Асимметричная турникетная антенна (АТА)
sgcderek
https://sgcderek.github.io/tools/ATA.html
Поскольку эта антенна еще не получила широкого распространения, возможно, что некоторые рекомендуемые конструктивные характеристики могут измениться в будущем.
Схема АТА
Калькулятор АТА
«Длина части» относится к длине каждой отдельной секции между ее внешним концом и центром, как показано на схеме выше. Не путать с длиной по всей длине антенны (это будут две части). Продолжайте читать дальше, чтобы получить подробную информацию о конструкции ATA.
Введение
Асимметричная турникетная антенна (ATA) для любительского спутникового приема основана на конструкции, представленной в «Скрещенных дипольных антеннах - обзор» Сон Суат Та, Икмо Парка и Ричарда В. Циолковски. На нем показана схема прототипа турникетной антенны LHCP 1,7 ГГц, в которой круговая поляризация достигается за счет изменения длины ветвей диполя. Подобные конструкции относительно распространены на более высоких микроволновых частотах, однако в моем собственном тесте увеличенный ATA оказался очень эффективным даже на частоте 137 МГц, используемой для приема метеорологических спутников.
Вдохновением для создания такой антенны послужил мой интерес найти тип антенны, который я мог бы смело рекомендовать людям, начинающим заниматься любительским спутниковым приемом, не создавая при этом серьезных проблем при строительстве. Например, обычным выбором антенн, рекомендуемых сообществом для приема метеорологических спутников на частоте 137 МГц, являются V-диполь, QFH, DCA или обычный турникет. V-диполь во всех отношениях является очень хорошей стартовой антенной, но его диаграмма направленности имеет тенденцию иметь нулевую диаграмму направленности с низким коэффициентом усиления и не обеспечивает круговой поляризации. Антенны QFH и DCA могут быть очень хорошими, но они во многом зависят от хорошей конструкции и фазировки, чего не всегда легко достичь с помощью ограниченных инструментов. Если не быть осторожным при их создании, конечным результатом может стать антенна, которая «работает достаточно хорошо», но ее создание потребует непропорционально большого количества усилий (а в некоторых случаях и денег). Обычная турникетная антенна имеет более простую конструкцию, чем QFH или DCA, но также требует правильного фазирования и схемы согласования импеданса.
ATA можно рассматривать как «гибрид» стандартного турникета и QFH; в нем используются две пары вибраторов различной длины, как в QFH, при этом конструкция остается простой, как у турникета (и, на мой взгляд, даже проще). По сложности конструкции я бы разместил АТА лишь немного выше V-диполя. Хотя для этого требуется больше материала, его конструкция очень проста и не требует формирования/изгиба точных кривых QFH или более сложной фазовой линии DCA.
Однако, учитывая все вышесказанное, я должен также упомянуть, что я не видел, чтобы подобные антенны широко использовались в любительском спутниковом приеме, за исключением высокочастотных микроволновых настроек. Хотя мой тест дал отличные результаты, даже сравнимые с профессиональной антенной QFH, я не могу гарантировать, что вы получите те же результаты, если решите создать свой собственный ATA, и, возможно, вам придется немного поэкспериментировать самостоятельно. Существует много непредсказуемых переменных, таких как влияние выбранных вами проводников или то, насколько ваша диаграмма направленности формируется землей в вашем местоположении (даже такие вещи, как состав земли и влажность, могут иметь влияние, особенно если антенна расположена не очень высоко). Хотя конечный результат, возможно, того стоит.
Изготовление
Конструкция АТА очень проста. Его можно разделить на три основные части; сам вибратор турникета, соответствующий шлейф (балун) и рефлектор. Ниже вы найдете краткое описание конструкции антенны, а выше вы уже видели аннотированную схему и калькулятор, который поможет быстро определить размеры АТА для заданной рабочей частоты.
Вибратор турникета состоит из четырех элементов в форме «+», два из которых немного короче, а два — чуть длиннее, чем 1/4 λ. Два длинных участка имеют длину 0,261 λ каждый, а короткие — 0,21 λ каждый. Четыре элемента соединены в две пары, каждая пара состоит из одного длинного и одного короткого элемента, вместе электрически образуя L-образную форму. Затем одна буква «L» замыкается на центральный проводник коаксиального кабеля, а другая — на экран. Важно прокладывать коаксиальный кабель прямо вниз и не допускать его поворота так, чтобы он стал параллельным турникету, по крайней мере, до тех пор, пока он не достигнет рефлектора, иначе он может взаимодействовать с турникетом, как если бы он был паразитный элемент и искажал его диаграмму направленности. Вибраторы турникета также наклонены вниз, чтобы расширить диаграмму направленности антенны и повысить ее усиление, когда принимаемый спутник находится на более низкой высоте.
Какая пара ("L") вибраторов подключена к центральному проводнику, а какая к экрану, определяет поляризацию вашего АТА. См. схему конструкции выше. В приведенном выше калькуляторе также используются измерения, полученные в исходной конструкции турникета на 1700 МГц, для расчета идеального диаметра проводника "ноги". Это не является критичным, но считайте это ориентиром при выборе проводника.
Соответствующий шлейф должен представлять собой что-то вроде прямого сплошного провода, идущего параллельно коаксиальному кабелю, непосредственно рядом с ним, длиной ровно 1/4 λ. Верхний конец этого проводника закорачивается на центральный контакт коаксиала (его можно закоротить на одну из ножек турникета, которые сами подключены к коаксиальному центру, в этом случае он должен находиться как можно ближе к центру турникета) . Нижний конец соответствующего шлейфа закорочен на экран коаксиала. В этой точке соединения удаляется небольшой кусок изоляции коаксиала, чтобы можно было припаять соответствующий шлейф к экрану. Будьте осторожны при пайке экрана, не перегревайте коаксиальный кабель, так как диэлектрический изолятор внутри может легко расплавиться, и вы рискуете получить короткое замыкание.
Отражатель представляет собой еще одну форму «+», на этот раз состоящий из четырех ветвей одинаковой длины с длиной волны 0,26. Это также может быть всего две ветви шириной 0,52 λ. Его также не обязательно подключать к коаксиальному экрану. Отражатель в сборе размещается на расстоянии примерно 0,375 λ ниже турникета.
Я бы рекомендовал начать с угла наклона ножек турникета вниз около 45 градусов, сохраняя при этом расстояние между турникетом и отражателем 0,375 λ. Если вы заметили, что ваш ATA принимает сильный сигнал, когда спутник находится над головой, но страдает от пропадания сигнала на более низкой высоте, это, вероятно, означает, что его луч слишком узкий. С другой стороны, если уровень сигнала низкий на протяжении всего прохода, луч вашего ATA может быть слишком широким (хотя в обоих случаях такие проблемы могут быть вызваны другими причинами). Вы также можете намеренно сузить луч вашего ATA — например, если есть много препятствий, блокирующих обзор более низких высот (таких как деревья, здания, холмы и т. д.), возможно, будет полезно сфокусировать больше выигрыш ATA выше.
Для расширения луча АТА угол поворота турникета можно уменьшить. Чтобы сделать луч уже, угол можно увеличить до 90°, после чего расстояние между отражателями можно уменьшить до 0,25 λ, если поворота турникета на 90° недостаточно. Если вы планируете настраивать угол турникета и расстояние между отражателями, возможно, будет полезно сконструировать ATA так, чтобы эти размеры можно было легко изменять.
Примеры антенн
Ниже приведены примеры фотографий построенных ATA, а также краткое описание каждого из них. Если вы сами создадите успешный ATA, не стесняйтесь публиковать его фотографию в Интернете и отмечать меня, я мог бы даже включить ее сюда, чтобы у нас было несколько примеров различных типов ATA и способов их создания.
На фото моя оригинальная ATA, построенная на частоту 1700 МГц с использованием RHC-поляризации. В качестве отражателя используется круглая металлическая плоскость (разрезанная банка), угол поворота турникета 90°, расстояние между отражателями 0,25wl. Вы можете увидеть соответствующий шлейф в виде черного провода, подключенного к одной из пар ножек турникета. Другой конец шлейфа припаян к рефлектору, который в данном случае был закорочен на экран коаксиала. В таком небольшом масштабе каждый L-элемент легко сделать из цельного куска изогнутой проволоки.
Эта антенна была протестирована на «всенаправленный» прием HRPT, но с ограниченным успехом (в качестве очень большого рефлектора использовалась старая антенна, что фактически делало антенну преимущественно направленной, хотя все равно это был хороший результат):
Мой второй вариант ATA, построенный на RHCP 137,5 МГц. Угол поворота (наклона) турникета составляет около 45˚, а расстояние между отражателями составляет стандартное 0,375wl. Для подключения к турникету используется дешевый телевизионный коаксиал сопротивлением 75 Ом, а соответствующий шлейф представляет собой четвертьволновой кусок тонкого сплошного латунного провода (на фото не виден). Эта антенна была протестирована с моей Winkler QFH для приема метеоспутников APT и получила следующий результат:
Мои антенны
[ На главную ] [ Антенны ]
