Настройка многоэлементных антенн «волновой канал»
При изготовлении УКВ антенн у радиолюбителей часто возникает вопрос как оценить эффективность той или иной антенны. В большинстве случев оценивается КСВ антенны и полоса пропускания. В современных условиях измерения чаще всего производятся с помощью доступного прибора NanoVNA, который выдает нам хорошие электрические параметры. Но он ничего не знает об эффективности и усилении антенны. Если вы действительно хотите знать, насколько эффективна ваша антенна, вам нужно провести хотя бы полевые испытания. Как это сделать и описано в данной статье.
Использование узкополосных антенн типа «волновой канал» требует или полного и точного их повторения, или дополнительной проверки и подгонки согласования и усиления. Есть несколько признаков правильной работы направленной антенны:
- Диаграмма направленности симметрична относительно механической оси и имеет слабо выраженные боковые лепестки (-10...-20 дб) и незначительное обратное излучение (-10...-20 дб);
- КСВ в линии питания меньше 2;
- Коэффициент усиления обеспечивается работой всех пассивных элементов.
Основательную проверку параметров новой антенны следует делать на открытом пространстве, так как измерения могут исказить отражения от разных объектов.
Антенну лучше испытывать в качестве приемной, установив её на расстоянии 10...15λ от отдельной передающей антенны (рис.1).
Рис.1. Снятие характеристики направленности антенны в горизонтальной плоскости
Высота обеих антенн должна быть не менее 2 м на диапазоне 432 Мгц и 3 м на 144 Мгц. Мощность передатчика должна быть не менее 3...5 Вт, так как начальное испытание антенн при малом количестве элементов становится затруднительным.
В качестве индикатора приемной антенны антенне можно применять кристаллический диод типа Д-2, ДК-И1 или типа ДГ-С2 с микроамперметром до 100-200 мкА.
Включение измерительной цепи показано на рис.2. Она не должна вносить расстройку в систему самого вибратора. Диод крепится кратчайшим путем, дроссели Др1 Др2 имеют диаметр 3 мм длина намотки 12 мм проводом ПЭШО 0,1.
Pис.2. Включение измерительного прибора.
При измерении следует помнить, что характеристика диода нелинейа, малые значения показаний прибора, например от 0 до 40 делений стоградусной шкалы, оказываются заниженными.
Обычно детекторы перед измерением градуируют. Примерная характеристика для кремниевого диода типа ДК показана на рис.3.
Pис.3
Лучшим решением является включение в вибратор чувствительной термопары и применение повышенной мощности передатчика, тогда показания будут давать прямой отсчет принятой мощности.
Для измерения диаграммы направленности антенну вращают плавно по азимуту и через каждые 5—10% делают отсчет α прибора.
Рис.4. Снятие диаграммы направленности.
Узкие диаграммы направленности удобнее строить в прямоугольных координатах (рис.4). По горизонтальной оси откладывают градусы вправо и влево от главного направления — 0°. По вертикали откладывают значения показаний прибора приемного вибратора. Вместо диаграммы в полярных координатах со сжатыми углами у центра мы получаем растянутую по углам (по горизонтали) кривую с отчетливо видными деталями, например боковыми излучениями или углами нулевого излучения между I и II и т.д.
Если у главного лепестка провести прямую ВС на высоте 0,707 от наибольшей высоты диаграммы, то значение В'С' по шкале углов даст ширину главного лепестка антенны Iн в градусах.
Надежным способом проверки длинных антенн является снятие полной диаграммы ее направленности и оценка по величине бокового излучения свойств антенны.
Если настройка директоров не изменилась в повторной конструкции, то число боковых лепестков будет не более двух-трех, а их величина в диаграмме не больше чем на 10—12 дб под уровнем главного лепестка диаграммы. Такая диаграмма показана на рис.5,а.
Рис. 5. Изменение горизонтальной характеристики направленности длинных антенн
«волновой канал» в зависимости от длины директоров
Случайные удлинения директоров за счет уменьшения диаметров, изменения крепления и т. д. вызывают понижение усиления в главном лепестке и увеличение его в боковых направлениях (рис.5,б). Значительная расстройка элементов или их удлинение полностью нарушает диаграмму (рис.5,в).
Диаграммы на рис.5 показывают простой и надежный способ проверки длинных антенн. Частоту колебаний, подводимых к антенне, постепенно повышают и в пределах поворота от 0 до 180° всякий раз отмечают значения и характер максимумов боковых лепестков (сравните рис. 6,б и в). Та частота fm, при которой впервые резко повышается амплитуда какого-либо бокового лепестка по сравнению с главным лепестком, ограничивает верхний рабочий предел частот антенны. Наивыгоднейшая рабочая частота fо антенны будет несколько ниже fm.
Если частота fо лежит в невыгодном участке или на краю диапазонов 144—146 или 430—435 Мгц, то всю систему директоров длинной антенны надо укоротить, если fm>f0, или удлинить, если fm<fo. О том, насколько надо изменить длину элементов, можно судить по рис. 6,а, б, в.
Практически увеличение длины директора в длинном «волновом канале» на один процент, т. е. на 1 см для 145 Мгц и 0,35 см для 435 Мгц, имеет существенное значение для работы антенны на УКВ.
Можно сказать, что снятие частотной характеристики и одновременно диаграммы направленности является самым показательным и наиболее доступным испытанием всех антенн «волновой канал».
Источник: А.Колесников. Справочник ультракоротковолновика. Изд. ДОСААФ, Москва 1966 г.
Примечание от RA3TOX
В современных условиях удобно проводить подобные измерения с помощью технологии LoRa. В стандартной библиотеке LoRa есть пример приемо-передатчика, который позволяет напрямую отсчитывать уровни сигнала в децибеллах на приемной стороне (RSSI или SNR).
Ознакомиться с этой технологией можно в моей статье "Эксперименты с модулями технологии LoRa".
Материал подготовил RA3TOX для сайта "Радиофанат"
[ На главную ] [ Антенны ]