Из подробного изучения гамма-согласования (γ-match) следует, что использовать γ-match можно не только для резонансных излучателей, но для вибраторов практически любой длины, за исключением сильно укороченных.
При внимательном изучении рис. 3.5.8 можно обнаружить весьма любопытное свойство гамма-согласования: физическая длина трубки γ-match почти не меняется при изменении высоты заземленного ground plane от 0,15λ до 0,21λ и от 0,28λ до 0,6λ (см. рисунок 3.5.8 в п. 3.5.10).
Из этого следует, что если подобрать размер заземленной трубы, попадающим в эти пределы во всех требуемых диапазонах, то можно получить Ra близкое к 50 Ohm при неизменных физических размерах как самого GP так и трубки γ-match. Конечно, реактивная часть входного импеданса JXa будет меняться от частоты и конденсатор γ-match придется подстраивать при смене диапазона. Но в данном случае мы на это согласимся: подстроить переменный конденсатор невелика сложность, а удобства велики. Полученная антенна показана на следующем рисунке:
Этот заземленный вертикальный излучатель высотой 4,5 м и диаметром 20 мм и трубкой согласования высотой 1,32 и диаметром 8 мм м на расстоянии 150 мм от излучателя. Все размеры критичны, за исключением диаметра трубки согласования, без заметного ухудшения она может иметь диаметр от 6 до 10 мм.
С помощью конденсатора переменной емкости 10. 70 pF антенна может быть настроена в резонанс на любительских диапазонах 14 MHz, 18 MHz, 21 MHz, 24 MHz, 27 MHz и 28 MHz с КСВ
18,1 МГц. На резонансе КСВ < 1,2, полоса 1770 кГц по уровню КСВ < 2, емкость конденсатора 61 pF.
21,2 МГц. На резонансе КСВ < 1,35, полоса 1550 кГц по уровню КСВ < 2, емкость конденсатора 33 pF.
24,9 МГц. На резонансе КСВ < 1,15, полоса 1280 кГц по уровню КСВ < 2, емкость конденсатора 19 pF.
27,2 МГц. На резонансе КСВ < 1,2, полоса 1100 кГц по уровню КСВ < 2, емкость конденсатора 13,7 pF.
28,2 МГц. На резонансе КСВ < 1,35, полоса 980 кГц по уровню КСВ < 2, емкость конденсатора 11,7 pF.
Диаграммы направленности по диапазонам:
Удвоенный вариант этой антенны на диапазоны 7, 10 и 14 МГц имеет высоту 9,25 м и выполнен из телескопического набора труб диаметрами от 30 мм внизу до 14 мм вверху. Шлейф гамма-согласования подключен на высоте 2,7 м и выполнен из проволоки диаметром 2 мм. По диапазонам удвоенный вариант выглядит так:
7,1 МГц. На резонансе КСВ < 1,15, полоса 360 кГц по уровню КСВ < 2, емкость конденсатора 70 pF.
10,12 МГц. На резонансе КСВ < 1,2, полоса 650 кГц по уровню КСВ < 2, емкость конденсатора 51,2 pF.
14,18 МГц. На резонансе КСВ < 1,1, полоса 380 кГц по уровню КСВ < 2, емкость конденсатора 17,4 pF.
Если излучатель выполнить из стали (например, пруток арматуры или труба), то антенна может служить громоотводом (сечение по металлу должно быть не менее 100 мм 2 ). Естественно, при этом должно использоваться правильное для громоотвода заземление и соединении основания антенны с этим заземлением металлом с поперечным сечением не менее 100 мм 2 ).
Использование стали для излучателя приведет к снижению усиления антенны на
0,5 дБ. Это не много. Но зато получается надежная грозозащита участка и вам будет что ответить антеннофобным соседям (”Громоотвод у меня, безопасность обеспечиваю.”).
C другой стороны, если у вас на участке уже есть громоотвод предписанного нормами по грозозащите сечения, то отступив от его вершины 4,5 м (для диапазонов 14 – 28 МГц, или 9,25 м для диапазонов 7 – 14 МГц) и приделав к нему соответствующие противовесы и шлейф гамма-согласования, вы получите неплохую антенну.
При использовании антенны как громоотвода между нижним концом шлейфа гамма-согласования (до настроечного конденсатора) и точкой подключения противовесов должен стоять разрядник на 10. 20 кА. Лучше готовый газовый (например, V10H14X, но можно и самодельный: два заточенных на конус болта M8 . M14 остриями друг к другу на расстоянии
Update от 10.06.2014
Найдено решение, позволяющее добавить в антенну диапазон 10,1 МГц. Для этого на вершину мачты добавляют трап на 14,18 МГц 20 uH \ 6,3 pF а от него в сторону леской оттягивают кусочек тонкого провода длиной 51 см. Для обеспечения возможности настройки КПЕ увеличивают до 130 pF. Конечно, в диапазоне 10 MHz антенна получается сильно укороченной и, соответственно, узкополосный. Но на любительский диапазон 10100 . 10150 kHz ее хватает с КСВ
Конструктивно трап выполняется в виде однослойной катушки с шагом. Поскольку расчетная емкость очень мала, то, в зависимости от конструкции катушки и ее собственной емкости, дополнительная емкость контура должна быть всего 2. 5 pF. Такую емкость можно обеспечить просто расположив выводы катушки рядом (пропустив их внутрь каркаса). Трап надо настроить на 14,18 МГц до его монтажа на антенну.
Т.к. полоса в диапазоне 10 MHz очень узкая, то при при установке антенны требуется подстройка либо катушки трапа, либо длины дополнительного проводника, либо угла этого проводника к мачте. Понятно, что последнее наиболее удобно, особенно при временной установке антенны.
Остальные диапазоны почти не страдают от добавки 10 МГц (лишь немного возрастает минимум КСВ на 21 МГц).
Первая публикация: Bonn, 24.08.2005
Последняя редакция: Bonn, 10.06.2014
Источник
Антенна Ground Plane (GP) на диапазоны от 3,5 до 28 МГЦ
Данная антенна долгое время используется совместно со специальным устройством для согласования. Фидер антенны сделан из коаксиального кабеля 50 Ом общей длиной 22 м.
Настройка антенны на соответствующем диапазоне производится переменным конденсатором с воздушным диэлектриком, согласно рисунку:
Для оперативной работы его желательно разместить на рабочем месте.
Элементы конструкции согласующего устройства
Схема согласующего устройства следующая:
Согласующее устройство состоит из фильтра высокой частоты (ФВЧ) с частотой среза — 30 МГц и КСВ-метра, с помощью которого легко оптимизировать настройку антенны на любом из любительских диапазонов.
Катушки L1 … L6 намотаны медным проводом ПЭВ-2 диаметром 2 мм на оправке 12,5 мм. L1, L5 содержат по 6 витков. Длина намотки 20 мм. L2, L4 — по 11 витков. Длина намотки 37 мм. L3 — 13 витков. Длина намотки 43 мм.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце с магнитной проницаемостью 20 — 30 ВЧ К20х10х5 мм. Первичная обмотка выполнена из отрезка коаксиального кабеля, соединяющего коаксиальный разъем со стороны входа антенны с выходом ФВЧ. На него одевается ферритовое кольцо, при этом изоляция с кабеля не снимается. Оплетка коаксиального кабеля соединяется с корпусом только с одной стороны — у входного коаксиального разъема. Вторичная обмотка содержит 2х24 витка. Намотка производится проводом ПЭЛШО 0,15 по всей окружности кольца.
При работе в диапазоне 7 … 26 МГц максимальная емкость конденсатора С1max = 200 пФ
При КСВ не хуже 1:1,5. В диапазоне 3,5 28 МГц емкость конденсатора С1max = 400 пФ при КСВ 2,5 … 3. На диапазоне 3,5 МГц антенна используется как вспомогательная.
Источник
Антены GP 1/4, 1/2, 5/8 своими руками
В Си-Би диапазоне наибольшее распространение получили антенны с вертикальной поляризацией. Это связано с тем, что Си-Би радиостанции широко используются для связи с подвижными объектами, а на автомобиле весьма сложно разместить эффективную антенну горизонтальной поляризации. По той же причине в качестве базовых выбираются антенны с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, одинаково хорошо работающие в любом направлении.
GP с длиной l/4
Наиболее широкое применение в этой группе получили антенны типа «Ground Plane» или сокращенно — «GP», показанные на рис. 10.2.
Антенна имеет штыревую конструкцию, удобную для размещения как на крыше здания, так и на автомобиле. Она проста и, в то же время, достаточно эффективна. Длина штырей (l/4) для работы в диапазоне 27 МГц зависит от диаметра трубок и указана в табл.1
Таблица 1. Длина элементов антенны GP
Для нормальной работы антенны она снабжается тремя противовесами, которые можно выполнить из трубки или антенного канатика. Длина противовесов выбирается равной, или на 2,5% больше 2/4l. Для Си-Би диапазона можно принять ее равной 275 см. Входное сопротивление антенны зависит от угла между противовесами и мачтой: чем меньше этот угол (противовесы прижаты к мачте), тем больше сопротивление. Для получения входного сопротивления 50 Ом угол выбирается равным 30-45 градусов. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости имеет максимум под углом 30 градусов к горизонту. Усиление антенны примерно равно усилению вертикального полуволнового диполя. Наилучшая работа обеспечивается при высоте мачты около 6 м.
Эта антенна наиболее широкополосна из всех вариантов GP. Если после установки минимум КСВ антенны оказывается несколько выше или ниже частоты 20 канала сетки С, длину штыря необходимо соответственно увеличить или уменьшить. После настройки антенны в резонанс минимума КСВ на средней частоте добиваются изменением угла установки противовесов.
Недостатком данной конструкции является отсутствие соединения штыря с мачтой, что требует дополнительных мер по грозозащите и защите от статического электричества. Наиболее простым способом защиты является использование короткозамкнутого шлейфа из кабеля длиной l/4, подключенного к фидеру с помощью тройника. Шлейф обеспечивает соединение центральной жилы фидера с заземленной оплеткой по постоянному току и не влияет на согласование антенны. Схема подключения шлейфа приведена на рис.3
Длина шлейфа рассчитывается с учетом коэффициента укорочения используемого кабеля и составляет около 2 м.
GP с длиной l/2
На рис. 10.4 приведена конструкция полуволновой антенны GP длиной l/2. По сравнению с вышеописанной антенной она имеет вдвое большую длину штыря, что предъявляет повышенные требования к обеспечению ветровой прочности конструкции. Антенна не нуждается в противовесах, роль которых выполняет мачта, а ее диаграмма направленности в вертикальной плоскости сильнее прижата к горизонту, что улучшает условия радиообмена с удаленными корреспондентами. Поскольку антенна имеет высокое входное сопротивление, кабель подключается к ней через согласующий высокочастотный трансформатор. Основание штыря соединяется с заземленной мачтой через согласующий трансформатор, что автоматически решает проблемы грозозащиты и статики. Усиление антенны по сравнению с полуволновым диполем составляет около 4 дБ.
Типовые данные согласующего трансформатора:
Диаметр каркаса — 30мм Диаметр провода — (ПЭВ-2) 1мм Число витков — 6 Отвод от 1.5 — витка считая от (холодного) заземленного вывода катушки Кабель подключается центральной жилой к отводу. Полотно антенны подключается к «горячему» выводу катушки.
GP с длиной 5/8l
Наиболее эффективной для дальних связей является GP длиной 5/8l. Ее конструкция показана на рис. 10.5. Она несколько длиннее полуволновой антенны, а кабель фидера подключается к согласующей индуктивности, расположенной в основании вибратора. Этот тип антенны требует использования не менее трех противовесов длиной (0,1-0,2)l, расположенных в горизонтальной плоскости. Антенны этого типа узкополоснее полуволновых, в связи с чем они требуют более тщательной настройки. Настройку на средней частоте обеспечивают как изменением длины штыря, так и регулировкой величины согласующей индуктивности. Нужное входное сопротивление достигается выбором точки подключения кабеля к согласующей катушке. Усиление этой антенны составляет 5-6 дБ, максимум диаграммы направленности расположен под углом 15 градусов к горизонту. Штырь этой конструкции также заземлен на мачту через согласующую катушку. Примерные данные согласующей катушки для волнового сопротивления кабеля 50 Ом:
диаметр каркаса — 18 мм, диаметр провода — 1,5 мм, число витков — 22, шаг намотки -2,5 мм, отвод — от 9-го витка, считая от заземленного конца катушки.
Установка антенны на крыше может сильно влиять на ее характеристики. Общими рекомендациями являются следующие:
основание антенны желательно располагать не ниже 3 м от плоскости крыши;
вблизи от антенны не должно быть металлических предметов и конструкций (например телевизионных антенн, проводов и т. п.);
устанавливать антенну желательно как можно выше;
для нормальной работы станции ближайшая базовая Си-Би антенна не должна быть расположена ближе 200 м.
Эффективность работы антенны на передачу тем выше, чем меньше омические потери в ее элементах. Поэтому наилучшим материалом для элементов антенн являются медные трубки, однако приемлемым компромиссом можно считать применение алюминиевых (дюралевых) трубок (из-за высокого удельного веса и низкой прочности меди).
При необходимости расширения полосы частот диаметр трубок увеличивают, или используют трубки с ребристой наружной поверхностью. Поскольку ток, протекающий по штырю антенны, уменьшается к ее верхнему концу, диаметр верхней части штыря можно уменьшить без ухудшения ее параметров. Одним из наиболее простых средств расширения полосы частот длинных штыревых антенн является применение втулки с четырьмя усами длиной около 100 мм и диаметром 4-5 мм, закрепляемой в верхней части штыря (рис. 10.6). При этом резонансная частота антенны понижается и длину штыря придется несколько уменьшить. При работе антенны на передачу по ней протекают довольно большие токи, поэтому необходимо обеспечить очень хорошее соединение всех элементов между собой и позаботиться об их защите от коррозии.
В настоящее время в продаже имеются Си-Би антенны заводского изготовления (рис.10.7) как отечественные, так и импортные, легкие, изящно выполненные. Как свидетельствует опыт их эксплуатации, в соединениях элементов, которые осуществляются самонарезающими шурупами, под действием ветра достаточно быстро теряется электрический контакт. Более надежной является конструкция штырей со стяжными хомутами. Практически все варианты промышленных антенн требуют дополнительной герметизации, предотвращающей попадание воды внутрь трубок, на согласующие трансформаторы, катушки и заделку кабеля, что приводит к необратимым последствиям.
Рис. 10.8 Антенна GP без мачты
Если на крыше Вашего дома есть достаточно высокая лифтовая будка, телевизионная антенна или пристройка высотой больше 5 метров, то антенну GP можно установить, используя капроновый трос-растяжку (рис. 10.8) без мачты. Кроме капронового шнура и кабеля РК-50 потребуется еще 4 изолятора любого типа. Конец кабеля длиной 2,7 м освобождается от внешней изоляции и оплетки, оплетка расплетается и скручивается в 4 примерно одинаковые «косички». К ним присоединяются противовесы. Противовесы можно сделать из любого медного (в крайнем случае даже алюминиевого) провода, который прикручивается (или припаивается) к «косичкам». Длина противовесов должна быть 2,7 м. На концах противовесов закрепляются изоляторы, которые прикрепляются к проволочным или капроновым оттяжкам. Конец освобожденного от оплетки участка кабеля за полиэтиленовый изолятор прикрепляется к капроновому шнуру так, чтобы он не оторвался порывами ветра. Противовесы разводятся в стороны равномерно по кругу, оттяжки закрепляются на крыше (например, привязываются к кирпичам). Постарайтесь длину оттяжек подобрать так, чтобы между проводом противовеса и вертикалью был угол около 45°. Места соединений и место выхода кабеля из оплетки тщательно герметизируют пластилином, чтобы под оплетку не попала вода.
Эта антенна по своим характеристикам полностью соответствует классической антенне GP длиной l/4. Такую антенну очень удобно устанавливать в полевых условиях между двумя деревьями, нужно только заранее заготовить кабель и противовесы с оттяжками, а в качестве изоляторов на концах противовесов сгодятся даже короткие сухие палочки (см. рис. 10.9), т. к. на частоте 27 МГц это неплохой изолятор.
