Ромбические антенны УКВ и ДМВ диапазонов
Использование стационарной замкнутой ромбической антенны для приема в диапазоне УКВ позволяет избежать лишних расходов, так как чтобы ее сделать, достаточно иметь простую медную проволоку. Необходимо также нагрузочное сопротивление антенны. Для приемной антенны подойдет обычный безиндукционный резистор.
Замкнутая ромбическая УКВ антенна отличается достаточно широкой частотной полосой. Ее частотная характеристика простирается относительно расчетной на 40% в область высоких и на 30% в область низких частот.
Схема УКВ ромба, оптимизированного на частоту 185 МГц, показана на рис.7.3. Его частотная полоса составляет 130—260 МГц, что делает возможным прием в двухметровом диапазоне и покрывает весь телевизионный диапазон III. Если длина стороны ромба L=6λ, оптимальный угол раскрыва а составит 44°.
Рис 7.3. Ромбическая антенна для УКВ диапазона 130—260 МГцЗависимость оптимальных по свойствам излучения углов α и β от длины стороны ромба, выраженной в числе длин волны λ, приведена на рис.7.4. Усиление антенны с размерами, приведенными на рис.7.3, составляет 12 dBd на расчетной частоте. Благодаря наличию нагрузочного сопротивления ромб излучает только в одном направлении.
Рис. 7.4. Зависимость оптимальных углов α и β
ромбической антенны от длины стороны ромбаНагрузочным сопротивлением служит стандартный угольный резистор без нарезанной канавки проводящего слоя сопротивлением 650 Ом любой рассеиваемой мощности (величина сопротивления некритична).
Примечание.
К сожалению, в зависимости от частоты и нагрузочного сопротивления входной импеданс XX подобной ромбической антенны составляет от 450 до 600 Ом. Поэтому ее приходится питать через самодельную двухпроводную линию соответствующего волнового сопротивления. При прямом подключении стандартного плоского кабеля фидер и антенна оказываются рассогласованными.Самый разумный способ согласовать симметричный 240-омный кабель с ромбической антенной состоит в использовании промежуточного широкополосного трансформатора. Для обеспечения необходимой широкополосности здесь уместно применить ступенчатое трансформирование с помощью нескольких четвертьволновых трансформаторов.
Если входной импеданс ромба равен 600 Ом и нужно преобразовать его на 240 Ом, подойдет устройство четырехступенчатого преобразования (рис.7.5) со ступенями 600—480, 480—380, 380—302 и 302—240 Ом. Благодаря этому ширина полосы составит 4:1.
Рис. 7.5. Широкополосный согласующий трансформаторОтдельные секции Z1, Z2 и Z3 с различными волновыми сопротивлениями имеют длину по λ/4, приведенную к расчетной рабочей частоте антенны. В данном случае она составляет 185 МГц и соответствует длине волны 1,62 м, так что геометрическая длина каждой четвертьволновой секции равна 400 мм.
Отношения расстояний между проводниками к их диаметрам D/d, определяющие волновые сопротивления ступеней, приведены на рис.7.5. К концу Zs этой трансформирующей линии 240-омный кабель подключается с соблюдением требований по импедансу.
Подобные широкополосные трансформаторы рассчитываются на любые условия по импедансу и частоте, если могут быть реализованы необходимые волновые сопротивления. Чем больше ступеней у трансформатора, тем шире его полоса. Коэффициент трансформации r рассчитывается в зависимости от числа ступеней n по формуле:
где n — количество ступеней трансформации;
ZA — входное сопротивление антенны;
ZS - требуемое волновое сопротивление на конце трансформирующей линии.К примеру, на рис.7.5 получим:
Тогда волновые сопротивления для отдельных четвертьволновых отрезков рассчитываются следующим образом:
Z1 = Zs х r = 240 Ом x 1,26 = 302 Ом;
Z2 = Z1 x r = 302 Ом x 1,26 = 380 Ом;
Z3 = Z2 х r = 380 Ом х 1,26 = 480 Ом.При Z3 х r = 480 х 1,26 = 604 Ом на конце этой линии будет достигнут импеданс антенны величиной около 600 Ом.
Простая ромбическая антенна ДМВ диапазона (рис.7.6,а) характеризуется углом раскрыва α=50° и замкнута сопротивлением 470 Ом. Такое сопротивление, сравнительно низкое для ромбической антенны, выбрано, чтобы добиться предельно низкого входного сопротивления антенны величиной около 400 Ом. Это позволяет питать антенну через 300-омную симметричную линию при КСВ не выше 2 во всем частотном диапазоне антенны. Зависимость усиления антенны от принимаемой частоты показана на рис.7.6,б.
Рис. 7.6. Ромбическая ДМВ антенна для частот 400—800 МГц:
а — схема; б — частотная зависимость усиленияРомбические антенны могут устанавливаться в несколько этажей при межэтажном расстоянии 350 мм. Увеличив нагрузочные сопротивления до 600 Ом, на входе антенны получают симметричный импеданс величиной 240—300 Ом.
Любые замкнутые ромбы способны служить передающими антеннами, если их нагрузочные сопротивления выдерживают хотя бы половину высокочастотной мощности, поступающей с выхода передатчика.
Источник: Г.Миллер "Антенны.Практическое руководство."
Примечание от RA3TOX.
Для облегчения расчетов я разработал калькулятор:
К сожалению, данный тип антенн сейчас незаслужено забыт. На заре развития спутникового телевидения в 90-х годах радиолюбители часто использовали именно ромбические антенны, которые при их относительной простоте изготовления и приемлемыми для данного диапазона частот размерами, обладают достаточно высоким коэффициэнтом усиления и выдающимися направленными свойствами (статью о таком спутниковом приемнике можно найти на этом сайте). В 60-х годах прошлого столетия эти антенны часто использовались для сверхдальненго приема телевидения, о чем писалась в журнале "Радио".
Такая антенна особенно эффективна на частотах выше 1 ГГц, где реализуются все её возможности, которые трудно реализовать многоэлементными антеннами типа Yagi. Область применения ромбических антенн: - спутники, WiFi системы, поиск метеозондов в СВЧ диапазоне и т.п. Достаточная широкополосность антенны позволяет минимизировать затраты на её настройку, что позволяет обойтись без измерительной техники путём достаточно простого расчёта полотна антенны.
Следует заметить, что эти антенны достаточно эффективны и в КВ диапазоне (конечно, если у вас есть место для её размещения :-). В своё время, в институте, мы изучали эту антенну достаточно подробно именно для профессиональной КВ радиосвязи.
В данной статье приведены лишь основны построения этих антенн. Но она может быть ещё улучшена за счет размещения нескольких аналогичных полотен друг над другом. Так же есть статья К.П.Харченко о значительном улучшении характеристик ромбической антенны за счет взаимно-перпендикулярного размещения полотен антенны (журнал "Радио" №11 1979 г.)
Удачи и 73!
[ На главную] [ В раздел Антенны]
