ПРИЛОЖЕНИЕ НА ВЪЛНОВИЯ ИЗЛЪЧВАТЕЛ НА ВЧ

Антените под формата на проводник с дължина, кратна на дължината или половината от дължината на вълната („въже“) са доста популярни сред радиолюбителите поради изключителната им лекота на производство [1]. Параметрите на тези антени обаче са много чувствителни към височината на окачването, броя на полувълните, които се побират по дължината на антенната мрежа, и дори към метода на захранване.

Правилният избор на дизайн и правилната настройка на такива антени при определени условия може да направи едно просто "въже" доста подходящо за DX комуникации. Разбира се, ефективността на такива антени е по-ниска от ефективността на многоелементните насочени антени с ротационни устройства, но въпреки това те са евтини и лесни за производство и с внимателно обмислен дизайн и внимателна настройка могат да постигнат резултати, които не са много по-лоши, отколкото при използване на ротационни насочени антени. За сравнение, например, триелементна антена за "вълнов канал" (Yagi) има усилване в посоката на основното излъчване от около 6 dB в сравнение с полувълнов дипол, което съответства на 1 точка по скалата на S-метъра. Като цяло насочените антени дават печалба от около 1,2 пункта по скалата на S-метъра, обаче, поради образуването на радиация под ниски ъгли спрямо хоризонта в посока на главните лобове на диаграмата на активния елемент (обикновено полувълнов дипол).

В някои случаи тромавият дизайн на ротационната антена за обхвати 40, 30 и 20 m възпрепятства нейното инсталиране и работа, а използването на скъсени елементи намалява ефективността. Вертикалните радиатори за посочените диапазони също имат доста внушителни размери - мачта до 10 метра и обемна земна конструкция. В допълнение, при ниски височини на монтаж (по-малко от 0,5 l), дори насочени антени с хоризонтална поляризация и още повече "въжета" могат да бъдат по-ниски по ефективноствертикални антени с внимателно обработена основа, което е типично за нискоетажните селски райони. В такива условия понякога се използват насочени антени с вертикална поляризация (например "квадрати", захранвани по подходящ начин), но най-често се предпочитат вертикалните.

За високите градски блокове, когато е възможно да се издигне насочена антена достатъчно високо над покрива на къщата (за да се намали ефектът от проводимостта на покрива), използването на ротационни антени става оправдано. Въпреки това, трудностите при проектирането при производството на насочени въртящи се антени (и вертикални също) за обхвати от 40, 30 и 20 m все още настояват за избора на хоризонтална телена антена, която може просто да бъде окачена между къщите, леко повдигайки я над нивото на покрива.

Вълновият излъчвател е антена под формата на дълъг проводник с дължинаl(фиг. 1).

Puc.1 За разлика от вълновия дипол (фиг. 2), вълновият емитер изобщо няма зенитно излъчване поради противофазните токове в неговите половини [1], докато за вълновия дипол това е вярно само за определени височини на окачване.

Puc.2

В допълнение, вълновият дипол се захранва от напрежение поради високата устойчивост на излъчване в точката на захранване.

Диаграмата на излъчване в хоризонталната равнина за вълнов радиатор е показана на фиг. 3 (вертикалната ос на диаграмата съвпада с местоположението на антената). Както може да се види от фигурата, диаграмата има четири широки листа във всичките четири квадранта на хоризонталната диаграма и теоретично излъчването на такава антена покрива повечето посоки. Коефициентът на усилване на антената по посока на радиационните листове е малък, което се дължи на тяхнатадостатъчно голяма ширина.

Puc.3

Диаграмата на излъчване във вертикална равнина зависи от височината на окачването H на вълновия радиатор над земята и за четири случая е показана на фиг. 4 (H=0,5 l), фиг. 5 ( l ), фиг. 6 и 7 (съответно 1,5 l и 2 l).

Puc.4

Puc.5

Puc.6

Puc.7 Всички диаграми са показани в равнината на радиационните максимуми в хоризонталната равнина (около 53° хоризонтално спрямо оста на антената). Както можете да видите, оптималната височина на окачването на антената може да се счита 1 . 1.5л. С увеличаване на височината на окачването, в допълнение към появата на венчелистчета с по-ниски ъгли на излъчване, се появяват венчелистчета с по-високи ъгли. На практика това означава повече разсейване на радиацията на антената във вертикалната равнина, въпреки че този ефект не е много значим. При реални работни условия този ефект е още по-малко забележим поради крайната проводимост на отразяващата земна повърхност.

За да се запазят свойствата на вълновия радиатор, антената може да се захранва от центъра на една от половините й - в един от максимумите на тока (фиг. 8). Изчисленото съпротивление на излъчване при настройка на излъчвателя към резонанс с този метод на захранване е около 90 ома.

Не се препоръчва захранването на излъчвателя на вълни с напрежение (от единия му край) поради следните причини:

- разположението на предавателното оборудване, както и на оператора и компютъра в близост до точката на подаване на напрежение на антената е нежелателно поради силните смущения на електрическото поле;

- въпреки захранването на антената с напрежение, въпреки това в точката на захранване тече малък ток, така че затварянето на тази верига се извършва с помощта на заземителна система, която е трудна за инсталиране на горните етажи на високи сгради. Освен това при такава диета тя е силно изкривенамодел на антената;

- при захранване на антената с помощта на настроена линия (антена "Цепелин" [1]), самата захранваща линия става част от антената и започва да излъчва електромагнитна енергия, т.е. линията става "втората част" на антената, върху която се затваря токът в силовата верига. В допълнение към изкривяването на диаграмата на излъчване, при използване на излъчваща захранваща линия, "светещо" захранващо устройство също е силно нежелателно за оператора и оборудването;

- смущенията от монитора и системния блок на компютъра като цяло към захранващата линия на антената Zeppelin (или към самата антена) могат значително да влошат качеството на приемане.

- възникват значителни проблеми при внедряването на антенно съгласувателно устройство с общо приемо-предавателно оборудване, предназначено, като правило, за свързване към коаксиални фидери с характеристичен импеданс 50 (75) Ohm.

Изкривяванията в диаграмата на излъчване по време на организацията на захранването на вълновия радиатор, съгласно фиг. 8, са практически незабележими и се изразяват в леко увеличаване на броя на листата в хоризонталната равнина на тази част от антената, в която се намира точката на захранване.

Puc.8

Този избор на захранваща точка е много удобен. Както може да се види от фиг. 9, захранващата линия, подходяща перпендикулярно на проводника на антената, също ще бъде разположена перпендикулярно на линиите на силата на електрическото поле E, което се случва в близката зона на радиатора, и перпендикулярно на линиите на силата на магнитното поле, създадено от антенните токове I.

Puc.9 Това гарантира, че няма смущения от близкото поле на антената към електропровода и съпътстващото изкривяване на диаграмата на излъчване. Образно казано, при такова разположение на електропровода, той няма да работи като "пасивен елемент" на антената, променяйки свойствата си. отаналогия с полувълнов дипол, при който, за да се запази симетрията, линията е изведена перпендикулярно на дипола, тук извеждаме линията до една от "половините на дипола", докато влиянието на втората половина на дипола е незначително - тя почти "не докосва" захранващата линия със своето поле.

Един от вариантите за дизайн на антената е илюстриран на фиг.10. Тъй като изчисленото съпротивление на излъчване в избраната точка на захранване, разположено в точката на максимален ток на антената, е в диапазона от 80.100 Ohm, участъкът от електропровода, идващ директно от емитерната мрежа, може да бъде направен от коаксиален кабел с характеристичен импеданс 75 Ohm.

Puc.10 След като се примири с наличието на стояща вълна в този участък от линията, все още се препоръчва да се направи възможно най-къс - от мрежата на антената до най-близкото "сухо" място, от което по-нататъшният участък на фидера може да се направи работещ в режим на пътуваща вълна с SWR близо до 1. За да направите това, е необходимо да направите външно съгласувателно устройство, например под формата на P-контур [1], което ви позволява да преобразувайте съпротивлението (обикновено реактивно), въведено от несъответствието на кабела и антената (ако електрическата дължина на кабела не е равна на цяло число полувълни) и разстройването на самата антена в съпротивлението на крайната секция на 50-омовото захранващо устройство, създавайки режим на пътуваща вълна в тази секция. При сравнително малко несъответствие между съпротивленията на входа и изхода на P-контура, което ще бъде в този случай, използването на висококачествен индуктор и кондензатори с въздушен диелектрик ще намали загубите на това устройство до 0,05 dB, което е значително по-малко от загубите в линията. В допълнение, повечето внесени трансивъри имат изходен импеданс от 50 ома, така че инсталирането на P-контур избягва използването на допълнителнитунери и съвпадащи устройства.

В съответствие с горното, захранващият кабел на първия участък от линията трябва да бъде изведен перпендикулярно на лентата на антената. Това ви позволява да инсталирате балансиращо устройство директно в "сухата" точка - в края на първия участък на линията (фидер) или на входната точка в сградата. Ако това не може да бъде направено, балансиращото устройство ще трябва да се монтира директно на антената, а също и най-малко на всеки сегмент от първия участък на линията с дължина 0,25 l (без да се взема предвид коефициентът на скъсяване на кабела). Устройство за балансиране може да бъде направено чрез навиване на няколко навивки на кабел върху феритни пръстени или под формата на "залив" от кабел от няколко навивки [1, 2], като се изчисли индуктивността на тази намотка, така че да представлява достатъчно съпротивление за токове с работна честота (най-малко 1000 Ohm). Препоръчва се внимателно балансиране на токовете в кабела, включително инсталирането на балансиращо устройство възможно най-близо до точката на захранване на антената, дори ако захранващата линия и лентата на антената са перпендикулярни.

Също така е желателно да настроите антената на резонанс. Особено удобно е да се направи това, ако електрическата дължина на първия участък от линията (т.е. като се вземе предвид коефициентът на скъсяване на кабела) е кратно на цяло число полувълни. В този случай, използвайки антенен мост, например, описан в [1], от "сухо" място е възможно да се оцени големината и знакът на реактивния компонент в точката на захранване на антената (с помощта на компенсиращи бобини или кондензатори се постигат нулеви показания на мостовото измервателно устройство) и съответно да се вземе решение за удължаване или съкращаване на мрежата. В същото време трябва да се помни, че ако се реши да се промени дължината на мрежата на антената, тогава късата част (k * l / 4) трябва да бъде удължена или съкратена с една трета по-малко от дългата част (k * 3 l / 4),за запазване на симетрията на полувълновите половини на излъчвателя.

Като пример таблицата показва приблизителните изчислени стойности на геометричните параметри на вълновия излъчвател за три диапазона (височина на окачване - 30 m, платно - медна жица 1,5 mm).