индуктивности L растет. Поэтому ток, протекающий на верхних частотах, определяется, в основном, сопротивлением индуктивности, что и показывает формула (1).

На низких частотах сопротивления индуктивностей L, L3, L4, …Ln, наоборот, малы. Ток будет определяться сопротивлением емкости С. На промежуточных частотах ток через двухполюсник, изображенный на Рис. 7 будет определяться совместным действием L, C и колебательных контуров L3C3, L4C4, L5C5,…LnCn. При этом влияние колебательных контуров на входное сопротивление двухполюсника будет особенно сильно проявляться вблизи резонансной частоты каждого из контуров.

Все сказанное относится и к схеме на Рис. 8, с той лишь разницей, что говорить нужно не о сопротивлениях, а о проводимостях. И влияние на проводимость на низких частотах будет оказывать, в основном, индуктивность L, а на высоких – емкость С. Приведенные схемы, при определенном выборе величин элементов, могут иметь одинаковые входные сопротивления, в этом случае схемы эквивалентны.

Применение той или иной схемы определяется удобством и возможностью реализации рассчитанных компонентов. Для расчетов более удобно использовать проводимости при параллельном подключении к внешней цепи или сопротивления – при последовательном, т.к. в этих случаях, для определения суммарного действия просто применяется операция сложения. На практике трудно реализовать ёмкости величиной менее десятых долей пикофарады или индуктивности менее единиц наногенри. Если при расчете получаться такие величины элементов, то изменение схемы двухполюсника и новый расчет могут помочь решить проблему.

Количество элементов в двухполюсниках ДП1 и ДП2 зависит от количества точек точного согласования антенны с фидером. Если нужно провести согласование только на двух диапазонах и по одной точке на каждом из них, то можно обойтись двумя элементами — L и C в каждом из двух двухполюсников. Если нужно согласование в трех точках на двух диапазонах или в трех точках на трех диапазонах, то придется использовать схему из L, C, L3C3. Если в пяти точках – L, C, L3C3, L4C4, L5C5 и т.д. (Нумерация элементов в тексте по Рис. 7 и Рис. 8.) Схемы таких СУ изображены на Рис. 9.

Рис. 9. Варианты схем СУ

Для разрабатываемого СУ применим согласование в девяти точках любительских диапазонов на частотах 3,65; 7,05; 10,125; 14,2; 18,2; 21,2; 25; 28,5; 29,5 МГц. Схема согласования получается довольно громоздкой и будет приведена ниже. Определим значения элементов двухполюсника ДП2. Для этого необходимо составить и решить систему из девяти уравнений с девятью неизвестными.

Основой для системы уравнений может служить равенство вещественной части входного сопротивления, соединенных параллельно входных сопротивлений антенны и ДП2, волновому сопротивлению фидера. Как указывалось выше, это главное назначение ДП2.
Математически это выглядит так:

где:

Za — комплексное входное сопротивление антенны

YДП2 — комплексная входная проводимость ДП2

 

Система уравнений, в сокращенной записи, выглядит так:

В этой системе уравнений известны следующие величины:

ω1, ω2, … ω9 — круговые частоты, на которых производятся точные согласования,

Ra, Xa  — вещественная и мнимая компоненты входного сопротивления антенны в точках точного согласования,

p — волновое сопротивление фидера,

Неизвестны индуктивности L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8, L9.

ω2d, ω3d, … ω9d — частоты настройки последовательных колебательных контуров, подключенных параллельно антенне. Эти частоты необходимо выбрать. Их нужно выбирать между частотами точного согласования. Для начала можно руководствоваться знаком мнимой части входного сопротивления антенны, если входное сопротивление в точке согласования емкостное (отрицательное), то последовательный контур следует настроить выше точки согласования и наоборот.

Решать такую систему комплексных уравнений вручную едва ли разумно и возможно. Поэтому нужно воспользоваться математическим комплексом (пакетом) программ решающим такие системы уравнений, например, Mathcad. Система уравнений сложная и не обязательно имеет решение при любых исходных данных. Поэтому, при решении, очень вероятно придется варьировать частоты настройки контуров. После решения системы будут определены значения индуктивностей, но для колебательных контуров нужно определить еще и емкости. Это делается по известной формуле:

В результате расчета для промоделированной выше антенны получились величины элементов контуров и частот их настройки, приведенные в Таблице 2.

Таблица 2

Величина L получилась равной 23 мкГн.

После проведения расчета величин элементов двухполюсника ДП2 очень полезно проверить правильность решения системы уравнений. Для этого нужно подставить в левую часть уравнений все, теперь уже известные, величины. В результате должны получиться действительные (активные) части входного сопротивления равными волновому сопротивлению фидера.

Частота, МГц3,657,0510,12514,218,221,22528,529,5
Rm, Ом7575,00275,002757575757575
Xm, Ом-214202196385508487325-338-139

После подстановки получились результаты, помещенные в Таблицу 3.

Таблица 3

Частота, МГц3,657,0510,12514,218,221,22528,529,5
Rm, Ом7575,00275,002757575757575
Xm, Ом-214202196385508487325-338-139

 

Из таблицы видно, что действительные части входного сопротивления получились равными 75 Ом, что и закладывалось в расчет.

На этом этапе проектирования СУ полезно также проверить полученные результаты другим программным средством. Для этой цели можно применить, например, RFSim99 или программу MMANA. После введения в них схемы ДП2 с рассчитанными значениями L и C и расчета, должны получиться приведенные в Таблице 3 величины Rm и Xm.

Данные, приведенные в таблице, проверены  c помощью RFSim99. Результат сравнения – хорошее совпадение. Использование программы MMANA, хотя и несколько сложнее, но дает «сквозную» проверку – расчет согласования вместе с расчетом антенны.

После расчета элементов ДП2 можно переходить к ДП1.

Принцип расчета практически такой же. Отличие состоит в том, что теперь мы будем оперировать мнимыми, а не действительными сопротивлениями.

                         Im (Zs + Zm) = 0                  (4)

где:

Zs — входное сопротивление ДП1

Zm — сопротивление системы после подключения ДП2, до подключения ДП1.

В правой части уравнения (4) стоит «0» т.к. в режиме согласования, мнимой части сопротивления быть не должно.
В результате опять получаем систему девяти уравнений с девятью неизвестными.

Решаем систему аналогично ранее рассмотренной. В результате получаем величины индуктивности и емкостей двухполюсника ДП1 (Таблица 4). Значения индуктивностей параллельных контуров рассчитываем по формуле аналогичной приведенной выше для емкостей.

Величина L получилась равной 6,34 мкГн.
В результате мы получили значения всех элементов схемы согласующего устройства. Схема с номинальными величинами элементов приведена на Рис. 10

Рис. 10. Схема согласующего устройства для антенны

 

Для подтверждения правильности расчетов проведено математическое моделирование СУ с помощью программы RFSim99.
Отпечатки с экранов приведены на Рис. 11, Рис. 12.
На Рис. 12 видно, что практически точное согласование произошло на частоте 3,648 МГц, что лишь на 2 кГц ниже расчетной частоты и может считаться вполне удовлетворительным. При этом входное сопротивление СУ со стороны фидера составляет 74,92+0,14i Ома, что также очень не плохо.
Результаты контрольных расчетов СУ приведены в Таблице 5.

Рис. 11. Расчетная схема для моделирования СУ на 3,65 МГц

 

Рис. 12. Результат моделирования СУ

Таблица 5

Как видно из Таблицы 5 согласование антенны с фидером в точках расчетного согласования вполне приемлемое для радиолюбительской практики.

Реальное согласование будет несколько хуже из-за влияния потерь в катушках индуктивности и конденсаторах. Поэтому, при реализации, желательно применять катушки с высокой добротностью и качественные конденсаторы.

Таким образом, задача синтеза четырехполюсника, для согласования антенны с фидером на всех КВ диапазонах решена.

Следует учитывать, что схема СУ и номиналы элементов относятся к конкретной антенне – треугольной рамке с периметром 30,86 + 30,91 + 30,91м на высоте 20м, с резонансной частотой 3,35 МГц. Для других антенн и схема и номинальные значения элементов могут значительно отличаться от приведенных, поэтому требуется проведение новых измерений и расчетов.

Кроме описанных, есть и другие варианты математического описания двухполюсников и другие схемы их реализации, но они выходят за рамки этой статьи.

Перечислим кратко последовательность действий, которые надо выполнить для самостоятельного проектирования СУ.

  • Выбрать антенну для реализации
  • Выбрать диапазоны и частоты точного сопряжения
  • Измерить или рассчитать активную и реактивную части входного сопротивления антенны в точках сопряжения
  • Выбрать схемы двухполюсников ДП1 и ДП2
  • Выбрать частоты настройки колебательных контуров в ДП2
  • Составить и решить систему уравнений для определения элементов ДП2
  • Проверить правильность решения путем моделирования работы антенны с ДП2
  • Выбрать частоты настройки колебательных контуров в ДП1
  • Составить и решить систему уравнений для определения элементов ДП1
  • Проверить правильность решения путем моделирования работы антенны с ДП1 и ДП2
  • Собрать электрический макет СУ, подстраивая резонансные частоты колебательных контуров, в соответствии со значениями, принятыми в расчетах
  • Нагрузив макет СУ RL или RC цепочками – эквивалентами антенны на частотах согласования, проверить правильность согласования
  • Собрать рабочий вариант СУ, настроить колебательные контуры, обеспечить стабильность элементов, их взаимного положения, минимизацию магнитной связи между катушками и герметизацию
  • Проверить согласование на эквивалентах антенны на всех частотах точного согласования
  • Присоединить антенну, фидер и поднять антенну, СУ, фидер на рабочую высоту
  • Тщательно проверить согласование, как на частотах точного согласования, так и на других частотах в каждом из диапазонов
  • При положительном результате начать эксплуатацию антенны, иначе разбираться, в чем проблемы.

 

В завершение автор приносит благодарность за участие в обсуждении на форуме Radio-Antenna-PRO (Hertz Group) http://groups.yahoo.com/group/Hz/ вопросов, связанных с разработкой СУ Игорю Гончаренко DL2KQ, Сергею Носакову UA6LGO, Константину Попандопуло UR5FFC.

Особую благодарность автор приносит Александру Юркову RA9MB, высказавшему плодотворную мысль о синтезе СУ на основе двухполюсников с последующим объединением их в четырехполюсник.

 

Использованные источники.

  1. http://www.autekresearch.com/va1.htm
  2. http://www.amqrp.org/kits/micro908/
  3. http://www.miniradiosolutions.com/
  4. http://users.adelphia.net/~n2pk/
  5. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники./Под. ред. Б.Х.Кривицкого. В 2-х т. Т. 2, М., «Энергия», 1977.

Автор: Чучко Виталий Федорович, 607190 г. Саров Нижегородской обл. ул. Березовая 8 кв. 9., д.т. (83130)9-16-27, сл.т. (83130)4-50-42. Позывной сигнал RZ3TJ. E-mail: [email protected]

73!

 

r3rt.ru