Направленные антенны вертикальной поляризации. Проблемы и решения

Новости

Бюллетень Си-Би №6 Июнь 1999 г

Автор Владислав "Ребус"

Как известно, в Си-Би диапазоне подавляющее большинство пользователей применяют антенны с вертикальной поляризацией, несмотря на то, что уровень индустриальных помех с вертикальной поляризацией несколько выше. Объясняется это просто: на автомобилях применяются исключительно штыревые антенны, имеющие вертикальную поляризацию, кроме того, базовые штыревые антенны имеют круговую диаграмму направленности, значит их не нужно поворачивать вслед за перемещающимся корреспондентом.

Однако использование антенн с круговой диаграммой крайне невыгодно, особенно для дальних связей: антенна вашего корреспондента принимает сигнал в секторе, составляющем десятые и сотые доли градуса, а излучаете вы в секторе 360 градусов. Прикиньте, какую мощность вы направляете на антенну корреспондента?

Пусть вы излучаете 10 Вт в секторе 360 градусов. На сектор в 1 градус приходится всего 10/360=0,028 Вт!

Вот если бы антенна излучала всю мощность в угол 1 градус, сигнал в точке приема возрос бы в 360 раз, или на 25 дБ, или на 4 балла! К сожалению, в этом диапазоне невозможно построить антенну с такой узкой диаграммой: она была бы слишком большой. Однако вполне реально построить направленную антенну с шириной лепестка 30 градусов.

Это дает выигрыш 360/30=12 раз, или на 10,8 дБ, или почти на 2 балла. Тоже неплохо! Мощность шумов, принимаемых антенной, на самом деле, будет такой же, как у ненаправленной антенны (за счет большего усиления в секторе диаграммы направленности). Значит, для приведенного примера выигрыш будет составлять 12 раз, или 10,8 дБ.

Значит, для получения уверенной связи в условиях шумного эфира приходится применять направленные антенны. Их существует множество типов. Наиболее популярные из них – антенны "волновой канал", или Уда-Яги и "двойной квадрат".

Менее известна прекрасная антенна типа " ZL", которая при равных длинах бума эквивалентна по усилению 4-элементной антенне "волновой канал" (Антенна ZL на 27 МГц описана в Бюллетене Си-Би №4, Апрель 1998 г.).

Коэффициент усиления этих антенн приведен в таблице 1. Значения усиления даны усредненные, поскольку в разных источниках они несколько отличаются.

Таблица 1.

Тип антенны

Кэффициент усиления

относительно диполя

Квадрат

Двойной квадрат

Тройной квадрат

Волновой канал 2 эл.

Волновой канал 3 эл.

Волновой канал 4 эл.

ZL

2 дБ

7-8 дБ

9-10 дБ

5-5,5 дБ

7-8 дБ

8-9 дБ

5,5 дБ

Предположим, мы выбрали тип антенны. А какую поляризацию предпочесть?

Если задача – установить связь между двумя фиксированными точками, например квартира-дача, то лучше применить горизонтальные антенны там и там.

При этом вы перестаете слышать большинство корреспондентов, работающих с вертикальной поляризацией. Ослабление достигает 3-4 баллов! Прекрасно! Никто не мешает! Но в этом случае вы не сможете связаться ни с одной из диспетчерских служб, которые используют вертикальные антенны, да и вообще ни с кем из удаленных (но местных) обитателей Си-Би диапазона! Это не всегда удобно. Не ставить же две антенны!

Тогда нужно использовать направленную антенну с вертикальной поляризацией! И любая из приведенных в таблице антенн для этого пригодна.

Например: вертикальный штырь в городе и фиксированная вертикальная антенна "волновой канал" на даче. Это дает вам возможность из города работать со всеми корреспондентами, а с дачи – со всеми корреспондентами города (если город умещается в сектор лепестка диаграммы направленности вашей антенны).

Итак, решено. Ставим направленную антенну с вертикальной поляризацией.

А как она будет уживаться с металлической мачтой?

Известно, что, если вблизи антенны расположены проводящие предметы (вблизи – это на расстоянии меньше полволны, что для диапазона 27 МГц составляет 5-6 м), поле, излучаемое антенной, наводит в них токи. Если случайно размеры этих металлических предметов окажутся резонансными (кратными половине длины волны), токи могут быть большими.

При этом происходит поглощение мощности, излучаемой антенной, а диаграмма ее направленности искажается. Сильнее всего эти паразитные токи наводятся на проводники, расположенные параллельно проводникам антенны, а меньше всего – на проводники, расположенные перпендикулярно.

Предположим, нам удалось выбрать такое место расположения антенны, где нет поблизости металлических предметов.

Но избавиться от мачты и кабеля нам никак не удастся!

Можно, правда, сделать мачту диэлектрической (например деревянной, хоть это не очень прочно и совсем не долговечно), но как избавиться от кабеля, идущего вниз, значит параллельно элементам антенны?

Если бы антенна имела горизонтальную поляризацию, этой проблемы вовсе не было бы: и мачта и кабель шли бы перпендикулярно полотну антенны и токи в них бы не наводились, но у нас вертикальная поляризация. Как же быть?

Выход есть. Нужно разорвать проводники, идущие вблизи антенны, на нерезонансные отрезки. Для диапазона 27 МГц – это куски длиной 1,5-2 м. Они не будут резонировать ни при каких обстоятельствах. В проволочные оттяжки можно врезать изоляторы через 2 м, а на кабель одеть ферритовые сердечники (также через 2 метра). Первая точка размещения ферритов – возле точки питания антенны, затем через 2 м вдоль мачты, последняя – у основания антенны. Кабель, идущий вдоль земли, лучше закопать в землю, поместив его в водопроводную трубу для защиты от влаги, а не протягивать его по воздуху; кабель, идущий по плоской крыше - можно не разбивать ферритами, т.к. он расположен перпендикулярно плоскости антенны.

Металлическую мачту также можно поделить на участки по 1,5-2 м, одев на нее ферритовые сердечники соответствующего размера.

Годятся любые ферриты марок 2000НМ, 1000НМ, 600НН.

Есть опыт удачного использования для этой цели ферритовых сердечников от отклоняющих систем кинескопов телевизоров, трансформаторов строчной развертки.

Существует интересная конструкция четырехэлементной антенны "волновой канал" с вертикальной поляризацией (К.Харченко. Направленные антенны вертикальной поляризации. М. Радио 1982.).

Она не содержит ни одной детали из диэлектрика, может быть выполнена цельносварной, металлическая мачта не влияет на характеристики антенны. В первоисточнике даны размеры для частоты 57 МГц, после пересчета на 27 МГц размеры антенны приведены на рис.1.

Кабель прокладывается вдоль мачты, жила кабеля соединяется с концом половинного петлевого вибратора, оплетка с его основанием. К основанию петлевого вибратора присоединены также два противовеса под углом 450 к мачте. Оба противовеса находятся в плоскости, перпендикулярной продольной оси антенны. Усиление антенны – 8 дБ.

Рис.1. Четырехэлементная антенна вертикальной поляризации.

Антенна может быть сварена из тонкостенных стальных труб, или собрана из алюминиевых труб обычным способом.

Бюллетень Си-Би №7 Июль 1999 г

Автор Владислав "Ребус"

В предыдущем номере бюллетеня мы начали разговор об антеннах с вертикальной поляризацией. Среди антенн, удобных для использования при вертикальном размещении, была приведена антенна типа ZL. Расчет ее характеристик, проведенный Владимиром ("Обруч"), показал, что в книге Родхаммеля ее усиление несколько завышено. На самом деле она имеет усиление не 5,5 дБ, а 4,2 дБ по отношению к усилению диполя и довольно широкую диаграмму направленности.

Одновременно он сделал расчет характеристик антенной решетки, состоящей из двух антенн типа ZL при различном расстоянии между ними.

Рис.1. Диаграммы направленности в горизонтальной плоскости

Результаты расчета характеристик решетки из двух вертикально расположенных антенн типа ZL, разнесенных по горизонтали на расстояние 0,7 l и 0,6 l, приведены на рис.1.

Из рис.1, на котором приведены диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, легко видеть, что одиночная ZL имеет очень широкую диаграмму направленности, хотя и обладает большим ослаблением для сигналов, приходящих сзади.

Для решетки из двух антенн ZL максимальное усиление получается при разносе 0,7l, но при этом возникают боковые лепестки. При уменьшении расстояния между антеннами до 0,6l усиление уменьшается незначительно, но боковые лепестки практически исчезают.

Как практически выполнить решетку из двух антенн ZL?

Изготовив две одинаковых антенны, подробно описанных в Бюллетене Си-Би, размещаем их на расстоянии 6,6 м друг от друга по горизонтали, на линии, перпендикулярной к направлению на корреспондента. Входное сопротивление каждой из антенн ZL– около 100 Ом. Поэтому можно запитать их через отрезки кабеля длиной в половину волны (с учетом укорочения),т.е. 5,5х0,66=3,63 м, соединив их между собой через тройник, на выходе которого получим сопротивление, близкое к 50 Ом. При вертикальной ориентации вибраторов антенн кабели должны быть расположены горизонтально (длина их позволяет это сделать). Для полуволновых отрезков можно использовать кабель с волновым сопротивлением 75 или 50 Ом.

После тройника фидер выполняется 50-Омным кабелем произвольной длины.

Для симметрирования питания антенн и подавления токов в оплетках кабелей желательно (но не обязательно) использовать ферритовые кольца, одев их на кабель у точек запитки антенн и кабель фидера вблизи тройника.

Вот и все.

Поскольку практически эту конструкцию пока никто не испробовал, редакция будет признательна всем, кто ее попробует и сообщит результаты.



До 22 октября мы снизили цены на популярные модели

Количество товара по акции ограничено, наличие товара указано на сайте.

Автомобильная антенна MegaJet Omega Mag 90
Диапазон CB
Магнитное основание
Длина антенны 90 см.
2300 руб.
1580 руб.
Автомобильная рация MegaJet MJ-150
Диапазон CB 27 Мгц,
225 каналов.
Мощность 4 Вт.
Нули-пятёрки.
4100 руб.
3600 руб.
Автомобильная антенна Optim Hustler 1c/100
Диапазон: CB (27 МГц)
Магнитное основание
Длина антенны: 150 см
1280 руб.
999 руб.
Автомобильная рация MegaJet MJ-850
Диапазон: CB (27 МГц)
320 (360) каналов
Мощность 18 Вт
Корейская сборка
6690 руб.
4300 руб.

 


ВходРегистрация