Форма входа

Календарь новостей

«  Октябрь 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031




Среда, 18.10.2017, 19:44
Приветствую Вас Гость | RSS
Радионавигатор
Главная | Регистрация | Вход
Антенны


"Антенны для радиолюбителя, что мускулы для спортсмена тяжеловеса" - так говорил мой учитель Анатолий Николаевич Зуйков UW6DY (SK).
 
Действительно, от эффективности работы антенны в большей степени зависит дальность и стабильность радиосвязи. Никакие, даже самые мощные усилители или самые чуствительные приемники не позволят добиться стабильного положительного результата если на радиостанции применяется малоэффективная или просто не правильно расположенная в пространстве или не настроенная антенна.
 
Классификация антенн достаточно обширна.
 
Во первых антенны можно делить на резонансные и апериодические.
 
Резонансные антенны это антенны, геометрические размеры которых, подбираются кратными длинне излучаемой волны. Это делается с целью получить чисто активное волновое сопротивление антенны в точке подключения питающего фидера. При условии настройки антенны в резонанс реактивное сопротивление антенны (индуктивное или емкостное) равно нулю. Активное сопротивление антенны в радиолюбительских условиях стремятся приблизить к значениям 50...75 Ом. В этом случае для материала линии питания антенны удобно использовать коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом. Можно конечно использовать открытые линии передачи из двух проводников находящихся на определенном расстоянии друг от друга (можно изготовить двухпроводные линии с волновым сопротивлением 150... 600 Ом и более), но такие линии не практичны, они больше подвержены механическим повреждениям. Коаксиальные кабели значительно удобнее.
 
Апериодические антенны. Другое название - "антенны бегущей болны" (АБВ). Представляют собой открытую линию передачи нагруженную на активное сопротивление равное волновому. Излучение электромагнитных волн происходит за счет излучения полотна антенны на участке от точки питания антенны до активного нагрузочного сопротивления. КПД таких антенн как правило ниже резонансных антенн, но у них есть немаловажное преимущество - эффективность работы антенны в небольшой стапени зависит о геометрических размеров антенны. Конечно это не говорит о том, что антенну например для диапазона 80 м можно сделать длинной 5 м и эта антенна окажется эффективной. Но к примеру если нет места для сооружения полуволнового диполя на диапазон 40 м (его длинна должна быть около 20м), то можно для работы на этом диапазоне использовать апериадическую антенну T2FD длинной 10 м и такая антенна позволит проводить необходимые связи.
 
Во вторых антенны делятся на направленные и ненаправленные.
 
Ненаправленные антенны имеют практически круговую диаграмму направленности излучения в горизонтальной плоскости.
 
Направленные антенны имеют выраженный максимум усиления в одном из направлений диаграммы направленности. Ширина основного лепестка диаграммы может быть от 10...15° для узконаправленных антенн и до 40...90°.
Направленные антенны дают значительный выигрыш в усилении сигнала как на прием, так и на передачу. Помогают "отвернуться" от мешающей станции (направленные антенны в стационарных условиях делают вращаемыми).
 
Антенны для использования на маломерном судне.
 
Установка антенны на маломерном судне имеет ряд своих особенностей. В первую очередь это ограниченные размеры "площадки" для установки антенны. Длинна маломерного судна редко превышает 12...15 м, ширина 3...4 м. Конечно бывают исключения из правил, но здесь не о них. Высота подвеса тоже ограничена наличием имеющегося рангоута. Установленная антенна не должна создавать помех для функционирования стоячего и бегучего такелажа на парусном судне.
 
Полуволновый диполь.
 
Одна из самых простых и широко применяемых в практике антенн. Представляет собой проводник, расположенный горизонтально, длина которого равняется половине длинны волны излучаемого радиосигнала. Диполь запитывается в центре провода коаксиальной линией передачи с волновым сопротивлением 50..75 Ом.
 
Классический полуволновый диполь, показанный на рисунке, требует две точки подвеса. В условиях размещения на маломерном судне потребуется две мачты с расстоянием между ними не менее длины полотна диполя. Для диапазона 20 м - самого популярного диапазона для связи на большие расстояния, длина полотна диполя составит 10 м. Такую антенну можно позволить себе имея "под рукой" двухмачтовую 70-ти футовую парусную шхуну!
Выходом из положения может быть использование упрощенного варианта дипольной антенны, в радиолюбительской литературе имеющее название "inverted V" (перевернутое V). Такая антенна имеет одну точку подвеса. Плечи диполя опускаются вниз и имеют вид перевернутого V.
 Такую Антенну для диапазона 20 м возможно установить на парусной лодке с минимальными размерами - длина 6 м и высота мачты 3 м. Для проводки плеч диполя можно использовать изолированный форштаг и ахтерштаг (если таковые возможно использовать на лодке). Традиционный материал диполя - медный канатик в данном случае использовать нельзя из-за малой механической прочности меди. Лучше использовать стальной трос. Изолировать диполь от мачты и продолжения штага можно с помощью "орешковых" керамических изоляторов. Способ заделки изоляторов предотвращает самопроизвольную отдачу штага при механическом разрушении изолятора.
 
 
 
На рисунках ниже, приведены примеры возможного размещения антенны Inverted V на маломерном судне.
 
 
 
Первый из указанных вариантов, скорее всего, мало приемлем для парусного судна, так как антенна будет мешать работе парусов и такелажа. На моторной яхте расположение дипольной антенны подобным образом вполне возможно.
Второй из указанных вариантов размещения антенны более предпочтителен для парусного судна, хотя эффективность работы антенны несколько хуже из-за слишком малого угла "раскрыва" плеч диполя.
 
Еще один вариант размещения полуволнового диполя с одной точкой подвеса это "наклонный" диполь.
Вариант размещения такой антенны на маломерном судне показан на рисунке.
 
 
 
 
Зависимость параметров дипольных антенн от высоты подвеса, угла наклона, угла "раскрыва" антенны Inverted V.
 
В таблице указаны параметры антенн при различной высоте подвеса, угла наклона и "раскрыва" дипольных антенн и антенн Inverted V, расчитанных при помощи программы моделирования антенн MMANA.
 
Наименование
Высота подвеса, l
Усиление* Ga dBi
Угол максимального излучения, град.
Горизонтальный диполь
0,25
4,69
73
0,5
5,29
30
0,75
5,77
20
1
5,46
15
Наклонный диполь 30 град.
0,25
2,90
65
0,5
4,01
30
0,75
4,48
20
1
4,42
15
Наклонный диполь 45 град.
0,25
0,79
53
0,5
2,37
30
0,75
2,89
20
1
3,09
15
Наклонный диполь 60 град.
0,25
-0,27
22
0,5
0
20
0,75
1,02
30
1
1,62
24
Вертикальный диполь
0,25
-0,65
17
0,5
-1,67
11
0,75
1,14
38
1
2,31
29
Inverted V 60 град
0,25
1,04
90
0,5
2,13
35
0,75
3,15
22
1
2,83
16
Inverted V 90 град.
0,25
3,01
90
0,5
3,6
35
0,75
4,79
22
1
4,23
16
Inverted V 120 град.
0,25
4,28
90
0,5
4,65
33
0,75
5,73
21
1
5,2
16

 

* Ga усиление антенны по сравнению с изотропным излучателем.
 
Из данных приведенных в таблице можно сделать заключение, что условно минимально приемлемым вариантом дипольной антенны может быть например Inverted V с углом раскрыва 60 градусов и высотой подвеса 0.5l.  Параметры наклонных диполей несколько хуже и занимает такая антенна больше места (более-менее неплохие параметры в варианте "30 градусов").
Так же необходимо учитывать тот фактор, что изменение высоты подвеса антенны влияет на резонанс и входное сопротивление антенны.
 
Небольшое примечание:
 
в мае 2009 года я использовал для связи с парусной яхты антенну "наклонный диполь" на диапазон 30 м. Конец диполя поднимался на грото-фале на высоту около 15-ти метров. Второй конец диполя крепился к кормовому релингу. Угол наклона диполя составил примерно 50 - 60 градусов. КСВ антенны был в пределах нормы (антенна не подстраивалась после изготовления). С помощью антенного тюнера трансивера, КСВ был приведен к единице. Удались стабильные связи в протоколе Pactor с базовыми станциями системы WinLink, расположенными в Болгарии и Нидерландах (мы находились в Азовском море).
 
Для парусной яхты такая антенна крайне неудобна, так как для ее подъема необходим свободный фал. Работа в эфире была возможна только при убранном гроте. Поэтому в качестве постоянной антенны я бы предпочел четвертьволновый штырь, закрепленный на кормовых релингах лодки. Как временная или аварийная антенна наклонный диполь имеет право на существование, он прост в изготовлении и настройке.
 
Вертикальные антенны (штыревые).
 
Штыревая антенна представляет собой вертикальный проводник, длинной равной четверти длинны волны (l/4), находящийся непосредственно над проводящей поверхностью. Проводящей поверхностью может служить земля, токопроводящая водная поверхность, система противовесов. Так как электрические параметры земли и параметры устройства системы заземления питающего антенного фидера трудно прогнозировать, они могут меняться в зависимости от влажности почвы, времени года и т.п., в стационарных условиях, наибольшую популярность получила антенна Ground Plane - штыревая антенна с искуственными противовесами.
В условиях маломерного судна "под рукой" есть очень хороший проводник - вода. Морская вода - практически идеальная "земля" для штыревой антенны. Пресная вода тоже может дать не плохие результаты. В условиях моря четвертьволновый штырь имеет параметры: усиление - 4.46 dBi, угол максимального излучения около 10 градусов. Очень неплохо для проведения дальних связей. Штырь можно разместить на топе мачты, на релингах за пределами досягаемости горизонтального рангоута. Материалом для этой антенны может с успехом служить алюминиевая труба, пластиковая труба с металлизацией (на практике часто применяют пластикувую удочку с зафиксированным вдоль всей длинны медным проводником, в этом случае не нужен даже изолятор).
 
 
 
схема установки штыревой антенны на крыше, земле и т.п.
 
 
вариант установки штыря на кормовых релингах яхты (если материал корпуса - металл, то отдельная шина "заводнения" не требуется, достаточно заземлить на корпус яхты)
 
 
Пример конструкции крепления - изолятора штыревой антенны для крепления к релингу яхты.
 
Небольшие габариты в сочетании с неплохими параметрами, а так же простота установки вертикальной (штыревой) антенны, делает ее наиболее подходящей для размещения на маломерном судне. 
 
В дальнейшем, я постараюсь испытать на практике реализацию других типов антенн (например T2FD, DDRRA и т.п.) и опубликовать результаты на этом сайте. Думаю, это будет интересно.

Copyright Сергей Бессараб © 2017