Самодельная ДМВ антенна

[ТИВ]

17. В очередной раз о симметрирующих устройствах.

Как всегда начну издалека. Что будет если соединить симметричную линию, у которой волновое сопротивление 75 Ом, с коаксиальным кабелем, с волновым сопротивлением 75 Ом? Например, так.





Вроде всё хорошо, у той и этой линии 75 Ом, волна, как бежала по одной линии, так и подругой побежит. Это не совсем так. Электрическое поле в двухпроводной линии было сосредоточено между двумя проводами.




Подойдя к коаксиальному кабелю поле, разделится, между симметричной линией и оплёткой коаксиального кабеля.




Это означает, что есть дополнительная ёмкость межу проволочкой припаянной к центральной жиле кабеля и оплёткой кабеля. Следовательно, нет полного согласования линий. Большинство симметрирующих устройств на ферритовых кольцах используют именно двухпроводную симметричную линию, при подключении её к кабелю (да и к усилителю то же) хорошего согласования не получается. Нивелировать данный эффект можно применив двухпроводную линию из двух тонких проволочек (0,14-0,2мм).
Ещё одна неприятность, связанная с симметрирующим устройством, это возможность возникновения синфазной волны. Если рядом есть мачта или полотно антенны то образуется линия, по которой может распространяться синфазная волна. Выглядит это примерно так.




Избежать этого можно, опять же, применив тонкую проволочку, выводя её вертикально вверх. Понятно, что близкое расположение металлических частей от симметрирующего устройства сильно влияет на его работу. Надо оградить симметрирующее устройство от них. Как не парадоксально звучит, ограждаем мы симметрирующее устройство, от металлических частей заключая его в металлический корпус.



Симметрирующие устройства на феррите, условно, можно разделить на две группы, первая выполнена на основе параллельного и последовательно включенных длинных линий, вторая на основы трансформаторов и автотрансформаторов. Первые легко повторяются, хорошо работают во всём ДМВ диапазоне, но имеют фиксированный коэффициент трансформации (1:1, 1:4, 1:9 и т.д.). Вторые имеют худшею повторяемость, и узкий диапазон. Например, наиболее распространенная из трансформаторных схем, автотрансформатор 1:4 с трудом перекрывает ДМВ диапазон.




Но зато на этих трансформаторах можно получит коэффициент трансформации в интервале от 1:1 до 1:4, правда, до конца ДМВ диапазона они вряд ли дотянут. Связано это с ростом паразитных параметров, в частности с индуктивностью рассеивания. В прочем, я об этом уже писал. Не писал я про то, что влияние индуктивности рассеивания можно уменьшить, установив на входе и выходе трансформатора компенсирующие ёмкости, но подобрать их в радиолюбительских условиях, очень сложно. При этом индуктивность рассеивания, как была, так и осталась (то есть, «кольцо», как излучало, так и излучает), только согласование (КСВ) с кабелем и антенной улучшилось. Снизить индуктивность рассеивания, можно, применив кольца малого диаметра 7-8мм.



Для антенн Харченко, в ДМВ диапазоне, симметрирующие устройства на феррите мало подходят в основном из-за того, что хорошо работают только с коэффициентом трансформации 1:4 (75/300 Ом).

[ТИВ]

По мотивам «Мотылька».

Есть такая симпатичная антенна «Мотылёк». На первый взгляд она похожа на логопериодическую антенну, но это только на первый взгляд.



У логопериодической антенны есть период расположения и длинны элементов. У этой антенны, похоже, его нет (насколько можно судить по фотографии). Но тот, кто её делал, хорошо понимал, что он делает. У антенны есть трансформатор сопротивления, который преобразует короткое замыкание в необходимое активное сопротивление плюс реактивное. Реактивную составляющею компенсирует ёмкостью на конце антенны.


Симметрирующего устройства в этой антенне нет. «Семметрирование», примерно, как в логопериодической антенне, за счёт того, что кабель отделён собирающей линией от вибраторов. Усиление у такой антенны лежит в диапазоне 6-8 дБ (по заявлениям продавцов). Решил сделать не совсем такую антенну, а нечто подобное. Вопрос стаял, на чём сделать акцент, на согласовании или усилении антенны. Обычно я склоняюсь к согласованию, но тут решил, что для такой крохи важнее усиление. Скоро дачный сезон, можно будет испытать три антенны, кроха будет противостоять таким монстрам, как антенна Харченко и логопериодическая, с большИм усилением ей будет проще это сделать. Попытался обойтись без трансформатора и компенсирующей ёмкости. Начал с того, что посмотрел, в программе MMANA, что получается. Получилось следующее: усиление 6,3-8,5дБ, КСВ не хуже 2,0.

[ТИВ]

По мотивам «Мотылька». Размеры.



Конечно, можно сделать антенну из медных трубок, благо сей час медных труб много, все ставят кондиционеры. Но, я буду делать из жести, если, конечно, успею до дачного сезона.
Учёл замечания Plyrvt. Изменил размеры логопериодической антенны. Уменьшил зазор между трубками собирающей линии до 9мм, трансформатор на кабеле сделал 75/120 Ом.




Изменил размеры не традиционного Харченко. Уменьшил диаметр проволочки до 0,3 и увеличил расстояние до рефлектора до 100мм.

[url=https://fotki.yandex.ru/next/users/bujh ... 086?page=9][/url

[ТИВ]

Я готов размещать рисунки не на Yandex.ru. Останавливает только, то, что это мало кому нужно, а мне несколько неудобно размещать в другом месте. Я сделаю так - так, как я сначала пишу в Worde и вставляю туда картинки, то вордовский вариант выложу на каком-нибудь файлообменном сервере.

Ссылка для скачивания.

http://my-files.ru/sa04cc

[lankatita]

Есть такая симпатичная антенна «Мотылёк». На первый взгляд она похожа на логопериодическую антенну, но это только на первый взгляд.

У логопериодической антенны есть период расположения и длинны элементов. У этой антенны, похоже, его нет (насколько можно судить по фотографии). Но тот, кто её делал, хорошо понимал, что он делает.

Банальная жертва параметрами ради упрощения. Убрали элементы чем сильно упростили конструкцию, но пожертвовали развалом пополам ДН на 600 +-60 МГц. На разваленных частотах 6 dBi получаются +-50 градусов по азимуту, поэтому клиент который настраивает по максимуму сигнала - может и не заметить такого провала, если все нужные частоты находятся или в провале или за его пределами. Если же нужные частоты есть и в провале и за пределами - между ними будет разница в 2 и более раз при фиксированном положении.


Другим недостатком такого сильного упрощения (разрежения элементов ниже критического тау) при высоком вертикальном разносе вибраторов и непарном количестве рядо есть "косая" дн

ДН косит в тот ряд в котором 2 элемента

Коммеречески антенна удачная и осчастливила тысячи своих клиентов, но на техническом форуме назвать её удачной можно с натяжкой.
https://ypylypenko.livejournal.com/25115.html

По моим наблюдениям, 90% продаж этой антенны приходится на прием от Киева. По случайному совпадению, столица как раз на частотах провала Мотылька не вещает, поэтому индекс сатисфакции клиентов высокий.

Усиление у такой антенны лежит в диапазоне 6-8 дБ (по заявлениям продавцов).

лежит в диапазоне от 2.8 до 7.5 dBi по оси вперед.

[Sefirot]

Вже Метелики почали клепати без "нанопокриття"

[ТИВ]

Как антенна «Мотылёк» превратилась в антенну «Чебурашка».

В ожидании грибного сезона, а я заядлый грибник, успел сделать антенну. Делал «Мотылька», но вибраторы получились очень широкие и «Мотылёк» превратился в «Чебурашку».
С помощью не хитрого приспособления из миллиметрового оцинкованного листа согнул швеллер.




Затем пропилил ножовкой пазы в швеллере и вибраторах. Вставил вибраторы в швеллер. Самый маленький вибратор приклепал.



Собрал антенну.



Затем пропаял все сочленения, получилось следующее:


Размеры:





Ссылка на вордовский файл.
http://my-files.ru/rfcm5h

[iam]

Чи не зацікавить шановного plyrvt змоделювати антену : www.freepatent.ru/patents/2122762

для діапазону 470-860 мгц? Але автори не вказали точне положення точки підключення фідера по

ширині пластини... Ще один варіант для моделювання - збільшити довжину елементів антени до 0,375

λ для досягнення найбільшого КНД , але при цьому вхідний опір має зрости до 300 Ω ( Харченко К.П.

УКВ антенны. -М.: ДОСААФ, 1969)...

[plyrvt]

Чи не зацікавить шановного plyrvt змоделювати антену : freepatent.ru/patents/2122762
для діапазону 470-860 мгц? Але автори не вказали точне положення точки підключення фідера по

ширині пластини... Ще один варіант для моделювання - збільшити довжину елементів антени до 0,375

λ для досягнення найбільшого КНД , але при цьому вхідний опір має зрости до 300 Ω

Я їх моделював кілька десятків (з десяток є на цьому форумі раніше обговорювалися)

https://ypylypenko.livejournal.com/12689.html (470-900 MHz @ 150 Ohm)
https://ypylypenko.livejournal.com/19565.html
https://ypylypenko.livejournal.com/23255.html (оптимізував під Рівненську область)
https://ypylypenko.livejournal.com/17606.html (дуже компактна антена, ККД апертури до 200%, КСВ на краях зависокий)
https://ypylypenko.livejournal.com/20678.html ( 470-760 MHz @ 300Ω з дроту 10 мм2)
https://ypylypenko.livejournal.com/21956.html
https://ypylypenko.livejournal.com/21956.html (420-700 MHz @ 300Ω з дроту 5 мм2)
https://ypylypenko.livejournal.com/21713.html (455-765 MHz @ 75 Ω)
https://ypylypenko.livejournal.com/20957.html (470-750 MHz @ 75 Ω)
https://ypylypenko.livejournal.com/19802.html (470-750 MHz @ 300Ω)
ypylypenko.livejournal.com/18794.html (470-800 MHz @ 300Ω)

Чому саме БіКвад Харченко і що конкретно хочеться отримати в плані підсилення і на який опір (75, 150 чи 300 Ом)?
БіКвад часто навіть якщо перекриває по КСВ певний діапазон, то по підсиленню (направленості) не перекриває - зверху йде завал (в тої конструкції що в патенті - зверху завал).

Чому потрібен саме 470-862 МГц?
Може достатньо 470-800 (російський варіант), або 470-700 (після відключення SECAM в Україні в 2018-2019, частоти 700+ перейдуть до стільникового зв'язку)

Змоделювати похилий БіКвад з патента мені нескладно, не розумію заради чого так ускладнювати конструкцію

[plyrvt]

Смоделировал патент из полосы шириной 30 мм. Полоса пропускания - упала по сравнению с традиционным вариантом (из плоской полоски или круглого провода), чего и следовало ожидать.

Патент базируется на умозрительных заключениях автора, которые он сам в ходе проверки опроверг: обещал перекрытие не менее 2 (470-940 МГц), а сам намерил лишь 470-610 МГц.

Известно, что в вибраторах и рамочных антеннах, разновидностью которых является заявляемое устройство, максимальные ток и электродвижущая сила (ЭДС) развиваются в том проводнике, длина которого является резонансной, то есть кратна половине длины волны (см. Родионов В.М. Линии передачи и антенны УКВ (номограммы). -М. : Энергия, 1977. - с.73,76)

Это утверждение ложное.
В книге Родионова утверждается, что если взять 2 антенны разных размеров (одна резонансная, вторая нет) - то в первой токи и ЭДС будут мощнее.

Из этого утверждения Родионова НЕ следует, что если 2 проводники объединить параллельно, то ток потечет лишь по тому из них, которые в резонансе.

Поведение ЭМ поля и тока подобно гидравлическому поведению газа/жидкости - они заполняют всё пространство и все щели пока не уравняются градиенты/давления.
По поверхности широкой полосы (с разными периметрами внешней и внутренней кромки) текут токи ПО ВСЕЙ поверхности. По внешнему периметру путь будет длиннее, фаза будет немного отставать, на поворотах и концах линии они будут каким-то образом складываться и не всегда конструктивно - по периметру антенны будут накапливать локальные реактивности, а суммарный резонанс будет на какой-то третьей частоте f3, где эти все реактивности на концах линии окажутся скомпенсированными.

Если параллельно LC контуру с резонансной частотой f1 подключить LC контур с частотой f2, то мы НЕ получим контур с 2 резонансными частотами f1 и f2. Мы получим новый контур у которого будет только 1 резонансная частота f3 не равная ни f1 ни f2.


https://ypylypenko.livejournal.com/26921.html вот тут анимации как текут поверхностные токи (шкала одинаковая) на резонансной частоте и не резонансной.
И там и там одинаковые токи текут и по внешнему и по внутреннему периметру.

[iam]

Идея в том, чтобы для любой волны диапазона обеспечить оптимальное расстояния до отражающего экрана, что достижимо наклоном вибратора из полосы. Разве при этом не сузятся диапазоны изменения входного сопротивления и КСВ ? Непонятен выбор авторами патента ширины полосы. Если исходить из расстояния до экрана λ/4 то, например, для диапазона 470-760 мгц ширина полосы должна быть 62 мм, а расстояния до экрана приблизительно 160 мм и 98 мм для большого и малого периметра соответственно

[plyrvt]

Идея в том, чтобы для любой волны диапазона обеспечить оптимальное расстояния до отражающего экрана, что достижимо наклоном вибратора из полосы.

Нет, недостижимо.
Ваша идея это всё равно что хотим создать LC контур на частоту 400 и 600 МГц. Но для первого случая надо например C=10 пф, а для второго надо C=4.4 пф.
Вы говорите: а давайте паралельно подключим оба конденсатора. Волна 400 МГц пойдет на 10 пф, а волна 600 МГц пойдет на 4.4 пф.

Для любой волны действующей является ВСЯ ПОВЕРХНОСТЬ (так же как и ток пойдет на ОБА конденсатора и ёмкость составит 14.4 пф) и результирующее сопротивление излучения не является ни одним из крайних значений если разместить тонкий вибратор на одном или на другом конце широкой полосы. Сопротивление будет вообще третьим.

Если есть два сопротивления R1 и R2 и их подключить паралельно, то ток потечет НЕ ПО МЕНЬШЕМУ сопротивлению, а ПО ОБОИМ. Сопротивление цепи составит R=R1*R2/(R1+R2)

Разве при этом не сузятся диапазоны изменения входного сопротивления и КСВ ?

В общем случае, добротность Q может измениться в любую сторону. В даном конкретном случае добротность Q увеличилась, т.е. скорость изменения R/X увеличилась при отстройке от резонансной частоты.

[iam]

А если перейти к рассмотрению этой антенны как к апертурной или вибраторно-апертурной?

[iam]

Разве диско-конусная антенна не построена по такому же принципу?

[plyrvt]

змоделювати антену для діапазону 470-860 мгц?

КСВ<1.5 @ 470-757 MHz
КСВ<2.0 @ 450-860 MHz

Raw gain (Directivity): 8.5 - 9.0 dBi
Net gain (Dir - SWR loss): 8.3 - 8.5 dBi

https://ypylypenko.livejournal.com/27307.html

Выход на 300 Ом пластинчатые усилители или платы симметризатора
Вибратор вырезается из куска оцинкованой жести 268х212 мм
Рефлектор из оцинкованной сетки с шагом 20х50 или 20х20 мм. Или сплошной. Или можно из горизонтальных полосок оцинковки нарезать. Или прутков.
В вершинах вибратор крепится на металлические болты к рефлектору (глухозаземленный вибратор по статике)

На рефлекторе 360х380 мм усиление почти такое же (потеря 0.25 dB сверху), есть смысл сделать меньшую версию.


На рефлекторе 300х340 мм чистое усиление 8 dBi на краях, 8.3 dBi по центру


470-860 МГц уступает антенне 470-750 МГц до 1...2 dB в чистом усилении за счет того, что последняя 1.5-лямбдовый биквад и вертикальный луч более узкий чем горизонтальный
https://ypylypenko.livejournal.com/20678.html