Самодельные антенны для УКВ диапазона
Содержание
- Полуволновый диполь
- Вертикальная антенна
- УКВ антенна тройной вибратор
- Трансформатор
- Направленная антенна
Дальность передачи и приема в значительной степени зависит от качества антенны, общими условиями наилучшей работы антенны являются: 1) наибольшая высота установки; 2) отсутствие вблизи антенны мешающих предметов (высоких зданий, металлических конструкций и т. д.) и 3) правильно выбранная система питания.
Ультракоротковолновые антенны еще больше, чем длинноволновые и коротковолновые, нуждаются в большой высоте установки и открытом пространстве вокруг них. Высокие дома и металлические сооружения, окружающие антенну или возвышающиеся с какой-либо стороны, создают значительные потери излучаемой энергии.
Особенно важное значение имеет правильный выбор фидера, от чего зависит эффективность передачи энергии от передатчика к излучающей части антенны. Для того чтобы потери в фидере были малы, кроме хорошего качества электрической изоляции необходимо, чтобы фидер не излучал электромагнитной энергии.
Для уменьшения потерь от излучения фидера в ультракоротковолновых антеннах применяются фидеры, работающие в режиме бегущей волны, а для того чтобы вдоль фидера распространялись бегущие волны, он должен быть согласован со своей нагрузкой — антенной, что имеет место, когда волновое сопротивление фидера равно входному сопротивлению антенны. Если согласование нарушается, в фидере образуются стоячие волны, и его излучение увеличивается, а следовательно, и потери энергии возрастают, так как излучение фидера поглощается расположенными вблизи стенами здания и другими предметами.
В любительской практике применяются три основных типа фидеров: а) из коаксиального кабеля; б) из двух параллельных, изолированных друг от друга распорками проводников и в) из двух проводников, сплетенных шнуром.
Коаксиальный кабель состоит из внутреннего провода, окруженного диэлектриком с малыми потерями (полиэтилен, полистирол, фарфор) в виде сплошной вязкой массы вроде каучука или бусинок. Изоляция в свою очередь окружена внешней оболочкой, сплетенной из тонких проволочек или из металлической ленты. Металлическая оболочка изолирована еще одним внешним слоем изоляции, защищающим кабель от влаги. Волновое сопротивление кабеля
зависит от расстояния между внутренней жилой и металлической оболочкой и от диаметра жилы. Если волновое сопротивление применяемого коаксиального кабеля неизвестно, его можно определить, измерив диаметры внутренней жилы и внешней металлической оболочки и подсчитав его по формуле:
- Z- волновое сопротивление фидера, ом,
- D — внутренний диаметр внешней металлической оболочки, мм,
- d — внешний диаметр внутреннего проводника, мм.
Формула справедлива для кабеля, имеющего в качестве внутреннего изолятора бусы. Для кабеля, имеющего наполнение из полиэтилена, полученное сопротивление нужно умножить на (формула):
где е — диэлектрическая постоянная материала изолятора, равная 2,3 — 2,4.
Коаксиальный кабель нашел широкое применение в антеннах для УКВ, однако он не всегда есть у радиолюбителя. Хорошо работающий фидер можно сделать и самому из двух параллельных проводов. Расстояние между проводами выдерживается с помощью распорок, сделанных из материала с хорошей изоляцией (палочки из органического стекла, эбонита, фарфора и т. п.). Волновое сопротивление фидера из двух параллельных проводов может быть подсчитано по формуле:
- Z-волновое сопротивление фидера, ом,
- l-расстояние между центрами проводников, мм,
- r-радиус проводника, мм.
Из расчета по этой формуле вытекает, что параллельный фидер не может быть сделан на волновое сопротивление меньше 200 ом. В практике чаще всего применяются фидеры с волновым сопротивлением порядка 600 ом.
В работе на УКВ (например, в телевидении) получили большое распространение фидеры из двух изолированных проводов, свитых в виде шнура. Этот тип фидера получил большое распространение вследствие своей простоты и легкости изготовления, однако он обладает большими потерями и дает значительно худшие результаты, чем два вышеописанных типа.
Полуволновый диполь
Простейшим типом антенны, применяемой как для приема, так и для передачи, является полуволновый диполь, состоящий из двух проводов, металлических прутков или трубок, укрепленных на изоляторах. Устройство такой антенны показано на фиг. 1. Длину каждого провода диполя можно определить из соотношения l = 71250/f, где l — длина провода в мм и f-частота в мггц.
Следовательно, для средней частоты любительского диапазона 86 мггц длина каждой половины фидера должна быть равна 830 мм. Сопротивление излучения полуволнового диполя равно 73 ом.
Рис. 1. Устройство УКВ антенны — одиночного диполя. 1-место присоединения фидера; 2-изоляторы; 3- мачта.
В качестве фидера для питания диполя используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением порядка 70 ом или два свитых в шнур провода. Материалом для витого фидера может служить провод ПР или два свитых в шнур двухпроводных кабеля с хлорвиниловой изоляцией.
Волновое сопротивление такого фидера колеблется в пределах от 80 до 150 ом, т. е. более или менее подходит к сопротивлению диполя. Однако в этом фидере ввиду плохого качества изоляции потери велики. Следует указать, что для этой цели совершенно непригоден обычный осветительный шнур, часто применяемый радиолюбителями, так как в сырую погоду изоляция шнура размокает, создавая почти полное короткое замыкание токам высокой частоты.
Полуволновый диполь, расположенный горизонтально, имеет заметно выраженную направленность в две стороны, перпендикулярные проводу антенны. Направленность антенны следует учитывать при ее установке в соответствии с расположением предполагаемых корреспондентов.
Вертикальная антенна
Если нужно иметь круговое излучение, можно установить вертикальную антенну. Устройство такой антенны показано на фиг. 2. Фидером в этом случае служит коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 70 ом. Внешняя оболочка кабеля присоединяется к верхнему концу трубки, а внутренний провод к вертикальному штырю.
Рис. 2. Устройство вертикальной антенны для УКВ.
Для непосредственного присоединения двухпроводного фидера к антенне нужно иметь антенну с сопротивлением излучения порядка 600 ом. Таким сопротивлением обладает петлевой диполь, состоящий из трех параллельных проводов, замкнутых на концах.
УКВ антенна тройной вибратор
Параллельный фидер присоединяется к половинкам разорванного в центре среднего провода. Размеры и устройство такой антенны показаны на фиг. 3. Дальность радиосвязи на УКВ может быть значительно повышена без увеличения мощности передатчика использо1 — штырь антенны; 2 — Изолирующая втулка; 3 — медная или алюминиевая трубка; 4- фидер; 5 -изоляторы; 6 — мачта. Длина штыря и трубки 71 250/f; диаметр трубки 30-40 мм
Если параллельно полуволновому диполю на расстоянии около четверти волны поместить второй провод, то он изменит характеристику направленности антенны. Такой провод (называемый пассивным, так как он ни к чему не присоединяется) размером немного длиннее диполя помещается сзади рабочего диполя и действует, как отражатель-рефлектор, усиливая излучение в противоположном направлении.
Пассивный излучатель размером короче диполя, помещенный на расстоянии около четверти волны перед ним, усиливает излучение в этом направлении. Такой провод называется директором.
Рис. 3. УКВ антенна — тройной вибратор.
Трансформатор
Антенна, снабженная рефлектором и директором, имеет резко выраженную одностороннюю направленность. Вместе с этим повышается ее эффективность, так как излучение энергии или прием происходит в одном главном и близких к нему направлениях.
При расстояниях между излучателями меньше четверти волны одновременно с увеличением направленности уменьшается сопротивление излучения диполя. Фидер с сопротивлением в 70 ом оказывается тогда непригодным для непосредственного присоединения к диполю ввиду большой разности сопротивлений и происходящего при этом рассогласования.
Рассогласование приводит к образованию в фидере стоячих волн и к увеличению его излучения, что создает большие потери энергии. Согласование диполя в направленной антенне с двухпроводным фидером может быть достигнуто путем применения трансформатора между антенной и фидером. Устройство такого трансформатора показано на фиг. 4.
Кроме того, согласование можно получить, применив вместо обычного петлевой диполь. При работе петлевого диполя в сложной антенне его сопротивление излучения понижается, и питание может осуществляться непосредственно фидером из коаксиального кабеля сопротивлением 70 ом.
Размеры антенны в этом случае следующие: длина петлевого диполя l = 142 500/f (здесь и дальше l — в мм и f -в мгц); длина рефлектора больше на 5% длины рабочего диполя; длина директора на 4% меньше длины рабочего диполя; расстояние от рефлектора до диполя l = 45 000/f. Расстояние от директора до диполя l = 30 000/f.
Рис. 4. Устройство трансформатора для согласования рабочего диполя с фидером 600 ом. 1 — диполь; 2 — коаксиальный кабель 70 ом; 3 — фидер из параллельных проводов с распорками.
Направленная антенна
Устройство направленной антенны изображено на фиг. 5. Материалом элементов антенны может служить медная, латунная или дюралеваія трубка диаметром до 8 мм (более толстая трубка будет слишком тяжела).
Петлевой диполь укрепляется на площадке, изолированной от стойки, а директор и рефлектор не изолируются от нее. Площадка может быть сделана из эбонита, гетинакса или текстолита. Основание (стойка) делается из дюралевой трубки или деревянного бруска.
Рис. 5. Устройство направленной УКВ антенны. 1-петлевой диполь; 2 — изолирующая площадка для крепления петлевого диполя; 5- фидер (коаксиальный кабель 70 ом); 4 — директор; 5 — рефлектор.
Конструкция антенны выбирается в зависимости от наличных материалов. Без особенных затруднений направленная антенна может быть установлена на мачте высотой 6- 8 м, имеющей два яруса оттяжек. Установка более высокой мачты представляет значительные трудности ввиду того, что антенна оказывает большое сопротивление ветру и требует надежного крепления.
О. Г. Туторский — Простые любительские приемники и передатчики УКВ, 1952г.
Источник: