Распродажа

Электронные компоненты со склада по низким ценам, подробнее >>>

Журнал Радио

2004: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
2003: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
2002: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
2000: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
1999: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
1998: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
1971: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
1947: 
1, 2, 3, 4, 5
1946: 
1, 2, 3, 4-5, 6-7, 8-9

Новости электроники

В 14 раз выросло количество россиян на MediaTek Labs ? проекте по созданию устройств "интернета вещей" и "носимых гаджетов"

Сравнив статистику посещения сайта за два месяца (ноябрь и декабрь 2014 года), в MediaTek выяснили, что число посетителей ресурса из России увеличилось в 10 раз, а из Украины ? в 12. Таким образом, доля русскоговорящих разработчиков с аккаунтами на labs.mediatek.com превысила одну десятую от общего количества зарегистрированных на MediaTek Labs пользователей.

Новое поколение Джобсов или как MediaTek создал свой маленький "Кикстартер"

Амбициозная цель компании MediaTek - сформировать сообщество разработчиков гаджетов из специалистов по всему миру и помочь им реализовать свои идеи в готовые прототипы. Уже сейчас для этого есть все возможности, от мини-сообществ, в которых можно посмотреть чужие проекты до прямых контактов с настоящими производителями электроники. Начать проектировать гаджеты может любой талантливый разработчик - порог входа очень низкий.

Семинар и тренинг "ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!" (14-15.10.2013, Новосибирск)

Компания Компэл, приглашает вас принять участие в семинаре и тренинге ?ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!?, который пройдет 14 и 15 октября в Новосибирске.

Мне нравится

Комментарии

дима пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ827:

люди куплю транзистар кт 827А 0688759652

тамара плохова пишет в теме Журнал Радио 9 номер 1971 год. :

как молоды мы были и как быстро пробежали годы кулотино самое счастливое мое время

Ивашка пишет в теме Параметры отечественных излучающих диодов ИК диапазона:

Светодиод - это диод который излучает свет. А если диод имеет ИК излучение, то это ИК диод, а не "ИК светодиод" и "Светодиод инфракрасный", как указано на сайте.

Владимир пишет в теме 2Т963А-2 (RUS) со склада в Москве. Транзистор биполярный отечественный:

Подскажите 2т963а-2 гарантийный срок

Владимир II пишет... пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ372:

Спасибо!

Журнал Радио 2 номер 2004 год.

"РАДИО" ≈ О СВЯЗИ

Многодиапазонные направленные антенны

Эрнест Гуткин (UT1MA),
г. Луганск, Украина 

 О многодиапазонной направленной антенне мечтают многие радиолюбители. Известен целый ряд технических решений, позволяющих создать такую конструкцию, но не все они легко воспроизводимы в любительских условиях. Автор этой статьи предлагает вниманию читателей свой вариант реализации компактной пятидиапазонной направленной антенны.

Направленная вращающаяся KB антенна на 5 диапазонов (10 — 20 метров) и даже на 7 диапазонов (10 —40м) — актуальная радиолюбительская конструкция. Большинство ведущих фирм мира, производящих антенны для любительской радиосвязи, имеют в своей номенклатуре несколько пятидиапазонных антенн, которые отличаются характеристиками и ценой. Каждая из фирм, как правило, использует свои отработанные и ставшие стандартными способы реализации многодиапазонности. Например фирма FORCE 12 применяет перемежающееся расположение элементов разных диапазонов (модели XR5, 5ВА), MOSLEY— большое число резонансных трапов (PRO-67, PRO-96), HY-GAIN — логопериодический активный элемент в сочетании с "траповыми" директорами (ТН-11), TITANEX — разнообразные проволочные логопериодические антенны. Новинку предложила фирма SteppIR — элементы ее антенны изменяют свои размеры с помощью электромеханического привода по командам расположенного внизу микропроцессорного устройства.

В предлагаемой статье кратко рассмотрены основные достоинства и недостатки стандартных способов создания МДА (МногоДиапазонных Антенн) и описан собственный вариант, позволяющий в габаритах трехэлементного ВК (Волнового Канала) диапазона 20 метров с длиной бума менее 6 м получить пятидиапазонную (10, 12, 15, 17 и 20 метров) антенну. Общее число элементов — 16, а взаимные влияния элементов минимизированы без применения трапов. Характеристики антенны на каждом из диапазонов практически соответствуют трехэлементному ВК (!). Особенность этого варианта — части директора диапазона 20 метров, отсекаемые с помощью двух вакуумных реле, используются как директоры диапазонов 10 и 15 метров. В антенне применен пятидиапазонный активный элемент с простой схемой согласования, что позволило питать ее одним кабелем без переключений.

Характеристики применяемых МДА

Для анализа МДА были использованы как приведенные в литературе данные, так и расчеты с использованием компьютерной программы антенного моделирования MMANA[1].

Как правило, при разработке таких антенн стремятся получить на отдельных диапазонах характеристики, соответствующие двух- или трехэлементному ВК, поэтому следует начать с определения этих характеристик. Будем использовать обозначения, принятые в MMANA:

Рассчитаем характеристики трехэлементного ВК. Это можно сделать для любой частоты. Примем f = 28,3 МГц (X = = 10,6 м), рабочая полоса частот—600 кГц (28,0...28,6 МГц), радиус проводника r= 10 мм. При оптимизации антенны весовые коэффициенты для параметров КСВ, Gh и F/B принимаем соответственно равными 0,3; 0,3 и 0,4.

Расчет произведем для трех вариантов:

  1. оптимальный (условно) ВК с расстояниями между активным и пассивными элементами (рефлектором и директором) Sar=Sad =0,17X = 1,8 м;
  2. укороченный ВК при Sar = Sad = 0,14Х = = 1,48 м;
  3. удлиненный ВК при Sar = 0,11X = 1,8 м, Sad = 0,22X = 2,33 м.

Условия расчета — антенна находится в свободном пространстве, F/B определяется для нулевой элевации. Расчетные данные сведены в табл. 1. Три числа через дробную черту соответствуют значениям параметра в начале (28 МГц), середине и конце рабочей полосы частот. При расчете BW исходим из того, что на входе антенны применено согласующее устройство СУ, обеспечивающее на средней частоте КСВ=1. Данные, приведенные в четвертой строке этой таблицы, будут обсуждаться далее в разделе "Взаимное влияние пассивных элементов ВК на разных диапазонах".

При изменении расчетной частоты пропорционально изменяется ширина рабочей полосы частот. К примеру, при f = 14,15 МГц параметры G и F/B будут такими же, как в табл. 1, но в полосе 0,3 МГц. Также в 2 раза будут меньше значения BW (при условии, что радиус элементов будет увеличен пропорционально, т.е. в 2 раза).

Укороченные элементы

Наиболее часто укорочение достигается включением катушки индуктивности в каждое плечо элемента [2]. При этом ухудшается ряд характеристик элементов, в первую очередь их широкополосность. Ощутимый вклад в сужение рабочей полосы может оказать паразитная емкость между витками катушки С0.

Например, катушка имеет L = 10 мкГн и С0 = 2 пф. На частоте f = 28 МГц XL = coL = = j1760 Ом и Хс = 1/ωС = -j2664 Ом. Сопротивление параллельной цепи из L и С0 будет Xn = j[1760x(-2664)/(1760-2664)] = =j5187Ом. Получается, что с учетом влияния С0 реальное значение реактивного сопротивления "катушки" выросло в 5187/1760 = 2,95 раза (соответственно выросло и сопротивление потерь), а эквивалентная индуктивность цепи будет ХLэкв= 10x2,95 = 29,5 мкГн. Основная же проблема, которая возникает из-за наличия С0, состоит в том, что вместе с ростом индуктивного сопротивления цепи возрастает и скорость его изменения при переходе от одной рабочей частоты к другой. Так, в случае катушки с нулевой С0 при изменении рабочей частоты на, допустим, один процент сопротивление катушки XL также изменится на один процент, а для нашей цепи изменение будет уже значительно больше — около 5 %.

Очевидный вывод — емкость С0 должна быть как можно меньше. Достигается это однорядной намоткой провода (желательно с небольшим шагом) на каркасе небольшого диаметра. Вот экспериментальные данные. Катушка из провода МГТФ с диаметром по изоляции 1,55 мм, диаметр каркаса 23 мм, число витков n = 41 (намотка виток к витку) имела измеренную индуктивность L = 13 мкГн и добротность Q = 260. С помощью ГИР была определена резонансная частота контура LCD (она оказалась равной fn = 42 МГц) и расчетным путем (MMANA) получено значение С0 =1,1 пф.

Из этого же провода выполнена другая катушка на каркасе диаметром 50 мм. Ее данные — n = 20, L = 19 мкГн, Q = 340, f0 = 25МГц и С0 = 2,13пФ.

Диполь с трапами

Рассмотрим диполь, предназначенный для работы на диапазонах 10 и 15 метров, двухдиапазонность которого обеспечивается применением резонансных LC-трапов, настроенных на верхнюю частоту f1= 28,5 МГц. На частотах 15-метрового диапазона сопротивление трапа Хт имеет индуктивный характер и его величина определяется величинами Lт и Ст (в Ст входит и С0). Очевидно, что наличие конденсатора Ст повлияет на широкополосность диполя BWтаким же образом, как и межвит-ковая емкость С0.

Рассчитаем ширину полосы частот BW1,5 сначала у одиночных полноразмерных диполей с резонансными частотами f1 = 28,5 (диполь 1) и f2 = 21,2 МГц (диполь 2), а затем у траповой двухдиапазонной антенны. Расчеты произведем для трех вариантов трапов (трап 1, трап 2 и трап 3) со значениями емкости тра-повых конденсаторов — 15, 25 и 35 пФ (индуктивности 1_т соответственно 2,08, 1,25 и 0,89 мкГн) при добротности катушек Q = 150 и радиусе проводника г = 15 мм. Результаты расчета приведены в табл. 2. Числа в скобках показывают, какую долю полосы полноразмерных диполей имеет траповая антенна на соответствующем диапазоне.

Расчет показывает, что такая антенна значительно, в 1,5...3 раза, уступает полноразмерной по широкополосности. Так как это обусловлено, в первую очередь, более быстрым ростом входной (собственной) реактивности, то при использовании траповых элементов в качестве пассивных значительно быстрее в пределах диапазона будет изменяться и показатель F/B.

Из расчетных данных следует, что зависимость широкополосности траповой антенны на верхнем (10 метров) и нижнем (15 метров) диапазонах от величины Ст имеет противоположный характер и выбор величины Ст — компромиссная задача. На верхнем диапазоне чем больше величина LT (меньше Ст), тем выше резонансное сопротивление контура-трапа и меньше его влияние на широкополосность антенны на этом диапазоне. Зато на нижнем при увеличении Lт уменьшается полная длина антенны и соответственно ее широкополосность.

Отметим интересную особенность — укороченные пассивные элементы позволяют получить лучший показатель F/B, чем полноразмерные, но в узкой полосе частот.

Что касается потерь в траповой антенне, то расчет дает следующие значения: в трехдиапазонном одиночном диполе длиной 7,4 м с двумя парами трапов при добротности катушек Q = 150 потери на диапазоне 10 метров — 0,14 dB, 15 метров — 0,78 dB и 20 метров — 0,59 dB. В ВК с траповыми элементами общие потери могут превысить 1 dB.

Взаимное влияние пассивных элементов ВК разных диапазонов

Известно, что при размещении антенн разных диапазонов на одном буме элементы более низкочастотных антенн могут сильно повлиять на параметры антенн верхних диапазонов [3]. Для оценки этого влияния произведем расчет параметров трехэлементного ВК-10 на диапазон 10 метров (f o = 28,5 МГц, см. табл. 1, строка 1), находящегося в "окружении" более длинных пассивных элементов. Для определенности полагаем, что это директоры и рефлекторы ВК диапазонов 15 и 20 метров. Длины элементов Д15, Р15 и Д20, Р20, атакже их радиусы и расстояния от центра устанавливаем исходя из аналогичных размеров Д10 и Р10 с учетом коэффициентов подобия (отношения частот) К15 - 28,3/21,2 = 1,33 и К20 = 28,3/ /14,15 = 2 (рис. 1). Расчет ведется поэтапно. Расчет КСВ и полосы BW производим с применением внешнего согласующего устройства. На каждом этапе используется механизм оптимизации параметров ВК-10. Результаты расчета сведены в табл. 3.

Проведенный расчет (строки 1 и 2) показывает, что расположенные за рефлектором Р10 проводники практически не влияют на параметры ВК-10. Это объясняется тем, что поле за рефлектором очень ослаблено и в "задних" проводниках не может возникнуть заметный ток. Расположение рефлекторов, как на рис. 1, широко используется в многодиапазонных антеннах, особенно в случае применения многодиапазонного активного элемента, например, с трапами или LOM катушками [4].

В случае же расположения более длинных элементов "впереди" ВК-10 (в зоне сильного поля) токи в этих элементах достигают значительной величины. Их влияние резко ухудшает качественные показатели ВК-10 (строки 3, 4, 5), поэтому такие варианты следует избегать. В виде исключения возможен вариант, когда "длинный" проводник располагается в ближней зоне активного элемента (на расстоянии 0,05Л, строка 6) [3].

Собственно, вопрос применения (расположения) директорных элементов является одним из основных при отработке многодиапазонной антенны.

В качестве примера рассмотрим вариант совмещенной антенны, состоящей из трехэлементного ВК-20 с оптимальными межэлементными расстояниями и четырехэлементного ВК-10 (рис. 2). Расчет ВК-20 показывает, что его показатели практически совпадают с данными табл. 1 (строка 1). Затем проведен расчет (оптимизация) показателей ВК-10. Для удобства сравнения с показателями несовмещенной трехэлементной антенны расчетные данные помещены в табл. 1, строка 4. Видно, что добавление второго директора Д10 позволило в значительной мере преодолеть негативное влияние Д20 и четырехэлементный ВК-10 по показателям G и F/B вплотную приблизился к трехэлементному (!), но по широкополосности значительно уступает.

Другой пример — совмещенная 14-элементная антенна на три диапазона типа C-31XR (FORCE-12) с длиной бума 9,3 м. На диапазоне 10 метров антенна обеспечивает усиление 7,3 dBd с помощью семи элементов этого диапазона [5]. Расчет показывает, что такое усиление может быть обеспечено всего четырьмя элементами, следовательно, действие остальных трех направлено на компенсацию "негативного" влияния директоров нижних диапазонов.

При построении пятидиапазонной (10— 20 метров) антенны использование компенсационного принципа мало вероятно из-за чрезмерной сложности.

Многодиапазонные активные элементы

Помимо давно используемых трапового и логоперисдического излучателей применяются и другие, относительно новые виды.

Одна из популярных конструкций на три диапазона показана на рис 3.

Она состоит из разрезного диполя на диапазон 20 метров и расположенных на расстоянии 0,1 ...0,5 м двух проводников с длинами, близкими к 0,5λ на диапазоны 15 и 10 метров. За счет сильной электромагнитной связи между ними система имеет три резонансные частоты. Подбором длины проводников и их расстояния до диполя можно получить нужное значение входного сопротивления на диапазонах 10 и 15 метров как в простых, так и в многоэлементных антеннах. Такая конструкция получила название open sleeve или C-R (coupled resonator) [6]. Недостаток варианта — относительная узкополосность. В частности, чтобы перекрыть весь диапазон 10 метров, приходится применять два проводника-резонатора разной длины. Один из них обеспечивает работу в нижнем участке 28,0...29,0 МГц, а второй — 29,0...29,7МГц.

Хорошие результаты можно получить при параллельном соединении нескольких близко расположенных диполей с разными резонансными частотами. При расстояниях между отдельными диполями 0,3...0,5 м такой активный элемент может обеспечить нормальные показатели в диапазонах 12, 15, 17 и 20 метров, а в сочетании с другими способами — и на диапазонах 10, 30 и 40 метров [4].

Разные типы пятидиапазонных антенн (конкретные образцы)

Логопериодика. Образец с весьма высокими для этого класса антенн характеристиками приведен в [7]. Диапазон — от 14 до 30 МГц, число элементов — 13, длина бума — 10,97 м, усиление в пределах диапазона от 4,85 до 5,65 dBd, F/B — 20...26 dB. Другая конструкция описана в THE ARRL ANTENNA HANDBOOK и имеет более скромные параметры — длина бума 7,8 м, 12 элементов, усиление 4,4.. .4,6 dBd и F/B — 14...21 dB. В обеих конструкциях элементы были из трубок диаметром около 25 мм. Необходимо иметь в виду, что усиление антенны уменьшается при уменьшении диаметра элементов, поэтому в проволочном исполнении потребуется больше элементов, чем в трубочной антенне с тем же усилением. Наличие собирательной линии и необходимость изолировать элементы от бума существенно усложняет и утяжеляет конструкцию. Несомненный "плюс" ЛПА — всего одна фидерная линия.

В логопериодике с большим числом элементов в пределах каждого из относительно узких радиолюбительских диапазонов активно работают, как правило, только три элемента. В силу особенностей ЛПА эти элементы используются менее эффективно, чем в составе "узкополосного" ВК. Поэтому, если на длинном буме расположить последовательно, один за другим, пять трехэлементных ВК на диапазоны 10, 12,15, 17 и 20 метров, можно получить большее усиление, чем в логопериодике с тем же числом элементов. Очевидны конструктивные недостатки такого построения — большое количество фидерных линий (пять) и очень большая длина бума. Один из способов решения задачи можно увидеть на рис. 4.

Это модель 5ВА фирмы FORCE 12. Заявленные характеристики этой антенны: усиление — в пределах 5,4... 5,9 dBd, F/B — 14...23 dB, длина бума— 9,9 м, 15 элементов, 3 фидерные линии. Цена антенны — около 1300 USD.

ЛИТЕРАТУРА

  1. И. Гончаренко. Компьютерное моделирование антенн. — М.: РадиоСофт — Журнал "Радио", 2002.
  2. В. Овсянников. Вибраторные антенны с реактивными нагрузками. — М.: Радио и Связь, 1985.
  3. Э. Гуткин. Многодиапазонная направленная KB антенна. — Радио, 1985, ╧1,2, 3.
  4. Э. Гуткин. Семидиапазонная направленная KB антенна ВМА-7. — Радио, 2003, ╧ 2, с. 70-72.
  5. Каталог фирмы FORCE 12. 2001 Product Line.
  6. G. Bread. (K9AY). The Coupled — Resonator Principle. The ARRL Antenna Compendium, vol. 4
  7. http://www.realhamradio.com.
Редактор — С Некрасов,
графика — Ю. Андреев
(Окончание следует )

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 2 номер 2004 год







Ваш комментарий к статье
Журнал Радио 2 номер 2004 год. :
Ваше имя:
Отзыв: Разрешено использование тэгов:
<b>жирный текст</b>
<i>курсив</i>
<a href="http://site.ru"> ссылка</a>