Механически прочный двухэлементный «волновой канал»

Механически прочный двухэлементный “волновой канал”

Сборка антенны Uda-Yagi 2 элемента на 20 М на буме 2 м

Антенны типа “Волновой канал” давно представляют для меня интерес. В данном материале напишу про сборку своего варианта антенны: о выборе диапазона, материалов, настройке и использовании. Проект такой антенны родился из просмотра материалов про антенны “бедных радиолюбителей”, также “веревочных Яги”: 1) Хороший материал с расчетами:

Огородно-полевая антенна (Блог Гоши Радиста)

2) Несимметричная Яги из проволоки:

Несимметричная проволочная Яги. Форум qrz-e.ru RZ9CJ

3) Направленная вертикальная Яги из проволоки:

Носимая направленная лёгкая КВ антенна UA6HJQ

2 и 3 варианты мне не подошли, из-за сложности с вращением данных антенн. По большему счету данные антенны для ориентации в одном направлении стационарно. 1 вариант  – использовать удочки и закрепленные на них проводники под мой проект подходит больше, т.к. есть реальная возможность оперативной ориентации антенны. Для антенны “Волновой канал”  на 20 М диапазон необходимы плечи (удочки) длиной 5-6 метров. Цена каждого плеча в таком случае около 1000 р (2017 г.). А не выгоднее ли просто купить алюминиевые трубки в строительном магазине и составить из них плечи антенны? С этим я и отправился на сайт, а затем в магазин Leroy Merlin. Первая карта деталей для сборки выглядит следующим образом:
На карте показаны предполагаемые элементы антенны и крепежи. В трубках выполняются крест накрест пропилы, а фиксация  хомутами стяжками. Сами трубки лежат на уголках-носителях. В качестве траверсы – штанга из алюминия для одежды. Носители крепятся к траверсе водопроводными прорезиненными хомутами. Единственная сложность – найти U-образные болты для фиксации труб к уголковым носителям. В магазине http://moskrep.ru/ (МОСКРЕП) они называются Болт оц. U-образный UBZ 1/2 M6, единственное место, где можно нормально их купить. В дальнейшем схема антенны упростилась, для директора используется одна труба на носителе, а с краев вставляются плечи.

Фото основы антенны: Траверса, носители, трубки в разобранном виде.

Фото начала сборки: Траверса, носители, первые сегменты плечУзел подключения кабеля к вибратору:
Еще фото. Сверху первая труба “Директора”
Ранее у меня были идеи о сборке 3 элементного волнового канала, но в итоге, из-за дополнительных вопросов с настройкой, а также креплением и подъемом более массивной конструкции остановился на 2-х элементах. Двухэлементная антенна строится по формуле: “Вибратор” + “Директор”, как наиболее оптимальный вариант. (см. книги: Ротхаммель, И.Гончаренко) Ультракороткий Бум (траверса) всего 2 метра (точнее 1.94 м).

Диапазон 20М выбрал потому что:

– почти всегда работает; – почти у всех есть антенны на этот диапазон; – еще доступные габариты (размах около 10 метров).

К слову сказать, данная антенна допускает работу на 17М, 15М, 12М, 10М при изменении длины плеч.

Сводка по закупке деталей для антенны: (2016 г)т.е. из металла она получилась не дороже, чем из удочек. Масса около 5.5 кг. Предварительные расчеты антенны в МАННА представлены в таблице:

Для 20М:

Важно отметить, что с моим комплектом трубок

Максимальная длина директора = 10.8 М;

Максимальная длина вибратора = 11.2 М;
Максимальная длина директора без крайних секций= 9.2 М;
Максимальная длина вибратора без крайних секций = 7.6 М;
т.е. для построения антенны “Рефлектор+Вибратор” уже не хватает длины, т.к.
нужно около 11.8 м для высоты подвеса 7.5 м и частоты 14.2 МГц. Схема плечей антенны:По схеме удобно прикидывать, как меняются размеры при добавлении или удалении сегментов. Также отмечу, что для двухметровых трубок рабочая длина 1.8 метра, для однометровых – 0.9 метра.

Расчеты антенны в МАННА для 17М, 15М, 12М, 10М: представлены в таблице:

При сборке антенны на местности первым делу уточняю высоту подвеса антенны – получилось 4 метра. Да, немного, но что имеем с тем и работаем. Ввожу новые данные для антенны в ММАНА (центральная частота 14.050 МГц)И получаю для вибратора длину 10.8 метров, для директора длину 9.76 метров.
КСВ по уровню 1.5 достигается в полосе 300 кГц (почти полный охват диапазона)Данная модель упрощена – трубки имеют постоянный диаметр 14 мм, траверса отсутствует, нет прогиба трубок под собственной тяжестью. Но что если мы рассчитаем более точную модель, с учетом этих параметров? Добавим изменение радиуса трубки 16-14-12-10 мм, траверсу и изгиб (края антенны ниже траверсы на 40 см).При неизменных длинах плеч  антенны получим:
Выросло активное сопротивление до 80 Ом, ухудшилось F/B на 2 дБ. КСВ по уровню 1.5 сузилось до 200 кГц, а центральная частота ушла выше до 14.3 МГц!:Лечение проводим удлинением элементов антенны: Для вибратора длина 11 метров, для директора длина 9.88 метров!На картинке показана траверса, т.к. она изолирована от плечей волнового канала, ее влияние незначительно.Активное сопротивление  53 Ом,  F/B около 6 дБ. Да, немного, но и высота подвеса антенны небольшая. При этом согласование я хочу получить конструктивное, т.е. меняя только геометрию антенны, а это не будет оптимальным вариантом по критериям Ga и F/B. КСВ по уровню 1.5 на полосе 280 кГц, центральная частота около 14.050 МГц.Практическая настройка антенны свелась к операциям поднимания/опускания и коррекции длин плечей антенны. Расстояние между Вибратором и Директором в небольших пределах не сильно изменяет настройку антенны, а уменьшение даже до расстояния 1.5 м снижает F/B на 2 дБ, а усиление почти на 1 дБ, при этом активное сопротивление растет, а реактивное уменьшается (в отрицательные значения), зенитный угол растет (плохо).

Важно помнить, увеличение директора снижает активное сопротивление антенны.

Правила настройки:

1) Корректировать длину вибратора, чтобы наилучшее значение КСВ было на заданной частоте;
2) Корректировать длину директора, для достижения наилучшего КСВ.

Пример итераций:

(по правилам начал действовать с третей итерации)

Для оценки согласования я использовал встроенный КСВ-метр Yaesu-FT817.

Представленная таблица итераций показывает частоты, и индикацию SW трансивера. Также показано на сколько я удлинял каждое плечо вибратора и директора относительно расчетных величин простой модели антенны..

В более понятном виде практическая оценка рабочей полосы:

Источник: http://lavrinenkov.blogspot.com/2017/08/uda-yagi-2-20-2.html

Однодиапазонные направленные антенны

Ролик с параметрами антенны на Youtube

Рабочие диапазоны – 7 МГц

Элементов на диапазон – 2

Усиление антенны – 4,9 дБд (в свободном пространстве) и до  10-11 дБи в зависимости от высоты установки

Отношение F/B не хуже – 18 – 25 дБ в зависимости от высоты установки и трассы

Полоса пропускания по КСВ 1.5 – 130 кГц (7 МГц)

Максимальная мощность – 5000  Вт SSB

Входное сопротивление – 50 Ом   Антенна запитывается через балун 1:1 любой конструкции

Длина траверсы – 4.2 м

Максимальная длина элемента – 14.1м

Радиус поворота – 7.3 м

Площадь ветровой нагрузки – 0.56 кв.м

Вес антенны – 24 кГ

Стоимость  антенны на диапазон  7 МГЦ  – 24500 р

2 элемента  Яги на 14 мГц SAM 2-20. Походный вариант.

Изготовлена и проверена в работе облегчённая конструкция Яги 2 элемента на 20 м предназначеная для работы на выездах. Антенна имеет недольшой вес – 9.5 кг, быстро собирается и разбирается, имеет небольшие размеры в разобранном виде – 1.5 м. Возможно изготовление такой антенны и для стационарных условий. Антенна рассчитана под высоту установки 10 м.

КСВ по диапазону не превышает 1.3.

Макс. длина элемента – 11 м

Длина траверсы – 3.3 м

Стоимость  – 9000 р.

Стационарная антенна с усиленными элементами 10000 р.

5 элементов Лонг Яги на 24 мГц SAM 5-12. Дизайн RA3LE.

Очередная разработка талантливого радиолюбителя RA3LE воплощена нашим коллективом. Длина антенны 9.4 м, запитка 50 Ом кабелем через симметрирующее устройство 1:1 любой доступной конструкции. Антенна действительно работающая как пушка, с мощностью 70 Вт при отсутствии прохождения были легко  проведены  тестовые QSO с  VK6RO, YB4IR/5, P29NO.

Основные параметры антенны :

Длина траверсы  – 9.4 м

Вес антенны       – 23 кг

Усиление           – 8.4 dBd (10.55 dBi) (Свободное пространство)

Отношение F/B   – до 25 dB

Радиус поворота   – 5.4 м

Максимальная длина элемента  – 6.2 м

Фидер               – 1 коаксиал 50 Ом (запитка через балун 1:1)

Цена антенны    – 18100 р.

Демонстрация диараммы направленности антенны  – http://youtu.be/B-C2Q0Cuod0

Демонстрация КСВ антенны – http://youtu.be/YIW6ilD1kww

Антенна обладает отличной широкополосностью, не нуждается в настройке и принесёт удовольствие от работы на этом замечательном диапазоне начавшем “оживать”

Новая разработка талантливого радиолюбителя RA3LE воплощена нашим коллективом. Длина антенны 7.5 м, запитка 50 Ом кабелем через симметрирующее устройство любой доступной конструкции.

Основные параметры антенны :

Длина траверсы  – 7.55 м

Вес антенны       – 15 кг

Усиление           – 7.76 dBd (9.91 dBi)

Отношение F/B   – до 29 dB

Фидер               – 1 коаксиал 50 Ом (запитка через балун 1:1)

Цена антенны    – 15500 р.

Антенна обладает отличной широкополосностью, не нуждается в настройке и принесёт удовольствие от работы на этом замечательном диапазоне начавшем “оживать”. Пора готовить антенное хозяйство к новым достижениям!

SAD 1-40.  Диполь диапазона 40 м.

Снова откройте для себя интереснейший диапазон 7 мГц.

С антенной SAD 1-40 Вы получите настоящее удовольствие от работы с отличной малошумящей антенной, особенно в промышленных районах, где низкий уровень шумов в горизонтальной поляризации позволит ощутить замечательную глубину радиолюбительского эфира, и провести связи с корреспондентами, которых Вы на вертикальные антенны просто не слышите. Укорочение длины выполнено высокодобротной индуктивностью большого диаметра, что хорошо сказывается на КПД и широкополосности антенны. Относительно небольшие размеры и вес позволяют разместить антенну над уже существующей антенной системой.

Основные параметры антенны:

Длина – 14.7 м

Вес     – 11.5 кг

КСВ  (7.0 – 7.05 – 7.1) – 1.3 – 1.1 – 1.3 (ширина полосы по КСВ 1.5 – 180 кГц)

Ветровое сопр. – 0,31 кв.м
Антенна запитывается одним 50 Ом кабелем через балун 1:1 любой конструкции.
Цена антенны 11300 р.

Цена антенны с растяжкой элемента типа “двойной треугольник” – 12000 р.

Упаковка – одна коробка 1.6  х 0.25 х 0.2 м

SAY 2-40 Двухэлементный волновой канал  диапазона 40 м.

Замечательная и высококачественная антенна диапазона 40 м. С выходной мощностью 60 Вт во время “обкатки” проведены радиосвязи с радиолюбителями всех континентов.  Великолепная антенна!

Основные параметры антенны     SAY 2-40     2 элемента Яги на 40 м

Диапазон                                          40м
Усиление  (dBd)                                3.6
Усиление  (dBi)                                 10.

5
Отношение вперёд/назад  (dB)       15
КСВ
7,00 – 7,06 – 7,20                        1,4 – 1,1 – 2,0

Количество элементов               2
Макс. длина эл. (м)                    14.9
Длина бума  (м)                          5.6
Радиус поворота (м)                  7.96
Фидер                                      1 Коаксиал 50 Ом через балун 1:1 любой конструкции
Вес  (кг )                                     30
Ветровое сопротивление при  130 км/ч           500 N / 0,62 м² / 6,8 feet²

Цена            21200  руб.

Упаковка – одна коробка 3.1 х 0.2 х 0.2 м

SAM 3-40L Трёхэлементная полноразмерная антенна диапазона 40 м

Отличная бескомпромиссная широкополосная антенна волновой канал диапазона 40 м принесёт удовольствие от работы с редкими корреспондентами. Траверса изготовлена из Д-16Т, элементы комбинированные из АД 31Т1 (толстые трубы) и Д16Т(от 25 мм и тоньше), что позволило сделать антенну с отличными механическими параметрами. Антенна изготовлена на основании рассчётов Валерия Ивановича Цыганкова RA3LE

Длина бума – 11 м

Максимальная длина эл. – 22 м

Радиус поворота – 12.8 м

Антенна запитывается 50 Ом кабелем  через балун 1:1 любой конструкции

Цена антенны – 46000 р.  SAY 3-40S – 45000 р

SAY 2-30 Двухэлементный волновой канал  диапазона 30 м.

Основные параметры антенны     SAY 2-30     2 элемента Яги на 30 м

Диапазон                                          30м
Усиление  (dBd)                                3.6
Усиление  (dBi)                                 10.

5
Отношение вперёд/назад  (dB)       20
КСВ
10,10 – 10,12 – 10,15                        1,3 – 1,1 – 1,3

Количество элементов               2
Макс. длина эл. (м)                    9.3
Длина бума  (м)                          3.6
Радиус поворота (м)                  4.96
Фидер                                      1 Коаксиал 50 Ом запитывается через балун 1:1  любой конструкции
Вес  (кг )                                     20
Ветровое сопротивление при  130 км/ч           350 N / 0,44 м² / 4,8 feet²

Цена            18800  руб.

Упаковка – одна коробка 3.1 х 0.2 х 0.2 м

SAM 3-20 3-х элементная антенна на диапазон 20 м

Красивая и удобная антенна для комфортной работы в диапазоне 14 мГц . Антенна поставляется с траверсой с растяжками типа двойной объёмный треугольник (13000 р.) и в стандартном варианте.

Основные параметры антенны:

Длина траверсы (м)    7.4

Максимальная длина элемента (м)               11.2

Входное сопротивление (Ом)                       50

Антенна запитывается через балун 1:1

Вес антенны (кг)   23

Цена антенны 11600 руб.

SAM 5-15   5-ти элементная антенна на диапазон 15 м

Очень удачная разработка Цыганкова В.И. RA3LE. Широкополосная антенна 5 эл. с высокими параметрами для серьёзной ДХ работы.

Основные параметры антенны :

Длина траверсы  – 8.5 м

Вес антенны       – 17 кг

Усиление           – 7.76 dBd (9.91 dBi)

Отношение F/B   – до 29 dB

Фидер               – 1 коаксиал 50 Ом (запитка через балун 1:1)

Цена антенны    – 15700 р.

Тел. +7-916-4161489           e-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Источник: http://antenna-su.ru/index.php/2010-03-21-09-58-13.html

Антенны для КВ связи

Комбинированная КВ антенна

Применение антенн разных диапазонов с параллельно включенными вибраторами весьма заманчиво, так как позволяет использовать общий фидер. Однако (как показывает практика) такие антенны, расположенные в одной плоскости, работают удовлетворительно только на низкочастотных диапазонах. На …

Симметрирующее устройство

Многие радиолюбители при меняют для работы в эфире симметричные антенны – диполи, квадраты и т. п., – питая их несимметричным коаксиальным кабелем в этих условиях, кабель не проявляет полностью своих экранирующих свойств: во время передачи он излучает энергию, а в режиме приема принимает сигналы …

KB антенны квадрат. Настройка и конструктивные варианты

Инж. К. СЕПП (UA3CT), канд. техн. наук А. СНЕСАРЕВ (UW3BJ) В данной статье рассматриваются практические вопросы настройки и конструктивного исполнения антенны “квадрат”. НАСТРОЙКА На самом первом этапе настройки необходимо симметрировать и согласовать фидер и вибратор “квадрата”. Для …

Настройка антенн с помощью измерителя АЧХ

При налаживании коротковолновых антенн можно использовать измеритель АЧХ (Х1-19Б, Х1-7Б). Его выход соединяют с входом через ВЧ головку (рис. 1), а к точкам соединения подключают антенну. Puc.1 Настройку начинают с определения резонансной частоты антенны. В зависимости от типа антенны на экране …

Семидиапазонная антенна

Предлагается двухъярусная антенна, работающая на 10, 12, 15, 17, 20, 40 80 метрах КВ-диапазона. Верхний ярус (В) работает на 10, 15, 20, 40, 80 метрах, нижний ярус (Н) — на 12 и 17 метрах (рис 1). Входное сопротивление (В) составляет 180 220 Ом, (Н) 45 50 Ом. Питание антенны осуществляется двумя …

Механически прочный двухэлементный “Волновой канал”

Антенна, о которой пойдет речь (на фото в заставке она нижняя), построена на базе антенны, предложенной HB9CV еще в шестидесятые годы. Вот что о ней написано в [1] “Антенна представляет собой два вибратора неравной длины, укрепленные параллельно в одной горизонтальной плоскости на расстоянии …

Простые вибраторные КВ антенны и возможности их модернизации

Большинство конструкций таких антенн описано в литературе [1, 2], и именно, благодаря своей простота они применяются многими коротковолновиками. Общеизвестны и их основные недо-статки, к которым в первую очередь следует отнести весьма ограни-ченную полосу пропускания. Следствием этого является …

Многодиапазонная антенна WINDOM

Для работы на диапазонах 40, 20, 14 и 10 м мной используется антенна типа Windom (см. рисунок). При эксплуатации в течение года антенна показала удовлетворительные результаты как при ближних, так и при дальних связях. Лучи антенны выполнены из бронзового канатика диаметром 2,5 мм, растяжки-из …

Трехдиапазонный диполь

Среди радиолюбителей-коротковолновиков широкое распространение получила многодиапазонная антенна W3DZZ (рис.1а), принцип действия которой основан на применении фильтров-пробок, настроенных на среднюю частоту диапазона 7 МГц; Величины емкостей и индуктивностей этих фильтров-пробок нужно тщательно …

Источник: http://www.radiosait.ru/category/antenny-dlya-kv-svyazi

Антенны типа «волновой канал»

У рассмотренных в предыдущем подразделе антенн вибраторы удалены друг от друга примерно на половину волны и возбуждаются в фазе. Главный лепесток диаграммы направленности оказывается перпендикулярным плоскости размещения вибраторов, так как в этом направлении поля, создаваемые каждым из вибраторов, приходят в удаленную точку одинаковой фазой.

Если же теперь разместить вибраторы друг от друга на расстоянии, примерно равном четверти волны, и возбудить их разными фазами, но так, чтобы запаздывание по фазе между соседними вибраторами было постоянным и несколько превышало 90°, а полное запаздывание по фазе междупервым и последним вибраторами было приблизительно равно

Dj = 180°(n/2 + 1) (где п — число вибраторов), то максимальное излучение у такой антенны будет происходить уже вдоль линии, соединяющей центры вибраторов. О таких антеннах принято говорить, что они излучают вдоль оси.

Возбудить каждый из вибраторов подобной антенны можно, подключив их к общему фидеру, работающему в режиме бегущей волны, так как такой режим обеспечивает линейное изменение фазы по длине фидера.

Такие антенны сложны как конструктивно, так и в регулировке. Поэтому на практике наиболее распространен другой способ создания требуемого распределения фаз в вибраторах, основанный на возбуждении их через поле изучения. Антенны, использующие этот принцип, называют директорнымиантеннами или «волновым каналом».

На рис. 22 изображена пятиэлементная директорная антенна, у которой питание подводится к вибратору 1,называемому активным вибратором. Рефлектором 2служит вибратор, который несколько длиннее полуволны. Он расположен на расстоянии около 0,15—0,2 волны от вибратора 1и сводит к минимуму излучения антенны в направлении от вибратора 1 к рефлектору 2.

Вибраторы 3,4 и 5отстоят друг от друга примерно на четверть волны и имеют длину короче полуволны на 10—20%. Благодаря этому под воздействием поля излучения активного вибратора них возбуждаются токи с требуемыми сдвигами фаз, усиливающими излучение в направлении от вибра­тора 1 к вибраторам 3 – 5.

По этой причине послед­ние называются директо­рами.

Пассивные элементы (три директора и рефлек­тор) в антенне, показан­ной на рис. 22, крепятся в своих геометрических серединах к металличе­ской пустотелой штанге 6, которая при таком креплении проходит через узлы напряже­ний (пучности токов) вибраторов и не влияет на структуру поля антенны, так как штанга оказывается перпендикуляр­ной электрическому полю антенны.

Активный вибратор, поскольку он питается в своей сере­дине, не может крепиться так же, как пассивные вибраторы: он изолирован от металлической штанги и крепится к пере­ходному устройству, расположенному внутри штанги. На­значение этого переходного устройства — обеспечить пере­ход от несимметричного коаксиального кабеля к симметрич­ному вибратору, каковым является активный диполь антенны.

Одновременно переходное устройство является трансфор­матором для согласования сопротивления антенны с волновым сопротивлением питающего кабеля. Необходимость в этой трансформации вызывается тем, что входное сопротивление большинства директорных антенн оказывается значительно меньше волновых сопротивлений типовых высокочастотных кабелей.

Такая конструкция директорных антенн весьма типична, за исключением, пожалуй, конструкции и способа питания активного вибратора, который иногда выполняется в виде петлевого вибратора.

Простейшая директорная антенна состоит из трех элементов: активного вибратора и двух пассивных — директора и рефлектора. Для создания антенны с большими коэффициентами усиления число директоров должно быть взято большим в соответствии с эмпирической формулой

G ≈ 5(n + 1), (32)

где n — число директоров.

При увеличении числа директоров рост коэффициента усиления сопровождается сужением диаграмм направленности, как в вертикальной, так и горизонтальной плоскостях.

У плоскостных синфазных антенн увеличение числа вибраторов (при сохранении неизменным числа этажей или числа рядов) приводит к увеличению направленности антенны лишь в одной из плоскостей.

Указанное различие в поведении диаграмм направленности часто является определяющим при выборе типа антенн в процессе разработки аппаратуры того или иного назначения.

Для получения правильной работы антенны расстояния между директорами и их размеры должны быть тщательно отрегулированы, причем эта регулировка при большом числе элементов оказывается очень критичной. На рис. 23 приведены экспериментально снятые диаграммы направленности антенны, имеющей 13 директоров.

Цифры у кривых дают значение длины директоров, выраженной в длинах волн. Как это видно из графиков, измене­ние длины директоров от 0,43l0 до 0,44l0 приводит к резкому ухудшению диаграммы направленности. Приведенные диаграммы были сняты на неизмененной волне; при работе в диапазоне волн искажение диаграммы направленности было бы еще более заметным.

Сложность регулировки и невозможность использования вшироком диапазоне волн — недостаток директорных антенн.

При незначительном числе элементов, когда требуются небольшие коэффициенты усиления, директорная антенна может оказаться приемлемой даже для диапазонной работы.

Если из нескольких таких малоэлементных директорных антенн составить синфазную систему, собирая эти антенны в ряды и этажи и питая их способом, применяемым для плоскостных антенн (см. рис.

17), то такая антенна будет более диапазонной, чем равноценная ей по усилению уединенная антенна «волновой канал» с соответственно увеличенным числом элементов.

Директорные антенны применяют в основном для работы
в самой низкочастотной части СВЧ диапазона из-за их сравнительно небольших габаритов, малой парусности и простоты конструкции.

РУПОРНЫЕ АНТЕННЫ

Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 3009;

Источник: https://poznayka.org/s87659t1.html

ut2fwf

Источник: http://ut2fwf.blogspot.com/2018/02/145-145.html

Антенна типа «волновой канал»: конструкция, назначение элементов, параметры, применение

Тема  №4. Антенна типа «волновой канал»: конструкция, назначение элементов, параметры, применение.

Снизить влияние отраженного  сигнала (и несколько увеличить  коэффициент усиления) простейших антенн можно, расположив позади активного  элемента (вибратора) рефлектор.

Длина  рефлектора должна быть больше длины  вибратора на 5-15%, а расстояние от вибратора до рефлектора составляет 0,15-0,20 рабочей длины волны.

Рефлектор  обычно выполняется либо в виде металлической  сетки, либо в виде однолинейной системы  проводников, параллельных вектору  электрического поля.

Классический пример —  антенна типа волновой канал (тип Яги, тип Уда-Яги, директорная антенна).

Она состоит из активного полуволнового вибратора (как правило, петлевой вибратор, с которого происходит съем сигнала) и ряда пассивных вибраторов (полуволновые вибраторы длиной несколько короче половины длины волны), закрепленных на общей стреле (рисунок 1). Антенны типа “волновой канал” получили очень широкое распространение как в изначальном виде, так и в виде различных модификаций.

В общем случае длина вибратора  определяется соотношением, равным половине длины волны рабочей полосы частот, с учетом коэффициента укорочения, зависящего от отношения этой же средней  длины волны к эквивалентному диаметру вибратора.

Следующий элемент антенны (размещен спереди вибратора) – директор – это обычный стержень, имеющий  геометрические размеры несколько  короче половины длины волны, установленный  на одной общей стреле (траверсе). Директоров может быть много, от этого  зависит коэффициент усиления антенны. Директоры еще называют пассивными вибраторами.

Элемент, размещенный сзади  вибратора – рефлектор; это стержень или конструкция из нескольких стержней, он имеет размеры большие, чем  вибратор и директоры.

Рисунок 1—Директорная антенна  типа “волновой канал”:

а — общая схема; б  — наружная двухэлементная антенна:

1 — рефлектор; 2 — стрела; 3 — штанга (мачта);

4 — активный вибратор; 5 — УСС

Антенна работает по принципу “бегущей волны” и является наиболее эффективной узкополосной антенной. Назначение директоров – усилить  приходящий с главного направления  полезный сигнал; рефлекторов – ослабить отраженный сигнал.

Конструктивно элементы антенны располагаются на металлической  или диэлектрической траверсе, обладающей достаточной механической прочностью. В случае использования металлической  траверсы размер элементов увеличивают  на половину поперечного размера  траверсы.

Для расчета размеров антенны  используют сложные формулы либо готовые программы.

При достаточном количестве элементов антенна имеет высокий  коэффициент усиления, и хороший  коэффициент помехозащищенности из-за наличия рефлектора.

Следует отметить одну неприятность, связанную с использованием многоэлементных  антенн типа “волновой канал”. При  добавлении к петлевому вибратору  пассивных элементов входное  сопротивление антенны уменьшается.

Таким образом, в зависимости  от размеров, входное сопротивление 5-элементной антенны может составлять от 40 до 120 Ом. Уменьшенное в 4 раза полуволновой петлей, оно понижается до 10-30 Ом, и это приводит к резкому рассогласованию антенны с фидером, а следовательно, и снижению качества сигнала.

Трудно получить равномерную частотную характеристику на широком частотном диапазоне. Кроме этого, антенны, собранные даже по одному чертежу на одной и той же линии, оказываются настроенными по-разному и не допускают дополнительной настройки.

В результате реальное усиление антенны с низким качеством изготовления намного меньше того, что написано в документации. Кроме этого, узкая резонансная полоса пропускания ведет к резкому снижению коэффициента усиления на границах.

Используется во всех диапазонах. К недостаткам антенны следует  отнести сложность ее настройки  при числе директоров более трех. Двухэлементные антенны типа “волновой канал” применяются редко, так  как их характеристики не намного  лучше характеристик одиночного вибратора.

К достоинствам антенны можно  отнести сравнительно высокий коэффициент  усиления при простоте конструкции. Антенна обладает четко выраженными  резонансными свойствами и отличается по степени защиты от отраженных сигналов в лучшую сторону примерно на 10-15% по сравнению с логопериодическими антеннами.

Коэффициент усиления зависит  от числа элементов.

Передний лепесток диаграммы  направленности больше заднего.

Таблица 1

Для подключения кабеля снижения используется согласующее устройство U-колено, подключаемое к точкам А и В вибратора Пистолькорса. В настоящее время разработано большое количество вариантов таких антенн, имеющих различное количество директоров, различные их размеры и расстояния между ними.

Этим можно объяснить то, что в разных источниках литературы приводятся различные размеры элементов таких антенн. Процесс проектирования многоэлементной антенны типа “Волновой канал” вообще не является однозначным.

Перед проектировщиком могут быть поставлены различные задачи: либо максимальный коэффициент усиления антенны, либо максимальный коэффициент защитного действия, либо наименьшая неравномерность коэффициента усиления в полосе принимаемых частот, либо минимальный уровень боковых лепестков диаграммы направленности или другие факторы. Кроме того, в процессе проектирования некоторыми размерами приходится задаваться. К сожалению, в описаниях таких антенн, приводящихся в литературе, часто отсутствуют сведения о том, какие исходные данные были положены в основу проектирования данной конкретной антенны. Следует также учесть, что большинство вариантов многоэлементных антенн типа “волновой канал” подобрано экспериментальным путем, что сильно осложняет возможности повторяемости таких конструкций.

Аналитическое выражение  коэффициента усиления директорной  антенны в зависимости от ее длины  имеет следующий вид:

G = 10 lg [7 + 4L/л] – 2,14,

где L — длина антенны, м; л — длина волны, м; G —коэффициент усиления, дБ.

Это выражение позволяет  в первом приближении оценить  коэффициент усиления директорией  антенны, но не отражает влияния на его величину числа директоров и  рабочей полосы частот. Ответы на эти  вопросы представлены на рис. 2 и 3, где  КУ — коэффициент усиления.

Кривая 1 относится к одноканальным  директорным антеннам с коэффициентом  перекрытия менее 1,16, а кривая 2 – к  широкополосным антеннам с коэффициентом  перекрытия 1,3. Отсюда можно сделать  следующие выводы:

— для увеличения коэффициента усиления директорной антенны необходимо увеличивать ее длину и число  директоров;

— по сравнению с одноканальной  антенной расширение рабочей полосы частот директорной антенны при  сохранении ее длины приводит к увеличению на два или три числа ее директоров и к снижению коэффициента усиления в нижней части рабочей полосы частот примерно на 2 дБ.

При известной частотной  ситуации в месте установки антенны  можно определить требуемую длину  и число элементов директорной  антенны и выбрать тип приемной антенны.

В качестве примера использования  зависимостей, приведенных на рис. 2 и 3, рассмотрим следующие случаи.

Антенны типа “Волновой канал” получили широкое распространение  в различных профессиональных устройствах  радиосвязи и радиолокации. Большинство  телевизионных коллективных и индивидуальных антенн промышленного изготовления также являются антеннами типа “Волновой канал”.

Это связано с тем, что  такие антенны достаточно компактны  и обеспечивают получение большого коэффициента усиления при сравнительно небольших габаритах.

Иногда антенну “Волновой канал”, особенно в зарубежной литературе, называют антенной Уда – Яги  по имени впервые описавших ее японских изобретателей.

Антенна “Волновой канал” представляет собой набор элементов: активного – вибратора и пассивных – рефлектора и нескольких директоров, установленных на одной общей стреле. Принцип действия антенны в следующем.

Вибратор определенной длины, находящийся в электромагнитном поле сигнала, резонирует на частоте сигнала, и в нем наводится ЭДС. В каждом из пассивных элементов также наводится ЭДС, и они переизлучают вторичные электромагнитные поля. Эти вторичные поля, в свою очередь, наводят дополнительные ЭДС в вибраторе.

Размеры пассивных элементов и их расстояния от вибратора должны быть выбраны такими, чтобы дополнительные ЭДС, наведенные в вибраторе вторичными полями, были в фазе с основной ЭДС, наведенной в нем первичным полем.

Тогда все ЭДС будут складываться арифметически, обеспечив увеличение эффективности антенны по сравнению с одиночным вибратором. Для этого рефлектор делается немного длиннее вибратора, а директоры – короче.

Симметричное расположение элементов антенны относительно направления на передатчик создает  условия для сложения наведенных ЭДС в вибраторе только для  сигнала, приходящего с главного направления.

Сигналы, приходящие под  углом к главному направлению, создают  в вибраторе ЭДС, сдвинутые по фазе относительно основного, и поэтому  складываются алгебраически так, как  складываются векторы. Их векторная  сумма получается меньше арифметической.

Сигнал же, приходящий с заднего  направления, создает в вибраторе  наведенные ЭДС, противофазные основной, и они вычитаются. Таким образом, обеспечивается направленное свойство антенны, формируется узкая диаграмма  ее направленности, что соответствует  увеличению коэффициента усиления.

Элементы антенн “Волновой канал”, которые будут рассмотрены  ниже, расположены в пространстве горизонтально, и такие антенны  используют для приема сигналов с  горизонтальной поляризацией, когда  вектор напряженности электрического поля Е также горизонтален. Для  приема сигналов с вертикальной поляризацией антенна должна быть повернута на 90° так, чтобы ее элементы стали  вертикальными.

В связи с тем, что элементы антенны расположены в разных точках пространства, фазы наведенных в них первичным полем ЭДС  будут зависеть от координат каждого  элемента и их размеров, так как  от длины элемента зависит его  резонансная частота, а фаза наведенной ЭДС зависит от настройки элемента.

Нужно также учесть, что телевизионный  сигнал занимает сравнительно широкую  полосу частотного спектра, и свойства антенны должны быть хотя бы примерно одинаковыми для всей полосы частот принятого сигнала. Наконец, для  хорошего согласования антенны с  фидером ее входное сопротивление  должно иметь чисто активный характер.

Отсюда становится ясно, насколько  сложно проектирование антенн типа “Волновой канал”, особенно при большом количестве элементов антенны. В настоящее  время разработано множество  вариантов таких антенн с разным числом директоров различных размеров и с различным расстоянием  между ними. Процесс проектирования многоэлементной антенны типа “Волновой канал” вообще не однозначен.

Перед  проектировщиком, могут быть поставлены разные задачи: либо добиться максимального  коэффициента усиления антенны, либо – максимального коэффициента защитного  действия, либо – наименьшей неравномерности  коэффициента усиления в полосе принимаемых  частот, либо – минимального уровня боковых  лепестков диаграммы направленности или другие факторы.

Кроме того, в  процессе проектирования некоторыми размерами  антенны приходится задаваться, а  остальные получать в результате расчета. Этим объясняется то, что  в разных источниках литературы приводятся различные размеры элементов  антенн при одинаковом их числе.

К  сожалению, в литературе при описаниях  антенн отсутствуют сведения о том, какие исходные данные были положены в основу проектирования данной конкретной антенны. Следует также учесть, что большинство вариантов многоэлементных антенн “Волновой канал” подобрано экспериментальным путем, что сильно осложняет возможности повторяемости таких конструкций.

Многоэлементная антенна “Волновой канал”, по принципу работы аналогичная  многоконтурному полосовому фильтру, нуждается в тщательной настройке  элементов.

Известно, что как бы точно  ни были подобраны индуктивности  катушек и емкости конденсаторов  многоконтурного фильтра, он подлежит обязательной настройке по приборам в связи с тем, что невозможно заранее учесть разбросы различных  паразитных параметров, таких как  емкости монтажа и индуктивности  рассеяния, активные сопротивления  катушек на высокой частоте и  сопротивления потерь конденсаторов, индуктивности и сопротивления  соединительных проводников. Аналогично и при изготовлении многоэлементной  антенны “Волновой канал”: даже точное соблюдение всех ее размеров не избавляет  от необходимости выполнения тщательной настройки по приборам, так как  невозможно учесть разбросы в ее конструкции, такие как непараллельность элементов  в горизонтальной плоскости, скручивание  несущей стрелы, неизбежное под нагрузкой  из-за того, что всегда имеется неоднородная по длине трубы эллиптичность  ее сечения, а скручивание стрелы приводит к тому, что элементы антенны  уже не находятся в одной плоскости. Определенное влияние на работу антенны, которое невозможно учесть, оказывают  находящиеся поблизости местные  предметы, металлические и неметаллические. Наконец, невозможно абсолютно точно  выдержать все размеры, всегда будут  отклонения в пределах допусков, а  при изменениях окружающей температуры  эти отклонения увеличиваются.

Антенну следует настраивать  изменением длины каждого элемента и расстояний между ними при контроле формы диаграммы направленности, значения и характера входного сопротивления  антенны.

Настройка требует специальных  полигонных условий, исключающих влияние  местных предметов, и специальных  приборов: генератора метрового или  дециметрового диапазона волн достаточно большой мощности, индикатора напряженности  поля, измерителя полных сопротивлений  антенн.

Не всегда в процессе настройки удается одновременно добиться того, чтобы входное сопротивление антенны было чисто активным и имело нужное значение. Приходится мириться с полученным значением входного сопротивления антенны при его чисто активном характере.

Но при этом кроме настройки антенны приходится также дополнительно осуществлять настройку ее согласования с фидером. Многоэлементные антенны “Волновой канал”, используемые в профессиональной аппаратуре, подлежат обязательной индивидуальной настройке на заводе, а в состав аппаратуры входит устройство, позволяющее корректировать согласование антенны с фидером в процессе эксплуатации.

Источник: http://yaneuch.ru/cat_29/antenna-tipa-volnovoj-kanal-konstrukciya/324069.2444806.page1.html

Источник

Благодарим за внимание к сайту!