|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Trójpasmowa antena kierunkowa Spider. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Anteny HF Pomysł stworzenia bardzo lekkiej i przenośnej anteny kierunkowej HF wykonanej z drutu i napiętej pomiędzy teleskopowymi prętami szklano-plastikowymi, choć nie nowy, coraz bardziej przyciąga uwagę radioamatorów. Niemiecki operator krótkofalowy Cornelius Pohl (DF4SA) zaproponował opcję konstrukcyjną, w której trzy anteny przewodowe „kanałowe” są umieszczone na jednej ramie z czterech prętów – dwie trzyelementowe dla zasięgu 20 i 15 metrów oraz jedna czteroelementowa dla zasięgu o długości 10 metrów. Antena pomimo swojej przenośności i niewielkiej wagi posiada bardzo dobre parametry użytkowe w zakresie kierunkowości i charakterystyki promieniowania. Antena DF4SA cieszy się dużym zainteresowaniem, dlatego za zgodą jej twórcy podajemy opis Spidera. Wstęp. „Spider” („Pająk”) to pełnowymiarowa, trójpasmowa, bardzo lekka antena zbudowana z prętów i drutu szklano-plastikowego. Całkowita waga anteny wynosi około 5,5 kg, co czyni ją idealną do stosowania w terenie. Zdjęcie anteny podniesionej na dziesięciometrowym maszcie aluminiowym pokazano na ryc. 1.
Do anteny nadają się wszelkie lekkie maszty teleskopowe i urządzenia obrotowe z anten telewizyjnych. Obciążenia wiatrem anteny są niewielkie. Jest łatwy w montażu i instalacji przez jedną osobę. Wymiary złożonej i zapakowanej anteny nie przekraczają 1,2 m. Uproszczony szkic jej konstrukcji (kierowniki i reflektory w tej samej płaszczyźnie) pokazano na ryc. 2.
Pod względem zysku (zysku) G oraz stosunku promieniowania do przodu/do tyłu (F/B) Spider nie ustępuje innym antenom pełnowymiarowym, w tym także stacjonarnym. Dopuszczalna moc promieniowania w trybie ciągłym wynosi 2 kW. Podstawowe dane anteny podano w tabeli 1.
Głównym zadaniem podczas instalacji anteny jest podniesienie jej na maksymalną możliwą wysokość. Anteny o nawet małym zysku, podniesione na dużą wysokość, dają lepszy sygnał niż anteny o dużym zysku, ale zainstalowane na małej wysokości. Niska waga Spidera ułatwia podnoszenie na duże wysokości. Uproszczony jest także wybór optymalnego miejsca instalacji. Antena jest wygodna w użyciu podczas podróży, można ją zamontować na szczytach okolicznych gór, na wyspach, wieżach zamków i latarni morskich, a nawet na dowolnym dachu. Antena ta wypada korzystnie w porównaniu z konwencjonalnymi ciężkimi, trójpasmowymi „wiązkami”. Montaż anteny jest prosty, w konstrukcji nie zastosowano żadnych specjalnych skomplikowanych elementów. Brak procedury konfiguracji sprawia, że antena jest dostępna dla początkujących. Koszt materiałów do wykonania anteny jest niski, a na maszcie i urządzeniu obrotowym nadal można zaoszczędzić. Rozwój anteny ułatwiła znajomość oryginalnego i eleganckiego rozwiązania Dicka Birda (G4ZU), który zaproponował swój „Bird Yagi” - trzyelementową antenę „wave channel” z reżyserem z giętego drutu w kształcie litery V i reflektorem. Nazywa się go także „Łukiem i Strzałą”. W literaturze nie było jednak opisów konstrukcji wielopasmowych, dlatego DF4SA musiał podjąć się samodzielnego rozwoju. Po niezliczonych próbach symulacji komputerowych w końcu udało nam się uzyskać wirtualną antenę spełniającą wymagania. Pozostały problemy konstrukcyjne i mechaniczne: antena musiała być lekka, ale sztywna, zapewniać ochronę przed wilgocią i mieć powtarzalne właściwości elektryczne niezależnie od tego, ile razy była składana i demontowana. Montaż nie powinien być trudny i wymagać specjalnych narzędzi. Wszystkie te wymagania zostały spełnione, a autor miał wielką przyjemność obserwować, jak antena z łatwością wytrzymuje silną burzę podczas pracy z CTZEE podczas konkursu CQ WW CW CONTEST 2002. Podstawowe zasady budowy anteny. „Pająk” to kanał falowy dla zakresów 10, 15 i 20 metrów. Tworzą go trzy anteny drutowe, zagnieżdżone jedna w drugiej, naciągnięte na wspólnej poprzeczce („pająku”) wykonanej z włókna szklanego. Anteny te z kolei zawierają trzy elementy dla zasięgu 20 metrów, trzy elementy dla zasięgu 15 metrów i cztery elementy dla zasięgu 10 metrów. Element aktywny anteny stanowią trzy indywidualne dipole dla pasma 20, 15 i 10 metrów, połączone ze sobą dopiero w miejscu zasilania. W rezultacie w konstrukcji anteny nie stosuje się cewek ani obwodów („pułapek”). Aby przejść z niezbalansowanego kabla koncentrycznego na symetryczny dipol, stosuje się proste i szerokopasmowe urządzenie indukcyjne zaproponowane przez W2DU. Dzięki temu system zasilania jest bardzo prosty i niezawodny. Nie są wymagane żadne linie fazujące ani inne pasujące urządzenia. Ogólny szkic anteny (widok z góry) i wymiary montażowe elementów (w centymetrach) pokazano na rys. 3.
Długości przewodów (w centymetrach) pasywnych elementów antenowych podano w tabeli 2.
Należy zauważyć, że dane te są ważne tylko wtedy, gdy antena jest wykonana z drutu miedzianego lub miedziowanego o średnicy 1 mm bez izolacji. Inne typy drutów, zwłaszcza izolowanych, będą wymagały korekty wymiarów elementów, co wiąże się ze zmianą współczynnika skracania, który z kolei zależy od prędkości propagacji fali wzdłuż drutu. Korekta może być również konieczna w przypadku stosowania izolatorów na końcach przewodów antenowych. Bardzo ważne jest zachowanie dokładnych wymiarów anteny podczas jej produkcji. Błąd nawet jednego centymetra (!) doprowadzi do zmiany parametrów. Z powyższego wynika, że przewodów antenowych nie należy rozciągać pod obciążeniem. Najlepiej stosować drut stalowy miedziowany, dane na temat których można znaleźć w [1]. Kiedy pierwszy egzemplarz anteny był wykonany ze zwykłego miękkiego drutu miedzianego z emaliowaną izolacją, niektóre elementy podczas montażu i demontażu anteny rozciągały się nawet o 10 cm, powodując „zanikanie” częstotliwości rezonansowych i pogorszenie charakterystyki promieniowania. Szczególnie ucierpiał stosunek promieniowania do przodu do tyłu. Konstrukcja elementu aktywnego pokazana jest na ryc. 4. Składa się z trzech dipoli, które muszą być umieszczone w płaszczyźnie pionowej, ściśle jeden nad drugim. Podobnie jak w przypadku innych dipoli wielopasmowych, im dalej są od siebie położone, tym mniej mają ze sobą interakcji.
Odległość pomiędzy górnym dipolem 20 m a dolnym dipolem 10 m powinna wynosić około 50 cm. Ważne jest również, aby dipol 10 m był wysunięty przynajmniej o kilka centymetrów od rury nośnej z włókna szklanego. W przeciwnym razie SWR może się nieznacznie zmienić, gdy pręt z włókna szklanego zamoczy się w wyniku deszczu. Długości dipoli (w centymetrach) podano w tabeli 3.
Urządzenie równoważące („balun”) może być bardzo proste, ponieważ impedancja wejściowa anteny w punktach zasilania jest już bliska 50 omów. Dlatego nie jest wymagane dopasowanie rezystancji. Wszystko, co musisz zrobić, to zmienić koncentryczny kabel zasilający z pojedynczą końcówką na zbalansowaną antenę. Dlatego zamiast owego transformatora toroidalnego okazało się, że można w tej antenie zastosować prosty dławik wykonany z kabla koncentrycznego. Najprostszą wersją cewki kabla koncentrycznego jest cewka o kilku zwojach (5...10) znajdująca się bezpośrednio w pobliżu punktu zasilania. Jednak działanie takiego dławika w dużej mierze zależy od częstotliwości, rodzaju samego kabla, średnicy i długości cewki. Kolejny problem pojawia się, gdy średnica uzwojenia jest mniejsza niż dopuszczalna dla danego typu kabla – z biegiem czasu parametry kabla ulegają pogorszeniu. Dużo lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie dławika współosiowego, jak opisał W2DU [2]. Należy wziąć kawałek cienkiego kabla koncentrycznego i na jego zewnętrznej izolacji umieścić kilka (od 16 do 50, w zależności od rodzaju) pierścieni ferrytowych, co skutecznie zwiększa impedancję dla prądów płynących po zewnętrznej powierzchni oplotu. W rezultacie prądy te są znacznie zmniejszone. Jeśli użyjesz kawałka kabla z izolacją fluoroplastyczną (teflonową), dopuszczalna moc dostarczana do anteny może osiągnąć dwa kilowaty. Kawałek kabla z nałożonymi na niego pierścieniami ferrytowymi umieszcza się w wodoszczelnej skrzynce wykonanej z plastikowego profilu w kształcie skrzynki z pokrywką. Na jednym końcu puszki zamontowane jest standardowe złącze kablowe typu S0239, a na drugim dwie śruby służące do łączenia połówek elementu aktywnego. Konstrukcja baluna ze zdjętą osłoną pokazana jest na rys. 5.
Urządzenie spełnia także inną funkcję: mocowane do masztu podnosi punkt mocy elementu aktywnego ponad centralne połączenie nośnych elementów z włókna szklanego. Konstrukcja anteny. Jego podstawą jest połączenie centralne pokazane na ryc. 6.
Wykonany jest z dwóch kwadratowych płyt z blachy duraluminium i czterech odcinków rur (ryc. 7), w które włożone są nośne elementy z włókna szklanego.
Rury mocowane są pomiędzy płytami za pomocą ośmiu śrub, a podłużne otwory w płytkach umożliwiają dopasowanie połączenia do konkretnej średnicy masztu, która może wynosić od 30 do 60 mm. Połączenie dodatkowo jest sztywno przymocowane do masztu za pomocą kawałka profilu duraluminiowego w kształcie litery U (mocuje się je dwoma śrubami do płyty górnej) oraz obejmy w kształcie litery U z nakrętkami. Konstrukcja jednostki centralnej zapewnia położenie środka ciężkości anteny dokładnie w osi masztu, co zmniejsza obciążenie masztu i urządzenia obrotowego. Elementy nośne z włókna szklanego o długości 5 m stanowią dolne odcinki dziewięciometrowych prętów z włókna szklanego. Aby nadać całej konstrukcji nośnej sztywność, zastosowano szereg odciągów wykonanych z kevlarowych strun o średnicy 1,5 mm – metoda znana od czasów floty żaglowej. Sznurek wytrzymuje siłę rozciągającą do 150 kg. Kevlar jest dobry, ponieważ praktycznie się nie rozciąga, a antena zachowuje swój kształt podczas obrotu i przy znacznych obciążeniach wiatrem. Konfiguracja odciągów pokazana jest na rys. 8. Do ich mocowania zaleca się stosowanie węzłów żaglowych, które dobrze trzymają ładunek i można je łatwo rozwiązać podczas demontażu anteny.
Po zmontowaniu konstrukcji nośnej w łatwy i szybki sposób mocuje się do niej elementy druciane. W miejscach ich załamań oraz na końcach na elementy nakładane są krótkie kawałki plastikowych rurek izolacyjnych. Wyniki i dane techniczne. Antenę podniesiono na dziesięciometrowym maszcie na otwartej przestrzeni i dokładnie zmierzono jej parametry. Okazało się, że zastosowane druty stalowe miedziowane o średnicy 1 mm nie wymagają wprowadzenia współczynnika skracania, a dane uzyskane z modelowania komputerowego można wykorzystać bezpośrednio przy produkcji anteny. Okazało się również, że izolatory na końcach przewodów (rurki poliamidowe o długości 4 cm wypełnione żywicą epoksydową) zauważalnie wpływają na częstotliwość rezonansową elementów, obniżając ją o około 100...200 kHz. Należy uwzględnić ten efekt, odpowiednio skracając przewody. Wyniki pomiarów wzmocnienia oraz stosunku promieniowania przód/tył i przód/bok podano w tabeli 4. Wartości wzmocnienia podano w odniesieniu do emitera izotropowego, a w nawiasach – w odniesieniu do dipola. Uzyskane wartości są w przybliżeniu takie same, jak dla typowej współczesnej anteny trójzakresowej o długości belki nośnej (wysięgnika) wynoszącej 6...7 m.
Wartości stosunku promieniowania przedniego do bocznego są nieco mniejsze, ponieważ elementy aktywne nie leżą w tej samej płaszczyźnie poziomej, co elementy pasywne. Jest jednak w tym też pewna zaleta: podczas wyszukiwania według zasięgu operator, choć słabo, słyszy sygnały dochodzące z innych kierunków. Jako przykład na ryc. Rysunek 9a przedstawia charakterystykę promieniowania anteny przy częstotliwości 14,12 MHz w płaszczyźnie azymutalnej i pionowej, obliczone przy użyciu programu do modelowania anten NEC. Obliczenia wykonano dla wysokości montażu anteny wynoszącej 10 m nad powierzchnią Ziemi. Na ryc. Rysunek 9b przedstawia podobne charakterystyki promieniowania przy instalacji anteny na wysokości 20 m. Wykresy na ryc. Rysunek 9c pokazuje zależność wzmocnienia i stosunku promieniowania do przodu/do tyłu od częstotliwości.
Podczas prac terenowych na różnych wyprawach „Pająk” w pełni uzasadnił pokładane w nim nadzieje. Więcej informacji na temat anteny oraz szczegółowy opis technologii jej wykonania można znaleźć na stronie internetowej DF4SA [3]. Kilka przydatnych dyskusji na temat projektu, a także tłumaczenia opisu na inne języki są dostępne na stronie internetowej [4]. Antenę zamodelowano także przy pomocy programu do modelowania anten MMANA. Uzyskane wyniki niewiele różnią się od podanych powyżej. literatura
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
▪ Pojemny i wytrzymały jonizator grafenowy ▪ Bioelektronika zasilana przez człowieka ▪ Wkrótce wymiana optyczna USB ▪ Sztuczna inteligencja odróżni oryginalny obraz od podróbki
▪ na stronie internetowej Radio Control. Wybór artykułów ▪ Artykuł Karaoke. Historia wynalazku i produkcji ▪ artykuł Co to jest hemoglobina? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Naprawa obuwia szewskiego. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Przysłowia i powiedzenia telugu. Duży wybór
Komentarze do artykułu: Władimir Świetny! Dzięki za informację!
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