|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Siedmiopasmowa antena kierunkowa KF BMA-7. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Anteny HF Antena na wszystkie fale lub przynajmniej taka, która działa na większości z dziewięciu amatorskich pasm HF, to marzenie wielu krótkofalowców. Zadanie stworzenia anteny wielopasmowej staje się znacznie bardziej skomplikowane, jeśli chodzi o antenę kierunkową. W opublikowanym artykule zaproponowano ciekawe rozwiązanie tego problemu. Pomysły zastosowane przez UT1MA w tym projekcie mogą być przydatne dla krótkofalowców w ich własnym rozwoju anten KB. Wielopasmowe anteny kierunkowe „falowe” do radiokomunikacji amatorskiej są bardzo popularne, produkowane są przez dziesiątki firm w wielu krajach. Anteny takie wykonuje się głównie z wykorzystaniem separujących obwodów rezonansowych – TRAP, czyli drabinek [1, 2]. Pomimo oczywistych udogodnień, technologia ta jest rzadko stosowana w amatorskich konstrukcjach anten, co tłumaczy się przede wszystkim złożonością rzemieślniczej produkcji niezawodnej i precyzyjnie dostrojonej drabiny. Ostatnio pojawiły się konstrukcje anten, w których problem pracy wielopasmowej rozwiązuje się w prostszy sposób, wykorzystując tzw. wielopasmowe obwody obciążenia (LOad Multiband lub w skrócie LOM). Głównym elementem takiej anteny jest cewka o określonej indukcyjności, umieszczona w określonym miejscu elementu aktywnego lub pasywnego. Mechanizm działania obciążenia LOM polega na tym, że przy stosunkowo wysokich częstotliwościach cewka powoduje znaczne odbicie prądu, w wyniku czego jego rozkład na części „precewki” jest zbliżony do rozkładu w konwencjonalnym dipolu z długość ramion około 0,25λ. Przy niskich częstotliwościach prąd rozchodzi się na całej długości ramienia anteny, a cewka działa jak cewka przedłużająca [3]. Spróbujmy porównać główne parametry dwóch dipoli trójpasmowych: z drabinkami iz cewkami LOM. Obliczenia wykonano przy użyciu programu antenowego MMANA (TNX JE3HHT i DL2KQ dla doskonałego programu). Na rysunku 1a przedstawiono rysunek dipola dla zakresów 10, 20 i 40 metrów. Ramiona dipola są symetryczne, co umożliwia pokazanie tylko połowy dipola w celu uproszczenia rysunku. Wychodzimy z faktu, że kondensatory pułapkowe L1C1 (częstotliwość rezonansowa f1 = 28,3 MHz) i L2C2 (f2 = 14,15 MHz) są utworzone przez rurki umieszczone wewnątrz i na zewnątrz cewki. Należy zauważyć, że ta wygodna technologicznie konstrukcja kondensatorów ma znaczną wadę - ze względu na wpływ tych lamp współczynnik jakości cewek (i obwodu jako całości) zmniejsza się 3 ... 4 razy iw wielu modelach nie przekracza Q = 80 ... 100. W związku z tym straty w obwodach i ich ogrzewanie wzrastają o tę samą wartość. Przyjmujemy C1 = 25 pF, C2 = 15 pF, Q1 = 100 i Q2 = 80, a średnica przewodu (rurki) anteny wynosi 30 mm. Odcinki dipolowe ab, cd mają np. takie długości, przy których składowa reaktywna rezystancji wejściowej jest bliska zeru we wszystkich trzech zakresach.
Diagramy zmian natężenia prądu wzdłuż dipola w różnych zakresach pokazano na ryc. 1b (zasięg 10 metrów), ryc. 1,c (20 metrów) i ryc. 1 g (40 metrów). Strzałki na diagramach pokazują kierunek prądu w odpowiednich częściach dipola. Z MMANA wynika, że na częściach dipola znajdujących się za drabinkami pojawia się też niewielki prąd, który pojawia się w wyniku zakłóceń z obszaru pracy anteny. Na zasięgu 10 metrów prąd ten znacznie, bo o około 0,4 dB, zwiększa zysk anteny poprzez zawężenie charakterystyki promieniowania (DN), a także zwiększa impedancję wejściową anteny. Wyniki obliczeń podsumowano w tabeli. W nim R jest impedancją wejściową anteny w rezonansie. Wzmocnienie G jest podane w odniesieniu do dipola półfalowego bez pułapek. Osobno zaznaczono całkowite straty ciepła w dwóch cewkach PL1 i dwóch PL2, ponieważ niezawodność anteny zależy bezpośrednio od tych strat. G to szerokość głównego płata wzoru przy -3 dB lub 0,707 wartości maksymalnej. Przy szacowaniu strat ciepła można przyjąć, że 0,1 dB odpowiada około 2,4% całkowitej mocy. Całkowita długość dipola wynosi 2x6,7 m. na ryc. 2, a także pokazuje dipol dla zakresów 10, 20 i 40 metrów, ale w przeciwieństwie do pierwszego nie wykorzystuje drabinek, ale cewki LOM. Wartości L1 i L2, długości odcinków ab, cd, np. oraz obciążenia pojemnościowe EH1 i EH2 dobiera się tak, aby składowa reaktywna rezystancji wejściowej była bliska zeru we wszystkich trzech zakresach. W szczególności długość pierwszej sekcji ab będzie wówczas wynosić około 0,25 długości fali dla zakresu 10 metrów. Ze względu na obecność L1 w tym zakresie, kształt krzywej prądu w przekroju ab jest prawie taki sam, jak w przypadku dipola półfalowego.
Prąd za cewką w sekcji cd jest kilkakrotnie mniejszy niż w pierwszej sekcji. Jest to ważne, ponieważ tutaj prąd ma przeciwny kierunek, a jego działanie prowadzi do rozszerzenia RP i odpowiednio do spadku wzmocnienia dipolowego. Aby zminimalizować ten niepożądany efekt, wprowadza się obciążenie pojemnościowe EH1, które „przejmuje” i wyłącza część przeciwprądu z promieniowania. Wielkość prądu w przekroju cd zależy również od indukcyjności cewki L1 i będzie tym mniejsza, im większa. Z drugiej strony zwiększenie indukcyjności cewki prowadzi do zmniejszenia szerokości pasma na drugim paśmie (20 metrów), więc wybór indukcyjności tej cewki jest nieuniknionym kompromisem. Na dystansie 20 metrów elementy L2 i EH2 działają w podobny sposób, a cewka L1 działa jako cewka przedłużająca. Na 40 metrach obie cewki są cewkami przedłużającymi. Schematy prądów wzdłuż przewodnika tej wersji dipola podano na ryc. 2,6 (10 metrów), ryc. 2,c (20 metrów) i ryc. 2 g (40 metrów). Obliczenia wykazały, że optymalne wartości to L1 = 3,5 µH i L2 = 18 µH. Całkowita długość dipola to 2x5,8 m przy średnicy rurki 20 mm w skrajnym odcinku i 30 mm w pozostałej części. Długość EH1 wynosi 0,8 m, a EH2 0,6 m, rury mają średnicę 16 mm. Obliczone parametry podano również w tabeli, co jest wygodne do porównania. W obliczeniach przyjmuje się, że współczynnik jakości cewek L1 i L2 wynosi 250, co jest całkiem realistyczne.
Porównanie strat cieplnych w dipolach TRAP i LOM pokazuje, że druga strata jest 2...3 razy mniejsza. W tych samych innych warunkach projektowych antena LOM jest w stanie wytrzymać większą moc. Jeśli jednak w pułapkach zostaną użyte zewnętrzne kondensatory, oba typy anten będą w przybliżeniu równe w tym wskaźniku. Użyteczną właściwością anteny LOM jest jej niekrytyczność dla wartości indukcyjności cewek. Jeśli odbiega od obliczonej wartości o 10%, strojenie rezonansowe można łatwo przywrócić, dopasowując długość elementów EH. W takim przypadku parametry anteny zmieniają się nieznacznie. Jest też oczywista zaleta - nie ma potrzeby stosowania kondensatorów wysokonapięciowych przeznaczonych do dużej mocy biernej. Po pomyślnym zastosowaniu technologii LOM w pionowej antenie wielopasmowej [3, 4] autor podjął próbę zastosowania tej technologii w aktywnym wibratorze (AB) prostej anteny kierunkowej na siedem pasm KB - od 10 do 40 metrów. AB jest przeznaczony do korzystania z jednego zasilacza 50 omów bez żadnego przełączania. Oprócz AB antena zawiera pięć reflektorów w zakresach 10, 12, 15, 17, 20 metrów, a na pasmach 30 i 40 metrów w antenie pracuje tylko aktywny wibrator. Wygląd eksperymentalnej anteny, która otrzymała autorską nazwę BMA-7 (Beam Multiband Antenna for 7 bands), pokazano na ryc. 3.
Schematycznie obwód elektryczny jego aktywnego wibratora pokazano na ryc. 4. Każde ramię AB (warunkowo pokazane tylko jedno z dwóch) składa się z czterech przewodników, których początki zbiegają się w punkcie zasilania.
Podstawą konstrukcyjną anteny jest wibrator centralny, składający się z trzech segmentów rur duraluminiowych, pomiędzy którymi znajdują się cewki L1 i L2. Ten wibrator działa na 10, 20 i 40 metrach. Zasięgi 15 i 17 metrów zapewniają wibratory drutowe PV15 i PV17. Cewka L4 o małej indukcyjności umożliwia zmniejszenie długości wibratora PV17 do wymiarów wymaganych ze względów konstrukcyjnych. Wibrator PV12 pracuje w zasięgu 12 metrów, a razem z cewką L3 i dodatkowym przewodem PVZO uzyskujemy emiter o zasięgu 30 metrów. Oczywiście istnieją wzajemne wpływy między elementami AB, ale generalnie uzyskuje się wyraźne siedem rezonansów i SWR przy średnich częstotliwościach wszystkich zakresów w granicach 1,1 ... 1,4 (tylko AB - bez reflektorów). Bardziej szczegółowy rysunek AB z głównymi wymiarami w dwóch rzutach pokazano schematycznie na ryc. 5.
Wibratory drutowe PV wykonane są z drutu linkowego w izolacji winylowej marki PVZ o przekroju 2,5 metra kwadratowego. mm. Do podparcia wibratorów drutowych zastosowano małe izolatory nakrętkowe IO i plastikowe izolatory antenowe IE firmy „Antennopolis” (Zaporoże). Izolatory te mają wymiary 17x17x115mm i posiadają cztery otwory - dwa na krawędziach i dwa na środku. Cewka L4 ma 7 zwojów i jest nawinięta bezpośrednio na środkową część izolatora z przewodu emitera PV17. Emiter drutowy PV12 jest zamocowany w pewnej odległości od wibratora centralnego za pomocą przekładek dielektrycznych RP. Odległe (od środka anteny) końce emiterów PV15 i PV17 są mocowane za pomocą polipropylenowych naciągów PP na rurze EH2. Reflektor o zasięgu 10 metrów wykonany jest z tuby o średnicy 20 mm i ma długość 5,3 m, o zasięgu 15 metrów - z rur o średnicach 30, 20, 16 i 10 mm (całkowita długość 7,235 m) , zasięg 20 metrów - z rur o średnicach 30 i 20 mm (całkowita długość 10,51 m). Odległości od AB do reflektorów o zasięgu 10, 15 i 20 metrów wynoszą odpowiednio 2,05, 2,6 i 3,7 m. Odbłyśniki zakresów 12 i 17 metrów wykonane są z linky w izolacji winylowej marki PVZ-2,5 i są umieszczone odpowiednio nad odbłyśnikami 15 i 20 metrów (patrz rys. 3) w taki sposób, że środkowa część odbłyśnik druciany jest o 0,5 m wyższy od odbłyśnika tubusowego, a końce po 0,2 m. Całkowita długość odbłyśnika o zasięgu 12 metrów to 5,5 m, o zasięgu 17 metrów to 7,75 m. Obciążenia pojemnościowe pochodzą z tuby o średnicy 16 mm, długość EH1 wynosi 1,3 m, a EH2 1,6 m. Dane cewki: L1 - rama o średnicy 33 mm, drut MGTF o przekroju 1 mkw. mm, liczba zwojów - 9, ciasne uzwojenie, hydroizolacja taśmą izolacyjną NOVA ROLL; L2 - rama o średnicy 32 mm, MGTF 0 mkw. mm, liczba zwojów - 75; L24 - rama o średnicy 3 mm, MGTF 40 mkw. mm, 0,75 obrotów. Antena została najpierw przetestowana eksperymentalnie na makiecie, a następnie została podniesiona prawdziwa próbka. Strojenie wibratora aktywnego przeprowadzono za pomocą mostkowego miernika SWR: na zakresach 10 i 20 metrów zmieniając długość obciążeń pojemnościowych, a na zakresie 40 metrów zmieniając długość odcinka końcowego. Pozostałe zakresy reguluje się dobierając długości wibratorów drutowych. Obliczenie długości odbłyśników drucianych było utrudnione ze względu na obecność izolacji winylowej na przewodzie oraz bliskość odbłyśników rurowych; dostrojono je za pomocą GIR do częstotliwości różniącej się od średniej częstotliwości tego zakresu o 3% w dół. Całkowita długość aktywnego wibratora wynosi 2x6,35 m. Po otrzymaniu programu komputerowego MMANA obliczenia aktywnego wibratora (zasięgi 10, 20 i 40 metrów) pokazały, jak można uzyskać te same parametry zmniejszając długości EH i całkowitą długość aktywnego wibratora (patrz dane obliczeniowe powyżej). Kabel sieciowy jest dopasowywany do AB za pomocą tylko jednego dodatkowego elementu - kondensatora o pojemności 56 pF / 2,5 kVA, podłączonego równolegle do wejścia antenowego. Wyważanie odbywa się za pomocą dławika ochronnego L5 złożonego z 15 zwojów kabla koncentrycznego zasilacza RG-58, nawiniętego na pierścieniowy ferrytowy rdzeń magnetyczny o średnicy 65 mm wykonany z materiału 300VN. Cewka indukcyjna i kondensator dopasowujący są umieszczone w obudowie ochronnej i zamontowane na stalowej podporze RP1 pośrodku AB, podtrzymującej elementy PV15 i PV17. Nie należy zapominać (zwłaszcza podczas modelowania anteny), że odcinki przewodu idące do transformatora (każdy o długości około 10 cm) są wliczone w długość elektryczną AB. Część środkowa AB (do cewek L2) wykonana jest z rury o średnicy 30 mm, a segmenty końcowe z rurek o średnicy 20, 18 i 10 mm, wkładanych jedna w drugą. Antena zasilana jest kablem PK50-7 o długości 30 metrów. Po niewielkiej korekcie długości elementów AB uzyskano następujące wartości: SWR - przy średnich częstotliwościach z przedziałów 1,1...1,4; pasmo częstotliwości pracy dla SWR ≤ 2 wynosi 10 MHz w paśmie 1 metrów, 12 MHz w pasmach 15, 17 i 0,5 metrów, 20 MHz w paśmie 0,32 metrów, 30 MHz w paśmie 0,09 metrów i na w zakresie 40 metrów - 0,18 MHz. Pomiary przeprowadzono przyrządem DRAKE WH7. Sprawdzenie anteny „na antenie” wykazało, że stosunek przód / tył na średnich trasach na dystansie 20 metrów mieści się w granicach 12…15 dB, na wyższych zakresach – 15…18 dB. Na 40 metrach w porównaniu z nr inw. V okazało się, że w kierunku maksymalnego promieniowania antena BMA-7 nie była gorsza od pełnowymiarowej Inv. V, ale w kierunku poprzecznym przekraczała o 1...2 punkty. Obliczone wartości wzmocnienia w zakresach 10...20 MHz wynoszą 4...4,5 dBd. Czy można poprawić parametry tej anteny poprzez dodanie direktorów? Jest to dość trudne z następujących powodów. Po pierwsze, dyrektorzy dolnych zakresów znacznie pogarszają parametry górnych. Aby wyeliminować to zjawisko, konieczne będzie wprowadzenie drabinek, cewek LOM lub podjęcie innych specjalnych działań. Po drugie, stosowanie standardowych metod dopasowywania z jednym zasilaczem będzie utrudnione ze względu na rozłożenie rezystancji wejściowych na różnych zakresach. Być może właśnie w opisanej formie antena może zainteresować „przeciętne” fale krótkie. Pod względem parametrów antena BMA-7 zbliżona jest do anteny logarytmicznej o długości 6...8 metrów, ale ma elementy na 30 i 40 metrów. Można również zauważyć, że wśród zachodnich fal krótkich popularna jest prosta antena FORCE-4 C12 o długości wysięgnika 3,6 m, posiadająca po dwa elementy na pasmach 10, 15, 20 metrów i jeden na paśmie 40 metrów z dwa karmniki (cena około 700 USD). Podsumowując, można stwierdzić, że jak pokazuje niniejsza praca, technologia LOM może być z powodzeniem stosowana w antenach wielopasmowych, konkurując na równych prawach z technologią TRAP. Autor pragnie podziękować Borisowi Kataevowi (UR1MQ) za nieocenioną pomoc podczas instalacji i strojenia anteny BMA-7. literatura
Autor: E. Gutkin (UT1MA), Ługańsk, Ukraina
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
▪ Dysk USB Mushkin Ventura Ultra 3.0 ▪ Drukarka 3D ze sterowaniem głosowym
▪ sekcja strony Instrukcje użytkowania. Wybór artykułu ▪ artykuł Siódma woda na galarecie. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Dlaczego się śmiejemy? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Dyrektor przedsiębiorstwa mieszkaniowego. Opis pracy ▪ artykuł Klucz telegraficzny na kontrolerze PIC. 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