Диаграмма направленности диполя

  • Вложений: 3

    1.5 лямбдовый диполь и др. большие антенны на КВ.

    Реализовал на 80м 1.5 λ диполь. Общая длинна около 140 метров. согласовывать его не надо, поскольку одна из полуволн создает пучность тока в месте запитывания. Входное сопротивление близко к 70 ом. Корреспонденты отмечают прибавку на 3-5 дб на расстояниях до 1000 км и 6 дб находящиеся далее 2000 Км по сравнению с обычным полуволновым диполем. Хотелось бы узнать, кто делал подобные антенны или другие большие антенны на НЧ диапазоны.

  • А где такие позывные выдают? :super:

  • Александр RZ6FE
    у геологов 🙂

  • Re: 1.5 лямбдовый диполь и др. большие антенны на КВ.

    Цитата:


    Сообщение от btr

    Реализовал на 80м 1.5 λ диполь. Общая длинна около 140 метров. согласовывать его не надо, поскольку одна из полуволн создает пучность тока в месте запитывания. Входное сопротивление близко к 70 ом. Корреспонденты отмечают прибавку на 3-5 дб на расстояниях до 1000 км и 6 дб находящиеся далее 2000 Км по сравнению с обычным полуволновым диполем. Хотелось бы узнать, кто делал подобные антенны или другие большие антенны на НЧ диапазоны.


    У меня был IV 2 х 81 м — т.е. 1 лямбда для 160м
    Мачта 16м на крыше 9-ти этажки. Концы вниз на гараж и бойлерную поперёк дома. На остальных диапазонах работал как 2L на 80, 4L на 40 и т.д. Согласование осуществлялось переключаемой открытой 450 омной линией на крыше (меняя её длину получал четьверть волновый трансформатор для нужного диапазона. Далее кабель 50 ом с дросселем из ферритовых колец в месте стыка. Хорошо работала на 160, 80, 40 и 30 м, на остальных хорошо согласовывалась, но слишком много расщеплённых лепестков и обычные антенны на верхние бэнду практически работали лучше.

  • Вложений: 1

    Нежелательно делать из идеального проводника — его трудно достать… 😀
    Антенна имеет в резонансе 132 Ом, полоса по уровню КСВ=2 около 140 кГц. Если устраивает диаграмма — вперёд!

  • Цитата:


    Сообщение от btr

    согласовывать его не надо


    Как это? У Вас н авыходе трансивера 100 Ом и кабель такой же применен?

    Цитата:


    Сообщение от btr

    поскольку одна из полуволн создает пучность тока в месте запитывания


    Это не мера согласования! Эту антенну полезно питать (без точного подбора в АПАК-ел) через кабель в четверть волны, заодно она гораздо более широкополоснее станет.

  • Цитата:


    Сообщение от RV9CX

    Это не мера согласования! Эту антенну полезно питать (без точного подбора в АПАК-ел) через кабель в четверть волны, заодно она гораздо более широкополоснее станет.


    Это ммана говорит что 100 ом, а исходя из того что у меня на железобетонной 200метровой крыше, кроме железной вывески еще и провода радиотрансляции, то входное сопротивление получилось заметно ниже.

  • Вложений: 1

    Цитата:


    Сообщение от btr

    исходя из того что у меня на железобетонной 200метровой крыше


    Тогда совершенно правильно высоту не от земли указывать а прямо над крышей — тема уже перемусолена триллиард раз.. После чего ОБЯЗАТЕЛЬНО смотреть показания в NEC-2, будете очень удивлены.
    Расскажите про процесс замера Rвх АНТЕННЫ, а не на входе В ФИДЕР — сомнения есть в процедуре, хотя ориентировочно значение в ту сторону..

    А вообще, такую вещь как раз у меня возможно повесить. Я думал про волновой диполь. Сейчас попробую проработать этот вариант, но прямо над землей в 30м, еще посмотрю, можно ли будет 160м ввести без переключений.

    Вложил сравнение Вашей идеи (адаптированной под мои условия) с распространенным лямбда-диполем UA1DZ. Очевидное преимущество полуторалямбдового — на пол-дБ выше усиление под более низким углом, да еще и наличине небольшого лепестка в зенит — для меееестных))

  • Вложений: 1

    Ну вот, как и обещал. Сейчас-то уже не успею, но на следующий сезон точно сделаю. Адаптирована под мои условия. Кстати, NEC утверждает, что длину по 0.5м поправить нужно -таки сделаю.

  • Цитата:


    Сообщение от RV9CX

    Ну вот, как и обещал. Сейчас-то уже не успею, но на следующий сезон точно сделаю. Адаптирована под мои условия. Кстати, NEC утверждает, что длину по 0.5м поправить нужно -таки сделаю.


    она и на 80-ке должна работать по идее.

  • НАПРАВЛЕННЫЕ АНТЕННЫ

    Под направленностью антенны, как правило, понимают ее способность концентрировать энергию излучения в заданном направлении, совмещенном с главным направлением максимального излучения, или, на приеме, извлекать энергию электромагнитных волн. В дальнейшем будем придерживаться этого понимания. Иногда под направленностью антенны понимают ее способность не принимать электромагнитное излучение с какого-либо направления.

    Для оценки степени направленности антенну сопоставляют с некоторым «эталоном». За такой эталон принята антенна, излучающая энергию электро­магнитных волн равномерно по всем направлениям пространства. Она носит название изотропного излучателя. Характеристика направленности изотропного излучателя имеет форму сферы. Тем самым след от сечения этой сферы любой плоскостью, проходящей через ее центр, будет иметь вид окружности (диа­граммы направленности изотропного излучателя имеют форму окружности). Ко­эффициент направленного действия изотропного излучателя принят за единицу направленности.

    Изотропного излучателя с такой диаграммой направленности в природе нет. По направленным свойствам к нему приближается уголковый вибратор Пистолькорса: симметричный вибратор, плечи которого образуют между собой пря­мой угол. Обычный симметричный вибратор, длина плеча которого ι « l(элемен­тарный вибратор), уже имеет некоторую направленность (см. рис. 5). Его КНД = 1,5. По мере увеличения отношения ι/l направленность симметричного вибратора растет и достигает значения КНД = 1,64 при ι/l =0,25. Значение к.н.д. антенны функционально связано с некоторой площадью Sэфф, называемой эффективной площадью антенны, составляет

    КНД = 4π Sэфф /l2. (22)

    Так как все реальные антенны имеют определенную поверхность своих провод­ников и изоляторов, то имеется возможность говорить о геометрической пло­щади антенны. Обычно под Sгеом понимают ту площадь, которая создает максимальную «парусность» антенны (максимальные ветровые нагрузки). От­ношение эффективной площади антенны к ее геометрической площади носит название коэффициента использования поверхности (КИП)

    КИП = Sэфф / Sгеом. (23)

    Коэффициент использования поверхности является важной характеристикой антенны. Он показывает, насколько рационально использован материал, затра­ченный на ее постройку.

    Тем самым к.и.п. отражает и электрические, и кон­структивные, и экономические качества антенны.

    Диаграмма направленности

    Определим Sэфф(l/2) дляполуволнового вибратора. Согласно (22) будем иметь

    Sэфф(l/2) = 1.64l2/4π ~0,131l2. (24)

    Можно представить, что полуволновой вибратор извлекает из падающей на него плоской волны всю мощность электромагнитного излучения, переносимого участком фронта этой волны с площадью, равной Sэфф(l/2).

    На рис.12 заштрихованная область Sэфф(l/2) имеет форму прямоуголь­ника.

    Sэфф(l/2) = 0,131l2.

    Одна сторона этого прямоугольника равна l/2.

    Другая a = 0,131l2 (2/l) » 0,26l.

    Поверхность Sэфф более правильно представлять в виде эллипса, большая ось которого параллельна оси вибра­тора и несколько превышает его длину.

    Рис.12. Эффективная площадь полупроводникового вибратора.

    Рис.13. Способы размещения вибраторов в антенной решетке.

     

    Очевидно, что для увеличения направленности антенны (для увеличения ее КНД), надо увеличивать ее Sэфф. Построения на рис. 13 помогают понять, как это можно сделать с использованием двух симметричных вибраторов. Ан­тенна, выполненная из двух симметричных вибраторов, может иметь Sэфф £ 2Sэфф(l/2). При этом она может быть построена по схемам рис. 13,а или б. В первом случае вибраторы расставлены в плоскости поляризации Н, а во втором — в плоскости поляризации Е. Схемы антенн, показанные на рис. 13, позволяют сделать следующие выводы. Существуют оптимальные расстояния между излучателями (которые являются составными элементами антенны). Они дают возможность получить максимально возможное для этой антенны Sэфф при минимальных размерах самой антенны. Действительно, разносить вибраторы по рис. 13,а на расстояния, меньшие 0,26l, нецелесообразно, так как при этом Sэфф < 2Sэфф(l/2), и, следовательно, не будет достигнута мак­симально возможная для данной антенной системы степень направленности. Разносить же вибраторы на расстояния, большие 0,26l, тоже нецелесообразно, так как при этом Sэфф =2Sэфф(l/2), будет получено при размерах данной антенной системы, превышающих оптимальные, что утяжелит ее, затруднит эксплуатацию и увеличит стоимость. То же самое можно повторить и по поводу расстановки вибраторов по рис. 13,б.

    Оптимальная расстановка излучателей в антенне оказывается различной для плоскостей Е и Н. Это связано с их диаграммами на­правленности в этих плоскостях поляризации. Чем меньше ширина диаграммы направленности излу­чателя в заданной плоскости поляризации, тем длиннее в этом направлении будет сторона эффек­тивной поверхности антенны. Если характеристика направленности антенны осесимметрична, то ее эффективная поверхность имеет форму круга, пло­щадь которого согласно (17) определяется КНД антенны.

    На рис. 14 показана фронтальная проекция известной зигзагообразной антенны с плоским ре­флектором, вписанная в ее эффективную поверх­ность. На lmax максимальной рабочей длине волны антенна имеет КНД = 10 и осесимметричную характеристику направленности.

    Диаметр круга, площадь которого равна Sэфф(зиг), равен примерно lmax. Значение КИП для этой антенны на lmax составляет:

    КИП = Sэфф(зиг) /Sгеом(зиг) » 2,5.

    С изменением рабочей частоты, как правило, изменяется форма характеристики направленности любой антенны и значение ее КНД и, как следствие этого, изменение площади и формы Sэфф антенны.

     

     

    Рис.14. Эффективная площадь зигзагообразной антенны.

    Наряду с выражением (17) для определения КНД антенны существует полуэмпирическая формула

    КНД = 36000/q°0,5,0,5, (25)

    где q°0,5, j°0,5— углы раскрыва в градусах диаграмм направленности антенны, снятых в главных плоскостях поляризации.

    Приравнивая (22) и (25), можем получить

    4π Sэфф /l2 = 36000/q°0,5,0,5 или (Sэфф /l2) q°0,5,0,5 = 2870 = const. (26)

    Соотношение (26) показывает связь S, выраженной в относительных еди­ницах (отнесенная к длине волны l2), с шириной главного лепестка диаграммы направленности антенны, выраженной в угловых градусах; связывает форму Sэфф с формой сечения этого лепестка; позволяет определить, что для антенны с единичной эффективной площадью Sэфф = l2 ширина диаграммы направлен­ности антенны равна примерно 1 рад. (q°0,5 = j°0,5 = 54°); показывает, что для достижения узконаправленного излучения (например, q°0,5 = j°0,5 = 1°) сторона Sэфф должна быть значительной (a = 54l).

    Для увеличения направленности антенн необходимо геометрически сумми­ровать в дальней зоне векторы напряженности электрического поля в главном направлении излучения антенны от всех ее токоведущих элементов. Другими словами, рекомендуется складывать Sэфф от всех токоведущих элементов. Прин­ципиально можно получить наперед заданную степень направленности антенны (КНД = N), если взять соответствующее число n = N/1,64 симметричных полу­волновых вибраторов, расставить их в пространстве, пользуясь рекомендациями рис. 13 и обеспечить вибраторам надлежащее питание. Ниже будет показано, в чем заключается основное затруднение при создании направленных антенн как совокупности некоторого множества слабонаправленных излучателей, полу­чивших название антенных решеток.

    Для целей радиолюбительского приема (или передачи) обычно целесообраз­но выбирать одиночный (парциальный) излучатель антенной решетки таким образом, чтобы его собственная направленность была по возможности выше.

    Однако следует иметь в виду, что существуют причины, ограничивающие сте­пень направленности одиночного излучателя. В известной мере условно можно считать, что граница направленности одиночного излучателя определяется КНД » 50 ÷ 100.

    Возможны следующие качественные градации антенн по степени их направленности:

    слабо направленные антенны — антенны, КНД которых не превосходит десяти (Sэфф <l2);

    антенны умеренной направленно­сти — антенны, КНД которых не превосходит ста (l2< Sэфф < 10l2);

    направлен­ные антенны— антенны, КНД которых больше ста (Sэфф > 10l2).

    Приведенные соотношения позволяют уяснить основную связь геометри­ческих размеров антенны с ее КНД и, зная КПД, с коэффициентом усиления. Учитывая, что к.и.п. антенн с большим значением КНД, как правило, меньше единицы, становятся ясными трудности реализации таких антенн.

     


    Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 1322;


    Похожие статьи:

    Раздел 2. Антенны

    Лекция №5. Основные задачи теории антенн. Основные характеристики антенн

    Вопросы:

    1. Структурная схема антенны. Основные задачи теории антенн.

    2. Эквивалентная схема антенны. Коэффициент полезного действия антенны.

    3. Комплексная характеристика направленности. Коэффициент направленного действия и коэффициент усиления антенны.

    4. Принцип взаимности в теории приемных антенн. Эффективная поверхность и шумовая температура приемной антенны.

    Литература

    1. Устройства СВЧ и антенны.

    Излучение элементарного вибратора (Диполь Герца)

    Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радиотехника, 2003. 632 с.

    2. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высш. шк., 1988. 432 с.

    3. Balanis C. Antenna Theory/ Analysis and design. John Wiley&Sons Inc., 2005. 1073 c.

    4. Modern Antenna Handbook / Ed. C.A. Balanis. John Wiley&Sons Inc., 2008. 1700 c.

    5. Volakis J.L. Antenna engineering handbook. McGraw-Hill, 2005. 1755 c.

    Введение. Структурная схема антенны. Основные задачи теории антенн.

    Расширение круга задач, решаемых современной радиоэлектроникой, а также их усложнение стимулировало в последнее время интенсивное развитие теории и техники антенн. Основные области использования радиоэлектроники – связь, телевидение, радиолокация, радиоуправление, радиоастрономия и т.д. невозможны без применения антенн с различными характеристиками.

    По определению антенной называется устройство, осуществляющее преобразование (трансформацию) направляемых электромагнитных волн в радиоволны и, наоборот, радиоволн — в направляемые электромагнитные волны. Из этого определения следует, что преобразование волн является основным назначением антенн. Кроме собственно излучения и приема радиоволн, другим назначением антенн является пространственное распределение электромагнитной энергии при излучении и пространственная избирательность при приеме. Структурная схема антенны приведена на рисунке 5.1.

    В ней можно выделить следующие элементы:

    ‑ вход;

    ‑ согласующее устройство;

    ‑ распределитель;

    ‑ излучающее устройство.

    Под входом антенны обычно понимают сечение линии передачи с волной заданного типа. Современные антенны могут иметь несколько, а иногда сотни и тысячи входов.

    Согласующее устройство предназначено для обеспечения режима питающей линии, как можно более близкого к бегущей волне.

    Распределитель антенны представляет конструкцию из проводников и диэлектриков и предназначен для создания нужного закона распределения излучающих токов, обеспечивающего формирование требуемой характеристики направленности.

    Излучающая система представляет собой область, в которой протекают токи, возбуждающие электромагнитные волны. В качестве излучающей системы могут фигурировать как реальные электрические токи, текущие по металлическим поверхностям, так и эквивалентные фиктивные электрические и магнитные токи на замкнутых поверхностях, окружающих антенну, а также токи электрической и магнитной поляризации в объемах, занимаемых магнитодиэлектриками.

    Антенны классифицируются помногим признакам. Основнымииз них являются:

    1. Направленность излучения и приема. По этому признаку антенны подразделяются на:

    ‑ слабонаправленные антенны (линейные размеры которых меньше длины волны или соизмеримы с ней);

    ‑ умеренно направленные антенны ( порядка единиц );

    ‑ остронаправленные антенны ( > 10 ).

    2. Принцип действия и конструктивное выполнение. Любая антенна содержит вполне определенные конструктивные элементы (проводники, отверстия, щели, замедляющие структуры и т.п.), которые излучают электромагнитные волны при условии, что эти элементы обтекаются токами проводимости или смещения. В связи сэтим различают:

    ‑ линейные антенны, к которым можно отнести проволочные, штыревые, щелевые антенны и антенны поверхностных волн;

    ‑ апертурные антенны, к которым можно отнести рупорные, линзовые и зеркальные антенны;

    ‑ многоэлементные антенны (антенные решетки), в которых излучателями являются слабонаправленные антенны.

    3. Характер сканирования. В несканирующих антеннах луч занимает фиксированное положение, а в сканирующих можно управлять его пространственным положением. В связи с этим различают:

    механическое сканирование ‑ вращение всей антенны;

    ‑ электромеханическое сканирование ‑ перемещение какой-то части (менее массивной) антенны;

    ‑ электрическое сканирование ‑ вся антенна неподвижна, а луч перемещается в результате изменения амплитудно-фазового распределения токовили полей, возбуждающих излучатели антенны.

    Помимо перечисленных выше основных признаков классификации, существуют второстепенные признаки классификации антенн:

    область применения: связные, радиовещательные, телевизионные, радиолокационные и т.п.;

    место размещения: стационарный наземный объект, мобильный наземный объект, борт морского корабля, летательные аппараты (самолет, ракета, космический аппарат);

    диапазон волн: антенны СДВ, ДВ, СВ, КВ, УКВ;

    диапазонность: узкополосные ( ), широкополосные ( ), сверхширокополосные ( );

    режим работы антенны: передающие, приемные, приемопередающие.

    В процессе развития антенн они усложнялись, появлялись принципиально новые их классы, расширялись выполняемые ими функции.

    Зачастую антенны из простых взаимных устройств в сложные динамические системы, содержащие в большинстве случаев сотни, тысячи различных элементов.

    Конструктивно антенны в процессе развития также существенно видоизменялись. Наряду с проволочными вибраторными антеннами, созданными на первых этапах развития, широко распространены антенны апертурные, бегущей волны, фазированные антенные решетки (ФАР), активные ФАР (АФАР), антенны с обработкой сигнала и др. Разработаны щелевые, импедансные, диэлектрические, ферритовые, печатные и другие типы конструкторского исполнения антенн.

    С развитием техники антенн возросла их роль в радиотехнических системах, увеличилась их стоимость и к настоящему времени в ряде областей радиоэлектроники антенны играют решающую роль. В наибольшей степени это относится к ФАР, АФАР, антенным решеткам с обработкой сигнала, радиотелескопам. Реализуемые в настоящее время характеристики антенн предопределяют основные параметры радиосистем. Так, в радиолокационных станциях с ФАР разрешающую способность, точность определения угловых координат объектов, время обзора и установки луча в заданную точку пространства, помехозащищенность и другие параметры определяются в основном характеристиками антенн.

    Многие антенные характеристики являются исходными при построении новых радиосистем, например, комплексов для дальнего космоса, в которых реализуемое усиление антенны определяет дальность действия.

    Направления развития антенной техники:

    уменьшение массогабаритных размеров антенн за счет применения микроэлектроники (печатные излучатели, интегральные полосковые узлы, различные устройства СВЧ в интегральном исполнении, создание новой элементной базы на основе твердотельных микроэлектронных модулей СВЧ АР дает возможность отказа от обтекателей на носителях, и строить выпуклые электрически сканирующие антенные решетки, размещаемые на наружной поверхности носителя);

    обеспечение электромагнитной совместимости радиоэлектронных систем (антенны с диаграммами специальной формы, поляризационная, пространственная и временная фильтрация сигналов в антенной системе, применение многофункциональных антенн);

    снижение стоимости вновь разрабатываемых антенн, более эффективное использование уже созданных радиосистем (применение автоматизированных пакетов проектирования антенн, разработка новых методов решения краевых задач электродинамики, алгоритмов и программ решения систем интегральных уравнений или операторных уравнений с векторными или тензорными функциями Грина);

    улучшение параметров антенн (увеличение скорости сканирования, улучшение характеристик антенн, обеспечение многофункциональности – применение ФАР);

    развитие теоретической базы построения антенн (рассмотрение существующих и развивающихся направлений с единых позиций).


    1234Следующая ⇒


    Дата публикования: 2015-11-01; Прочитано: 1111 | Нарушение авторского права страницы



    studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.003 с)…


    1. Определение и понятия.

    Несимметричными (штыревыми) называют антенны, расположенные непосредственно у земли (или металлического экрана) перпендикулярно (реже наклонно) к ее поверхности.

    Если считать землю идеально проводящей и учитывать зеркальное отображение, то несимметричный вибратор можно считать половиной эквивалентного ему симметричного вибратора (рис. 1).


    Сопротивление излучения несимметричного вибратора в два раза меньше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при одинаковых токах первый излучает в два раза меньшую мощность (нет излучения в нижнее полупространство) [1].

    Входное сопротивление несимметричного вибратора в два раза меньше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при одинаковах токах питания у первого напряжение питания в два раза меньше (рис. 1).

    Коэффициент направленного действия несимметричного вибратора в два раза больше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при однаковой мощности излучения первый обеспечивает в два раза большую угловую плотность мощности, так как вся его мощность излучается в одно полупространство (рис.2).

    Все сказанное справедливо для идеального несимметричного вибратора, то есть когда земля представляет собой идеальный проводник. Если же земля обладает плохими проводящими свойствами, поле излучения вибратора меняется. Кроме того, это приводит к уменьшению амплитуды тока в вибраторе и, следовательно, к повышению его сопротивления и уменьшению излучаемой мощности. Почва является диэлектриком с большой диэлектрической проницаемостью (равной почти 80), что приводит к изменению электрической длины мнимого диполя, а также длины пути токов смещения. Результат — полное искажение диаграммы направленности (поднятие лепестков вверх и исчезновение излучения под малыми углами к горизонту) и увеличение сопротивления штыря.

    По этой причине практически не используют почву в качестве "земли", а используют искусственную землю.

    2. Земля штыревой антенны

    Теоретические расчеты показывают, что наибольшие потери имеют место в зоне с радиусом 0,35 длины волны, поэтому в этой зоне желательно провести "металлизацию" земли: соединить радиальные провода между собой перемычками (рис.3). Очень хорошо, если эта металлизация будет проведена на всем расстоянии противовесов.


    Рис.3

    Противовесы следует изолировать от земли. Если они будут лежать на земле, то от влаги их электрическая длина не будет резонансной для антенны. Так же должны быть изолированы от земли и их концы. Только в одном случае можно не изолировать концы противовесов от земли: если они надежно соединены кольцом-перемычкой (рис.3).

    Никогда не следует забывать о том, что идеальная штыревая антенна имеет КПД 47%, а КПД антенны с 3 противовесами — менее 5%. Значит, работая со штыревой антенной с тремя противовесами, из ваших 200 ватт, подводимых к штырю, 180 ватт (!!!) напрасно теряются, попутно создавая TVI. Многие процессы в ионосфере нелинейны, т.е. отражение радиоволн начинается, скажем, при подводимой мощности к вашей антенне в 7 ватт, и уже полностью не происходит при 5 ваттах. Значит, вы теряете уникальные возможности DX QSO, сэкономив на проводе для противовесов.

    Следует еще учесть искажения диаграммы направленности при малом количестве противовесов. Из шарообразной она становится лепестковой, имеющей направление вдоль противовесов. Задача о нахождении оптимального количества противовесов была решена мною с помощью ЭВМ. Решение представлено на рис.4. Из него видно, что минимально необходимое число противовесов равно 12. При большем их количестве КПД растет медленно. Противовесы должны быть расположены на одинаковом расстоянии относительно друг друге.


    Рис.4

    Угол их расположения относительно штыря должен быть от 90° до 1350. При больших и меньших углах падает КПД и д.н. искажается. Противовесы должны быть длиной не менее основного штыря. Это’можно объяснить тем, что протекающие между штырем и противовесами токи смещения занимают определенный объем пространства, который участвует в формировании диаграммы направленности. Уменьшая длину противовесов, а, следовательно, уменьшая объем пространства, служащий формированию д.н., мы существенно ухудшаем характеристики антенны. С большим приближением можно сказать, что каждой точке на штыре соответствует своя точка на противовесе. Однако нет необходимости использовать противовесы длиннее чем основной штырь.

    Противовесы и сам штырь должны быть покрыты защитной краской. Это необходимо для того, чтобы материал, из которого выполнена антенна, не окислялся. Окисление вибраторов приводит в негодность антенну из-за того, что тонкая пленка окисла имеет значительное сопротивление, а так как на ВЧ сильно выражен поверхностный эффект, то энергия передатчика поглощается и рассеивается в тепло этой пленкой.

    Крайне желательно использовать для этого радиокраску (ту, которой красят локаторы). Обычная краска содержит частички красителя, поглощающие ВЧ энергию. Но, в крайнем случае, можно использовать и обычную краску.

    3. Размеры вибраторов штыревой антенны

    Как известно, сопротивление излучения антенны Ризл пропорционально отношению L/d, где L — длина и d — диаметр антенны. Чем меньше отношение L/d, тем широкополоснее антенна и больше КПД.

    Следует учесть, что при использовании толстых вибраторов сказывается "торцевой эффект". Он обуславливается емкостью между торцами вибратора и землей. Физически это выражается в том, что антенна получается "длиннее" расчетной. Для его уменьшения обычно широкополосные штыри имеют конусообразную форму. Расчеты показывают, что минимально необходимая толщина противовесов должна составлять

    d=D/2,4n, где

    d — диаметр противовесов, D — диаметр штыря, n — количество противовесов.

    Часто радиолюбители не могут установить четвертьволновый штырь и используют штырь, имеющий меньшие размеры. В принципе можно согласовать штырь любой длины с помощью согласующих устройств. Однако короткие штыри имеют малое активное и большое реактивное сопротивление [3] и будут согласованы весьма неоптимально (на самих согласующих устройствах может рассеяться до 90% энергии). А если еще при этом используются и суррогатные короткие противовесы, то эффективность такой антенной системы будет весьма низка. Однако в средствах подвижной связи часто такие суррогатные антенны применяются. Но это только потому, что другие виды укороченных антенн будут работать еще хуже!

    4. Диаграммы направленности штыревых антенн

    Многих интересует, как влияет высота подъема штыря на его диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и зависит ли его сопротивление от высоты подвеса. Важнейший результат [4] заключается в том, что распределение токов в штыре не зависит от высоты его подвеса при наличии идеальной "земли". Практически это означает, что на какой бы высоте штырь ни находился, его сопротивление будет постоянным. Общий результат решения показывает, что если штырь настроен в резонанс, то его нижний конец можно заземлить. При этом его можно питать в любой точке.

    На результатах этого важного вывода и созданы штыревые антенны (флаг-антенны, мачта-антенны), нижний конец которых соединен с "землей" и которые питаются через гамма-согласование.

    Диаграммы направленностей вертикальной плоскости полуволнового штыря приведены на рис.5. Из этого рисунка видно, что чем выше поднимается антенна, тем положе угол излучения к горизонту. Это объясняется тем, что происходит сложение излученной штырем волны и волны, отраженной от земли. Если почва обладает плохими проводящими свойствами, то диаграмма направленности будет близка к диаграмме направленности штыря над землей. Поднимать антенну на высоту более длины волны не имеет смысла, т.к. при этом уже не происходит уменьшения угла излучения, а только начинают дробиться верхние боковые лепестки.


    Рис.5

    Следует запомнить еще одну интересную особенность штырей, высота которых равна длине волны и более. Такие антенны в профессиональной связи используются как антифединговые [5]. Это означает, что такая антенна будет принимать без проблем сигнал, приходящий с замираниями на четвертьволновый штырь или диполь.

    5. Согласование штыревых антенн Для успешной работы штыревая антенна должна быть согласована. Несмотря на все кажущееся многообразие согласующих устройств и штырей, их можно разбить на 3 группы.

    1. Штырь согласованный, электрическая длина равна четверти длины волны;

    2. Штырь с электрической длиной больше требуемой, эту длину "убирают" с помощью емкости;

    3. Штырь длиной меньше четверти длины волны. Недостающую длину »добавляют" катушкой индуктивности.

    Необходимо помнить, что конденсатор и катушка должны иметь максимально возможную добротность, а также желательно, чтобы ТКЕ и ТКИ были как можно лучше. Обычно емкость укорачивающего конденсатора может быть в пределах 100 пф на 28 — 18 МГц, параметры удлиняющей катушки — единицы мкГн до 21 МГц, десятки — до 3,5 МГц.

    В заключение следует отметить, что подобная практика согласования применима к штырям длиной, кратной четверти длины волны.

    6. Типы штыревых антенн

    Несимметричный вибратор с экраном конечных размеров (рис.3). Эту антенну и’применяют в основном радиолюбители. В качестве экрана обычно применяют противовесы длиной не менее четверти длины волны.

    Несимметричный петлевой вибратор (рис.6). Его д.н. совпадает с д.н. классического штыря. Однако он обладает преимуществом, выражающемся в том, что один его конец заземлен. Подбором толщины dl и d2 можно изменять его входное сопротивление в больших пределах. При d1=d2 сопротивление вибратора будет равно 146 Ом.


    Рис.6

    Сопротивление несимметричного вибратора, имеющего разные толщины, рассчитывается по формуле /1 /: Ra=(1+n2).36n, где n=ln(d/d1)/ln(d/d2).

    Широкодиапазонные вибраторы, изготавливаются из толстых труб, штырей, пластин. Могут быть как коническими, так и ромбическими, цилиндрическими, сплошными и решетчатыми (рис.7). Перекрытие диапазона рабочих частот зависит от отношения I/O. Чем оно меньше, тем широкополосиее вибратор. Всем хорошо известная антенна UW4HW является широкополосным несимметричным вибратором, а вертикальный излучатель UA1DZ — широкополосным симметричным вибратором.


    Рис.7

    Конические антенны — частный случай широкополосных вибраторов (рис.8).


    Рис.8

    Поле излучения создается токами, обтекающими ко-нус, а диск играет роль экрана и почти не излучает. При угле раскрыва 600 достигается наибольший коэффициент перекрытия диапазона, равный пяти, при КБВ > 0,5 в фидере с волновым сопротивлением 50 Ом. При этом максимальная длина волны равна 3,6 . Диаграмма направленности дискоконусной антенны KB и УКВ примерно такая же, как и обыкновенного штыря. На KB применяют проволочный вариант конусной антенны (рис.8б), в которой вместо конуса используется плоский проволочный веер, а вместо диска — система заземления из радиальных проводов.

    Отдельно хочу обратить внимание на антенны-мачты. Особенно-стью таких антенн является то, что нижний их конец заземлен.


    Рис.9

    Антенна верхнего питания (рис.9) возбуждается с помощью фидера, проложенного внутри мачты. Это принципиально. Д.н. его такая же, как и у обычного штыря, но потери при излучении и приеме больше, так как радиоволна отражается от земли при излучении.

    Антенна среднего питания (рис.10) представляет собой мачту из двух частей, возбуждаемую последовательно в точках 1 и 2 напряжением, которое подается с помощью фидера, проложенного внутри нижней части. Сопротивление антенны в точках питания Ra=Rb/cos2kll, где к — коэффициент укорочения, Rb — сопротивление "чистого" вибратора в точке 3. Подбирая соотношение между 11 и 12, можно согласовать антенну с фидером питания.

    Принципиальное значение имеет то, что фидер должен проходить внутри нижней части антенны. Недостаток — трудности с изолятором для верхней ее части.


    Рис.10-11

    Антенна шунтового питания (рис.11) возбуждается параллельно при помощи шунта, подсоединяемого к мачте на некоторой высоте 11.

    Обычно входные реактивные сопротивления нижней и верхней частей антенны имеют индуктивный и соответственно емкостной характер, и по входному сопротивлению в точке 1 антенна эквивалентна параллельному контуру. Подбором величины 11 обеспечивается наилучшее согласование с фидером питания. Распределение токов таково, что частично ослабляет излучение антенны, поэтому шунт следует делать минимальных размеров. Классическая реализация шунтового питания — гамма-согласование.

    Часто, особенно при построении антенн для низкочастотных диапазонов, нет возможности расположить вибратор вертикально относительно земли. При расположении штыря наклонно относительно земли диаграмма направленности, конечно, исказится.

    Следует располагать по возможности больше противовесов под той частью антенны, которая наклонена. Надо, также по возможности, поднимать противовесы так, чтобы они образовывали с антенной угол не более 135°. Следует помнить, что такая антенна более тяжела в согласовании из-за наличия значительной реактивной составляющей.

    Литература:
    1. Н.Т.Бова, Г.Б.Резинков. Антенны и устройства СВЧ; Киев, Высшая школа, 1982.
    2. Н.Н.Федоров. Основы электродинамики; М., Высшая школа, 1980.
    3. З.Беньковский, Э.Липинский. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн; М.,Радио и связь, 1983.
    4.

    Диаграмма направленности (ДН) диполя

    Г.З.Айзенберг. Коротковолновые антенны; М., Радио и связь 1985.
    5. Г.Б.Белоцерковский. Основы радиотехники и антенн; М., Радио и связь, 1983.

    И.ГРИГОРОВ (UZ3ZK), 308015, Белгород-15, а/я 68.

    (РЛ 7/92)

    Модуляция и ширина спектра радиосигналов телевизионного вещания

    Наземное телевизионное вещание согласно ГОСТ 7845-92 осуществляется с использованием ультравысоких частот в диапазоне метровых (МВ – 48,5-230 МГц) и дециметровых волн (ДМВ – 470-790 МГц). В диапазоне “МВ” ТВ радиоволны размещены соответственно:

    I поддиапазон 48,5 – 6 МГц (радиоканалы 1 и 2);

    II поддиапазон 76 – 100 МГц (радиоканалы 3 – 5);

    III поддиапазон 174 – 230 МГц (радиоканалы 6 – 12);

    IV поддиапазон 470 – 582 МГц (радиоканалы 21 – 34);

    V поддиапазон 582 – 790 МГц (радиоканалы 35 – 60).

    Нижняя граница частотного диапазона обусловлена технической эффективностью передачи и приема видеосигнала с максимальной частотой спектра 6 МГц, для чего необходимо, чтобы несущая радиосигнала в несколько раз превышала эту частоту. Верхняя граница диапазона ограничена длинами волн, на которых начинают сказываться значительное поглощение излучения в атмосфере и влияние ее неоднородностей.

    Радионесущая изображения в указанных диапазонах амплитудно модулируется полным цветовым телевизионным сигналом с частичным подавлением нижней боковой полосы спектра, а радионесущая звукового сопровождения частотно модулируется аудиосигналом с девиацией 50 кГц, позволяя обеспечить максимальную помехозащиту для звукового сигнала высокого качества (30 – 1500 Гц).

    На рис 18, а представлена огибающая спектров радиосигналов изображения и звукового сопровождения. Наименьшая полоса частот радиоканала изображения составляет 7,625 МГц (ослабление составляющих – 1,25 и 6,375 МГц относительно несущей на 20 дБ), а радиоканала звукового сопровождения – 0,25 МГц; разнос несущих частот звука и изображения 6,5 МГц (несущая частота изображения fн.и. меньше несущей частоты звука fн.зв. ); номинальная ширина полосы частот радиоканала ТВ вещания 8 МГц; отношение мощностей несущих изображения и звука (5:1 — 10:1).

    Рис. 18

     

    Применение различных видов модуляций радиосигналов ТВ вещания облегчает их разделение в телевизионных приемниках. Подавление нижней боковой полосы спектра радиосигнала изображения устраняет избыточность информации и дает возможность сохранить полосу частот, занимаемую ТВ каналом. Однако практически для уменьшения квадратурных искажений ТВ сигнала, возникающих в простом (линейном) амплитудном спектре приемника (характерном для начального периода вещания черно-белого телевидения) в стандарте вещания было предусмотрено оставить неподавленной небольшую часть спектра нижней боковой полосы шириной 0,75 МГц. В этом случае крупные детали, имеющие в спектре высокую энергетику гармоник, передаются без градационных (т.е. квадратурных) искажений в изображении, а искажения в мелких деталях глаз воспринимает некритично, так как имеет характеристику ФНЧ в области высоких пространственных частот. При этом для верного воспроизведения спектра видеосигнала АЧХ радиоканала изображения ТВ приемника должна соответствовать кривой рис. 18, б. В результате после детектирования радиосигнала изображения суммарное номинальное напряжение, образующееся на нагрузке детектора от симметричных частот, составляющих нижней и верхней боковых полос, на любой частоте спектра в пределах 0 – 6 МГц всегда будет равно единице (в относительных единицах), согласно кривой характеристики верности рис 18, в.

    В связи с большой помехоустойчивостью звукового сопровождения, передаваемого методом широкополосной ЧМ и для уменьшения помехи от него в канале изображения мощность излучения несущей звука может быть уменьшена по сравнению с несущей изображения до 10 раз.

     

    Принцип передачи цветного изображения:

    Принцип передачи цветного изображения основан на так называемой трехкомпонентной теории цветового зрения, согласно которой практически все цвета, существующие в природе, можно получить с помощью смешения трех основных — красного, зеленого, синего, — взятых в определенной пропорции. В телевидении их обозначают начальными буквами соответствующих английских слов: R (Red), G (Green) и В (Blue). Если с помощью фонарей одинаковой интенсивности источников с красным, зеленым и синим светофильтрами осветить экран таким образом, чтобы разные цвета частично совместились (рис.19), то зеленый и красный в смеси дадут желтый цвет, красный и синий — пурпурный, синий и зеленый — голубой, а место совмещения красного, зеленого и синего даст в сумме белый цвет. Если теперь в одинаковой пропорции увеличивать или уменьшать мощности всех источников, то яркость белого пятна будет соответственно увеличиваться или уменьшаться, а цветовой тон смеси при этом останется неизменным.

    1. Антенны

    Если же изменять мощность источников в разных пропорциях, то тогда каждый цветовой участок будет менять свой цвет, включая и белый участок. При рассмотрении каждого источника в отдельности можно отметить неодинаковую их яркость: зеленый источник будет казаться ярче красного и синего, а красный — ярче синего. Все дело в различной чувствительности глаза к яркости каждого цвета в отдельности.

    Совместимость цветного телевидения:

    При построении вещательного цветного телевидения кроме трех сигналов, несущих информацию о цвете, необходимо передавать и сигнал, соответствующий черно-белому изображению. Этот сигнал должен обеспечить совместимость цветного и черно-белого телевидения, т. е. возможность принимать на экране черно-белого телевизора цветную программу в черно-белом виде, а на экране цветного телевизора — черно-белую программу в черно-белом изображении. Этот сигнал называется яркостным и обозначается Еу. Он может быть получен при смешении в определенной пропорции сигналов основных цветов (обозначаются Еr,Еg и Еb).

    Соотношение между сигналом яркости Еу и сигналами основных цветов Еr, Eg и Eb было найдено с учетом кажущейся различной яркости основных цветов. Сигнал яркости можно выразить уравнением:

    Еу = 0,30 Еr + 0,59 Eg + 0,11 Ев.

    Сигнал яркости Еу формируется в специальной матрице (матрицей в цветном телевидении называют устройства, которые выполняют операции сложения или вычитания. Они могут быть выполнены с помощью резисторов и фазоинверторов). При наличии сигнала яркости Еу нет необходимости передавать все три цветовых сигнала, так как один из них всегда можно получить при сложении, используя приведенное выше соотношение между яркостным сигналом и сигналами основных цветов. В телевидении принято не передавать зеленый Еg сигнал, так как он наиболее широкополосный, в яркостном сигнале содержится 59% зеленого.

    Кроме того, во всех совместимых системах передаются не сигналы Еr и Eb, а так называемые цветоразностные сигналы Еr-y и Eb-y. Это связано с тем, что информация о яркости, которая содержится в цветовых сигналах Еr и Eb, излишняя, поскольку она содержится в яркостном сигнале Еy. На экране же черно-белого телевизора эти сигналы создавали бы помеху в виде мелкоструктурной сетки. Цветоразностные сигналы Еr-y и Eb-y формируются в матрицах путем вычитания сигнала Еу из сигналов Еr и Eb. Наиболее наглядно формирование яркостного сигнала Еу и цветоразностных сигналов Еr-y и Еb-у можно проследить на примере формирования испытательного сигнала цветных полос в специальных генераторах-телетестах, предназначенных для проверки и настройки телевизионных приемников. С помощью такого генератора можно получить на экране телевизора восемь цветных полос — белую (или бело-серую), желтую, голубую, зеленую, пурпурную, красную, синюю и черную. Генератор цветных полос вырабатывает три видеосигнала основных цветов, представляющие собой напряжения прямоугольной формы строчной частоты для сигнала Еg; двойной тройной для Еr и учетверенной строчной для Eb. Размах этих сигналов составляет в относительных единицах — 1 (на белой полосе) и 0,75 на других полосах при формировании белой полосы с двумя уровнями яркости (рис.20). Сигнал яркости Еу образуется путем сложения сигналов Еr, Еg, Eb и представляет собой сигнал ступенчатой ниспадающей формы. Цветоразностные сигналы Еr-у и Еb-у получаются путем вычитания из сигналов Еr и Еb сигнала яркости Еу. Дальнейшее формирование сигналов зависит от выбора системы цветного телевидения.

     

    Частотный спектр полного цветового телевизионного сигнала:

    Итак, в совместимой системе цветного телевидения передаются сигнал яркости Еу и два цветоразностных сигнала Еr-y и Eb-y. Для того, чтобы обеспечить возможность передачи цветного изображения в стандартной полосе частот, отведенной для черно-белого телевидения, используется метод уплотнения, при котором спектр частот сигналов цветности располагается в спектре яркостного сигнала (рис.21).

    Для этого используется так называемая цветовая поднесущая частота, которая располагается в верхней части спектра яркостного сигнала и модулируется цветовым сигналом при передаче цветовой информации. Так как глаз не ощущает мелких деталей изображения, то полосу цветоразностных сигналов ограничивают до 1,5МГц. Передаваемые в общем спектре частот сигналы цветности и яркости могут создавать взаимные помехи.

    Для их уменьшения существует ряд мер. Например, поднесущая сигнала цветности располагается в верхней части спектра яркостного сигнала, что в значительной мере снижает помехи на экране черно-белого телевизора, так как проявляются лишь в виде мелкоструктурной сетки, что менее заметно. Существуют и другие способы снижения уровня помех.

     

    Предыдущая3456789101112131415161718Следующая


    Дата добавления: 2016-05-11; просмотров: 717;


    ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

    Самодельная штыревая антенна для передатчиков VHF-диапазона

    На этой странице я выложил подробную фото инструкцию по изготовлению штыревой антенны для передатчиков VHF-диапазона, без вникания в саму суть передачи радиосигналов по воздуху. Однако в статье приведен расчет длины четвертьволновой штыревой антенны.

    Четвертьволновая штыревая антенна VHF-диапазона (в мире охранных сигнализаций просто «штырёк») стоит рублей 200-300, в розницу. Фирменные антенны от компании C.NORD называются CN AGV и продаются в различных типоразмерах (длина штырька подстраивается под частоту радиопередатчика). Раз уж такие антенны рассчитаны на радиопередатчики достаточно широкого диапазона частот (146-174 МГц), то необходимо изначально выбрать антенну нужного типоразмера или подстроить (откусить лишнее, но не нарастить, в таком случае менять на другую антенну). «Откусывать» лишнее от штыревой антенны иногда приходится во время переключения объекта с одного ЧОПа на другой, потому как частота передатчика меняется и сигналы со штырька неправильной длины плохо идут.

    Сейчас мы по сути сделаем копию антенны CN AGV, но сделаем ее под конкретную частоту.

    Все начинается подготовки необходимого материала, инструментов и с вычисления длины штырька, под частоту 163 325 кГц (частоту я выбрал для примера, какой ЧОП на ней работает мне не известно).

    Для самодельной штыревой антенны нам понадобится инструмент: паяльник, фен (можно газовую зажигалку, кусачки, наждачная бумага; материал: оцинкованная проволока 2-4 мм в диаметре, припой, паяльная кислота, разъем pl-259, термоусадочная трубка.

    Вернемся к вычислениям. На блокноте расписал подробно как вычисляется длина четвертьволновой штыревой антенны. Следует так же знать, что длина штырьковой антенны меряется от конца шайбы разъема pl-259.

    В итоге после всех вычислений понимаем, что длина штыря, с учетом пайки разъема pl-259, должна быть 49,9 см. Для штыря я использую обычную оцинкованную проволоку толщиной 2-4 мм. Она достаточно жесткая, чтобы служить штыревой антенной.

    Выгибаем кусок проволоки, чтобы она стала ровной. От этого зависит качество антенны, поэтому будет еще лучше если вам удастся найти подходящей толщины более жесткий металлический штырек / проволоку / спицу.

    Примеряем как зайдет в разъем наша проволока. Если не заходит, как в нашем случае, то вытачиваем / заостряем конец проволоки с помощью «наждачки», но ровно на столько насколько конец должен зайти в разъем.

    Мне на глаза попался шуруповерт, поэтому заточить конец проволоки удалось быстро:

    После того, как конец проволоки стал свободно заходить в разъем pl-259 прекращаем заточку. Будет даже лучше, если он будет плотно входить внутрь центрального отверстия разъема.

    Ту часть проволоки, что входит в центральный штекер разъема, необходимо обработать паяльной кислотой и пропаять оловом.

    На пропаянный конец проволоки надеть VHF штекер и отметить для себя ту часть проволоки, которая будет прикасаться к шайбе разъема.

    Излучение диполя. Диаграмма направленности излучения

    Эту часть как можно лучше изолируйте от шайбы, с помощью термоусадки как это показано на рисунке и на фото.

    Весь штырек так же изолируйте еще одной термоусадочной трубкой, потому как антенна по сути должна быть изолирована.

    Теперь штекер можно паять. После пайки обязательно «прозвонить» мультиметром нет ли короткого замыкания между центральной жилой и гайкой штекера pl-259.

    Теперь антенна готова, можно вставлять ее в радиопередатчик.

    Будьте уверены сигналы с такой антенны «долетят» до ретранслятора / базового приемника.

    Меню

    Охранно-пожарные системы
    Группа Компаний БЭВИК

    г. Пермь, Бердичевская, д. 97, оф. 26

    Телефон: +7 (342) 202-55-32

    Мы работаем ежедневно с 10:00 до 18:00

     

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *