|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Antena kierunkowa pionowa. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Anteny HF Zadanie stworzenia anteny kierunkowej o polaryzacji pionowej nie jest tak proste, jak się wydaje na pierwszy rzut oka. Wydawałoby się, że obrócił elementy konwencjonalnej wiązki (kanał falowy) w pionie i wszystko jest w porządku, ale pojawia się pytanie o przymocowanie takiej anteny do masztu. Na UKF można przesunąć wiązkę nośną na bok masztu, w kierunku promieniowania, ale taka antena okazuje się być niezrównoważona mechanicznie i wymaga bardzo grubego i mocnego masztu do jej zamocowania. Znikają główne zalety anten pionowych - małe wymiary poziome, lekkość i łatwość instalacji. Ale o tym później, ale najpierw musimy zastanowić się nad wybraną koncepcją pionowej anteny kierunkowej. Chęć zaprojektowania prostej i lekkiej anteny skłoniła nas do zaprojektowania belki ZL, która zawiera tylko dwa aktywne elementy i ma bardzo małe wymiary długości rzędu L/8…L/10. Jednocześnie współczynnik kierunkowości (DFA) tej anteny jest dość znaczący i równoważny, jak wskazuje literatura, z DFA wiązki trzyelementowej z elementami pasywnymi. Ten sam pomysł zastosowano w „kwadracie szwajcarskim”, który również ma bardzo dobre parametry i jeszcze wyższą kierunkowość. Dlatego zasada działania tych anten zasługuje na wnikliwą analizę, którą teraz zrobimy.
Weźmy dwa hipotetyczne grzejniki punktowe S1 i S2, znajdujące się w odległości d, jak pokazano na rys. 1 na górze. Niech moc nadajnika zostanie równo podzielona między emitery, aby amplitudy pól wytwarzanych przez emitery były takie same. Ale fazy wzbudzenia emiterów muszą być różne, aby uzyskać promieniowanie kierunkowe. Na początek rozważmy najprostszy przypadek, gdy d = V4, a grzejniki są zasilane w kwadraturze, tj. przesunięcie fazowe zastosowanych do nich oscylacji wynosi 90°. Na diagramie wektorowym (w środkowym rzędzie, w środku) oscylacje emiterów są pokazane wektorami s1 i s2. Kąt φ odpowiada dodatkowemu przesunięciu fazowemu oscylacji do 180°. Zgódźmy się również, że wtargnięcie fazy (faza opóźnienia), gdy fala rozchodzi się na pewną odległość, jest uwzględniane przez obrócenie wektora zgodnie z ruchem wskazówek zegara o odpowiedni kąt. Na przykład fala, która przebyła ścieżkę ćwierćfalową, uzyska wtargnięcie fazy o 90°. Rozważmy promieniowanie układu w prawo, a fazy fal będą mierzone bezpośrednio przy emiterze S2 (przy dalszej propagacji w prawo obie fale z dwóch emiterów uzyskają takie samo wchodzenie fazowe, a zależność fazowa między ich oscylacjami nie zmieni się). Odpowiedni diagram wektorowy jest pokazany w środkowym rzędzie po prawej stronie. Oscylacja s2 nie zmieni się, a oscylacja s1 uzyska przesunięcie fazowe o 90° po przejściu ścieżki L/4. W rezultacie fale będą przesunięte w fazie i nie będzie promieniowania w tym kierunku. Gdy fale rozchodzą się po lewej stronie emiterów, wektor s1 pozostanie w tej samej pozycji, a wektor s2 obróci się o 90 ° zgodnie z ruchem wskazówek zegara, ponieważ fala z emitera s2 przejdzie ścieżkę L / 4. Wektorowy wykres oscylacji w pobliżu emitera s1 pokazano na rys. 1 w środkowym rzędzie po lewej stronie. Widać, że fale z emiterów S1 i S2 są dodawane w fazie i całkowite oscylacje osiągają podwojoną amplitudę. W dokładnie ten sam sposób można znaleźć pole promieniowania w innych kierunkach. Dla bardziej graficznego przedstawienia możemy założyć, że Fig. 1 pokazuje widok z góry dwóch anten biczowych S1 i S2 z góry. Taki układ dwóch kołków będzie miał charakterystykę promieniowania zbliżoną do kardioidy. Maksimum promieniowania będzie skierowane w lewo, a zero promieniowania będzie skierowane w prawo. W kierunkach bocznych (na rysunku w górę iw dół) system będzie również promieniował, i to dość znacząco, ponieważ w tych kierunkach sumują się dwie fale kwadraturowe. Możliwe jest nieznaczne zwiększenie ostrości obrazu promieniowania przez umieszczenie emiterów S1 i S2 bliżej siebie, na przykład w odległości L/8. Diagramy wektorowe dla tego przypadku pokazano w dolnym rzędzie na ryc. jeden. Na podstawie faktu, że promieniowanie w prawo, jak poprzednio, powinno być nieobecne, określamy przesunięcie fazowe oscylacji emiterów. Powinna wynosić 4p/135 lub 1°, jak pokazano na diagramie wektorowym pośrodku dolnego rzędu. Następnie, emitowany w prawo, wektor oscylacji s4 obróci się o kąt n / 45 lub 2 ° i będzie w przeciwfazie z wektorem s1 (patrz wykres wektorowy w dolnym rzędzie po prawej). Podczas emisji w lewo wektory s2 i s1,41 nie będą już w fazie, ale będą w kwadraturze, a wynikowa amplituda pola nie będzie się już podwajać, jak w poprzednim przypadku, ale będzie tylko 2 razy większa niż pole każdego z emiterów (wykres wektorowy po lewej). Promieniowanie z boku będzie również mniejsze, ponieważ w tych kierunkach dodawane są pola bliskie antyfazy. Odległość między emiterami można jeszcze zmniejszyć, ale aby uzyskać promieniowanie jednokierunkowe, kąt , który uzupełnia przesunięcie fazowe w emiterach na antyfazę, musi spełniać warunek: φ = XNUMXpd/L, tj. powinno się również zmniejszyć. Nie należy sądzić, że sprawność „krótkiej” anteny z małymi d i prawie przesuniętymi w fazie emiterami jest mniejsza niż sprawność „pełnowymiarowej” z odległością d = L/4. Jeśli można pominąć straty elementów, to cała moc dostarczana do systemu antenowego musi być wypromieniowana, a pola obu anten muszą być takie same (pomijając niewielką różnicę we wzorcach promieniowania). Ale prądy w elementach „krótkiej” anteny, aby wytworzyć to samo pole, są duże, a jeśli uwzględni się straty w elementach, również zwiększają się z powodu dużych prądów. Prądy przeciwfazowe w elementach „krótkiej” anteny są podobne do prądów przeciwfazowych w cewce i kondensatorze równoległego obwodu oscylacyjnego, którego amplituda jest proporcjonalna do współczynnika jakości. W ten sam sposób, gdy zmniejsza się odległość między wibratorami, a prądy w nich zbliżają się do przeciwfazy, zwiększa się równoważny współczynnik jakości systemu antenowego, a zatem zmniejsza się jego pasmo częstotliwości roboczej. Taka jest cena redukcji. Jednak przy odległości między wibratorami L/8...L/10 wzrost strat w elementach i ekwiwalentny współczynnik jakości nie przekracza 1,4...2 razy i w pełni się zwraca poprzez zmniejszenie wymiarów anteny, co potwierdza wieloletnia praktyka w projektowaniu belek typu ZL.
Jeden z najprostszych projektów belek ZL pokazano na rysunku 2. Zawiera dwa wibratory półfalowe dzielone (często stosowane są wibratory pętlowe) połączone linią napowietrzną ze skrzyżowanymi przewodami. Ponieważ współczynnik skrócenia fali w linii napowietrznej jest bliski jedności, to przy zasilaniu układu w punktach „X-X” przesunięcie fazowe drgań wibratorów właśnie odpowiada powyższemu wzorowi. Dokładniejsze fazowanie elementów uzyskuje się poprzez zmianę (wybór) ich długości. W tym przypadku częstotliwość rezonansowa elementu zmienia się i, jak każdy obwód oscylacyjny, zgodnie z jego charakterystyką fazowo-częstotliwościową, faza oscylacji w nim. Ściśle rzecz biorąc, zasilanie można doprowadzać nawet do środka linii, a fazowanie elementów można przeprowadzić w ten sposób: jeden element jest nieco skrócony, a drugi nieco wydłużony. Odstrojenie elementów jest bardzo małe, ponieważ wymagane przesunięcie fazowe w każdym elemencie wynosi tylko f/2. Charakterystyka promieniowania wiązki ZL w płaszczyźnie poziomej (w azymucie) jest wyraźnie zawężona również dlatego, że same wibratory nie promieniują na boki. W płaszczyźnie pionowej schemat jest nieco szerszy. Antena ta bardzo dobrze sprawdza się jako niewielka antena kierunkowa z polaryzacją poziomą. Według licznych danych literaturowych jego skuteczność sięga 4 dB względem dipola lub 6 dB względem emitera izotropowego (dookólnego). Z oczywistych względów konstrukcyjnych ustawienie wibratorów z belką ZL w pionie nie jest łatwe, ponadto występują problemy z okablowaniem linii energetycznej. W związku z tymi trudnościami myśl autora zwróciła się ku bardziej odpowiednim promiennikom pionowym, które można było umieścić w niewielkiej odległości od siebie, zgodnie z ideologią ZL-beam. Jednym z takich promienników jest J-antena, której dwie wersje, różniące się jedynie sposobem dopasowania do zasilacza, przedstawiono na rys.3.
Antena J to pionowy wibrator półfalowy zasilany z dolnego końca. W końcu rezystancja wibratora jest bardzo wysoka i sięga kilku kiloomów, w pełni zgodnie z prawem Ohma - przecież prąd tutaj jest mały, a napięcie wysokie. Aby dopasować go do niskiej rezystancji kabla, stosuje się dwuprzewodową linię ćwierćfalową. W pierwszym wariancie (po lewej na rys. 3) jego impedancja falowa powinna być równa średniej geometrycznej pomiędzy rezystancjami wibratora i kabla, tj. wszystko w zakresie 300 ... 600 omów. Dokładne dopasowanie można osiągnąć poprzez zmianę impedancji falowej linii (praktycznie – odległości między przewodami). Nie jest to do końca wygodne, więc druga wersja anteny J (po prawej na ryc. 3) jest pod wieloma względami lepsza. Tutaj przewody linii ćwierćfalowej są po prostu zamknięte na dolnym końcu, a ten punkt o zerowym potencjale można uziemić drutem o dowolnej długości, podłączonym do dowolnej „masy”, na przykład dachu domu lub samochód, co jest wygodne konstruktywnie, ale nie można nigdzie się połączyć. Zasilanie jest dostarczane do linii przez autotransformator w punktach „XX” znajdujących się na pewnej wysokości nad zwartym końcem linii. W przypadku dowolnego kabla antenę można łatwo dopasować, po prostu przesuwając punkty zasilania „XX”. Impedancja falowa linii dwuprzewodowej w tym przykładzie wykonania nie ma większego znaczenia. Dalszy tok myślenia był następujący: jeśli dwie anteny typu J w układzie kierunkowym znajdują się obok siebie, to czy można wykorzystać jedną wspólną linię dwuprzewodową do ich zasilania i koordynacji? W końcu napięcia na przewodach otwartego końca linii są w przeciwfazie, co jest dokładnie tym, co jest wymagane do zasilania dwóch blisko rozmieszczonych wibratorów! Otóż niezbędne przesunięcie fazowe drgań wibratorów +f/2 i -f/2 można uzyskać zmieniając ich długość - skracając jedno i wydłużając drugie. Pozostaje zdecydować, jak połączyć końce wibratorów półfalowych, oddzielonych L / 8, z końcami linii dwuprzewodowej, umieszczonymi obok siebie. Okazało się to łatwe - w końcu prąd na końcach wibratorów jest mały, prawie nie promieniują, więc nie będzie nic złego, jeśli końce wibratorów będą zgięte do siebie i bezpośrednio połączone z końcami linii. Wszystko okazało się niewiarygodnie proste, do tego stopnia, że pojawiły się wątpliwości – czy to zadziała? Potrzebny był eksperyment. Jak tylko powiedziano, antena na częstotliwości 430 MHz (długość fali 70 cm) została wygięta z jednego kawałka drutu miedzianego o średnicy 1,7 mm. Jego szkic z wymiarami dopracowanymi w trakcie eksperymentów pokazano na rys. 4b).
Kabel zasilający o impedancji falowej 50 omów został podłączony jak pokazano na rys. 4 c). Przydatne jest, aby styki w punktach zasilania „XX” były ruchome, aby wybrać położenie tych punktów zgodnie z minimalnym SWR. Niestety nie było nic do pomiaru SWR, a położenie punktów zasilania zostało wybrane zgodnie z maksymalnym polem anteny w głównym kierunku. Zastosowano domowy wskaźnik pola, składający się z anteny dipolowej, detektora diodowego i głowicy pomiarowej 50 µA. Źródłem sygnału był oscylator pomiarowy o impedancji wyjściowej 50 Ω oraz tłumik o skoku 1 dB. Początkowo antenę mocowano w imadle stołowym do dolnej podstawy dwuprzewodowej linii, następnie wykonano prymitywny stojak obrotowy. Mimo, że pomiary zostały przeprowadzone w niewyposażonym pomieszczeniu i nie twierdzą, że są bardzo dokładne, antena w pełni spełniła oczekiwania! Po pierwsze, antena działała i dawała jednokierunkowe promieniowanie w kierunku krótkiego wibratora. Po drugie, w porównaniu z dipolem półfalowym umieszczonym w tym samym miejscu i zasilanym tym samym kablem, tłumik oscylatora musiał być wciśnięty o 4 dB, aby uzyskać ten sam sygnał na wskaźniku pola. To pozwala nam oszacować współczynnik kierunkowości anteny na tej samej wartości. Charakterystyka promieniowania w płaszczyźnie pionowej (płaszczyzna wibratorów) jest pokazana na ryc. 4a i ogólnie w pełni odpowiada podobnym wzorom wiązek dwuelementowych. W płaszczyźnie poziomej schemat jest taki sam, ale nieco szerszy. Ciekawe, że poprzez regulację długości elementów można osiągnąć całkowity brak tylnego płata (w każdym razie wskaźnik pola go nie wykrył), ale jednocześnie wzmocnienie było nieco, dzięki ułamek decybela, mniej niż przy dostrajaniu anteny do maksymalnego wzmocnienia. Na zakończenie przedstawiamy kilka praktycznych rozważań dotyczących konstrukcji proponowanej anteny. Aby zwiększyć wytrzymałość mechaniczną, na końcach linii dwuprzewodowej można zamontować izolator, w miejscu jego zgięcia i przejścia do przewodów wibratora. Izolator musi być dobrej jakości, ponieważ tutaj znajduje się antywęzeł napięcia. Same zagięcia nie muszą być wykonane pod kątem prostym, „ramiona” anteny również można pochylić. Co więcej, wydaje się autorowi, że pozycja „ramion” nie jest szczególnie krytyczna – mogą być umieszczone nieco wyżej lub nieco niżej. O wiele ważniejsze jest obserwowanie pełnej długości przewodów od dołu linii dwuprzewodowej do górnego końca wibratora. Powinno być około 0,73L. dla krótkiego wibratora (reżyser) i około 0,77L dla długiego (reflektor). Wraz ze wzrostem średnicy przewodów (rurek), z których wykonana jest antena, ich długość nieco się zmniejsza. Współczynnik skracania dla "grubych" wibratorów można znaleźć w literaturze dotyczącej anten. Zwracamy również uwagę, że nie ma potrzeby wykonywania wibratorów i linii dwuprzewodowej z rur o tej samej średnicy. Antena będzie mocniejsza i będzie lepiej znosić obciążenia wiatrem, jeśli linia dwuprzewodowa będzie wykonana z rurek o większej średnicy, a wibratory będą stosunkowo cienkie. Dla wygody regulacji warto wyposażyć wibratory w górny koniec „topmasztów”, teleskopowo wsuniętych w rurę główną, ponieważ skracanie wibratorów za pomocą przecinaków do drutu, jak zrobił to autor, jest obarczone nieodwracalnymi konsekwencjami - po tym , wibrator można przedłużyć tylko lutownicą. Autor: Vladimir Polyakov (RA3AAE), Moskwa; Publikacja: N. Bolszakow, rf.atnn.ru
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Drukarki sieciowe A4 Xerox Phaser 3052NI i Phaser 3260DNI ▪ Ochrona oczu podczas pracy przy komputerze ▪ Robotyczna noga uczy się samodzielnie chodzić ▪ Nowa seria monitorów LCD SONY
▪ sekcja serwisu Przedwzmacniacze. Wybór artykułu ▪ artykuł dzięki łasce Bożej. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Operator prania w pralce. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Mikrofon radiowy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Domofon niewielkich rozmiarów. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony