Каталог статей
Меню сайта


Статистика


Онлайн всего: 1
Гостей: 0
Пользователей: 1
URC


Форма входа



Поиск


Категории раздела
Антенны КВ [91]Антенны УКВ [23]Антенны - другие [11]


Приветствую Вас, Гость · RSS 22.11.2017, 04:45
Главная » Статьи » Антенны » Антенны - другие

Антенны для раций, радиостанций

Антенны для раций, радиостанций

1. Самый простой и результативный способ существенно увеличить дальность радиосвязи - использовать антенны с наибольшим усилением или с более подходящей для Ваших нужд диаграммой направленности.

Ниже приведена условная схема связи в СВ-диапазоне (27MГц) в зависимости от типа используемых антенн и условий связи. Во всех точках связи на схеме используются радиостанции "Беркут-803M"

2. Антенны для СВ-радиосвязи.

Среди радиолюбителей известен афоризм: "Лучший усилитель - хорошая антенна", и это справедливо. Антенна, в отличие от усилителя мощности передатчика, обеспечивает выигрыш как при передаче, так и при приёме. Нет смысла увеличивать мощность передатчика, если из-за малоэффективной антенны ответ корреспондента не будет услышан. От диаграммы направленности антенны зависит как уровень сигнала, так и уровень помех, поступающих на вход приемника. Все существующие антенны можно разделить на две группы: ненаправленные антенны, обладающие круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, и направленные антенны, имеющие более или менее узкую диаграмму направленности в определенном направлении. Если необходимо связываться с различными корреспондентами или с подвижными объектами, требуется ненаправленная антенна. Если же назначение антенны в осуществлении связи с постоянным неподвижным объектом (например, связь между домом и дачей), целесообразно использовать направленную антенну. Такие антенны обладают пространственной избирательностью. В режиме передачи   узконаправленная  антенна  концентрирует  излучаемую  энергию  в  определенном направлении, а в режиме приема избавляет приемник от поступления помех с других направлений .

 2.1. БАЗОВЫЕ АНТЕННЫ.

 2.1.1. Антенны с круговой диаграммой направленности.

 В СВ-диапазоне наибольшее распространение получили антенны с вертикальной поляризацией. Это связано с тем, что СВ-радиостанции широко используются для связи с подвижными объектами, а на автомобиле весьма сложно разместить эффективную антенну горизонтальной поляризации. По этой причине в качестве базовых выбираются антенны с круговой диаграммой направленности  в горизонтальной плоскости, одинаково хорошо работающие в любом направлении.

Наиболее широкое применение в этой группе получили антенны типа "Ground Plane" или сокращенно - "GP", показанные на рисунке:

Антенна имеет штыревую конструкцию, удобную для размещения на крыше дома. Она проста и, в то же время, достаточна эффективна. Длина штырей (l/4) для работы в диапазоне 27 МГц зависит от диаметра трубок и указана в таблице:

Диаметр трубок, мм

2

6

20

40

Длина штырей L, мм

2690

2670

2650

2620

Для нормальной работы антенны она снабжается тремя противовесами, которые можно выполнить из трубки или антенного канатика. Длина противовесов выбирается равной, или на 2,5% больше l/4. Для СиБи диапазона можно принять ее равной 275 см. Входное сопротивление антенны  зависит от угла между противовесами  и мачтой: чем меньше этот угол (противовесы прижаты к мачте), тем больше сопротивление. Для получения входного сопротивления 50 Ом угол выбирается равным 30-45o. Такие антенны имеют прижатое к земле излучение и круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, усиление  антенны  примерно  равно   усилению   вертикального полуволнового диполя. Наилучшая  работа  обеспечивается  при высоте мачты около 6 метров. В сухую ветреную погоду на вибраторе (штыре) антенны может скапливаться значительный потенциал статического электричества, который при определенном уровне может вывести радиостанцию из строя. Во избежание этого в верхней точке кабеля, в  месте соединения с антенной, между центральной жилой и оплеткой кабеля установить резистор на 30-50кОм с рассеиваемой мощностью 2 Вт. Эта антенна наиболее широкополосная из всех вариантов GP. При указанных размерах антенна имеет резонанс на 20 канале (27,200 МГц). При необходимости настройка на конкретный канал производится соответствующим изменением длины штыря до достижения минимума КСВ (см. раздел 2.7) . После настройки антенны в резонанс минимума КСВ на нужной частоте добиваются изменением угла установки противовесов. Недостатком данной конструкции является отсутствие соединения штыря с мачтой, что требует дополнительных мер по грозозащите. Наиболее простым и эффективным способом является использование  короткозамкнутого  шлейфа из  кабеля длиной l//4, подключенного к фидеру с помощью тройника.  Шлейф  обеспечивает  соединение  центральной  жилы  фидера  с заземленной оплёткой по постоянному току и не влияет на согласование антенны. Схема подключения шлейфа приведена на рис.2.2

В случае использования шлейфа резистор R1 можно исключить, т.к. шлейф, естественно, защищает и от статического электричества. Длина шлейфа рассчитывается с учетом коэффициента укорочения используемого кабеля, связанного с его диэлектрической проницаемостью, и составляет около 2 м.

На рис.2.3 приведена конструкция полуволновой антенны GP (l/2) . По сравнению с вышеописанной антенной она имеет вдвое большую длину штыря, что предъявляет повышенные требования к обеспечению  ветровой прочности конструкции. Антенна не нуждается в противовесах, роль которых выполняет мачта, а ее диаграмма направленности в вертикальной плоскости сильнее  прижата к горизонту, что улучшает условия радиообмена с удаленными   корреспондентами. Поскольку  антенна имеет высокое входное сопротивление, кабель подключается к ней через согласующий высокочастотный трансформатор. Основание  штыря соединяется с заземленной мачтой через согласующий трансформатор, что автоматически решает проблемы грозозащите и статики. Усиление антенны по сравнению с полуволновым диполем составляет около 4 дБ.

Наиболее эффективной для дальних связей является GP длиной 5/8 l. Ее конструкция показана на рис. 2.4. Она несколько длиннее полуволновой антенны, а кабель фидера подключается к согласующей индуктивности, расположенной в основании вибратора. Этот тип антенны требует использования не менее трех противовесов длиной (0,1 - 0,2) Х, расположенных в горизонтальной плоскости. Антенны этого типа узкополоснее полуволновых, в связи с чем они требуют более тщательной настройки. Настройку обеспечивают как изменением длины штыря, так и регулировкой величины согласующей индуктивности. Нужное входное сопротивление достигается выбором точки подключения кабеля к согласующей катушке. Усиление этой антенны составляет 5 - 6 дБ, максимум диаграммы направленности расположен под углом 15 градусов к горизонту. Штырь этой конструкции также заземлен на мачту через согласующую катушку. Примерные данные согласующей катушки для волнового сопротивления 50 Ом: диаметр каркаса - 18 мм, диаметр провода - 1,5 мм, число витков - 22, шаг намотки - 2,5 мм, отвод от 9-го витка, считая от заземленного конца катушки.

Установка антенны на крыше может сильно влиять на ее характеристики. Общие рекомендации:

  • основание антенны желательно располагать не ниже 3 м от плоскости крыши; вблизи от антенны не должно быть металлических предметов и конструкций (например, телевизионных антенн, проводов и т.п.);
  • устанавливать антенну желательно как можно выше;
  • для нормальной работы станции ближайшая базовая Си-Би антенна не должна быть расположена ближе 200 м.

Эффективность работы антенны на передачу тем выше, чем меньше омические потери в ее элементах. Поэтому наилучшим материалом для элементов антенн являются медные трубки, однако приемлемым компромиссом можно считать применение алюминиевых (дюралевых) трубок (из-за высокого удельного веса и низкой прочности меди).

При необходимости расширения полосы частот диаметр трубок увеличивают, или используют трубки с ребристой наружной поверхностью. Поскольку ток, протекающий по штырю антенны, уменьшается к ее верхнему концу, диаметр верхней части штыря можно уменьшить без ухудшения ее параметров. Одним из наиболее простых средств расширения полосы частот длинных штыревых антенн является применение втулки с четырьмя усами длиной около 100 мм и диаметром 4 - 5 мм, закрепляемой в верхней части штыря. При этом резонансная частота антенны понижается и длину штыря придется несколько уменьшить.

При работе антенну на передачу по ней протекают довольно большие токи, поэтому необходимо обеспечить очень хорошее соединение всех элементов между собой и позаботиться об их защите от коррозии.

Если  на  крыше  Вашего  дома  есть  достаточно  высокая  лифтовая  будка, телевизионная антенна или пристройка высотой больше 5 метров, то антенну GP можно установить, используя капроновый  трос-растяжку (рис.2.5) без мачты. Кроме капронового шнура и кабеля РК-50 потребуется  еще  4  изолятора  любого типа. Конец  кабеля  длиной  2,7 м освобождается  от внешней изоляции  и оплетки, оплетка  расплетается  и  скручивается  в  4  примерно  одинаковые "косички".  К  ним  присоединяются  противовесы.  Противовесы  можно  сделать  из  любого  медного (в крайнем случае даже алюминиевого) провода, который прикручивается (или припаивается) к "косичкам".  Длина  противовесов  должна  быть  2,7 м. На  концах  противовесов закрепляются  изоляторы,  которые  прикрепляются  к  проволочным  или  капроновым  оттяжкам. Конец  освобожденного  от  оплетки  участка  кабеля  за  полиэтиленовый   изолятор   прикрепляется  к  капроновому  шнуру  так,  чтобы  он  не  оторвался  из-за  порывов  ветра.  Противовесы разводятся в стороны равномерно по кругу, оттяжки закрепляются на крыше (например, привязываются  к  кирпичам).  Постарайтесь  длину  оттяжек  подобрать  так,  чтобы между проводом противовеса и вертикалью был угол около 45о. Места соединений и место выхода кабеля из оплетки тщательно герметизируют пластилином, чтобы под оплетку не попала вода. Эта антенна по своим характеристикам полностью соответствует классической антенне GP длиной l/4. Такую антенну очень удобно устанавливать  в полевых условиях между двумя деревьями, нужно только заранее заготовить кабель и противовесы с оттяжками, а в качестве изоляторов на концах противовесов сгодятся даже короткие сухие палочки, т.к. на частоте 27 МГц это неплохой изолятор. Подключение Си-Би антенн к радиостанции производится посредством коаксиального кабеля, обладающего волновым сопротивлением 50 Ом (РК-50 или аналоги). Длина кабеля кратна целомучислу полуволн, умноженному на коэффициент укорочения, связанный с диэлектрической проницаемостью кабеля (для РК-50 длина соединяющего кабеля должна быть кратна 3,63 м). В настоящее время в продаже имеются Си-Би антенны заводского изготовления как отечественные, так и импортные. Как свидетельствует опыт их эксплуатации, в соединениях элементов, которые осуществляются самонарезающими шурупами, под действием ветра достаточно быстро теряется электрический контакт. Более надежной является конструкция штырей со стяжными хомутами. Практически  все  варианты  промышленных  антенн  требуют  дополнительной  герметизации, предотвращающей попадание воды внутрь трубок, на согласующие трансформаторы, катушки и заделку кабеля, что приводит к необратимым последствиям.

2.1.2. Направленные антенны.

Одна из наиболее простых конструкций направленных антенн - так называемый "длинный провод" (рис.2.6). На практике распространены антенны длиной l или 2l, поскольку размещение более длинных антенн на современных дачных участках  и  на  крышах  городских  зданий  затруднительно. С учетом влияния краевых емкостей, полная длина вибратора составляет для l -10,8 м, для  2l -21,8м. Для антенны длиной l максимум излучения ориентирован под углом  к направлению провода, а усиление по сравнению с полуволновым вибратором составляет 0,5 дБ. Для антенны длиной  2l -  30o и 1,5 дБ соответственно. Сопротивление излучателя  при  высоте  подвеса над землей  около 6 метров составляет 80Ом для l и 105Ом для 2l. Для согласования их с 50-омным кабелем удобно использовать четвертьволновый трансформатор  с   волновым   сопротивлением   75 Ом, т.е. включить между фидером и антенной 2-метровый отрезок телевизионного кабеля необходимой толщины, не менее толщины 50-омного фидера. Для предотвращения затекания тока на внешнюю поверхность кабеля (что искажает диаграмму направленности антенны) желательно намотать 2-4 витка кабеля на ферритовое кольцо большого диаметра вблизи точки присоединения к антенне; на длине не менее 3 м от антенны подводящий кабель должен быть перпендикулярен вибратору. Необходимо учесть, что при горизонтальном положении вибратора антенна имеет горизонтальную поляризацию, прием на такую антенну сигналов от радиостанций с вертикальной поляризацией будет сопровождаться заметным ослаблением (т.е., если надо установить связь дом - дача, на крыше дома и на дачном участке надо ставить антенны с одинаковой поляризацией).

 Объединив описанные выше антенны таким образом, чтобы диаграммы их суммировались, получают антенну типа V (рис.2.7). Угол а зависит от длины проводов. В частности, при L= l и 2l величина а составляет 100о и 70о, а усиление -3,5дБ  и  4,5дБ  соответственно. Входное сопротивление настроенных в резонанс антенн составляет соответственно 100 Ом и 120 Ом (высота подвеса также влияет на сопротивлении). Согласование антенн с 50-омным кабелем может быть выполнено с помощью четвертьволнового трансформатора.

При соединении вместе двух антенн типа V таким образом, чтобы их диаграммы суммировались, получают Ромбическую антенну (рис.2.8). Направленность этой антенны выражена существенно сильнее. При подключении к вершине ромба, противоположной точкам питания, нагрузочного сопротивления величиной Rн и мощностью, равной половине мощности передатчика, достигается подавление заднего лепестка диаграммы направленности на 15 - 20 дБ. Направление  главного лепестка диаграммы направленности совпадает в горизонтальной плоскости с диагональю а. Согласование ромбических антенн с 50-омным кабелем удобно осуществляется с помощью четвертьволнового трансформатора, выполняемого из двух двухметровых отрезков кабеля (см. рис.2.6). Оплетки кабелей, входящих в трансформатор, соединены между собой и больше никуда не подключаются. Поскольку трансформатор в этом случае выполнен симметричной линией, симметрирующий трансформатор на ферритовом кольце при этом можно разместить на 50-омном кабеле фидера вблизи трансформатора. Для согласования антенны длиной l или  2l в трансформаторе используются отрезки 50-омного или 75-омного кабеля соответственно. Размеры ромбических антенн сведены в таблице:

Размер

L, м

G, дБ

Rн, Ом

a

b

 а, м

b, м

l

10,8

5,2

300

110о

70о

12,3

18

2l

21,8

8,0

500

76o

104o

34,3

27

Разумеется, описанные выше антенны не исчерпывают всего многообразия их видов и типов. Мы ограничились лишь теми, повторить конструкции которых под силу и по средствам даже начинающим радиолюбителям. Для "гурманов" рекомендуем книгу К. Ротхаммеля "Антенны "(М.:Энергия,1979).

2.1.3. Установка и практическое выполнение базовых антенн.

На плоской крыше, лишенной каких-либо точек крепления основания  мачты и оттяжек,  тоже  можно

довольно просто и надежно установить мачту, пользуясь подручными средствами. Эта, на первый взгляд неразрешимая задача,  решается  с помощью нескольких кусков  водопроводной  трубы,  мотка проволоки и старой автомобильной шины от большого грузовика (лучше на металлическом диске).

Два куска трубы скрепляются проволокой крест-накрест, на них сверху кладется тяжелое колесо и приматывается проволокой к трубам. Эта конструкция является основанием мачты. Мачта устанавливается в центральное отверстие колеса и любым способом прикрепляется к диску и крестовине (лучше всего использовать сварку, но можно и прикрепить проволокой). При достаточно длинных трубах крестовины такое основание обеспечит устойчивость довольно высокой мачты. Как было упомянуто, дальность связи в Си-Би диапазоне зависит, в первую очередь, от высоты передающей и приемной антенн. Антенные мачты могут быть изготовлены из стальных труб, алюминиевого профиля, деревянных шестов. Чем больше высота мачты, тем больше ярусов оттяжек следует использовать для ее надежной фиксации(ярусы оттяжек располагаются через 3-5 м). Расстояние от вершины мачты до верхнего яруса оттяжек должно быть минимальным, допускаемым конструкцией антенны. Число оттяжек в каждом ярусе может быть от трех до четырех, важно равномерно разместить их по кругу. При установке высоких мачт нагрузки на оттяжки под действием ветра могут быть очень большими, поэтому необходимо тщательно выбирать материал оттяжек и способ их крепления, чтобы избежать падения мачты .

Поскольку случаи падения мачт все же случаются, следует позаботиться о том, чтобы при падении мачты она не могла задеть линии злектропередач, телефонные линии, упасть на территорию соседей или на прохожих. Лучше заранее принять все предосторожности, они никогда не бывают излишними!

Никогда  не  устанавливайте  высокие  мачты  в  ветреную  погоду, дождитесь безветренного дня.

Антенный канатик, применяемый для изготовления антенн, можно заменить жгутом из скрученных с помощью дрели эмалированных медных проводов диаметром от 0,3 до 0,7 мм и количеством жил от 5 до 10 . В этом случае нужно очень тщательно зачищать  от эмали и припаивать все проводники жгута в местах соединений. Хорошие результаты можно получить при использовании медного провода диаметром 1,5 - 3 мм.

В качестве изоляторов лучше использовать орешковые, но годятся и обычные фарфоровые для электропроводки, если принять меры от перерезания канатика на острых гранях.

Использование проволочных оттяжек может существенно влиять на характеристики антенны, если их размеры оказываются  резонирующими  на  рабочих частотах. Для  исключения  влияния проволочных оттяжек их необходимо разрывать изоляторами на части длиной 1,5 - 2 м. Применение оттяжек из прочного капронового шнура исключает влияние на характеристики антенны, но нужно позаботиться о том, чтобы шнур не перетерся или перерезался об острые кромки конструкций при раскачивании мачты. Узлы креплений капронового шнура необходимо страховать от сползания и развязывания путем их оплавления.

Для обеспечения грозозащиты антенн мачты и антенны должны быть надежно заземлены по постоянному току. Если используется деревянная мачта, она, для уменьшения потерь излучаемой мощности, должна быть хорошо просушена и защищена от влаги несколькими слоями масляной краски. В этом случае заземление антенны может обеспечиваться соединением с "землей" оплетки кабеля.

Использование в качестве мачт деревьев не очень эффективно, т.к. зеленое дерево может вносить значительные потери.

Общее правило при установке антенн: все предметы, имеющие протяженность более 1 м и не являющиеся хорошими изоляторами, должны быть удалены от антенны не менее, чем на длину волны, т.е. 11 м.

В случаях, когда не удается поднять элементы антенны выше З м от поверхности земли или крыши, необходимо установить ограждение и предупреждающие надписи "Осторожно! Антенна находится под высоким напряжением!". Это связано с тем, что, даже при работе с разрешенной мощностью 10 Вт, напряжение на концах резонирующих элементов антенн может достигать сотен вольт. К тому же, это поможет ограничить число желающих "свинтить все, что плохо или хорошо лежит".

 

Ниже рассмотрена конструкция популярной проволочной стационарной антенны типа "наклонный луч", подходящей для быстрой установки в походных условиях:

Антенна наклонный луч

2.2. АВТОМОБИЛЬНЫЕ АНТЕННЫ.

К автомобильным антеннам предъявляются настолько жесткие требования по механическим, электрическим, эстетическим и эксплуатационным параметрам, что подавляющее большинство автомобилистов используют антенны промышленного изготовления. Все типы автомобильных  антенн относятся к классу "Ground plane", роль заземляющей поверхности (противовеса) выполняет металлический кузов автомобиля. При установке на диэлектрик эти антенны утрачивают свои функциональные характеристики.

Следует иметь в виду, что наилучшие результаты по дальности связи дает полноразмерная антенна длиной l/4 (2,75м). Однако антенна такой длины задевает за арки, въездные ворота и т. п., поэтому изготовители антенн используют различные методы их укорочения (с помощью согласующей индуктивности). Это  позволяет  сократить  длину  антенны  без  катастрофического  ухудшения характеристик. Но и для укороченных антенн справедливо общее правило: более длинные антенны обычно эффективнее.

Автомобильная антенна может быть настроена в резонанс на нужной частоте, в большинстве случаев, регулировкой длины штыря, обеспечивающей минимума КСВ. Антенны, электрическое укорочение которых обеспечивается распределенной по длине индуктивностью, настраиваются путем последовательного удаления витков.

Устанавливать антенну на автомобиле желательно как можно выше.

 


2.3 АНТЕННЫ ПОРТАТИВНЫХ РАДИОСТАНЦИЙ.

Антенны портативных радиостанций имеют, как правило, минимальные размеры. Это делает радиостанцию компактной и удобной в эксплуатации. Однако ограничение геометрической длины таких антенн приводит к существенной потере их эффективности по сравнению с полноразмерным четвертьволновым штырем и, естественно, требует хорошего согласования антенны с трансивером. Кроме того, антенны портативных радиостанций не имеют полноценного заземления. Роль "земли" у этих антенн выполняет тело пользователя, которое характеризуется некоторыми значениями емкостного и активного сопротивления. Качество подобной "земли" существенно отражается на дальности радиосвязи. Так, если радиостанция находится не в руках пользователя, а на поверхности стола, дальность связи уменьшается.

Для увеличения дальности радиосвязи используют специальные удлиненные антенны, размер которых доходит до одного метра и более, чем достигается увеличение дальности связи в 1,5 - 2 раза по сравнению с компактными штатными антеннами.

 

 

2.4  ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.

Двусторонний радиообмен требует тщательной настройки антенно-фидерной системы, обеспечивающей ее согласование с выходными каскадами трансивера. Настроечным элементом антенн является их электрическая длина, для изменения которой регулируется геометрическая длина излучателя, либо параметры согласующей индуктивности. Для контроля этой процедуры используются разнообразные измерительные приборы, регистрирующие коэффициент стоячей волны антенно-фидерной системы (КСВ, SWR - standing wave ratio), мощность сигнала, излучаемого трансивером, напряженность электрического поля.

Простейшие измерители КСВ представляют собой компактный одношкальный прибор со стрелочным индикатором, применяемый как при установке базовых и автомобильных радиостанций, так и для профилактического контроля состояния их антенно-фидерных систем. Абсолютная точность измерений таких приборов низка (погрешность не менее 15 - 25 %), однако ее вполне достаточно для настройки антенны, обеспечивающий ей минимальный уровень КСВ. Следует отметить, что отклонения КСВ от идеального значения (KCB=1,0) сравнительно слабо влияют на "отдачу" излучения. Указанные в приводимой таблице потери мощности "на слух" практически неощутимы. Но рассогласование антенны существенно влияет на режим работы трансивера. Вот почему тщательная настройка антенны и контроль ее состояния - обязательный ритуал, соблюдение которого способно уберечь владельцев аппаратуры персональной радиосвязи от дорогостоящего ремонта. Наиболее предусмотрительные пользователи придерживаются постоянного  включения контрольно-измерительной аппаратуры в антенно-фидерный тракт трансивера, что позволяет избежать последствий различного рода неприятных сюрпризов (различного рода повреждений кабеля, мачты или антенны). При этом открывается возможность подстройки антенно-фидерной системы с помощью антенно-согласующих устройств непосредственно с рабочего места оператора радиостанции (компенсация дрейфа КСВ, обусловленного метеоусловиями или изменением рабочей частоты).

Категория: Антенны - другие | Добавил: URC (27.04.2011)
Просмотров: 8249 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]