Антенна с суперусилением на 40 метров

Ed Dusina, W4NVK 571 Orange Avenue West Melbourne, Florida 32901
В данной статье кратко изложены результаты исследования по разработке антенны для 40-метрового диапазона, которая позволила бы радиолюбителям несколько лучше конкурировать с зарубежными радиовещательными станциями, практически захватывающими диапазон в вечернее и ночное время. В этом отношении исследование имело частичный успех: была разработана антенна на основе теории решеток со сверхусилением, которая подавляет QRM под малыми углами. После некоторой экспериментальной работы для диапазона 40 метров была разработана антенна со сверхусилением [1], которая чрезвычайно проста, некритична и обеспечивает большие коэффициенты усиления и подавления QRM.

Исследования распространения и проектирование этой антенны были выполнены в компании Dusina Enterprises в Мельбурне, Флорида.

Вкратце, описываемая антенна имеет прямое усиление приблизительно 9 дБ на основе данных инженерного проектирования, разработанных в литературе [2], и в дополнение к прямому усилению имеет среднее подавление 15 дБ против QRM с малым углом. Таким образом, две радиолюбители, использующие антенную решетку этого типа, могут получить преимущество в улучшении мощности сигнала примерно на 14 дБ[3] и уменьшении QRM примерно на 15 дБ при связи по траекториям с большим углом на коротких расстояниях пропуска, что дает общее улучшение отношения сигнал/шум примерно на 29 дБ. Короткие расстояния пропуска на 40-метровом диапазоне означают радиальное расстояние примерно до 200 миль от передатчика в дневное время и примерно до 1000 миль в ночное время. Эти расстояния выбираются на основе фактических измерений производительности описываемой решетки.

Антенна относится к классу сверхусиления и состоит из одной дипольной антенны, расположенной очень близко к отражающему экрану и над ним, чтобы ограничить излучение примерно до 90 градусов плюс-минус 35 градусов. Антенна делается очень просто следующим образом. Складной диполь с двумя выводами телевизионного типа на 300 Ом обрезается до длины 63 фута 2 дюйма плюс-минус 1 дюйм и подается по центру с помощью коаксиального кабеля RG 58 U или другого коаксиального кабеля с сопротивлением 50 Ом. Эта сложенная дипольная антенна подвешивается на высоте семи футов над плоской землей с помощью трех деревянных шестов или другой подходящей опоры. Если используются металлические опоры, рекомендуется использовать нейлоновый шнур на расстоянии примерно трех или четырех футов между концами антенны и металлическим столбом, чтобы уменьшить влияние емкости на концах антенны.


Рис. 1. Антенна Сверхусиления Skywire на 40 метров.

На земле непосредственно под этой антенной проложены три отражающих провода некритической длины – от шестидесяти пяти до восьмидесяти футов. Один провод протянут по земле непосредственно под антенным элементом. Один из оставшихся проводов прокладывается по земле параллельно антенне, но примерно в шести футах от провода, находящегося непосредственно под антенной. Третий отражающий провод размещается на другой стороне антенны таким образом, что, когда отражающий экран готов, остаются три провода на расстоянии шести футов друг от друга: один под антенной и по одному с каждой стороны, образуя отражающий экран длиной около восьмидесяти футов и шириной двенадцать футов.

Эти отражающие провода прокладываются поверх земли, но при желании они могут быть и в земле. Немного более высокая эффективность будет получена, если их разместить на земле, а метод, использованный здесь над газоном, заключался в том, чтобы подстричь газон очень низко и проложить провода поверх травы. Когда трава снова вырастет, провода останутся под газоном и не будут повреждены.


Рис. 2. Вид с торца массива антенны суперусиления.

Как видно из предыдущего описания, эта антенна достаточно проста, чтобы ее мог сконструировать каждый радиолюбитель. Хотя эта антенна предназначена для использования в основном для связи на короткие расстояния (до 200 миль), из-за особенностей 40-метрового диапазона большую часть времени в ночное время преобладают условия короткого пропуска, и тогда антенна эффективна на расстояниях до 1000 миль. миль, а иногда и больше с полным усилением.

Антенна, сконструированная в соответствии с приведенными выше указаниями, дает следующий КСВ при питании по коаксиальному кабелю сопротивлением 50 Ом. Измеряемая антенна питалась по кабелю RG-58 длиной 100 футов, использовала проволочные отражатели № 26 и была протестирована при PEP 2000 Вт:

FREQ7.07.17.27.257.37.4
VSWR3.62.61.31.051.53.0

Эффекты распространения

Испытания, проведенные во Флориде по эффективности этой антенны в улучшении возможностей связи в диапазоне 40 метров, выявили значительное улучшение, неожиданное еще до проведения испытаний. Эти тесты выявили следующие характеристики: Использование в дневное время.

Типичные дневные результаты сравнения антенны со сверхусилением с двухэлементной коллинеарной решеткой с коэффициентом усиления 2 дБ [4], расположенной на высоте шестидесяти футов над землей (максимальное излучение при угле места 35°), дали следующие сравнения.

Станции из Алабамы, принимаемые в Мельбурне, Флорида, обычно были на 10 дБ сильнее на 60-футовой антенне, чем на решетке с суперусилением. Эта связь осуществлялась на расстоянии около 500 миль, что является большим пропуском (угол прихода около 35°) для дневных 40-метровых условий. Примерно в то же время станции в Северной Каролине, на расстоянии около 700 миль, были на 6 дБ сильнее на высокой антенне, чем на решетке со сверхусилением, тогда как станции в Теннесси, на расстоянии примерно 700 миль, были на 6 дБ сильнее на высокой антенне, чем на решетке с суперусилением. Снижение отклонения до 6 дБ со станций, удаленных на 700 миль, произошло из-за потери усиления коллинеарного сигнала при угле прихода 25°, а не из-за улучшения приема сигнала на решетке сверхусиления при меньших углах. Эти данные показывают, что массив сверхусиления действительно различает сигналы, поступающие с меньшими углами места. Сравнительные проверки, проведенные в то же время на станциях, ведущих передачу с объектов во Флориде, показали, что сигналы, исходящие в пределах 80 миль от массива сверхусиления, были примерно на 15 дБ сильнее, а станции в пределах 200 миль были на 10–12 дБ сильнее на массиве сверхусиления, чем на коллинеарной решетке на высоте 60 футов. В целом, в дневное время очень заметное увеличение уровня принимаемого сигнала заметно на любой станции в радиусе примерно 200 миль от массива сверхусиления, и наиболее заметным аспектом является то, что сигналы, принимаемые на массиве сверхусиления, гораздо более свободны от помех. QRM, тогда как на другой антенне может присутствовать заметный QRM или даже его трудная копия. Это является результатом комбинированного эффекта усиления антенны со сверхвысоким коэффициентом усиления (9 дБ) и ее способности подавлять от 10 до 15 дБ для QRM с малым углом. Улучшение сигнала по сравнению с QRM на 15–25 дБ совершенно очевидно. Ночное представление

В общем, массив с суперусилением большую часть времени дает подавление примерно 10 дБ по сравнению с зарубежными радиовещательными станциями, но иногда, из-за особенностей 40-метрового диапазона, эти сигналы на большие расстояния приходят через много-много переходов и затухают. в пределах вертикального угла приема массива сверхусиления. В настоящее время нет существенной разницы между радиовещательными помехами, принимаемыми на решетке с высокой коллинеарностью или на решетке с суперусилением, но суперусиление по-прежнему значительно усиливает передаваемый сигнал. В других случаях, когда короткие пропуска не преобладают, наблюдается заметное снижение QRM, а также увеличение мощности сигнала за счет использования массива сверхусиления для связи на расстоянии примерно 1000 миль в ночное время. В этих условиях мощность сигналов, исходящих в пределах 1000 миль, увеличивается аналогично тому, как это происходит на дневных трассах протяженностью более 200 миль.

Большинство людей, которые работали с антенными решетками на высоких частотах, осознают тот факт, что трудно добиться значительного изменения уровня S-метра между эталонной антенной и решеткой даже среднего размера. Однако результаты, полученные с помощью массива сверхусиления, поражают тем, что S-метр заметно перемещается, обычно по крайней мере на одну, а иногда и на две S-единицы при фактическом уровне сигнала, и если уровень QRM будет заметен в периоды затишья передающей станции, будет обнаружено, что при использовании массива сверхусиления оно уменьшится с 3 до 5 S-единиц. Если QRM имеет низкоугловое происхождение, наш опыт показывает, что эта антенна часто меняет QSO с едва читаемого на значительное.

Из-за чрезвычайной простоты этой антенны и значительного улучшения связи в этом конкретном диапазоне, а также ее небольшого размера, я считаю, что если любители соберут такую антенну и испытают ее на себе, они быстро поймут ее ценность. и таким образом можно получить более широкое использование диапазона 40 метров. В частности, эта антенна была бы идеальной антенной для местных сетей или сетей штата, работающих в 40-метровом диапазоне в дневное время, поскольку она не только значительно увеличивает мощность сигнала взаимодействующих станций, но и значительно уменьшает QRM, покидающий штат, и отвергает любые QRM приходит из-за пределов штата.

Для любителей, желающих подробнее изучить тему антенн со сверхусилением и типов усиления, которое можно получить, пожалуй, наиболее понятную и ясно написанную диссертацию можно найти в книге Термана «Электронная и радиотехника», четвертое издание. Обсуждения на страницах с 903 по 908 кратко освещают эту тему, и там даются ссылки, и там нет больше теоретической работы, если кто-то захочет копнуть глубже.

Многие любители время от времени использовали антенны с очень низким диполем на диапазонах 40 и 80 метров, и некоторые отмечали, что эти антенны работают не так плохо, как можно было бы ожидать, учитывая небольшую высоту. Эти результаты, однако, были ошибочными, поскольку достигнутый эффект сильно зависел от проводимости земли под антенной, и не было сделано никакой компенсации за резкое изменение сопротивления излучения или изменение эффективной длины для таких низких антенн. Прирост направленности очень низкой антенны, мощность сигнала которого может достигать восьми раз, часто частично достигается в таких невысоких установках над землей со средней проводимостью. Однако компенсация потери эффективности антенны страдает, если под антенной не установлен отражающий экран для контроля огромных потерь в земле, переменное расстояние отражения и низкое сопротивление излучения делают общие результаты сильно варьирующимися от одной установки к другой.

Использование отражающего экрана очень важно по трем причинам. Во-первых, сопротивление антенны будет составлять 50 Ом только при обрезке элементов, как описано выше, с установкой отражающих элементов. Без отражающих элементов это сопротивление может значительно меняться. Во-вторых, в большинстве установок без этого отражающего экрана эффективность падает значительно ниже 50 процентов. Это означает, что общий коэффициент усиления антенны может быть любым: от нулевого усиления или, возможно, даже потерь до полного усиления в 9 дБ, в зависимости от особенностей почвы под антенной. В-третьих, без экрана расстояние между антенной и изображением неизвестно и нестабильно и зависит от условий грунта. Ввиду предельной простоты отражающего экрана не стоит рисковать и отказываться от него. Кроме того, эффективная длина антенны зависит от проводимости грунта без экрана, поэтому конструкция становится простой и пробной.

Есть надежда, что другие любители установят аналогичные антенны и проведут сравнительные испытания на диапазонах 40, 80 и 160 метров. Характеристики массива суперусиления в диапазоне 80 метров еще не исследованы, поэтому относительный процент времени, в течение которого преобладают условия короткого пропуска, и, следовательно, величина возможного улучшения, в настоящее время мне неизвестны, но будут опубликованы. как только мои тесты закончатся. Однако желающие опробовать такую антенну на диапазоне 80 или 160 метров могут масштабировать приведенные размеры с центром в 7250 кГц, чтобы получить расчетные цифры (калькулятор от RA3TOX можно найти в другой статье).

Для тех, у кого много места, группа этих устройств, работающих в поперечном направлении, действительно может генерировать мощный сигнал, но более четырех антенн начнут заметно ограничивать зону покрытия.

Ccылки

1 Patent disclosure filed.

2a. "Maximum Directivity of an Antenna," H. J. Riblet, Proc. IRE, 36 p 620, May, 1948.

b. T. T. Taylor, Proc. IRE, 26 p 1135, September, 1948.

c. "Physical Limitations of Directive Systems," L. J. Chu, J. Apl. Phys., 19 p 1163, December, 1948

d. "Directional Antennas," G. H. Brown, Proc. IRE, 25 p 122, January, 1937.

3This figure is referenced to a dipole, all others in this article are referenced to isotropic.

4Reference to dipole.

73 Magazine, October 1969

Материал перевёл - RA3TOX
Июнь 2024

[ На главную ] [ Антенны ]