Что значит короткозамкнутая антенна
Что значит короткозамкнутая антенна
Если 3G всё же «добивает» до вашего жилища, но коннект то есть, то нет – стабильную связь получить можно. К примеру, в моём доме на втором этаже 3G ловится, тогда как на первом – нет. После небольшого апгрейда сеть 3G стала ловиться на ура и на первом этаже. О том, как научить гаджет видеть сеть 3G с помощью собранной из подручных материалов антенны, мы и расскажем в этой статье.
Сразу отбросим решения, связанные с покупкой промышленно изготовленной антенны. Это затратно и не стоит упоминания уже потому, что далеко не каждый модем имеет разъем для подключения внешней антенны. Более того, стоимость антенного адаптера для модема может оказаться сопоставимой со стоимостью самого модема.
Далее стоит подчеркнуть, что критерием эффективности того или иного решения надо считать не количество децибел или процентов, отображаемых управляющей программой модема, не числом «палок» на индикаторе, а реальным увеличением скорости доступа, то есть подключением режима 3G. Приведенный скриншот демонстрирует относительность стандартных индикаторов.
Хотя как косвенное подтверждение правильности выбора эти показатели вполне подойдут. Стоит также заметить, что сама возможность подключения к интернету на скорости 3G зависит от очень многих факторов (расстояние до базовой станции, погоды, занятости слотов, активности абонентов), а мы пытаемся улучшить лишь один из них.
Для начала рассмотрим самый простой вариант: три-четыре витка медной проволоки, намотанные на модем. Умельцы со стажем советуют наматывать провод на самом конце модема, где расположена встроенная антенна.
Кстати, часто в комплекте с модемом идет кабель-удлинитель на 3- 5 метров с кусочком двустороннего скотча для крепления на окно или стену. Этот вариант описывают сами операторы в руководстве. По качеству удлинитель сравним с проволокой. Но мне лично бывает проще крутануть кусочек проволоки, чтобы «поймать» 3G, чем возиться с удлинителем.
Антенна Харченко для 3G
К сожалению, предложенные выше решения далеко не всегда приводят к желаемому результату, а значит, имеет смысл попробовать более продвинутое решение – изготовить простую, но эффективную рамочную антенну. По отзывам, очень хороший результат дает антенна Харченко, представляющая собой два квадратных элемента. Берем толстый (3,5- 4 мм) медный провод и изгибаем его как показано на фото.
Как спасти трансивер (радиостанцию) от статического электричества и попадания молнии
Если в ваши планы не входит уничтожение радиоэлектронной аппаратуры в доме или трансивера, с которого вы проводите связи, то у вас:
• Антенна должна быть короткозамкнутой для постоянного тока;
• Антенна должна быть правильно заземлена.
Конечно, можно просто натянуть КВ диполь, подключив одно его плечо к центральной жиле коаксиального кабеля, а другое к оплётке и перед каждой грозой или сильным ветром в сухую погоду отключать антенну от трансивера, замыкать её и заземлять, но однажды может наступить день, когда вы забудете или не сможете это сделать, например в виду неожиданности события (молнии бьют не только в грозу).
Особенно актуально выполнять антенну короткозамкнутой для постоянного тока и надёжно заземлять её, если это:
Антенна на КВ диапазон.
Такая антенна имеет значительную длину плеч, а следовательно и большую ёмкость к земле и грозовым тучам, значительную индуктивность, способна накапливать значительные энергии статического электричества или на неё могут наводиться импульсы большой энергии при грозовых разрядах.
Антенна установлена на мачте значительной высоты (по сравнению с окружающими предметами).
Такая антенна является точкой концентрации значительных потенциалов статического электричества, особенно если её конец весьма острый, и следовательно потенциальной точкой попадания грозового разряда.
Нужно отметить, что все промышленные антенны имеют в своём составе элементы обеспечивающие их короткое замыкание по постоянному току и рассчитаны на подключение к ним заземления (установки на мачту соединённую с контуром заземления).
Замыкание антенны по постоянному току
Если антенна изначально не является короткозамкнутой по постоянному току (квадрат, треугольник, разрезной петлевой вибратор), то для её замыкания можно использовать:
Дроссель
Дроссель подбирают так, что бы его реактивное сопротивление было примерно в 5-20 раз больше волнового сопротивления антенны.
Например, для антенны «Граунд плайн 1/4» на диапазон 10 метров (27 МГц или 28 МГц), такому условию удовлетворяет дроссель из 15 витков провода 3 мм намотанных с зазором 1 мм на оправке 30мм. Индуктивность такого дросселя порядка 2.8 мкГн, а его реактивное сопротивление на частоте 27 МГц будет 467 Ом, что почти в 10 раз выше волнового сопротивления антенны «Граунд плайн 1/4» (50 Ом).
На рабочей частоте такой дроссель не будет оказывать никакого ощутимого влияния на работу антенны и КСВ, но для более низкочастотных импульсов и тем более постоянного тока (статического электричества) он будет являться элементом замыкающим антенну.
Преимущества дросселя:
— Компактность;
— В случае если антенна многодиапазонная то дроссель, будучи рассчитан на самый низкочастотный диапазон (частоту) не будет оказывать влияние на более высокочастотные диапазоны (частоты).
Недостатки дросселя:
— В некоторых случаях дроссель может явиться колебательной системой LC контуром с распределёнными параметрами и резонировать на некой частоте, что приведёт к ухудшению параметров антенны.
Четвертьволновую короткозамкнутую линию
Четвертьволновая короткозамкнутая линия, в простейшем случае, есть не что иное как отрезок такого же фидера, как фидер идущий от антенны, длиной 1/4 L на рабочей частоте, естественно с учётом К_укорочения данного фидера, замкнутую на одном конце и подключенную параллельно фидеру другим концом (соответственно — оплётка к оплётке, центральная к центральной жиле, если это коаксиальный кабель).
Четвертьволновая линия замкнутая на конце является по сути параллельным LC контуром настроенным на рабочую частоту (частоту для которой её длина равна 1/4L), то есть оказывает большое сопротивление токам частоты на которую настроена и малое сопротивление токам любых других частот и постоянному напряжению.
Преимущества 1/4L короткозамкнутой линии:
— Возможность выполнения КЗ по постоянному току на высокочастотных диапазонах УКВ (VHF/UHF) без опасения, что будут потери в КЗ элементе.
— Дополнительная фильтрация сигналов как принимаемых из эфира так и излучаемых.
Недостатки 1/4L короткозамкнутой линии:
— Невозможность выполнения КЗ элемента таким способом на несколько диапазонов (частот).
— Большой физический объём в случае изготовления для КВ диапазонов.
Важно отметить, что какой бы не был КЗ элемент, обязательно к его выводам подключить разрядник на напряжение в 2-4 раза больше, чем напряжение развиваемое передатчиком.
Например, для передатчика мощностью 100 Ватт напряжение на которое должен быть рассчитан разрядник будет порядка 250 вольт.
Если антенна исключительно приёмная, то разрядник должен быть на как можно меньшее напряжение.
Разрядник необходим на случай прямого попадания молнии или наведения очень сильной наводки, например, от близкого грозового разряда. В таком случае разрядник замкнёт КЗ элемент антенны, который мог бы сам стать резонатором и в нём могли бы возникнуть колебания некой частоты, большой, порой огромной мощности, которые бы привели к разрушению или связной аппаратуры или бытовой электроники. Разрядник в момент пробоя снижает добротность такого резонатора и ограничивает напряжение, действующее в системе до относительно безопасного уровня.
Особенно актуален разрядник для короткозамкнутых 1/4L линий, так как такие линии являются колебательными системами с весьма высокой добротностью, настроенными непосредственно на полезную частоту, то есть частоту, которая будет пропущена любыми ФНЧ/ФВЧ и контурами связного тракта.
Для этой цели вполне подходят промышленные разрядники, которые можно купить в магазинах торгующих электронными компонентами, например:
На параметрах антенны такой разрядник в нормальном состоянии не будет сказываться, так как имеет весьма малую ёмкость и большое сопротивление. Разрядник, который замерил автор (приведён на фото) имел ёмкость всего 0,2 пф.
Естественно, что такие «мелкие» разрядники одноразовые, то есть при возникновении нештатной ситуации, скорее всего они физически разрушаться «выгорят», но и не стоит забывать, что при возникновении таких ситуаций, в любом случае потребуется техническое обслуживание и самой антенны, какой бы прочной она не была.
Заземление антенны
Большинство антенн нельзя заземлить просто соединив один из проводов с контуром заземления, по причине того, что это нарушит симметрирование антенны, исказит диаграмму направленности, приведёт к затеканию ВЧ токов в контур заземления и как следствие к помехам на телевизоры или для другой бытовой аппаратуры в доме.
Заземлять антенну нужно через один из элементов, которые были описаны выше для обеспечения короткого замыкания по постоянному току. Параллельно КЗ элементу нужно подключить и разрядник.
Ориентировочная схема заземления и организации КЗ по постоянному току для антенны 1/4 GP:
Заземлять антенну необходимо только на специально предусмотренный для этого контур заземления.
Найти контур заземления на крышах панельных домов, высотках и домах выполненных в соответствии с строительными нормами весьма просто — обычно к нему подключены мачты коллективных антенн.
Контур заземления, это не просто торчащая поблизости арматура или какой то стальной прут. Контур заземления обычно проложен по всей крыше, это отдельный проводник выполненный из стальной проволоки или ленты достаточного сечения, обычно, если это проволока, то её диаметр порядка 5-6мм или более.
В частном доме заземление нужно организовать самостоятельно, для этого ознакомиться с строительными нормами и правилами относительно данного предмета.
Заземление это не шутки, его нужно выполнять так, что бы контакты обеспечивали минимальное сопротивление и были механически надёжны, долговечны.
Если вы подключаетесь к имеющемуся контуру заземления, то обязательно хорошо зачистите место подключения и проводник, которым будет выполнено подключение, затем, после того как подключение выполнено, защитите место подключения от коррозии.
Почему важно иметь хороший контакт в контуре заземления?
Ток в разряде молнии может достигать 10-100 тысяч ампер, следовательно мы можем руководствуясь законом Ома вычислить напряжение которое окажется на выводах условного резистора, который представляет собой наш контакт или проводник.
Предположим, что в антенну ударила самая чахлая, ничтожная молния, которая вызвала протекание по контуру заземления тока всего 5000 ампер, при этом сопротивление в неком месте контура заземления, на пути протекания тока было равно всего 1 Ом, тогда:
U=I*R, или U=5000*1 или 5000 вольт будет действовать на выводах этого сопротивления (контакта, проводника)!
То есть 5000 вольт с током в тысячи ампер могут оказаться приложенным к концу коаксиального кабеля вашей антенны, а следовательно и корпусу аппарата, если сопротивление антенна-земля будет всего лишь 1 Ом, а ведь обычно оно больше.
Для сравнения, применяемый для казни в США электрический стул оперирует напряжением порядка 6000 вольт с током до 1 ампера. Конечно, электрический стул долговременно прикладывает напряжение к телу, а молния лишь очень короткое время, тысячные доли секунды, но этого может вполне хватить для уничтожения бытовой электроники и возникновения крайне неприятных ощущений у оператора-связиста.
По той же самой причине, почему важен хороший контакт и низкое сопротивление в контуре заземления, важно выполнять и КЗ элементы антенны из проводников достаточно большого сечения. Провод диаметром 1мм не подойдёт.
Не подходят в качестве КЗ элементов и резисторы, особенно большого сопротивления (килоомы). От накопления статического электричества на полотне антенны конечно резистор сопротивлением 10-50 кОм поможет, но он будет бесполезен в случае, если на полотно антенны будет воздействовать сильная электромагнитная наводка, скажем от грозового разряда, который произошёл недалеко (до 5 км) от места установки антенны или в облаках, над антенной, не говоря уже о непосредственном попадании молнии в антенну.
Дополнительные меры грозозащиты в антенно-фидерном тракте
Задача конструктора антенно-фидерного тракта в данной части состоит в том, что бы максимально увеличить сопротивление импульсу тока при минимальном сопротивлении рабочей частоте.
Несколько витков коаксиального фидера на феррите от строчного трансформатора телевизора окажутся именно таким дополнительным сопротивлением, которое не пропустит импульс к вашей аппаратуре. Молния формирует весьма короткий импульс, следовательно даже небольшая индуктивность на пути этого импульса будет довольно значительным сопротивлением, в итоге большая часть импульса пройдёт по цепям с меньшей индуктивностью и следовательно меньшему реактивному сопротивлению — по контору заземления.
Не лишним будут дополнительные разрядники и КЗ элементы уже на подходе фидера к связному аппарату. Здесь они могут быть рассчитаны уже на менее внушительные токи, ведь основная мощность импульса уже погаснет рядом с антенной, на КЗ элементах антенны.
Некоторые моменты, которые надо знать при подключении аппаратуры к заземлённой антенне
— Если в вашем доме не предусмотрена или неисправна магистраль заземления, то современные устройства, питающиеся от импульсных блоков питания, будут иметь потенциал порядка 110 вольт (хоть и с весьма малым, но ощутимым током) на своём корпусе по отношению к заземлению.
— Если магистраль заземления есть в вашем доме, ваш связной аппарат соединён с ней и с заземлённой антенной, то при аварии на магистрали заземления можно увидеть фейерверк или дым рядом с аппаратом, нагрев фидера, так как все «кривые» токи от различных бытовых устройств потекут именно через корпус вашей радиостанции к контуру заземления.
Вообще заземлять всё надо в одной точке, что бы не создавать путь для блуждающих токов, однако при этом изоляция, например, межобмоточная, в блоке питания трансивера, должны быть рассчитана выдерживать напряжения, которые могут создавать те самые блуждающие токи (2-3 киловольта).
— Если прикоснуться одновременно к фазовому проводу и к заземлённому устройству (например, радиостанции), то бить будет нещадно, возможно до смерти.
Данная статья содержит не полные и возможно не точные сведения о грозозащите, однако, от некоторых страшных последствий читателя даже приведённые в статье меры могут спасти.
Автор статьи не несёт ответственности за жизнь читателя, возможную порчу оборудования или иной ущерб, который может возникнуть у читателя.
Автор рекомендует читателю самостоятельно найти и ознакомиться с дополнительными материалами относительно грозозащиты.
Ci-Bi.ru Форум о связи
Вопрос про антенны
Начать новую тему Ответить на тему | Страница 1 из 463 | [ 6945 сообщений ] | На страницу 1 2 3 4 5 … 463 След. |
|
Автор | Сообщение | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Роман |
| ||||||||||
Зарегистрирован: Чт апр 24, 2008 16:37 | |||||||||||
Зарегистрирован: Чт апр 24, 2008 16:37 | |||||||||||
Зарегистрирован: Ср апр 30, 2008 19:23 | |||||||||||
Зарегистрирован: Чт апр 24, 2008 16:37 | |||||||||||
Зарегистрирован: Ср апр 23, 2008 22:54 | |||||||||||
Зарегистрирован: Чт апр 24, 2008 16:37 | |||||||||||
Зарегистрирован: Ср апр 23, 2008 22:54 | |||||||||||
Зарегистрирован: Ср апр 30, 2008 19:23 | |||||||||||
Зарегистрирован: Ср апр 23, 2008 22:54 | |||||||||||
Зарегистрирован: Ср апр 30, 2008 19:23 | |||||||||||
Зарегистрирован: Сб апр 26, 2008 15:29 |
Кто сейчас на конференцииСейчас этот форум просматривают: Majestic-12 [Bot] и 9 гостей Что значит короткозамкнутая антеннаАнтенны низкочастотных диапазонов В нижней части декаметрового диапазона, для того чтобы решить вопрос о целесообразности применения той или иной конструкции антенны, необходимо в первую очередь рассмотреть возможности распространения излучаемых ею радиоволн. Для предотвращения замираний в ближней зоне антенны должны иметь слабое излучение в направлениях близких к вертикальному. Земная волна вблизи проводящей поверхности имеет вертикальную поляризацию, основной излучающей частью антенны должна быть ее вертикальная часть. Иногда для улучшения распределения тока в вертикальной части антенны на ее конце создают сосредоточенную емкость, в виде зонта. Однако антенна с сосредоточенной емкостью много критичнее Г-образной в настройке и мало пригодна для работы в диапазоне частот. Если вертикальную антенну расположить так, чтобы ее нижний конец касался земли, она образует вместе со своим зеркальным изображением замкнутый симметричный вибратор, резонансная длина которого в 2 раза длиннее его геометрической высоты. Поэтому заземленную антенну называют четвертьволновым вибратором. Сопротивление излучения четвертьволнового несимметричного вибратора равно половине сопротивления излучения полуволнового диполя, то есть примерно 37 Ом. Это справедливо только в том случае, когда земля представляет собой хороший проводник, однако это не всегда имеет место. Когда земля обладает плохими проводящими свойствами, изменяется поле излучения вибратора, сопротивление излучения. Увеличение активного сопротивления земли приводит к возрастанию потерь во всей излучающей системе, состоящей из вибратора и земли, уменьшению амплитуды тока, уменьшению излучаемой мощности и падению К.П.Д. антенны. Если проводник длиной полволны закопать наполовину в землю, чтобы над землей возвышалась четверть, к.п.д такой антенны будет низким, даже если длину проводника находящегося в земле увеличить до нескольких длин волн. Это связано с тем, что ток с излучаемой части антенны замыкается на проводник в земле по радиусу и проходит полупроводящий слой земли имеющий активное сопротивление на данной частоте. Рост активного сопротивления земли приводит к возрастанию потерь во всей излучающей системе. При прохождении переменных электрических токов по земле имеет место явление, аналогичное поверхностному эффекту в обычных проводах: сопротивление возрастает с увеличением частоты. Вывод: четвертьволновые и укороченные четвертьволновые вертикальные антенны, имеющие низкое сопротивление излучения, должны иметь под собой землю с хорошей проводимостью. Если нет возможности создать такое заземление, нужно увеличить излучатель антенны до полволны. При работе в 160 метровом любительском диапазоне можно рекомендовать изготовление полуволновой антенны, изображенной на рис. 2.
У такой антенны узел тока находится у основания, поэтому даже при плохом заземлении потери в ней будут невелики. Для увеличения сопротивления излучения четвертьволновых вертикальных антенн, в качестве излучающегося элемента применяют шлейфовый вибратор, квадрат. Антенны с большим сопротивлением излучения обладают высоким к.п.д, большей полосой пропускания, просты в настройке и регулировке. Так как диапазон 160 метров наиболее подвержен индустриальным помехам, есть смысл применять раздельные антенны на прием и передачу. В качестве приемной антенны использовать узкополосные перестраиваемые ферритовые антенны, так как улучшить избирательность и соотношение сигнал-шум другими методами невозможно. Такая антенна, установленная на поворотном устройстве, позволит управлять диаграммой направленности, что заметно улучшит качество приема. Единственная проблема, которую необходимо решить связана с узкополосностью ферритовой антенны. В диапазоне 160 метров при добротности контура 200 ¸ 250 единиц полоса пропускания по уровню 0,7 составит 6-7 кГц. Перестраивать в пределах диапазона, можно при помощи конденсатора переменной емкости, снабженного микродвигателем и редуктором. Микродвигатель должен быть без коллектора, трехфазный, подойдет от переносных магнитофонов типа “Весна”. Такой двигатель не создаст дополнительных помех. Перестройку в пределах диапазона можно осуществить и дискретно, при помощи реле и набора конденсаторов постоянной емкости. Расширить полосу пропускания такой антенны и повысить эффективность возможно применив несколько таких идентичных антенн, расположив их таким образом друг относительно друга чтобы между антеннами существовала магнитная связь. При этом запитывать можно только одну антенну, остальные одна или несколько антенн связанные между собой магнитной связью, расширяют полосу пропускания всей системы и увеличивают уровень сигнала. На рис. 3а, характеристика одиночной ферритовой антенны, на рис. 3б, две или несколько антенн. Электрическая схема показана на рис. 4а.
В качестве согласующего устройства можно применить эммитерный повторитель. Расстояние между торцами ферритовых стержней, влияет на величину связи между антеннами, которая зависит так же и от диаметра и длины применяемых стержней. Примерное расстояние 20 ¸ 40 мм, подбирается по АЧХ в процессе настройки. Применяя такую антенну на прием, можно снизить требования к передающей антенне, так как нет проблем повысить выходную мощность передатчика.
Периметр треугольника равен “длине волны”, входное сопротивление, около 120 Ом. Попробуем уменьшить высоту треугольника, увеличивая верхний угол и уменьшая два нижних (Рис.6).
По мере уменьшения высоты, будет расти входное сопротивление и в конце концов мы прийдем к полуволновому петлевому вибратору который имеет входное сопротивление 280 Ом. Здесь следует отметить, что приближаясь по форме к петлевому вибратору, проводники на концах вибратора не должны сходиться в одну точку. На краях элемента выполненного из провода необходимо поставить распорные вставки, иначе уменьшится полоса пропускания антенны, изменится распределение тока, появится реактивная составляющая.
При увеличении высоты треугольника, увеличивается кроссполяризация, падает входное сопротивление, антенна перестает излучать превращаясь в полуволновую двухпроводную линию закороченную на конце. Рис.7.
Практически от 0,2 l и выше входное сопротивление антенны уже не меняется. Входное сопротивление антенны типа треугольник зависит так же и от высоты мачты (см. Рис. 9). Несмотря на то, что между мачтой и антенной существует некоторая развязка по поляризации, мачта возбуждаясь изменяет не только входное сопротивление антенны, но и искажает диаграмму направленности. Так как на низких диапазонах мачта имеет большую длину и как правило собирается из нескольких труб, особое внимание следует уделить хорошему электрическому контакту, в местах соединения труб. Нарушение контакта, даже при легком покачивании от ветра, приводит к скачкообразным изменениям входного сопротивления антенны, а так же к возникновению дополнительных помех при приеме. В большей степени это относится к трубам из алюминиевых сплавов, на которых быстро образуется оксидная пленка препятствующая хорошему контакту. Самое ненадежное электрическое соединение замечено у армейских выдвижных телескопических мачт. Устранить этот недостаток возможно, проведя провод по всей длине мачты, закрепив его хомутиками на каждой секции. При низких мачтах лучше применять антенны с вертикальной поляризацией, например треугольник запитанный в нижний левый или правый угол. На рис. 10 показано как изменяется сопротивление антенны типа треугольник при питании с угла и имеющего вертикальную поляризацию, при разной высоте подвеса относительно земли.
Антенны с вертикальной поляризацией размещают низко над землей, лепесток в диаграмме направленности прижат к горизонту, что способствует проведению дальних радиосвязей. Питание антенны типа треугольник, с вертикальной или горизонтальной поляризацией, осуществляется при помощи согласующего четвертьволнового трансформатора, выполненного в виде двухпроводной четвертьволновой линии закороченной на конце, рис.11.
Такое согласующее устройство несет в себе сразу несколько функций, являясь трансформатором сопротивлений, симметрирующим устройством и фильтром ФВЧ (фильтр верхних частот) который защищает вход приемника от индустриальных помех и от сигналов станций работающих ниже данного диапазона. Входное сопротивление идеальной линии (без потерь) длиной четверть волны и короткозамкнутой на конце бесконечно большое. В реальной линии потери уменьшают входное сопротивление короткозамкнутого четвертьволнового отрезка, но в данном случае это не имеет принципиального значения, так как входное сопротивление четвертьволновой линии закороченной на конце на несколько порядков больше, чем входное сопротивление применяемых антенн. При выборе расстояния между проводниками учитывают следующие факторы: волновое сопротивление двухпроводной линии должно быть не ниже входного сопротивления антенны. При малом расстоянии между проводниками, растут потери в диэлектрических распорках (особенно в сырую погоду), при большом расстоянии между проводниками линия начинает излучать, значит растут потери связанные с излучением линии. Обычно расстояние между проводниками выбирается в пределах 60 ¸ 120 мм, что соответствует волновому сопротивлению 400 ¸ 500 Ом. Входное сопротивление четвертьволнового короткозамкнутого на конце шлейфа, будет определяться нагрузкой, то есть входным сопротивлением антенны. Входное сопротивление антенны типа треугольник около 120 Ом, подключив антенну к четвертьволновому трансформатору, мы имеем возможность согласовать антенну с линией питания любого волнового сопротивления от 120 до нескольких Ом. Коаксиальный кабель крепится параллельно любого из проводников двухпроводной линии от точки “ a “ до точки “ d ” см. Рис. 11. Точку “B” место подключения РК-кабеля определяют при помощи высокочастотного моста или с помощью КСВ-метра, проводя измерения и передвигая кабель по двухпроводной линии. (Антенну необходимо настроить в резонанс еще до подключения четвертьволнового трансформатора. Настройка проводится при помощи ВЧ-моста, через коаксиальный кабель 0,5 l или кратно 0,5 l ). При измерении степени согласования, при помощи ВЧ-моста, мост может показать наличие реактивной составляющей в импедансе антенны, емкостного или индуктивного характера. Эту реактивность можно компенсировать, изменяя длину четверть волнового трансформатора, для этого и служит второй подвижный короткозамыкатель ”C” см. рис. 11. Длина линии была выбрана четверть волны, без учета укорочения. Это дает возможность, удлиняя или укорачивая в небольших пределах четвертьволновую линию, компенсировать реактивную составляющую в импедансе антенны. Если высота мачты для данного диапазона позволяет поднимать основание треугольника над землей, это дает возможность реализовать антенну с переключаемой поляризацией. Для работы с горизонтальной поляризацией, антенна запитывает через реле с помощью четвертьволнового трансформатора в верхний угол. При работе с вертикальной поляризацией, реле в верхнем углу антенны, отключает четвертьволновый трансформатор с кабелем питания и замыкает между собой левый и правый проводники. Второе реле расположенное в левом или правом нижнем углу треугольника, размыкает проводник в углу антенны и подключает полотно к центральной жиле питающего кабеля. Варьируя в небольших пределах высотой треугольника относительно земли и формой треугольника при запитке в нижний угол возможно осуществить согласование с фидером без трансформирующих устройств, если это не удается сделать, можно поставить трансформирующее звено на сосредоточенных элементах L, C. Для настройки такой антенны, необходимо сделать несколько измерений ВЧ-мостом, в положении запитки при горизонтальной поляризации в верхний угол и при питании в нижний угол для работы с вертикальной поляризацией. Чтобы не вести два кабеля от антенны, поставить третье реле РЭВ-15 которое будет переключать отрезки РК-кабеля питающие верхний угол и нижний, см.рис.12.
Обычно треугольник размещается на одной мачте, оттяжки которой и образуют стороны треугольника. При использовании четырех оттяжек, целесообразно расположить два треугольника перпендикулярно друг другу, чтобы была возможность переключать диаграмму направленности. На верху мачты устанавливают дополнительные реле, которые подключают шлейф и кабель то к одному, то к другому треугольнику. При запитке с угла, фидер питания и провод управления реле закрепляется и проходит по нижней стороне треугольника до середины, это необходимо для того, чтобы не нарушалась симметрия антенн при запитке антенны в положении горизонтальной поляризации. На базе такой антенны, можно создавать более сложные, двух или трех элементные антенны с пассивными элементами директор-рефлектор и с активной запиткой двух идентичных элементов. Если позволяет площадь, можно изготовить антенну типа “зигзаг”, то есть только одну ее половину. Эта антенна представляет собой синфазную решетку из двух антенн с вертикальной поляризацией. Рис. 13.
Полотна антенны крепятся на одной мачте, являясь продолжением оттяжек. Саму мачту также можно настроить в резонанс, использовав часть оттяжек для создания емкостной нагрузки (рис. 14).
Антенна мачта, даже не будучи подключена, является дополнительной пассивной антенной, которая внесет свой вклад в усиление основной антенны. Если ее запитать при помощи гамма- согласования, получится дополнительная вертикальная антенна с круговой диаграммой направленности. Наилучшим согласующим устройством в данном случае является четвертьволновый короткозамкнутый шлейф. Если треугольник рассчитан для работы в диапазоне 160 метров и выше, четвертьволновый шлейф должен иметь длину 40 метров, при переходе на диапазон 80 метров, шлейф при помощи реле укорачивается до 20 метров, и так далее. В зависимости от числа диапазонов по длине шлейфа ставятся реле, которые закорачивают шлейф в нужном месте для каждого из диапазонов.(рис.15)
Если предполагается не работать в диапазоне 160 метров, общая длина шлейфа 20 метров. Кабель питания крепится к одному из проводников двухпроводной линии, нахождение точки подключения кабеля для каждого диапазона, по тому же принципу, что и для однодиапазонной антенны (которая рассматривалась по тексту выше). Единственное дополнение, так как диапазонов несколько, то и кабель питания состоит из нескольких отрезков, которые коммутируются при помощи реле. Рассмотрим пример согласования для двух диапазонов 3,5 мГц и 7 мГц. См. рис. 16. Общая длина короткозамкнутого шлейфа для диапазона 3,5 мГц равна 20 метрам. Реле Р2 подключает центральную жилу коаксиального кабеля ко второму проводнику двухпроводной линии в той точке четвертьволнового шлейфа, где соблюдается равенство волнового сопротивления коаксиального кабеля и сопротивление шлейфа в данном сечении. Эта точка включения предварительно определяется с помощью высокочастотного моста или КСВ-метра.
Провода управления реле проходят и крепятся вместе с РК-кабелем по одной стороне двухпроводной линии шлейфа. Настройка производится поэтапно, если антенна предназначена для работы от 160 до 20 метров, в начале настраивают диапазон 20 метров, затем 40, 80 и 160. На короткозамкнутый шлейф необходимо поставить несколько диэлектрических перемычек, что бы расстояние между проводниками двухпроводной линии шлейфа, было одинаково по всей длине. Шлейф и полотно антенны удобно выполнять из биметалла. (Рис. 17)
Конструкционные особенности антенн низкочастотных диапазонов. В нижней части декаметрового диапазона, большие габариты антенн являются основной проблемой при размещении, монтаже и настройке антенн. При относительно малой высоте подвеса, на полотно антенны влияет не только близость земли, но и все проводящие и полупроводящие предметы и конструкции, находящиеся в близком окружении антенны, здания, линии радио и электропередач и т. д. Предварительный расчет линейных размеров вибраторов, не совпадает с действительными размерами в каждом конкретном случае, это усложняет и замедляет настройку антенн. Проволочные полотна антенн декаметрового диапазона имеющие большую протяженность проводников, наиболее подвержены внешним факторам, таким как перепады температур ночь-день, зима-лето, ветровым нагрузкам, обледенению. Обычно длинные проводники расчаливают при помощи грузов, что обеспечивает постоянное натяжение и демпфирование при резких порывах ветра. Проблема еще заключается в том, что согласующее устройство иногда приходится устанавливать на верху мачты и при настройке необходимо помногу раз подниматься на большую высоту, что довольно опасно и утомительно. Рассмотрим на примере простых однодиапазонных антенн типа треугольник и квадрат, один из вариантов плавающего крепления полотна антенны, позволяющий при запитке с верху или с угла, все настройки и коррекции производить в низу антенны на малой высоте. Полотно антенны удобно крепить и расчаливать при помощи шкивов, это дает возможность передвигая проводник изменять положение точки запитки, тем самым влияя на входное сопротивление, диаграмму направленности и поляризацию, а так же обеспечивает легкий доступ к точке питания для пайки или установки согласующих L, С элементов. См. Рис.18.
Верхние два шкива, крепятся к мачте на пластине из диэлектрика, например из стеклотекстолита, они должны быть хорошо изолированы от мачты. Два нижних шкива, которые расположенные в низу мачты, изготовлены из латуни и крепятся к мачте через латунную пластину, которая обеспечивает хороший электрический контакт между шкивами, а так же контакт шкивов с мачтой. Верхние и нижние шкивы имеют глубокую канавку, глубиной 2-3 диаметра антенного канатика. Два шкива расположенные в углах треугольника, имеют больший диаметр и широкую канавку, что позволяет при запитке с левой или правой стороны вместе с проводником полотна антенны пропускать через шкив и коаксиальный кабель. При питании полотна антенны с верхнего угла, как уже рассматривалось выше, для согласования и симметрирования, удобно использовать четвертьволновый При питании полотна антенны с верхнего угла, как уже рассматривалось выше, для согласования и симметрирования, удобно использовать четвертьволновый короткозамкнутый шлейф, который может быть образован проводниками полотна антенны. См. Рис. 19. Например : для диапазона 7 мГц, четверть волны равна 10 метрам, высота треугольника от вершины до точки “Е” 10 метров и от точки ”Е” до основания треугольника полметра. Полотно треугольника образовано двумя малыми треугольниками, периметр каждого из которых составляет 31 метр. Периметр большого треугольника, образованного двумя малыми треугольниками, 42 метра, этот размер при настройке антенны в резонанс корректируется вставками в точках “F”, см. Рис. 19, 21. Проводники, образующие полотно антенны подготовить согласно рис. 20, на них устанавливается узел крепления коаксиального кабеля, на концах проводников припаивают клеммы. Короткозамыкатель четвертьволнового шлейфа изготавливается из латуни, крепится при помощи болтов, рис. 22.
Стеклотекстолитовая пластина “В”, сверху имеет пластмассовый козырек, защищающий место подключения коаксиального кабеля от атмосферных осадков, рис.20. На рис. 23, показан нижний фрагмент полотна антенны, точки”F”, узел коррекции длины полотен полурамок, для настройки антенны в резонанс. Каждый узел состоит из двух латунных пластинок с отверстиями рис. 24, два отверстия под клеммы проводников полотна и два отверстия для временной фиксации полотна при смене вставок, при помощи капроновых шнуров. Настройка антенны осуществляется при помощи высокочастотного моста или КСВ-метра. Коаксальный кабель, питающий антенну, может быть любого волнового сопротивления 50 или 75 ом, длина его должна быть пол волны или кратно пол волны, с учетом укорочения. В начале настраивают полотно антенны в резонанс, при этом узел крепления коаксального кабеля на четвертьволновом шлейфе находится в верхней точке четвертьволнового шлейфа. Короткозамыкатель устанавливают в низу шлейфа, на расстоянии 10 метров от вершины антенны. В этом месте, на мачте краской делается реперная отметка, по которой мы будем определять положение короткозамыкателя после перемещения проводников полотна антенны. Подключив ВЧ-мост к коаксальному фидеру, по показанию ВЧ-моста определяем резонансную частоту антенны, если резонансная частота антенны находится выше или ниже данного диапазона, удлиняем или укорачиваем проводники левой и правой полурамок в точках “F”, см. Рис. 21. Вставки, укорачивающие или удлиняющие полурамки, при каждой замене, должны быть одинаковой длины, чтобы не нарушать симметрию антенны. Например : если вставки, первоначально имели длину по одному метру, при укорочении, две вставки должны быть укорочены на одну и туже величину, два отрезка по 90 см или 2отрезка по 80 см и т.д.
Настроив антенну в резонанс, переходим к согласованию входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением кабеля. Если ВЧ-мост, показал входное сопротивление антенны 120 или 130 ом, а кабель имеет волновое сопротивление 50 ом, необходимо изменить место включения кабеля в четвертьволновый шлейф. Если полотно антенны было бы жестко зафиксировано, для изменения места включения кабеля в четвертьволновый шлейф пришлось бы отпаивать кабель от проводников шлейфа, передвигать кабель ниже по шлейфу и запаивать снова. Но так как полотно антенны закреплено через ролики, мы имеем возможность взявшись за два проводника шлейфа и потянув их вниз переместить точку включения коаксального кабеля в четвертьволновый шлейф. При этом опустится ниже и короткозамыкатель, шлейф станет длиннее, передвигая шлейф необходимо каждый раз поднимать короткозамыкатель на шлейфе вверх устанавливая его против реперной точки на мачте, чтобы шлейф был всегда равен четверти волны. Передвигая точку включения кабеля по шлейфу, находим такое положение при котором входное сопротивление антенны равно волновому сопротивлению кабеля. При настройке может оказаться, что при равенстве сопротивлений, высокочастотный мост показывает наличие в импедансе антенн реактивной составляющей, которую необходимо компенсировать. Компенсация реактивной составляющей производится короткозамыкателем на шлейфе, передвигая короткозамыкатель немного выше или ниже реперной точки, мы тем самым укорачиваем или удлиняем шлейф, то есть вводим индуктивность или емкость. При настройке антенны с помощью КСВ-метра, передвигают точку питания шлейфа по минимуму КСВ.
На рис. 25 показан вариант выполнения антенны типа одиночный квадрат. Так же как и в антенне типа треугольник, мы имеем подвижные полотна и плавающий шлейф, что позволяет проводить плавное согласование сопротивлений от нуля до входного сопротивления антенны. Шкивы поддерживающие левый и правый угол квадрата крепятся к оттяжкам мачты. Узел крепления не должен скользить по оттяжке. Настройка антенны типа квадрат осуществляется по той же методике, что и для антенны треугольник. К вопросу о конфигурации рамочных антенн. Если связать основные параметры антенны к реакции полотна антенны, на высоту подвеса, влияние мачты, влияние оттяжек, наиболее удачной геометрической формой является квадрат стоящий углом вниз, запитанный сверху рис.25 (при этом квадрат может устанавливаться углом непосредственно на землю). Владимир Приходько (EW8AU)
|