Сентябрь 2017 г. ШирокоПолосная Антенна
Задался целью создать антенну на 27 МГц с расширенной полосой пропускания по сравнению с обычным диполем. Все применяемые антенны на этом диапазоне имеют узкую полосу и поэтому требуют перестройки даже при небольшом изменении частоты или номера канала.
Сначала пошел по пути искусственного увеличения диаметра излучающих элементов. Для этого каждое плечо вибратора было изготовлено из двух проводников с распорками из металла. Сначала по всей длине, а потом только посредине. После настройки в резонанс было замечено небольшое расширение полосы, позволяющее работать на нескольких соседних каналах. Точные цифры замеров не привожу, ибо цель заключалась в другом. Вид антенны приблизительно такой:
В точке подключения кабеля к вибратору во всех антеннах на 27 МГц я пропускаю 3-4 витка кабеля через ферритовое кольцо порядка 600НМ.
Без него происходит перекос токов в каждом плече вибратора и наводка на кабель, который начинает тоже излучать и создавать помехи.
В процессе дальнейших поисков антенна была модифицирована в систему, состоящую из диполя и подключенного к нему в точке запитки короткозамкнутого четвертьволнового шлейфа. Шлейф выполнен и такого же провода, что и вибратор (2 мм) и такой же длины (262 см), как каждое его плечо. Расстояние между проводниками порядка 15 см, распорки из дерева.
Кабель прикреплен к шлейфу со стороны оплетки. Вибратор был настроен в резонанс на 27.2 МГц с размерами лучей приблизительно по 262 см. Небольшой подгонкой перемычки на нижнем конце шлейфа, добился минимального КСВ=1 на этой частоте. Входное сопротивление вибратора
Rвх=73 ом, кабель 75 ом, реактивка Х=0. При перестройке от 27.0 до 27.7 КСВ меняется не значительно, в приделах от 1 до 1.2, 1.3. Что обрадовало, это то, что реактивки практически нет при перестройки на края диапазона, меняется только активная составляющая от 60 до 90 ом-100 ом.
Это объясняется тем, что при изменении частоты, реактивные составляющие диполя и шлейфа имеют разные знаки и компенсируют друг друга.
Далее шлейф из воздушной линии был заменен на 1/4 волны отрезок кабеля , длина которого была настроена в резонанс на частоту 27.2. Его размеры могут разниться, в зависимости от типа кабеля. У меня получились в пределах от 165 до 175 см из разных кусков однотипного телевизионного кабеля РК 75- 4/7 .
Первоначально этот отрезок кабеля был подпаян параллельно фидеру и скручен в виде бухточки вблизи точки подключения. Располагать вдоль фидера не рекомендуется, происходит взаимное влияние и расстройка.
Результат получился почти такой же, как и с двух проводной линией, может чуть поуже полоса. Но кабель очень трудно подогнать в резонанс, влияет каждый сантиметр. Можно сначала настроить полуволновой отрезок РК75, замыкая его на конце, а потом разрезать пополам и проверить четвертьволновой кусок на резонанс.
Поскольку потенциал на оплетке 1/4 куска кабеля-шлейфа по его длине распределяется так же , как и по лучу диполя, соединенного с оплеткой, то было принято решение привязать кабель к этому плечу и короткозамкнутый конец спаять с ним же. Это незначительно повлияло на резонанс диполя, что корректировалось его подстройкой. Зато появилась возможность теперь использовать балун из 3-4 витков кабеля в кольце из феррита.
КСВ так же в пределах от 1 до 1.3-1.4 по всему диапазону 27.0-27.7 МГц и на его краях.
Решено было привязать еще один отрезок кабеля другой длины, настроенный на более высокую частоту 27.7 МГц, на край диапазона, и соединенный паралеьно так, что бы оплетка была под потенциалом своего же плеча. Ниже показана условная схема соединения кабелей и визуальное представление для пояснения принципа работы.
На самом деле 1/4 отрезки кабеля привязаны и подпаяны к лучам, как следующем варианте антенны, который отличается схемой соединения кабелей и фидера. Из схемы понятно, что антенна представляет собой диполь, к которому в точке питания подключаются четвертьволновые резонаторы, просто в таком виде ее неудобно выполнять, поэтому отрезки кабеля крепятся к лучам. Но все таки разные длины резонаторов у меня себя не оправдали. Во первых нужно их точно подбирать, а потом при большом разносе по частоте, появляется реактивка от другого отрезка для основной частоты. Соединение последовательно этих же кабелей как на схеме внизу, разницы не дало. Поэтому смысла применения разных отрезков для дальнейшего расширения полосы не было.
Достаточно взять два одинаковых отрезка и настроить их на одну частоту. Соединять можно последовательно, как на этой схеме. Это и удобней конструктивно. И кабель можно взять 1/2 с учетом коэффициента укорочения и снять часть оболочки посередине. Кабель прикрепляется к лучам диполя и припаивается оплеткой к ним.
Можно и не использовать сам диполь, а все выполнить из кабеля, а на концах добавить к нему отрезки провода длиной до основного размера диполя. Радиолюбители применяют такой вариант антенны из кабеля и дали ей название "Базука". В этом случае наружная часть оплетки кабеля выполняет роль вибратора. Но чисто из кабеля получается довольно ненадежная конструкция, которая может оборваться на ветру или при обледенении. А если использовать уже готовый диполь и подвязать к нему настроенные отрезки кабеля, то мы получим ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ДИПОЛЬ, С ПОЛОСОЙ ПРОПУСКАНИЯ ПОЧТИ 500 килогерц для СиБи диапазона. Да и при изготовлении такой ШП-Антенны на другие частоты, мы получим перекрытие практически по всему диапазону с хорошим КСВ.
В принципе достаточно и одного отрезка кабеля 1/4, как в предыдущем варианте. Просто в данном случае с двумя лучше выполняются условия симметрии, а с одним получаются разные диаметры лучей антенны и придется их по разному укорачивать при настройке.
Для расчета антенны на свой диапазон можно воспользоваться онлайн калькулятором для антенны "Базука":
http://ra4ctg.ru/bazooka.htm
Так называемые "удлиняющие отрезки" можно выполнять из обычного медного провода. Их длину нужно выбирать больше, с учетом крепления к изоляторам.
Хочу сказать пару слов о различных домыслах среди радиолюбителей, которые называют такую антенну "Базукой", о принципах ее работы.
Многие пытаются увидеть в ней разновидность петлевого вибратора Пистолькорса или своего рода "шлейфовый вибратор" шунтового типа. Тут есть доля правды, но только доля. Ведь тот же петлевой вибратор можно рассматривать и как шунтовой, в котором шунт включен на его концы. А можно рассматривать и как состоящий из двух четвертьволновых шлейфов, включенных последовательно. Но только в этой ШП-антенне элементы выполнены из коаксиального кабеля, где центральная жила изолирована от окружающего пространства и с ним не взаимодействует. На самом деле это и есть коаксиальные четвертьволновые изоляторы, длинна которых рассчитывается с учетом укорочения кабеля. А сама излучающая часть антенны образуется внешней оболочкой кабеля плюс удлиняющие отрезки из провода до рабочей частоты антенны. К тому же токи в 1/4 резонаторе на основной частоте практически отсутствуют и сопротивление его очень велико. При уходе с частоты появляются незначительные токи внутри кабеля разного направления по оплетке и центральной жиле, как в двухпроводной линии, компенсируя друг друга. Появляющиеся же при этом реактивные составляющие, компенсируют расстройку антенны.
В петлевом вибраторе или в шунтовом токи в его элементах идут в одном направлении, участвуя в излучении антенны. Поэтому принципы работы антенн сильно разнятся, хотя для определенных условий у них есть что то общее. Например то, что при изменении частоты в них появляются реактивные составляющие, компенсирующие друг друга, тем самым позволяя расширить полосу пропускания антенны.
Основное же отличие состоит в том, что ШП-антенна, это обычный диполь, имеющий входное сопротивление, в зависимости от условий подвеса, порядка 73 ома. Отрезки кабеля (коаксиальные резонаторы) практически не влияют на входное сопротивление и принцип работы антенны, а только лишь расширяют полосу ее пропускания. Я думаю, что их можно выполнять и из кабеля 50 ом, но 2х-проводный, типа ПРППМ, не годится. Если антенну выполнять в виде инвертед V, или располагать близко от земли, то ее сопротивление может быть и ниже, чем 73 ома, и питать ее в таком случае лучше кабелем 50 ом.
Можно использовать еще такой вариант антенны, совместив диполь и квадрат вместо шлейфа 1/4. В этом случае можно получить вариант на несколько диапазонов и сильно расширить ее полосу для основной частоты, например 7 МГц.
Большой список литературы по антеннам и ссылки из интернета для подтверждения моих мыслей и поднятия авторитета, я приводить не буду. Это мне ни к чему. Большинство экспериментов проверено на практике.
К тому же это просто мой блог.
Задался целью создать антенну на 27 МГц с расширенной полосой пропускания по сравнению с обычным диполем. Все применяемые антенны на этом диапазоне имеют узкую полосу и поэтому требуют перестройки даже при небольшом изменении частоты или номера канала.
Сначала пошел по пути искусственного увеличения диаметра излучающих элементов. Для этого каждое плечо вибратора было изготовлено из двух проводников с распорками из металла. Сначала по всей длине, а потом только посредине. После настройки в резонанс было замечено небольшое расширение полосы, позволяющее работать на нескольких соседних каналах. Точные цифры замеров не привожу, ибо цель заключалась в другом. Вид антенны приблизительно такой:
В точке подключения кабеля к вибратору во всех антеннах на 27 МГц я пропускаю 3-4 витка кабеля через ферритовое кольцо порядка 600НМ.
Без него происходит перекос токов в каждом плече вибратора и наводка на кабель, который начинает тоже излучать и создавать помехи.
В процессе дальнейших поисков антенна была модифицирована в систему, состоящую из диполя и подключенного к нему в точке запитки короткозамкнутого четвертьволнового шлейфа. Шлейф выполнен и такого же провода, что и вибратор (2 мм) и такой же длины (262 см), как каждое его плечо. Расстояние между проводниками порядка 15 см, распорки из дерева.
Rвх=73 ом, кабель 75 ом, реактивка Х=0. При перестройке от 27.0 до 27.7 КСВ меняется не значительно, в приделах от 1 до 1.2, 1.3. Что обрадовало, это то, что реактивки практически нет при перестройки на края диапазона, меняется только активная составляющая от 60 до 90 ом-100 ом.
Это объясняется тем, что при изменении частоты, реактивные составляющие диполя и шлейфа имеют разные знаки и компенсируют друг друга.
Далее шлейф из воздушной линии был заменен на 1/4 волны отрезок кабеля , длина которого была настроена в резонанс на частоту 27.2. Его размеры могут разниться, в зависимости от типа кабеля. У меня получились в пределах от 165 до 175 см из разных кусков однотипного телевизионного кабеля РК 75- 4/7 .
Результат получился почти такой же, как и с двух проводной линией, может чуть поуже полоса. Но кабель очень трудно подогнать в резонанс, влияет каждый сантиметр. Можно сначала настроить полуволновой отрезок РК75, замыкая его на конце, а потом разрезать пополам и проверить четвертьволновой кусок на резонанс.
Поскольку потенциал на оплетке 1/4 куска кабеля-шлейфа по его длине распределяется так же , как и по лучу диполя, соединенного с оплеткой, то было принято решение привязать кабель к этому плечу и короткозамкнутый конец спаять с ним же. Это незначительно повлияло на резонанс диполя, что корректировалось его подстройкой. Зато появилась возможность теперь использовать балун из 3-4 витков кабеля в кольце из феррита.
КСВ так же в пределах от 1 до 1.3-1.4 по всему диапазону 27.0-27.7 МГц и на его краях.
Решено было привязать еще один отрезок кабеля другой длины, настроенный на более высокую частоту 27.7 МГц, на край диапазона, и соединенный паралеьно так, что бы оплетка была под потенциалом своего же плеча. Ниже показана условная схема соединения кабелей и визуальное представление для пояснения принципа работы.
На самом деле 1/4 отрезки кабеля привязаны и подпаяны к лучам, как следующем варианте антенны, который отличается схемой соединения кабелей и фидера. Из схемы понятно, что антенна представляет собой диполь, к которому в точке питания подключаются четвертьволновые резонаторы, просто в таком виде ее неудобно выполнять, поэтому отрезки кабеля крепятся к лучам. Но все таки разные длины резонаторов у меня себя не оправдали. Во первых нужно их точно подбирать, а потом при большом разносе по частоте, появляется реактивка от другого отрезка для основной частоты. Соединение последовательно этих же кабелей как на схеме внизу, разницы не дало. Поэтому смысла применения разных отрезков для дальнейшего расширения полосы не было.
Можно и не использовать сам диполь, а все выполнить из кабеля, а на концах добавить к нему отрезки провода длиной до основного размера диполя. Радиолюбители применяют такой вариант антенны из кабеля и дали ей название "Базука". В этом случае наружная часть оплетки кабеля выполняет роль вибратора. Но чисто из кабеля получается довольно ненадежная конструкция, которая может оборваться на ветру или при обледенении. А если использовать уже готовый диполь и подвязать к нему настроенные отрезки кабеля, то мы получим ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ДИПОЛЬ, С ПОЛОСОЙ ПРОПУСКАНИЯ ПОЧТИ 500 килогерц для СиБи диапазона. Да и при изготовлении такой ШП-Антенны на другие частоты, мы получим перекрытие практически по всему диапазону с хорошим КСВ.
В принципе достаточно и одного отрезка кабеля 1/4, как в предыдущем варианте. Просто в данном случае с двумя лучше выполняются условия симметрии, а с одним получаются разные диаметры лучей антенны и придется их по разному укорачивать при настройке.
Для расчета антенны на свой диапазон можно воспользоваться онлайн калькулятором для антенны "Базука":
http://ra4ctg.ru/bazooka.htm
Так называемые "удлиняющие отрезки" можно выполнять из обычного медного провода. Их длину нужно выбирать больше, с учетом крепления к изоляторам.
Хочу сказать пару слов о различных домыслах среди радиолюбителей, которые называют такую антенну "Базукой", о принципах ее работы.
Многие пытаются увидеть в ней разновидность петлевого вибратора Пистолькорса или своего рода "шлейфовый вибратор" шунтового типа. Тут есть доля правды, но только доля. Ведь тот же петлевой вибратор можно рассматривать и как шунтовой, в котором шунт включен на его концы. А можно рассматривать и как состоящий из двух четвертьволновых шлейфов, включенных последовательно. Но только в этой ШП-антенне элементы выполнены из коаксиального кабеля, где центральная жила изолирована от окружающего пространства и с ним не взаимодействует. На самом деле это и есть коаксиальные четвертьволновые изоляторы, длинна которых рассчитывается с учетом укорочения кабеля. А сама излучающая часть антенны образуется внешней оболочкой кабеля плюс удлиняющие отрезки из провода до рабочей частоты антенны. К тому же токи в 1/4 резонаторе на основной частоте практически отсутствуют и сопротивление его очень велико. При уходе с частоты появляются незначительные токи внутри кабеля разного направления по оплетке и центральной жиле, как в двухпроводной линии, компенсируя друг друга. Появляющиеся же при этом реактивные составляющие, компенсируют расстройку антенны.
В петлевом вибраторе или в шунтовом токи в его элементах идут в одном направлении, участвуя в излучении антенны. Поэтому принципы работы антенн сильно разнятся, хотя для определенных условий у них есть что то общее. Например то, что при изменении частоты в них появляются реактивные составляющие, компенсирующие друг друга, тем самым позволяя расширить полосу пропускания антенны.
Можно использовать еще такой вариант антенны, совместив диполь и квадрат вместо шлейфа 1/4. В этом случае можно получить вариант на несколько диапазонов и сильно расширить ее полосу для основной частоты, например 7 МГц.
Большой список литературы по антеннам и ссылки из интернета для подтверждения моих мыслей и поднятия авторитета, я приводить не буду. Это мне ни к чему. Большинство экспериментов проверено на практике.
К тому же это просто мой блог.
--------------------------------------
10.09. 2022 г.
Гугл видимо сменил сервер картинок без предупреждения и все изображения в блоге исчезли. Так что прошу прощения за их отсутствие.
Добавил один сохранившийся снимок антенны, остальное все должно быть понятно из описания.
2 комментария:
Возможно сделать двойную базуку вертикально, снижая кабель параллельно экранному плечу, вплотную? Очень хочется упаковать конструкцию в удочку.
Кабель питания нужно располагать перпендикулярно антенне. И желательно устанавливать в точке питания запорный балун, в виде витков из этого же кабеля на ферритовом кольце.
п.с.
Уже 2022 год. Гугл почему-то поудалял мои скриншоты. Возможно у них сменился сервер картинок, но сообщений я не получил. Так что прошу прощение за их отсутствие.
Отправить комментарий