Антенна 80-ти метрового диапазона описанная в этой статье, продолжает линейку антенн разработанных мной и защищенных патентом ? 92574 RU. Относится она к классу CFA антенн. У антенн теоретически разработанных и названных Б.Стюартом и М. Хейтли "CFA антеннами" сложилась непростая судьба.

Владимир Тимофеевич Поляков в своей статье "Рамочно-лучевая или настоящая ЕН антенна" вот как описывает историю антенн этого типа "В конце 80-х годов прошлого века большой интерес вызвали разработки шотландских профессоров Б. Стюарта и М. Хейтли нового типа малой антенны на скрещенных полях, названной ими Crossed Field Antenna или CFA.

Основная концепция этой антенны - раздельное формирование вблизи антенны электрического Е и магнитного Н полей соответствующими элементами конструкции. При синфазности полей уже около самой антенны формируется поток излучения (вектор Пойнтинга ), направленный вовне.

Концепция не была одобрена многими авторитетами в области антенн, дискуссии продолжаются и поныне.

Тем не менее, М. Хейтли и его студент Ф. Каббари получили патент, была образована компания CFA Ltd и построены несколько антенн для СВ радиостанций

В Египте и во Франции (Сан-Ремо) CFA показали неплохие результаты, тогда как в Германии (Ганновер) и в Австралии (вблизи Сиднея) работали плохо.

Дальнейшая модернизация CFA американцем Т. Хартом (W5QJR) привела к разработке в 1998 г. ЕН антенны, вызвавшей еще больший шквал неприятия и критики"

На таком негативном фоне, позиционировать вновь разработанную антенну как CFA антенну, возможно, кому-то покажется неправильным. Но только с помощью этой теории можно объяснить достаточно необычные характеристики этой антенны.

Как гласит классическая теория, фронт волны излучения на достаточном удалении от источника излучения можно представить в виде плоской волны (Л-3) в которой силовые линии магнитной и электрической составляющей находятся (физически) под прямым углом ( не путать с фазовым сдвигом) и находятся в фазе друг с другом (другими словами синфазны), В этом случае они образуют правовинтовую тройку (Л-2) с вектором Умова-Пойтинга и формируют собственно фронт волны излучения.

В классических антеннах ток и напряжение находятся в квадратуре (Л-3,2) и поэтому только на некотором удалении от антенны можно говорить о формировании фронта волны излучения, там, где составляющие, приобретя дополнительный фазовый сдвиг, будут синфазны (Л-2).

При создании этой антенны стояла техническая задача сформировать электрическую и магнитную составляющие, точнее их силовые линии, под прямым углом и обеспечить их синфазность. Задача на первый взгляд вроде бы несложная, но путь к решению этой задачи оказался весьма непростым.

В результате всех экспериментов родилась антенна, электрическая схема которой, изображена ниже.

В таком случае всё становится на свои места.

1.Рамка (обратите внимание - вертикальная), находясь в зоне максимального тока, формирует вертикальную же, магнитную составляющую электромагнитной волны излучения.

2. Лучи (обратите внимание - горизонтальные), находясь в зоне максимального напряжения, формируют горизонтальную же, электрическую составляющую электромагнитной волны излучения.

Отсюда можно предположить, что формирование фронта волны излучения будет происходит непосредственно на элементах антенны или в непосредственной близости от них.

Конденсатор С-2 используется для настройки системы рамка - лучи в резонанс.

Поскольку ток и напряжение в этой системе (рамка - лучи), будут находиться так же как и в классической антенне в квадратуре, очевидно, что нужна цепь (устройство, элемент конструкции) способная сдвинуть фазу либо тока либо напряжения, с тем, что бы были обеспеченны условия формирования вектора Умова-Пойтинга, описанные Б. Стюартом и М. Хейтли.

Поскольку для экспериментов использовалась рамка, выполненная из коаксиального кабеля, и для формирования магнитной составляющей использовалась внешняя оплетка (в виде сплошной гофрированной трубы из красной меди), то логично использовать для сдвига фаз внутренний проводник. Благо в излучении участвовать он не может ввиду полной экранировки внешней оплеткой. Настройка сдвига фазы производится конденсатором С-1.

Опыт, накопленный при создании и эксплуатации антенны этого типа на 40-метровый диапазон, позволил в достаточно точно определить необходимые конструктивные пропорции и размеры. А главное было ясно, что ожидать от антенны и как это проявится. Забегая вперед можно сказать, что антенна с лихвой оправдала все возложенные на неё надежды.

Все основные размеры антенны указаны на Рис

В реальной конструкции это выглядит следующим образом

Рамка выполнена из коаксиального кабеля применяемого для обустройства фидерных линий на станциях сотовой связи. Производители его маркируют как водопроводные трубы по диаметру в дюймах, (к примеру, 1/2" , 7/8") мой называется "кабель коаксиальный 1,5" гибкий LCFS 114-50 JA, RFS (15239211)" т.е. его наружная оболочка имеет диаметр близкий к 37 мм. Выполнена наружная оплетка в виде медной гофрированной трубы, внутренний проводник выполнен так же в виде медной трубы диаметром около 12 мм, пространство между ними заполнено вспененным изолятором, напоминающим строительную пену.

Наружную, черную пластиковую оболочку необходимо снимать, наполнитель, который она содержит, обладает способностью поглощать излучение. Поэтому наружная гофрированная труба (оплётка) покрыта цапонлаком, для надежности в пять слоев.

Конденсаторы настройки находятся в пластмассовой коробке, (коробка применяется в электроснабжении) как расположены детали, можно увидеть на Рис 4.

Конденсатор С-1, применен типа "бабочка" емкостью 20пф, параллельно ему включены 4-ре последовательно соединенные конденсатора типа КСО емкостью 91пф. на 250 Вольт.

Общая емкость этого конденсатора необходимая для оптимальной настройки оказалась порядка 37пф.

Конденсатор С-2 установлен в "прореженном" варианте потому что ничего другого в нужный момент под рукой не оказалось. Напряжение, развиваемое на его пластинах при нормальной настройке, оказалось порядка 100 вольт, при мощности передатчика 100 Ватт. Здесь с успехом может работать самый обыкновенный двухсекционный конденсатор 2 на 495пф. Что бы исключить влияние скользящего контакта и сделать настройку плавной, нужно подключить только статорные пластины. В моем случае, что бы увеличить емкость до необходимой, параллельно ему, подключен кусок коаксиального кабеля емкостью 42 пф.

Общая необходимая емкость С-2 равна приблизительно 80пф.

Петля связи выполнена из коаксиального кабеля 50 Ом.

Здесь нужно добавить, что в результате многочисленных опытов установлена зависимость рабочей полосы малых рамочных антенн от отношения диаметра петли связи к диаметру собственно рамки (чем больше отношение диаметров, тем уже рабочая полоса). Оптимальным, на мой взгляд, является, когда периметр петли связи равен диаметру рамки.

Подобная петля связи кроме гальванической развязки, обеспечивает ещё и симметрирование.

Изготавливается она по методу предложенному DF9IV. Вот как это описано у него:

"Петлю, связи с антенной изготавливают из питающего антенну коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом. С конца кабеля и с участка, отстоящего от него на (в нашем случае 2980 мм.) мм, снимают внешнюю изоляционную оболочку, а в середине этого отрезка на длине 10 мм удаляют и оболочку, и оплетку. Внутренний проводник на конце кабеля припаивают к оплетке, а затем - к участку, где с него снята внешняя изоляция. Получившееся кольцо прикрепляют изоляционной лентой к верхней части рамки, как показано на рисунке."

рис 5.

В реальной конструкции это выглядит следующим образом

Рис 6.

Крепится петля связи к рамке пластмассовыми кабельными стяжками

Применяя индуктивную связь с антенной, можно не опасаться статики, а расположение петли связи в пучности тока позволяет легко согласовать фидер с антенной и добиться КСВ= 1,0

Лучи выполнены из не изолированного, многожильного, луженого провода диаметром около 3-х мм. Основные требования, к которому - не окисляться и не вытягиваться.

Собранна вся конструкция на 7-ми метровом бамбуковом (или любом другом не токопроводном) шесте с помощью пластмассовых кабельных стяжек (см. фото).

Бамбуковые распорки приобретены в хозяйственном магазине.

На момент написания статьи, высота установки ограничена доступностью элементов настройки, таким образом, лучи находятся на высоте приблизительно 3,5 м. В моём случае один луч идет параллельно земле, второй с небольшим наклоном до высоты 2,5 м.

Настройка антенны очень проста. При указанных размерах, достаточно выставить емкость конденсатора С-1 приблизительно 35 пф, и с помощью конденсатора С-2 антенну настроить на середину диапазона (к примеру 3,650 мГц).

Полоса по уровню КСВ-2,0 равна около 100кГц. Но и при КСВ более двух антенна хорошо работает.

При указанной высоте установки и мощности передатчика немногим более 100 Ватт (три ГУ-50), антенна позволяет очень уверенно чувствовать себя в эфире.

Все операторы оценивают сигнал как громкий, либо очень громкий.

Опыт, накопленный при эксплуатации этой антенны и антенны такой же конструкции на 40-метровый диапазон, позволяет определить некоторые технические характеристики присущие этому типу антенн.

Первый и пожалуй самый важный вывод - антенна в отличии от классических антенн не требует значительной высоты подвеса. Достаточно высоты установки порядка 1/8 длинны волны, что бы исключить влияние земли (в отличии от диполя с его 1/2). В этом отношении мои результаты полностью совпадают с результатами опытов проведенных Тедом Хартом и Владимиром Кононовым /UA1ACO/ с ЕН антеннами

Второе - у этой антенны высокий КПД, явно превышающий КПД распространенных антенн. Довольно типична ситуация когда полученный мной рапорт равен к примеру 59+10дБ, и я корреспондента слышу 59+10дБ, но мощность его передатчика превышает мощность моего в несколько раз.

Третье - угол излучения в вертикальной плоскости имеет небольшую величину.

У антенны 40-метрового диапазона при высоте установки 5,5 метров угол излучения в вертикальной плоскости не превышает 25 градусов, а вертикальный лепесток отсутствует практически полностью. Полагаю, что и у этой антенны при соответствующей высоте установки следует ожидать подобные характеристики.

Четвертое - антенна совершенно нейтральна к окружающим предметам и антеннам.

Рис7.

Перемещение достаточно массивных предметов, к примеру, автомобиля на расстоянии 1,0-1,5 м. от лучей не оказывает никакого влияния на параметры антенны

Описанная антенна в принципе однодиапозонная (не может работать на гармониках).

Благодаря однодиапозонности она не создает помех телевидению. Но наличие однодиапозонности не означает, что нет возможности изменять диапазон работы антенны, например, с помощью переключения лучей и конденсаторов.

В целом антенна получилась простой и очень эффективной.

Грачёв Александр Васильевич \ UA6AGW \

г. Краснодар 73!

ЛИТЕРАТУРА:

1. К.Ротхамель. Антенны. том 2

глава 20 стр. 11-23

2. В.Т. Поляков Рамочно-лучевая или

настоящая ЕН антенна. Схемотехника

2007 номер 5

3. К.Ротхамель. Антенны. том 1

4. В.Т. Поляков О ближнем поле приемной

Антенны. Схемотехника 2006 номер 3, номер 4.

---

© Copyright Грачёв Александр Васильевич (ua6aqw@list.ru) Размещен: 20/05/2015, изменен: 23/12/2018. 13k. Статистика. Статья: Изобретательство

Оценка: 7.80*8  Ваша оценка: не читать очень плохо плохо посредственно терпимо не читал нормально хорошая книга отличная книга великолепно шедевр

---

Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"