 |
 |
 |
 |
и способом питания из-тучателя и т. п. Точное согласование антенны
с линией передачи определяется всегда экспериментально. Очень часто в качестве излучателя используют шлейфовый вибратор, так как в этом случае увеличивается входное сопротивление антенны и несколько увеличивается полоса пропускания. В приведенных выше конструкциях такие вибраторы не использовались, исходя из чисто механических соображений, поскольку шлейфовый вибратор не позволяет осуществлять дополнительную регулировку, а размеры Т-образной схемы согласования могут изменяться в широких пределах. Входное сопротивление антенны, равное 240 Ом. имеет то преимущество, что в этом случае линию питання, изготовленную из ленточного кабеля УКВ с волновым сопротивлением 240 Ом, можно непосредственно под-ключатьк точкам питания. Кроме того, в этом случае при помощи полу-вол новой петли можно согласовать и симметрично подключить к антенне несимметричный коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.
10-8. Многоэлементные антенны «сволновой канал»
В последние годы при экспериментировании с различными конструкциями антенн «волновой канал» было установлено, что антенны, имеющие большую протяженность несущей траверсы, могут давать очень большие коэффициенты усиления. Так, например, тринадцати-элементная антенна «волновой канал» для частоты 145 МТц при распределении ее элементов по длине 7 м несущей траверсы (приблизительно 3,5?) имеет коэффициент усиления несколько больший 16 дБ. Такое большое усиление может быть получено также при использовании многовибраторных антенн или антенн «волновой канал», расположенных в несколько «этажей», но при этом их конструкция и схема питания значительно сложнее. Поэтому для получения большого усиления (почти в 40 раз по мощности) в последнее время радиолюбители все чаще используют антенны «волновой канал» с большим числом элементов.
Большой коэффициент усиления антенны «волновой канал» с большим числом элементов достигается за счет значительного уменьшения полосы пропускания антенны; это одновременно означает, что размеры антенны очень критичны.
Для лучшего понимания свойств антенны «волновой канал» с большим числом элементов ее параметры подробно описываются ниже.
Полоса пропускания. Если антенна >;Волновой капал» с большим числом Элементов настроена на частоту 145 МГц и КСВ в линии передачи равен единице, то при возбуждении антенны на частоте 144 МГц КСВ в линии передачи будет равен 1,7. Если же антенна будет возбуждаться на частоте 146 МГц, то КСВ будет равен 2.5. Сказанное означает, что свойства антенны при частотах выше резонансной ухудшаются быстрее, чем при частотах ниже резонансной. Этот факт разъясняется графиком, приведенным на рис. 10-33.
Таким образом, резонансная частота антенны находится не как обычно посередине рабочего диапазона частот, а ближе к высокошстот-ному концу диапазона Для антенны «волновой какал» с большим числом Элементов, предназначенной для работы в диапазоне частот 144- 146 АГц, при допустимых величинах КСВ резонансную частоту надо выбирать равной (учитывая график на рис. Ю-ЗЗ) 145,5 .МГц. Естественно, что в этом случае каждый раз следует обдумать, не лучше ли настроить антенну на рабочую частоту передатчика мри соответственном ухудшении КСВ при приеме в высокочастотном конце диапазона.
Из графика рис. 10-34 можно найти полосу пропускания антенны в про* центах от резонансной частоты в зависимости от длины несущей траверсы антенны.
В антеннах «волновой канал» с большим числом элементов элементы обычно изготовляют нз проводников, имеющих мииимальный (с точки зрения прочности конструкции) диаметр. Чем больше диаметр элементов антенны, тем меньше получаемое усиление. Тонкий проводник вследствие небольшой поверхности обладает небольшой емкостью, но одновременно имеет большую индуктивность и, следовательно, имеет большое отношение LC (сн.рис. 1-6, а и б)-Поэтому такой элемент сравним с узкополосиым резонанс}!Ым колебательным контуром, Элемент,
1 1 | |||
1 1ч | |||
-5%- -3 -г -1,Ь о -+1 +2%
в сторину уменьшения \ . г,понц частоты ,,/>.vW« частота
Рис. 10-33. Полоса пропускания антенны «волновой канал», имеющей длину несущей траверсы, равную 4Х, выраженная в виде зависимости коэффициента стоячей волны (КСВ) от изменения частоты возбуждения.
0 Z Ч 6 8 Ю 1Z Длина антеннь,
Рис. 10-34. Эффектная полоса пропускания антенны «волновой канал» с большой длиной несущей траверсы, выраженная в процентах от резонансной частоты, в зависимости от длины несущей траверсы, Я.
имеющий больший диаметр проводника, соответственно имеет меньшее отношение LiC и, следовательно, обладает менее ярко выраженными резонансными свойствами, что в данном случае эквивалентно уменьшению усиления антенны. Для уменьшения потерь за счет поверхностного эффекта поверхность тонких проводников должна обладать хорошей проводимостью. Если диаметр элемента равен 3 мм (наиболее подходящий диаметр для диапазона 2 м), то элемент может быть выполнен из медных или алюминиевых трубок, если же используется меньший диаметр проводников, то их поверхность должна быть посеребрена (например, если используются велосипедные спицы в качестве элементов антенны). Для уменьшения потерь желательно, чтобы толщина серебряного покрытия была по возможности большей. При покрытии элементов серебром отпадает необходимость в дополнительной защите поверхности элементов от воздействия погоды, в то время как поверхности алюминиевых или медных элементов следует покрывать защитным лаком Д.1Я этой цели используется бесцветный лак с хорошими изоляционными свойствами и небольшой диэлектрической постоянной.
К о э ф ф I! ц с и т усиления антенны «волновой канал» в первую очередь зависит от длины несущей траверсы. Как уже упоминалось, это большое усиление достигается за счет значительного
> |
1 1 | ||||
1 1 | ||||
сужения полосы пропускания антенны. Число элементов и их взаимные расстояния также влияют на коэффициент усиления, но имеют второстепенное яначе1гие. По кривой рис. 10-35 можно определить коэффициент усиления антенны в децибелах в зависимости от длины несущей траверсы антенны.
Взаимные расстояния между пассивными элементами и их линейные размеры. Наилучшие результаты достигаются, когда первый директор располагается относительно близко к вибратору. Для всех последующих директоров (вплоть до пятого) расстояние постепенно увеличивается; для других директоров (начи!1ая с шестого) оптимальное расстояние составляет 0,39л, Шжс приведены оптимальные расстояния между первыми пятью директорами (X): вибратор - 1-й директор - 0,008; 1-й директор -
2-н директор - 0,09; 2-й - 3-й - 0,09; 3-й - 4-й - 0,20; 4-й - 5-й - 0.39. Расстояние между всеми следующими директорами равно 0,39Я
Расстояние между рефлектором и вибратором некритично и обычно выбирается равным (0,15-0,25) л. Оно в незначительной степени влияет на входное сопротивление антенны и на дичину самого рефлектора.
Длина рефлектора выбирается обычно несколько большей половины Длины волны, и затем, осторожно уменьшая его Длину, добиваются максимального подавления обратного излучения. Обратное ослабление па резонансной частоте достигает 30-40 дБ. Практика показала, что для получения макси-ма.тьного коэффициента усиления антенны следует выбирать одинаковые длины директоров при приведенных выше расстояниях между ними. Если же длины директоров постепенно уменьшаются (что характерно для обычных антенн «волновой канал»), то в этом случае коэффициент усиления несколько уменьшается, поодновре-менно увеличиваются обратное ослабление и полоса пропускания антенной системы. Уменьшение длин последующих директоров на 3» длины волны дает относительно большую полосу пропускания антенны при уменьшении коэффициента усиления. Можно пойти на компромисс и укорачивать длины директоров на 1,5-о длины волны. Если же предполагать, что все директоры имеют одинаковую длину, то длина директоров в зависимости от отношения л d и числа директоров может быть определена из кривых рис. 10-36. Указанные размеры справедливы только в том случае, когда директорь: изолированы от несущей траверсы. Если директоры механически связаны с несущей траверсой, их следует удлинить приблизительно на -,3 диаметра траверсы.
Длина вибратора выбирается такой же, как и v вибратора обычной антенны «волновой канал», однако линейные раз.меры его в данном случае более критичны к изменениям вследствие узкополосной антенной системы. Поэтому при расчете детины вибратора рекомендуется \ читывать влияние отношения д d (см рис. 1-7) и, кроме того, в слу 4.ie цсльноме-т!лличест.ой конструкции уА1нн;т: [азмеры вибратора на диаметра несу щеп Траверсы,
2 4 6 8 Длина антенны, X
Рис, 10-35. Усиление антенны «волновой канал» в зависимости от ее длины, Я.
Входное сопротивление антенны «волновой канал» Z прямолинейным вибратором и большим числом пассивных элементов обычно составляет 5-20 Ом, Оно зависит в основном от расстояний между вибратором и первыми директорами и вибратором и рефлектором. Чем дальше располагаются директоры от излучающего элемента, тем меньше их влияние на входное сопротивление антенны. Начиная с шестого директора, можно подключать большое число дополнительных директоров без дальнейшего уменьшения входного сопротивления антенной системы. Для облегчения согласования антенны с линией передачи часто излучатель изготовляют в виде шлейфового вибратора, имеющего различные диаметры верхнего и нижнего проводников (см, рис, 1-15). К сожале11Ию, с помощью шлейфового вибратора нельзя осуществлять дополнительное согласование антенны с линией, и поэтому Д1я получения точного согласования часто приходится использовать дополнительно подключаемый согласующий четвертьвол!ювой шлейф.
Рис. 10-36. Длина директора в зависимости от соотношения Kid и общего числа директоров. Предполагается, что все директоры, изолированные от несущей траверсы, имеют одинаковые размеры.
4 В 12 16 Числа директоров
Более рационально использовать прямолинейный вибратор с Т-образной согласующей cxeюй для согласования с линией передачи. Если антенна питается при помощи несимметричного коаксиального кабеля, применяется v-образная согласующая схема, В обоих случаях можно получить небольшое значение КСВ в линии, изменяя положение точек подсоединения согласующего устройства к вибратору.
Описываемую антенну рекомендуется изготовлять цельнометаллической. В качестве несущей траверсы антенны можно использовать дюралевую трубку диаметром от 20 До 40 мм или тонкостенную стальную трубку, покрытую антикоррозионным составом. Элементы антен!ы, изготовленные из твердой меди, следует припаять к несущей траверсе. Ниже приводится несколько практических примеров конструкции антенны «волновой канал» с большим числом элементов.
Девятиэлементная антенна «волновой канал». Антенна, показанная на рис. 10-37, рассчитана на диапазоЕ! 2 м. имеет длину 2 л и дает коэффициент усиления 13,6 дБ. Резонансная частота антенны равна 145 МГц, и, следовательно, антенна наиболее эффективно работает в низкочастотной части диапазбиа. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости примерно равна 25 , обратное ослабление 20 дБ.
Диаметр пассивных элементов должен быть не больше b мм. На рис. 10-37 изображена также Т-образная схема согласования, позволяющая согласовать антенну с линиеГ передачи, имеющей волновое сопро-
Л2355
АзЗЗО
Л. 925
As 920
£1 Лб315
Suapamop
А? 310
Усиление
тивление 240 Ом. В точках питания XX можно также подключить полуволновую петлю из коаксиального кабеля для согласования антенны с несимметричным коаксиальным кабелем, волновое сопротивление которого 60 Ом (Эта же схема осуществляет дополнительно и симметрирование коаксиального кабеля). Для получения точного согласования в незначительных пределах изменяют расстояния между первыми директорами антенны. Расстояния между первыми директорами и вибратором - наиболее критичный размер антенны.
Десятиэлементная аитениа «волновой канал» с большой длиной несущей траверсы. Данная атенна имеет несколько умен4>шенные расстояния между элементами по сравнению с антенной, рассмотренной
выше, и поэтому имеет несколь-Р1050 ко меньшую длину. Эта антенна
может рассматриваться как переходная от антенн «волновой канал» к антеннам «волновой канал» с большой длиной несущей траверсы. Длина антенны равна 1,6 л, а коэффициент усиления 12,5 дБ.
Приведенные размеры спра ведливы в том случае, когда в качестве несущей траверсы используется металлическая трубка диаметром 20 мм. Эта антенна, так же как и девятиэлемент-ная антенна «волновой канал», может согласоваться с линией передачи с помощью Т-образной схемы согласования. На рис. 10-38, однако, изображен шлейфовый вибратор с различными диамегра.ми проводников, повышающий входное сопротивление антенны в достаточной степени, чтобы можно было непосред-ствен1ю подключать к антенне линии передачи с волновым сопротивлением 240 Ом, Точное согласова)1не достигается путем перемещения первых директоров антенны.
Антенна «волновой канала с длиной 3,5 л. позволяет получить коэ;],-фициент усиления около 16 дБ, что соответствует 40-кратному усилению по мощности при одинаковых ли!1ейных размерах всех директоров. Размеры этой антенны приведены 1шже.
Тринадцатиэлементная антенна с батьшой длиной несушей траверсы и одинаковыми директорами. Длина антенны 3,5Л, директоры имеют одинаковые размеры, а коэффициент усиления равен 15дБ.Дл:1 резонансных частот 144, 145 и 146 .МГц длины рефлекторов соответственно равны 1041, 1035 и 1027 мм, длины директоров (одинаковы для всех) - 935, 927, 919 мм. Диаметр всех пассивных элементов не превышает 3 мм. Несущая траверса антенны - трубка диаметром мм, длина ее 7,20 м. Вид излучателя, шлейфовьп! вибратор с различными диаметрами проводников (см. рис. lj-3fc).
Размеры шлейфового вибратора: толстый проводник - диаметр 12 мм, длина 978 мы; тонкий проводник - диа.четр 3 мм, расстояние
15, Б дБ Эскиз Вибратора с Т- образной lxsv,ju согласодаиия
Рис. 10-37. Девятиэлементная антенна «волновой канал» с большой длиной несущей траверсы для дна пазона 145 МГц.
между обоими элементами 25 мм. Расстояния между пассивными элементами: вибратор - рефлектор - 483 мм; вибратор - 1-й директор - 178 мм; 1-й директор - 2-й директор ~ 190 мм; 2 й - 3-н - 190 мм; 3-й - 4-й - 406 мм; 4-н - 5-й - 813 мм; расстояния между всеми остальными директорами равно 813 мм.
Сопротивление в точке питания приблизительно 240 Ом. Точное согласование антенны с линией передачи производится с помощью изменения расстояний между первыми директорами и вибратором. Излучатель может быть изготовлен также в виде прямолинейного вибратора длиной 990 мм с Т-образной схемой согласования.
Тринадцатиэлементная ан-гениа «волновой канал» с большой длиной несущей траверсы и постепенно уменьшающимися длинами директоров. Длина антенны 3,5 Я, резонансная частота 145,5 МГц, коэффициент усиления 16 дБ.
Диаметр несущего элемента антенны длиной 7,2м равен 35 мм, излучатель - прямолинейный ви-братор с Т-образной схемой согласования. Антенна может работать в диапазоне частот 144-
Р 1060
В 995
Ai352
Иесуиая траверса ~ алюминиевая трубка 20 мм
Л2ЗЗ1
Лз327
As 520
Ле317
Эскиз излучателя, выполненного 8 виде шлейфового вибратора
А7ЗП
As 311
i=n5 МГи,
Усиление
13j5d5
Рис. 10-38. Десятиэлементная антенна «волновой канал» с увеличенной длиной несущей траверсы для диапазона 145 МГц.
146 hWu. с допустимыми значениями КСВ. Получение минимального значения КСВ достигается путем регулировки размеров Т-образной схемы согласования.
Длина Элементов, мм:
рефлектор - 1044,5; вибратор-993,0; 1-йдиректор - 950,0; 2-й - 946,0; 3-й - 943,0; 4-Й - 936,5; 5-й - 930,5; 6-й - 924,0; 7-й - 918,0; а-й - 911,0; 9-й - 905,0; 10-й-898,5; 11-й -892,0.
Расстояния между элементами, мм:
вибратор - рефлектор - 508; вибратор - 1-й директор - 178; ГЙ директор - 2-й директор - 190; 2-й - 3-й - 191; 3-й - 4-н - 406 мм; 4-й - 5-й - 813 мм; расстояние между всеми директорами 813 мм.
Антенна для диапазона 2 м имеет длину почти 10 м и коэффициент усиления, равный приблизительно 17,5 дБ (56-кратное усиление по мощности). Размеры Этой антенны приведены ниже.
Пятиадцатиэлементиая антенна для диапазона 2 м. Длина антенны 4,5л, коэффициент \силения 17,5дБ, Длины элементов, мм: рефлектор - 1029,0; 1-й директор - 940,0; 2-й - 936,5; 3-й - 924,0; 4-й - 917,5; 5-й - 911,0; 6-й - 905,0; 7-й - 898,5; 8-й - 892,0; 9-й - 886,0; 10-й - 880,0; 11-й - 873,0; 12-й - 867,0 и 13-й директор - 854,0; вид излучателя - шлейфовый вибратор с различными диаметрами проводников. Размеры вибратора- проводник с большим диаметром -диаметр 12 мм, длина 984 мм; тонкий проводник, разорванный посередине, имеет диаметр 3 мм, расстояние между эле-ментами 25 мм.
Расстояние между элементами, мм: вибратор - рефлектор - 438; вибратор - 1-й директор - 178; 1-й директор - 2-й директор - 292;
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 [ 37 ] 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52