Пеленгатор с антенной решеткой

Пеленгатор с антенной решеткой
KA7OE
http://www.ka7oei.com/emm2a_ant.html

Комментарий: хотя описания, приведенные на этой странице, конкретно относятся к применению с допплеровским устройством VE2EMM II, в целом они могут применяться и к другим устройствам. Обратите внимание, что это не официальная страница Жака — см. заявление об отказе от ответственности ниже.

Возможно, самой важной частью массива пеленгаторов является сама антенна. Для системы, в которой используется антенна с «электрическим вращением», например, «доплеровский пеленгатор», это, безусловно, важно. Вот несколько моментов, о которых следует помнить при проектировании/сооружении такой антенной решетки:

Минимизируйте коммутационные потери. Обычно PIN-диоды используются для «жесткого переключения» антенн. PIN-диоды специально оптимизированы для обеспечения минимальных потерь и IMD (искажений), когда они «включены», и максимальной изоляции (потери), когда они «выключены». Хотя можно использовать диоды «переключающего» типа (например, 1N914/1N4148), на самом деле они работают довольно плохо (с точки зрения потерь и искажений) по сравнению с хорошим PIN-диодом. Как оказалось, абсолютная «выключенная» изоляция PIN-диода несколько менее важна, поскольку сигнал от антенны, которая в данный момент «включена», в значительной степени заглушит любую утечку.

Все антенны в решетке, кроме выбранной в данный момент, должны быть «невидимыми». В некоторых более ранних конструкциях систем неиспользуемые антенны были «закорочены» для увеличения изоляции сигнала, то есть для предотвращения проникновения радиочастот через те антенны, которые не используются в данный момент. Однако возникла проблема, заключающаяся в том, что неиспользуемые антенны выглядели как паразитные элементы, то есть как отражатели или направляющие. Вместо того, чтобы быть массивом, в котором в любой момент времени выбиралась одна всенаправленная антенна, массив представлял собой многолепесткового монстра — совсем не всенаправленного. Этот эффект может значительно исказить и запутать показания. Обойти это можно, поставив PIN-диод прямо на входе антенны, или просто используя нечетныекратные 1/2 длины волны (например, 1/2, 3/2, 5/2) коаксиального кабеля между PIN-переключателем и антенной решеткой для поддержания высокого импеданса в выключенном состоянии.

Установленная на автомобиле пеленгационная антенная решетка. Этот массив находится на пластине, прикрепленной к багажнику автомобиля.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

Для антенн, описанных здесь, предполагалась работа только на 2 метра: если условия требуют добавления возможностей других диапазонов, они будут добавлены по мере необходимости.

Кроме того, для упрощения конструкции системы коммутации имеют только один PIN-диод в антенном переключателе: используются кратные 1/2 длины волны, чтобы антенна выглядела «отключенной», когда она не выбрана. Во всех случаях важно, чтобы длина всех коаксиальных кабелей (между антенной и коммутатором) была одинаковой.

Установленная на транспортном средстве антенная решетка:

Целями автомобильной антенны были:

Относительно быстрая установка и удаление.

Возможность «убирать» кнуты и элементы плоскости земли, чтобы минимизировать профиль и видимость.

Прикрепите к существующим конструкциям на крыше автомобиля.

Хорошая производительность.

Крупный план радиальной опоры и одного из четырех хлыстов в рабочем положении.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

В случае с этой антенной решеткой автомобиль, к которому ее нужно было прикрепить, имел регулируемую багажную полку. Боковые стержни стойки были просто отрегулированы так, чтобы пластина располагалась по центру верхней части автомобиля, а пластина удерживалась на месте ремнями с липучками (также известными как «липучки» (тм)) .

Пластина, на которой построен массив, представляет собой квадрат со стороной 24 дюйма, окрашенный в темный цвет, чтобы несколько слиться с автомобилем, а соединители переборки BNC (для штырей) расположены в квадрате со стороной 18 дюймов по центру пластины. Чтобы обеспечить увеличенную эффективную площадь заземляющего слоя, по краям пластины было добавлено в общей сложности восемь 19-дюймовых радиальных элементов.

Разъемы BNC не идеальны для длительного воздействия погодных условий, поскольку они по своей природе не являются водонепроницаемыми, но, поскольку эта антенна предназначалась для периодического использования, было решено, что их применения будет достаточно. Если позднее потребуется соединитель другого типа, его можно легко установить.

Обратите внимание, что на транспортном средстве также можно было бы установить массив дипольных антенн, и они, вероятно, будут работать немного лучше с точки зрения характеристик слабого сигнала и точности пеленга, чем массив вертикальных антенн. Их использование, конечно, усложнило бы механическую компоновку, и уж точно они менее "незаметны", чем четыре маленькие вертикалки на крыше автомобиля...

Штыревые антенны - вариант 1:

Четыре штыря были изготовлены из выпрямленной проволоки Copperweld (TM) 14 калибра, обрезанной на 1/4 длины волны в центре 2-метрового диапазона. Элементы были припаяны к центральному контакту обжимного разъема BNC (который был просверлен, чтобы соответствовать диаметру провода), а затем элементы были закреплены внутри разъема с помощью сначала прозрачной «быстросохнущей» эпоксидной смолы, а затем покрыт слоем быстросохнущей эпоксидной смолы серого цвета. (Примечание: потери металлического наполнителя в серой эпоксидной смоле в данном случае незначительны.)Хотя это трудно увидеть на картинке, нижние три дюйма хлыста параллельны другим куском проволоки (который к нему припаян) для придания дополнительной жесткости. Начало этой параллельной секции находится чуть выше того места, где заканчивается наконечник разъема BNC, и залито эпоксидной смолой.

В идеале следовало бы использовать хлысты из нержавеющей стали, но на момент строительства не удалось найти четыре подходящих (и одинаковых) куска. Если используется нержавеющая сталь, обратите внимание, что для пайки обычно требуется специальный флюс на кислотной основе (доступен во многих хозяйственных магазинах). На конце этих хлыстов был аккуратно добавлен красивый, большой, округлый «капли припоя», чтобы предотвратить накопление статического электричества от ветра и затупить конец хлыста, чтобы уменьшить опасность для глаз.

Штыревые антенны - версия 2:

После нескольких лет использования штыревых антенн Copperweld (tm) я приобрел несколько штыревых антенн из нержавеющей стали, все идентичные, которые я использовал для штырей, и многие из тех же методов были использованы для установки этих штырей в разъемы BNC. Как и прежде, использовались обжимные соединители коаксиального кабеля типа RG-59. На этот раз, вместо того, чтобы высверливать центральный контакт разъема RG-59 для размещения проводника штыря, я использовал короткий кусок медной проволоки, один конец которой был припаян к центральному контакту, чтобы соединить центральный штырь с штырем из нержавеющей стали.

Одна из трудностей, связанных с использованием нержавеющей стали, заключается в том, что ее пайка может быть затруднена. Для этого существует ряд специальных флюсов на кислотной основе, которые травят поверхность нержавеющей стали и делают ее пригодной для пайки. Как правило, это жидкие флюсы, и нужно просто «смачивать» припаиваемую поверхность, ждать, пока кислота подействует, а затем, используя очень горячий утюг, пропаивать соединение бессвинцовым сантехническим припоем без флюса. Иногда может быть трудно найти жидкий флюс, специально предназначенный для пайки нержавеющей стали (и он также хорошо работает с обычной сталью), и я заметил, что флюсы на водной основе, используемые для сантехники, часто работают так же хорошо, как и простой соляной раствор (соляная кислота). ) кислота.

Хотя можно использовать обычный электрический припой с флюсом, мне кажется, что канифольный флюс может мешать течению самого припоя. Кроме того, типичный бессвинцовый припой, используемый для сантехники, на самом деле намного прочнее стандартного припоя 60/40 на основе олова/свинца. При пайке я просто использую стандартный терморегулируемый паяльник, нагретый до максимальной температуры (около 800 градусов по Фаренгейту), и с помощью жала, очищенного от обычного припоя и флюса, выполняю соединение, не забывая повторно смачивать, очищать и снова смочите наконечник «обычным» припоем после того, как я закончу.

После того, как хлыст припаян к центральному штифту, он аккуратно «защелкивается» на место. Как правило, я считаю, что лучше частично вставить центральный штифт в разъем, а затем с помощью тонкой пары остроконечных плоскогубцев потянуть за центральный штифт, пока он не «защелкнется» на месте: это позволяет избежать необходимости нажимать на штифт. на место с помощью штыря и проволочной перемычки - процесс, который иногда может «перегнуть» этот короткий кусок проволочной перемычки или, что еще хуже, сломать его либо на центральном контакте, либо в месте пайки.

После того, как центральный штырь был установлен, важно аккуратно отцентрировать штырь внутри наконечника, убедившись (с помощью омметра), что штырь не касается корпуса разъема и не замыкает его на землю. Как только это будет сделано, можно затем заполнить пространство эпоксидной смолой, чтобы обеспечить механическую прочность и жесткость. Опыт показал, что «наполненная» эпоксидная смола в этом случае обычно превосходит «прозрачную» эпоксидную смолу, поскольку она гораздо лучше выдерживает воздействие тепла, холода, напряжений и вибрации, с которыми приходится сталкиваться. Хотя это правда, что эти «заполненные» эпоксидные смолы имеют гораздо большие потери на ВЧ, чем прозрачные типы, потери здесь минимальны, но все же, вероятно, хотелось бы избежать передачи через них 50 Вт.

Детали крепежного оборудования радиалов. Обратите внимание на два отверстия в материале печатной платы. При использовании или хранении эти отверстия вместе с винтом № 8 (на левом краю изображения) предотвращают вращение радиала на ветру.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

Заземляющие радиалы:

Как упоминалось ранее, были добавлены заземляющие радиальные поверхности, чтобы увеличить эффективную площадь заземляющей плоскости пластины. Несмотря на то, что эта пластина находится в относительно непосредственной близости от (металлической) верхней части транспортного средства, желательно сделать плоскость заземления как можно большей, чтобы обеспечить однородную плоскость у основания антенн.

Показанные заземляющие радиалы изготовлены из выпрямленной проволоки Copperweld (TM) 8-го калибра. В этом случае, когда желательны 19-дюймовые радиалы, 36-дюймовый кусок был согнут в букву «L» на полпути, а затем припаян к 2,5-дюймовому квадратному куску материала печатной платы из стеклоэпоксидной смолы. Затем к «проволочной» стороне печатной платы была припаяна латунная шайба 5/16 дюйма, как показано на рисунке), и было просверлено отверстие для установки болта 5/16 дюйма, а к этой стороне была припаяна еще одна латунная шайба. , совмещенный с отверстием.

Отверстие 5/16 дюйма было просверлено рядом с углом пластины заземления антенны, и болт из нержавеющей стали 5/16 дюйма (длиной 1-1/4 дюйма) был установлен с помощью разрезных стопорных шайб и контргайки. Затем был помещен материал печатной платы. над болтом, затем разрезной шайбой и шайбой крыла, и вся сборка была закреплена с помощью латунной барашковой гайки.Примечание : латунная барашковая гайка использовалась вместо нержавеющей, чтобы избежать возможного истирания оборудования.

Поскольку ожидается, что этот массив будет использоваться на скоростях шоссе, потребовалось некоторое дополнительное оборудование, чтобы предотвратить ослабление и «поворот» наземных радиальных элементов, поэтому были добавлены «стопорные штифты»:

Радиальный узел был повернут так, чтобы он находился в «рабочем» положении, и в углу материала печатной платы было просверлено отверстие (рядом с изгибом радиала, как показано в нижней левой части изображения) и до алюминиевой пластины антенны. Затем был установлен винт №8 из нержавеющей стали длиной 1 дюйм (вместе со стопорными шайбами) с использованием резьбового фиксатора (например, синего Lock-Tite [tm]). отверстие было просверлено, чтобы обеспечить «укладочное» положение.

Как и в случае с хлыстами, на концах этих радиалов были аккуратно помещены большие «капли» припоя, чтобы свести к минимуму накопление статического электричества и (что более важно) защитить глаза прохожих. Кроме того, конец должен быть покрыт силиконом или резиной, чтобы обеспечить дополнительную защиту глаз и предотвратить появление царапин на краске автомобиля при прикосновении или трении о нее. Одна из возможностей состоит в том, чтобы использовать резиновый «погружной инструмент» для покрытия концов стержней.

Крупный план радиального крепления со стопорным штифтом в правом нижнем углу материала печатной платы.
Обратите внимание, что оборудование было помечено, чтобы помочь определить номер антенны — полезная функция как при повторной сборке, так и при подключении кабелей.
Радиальная антенна показана в «складном» положении, с двумя элементами «внутрь».
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

Когда массив устанавливается или убирается, нужно просто ослабить барашковые гайки, повернуть радиальные элементы в нужное положение и снова затянуть барашковые гайки. С помощью пассатижей верхняя одна или две резьбы болта 5/16" были преднамеренно слегка "повреждены", чтобы барашковая гайка никогда не отвинчивалась и не падала: она просто остановится, когда доберется до поврежденной резьбы. - и предотвратить потерю оборудования.

Настоятельно рекомендуется по мере сверления деталей маркировать их (предпочтительно штампом и/или электрическим гравером), чтобы определить, куда следует поместить оборудование. Это полезно не только при подключении коаксиальных кабелей, но и потому, что оборудование, скорее всего, подойдет только к тому месту, где оно было просверлено (если только оно не было измерено и просверлено очень точно), это помогает при окончательной сборке.

Использование массива:

Прежде чем разъемы и другое оборудование будут установлены на пластину, было бы неплохо покрасить пластину в цвет, который несколько соответствует цвету вашего автомобиля. Кроме того, было бы неплохо пометить пластину, чтобы определить верх и низ, переднюю и заднюю часть, а также пронумеровать (последовательно) разъемы антенны с 1 по 4. Это можно сделать с помощью металлического штампа, электрического гравер или любое другое перманентное средство, которое вы придумаете. Если для маркировки пластины используется металлический штамп, вотрите немного краски контрастного цвета в штамп, а затем осторожно сотрите его, оставив этот цвет внутри штампа, чтобы его было хорошо видно.

Как упоминалось ранее, этот массив удерживается на месте между двумя полками для багажа, отрегулированными на расстояние, немного меньшее, чем размер пластины, с помощью ремней на липучке (TM), которые используются для крепления кабелей. Для размещения этих ремней в алюминиевой пластине рядом с передним и задним краями были прорезаны прорези: ремни оборачиваются вокруг перекладины багажной полки и проходят через прорезь, обеспечивая очень надежное и легко удаляемое крепление.

Если в вашем автомобиле нет багажника или перекладин сверху, можно прикрепить резиновые ножки к нижней части пластины и удерживать ее ремнями или эластичными шнурами почти так же, как грузовой контейнер на крыше автомобиля. Все, что необходимо, это предусмотреть достаточно места для подключения и расчистки коаксиальных кабелей в нижней части пластины.

После подключения к системе пеленгации необходимо выполнить обычную калибровку, проверяя правильность подключения и вращения антенн.

Блок коммутации мобильной антенны
Задача блока коммутации антенн состоит в том, чтобы выбрать только одну из четырех антенн в решетке и подключить ее к приемнику, что в данном случае выполняется с помощью PIN-диодов MPN3404. Эти диоды относительно недороги, имеют довольно низкие потери, хорошую изоляцию и выполнены в корпусе ТО-92 (транзисторном). Хотя они идеально подходят для работы на расстоянии 2 метра и ниже, они не могут быть идеальным выбором для 70 см, где другие устройства (в корпусах для поверхностного монтажа и т. д.) могут лучше подходить.

Внешний вид (сверху) и два внутренних вида блока коммутации антенн. Добавленная плата драйвера находится слева на центральном изображении.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

ПРИМЕЧАНИЕ О ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ:

Вытравленная печатная плата, показанная на рисунке, была получена от схем FAR и представляет собой «плату переключателя антенны Роаноаке». Обратите внимание, что эта плата продается с платой Roanoake Doppler DF и Montreal Doppler II и не указана сама по себе — вам придется спросить о ее наличии, если вы хотите только эту плату.

Как упоминалось ранее, блок VE2EMM может управлять PIN-диодами напрямую, но мне было неудобно представлять контакт ввода-вывода микропроцессора PIC напрямую внешнему миру, и я решил «изолировать» его с помощью резистора 1 кОм. Добавление этого резистора обеспечивает защиту от коротких замыканий, статических разрядов и радиопомех, но делает необходимым использование других схем для управления переключателями на PIN-диодах.

Драйвер '1488 - стандартная версия:

В этом случае я изначально использовал стандартный биполярный линейный драйвер '1488 RS-232: эти микросхемы дешевы, легкодоступны, имеют биполярный выход (т.е. могут выводить как положительное, так и отрицательное напряжение) и просты в использовании. Что касается отрицательного источника питания, то часть отрицательного напряжения от микросхемы драйвера RS-232 на плате EMM была откачана (через резистор 220 Ом) и отфильтрована конденсатором 220 мкФ. Под нагрузкой это подает от 3 до 4 вольт на '1488 - но этого более чем достаточно, чтобы подать отрицательное напряжение на PIN-диод, чтобы убедиться, что он "выключен". (Обратите внимание, что в листе данных для MPN3404 показано, что обратное смещение 1,5 вольта приведет к тому, что емкость устройства составит чуть менее 1,5 пф, упав примерно до 1,25 пф при 20 вольт.

Драйвер '1488 - версия CMOS:

Если возможно, рекомендуется использовать КМОП-версии '1488: Меньший ток покоя КМОП-устройства («14C88») позволит выводить более отрицательное напряжение. После использования переключателя некоторое время я заменил биполярную версию 1488 на версию CMOS и провел некоторые испытания: «простой ванильный» 1488 подает около 3 вольт (отрицательный) на PIN-диоды в выключенном состоянии, и он нагружает Напряжение питания упало примерно до 4,8 вольт, в то время как версия CMOS практически не нагружала напряжение питания и выдавала почти 9 вольт на PIN-диодах. Положительный источник питания — это просто +12 вольт, используемых для питания устройства. С практической точки зрения, я не заметил никакой разницы в производительности между ними: единственная реальная разница — это величина нагрузки V-снабжения.

Детали цепи:

На схеме показано, как подключена плата. Выход PIC направляется на несколько простых инверторов, состоящих из транзисторов NPN (возможно, это не обязательно, но дешево и легко сделать ...), и используются подтягивающие резисторы, встроенные в '1488. Выходы '1488 проходят через несколько радиочастотных дросселей, к PIN-диоду и обратному постоянному току, состоящему из резистора 1,5 кОм на землю. ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: КМОП-версия 1488 не имеет внутренних подтягивающих резисторов, поэтому необходимо использовать внешние подтягивающие резисторы (10 кОм) , как указано на схеме!

ВЧ блокирующий дроссель состоит примерно из 24-25 витков (охватывающих большую часть корпуса резистора, значение около 1,2 мкГн) эмалированного провода #30, намотанного на резистор из углеродного композита с высоким омическим сопротивлением 1/2 Вт (100 кОм или выше - У меня было несколько резисторов 150k 1/2 10% и 20% в моем ящике для резисторов) - и витки удерживались на месте каплей цианоакрилатного моментального клея. Фактическое напряжение, приложенное к PIN-диоду, приводит к потоку 5-6 миллиампер через PIN-диод, что достаточно для смещения его до эффективного сопротивления «включено» менее одного Ома в соответствии с техническими данными.

При такой конфигурации коммутатора напряжение фактически появляется на самой антенне, поэтому важно, чтобы между антенной и землей не было реальной непрерывности постоянного тока. Если предполагается использование антенны с возвратом постоянного тока, можно добавить конденсатор для блокировки этого напряжения. На практике драйвер '1488 сам по себе ограничивает ток до значения, которое может выдержать PIN-диод, поэтому опасность повреждения диода или схемы драйвера в условиях короткого замыкания на постоянном токе невелика.

Вся коммутационная схема заключена в небольшой литой алюминиевый корпус или алюминиевый минибокс, а платы установлены с помощью металлических стоек. По возможности следует использовать цельнометаллический корпус. Если цельнометаллическую коробку найти невозможно, закрепите разъемы на небольшой металлической пластине (металлической крышке, если она идет в комплекте с коробкой, или собственном куске металла или материала печатной платы, вырезанном до нужного размера и формы). коаксиального кабеля RG-174, подключите саму плату к антенным разъемам BNC: важно, чтобы каждый из четырех проводов к коммутируемым антеннам был одинаковой длины, и чтобы их длины учитывались при подключении четырех коаксиальных кабелей к антенным разъемам.

Схема встроенного антенного коммутатора. (Чертеж пересмотрен 12/04)

Для простоты использования 9-контактный разъем «D» использовался для подачи питания и сигналов переключения на блок переключателей антенны. По завершении следует соответствующим образом пометить все разъемы и отметить поле правильной конфигурацией контроллера пеленгации: Если он построен так, как показано на схеме, следует выбрать «4+» (то есть 4 антенны, положительное переключение. ) Моя нумерация разъемов антенны привела к необходимости использовать вращение антенной решетки против часовой стрелки (CCW). Наконец, я припаял дополнительный PIN-диод к заземляющей пластине (не показан), чтобы иметь дополнительный запас, если потребуется замена в полевых условиях.

Примечание. Предлагаемые диоды относятся к типу MPN3404. Обратите внимание, однако, что эти диоды имеют более высокую емкость, чем некоторые более новые, меньшие и более современные устройства, и что будет предложено альтернативное устройство, если ожидается использование на расстоянии 70 см или выше, поскольку более высокая емкость может нарушить изоляцию в выключенном состоянии (и таким образом, производительность) несколько - хотя MPN3404, как сообщается, работает нормально. Извините, но у меня нет конкретной рекомендации для другого диода, но если я соберу версию на 70 см, я опубликую подробности здесь.

Тестирование:

Модуль EMM позволяет довольно легко тестировать антенную решетку. В меню ТЕСТ можно выбрать одну конкретную антенну для активации - и легко убедиться, что эта антенна активирована по напряжению, появляющемуся на самой штыревой антенне. Это не только подтверждает наличие и работу PIN-диода, но и позволяет идентифицировать конкретную антенну. Когда антенна не выбрана, вы должны увидеть ноль вольт: если видно отрицательное напряжение (более нескольких милливольт), то PIN-диод, вероятно, закорочен. (Типичная изоляция «в выключенном состоянии» составляет порядка 20–25 дБ на 2 м для одиночного последовательного PIN-диода. Если антенны не выбраны, эта изоляция может быть ниже.)

«Почему я не вижу падения на 20-30 дБ, когда я выбираю «НЕТ» в тесте антенны?»
При тестировании антенной решетки со всеми 4 антеннами вы могли бы подумать, что при мониторинге эфирного сигнала вы увидите падение на 20-30 дБ при переключении с любой антенны на «НЕТ», но это может быть не так. Почему?

Когда выбрана одна антенна (то есть, если антенна подключена к этому порту), импеданс в общей точке (где все PIN-диоды собираются вместе, а затем идут к приемнику) составляет около 50 Ом, как и у антенны. .

Однако, если вы выберете настройку «НЕТ», у вас будет разомкнутая цепь НЕ 50 Ом, и принимаемый сигнал будет сигналом утечки через диоды. Если нет нагрузки 50 Ом, чтобы «заглушить» утечку, затухание «в выключенном состоянии» может показаться ниже, чем оно есть на самом деле.

Правильный способ проверки изоляции состоит в том , чтобы выбрать антенну № 1 (например) и подключить к ее разъему нагрузку 50 Ом, таким образом имитируя подключение по крайней мере одной антенны к приемнику: таким образом, «общая точка» будет теперь должно быть 50 Ом, а не какой-то нечетный (вероятно, высокий) импеданс. Затем вы должны подать тестовый сигнал на один или несколько других разъемов антенны для измерения изоляции. При использовании одного MPN3404 в качестве переключающего диода, как показано на схеме, изоляция «OFF» будет составлять 20–25 дБ — более чем достаточно для такой системы на основе FM, как эта.

Примечание. В переключателе, изображенном на схеме, больший ток будет протекать через PIN-диод, если будет подключена резистивная нагрузка постоянного тока 50 Ом, но это не должно влиять на измерения.

Еще один метод проверки работы антенны с помощью функции TEST – настроиться на постоянный источник сигнала. При выборе NONE сигнал должен быть слабее, но мощность сигнала при выборе антенн 1-4 должна быть одинаковой. Это и, возможно, подключение/отключение антенных кабелей может помочь идентифицировать антенные кабели и возможные проблемы. Обратите внимание, что многие FM-приемники (особенно портативные радиостанции) будут «привязывать» свой S-метр даже к слабым сигналам, поэтому, если дальнейшее отклонение S-метра невозможно на уже привязанном измерителе, вам, возможно, придется добавить некоторое затухание между распределительную коробку и приемник, чтобы «отвязать» показания. Также обратите внимание, что если вы тестируете сигнал, который является чрезвычайно «многолучевым», вы можете фактически наблюдать разные уровни сигнала на разных антеннах:

Оперативные подсказки:

Как упоминалось ранее, в то время как мобильный обычно калибрует массив так, чтобы «север» (ноль градусов) находился прямо перед транспортным средством. Хотя лучше всего проводить калибровку по сигналу, находящемуся на значительном расстоянии, и от источника, который находится в открытом пространстве (то есть передатчика прямой видимости на вершине горы или очень высокой башни), можно также «обойтись» с другим человеком, стоящим перед транспортным средством (на довольно большом расстоянии) с помощью HT на малой мощности (осторожно, мультиплата! - делайте это только на очень большой незагроможденной стоянке или открытой площадке) - или с кем-то на некотором расстоянии впереди вас, когда вы едете по прямой незагроможденной сельской дороге.

Также следует убедиться, что вращение антенны (по часовой стрелке или против часовой стрелки) установлено правильно. Это можно сделать, сначала установив «север» как прямое движение, а затем повернув машину вправо, чтобы увидеть, что сигнал отклоняется на «запад», а затем повернув машину влево, чтобы увидеть, что она поворачивает на «восток». ." Если сигнал действует наоборот, попробуйте изменить направление. Если кажется, что направление меняется случайным образом, убедитесь, что все четыре антенны работают, подключены в правильном порядке и что вы на самом деле не находитесь в области, где отслеживаемый сигнал не является многолучевым.

В рамках нормальной работы время от времени следует перепроверять калибровку. Также рекомендуется время от времени поворачивать круг на 360 градусов на парковке и проверять полное вращение подшипника - хотя бы для «проверки работоспособности». Наконец, если вы «преследуете» цель (кролика или «злодея»), было бы неплохо при первой же возможности снова проверить калибровку, отметив наблюдаемое смещение в ваших записанных наблюдениях, чтобы предыдущие (и, возможно, последующие) показания могут быть скорректированы соответствующим образом позднее.

Рекомендуется иметь при себе несколько дополнительных PIN-диодов. Время от времени я необъяснимым образом нахожу перегоревший диод на коммутаторе: я понятия не имею, почему это может произойти, но если это произойдет , ваша деятельность по DF внезапно закончится. Я припаял несколько дополнительных PIN-диодов к заземляющей пластине мобильного коммутатора (я сделал снимок, прежде чем добавлять их...), так что они будут удобны, если мне нужно будет произвести замену в полевых условиях. Поскольку оба вывода каждого диода припаяны к земле, они полностью защищены от повреждений.

Наконец, если вы используете трансивер для чтения пеленгации, убедитесь, что вы отключили передачу. У некоторых радиостанций есть средства специально отключить передачу, в то время как для других может потребоваться просто отключить микрофон. PIN-диоды, скорее всего, смогут работать с малой мощностью на HT в течение короткого периода времени, но они, конечно, не будут любезны к всплеску мощности в 50 Вт или около того от мобильной установки!

Антенна, установленная на базе

Четырехдипольная антенная решетка - до окончательной доработки.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

Если у вас есть пеленгаторная система, которую можно возить в машине, скорее всего, большую часть времени она просто лежит в шкафу или на полке и ничего не делает. Вообще говоря, мобильная антенная решетка плохо подходит для стационарных приложений по одной или нескольким из следующих причин:

Часто мобильная антенная решетка не защищена от атмосферных воздействий в той мере, в какой это необходимо для непрерывного воздействия на открытом воздухе. На транспортном средстве он может выдержать случайный дождь/снег, но разъемы/антенны/оборудование могут не выдержать длительного УФ-излучения, погодных условий и экстремальных температур.

Большую пластину или даже массив магнитных креплений может быть неудобно устанавливать на видном месте. Если кто-то это сделает, может быть неудобно извлекать его, когда он нужен для мобильной работы.

Если система пеленгации устанавливается в фиксированном месте, желательно свести к минимуму источники ошибок: обычно это означает, что при проектировании, построении и установке массива требуется немного больше внимания.

Я решил, что хочу иметь дома достойную пеленгаторную антенную решетку, поэтому приступил к ее созданию: при размещении антенны в фиксированном месте можно сделать несколько вещей, которые невозможно сделать для мобильной установки, например как использовать массив из 4 дипольных антенн:

Использование полуволновых диполей вместо вертикальных антенн. 1/2-волновому диполю не нужна плоскость заземления, и он имеет немного большую «апертуру», чем вертикальная антенна, чтобы иметь возможность перехватывать сигналы.

Если используется наземная плоскость, ее необходимо поднять достаточно высоко, чтобы преодолеть близлежащие препятствия. Это может быть очень неудобно делать, тогда как поднять диполи довольно легко.

Во многих местах на поверхности земли может скапливаться снег. Наличие дипольной решетки (и, следовательно, отсутствие заземления) легко позволяет избежать этой проблемы.

Еще один вид на антенную решетку. (Элементы на самом деле не согнуты - это широкоугольный объектив...)
Части конструкции из ПВХ окрашены в серый цвет для защиты от ультрафиолета.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

Построение массива:

При построении дипольной решетки необходимо помнить о нескольких вещах:

Антенны должны быть расположены в идеальном квадрате, который составляет менее 1/4 длины волны (обычно 0,22 длины волны) на стороне - и это расстояние необходимо поддерживать, когда конструкция движется на ветру.

Несущая конструкция должна быть по возможности неметаллической или содержать как можно меньше металла.

Он должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать ожидаемые ветровые нагрузки и погодные условия, а также длительное воздействие непогоды.

Массив в том виде, в котором он был построен, был построен из неметаллических электрических кабелепроводов из АБС-пластика диаметром 1-1/4 дюйма, насколько это было возможно, с использованием фитингов из ПВХ, где их аналоги из АБС-пластика были недоступны. Одним из первых препятствий, которые необходимо было преодолеть, был тот факт, что что «четырехсторонний плюс один разветвитель», который должен быть размещен в центре конструкции, был недоступен. Я думал о том, чтобы вырезать/приклеить четырехсторонний разветвитель, чтобы добавить дополнительное соединение, но быстро отклонил его, потому что, вероятно, это было бы конструктивно очень слабый.
Вместо этого я разработал схему, показанную на рисунке, с использованием большого количества колен и Т-образных соединителей, чтобы обеспечить поддержку четырехстороннего диполя и вертикальную поддержку. При построении такой структуры лучше всего «сухую подгонку» всех частей друг к другу, убедившись, что диполи будут расположены в идеальном квадрате соответствующего размера , прежде чем склеивать партию.

Сами диполи изготовлены из медной водопроводной трубы диаметром 1/2 дюйма. Дальний конец каждой трубы заглушен, а «внутренние» концы диполя (куда подключается коаксиальный кабель) припаяны к резьбовым втулкам, которые ввинчиваются в резьбовые "тройники" на концах опорных труб. К резьбовой втулке припаяна небольшая косичка из проволоки №12, длина косичек должна быть такой, чтобы они почти сходились в центре тройника . 1/2-дюймовый диполь следует измерять от начала до конца (включая колпачки и «косичку») после того, как он ввинчен в тройник. Эта длина должна составлять около 38-1/2 дюйма или около того для работы на 2 м. Обратите внимание, что точная длина не особенно важна, так как эти диполи довольно широкополосны.Важно то, что всечетыре из них должны быть максимально идентичны друг другу! (Примечание: в нижней крышке диполя необходимо просверлить небольшое дренажное отверстие диаметром 1/16 дюйма, чтобы предотвратить скопление влаги.)

После того, как втулки были ввинчены в тройник, коаксиальный кабель был припаян к пигтейлу №12 через открытый конец тройника, и диполь был отмечен, чтобы определить, какой элемент заземлен, а какой подключен к центру коаксиального кабеля. коаксиал проверен на целостность. После этой проверки коаксиальное соединение внутри тройника было залито прозрачным силиконовым герметиком, чтобы предотвратить попадание влаги и обеспечить дополнительную механическую прочность. Помните, что как только тройник с диполями приклеен на место (убедившись, что все диполи ориентированы одинаково — заземленной стороной вверх — или вниз — для всех четырех), антенну действительно нельзя будет легко разобрать и отремонтировать — так что это правильно с первого раза!

Контроллер коммутации антенной решетки - в основании мачты. Это также показывает, где кабели выходят из мачты. Несмотря на то, что разъемы BNC используются для 4 антенн, они не подвергались воздействию погодных условий при установке, как показано на рисунке.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

Одним из самых сложных аспектов строительства является протягивание коаксиального кабеля через колена/тройники, составляющие опорную конструкцию, и вокруг них. Это было сделано , когда трубы и тройники были собраны с помощью небольшой веревки (или веревки) через трубу. Если этого не сделать во время сборки, нужно быть очень умным, чтобы выяснить, как провести кабели вокруг изгибов и через тройники, как требуется, или можно привязать леску к болту и наклонить сборку, чтобы получить болт, чтобы провалиться через отверстия и скользить по трубам. После того, как все собрано, можно использовать веревки / веревки, чтобы протянуть коаксиальный кабель. Примечание: для этого лучше всего использовать небольшой коаксиальный кабель, такой как RG-58, и убедиться, что коаксиальные трассы максимально симметричны.

После того, как антенная опора была полностью собрана, белые участки из ПВХ были окрашены серой краской. Это было сделано не только для того, чтобы соответствовать цвету трубы из АБС, но и для защиты ПВХ от воздействия УФ-излучения.

Вертикальная часть мачты массива имеет длину около 3 футов, в качестве точки есть еще один тройник, за которым следуют еще два фута мачты. Как показано на рисунке, есть еще один прямой угол (указанный вниз), образующий «навес», через который выходят кабели, а корпус с антенными переключателями монтируется ниже этой точки.

Как и в мобильной решетке, на самих антеннах нет PIN-диодов: если бы это было сделано, было бы разумно сделать эту антенну легко ремонтируемой, чтобы можно было легко заменить PIN-диоды на дипольном элементе. Поскольку он построен, вероятно, придется распилить массив, чтобы добраться до соединений диполя. При отсутствии PIN-диодов на диполях обязательно, чтобы длина коаксиального кабеля была не только точно равной, но и чтобы электрически она была кратной половине длины волны, но при этом была настолько короткой, насколько это практически возможно.

Массив пеленгатора, установленный на крыше. Он находится в эксплуатации с лета 2003 года и выдержал несколько ветров со скоростью более 70 миль в час.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

Монтаж:

При первоначальной установке центр массива находился всего в 4 футах над (металлической) крышей. Хотя массив, казалось, работал нормально, точность азимута была всего в пределах 10-15 градусов или около того, при этом величина ошибки варьировалась в зависимости от направления. Чтобы исправить это, массив был поднят еще на 6 футов с помощью куска оцинкованного трубопровода диаметром 1-1/2 дюйма, поместив центр массива примерно на 10 футов над крышей — или более чем на одну длину волны. поднятие массива должно было повысить точность до уровня лучше +-5 градусов для тех мест, которые находились в пределах прямой видимости массива, а также улучшить характеристики слабого сигнала.

Поскольку у моего дома металлическая крыша, и я не хотел пробивать в ней дыры, я решил использовать балластное крепление, подобное тому, которое используется для установки небольших спутниковых антенн. Как следует из названия, это металлический каркас, скрепленный весом – в данном случае цементными блоками. Маты используются для защиты кровли от повреждений блоками и металлическим каркасом, а крепление было модифицировано для обеспечения вертикальной (вертикальной) опоры на скатной крыше.

С момента установки в середине 2003 года я не проводил обслуживания антенны, и массив несколько раз подвергался ветру со скоростью 70+ миль в час (> 110 км/ч) и не получил никаких повреждений, несмотря на то, что качался на ветру немного больше, чем я. мне нравится. В какой-то момент я могу вставить дюбель из твердой древесины внутрь мачты из АБС, чтобы обеспечить повышенную прочность и жесткость.

Внутренняя часть контроллера переключения антенн. Слева направо: схема управления диодом, переключатель PIN-диода и предварительный усилитель.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

Блок коммутации "базовой" антенны:

Блок коммутации «базовой» антенны во многом похож на используемый мобильный:

Для выбора каждой антенны используется только один PIN-диод.

Для соединения каждой антенны используется несколько коаксиальных кабелей с длиной волны 1/2 для поддержания высокого импеданса, когда одна конкретная антенна «отключена».

Однако было несколько конструктивных отличий:

Блок управления должен был выдерживать длительное воздействие на открытом воздухе.

Я не хотел подавать минус на контроллер антенны.

Для компенсации потерь в коаксиальном кабеле был добавлен предусилитель. От крыши дома до ресивера может пройти довольно большой пробег.

Первый пункт — подходящий уличный корпус — был достаточно прост. У меня оказался алюминиевый корпус для наружной установки на мачте, в котором раньше находился понижающий преобразователь MDS-TV (2 ГГц с оплатой за просмотр). Эта коробка (видна на фотографиях выше), уже проведшая несколько лет на открытом воздухе, была выпотрошена (без признаков попадания воды на исходную схему) и работа была начата.
Схема возбуждения довольно проста: LM324 используется в качестве компаратора/драйвера, получая входные сигналы возбуждения от блока EMM, преобразовывая уровни напряжения и управляя PIN-диодами. (Зеленый светодиод использовался для обеспечения опорного напряжения 2,1 В для компаратора.)

Примечание . LM324 был выбран не только потому, что он был дешевым и доступным, но и потому, что его выход может колебаться в пределах 0,1 В или около того от отрицательной (или заземленной) шины. Если вы замените другой операционный усилитель, убедитесь, что он тоже может колебаться очень близко к отрицательной шине, или, еще лучше, к обеим шинам! Усилитель, подобный TL084, не подходит для этого приложения.

Поскольку отрицательный источник питания не использовался и поскольку необходимо подать отрицательное напряжение на PIN-диод, чтобы надежно перевести его в «выключенное» состояние и уменьшить его емкость, на PIN-диоде использовалась «плавающая земля». как и в мобильной антенной системе, возврат постоянного тока к антенне «заземляется» через резистор 1,5 кОм. В этом случае, однако, этот резистор 1,5 кОм не привязан к земле постоянного тока, а зашунтирован на ВЧ, подключен к «возвратной» линии всех других PIN-диодов и смещен примерно на 1,9 вольт с помощью красного светодиода. При включении любого из PIN-диодов протекающий ток заряжает обходные конденсаторы (плюс электролитический) на «общей» линии до напряжения светодиода. Однако, когда PIN-диод выключен, LM324 поднимает напряжение почти до нуля вольт, таким образом обеспечивая "

Узел переключателя PIN-диода крупным планом. Разъемы BNC монтируются через основание корпуса и через печатную плату, а PIN-диоды «встречаются» посередине. ВЧ-дроссели намотаны проводом №30 на резисторе из углеродного композита с высоким омическим сопротивлением.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

Выход переключателя PIN-диода подается на простой предусилитель JFET с заземленным затвором, в котором используется MPF102. В этом предусилителе нет ничего особенного: его усиление довольно низкое - всего около 12 дБ или около того. MPF102 не является устройством с очень низким уровнем шума, его коэффициент шума обычно находится в диапазоне 3-4 дБ на расстоянии 2 метра. Его единственная цель в жизни — обеспечить небольшую полосовую фильтрацию (благодаря входным и выходным цепям на усилителе) и (что наиболее важно) компенсировать потери в коаксиальном кабеле между блоком антенного переключателя и приемником. Одна приятная особенность предварительного усилителя MPF102 заключается в том, что он довольно прочный: он уже выдержал несколько случайных «ключей» с 10-ваттным передатчиком без повреждений. (Наличие 50 футов RG-58 между передатчиком и предусилителем и связанные с ним потери также помогают предотвратить повреждение...) Вместо этого можно использовать транзистор с меньшим уровнем шума, такой как J310 или U310, но улучшения не будет. в производительности во время вращения (переключение антенны) - хотя характеристики слабого сигнала могут немного улучшиться, когда вращение остановлено и выбрана «тестовая» антенна

Нельзя ожидать, что этот (или любой другой) предусилитель значительно улучшит качество сигналов после прохождения через вращающуюся антенную решетку, поскольку действие PIN-диода (во время вращения антенны) само по себе имеет тенденцию создавать изрядное количество низкоуровневых шумов, сводя на нет необходимость очень малошумящего предусилителя, а также маскирования очень слабых сигналов. Также само собой разумеется, что размещение предусилителей перед переключением PIN-диода не является хорошей идеей, так как фаза ВЧ-сигнала будет зависеть от его настройки и сделает бесполезными любые показания, которые могут быть получены.

Предварительные версии схем уже доступны онлайн. Они были взяты из моих заметок, но не были перепроверены на готовом устройстве. Обратите внимание: есть несколько конкретных деталей, которые мне нужно заполнить (открыв блок на крыше и проверив) , в основном это касается нескольких конкретных значений резисторов, а также точных деталей, связанных с положениями отводов на входные/выходные катушки предусилителя - но в любом случае ни одна из этих деталей не является критически важной. Я считаю, что схема очень «близкая» и будет хорошо работать, если будет построена, как описано.

Схема драйвера переключателя . Здесь показана схема драйвера PIN-диода и некоторые дополнительные схемы. Обратите внимание, что схема компаратора операционного усилителя и PIN-диода продублирована, так что всего их четыре — по одной на каждую антенну (хотя нет причин, по которым нельзя было бы использовать 6 или 8, если антенная решетка была построен таким образом.)

Усилитель JFET — это простой усилитель «после коммутатора», который используется исключительно для компенсации потерь, возникающих в коаксиальном кабеле от антенной решетки. Как уже упоминалось, он не имеет очень высокого коэффициента усиления или выдающихся характеристик с точки зрения коэффициента шума. Обратите внимание, что из-за настроенных входных и выходных каскадов он имеет ограниченную полосу пропускания. В то время как его АЧХ плоская в пределах 2-3 дБ на 2-метровом любительском диапазоне, его коэффициент усиления приближается к единице в середине диапазона 150 МГц.

Примечание: эта страница (и другие страницы на этом сайте) не являются «официальными» страницами VE2EMM. Эти страницы просто созданы, чтобы помочь тем, кто построил или может построить описанное оборудование.

Примечание. Ни автор, ни UARC официально не поддерживают каких-либо поставщиков, упомянутых выше. Уровень и удовлетворенность работой любой из вышеперечисленных схем во многом зависят от навыков и опыта оператора. Ваш пробег может отличаться.

У вас есть вопросы по этой или другим темам, связанным с DF? Иди сюда .

Вернуться на страницу KA7OEI ARDF .

Эта страница обновлена в 2010 г