Способность направленных антенн излучать и принимать в определенном направлении, является несомненным преимуществом, по отношению к ненаправленным антеннам. Но, в некоторых случаях, направленность излучения, в какой-то степени, становится недостатком.

Одним из таких, является случай, когда радиостанция, находящаяся с тыла от вас, не подозревая о том что, вы находитесь на этой частоте, становится, как говорится "прямо на голову". И если вам, она может и не создать помех, то вашему корреспонденту, в приеме вашего сигнала, почти наверняка создаст помехи. В таком случае работа на "общий вызов" становится весьма проблематичной.

Или другой случай, имеющий место быть, чаще всего, во время соревнований. Когда нужно в ограниченное время нужно провести как можно больше связей, а сигналы корреспондентов приходят с разных направлений, а поворот антенны это потерянное время и очки.... В такой момент, было бы здорово, если бы у антенны направленность отсутствовала....

Видимо, найдется не мало таких случаев, когда от антенны требуются практически взаимоисключающие характеристики.

Конечно, можно применить два перпендикулярных друг другу диполя, для ближней зоны, а для дальней, поворотную направленную антенну, или четыре фазированных вертикальных излучателя и низко висящую дельту...

Можно еще что ни будь придумать, только это все "не по карману" большинству радиолюбителей и очень громоздко.

Очевидно, требуется антенна способная работать, и в режиме круговой диаграммы направленности и в режиме направленного излучения, да еще такая, что бы не занимала много места.

Вот эти, на первый взгляд противоречивые требования, и заложены в конструкцию антенны описанной в этой статье. В этой антенне нет новых принципиальных или технологических решений, В ней простым и естественным способом соединены вместе технические преимущества антенн версий 40.00-40.02 и 7.00-7.01. (1-5)

Эксплуатация антенн версий 40.00-40.02 (1-3) показала способность этих антенн работать с высоким КПД, а у версии 40.02 (3), кроме того, имеется практически круговая диаграмма направленности. Эксплуатация антенн версий 7.00-7.01 (4,5), кроме такого же высокого КПД, показала наличие у этих антенн ярко выраженной направленности. Кроме того, все эти антенны отличаются небольшими габаритами и способны эффективно работать с небольших высот. Словом, имеется целый набор хороших эксплуатационных характеристик, который нужно поместить в "один флакон".

Поскольку в основу всех антенн этого семейства заложена одна и та же конструкция, решить поставленную задачу очень легко с помощью коммутации элементов антенны.

Как это работает.

Ниже приведена, слегка адаптированная, часть описания принципа работы антенны, примененная в заявке на патент.

Предлагаемая в этой статье антенна, является упрощенным вариантом, антенны описанной в патенте. С целью упрощения конструкции в ней отсутствует возможность реверсировать направленное излучение. Коммутация производится с помощью реле. Антенна изображена на схеме, в режиме направленного излучения.

Рис. 1

"В геометрической середине рамочной части, переключаемой направленной рамочно-лучевой антенны, происходит смена фаз напряжений, и напряжение в левой половине рамки находится в противофазе с напряжением в правой половине рамки. Излучающий луч, находящийся с левой стороны рамки, с помощью замыкающего контакта К-2, дистанционно управляемого реле, подключен к правой половине рамки. Он с помощью пары компенсирующих лучей, которые с помощью замкнутого контакта К-3, дистанционно управляемого реле, подключены к левой половине рамки, находящейся под действием противофазного напряжения, формирует соответствующие магнитное и электрическое поля левого луча. Но эти поля находятся в противофазе с магнитным и электрическим полями, сформированными левой половиной рамки. Применяя, принцип суперпозиции полей, можно увидеть, что происходит взаимная компенсация электрических и магнитных составляющих левого луча и левой части рамки. Таким образом, прием с этого направления и передача в этом направлении невозможны либо значительно ослаблены.

Короткие, компенсирующие лучи, расположенные перпендикулярно длинным излучающим лучам и самой рамке, служат для обеспечения симметрии антенны и создания электрического поля лучевой части антенны.

В случае переключения предлагаемой антенны, с помощью контактов дистанционно управляемых реле, в режим работы с круговой диаграммой направленности. Излучающие лучи, с помощью замкнутого контакта К-1, подключается к той части рамки, со стороны которой они расположены, при этом компенсирующие лучи с помощью разомкнутого контакта реле К-2, отключаются от рамки и остаются никуда не подключенными. В этом случае, до этого закороченный контактом К-2 дополнительный конденсатор С-3 оказывается подключенным к излучающей рамке и излучающим лучам. При этом, формирование излучения происходит на тех же принципах, что и у прототипа (версий 40.00-40.02), с присущими ему характеристиками."

Дополнительный конденсатор (С-3) понадобился в этой антенне, для обеспечения резонанса на рабочей частоте, в режиме работы с круговой диаграммой направленности, из-за того, что неподключенные компенсирующие лучи, находясь в электрическом поле излучающих лучей, снижают их емкость.

Более подробно о формировании направленного излучения можно прочесть в (4)

Конструкция.

На рис 2 представлены электрическая схема антенны, необходимые размеры элементов и расположение этих элементов в пространстве.

Рис. 2

С тем, что бы, не загромождать статью излишними конструктивными подробностями, неоднократно описанными в предыдущих статьях, ограничимся описанием только основных элементов этой антенны.

Как видно из электрической схемы новая антенна отличается от антенны версии 7.00, только наличием дополнительного конденсатора и реле. Изменениям подверглась коробка, в которой находятся конденсаторы и реле. Она, применена несколько большего размера. Конденсаторы постоянные, марки К15-1У. В качестве реле применены вакуумные выключатели В1В 10А. 3Кв. Как известно, эти реле имеют только один замыкающий контакт. Для реализации переключающей функции применены два реле (Р-1 и Р-3), соединенные между собой перемычкой (перемычка видна на фото 3). Подавая поочередно напряжение питания на обмотку Р-1 или Р-2 и Р-3 можно переключать контакты. Провод, по которому подаются сигналы для управления реле, хорошо бы применить экранированный. Но можно применить и обычный, трехжильный ПВ. Для исключения наводок на аппаратуру, на него установлены несколько магнитных защелок.

Рис. 3

Поскольку эта антенна является прямой наследницей версий 40.02 и 7.00, то правила монтажа основных элементов остались прежними (3,4). Все соединительные провода между реле, излучающей рамкой и лучами нужно делать как можно короче, с минимальной емкостью между ними.

Собственно рамка, в данном случае, выполнена из кабеля с диаметром экрана около 15 мм, в виде гофрированной медной трубки. Производители и продавцы его называют "полудюймовым", либо 1/2 дюйма. Диаметр рамки, в этой антенне, несколько меньше чем у прототипа. Вызвано это, стремлением устранить возникшую индуктивную реактивность антенны. Для защиты излучающей рамки (кроме того, что она покрыта лаком, в один слой) применяется, очень недорогая, электромонтажная гофрированная труба, стойкая к погодным воздействиям.

Так же как в обоих прототипах, рамочная часть антенны расположена вертикально. Наружная оплетка кабеля, с конденсатором С-2, по-прежнему, работает излучающей рамкой, а внутренний проводник вместе с конденсатором С-1 фазосдвигающей цепью.

Петля связи, изготовленная из питающего кабеля, в этой антенне применена такая же, как в антеннах версии 40.00 - 40.02, 7.00. (1-4) Ниже приведены основные размеры, правила изготовления и монтажа петли связи.

Рис 4

При монтаже, верхушка мачты, точка симметрии петли связи и точка симметрии излучающей рамки, должны совпасть. На одинаковом расстоянии влево и вправо от точек симметрии (ориентировочно 7-8 см), петля связи с помощью кабельных стяжек крепиться к излучающей рамке. Симметрия в этом месте важна, она позволяет избежать появления токов на оплетке питающего кабеля и работать без заземления.

Рис 5

Этой антенне "досталось в наследство" от версии 7.01 устройство подъема лучей, позволяющее настраивать антенну на рабочей высоте. Крепление лучей выполнено, так что бы была возможность опустить их, вдоль мачты. Сами лучи, выполнены жесткими, из шестиметровых рыболовных удилищ. Для этого, два самых тонких коленца удилища, заменены 8-ми миллиметровой алюминиевой трубкой. К ней, с помощью заклепки, прикреплен многожильный неизолированный провод, проходящий внутри удилища, из которого выполнен собственно луч.

Рис 6

Поперечная распорка выполнена из пластиковой трубки диаметром 14 мм. Она с помощью веревочных растяжек, выполняет механическую задачу, по обеспечению устойчивости всей конструкции к ветровым нагрузкам и кроме того исполняет роль несущей опоры, для коротких симметрирующих лучей. Симметрирующие лучи, проложенные поверх этой трубки, выполненные из такого же, как и большие лучи, многожильного неизолированного провода. Лучи могут быть проложены и внутри этой трубки.

Рис 7

Рис 8

Общий вид антенны.

Рис 9

Монтаж реле и конденсаторов показан на рисунке.

Рис 10

Мачта антенны выполнена из 3-х метровой пластиковой трубы диаметром 42 мм. В моем случае, высота установки 7 метров, обеспечивается с помощью удлинения её, дополнительной 4-х метровой металлической трубой диаметром 48 мм. Наружный диаметр пластиковой трубы, в точности совпадает с внутренним диаметром металлической трубы, поэтому соединение их не составляет труда.

Для управления режимами работы антенны изготовлен пульт управления. В его корпусе находится трансформатор, и выпрямитель на 24 В. На крышке расположены тумблеры, позволяющие переключать реле. В последствии, для реализации тактического приема, в пульт установлено дополнительное реле, управляемое сигналом, предназначенным для управления внешним усилителем мощности. В результате, появилась возможность реализовать различные варианты применения антенны:

1.Использовать антенну на прием и передачу в режиме кругового излучения.

2.Использовать антенну на прием и передачу в режиме направленного излучения.

3.Использовать антенну на прием в режиме кругового излучения, а на передачу в режиме направленного излучения.

4.Использовать антенну на прием в режиме направленного излучения, а на передачу в режиме кругового излучения.

Ввиду простоты конструкции пульта управления, схема не приводится

В остальном, конструкция не имеет никаких особенностей, по сравнению со своими предшественниками.

Настройка.

Настройка антенны проводилась в условиях установки антенны на высоте 4 метров (до верхушки мачты). При этом лучи и коробка с конденсаторами находились на высоте двух с половиной метров. Применяя небольшую стремянку можно легко настроить антенну.

Настройка этой антенны, очень проста. Настройку начинают, в режиме направленного излучения. Все элементы антенны располагаются, так как они будут располагаться в рабочем положении. В связи с тем, что в антенне применяются конденсаторы постоянной емкости, настройка антенны ведется изменением длины лучей. Для этого в расположенные на концах лучей трубки диаметром 8 мм. и имеющие внутренний диаметр 5,5 мм, вставлены отрезки алюминиевого одножильного провода сечением 25 квадратных мм. Этот провод имеет наружный диаметр, позволяющий достаточно плотно вставить его в трубку. А для надежности, место контакта, можно обжать каким либо хомутом. Изменяя длину этих вставок (симметрично с двух сторон) можно легко настроить антенну. Я настраивал антенну на частоту 7050 - 7070 кГц, с тем, что бы после установки антенны на высоту 7 метров, настройка антенны, была в районе частоты 7100 кГц. Уже на высоте 4-х метров, антенна вполне прилично работает и в режиме направленного излучения, демонстрирует подавление (F-B) порядка 20-ти дБ.

Затем антенна переключается в режим кругового излучения. Подбором емкости С-3 (С-доп) антенна снова настраивается на рабочую частоту.

Собственно на этом, настройка антенны закончена. Если возникает такая надобность, то значение КСВ можно изменять, меняя форму петли связи и изменяя расстояние, на котором петля связи непосредственно примыкает к излучающей рамке.

Результаты.

Все положительные качества, такие как: миниатюрность, высокая устойчивость к помехам, способность работать с малых высот, простота конструкции и настройки и т.д. и т.п., присущие прототипам антенны, характерны и для этой конструкции. Как и предполагалось, антенна в полной мере сохранила, в обоих режимах, диаграммы направленности характерные для обоих прототипов. Диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, были построены методом усреднения значений измеренного уровня сигнала, при расстоянии до источника ЭМВ более 1000 метров.

График диаграммы направленности в режиме кругового излучения приводить нет смысла. Антенна в этом режиме, не имеет, сколько ни будь заметных провалов в диаграмме и с успехом работает во всех направлениях.

График диаграммы направленности в режиме направленного излучения имеет следующий вид:

Рис 11

Ширина лепестка, диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, по уровню 3 дБ, составляет не более 40-45 градусов. Среднестатистическое подавление "фронт-тыл" в этой антенне составляет не менее 20 дБ. Подавление "фронт-бок" около 15 дБ. Кроме того, в этом режиме, антенна обладает, на мой взгляд, очень важным свойством. Свойство это выражается в способности антенны подавлять, независимо от направления, отраженные от ионосферы сигналы станций, расположенных ближе 300- 350 км и приходящие под большими углами, на 20-30 дБ. Исходя из этого, максимальный угол возвышения вертикального лепестка, в этом режиме, можно оценить в 35 - 40 градусов.

Дальнейшая эксплуатация антенны преподнесла приятный сюрприз. Было выяснено, что при горизонтальном положении излучающих лучей, антенна действительно имеет либо круговую, либо ярко выраженную направленную, диаграмму направленности. Но если, излучающие лучи, с помощью устройства подъема, наклонить, так чтобы задний луч был приподнят на 20-30 градусов, а передний на столько же опущен, на пример как на снимке ниже.

Рис 12

То в этом случае, диаграмма направленности антенны в режиме "кругового обзора", начинает сильно напоминать диаграмму направленности невысоко установленной антенны "Уда-Яги". Передний лепесток по уровню 3 дБ имеет ширину около 60 градусов. Подавление "фронт-бок" и "фронт-тыл" зависит от вертикального угла прихода волны.

Общеизвестно, что сигналы станций расположенных недалеко, приходят в точку приема, под большими вертикальными углами. И наоборот, сигналы станций расположенных далеко, приходят под очень небольшими вертикальными углами. Вот и здесь, к примеру, при расстоянии до источника сигнала порядка 500-600 км., подавление "фронт-тыл" составляет до 12 дБ. При расстоянии до источника сигнала более 1000км., уже подавление "фронт-бок" составляет до 10-12 дБ, а подавление с тыла приближается к 18-20 дБ. Таким образом, имеется возможность реализовать ещё один, "незапланированный" режим работы антенны.

На основании номограммы на стр. 61. первого тома книги "Антенны" Карла Ротхамеля (издание 11-ое дополненное), был определен коэффициент направленности антенны, в режиме направленного излучения, он составляет не менее 10 дБ.

Рис 13

Входное сопротивление антенны обуславливается волновым сопротивлением кабеля, примененным для изготовления петли связи. В случае применения кабеля с сопротивлением 50 Ом, входное сопротивление антенны, тоже 50 Ом. Рабочий диапазон по уровню КСВ 2,0, измеренный аппаратным КСВ-метром, составляет около 150 кГц.

На рисунках 14 и 15 приведены снимки монитора работающего SDR трансивера. На первом снимке антенна включена в режиме направленного излучения. На втором, антенна включена в режиме кругового излучения.

рис 14

рис 15

Снимки делались, с минимально возможным разрывом во времени.

Наиболее востребованным оказался тактический прием, когда антенна на передачу работает в режиме кругового излучения, а на прием в режиме направленного излучения, либо кругового излучения, в зависимости от ситуации. Наличие такой возможности, значительно облегчает "жизнь" поворотному устройству. Достаточно антенну развернуть в наиболее интересном направлении, а для всех остальных случаев просто переключить режим работы.

Выводы.

1.Мало отличаясь от прототипов конструктивно, новая антенна приобрела новые, весьма полезные качества.

2.Антенна сохранила практически все, положительные качества прототипов.

3.Антенна получилась несложной конструктивно и простой в настройке.

4.Обозначена возможность реализации очень простой направленной антенны с помощью наклона излучающих лучей.

Грачёв Александр \UA6AGW\

г. Краснодар

Литература:

1. Грачёв А.В. Антенны UA6AGW v.40.-

Радиомир 2011 номер 8 стр. 38-41

2. Грачёв А.В. Антенны UA6AGW v.40.-

Радиомир 2011 номер 9 стр. 39-41

3. Грачёв А.В Антенна UA6AGW v.40.02

Радиомир 2012 номера 6-7

4.Грачёв А.В Антенна UA6AGW v.7.00

Радиомир 2013 номера 5-6

5.Грачёв А.В Антенна UA6AGW v.7.01

Радиомир 2013 номер 7

---

© Copyright Грачёв Александр Васильевич (ua6aqw@list.ru) Размещен: 21/05/2015, изменен: 23/12/2018. 21k. Статистика. Статья: Изобретательство

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"