Широкодиапазонные антенные решетки для допплера Роанока
Джо Моэлл КООВ
http://www.homingin.com/newdopant.html
Первоначально опубликовано в журнале 73, июнь 1995 г.
Допплеровские установки являются «излюбленным оружием» мобильных охотников за «Т» во многих частях страны. Они указывают направление входящих сигналов УКВ на круглом кольце светодиодов или на цифровом дисплее. Доплеровский набор обновляет пеленги почти мгновенно, поэтому можно отслеживать даже короткие всплески несущей.
Доплеровскую установку можно быстро выполнить практически на любом транспортном средстве. Он имеет гораздо более низкий профиль, чем установка RDF yagi или quad. Многоэлементная антенна в сборе заменяет вашу мобильную штыревую антенну. Блок управления извлекает информацию о направлении из тона, который набор антенн добавляет к аудиовыходу вашего трансивера или сканера VHF-FM.
Отличные коммерческие допплеровские модели доступны за несколько сотен долларов, но вы можете создать свою собственную за небольшую стоимость. Самый популярный сегодня самодельный доплер был создан Чаком Таварисом N4FQ из Роанока, штат Вирджиния. Tom Curlee WB6UZZ и я внесли улучшения и задокументировали дизайн. Мы назвали его Roanoke Doppler в честь охотничьих угодий N4FQ.
Полные планы для Roanoke Doppler находятся в «Охоте за передатчиком --- Упрощенный радиопеленгатор» Моэлла и Керли. В одной главе этой книги подробно обсуждается теория RDF с использованием принципа Доплера и дается гораздо больше информации о методах, преимуществах и недостатках, чем позволяет место здесь.
Roanoke Doppler был построен сотнями радиолюбителей в самых разных формах (см. фотографии 1 и 2 ниже). Несколько независимых поставщиков сделали печатные платы и комплекты для элементов управления и дисплея. Они не связаны с авторами или издателями книги, поэтому обращайтесь к ним напрямую за информацией об их продуктах.
Фото 1. Эта демонстрационная коробка Roanoke Doppler была построена Джерри Бойдом WB8WFK из Альбукерке, Нью-Мексико. Обратите внимание на 10-оборотный потенциометр и большой циферблат для контроля калибровки. Это позволяет ему регистрировать настройки для каждого диапазона. (Фото WB8WFK
Фото 2. Схемы доплеровского дисплея Роанока разработаны для простой сборки в домашних условиях. Билл Брайлс WOOQC из Дерби, штат Канзас, построил его на перфорированной макетной плате. Травленные печатные платы также доступны из нескольких источников. (Фото WOOQC)
Новый коммутатор Роанока
Конструкция доплеровской антенны Роанока, описанная в книге (см. Фото 3 ниже), хорошо работает с сильными двухметровыми сигналами. Я использовал его более чем в сотне охот на трофеев. Но у него есть возможности для улучшения. Требование точных полуволн коаксиального кабеля ограничивает массив узким частотным диапазоном (обычно 5%). Кроме того, читатели, которые пытались масштабировать массив для более высоких частот (таких как 70-сантиметровый диапазон), получили неутешительные результаты.
Фото 3. Доплеровская антенная решетка Роанока, описанная в TRANSMITTER HUNTING, имеет четыре четвертьволновых штыря на металлической пластине размером 20 X 20 дюймов с 8 радиальными элементами, обеспечивающими плоскость заземления под каждым штырем.
В 1994 году я разработал усовершенствованную систему коммутации для допплера Роанока и пригласил нескольких охотников за Т, чтобы построить и протестировать ее. В новой конструкции (схема на рис. 1 ниже) используются последовательные PIN-диоды на каждом конце коаксиальных линий, ведущих к четырем штырям. Это означает, что коаксиальные кабели могут быть любой разумной длины, если четыре длины равны. Длина коаксиального кабеля больше не ограничивает пропускную способность массива, поэтому можно использовать один массив для покрытия десятков мегагерц, ограничиваясь только расстоянием между массивами и значениями катушек индуктивности и конденсаторов в коммутаторе
.
(Почему важно иметь диоды на каждом конце каждого коаксиального кабеля? Смотри Homing In за апрель 1995 г., в котором подробно объясняется важность контроля импеданса в точке питания отключенных штырей и согласования импеданса в общей точке.)
Рис. 1. Принципиальная схема нового широкополосного коммутатора для доплеровского метода Роанока. Символ P-в-треугольнике обозначает соединение с заземляющим листом цельной версии. Для версии с магнитным креплением точки P-in-a-треугольника на концах штыревых коаксиалов соединены с магнитами, но остаются изолированными от кузова автомобиля. Значения компонентов даны для массива с центром в два метра. Все конденсаторы, кроме С26, ёмкостью 680 пикофарад. R101-R104 - 220 Ом. Данные для D101-D108 и L101-L105 см. в тексте.
В новом доплеровском антенном переключателе Roanoke PIN-диоды получают больший ток во включенном состоянии (7,5 мА), что снижает потери. Диоды имеют обратное смещение в выключенном состоянии, чтобы обеспечить лучшую изоляцию. Новый переключатель делает допплер Роанок заметно более чувствительным. Он дает пеленг для слабых сигналов, которые были бы замаскированы коммутационным шумом с оригинальной антенной.
Нетрудно модернизировать ваш нынешний двухметровый доплеровский коммутатор Roanoke для использования новой схемы. Большинство существующих дросселей и конденсаторов остаются незатронутыми. Просто удалите половину каждой двухсекционной коаксиальной линии RG-174, поставьте последовательные PIN-диоды в конце каждой оставшейся линии, добавьте резисторы в основаниях антенн, затем установите L105 и C109. Обратите внимание, что линии RG-174 к каждому штырю припаяны к плоскости с обоих концов, а вот экран коаксиала к приемнику соединяется с плоскостью через С109.
Замена шунтирующих ВЧ-диодов на последовательные требует незначительных изменений в блоке управления. Пятый провод в кабеле управления становится источником положительного напряжения вместо обратного соединения. D13, D14, C26 и R38 устанавливают потенциал на плоскости противовеса и радиале на два падения диода ниже +5 В (приблизительно +3,5 В) вместо потенциала земли постоянного тока транспортного средства. Если вы изготовили антенный блок, как описано в книге, используя плакированный медью лист на деревянном основании с присосками, чтобы изолировать его от автомобиля, постоянный ток на листе не проблема.
Удалите резисторы привода 680 Ом (R24-R27) в блоке управления, заменив их перемычками. Они больше не нужны, так как эту функцию выполняют R101-R104 в антенном блоке. Если ваш блок управления имеет часть с суффиксом A в U5 (например, CD4049A или MC14049A), замените ее частью с суффиксом B, чтобы получить адекватный текущий привод.
Я использовал PIN-диоды Motorola MPN3401 на D101-D108. Они доступны по почте (см . страницу Hardware Sources ). Другие подходящие заменители PIN-диодов также перечислены на этой странице. Использование обычных коммутационных диодов не рекомендуется. ( Причины см. на странице часто задаваемых вопросов .)
Миниатюрные (с резистором в четверть ватта) ВЧ-дроссели обычно имеют железные сердечники. Распределенная емкость этих дросселей дает им собственные резонансные частоты в диапазоне 75 МГц. Это ниже двух метров, поэтому эти дроссели могут работать там как конденсаторы вместо катушек индуктивности. Дроссели с цветным сердечником имеют собственные резонансные частоты около 200 МГц, поэтому обязательно используйте их в коммутаторе вместо дросселей с железным сердечником. Для L101-L105 я рекомендую JW Miller #4602 (1,0 мкГн) или #4604 (1,5 мкГн). Эти дроссели размером примерно с 1-ваттный резистор.
Вы можете сделать свои собственные дроссели на 1 мкГн из полистироловых стержней длиной один дюйм и диаметром 3/16 дюйма. Намотайте 24 витка эмалированного провода AWG 26 на стержень в один слой на небольшом расстоянии друг от друга. Прикрепив провод клейкой лентой, слегка покройте обмотку Q-Dope, жидким полистирольным покрытием производства GC Electronics. Лучше всего использовать это вещество на открытом воздухе, чтобы в комнате не было дыма. После затвердевания покрытия снимите эмаль с концов проводов и установите дроссель.
Если вы будете осторожны, вы можете сделать дроссели с воздушным сердечником без каркаса. Намотайте витки на хвостовик 3/16-дюймового сверла, прижмите концы намотанной катушки и нанесите немного Q-dope. Когда покрытие высохнет, аккуратно сдвиньте дроссель с сверла и установите его. Покрытие установленного дросселя большим количеством Q-dope предотвратит его отслоение из-за ударов и вибрации на дороге. (Подсказка: готовые катушки хрупкие до нанесения второго покрытия. Легче снять эмаль с концов проволоки перед намоткой, а не после. Для изготовления катушки из 24 витков требуется 19,5 дюймов проволоки.)
Работа на диапазонах выше двух метров
Теоретически радиус вращения доплеровской решетки с несколькими штырями (расстояние вдоль плоскости земли от центра антенны до любого основания штырей) должен быть меньше четверти длины волны в свободном пространстве на принимаемой частоте. Это означает, что диаграмма направленности квадратной решетки с четырьмя антеннами не должна быть больше 0,35 длины волны на стороне. Мои эксперименты и эксперименты других показали, что оптимальным является расстояние около 0,22 длины волны на стороне.
Более близкое расстояние увеличивает взаимную связь между штырями, что, в свою очередь, увеличивает нежелательные эффекты направленности амплитуды. Кроме того, он обеспечивает меньшую девиацию доплеровского тона в приемнике, ухудшая отношение сигнал/шум. Более широкий интервал увеличивает доплеровское отклонение тона, что может быть вредным для некоторых приемников, в зависимости от характеристик их фильтра ПЧ.
Массив с длиной волны 0,22 хорошо работает в диапазоне частот +/-20%. 18-дюймовый массив, подобный тому, что описан в книге, покрывает диапазон частот от 121 до 174 МГц. Точность показаний за пределами этого диапазона неприемлема. Чувствительность максимальна вблизи резонансной частоты четвертьволновых вертикальных штырей.
Добровольцы гражданского воздушного патруля, вспомогательные члены береговой охраны и другие лица, заинтересованные в поисково-спасательных операциях, могут использовать этот массив в диапазоне частот 120 МГц для самолетов и диапазоне 160 МГц для морских судов. Имейте в виду, что доплеровская обработка работает только с FM-приемниками. Сканер или морская установка принимает узкополосный ЧМ диапазон от 138 до 174 МГц, но большинство сканеров и всех приемопередатчиков имеют только АМ-детекторы в авиационном диапазоне 120 МГц. Они не будут работать с доплеровским набором RDF. Вместо этого вы должны использовать приемник с выбираемым узкополосным FM-режимом для авиационного диапазона.
Значения индуктивности и конденсатора в коммутаторе не столь критичны, как длина и расстояние между штырями, если эти компоненты имеют собственные резонансные частоты вблизи верхней границы рабочего диапазона массива. В таблице 1 ниже приведены размеры антенных решеток и значения компонентов для доплеровских антенн, сосредоточенных в трех диапазонах УВЧ/ОВЧ. Для цельных массивов на металлической пластине длина угловых радиалов, отходящих от основания штыря, должна равняться длине штыря. Данные по виткам для катушек индуктивности даны для однослойных близкорасположенных дросселей на неметаллических формах диаметром 3/16 дюйма, намотанных эмалированным проводом AWG 26.
Таблица 1. Данные массива и компонентов для нового доплеровского
переключателя Roanoke для трех популярных диапазонов.
Версия Mag Mount
Некоторые коммерческие доплеровские наборы имеют отдельные основания штырей с магнитным креплением вместо цельного массива. Коаксиальные кабели от каждого штыря идут внутри транспортного средства к коммутатору, расположенному либо в центре массива, либо в блоке управления/отображения. Один набор оснований для штырьов можно использовать в очень широком диапазоне частот, разместив их на крыше автомобиля на расстоянии, соответствующем частоте охоты.
Требование точных двойных четвертьволновых коаксиальных кабелей между коммутатором и штырями сделало невозможным это со старым доплеровским коммутатором Роанока. Длина коаксиального кабеля не имеет решающего значения для нового коммутатора (при условии, что они имеют одинаковую длину). Таким образом, набор антенн с магнитным креплением является практичным.
Я построил прототип из недорогих штырей Citizens Band, которые продаются на местной стоянке для грузовиков (см. Фото 4 ниже). Благодаря большому основанию их легко модифицировать. Держатель щтырей имеет крепление с установочным винтом, что упрощает замену штырей на ленты.
Фото 4. Доплеровские зонды с магнитным креплением можно быстро
разместить на любом транспортном средстве с верхом из черного
металла и перемещать для охвата широкого диапазона частот.
На фото 5 ниже показаны модификации крепления CB. Я снял штырь и удерживающую гайку, затем осторожно разрезал нижнюю фольгу, чтобы снять пластиковую крышку основания. Помимо покрытия магнита для предотвращения царапин на краске, фольга обеспечивает важную емкостную связь ВЧ с заземляющим слоем (корпусом автомобиля) . В состоянии поставки фольга изолирована от магнита и коаксиального экрана тонкой бумагой. Это важно, поскольку в новом коммутаторе экран коаксиального кабеля не заземлен по постоянному току.
Фото 5. Слева внутри основания 11-метровой антенны Barjan до модификации.
Обратите внимание на белую изоляционную бумагу между магнитом и нижней фольгой.
Справа основание антенны, модифицированное для использования в доплеровском
режиме. Сделав снимок, я добавил изоленту, чтобы предотвратить короткое замыкание
катода PIN-диода на вывод резистора.
После разматывания 11-метровой нагрузочной катушки и удаления согласующего конденсатора остается достаточно места для подключения PIN-диода и токоограничительного резистора. Чтобы свести к минимуму потери, я укоротил 17-футовые коаксиальные линии. Помните, что для точного пеленга длина всех четырех линий должна быть абсолютно одинаковой.
Обрежьте каждый вертикальный элемент до одной четверти длины волны, рассчитанной по стандартной формуле L = 2808/F, где L — длина элемента в дюймах, а F — частота в МГц. Для основания антенны на Фото 5 выше точкой питания излучающего элемента является катодный вывод PIN-диода. Принимая во внимание длину основания штыря и глубину отверстия в держателе, штырь CB диаметром 3/32 дюйма, который я использовал, пришлось обрезать до 16,9 дюйма, чтобы получить эффективный 19,25-дюймовый четвертьволновой элемент для 146 МГц. Оставшиеся прутья разрезаю на плети для лент 125 и 70 см. Вы также можете использовать сварочный стержень диаметром 3/32 дюйма (из нержавеющей стали или бронзы), чтобы сделать штыри.
Я установил коммутатор на заднюю панель блока дисплея в алюминиевом корпусе размером 6x4x3 дюйма (модель LMB CR-643), как описано в книге (см. фото 6 ниже). Компоненты расположены на квадрате перфорированной доски размером 2-1/2 дюйма, покрытой медью с внутренней стороны. Антенны CB поставлялись с разъемами PL-259, поэтому я установил четыре разъема SO-239. Для UHF может быть лучше перейти на фитинги BNC для минимальных потерь.
Фото 6. Новый переключатель доплеровской антенны Roanoke от KOOV, установленный
на задней панели коробки дисплея. Две платы дисплея и их разъемы еще не установлены.
Короткий отрезок коаксиального кабеля RG-58 (не показан) соединяет общую точку
коммутатора с проходным адаптером BNC для подключения к УКВ-приемнику.
Я использовал инструмент Dremel Moto-tool (TM) в качестве фрезера, чтобы изолировать центр платы, где крепятся четыре коаксиальных фитинга с одним отверстием. Эта часть платы плавает при +3,7 В постоянного тока, поэтому будьте осторожны, чтобы предотвратить короткое замыкание коаксиальных разъемов на коробку. «Инструмент для выкусывания» — это простой способ сделать двухдюймовое квадратное отверстие в задней панели, чтобы очистить эти разъемы.
Квадратный кусок необработанной перфорированной платы размером 1-1/2 дюйма надевается на центральные контакты коаксиальных разъемов. На этой плате установлены четыре конденсатора (C101-C104), четыре PIN-диода (D101-D104) и четыре ВЧ-дросселя. C105-C108 подключаются между этой платой и изолированным обратным проводом на плате с медным покрытием. Провода всех этих компонентов должны быть как можно короче, а длина пути через D101-D104 и C101-C104 от общей точки до центрального проводника каждого SO-239 одинакова. Обратите внимание на симметрию макета на фото 6 выше.
Фото 7. Переключатель магнитных антенн может располагаться рядом с антенной решеткой,
а не в блоке индикации. N6QAB построил его в алюминиевом корпусе. Соблюдайте осторожность,
чтобы не закоротить ВЧ-возврат +3,5 В постоянного тока. (Фото N6QAB)
Последние мысли
Убедитесь, что ваш массив "вращается" в правильном направлении и в правильной последовательности. Я пронумеровал штыри от 1 до 4, двигаясь по часовой стрелке (если смотреть сверху на машину), начиная с левого переднего (НЧ). Чтобы свести к минимуму вероятность ошибки при установке, я пометил основания штыря, коаксиальные вилки и розетки с помощью обозначений местоположения (LF, RF, RR, LR) вместо цифр.
Оптимальное расстояние между четырьмя сторонами решетки определяется формулой D = 2630/F, где D — расстояние между соседними антеннами в дюймах, а F — частота приема в МГц. Это расстояние не имеет решающего значения, но будьте осторожны, чтобы расположить штыри идеально квадратной формы на крыше и выровнять стороны массива параллельно сторонам автомобиля.
Утомительно устанавливать магнитные штыри, используя только линейку или рулетку. Я сделал отдельные картонные шаблоны для оптимального разноса 146, 223 и 440 МГц. Вырезы в углах шаблона соответствуют основаниям штырей. Установка выполняется быстро, а смещение шаблонов исключается. Как только штыри на месте, я удаляю шаблон, чтобы на него не попал дождь или его не сдуло. Кевин Келли N6QAB пошел еще дальше и отметил верхнюю часть своего автомобиля местами расположения штырей (см. Фото 8 ниже).
Фото 8. (Фото N6QAB)
При смене диапазона проверьте точность азимута вашей установки, используя известный источник сигнала, прежде чем отправляться на поиски неизвестного излучателя. В моем случае перенастройка калибровочного контроля не потребовалась, когда длина штыря находится в пределах 20% от резонанса. С другой стороны, использование двухметровых штырей на частоте 224 МГц дает погрешность пеленга около 90 градусов. Наличие других УКВ-антенн на вашем автомобиле может вызвать ошибку пеленга на некоторых диапазонах.
Стационарные доплеровские УКВ-антенны обычно используют вертикальные диполи вместо четвертьволновых штыревых антенн. Диполи обеспечивают лучшую производительность RDF, поскольку устраняется межштыревая связь через заземляющий слой. Вертикальные диполи редко можно увидеть на мобильных пеленгаторах, потому что такая решетка в два раза выше и намного «заметнее», чем штыревая решетка. Тем не менее, Vincent Fiscus KB7ADL построил 4-дипольный двухметровый массив для своего мобильного пелегнгатора (фотографии ниже), используя этот широкодиапазонный коммутатор, и он говорит, что он отлично работает.
Фото 9. Винсент Фискус KB7ADL построил свою двухметровую доплеровскую антенну Роанока,
используя диполи вместо четвертьволновых штырей. Он сообщает, что характеристики слабого сигнала
и многолучевого распространения лучше. (Фото KB7ADL)
Эта антенная система подходит для других доплеровских комплектов с жестким переключением, включая Agrelo DFjr , который больше не продается. Я регулярно использую его с MicroFinder от AHHA! Solutions, которого также больше нет на рынке. Важно отметить, что штыревые контакты включаются при установке на соответствующую логическую линию НИЗКОГО уровня. Соответствующая команда настройки антенны MicroFinder V2.0:
asw 4 l
Обратите внимание, что последним символом команды является буква «l» для LOW, а не цифра. Я получил +5В от контакта 5 разъема антенны Microfinder DB-9 (всегда ВЫСОКИЙ в режиме 4 антенн) для питания диодов в источнике +3,7В.
Точно так же эта антенная система должна хорошо работать с Montreal Doppler II от VE2EMM. (Выберите вариант антенны «4-».)
Я не пробовал, но эта антенная система должна стать хорошей заменой антенному набору Dick Smith модели K-6345. Четыре логических сигнала от IC6 поступают на четыре логические линии антенны. Поскольку в наборе Дика Смита эти линии колеблются как в положительном, так и в отрицательном направлении, питание +3,7 В не требуется. Просто подключите вход 3,7 В (контакт 5 разъема на схеме выше) к заземлению цепи на блоке управления. Вам понадобится 5-жильный кабель к антенному блоку вместо 4-х проводного, как в оригинальном наборе Дика Смита.
Эта антенная система не подходит для использования с доплеровскими датчиками с «мягкой коммутацией», производимыми Doppler Systems of Arizona.
Если вы создадите эту антенную систему, отправьте электронное письмо по адресу k0ov@homingin.com , сообщив мне, какой у вас доплеровский дисплей и как этот набор антенн работает для вас.
© 1996 и 2008 Джозеф Д. Мёлль. Все права защищены.
Back to the Homing In home page
Эта страница обновлена ??18 апреля 2008 г.