Простой способ питания 50 ом для Helix-антенны
Джо М. Кэдвалладер, K6ZMW
Ищете простой способ рассчитать спиральную антенну? Вот решение, которое не даст вам ходить по кругу.Интерес к круговой поляризации (КП) в диапазонах VHF и UHF растет, возможно, частично из-за AMSAT-OSCAR Phase III и других спутниковых работ. Одной из самых популярных КП-антенн является спираль, впервые подробно описанная Дж. Д. Краусом [1]. Спираль легко построить, и она очень снисходительна к незначительным погрешностям размеров, отчасти благодаря своей довольно широкой (70%) полосе пропускания. По этой причине фактическая производительность спирали близко соответствует теоретической производительности.
Проблемы и решения
Работая на частоте 1296 МГц, где я использовал как квадроспираль [2], так и спиральный фидер для антенны, я обнаружил два недостатка спирали. Первое - заканчивая спираль на разъеме в центре спирали (рис.1), механически неудобно и электрически довольно неопределенно.
Я решил закончить спираль в N-разъеме, установленном на заземляющем экране на периферии спирали (рис.2).
Рис. 1 — Вид с торца и вид сбоку традиционной конфигурации спирали.
Поперечное сечение показывает «стандартный» метод крепления линии питания к спирали.Просто подключите проводник спирали к N-разъему как можно ближе к заземляющему экрану (рис.3). Затем отрегулируйте первый виток спирали, чтобы поддерживать равномерное расстояние между витками.
Рис. 2 — Вид с торца и вид сбоку периферийно питаемой спирали.Эта модификация во многом способствует устранению второго недостатка спирали — номинального импеданса точки питания 140 Ом. Подход Тротча [3] прекрасно решает проблему импеданса питания в массивах с несколькими спиралями, но согласование коаксиального кабеля 50 фл с одной спиралью по-прежнему остается проблемой. Традиционная секция согласования длиной в четверть волны оказалась сложной в изготовлении и обслуживании. Но если спираль питается на периферии, то первая половина витка спирального проводника (выходящая из разъема N) действует во многом как линия передачи — одиночный проводник над идеально проводящей заземляющей плоскостью. Сопротивление такой линии передачи равно:
Рис. 3 — Неправильный (слева) и правильный (справа) способы крепления спирали к N-разъему.Zo = 138 log (4h/d)
где Zo — это сопротивление линии,
h — высота центра проводника над заземляющей плоскостью,
d — диаметр проводника (h и d должны быть в одних и тех же единицах измерения).Деталь поперечного сечения на рис.1 иллюстрирует это. Очевидно, что сопротивление спирали составляет 140 Ом на один или два витка от точки питания. Но по мере того, как спиральный проводник устремляется вниз к разъему питания (и заземляющей плоскости), h становится меньше; следовательно, сопротивление падает. Номинальное сопротивление спирали в 140 футов преобразуется в более низкое значение. Для любого конкретного диаметра проводника можно найти оптимальную высоту, которая даст импеданс точки питания, равный 50 футам. Предпочтительно, чтобы высота была очень маленькой, а диаметр большим. Подайте питание на спираль и измерьте КСВ на рабочей частоте; отрегулируйте высоту для оптимального соответствия.
Обычно диаметр проводника может быть недостаточно большим, чтобы обеспечить соответствие 50-0 при практических (малых) значениях h. В этом случае полоска тонкой латунной прокладки может быть припаяна к первой четверти витка спирального проводника (рис. 4), как недавно описал Краус [4].
Это фактически создает проводник большего диаметра, что приводит к дальнейшему падению импеданса. Края этой полоски могут быть надрезаны каждые 1/2 дюйма (12 мм) или около того и согнуты вверх или вниз (к или от плоскости заземления), чтобы настроить линию для оптимального соответствия.
Рис. 4 — Вид с торца и вид сбоку периферийно питаемой спирали с металлической
полосой, добавленной для улучшения действия трансформатора.Такой подход даст идеальное соответствие практически любому коаксиальному кабелю. Обычно широкая полоса пропускания спирали (70% для КСВ менее 2:1) будет немного уменьшена до примерно 40% для тех же условий. Этого недостаточно, чтобы иметь какие-либо последствия для большинства любительских работ. Улучшения в сборке, настройке и производительности стоят усилий, чтобы сделать спираль cp более практичной в изготовлении и настройке.
Источники:
1. Kraus, Antennas, McGraw-Hill Book CQ, 1950, chapter 7.
2. The ARRL Antenna Book, 13 th edition, pp. 260-263.
3. Troetchel, " Quadhelix Antenna for the I215-Me. Band," QST, August 1963. p. 36.
4. Kraus, "A 50-Ohm Input Impedance for Helical Beam Antennas." IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol. AP-25, No. 6, November 1977, p. 913.QST, июнь 1981
Рис.5. Конструкция антенны на диапазон 2,4 ГГц (RA3TOX)
Материал перевел и подготовил - RA3TOX
[ На главную ] [ Антенны ]