Трехдиапазонная трехэлементная антенна
Трехдиапазонная трехэлементная антенна
В условиях сильных взаимных помех добиться уверенной связи, используя обычные ненаправленные антенны, бывает не просто даже при мощности передатчика 200 Вт. Поэтому на диапазонах 14, 21 и 28 Мгц коротковолновики стремятся применять направленные антенны. Самыми распространенными направленными антеннами являтся двойные и тройные квадраты, а также антенны типа "волновой канал". Антенна типа "квадрат" конструктивно несложна, сравнительно легко настраивается. Однако при работе на нескольких диапазонах усложняется питание активных рамок; если все рамки соединены паралелльно, то не полностью реализуется усиление антенны; при подключении кабеля через реле многое зависит от надежности работы и сопротивления его контактов; питание каждой рамки индивидуальным кабелем тоже не всегда приемлемо. Как показал опыт, антенны типа "двойной квадрат" не обладают достаточной механической прочностью при воздействии сильных ветровых нагрузок. Антенны типа "волновой канал" конструктивно просты и механически прочны, но, как правило, хорошо работают только в пределах одного любительского диапазона. Правда, известны конструкции таких антенн для работы на двух или трех любительских диапазонах (например, G4ZU и W3DZZ), но они сложны в изготовлении и настройке. Видимо, поэтому россйиские коротковолновики практически их не применяют. В данной статье приводится описание конструкции сравнительно несложной в изготовлении трехдиапазонной антенны типа "волновой канал" для работы на 14, 21 и 28 МГц. Внешний вид антенны показан на рисунке:
Рис. 1. Чертеж и внешний вид антенны Ее электрическая схема приведена на рис. 2. В элементы антенны включены резонансные согласующие контуры, так называемые «фильтры-пробки». Каждый фильтр состоит из катушки индуктивности и конденсатора, в качестве обкладок которого используются трубки элементов антенны, вставленные одна в другую. Антенна симметрична относительно продольной оси - элементы и фильтры правой и левой (по схеме) половин совершенно идентичны. В связи с этим они имеют одинаковые обозначения и в дальнейшем под регулировкой, например, индуктивности катушки L1 следует понимать регулировку индуктивности этих катушек в обеих половинах директора.
Рис. 2. Электрическая схема антенны На диапазоне 28 МГц основную роль в работе антенны играют отрезки элементов а1, а2, а3. Индуктивности катушек L1, L2, L3 и емкости конденсаторов С1, C2, C3 выбраны таким образом, чтобы обесиечить настройку контуров на резонансные частота, которые соответствуют рабочим частотам каждого элемента (см. табл. 1), Кроме того, реактивное сопротивление контура должно электрически удлинять элементы до резонансной длины на диапазоне 21 МГц. Ввиду большого сопротивления контуров на резонансных частотах отрезки в и е на настройку в диапазоне 28 МГц не влияют. На диапазоне 21 МГц работают участки а и в. Диаграмма направленности на диапазоне 14 МГц формируется всеми элементами. Катушки и конденсаторы фильтров электрически удлиняют элементы антенны до необходимых размеров. Таблица 1.
|
Симметрирующее устройство
Обычно согласование однодиапазонной антенны с питающим фидером осуществляют о помощмо бета- или гамма-согласующих устройств, принцип действия которых основан на трансформации сопротивлений и использования явления резонанса. Такие устройства сложны в регулировке и узкополосны. С появлением новых ферритовых материалов, обладающих малыми потерями на высоких частотах, стало возможным создание широкопплиснмх согласующих и симметрирующих устройств в виде ВЧ трансформаторов на ферритовых сердечниках. Они имеют малые размеры и широкую полосу пропускания. Сечение сердечника зависит от мощности передатчиков, выбор типа материала сердечника определяется диапазоном рабочих частот. Применяя различные комбинации соединений обмоток, можно получить ряд широкополосных согласующих и симметрирующих устройств.
Элементы описываемой антенны подобраны таким образом, что на всех диапазопах входное сопротивление антенны составляет примерно 75 ом. Поэтому при подключения коаксиального кабеля с таким же волновым сопротивлением согласования не требуется — кабель можно подсоединить к вибратору непосредственно. Однако в этом случае токи, вызванные асимметрией питания, потекут по оплетке кабеля, что приведет к увеличению заднего и боковых лепестков. Поэтому весьма желательно применение симметрирующего устройства. Схема и конструкция такого устройства приведены на рис. 3.
Рис. 3. Схема и конструкция симметрирующего устройства.
Сердечником трансформатора симметрирующего устройства служит ферритовое кольцо марки З0ВЧ с внешним диаметром 56 мм, внутренним диаметром 34 мм и высотой 10 мм. При отсутствии такого кольца можно собрать сердечник из нескольких колец, накладываемых одно на другое с тем, чтобы суммарная площадь сечения сердечника была не меньше указанной (для радиостанции первой категории). Обмотка ведется тремя параллельными проводами. Число витков обмотки — 10, провод — ПЭВ 1,2-1,4 мм.
Для избежания новреждония изоляции провода перед намоткой на торцы ферритового кольца предварительно накладывают кольца из тонкого картона и обматывают сердечник фторопластовой лентой.
Конструктивное выполнение антенны
Элементы антенны (вибратор, директор и рефлектор), а также несущая траверса изготовлены из тонкостенных дюралевых труб марки Д-16Т: траверса — из труб диаметром 38 мм с толщиной стенки 1.5 мм, элементы — из труб диаметрами 24 и 20 мм с толщиной стенки 0,5 мм. Особенное вииманно необходимо обратить на изготовление узла фильтров (узел В), так как от применяемых материалов и аккуратности сборки во многом зависит качество работы антенны.
Следует иметь в виду, что на антенну будут воздействовать различные факторы, вызывающие коррозию, поэтому к выбору металлов необходимо подходить продуманно, иначе не исключена возможность нарушения электрических контактов. Например, если к вибратору, который изготовлен из алюминия, подсоединить голый медный провод от симметрирующего устройства, то такое соединенно вызовет сильную коррозию, вследстнии чего со временем нарушится электрический контакт. Поэтому контактный лепесток целесообразно вынолнить из луженой или кадмированной меди. Рекомендации по выбору контактирующих материалов приведены в табл. 2.
Таблица 2.
|
№ по порядку |
Наименование материала |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
|
Условные обозначения |
|||||||||||||||||||
| 1 | Серебро, золото, платина | 1 | 3 | 2 | 3 | 1 | 4 | 5 | 1 | 1 | 3 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
|
2 |
Медь, латунь, бронза |
3 | 1 | 1 | 2 | 1 | 5 | 5 | 2 | 3 | 2 | 3 | 3 | 3 | 4 | 5 | 5 | 5 | 5 |
|
3 |
Никелированная медь |
2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 5 | 5 | 1 | 2 | 1 | 3 | 3 | 4 | 4 | 3 | 4 | 3 | 5 |
|
4 |
Луженая медь |
3 | 2 | 2 | 1 | 2 | 2 | 4 | 2 | 3 | 2 | 2 | 1 | 5 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
|
5 |
Посеребреная медь |
1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 5 | 5 | 1 | 2 | 2 | 3 | 2 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 5 | Кадмированная медь | 4 | 5 | 5 | 2 | 5 | 1 | 1 | 5 | 5 | 3 | 3 | 1 | 4 | 1 | 2 | 2 | 2 | - |
|
7
|
Оцинкованная и хромированная медь |
5 | 5 | 5 | 4 | 5 | 1 | 1 | 5 | 5 | 4 | 5 | 3 | 5 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
|
8 |
Нержавеющая сталь |
1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 5 | 5 | 1 | 1 | 1 | 3 | 3 | 3 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 9 | Хромированная стать | 1 | 3 | 2 | 3 | 1 | 5 | 5 | 1 | 1 | 1 | 3 | 3 | 4 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
|
10 |
Никелированная сталь |
3 | 2 | 1 | 2 | 2 | 3 | 4 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 4 | 3 | 3 | 3 | 4 | 5 |
|
11 |
Свинец |
5 | 3 | - | 2 | 3 | 3 | 5 | 3 | 3 | - | 1 | 1 | 3 | 3 | 3 | 4 | 3 | 3 |
|
12 |
Олово (припой) |
5 | 3 | - | 1 | 2 | 1 | 3 | 3 | 3 | - | 1 | 1 | 4 | 2 | 1 | 2 | 1 | 3 |
|
13 |
Сталь и ее сплавы |
5 | 2 | - | 5 | 5 | 4 | 5 | 3 | 4 | 4 | 3 | 4 | 1 | 3 | 5 | 5 | 5 | 5 |
|
14 |
Кадмированная и хромированная сталь |
5 | 4 | 4 | 2 | 5 | 1 | 2 | 3 | 5 | 3 | 3 | 2 | 3 | 1 | 1 | 2 | 1 | 4 |
|
15 |
Оксидированный алюминий |
5 | 5 | 3 | 2 | 5 | 2 | 2 | 5 | 5 | 3 | 3 | 1 | 5 | 1 | 1 | 1 | 1 | 3 |
|
16 |
Алюминий без защиты |
5 | 5 | 4 | 2 | 5 | 2 | 2 | 2 | 2 | 3 | 4 | 2 | 5 | 2 | 1 | 1 | 2 | - |
|
17 |
Цинковые сплавы хромированные |
5 | 5 | 3 | 2 | 5 | 2 | 2 | 5 | 5 | 4 | 3 | 1 | 5 | 1 | 1 | 2 | 1 | 2 |
|
18 |
Магниевые сплавы хромированные |
5 | 5 | 5 | 2 | 5 | 4 | 2 | 5 | 5 | 5 | 3 | 2 | 5 | 4 | 3 | 4 | 2 | 1 |
Условные обозначения:
1 — коррозия не происходит.
2 — едва заметная коррозия.
3 — незначительная коррозия (можно применять во всех случаях, за исключением непосредственной близости от моря.)
4 — значительная коррозия.
5 — сильная коррозия (можно применять только в сухих помещениях).
Симметрирующее устройство необходимо поместить в коробку (из металла или изоляционного материала) для защиты от воздействия влаги. На нижней части внешней трубки узла фильтров следует сделать отверстия диаметром 1—1,5 мм для удаления образующейся при конденсации влаги. Концы антенны под действием собственного веса могут сильно прогибаться, поэтому следует укрепить их оттяжками из тонкого капронового шнура.
Детали антенны показаны на рис. 4. Для удобства сборки и регулировки элементов антенны применены телескопические зажимные цанги. После сборки и и регулировки антенны цанги зажимают накидной гайкой, жестко фиксируя выбранное положение. Цанговые зажимы также применены для крепления и создания электрического контакта катушек фильтров с трубками элемента.
Трубки элементов необходимо укреплять на штанге, подложив снизу вкладыши с полукруглыми вырезами для избежания прогиба трубок в месте зажима. Для крепления узлов антенны целесообразно применять крепежные болты диаметром не меньше 6 мм.
При сборке узла фильтров следует помнить, о том, что на зажимах контуров при работе на передачу развиваются высокие напряжения, поэтому нужно обратить вниманио на наличие достаточных зазоров между выводами катушек и трубками. При расстояниях в зазоре менее 2,5 мм возможен электрический пробой и выход антенны из строя. После окончательной регулировки антенны витки катушек и особенно места выводов желательно закрепить полистрироловым лаком.
Рис. 4. Детали антенны: 1 — кронштейшн (дюралюминий Д-16Т), 3 шт; 2 — вкладыш (дюралюминий Д-16Т), 2 шт; 3 — крышка прижимная (алюминий АМГ), 2 шт; 4 — цанга (латунь ЛС59-1), 6 шт; 5 — втулка (дюралюминий Д-1РТ), 6 шт.; 6— гайка (дюралюминий Д-16Т), 6 шт; 7 - - каркас катушки (фторопласт), по 6шт; 8 — цанга (дюралюминий Д-16Т), 12 шт; 9 — балка (алюминий АМГ), 1 шт.; 10 — опорный изолятор (фарфор, полистирол), 4 шт; 11 — корпус симметрирующего устройства (алюминий АМГ), 1 шт.
Трубки активного элемента укрепляют на изоляторах, которые, в свою очередь, устанавливают на прямоугольной балке, изготовленной из алюминиевой полосы толщиной 2 .мл, согнутой и сваренной в углах. Симметрирующее устройство располагают па этой балке между трубками вибратора. Втрубки вводят контактные втулки, которые закрепляют винтами. Металлический корпус симметрирующего устройства соединяют с оплеткой кабеля и несколькими толстыми проводниками подключают к траверсе.
Во избежание попадания воды внутрь фильтров, на концы элементов антенны, а также на узел фильтров с обоих концов надевают предохранительные колпачки из фторопласта.
Регулировка антенны
Перед регулировкой антенны в гобрпнном вило необходимо предварительно настроить фильтры на указанные в табл. 1 частоты. Эта на первый взгляд простая операция требует, однако, большого внимания при измерениях. На собранный контур подают сигнал от ГСС через резистор R (рис. 5). Напряжение на контуре измеряют ламповым вольтметром, подключая его через конденсатор малой емкости С.
Рис. 5. Схема измерения частоты настройки фильтра.
На резонансную частоту в большой степени влияет длина наружного конца трубки, вставленной внутрь катушки. Чтобы избежать ошибки, следует приготовить несколько трубок с таким расчетом, чтобы при измерениях наружный конец был не длиннее 1-1,5 см. Настраивать контуры следует изменением емкости, вдвигая или выдвигая трубку. При установке контуров на антенну необходимо вдвигать трубку элемента на такое же расстояние, какое было получено при предварительной настройке.
При регулировке собранной антенны вначале добиваются нужной диаграммы направленности на самом высокочастотном диапазоне. Если антенна выполнена точно по описанию, то диаграмма направленности должна получиться почти без регулировки. Если же диаметры трубок отличаются от рекомендованных, следует учесть, что трубки меньшего диаметра имеют большую индуктивность, и, следовательно, длину элементов необходимо несколько уменьшить. И наоборот, применение труб большего наружного диаметра потребует некоторого увеличения длины.
Рис. 6. Диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости.