Переключаемая чувствительная спиральная антенна
Создание пары спиральных антенн для диапазона 435 МГц довольно просто. Одна антенна намотана для RHCP, а другая для LHCP, как показано на рис. 1.Хорошее реле UHF и немного Hardline — все, что нужно для завершения системы. Для строительства используются недорогие, легкодоступные материалы, а размеры спиралей не имеют решающего значения.
Рис. 1 — Правосторонняя круговая поляризация, A.
Левосторонняя круговая поляризация, B.На рис. 2 показаны базовые формулы и размеры спирали.
Эта антенна имеет полосу пропускания 70% и идеально подходит для антенны слежения за спутниками с высоким коэффициентом усиления и широкой диаграммой направленности. Эта переключаемая антенная система и выходная мощность радиочастот от 50 до 100 Вт обеспечивают приемлемые сигналы на спутниках фазы III. Подробности сложной части спирали показаны на рис. 3. Таблица 1 содержит список деталей для решетки.
Рис. 2 — Основные формулы по расчету антенныПримечания:
Рис. 3 — Детали устройства крепления спирали.
См. таблицу 1 для списка деталей с цифровыми кодами.
1) Установите монтажную пластину отражателя на кронштейны стрелы, оставив зазор 9 дюймов для стрелы.
2) Проволочную сетку можно согнуть, чтобы обеспечить зазор для U-образных болтов.
3) При размещении монтажной пластины отражателя постарайтесь отцентрировать коаксиальный разъем в сетчатом экране.Таблица 1. Список деталей для детали крепления спирали, показанной на Рис. 2
Хорошей отправной точкой для строительства является отражатель, который изготовлен из толстой проволочной сетки. Эта проволочная сетка используется в большинстве антенн типа «бабочка» УВЧ-ТВ. Компании, торгующие проволокой, и многие хозяйственные магазины поставляют этот материал шириной 4 фута. Это оцинкованная сталь 14-го калибра, которая продается примерно по цене от 1,60 до 2 долларов за погонный фут. Для изготовления двух антенн требуется кусок сетки размером 2/4 фута. Обрежьте сетку так, чтобы острые концы не торчали.
Следующий шаг — изготовление монтажных пластин рефлектора и кронштейнов стрелы. Следуйте размерам, показанным на рис. 4.
Рекомендуется использовать тяжелый алюминиевый материал; минимальная рекомендуемая толщина составляет 0,060 дюйма. Более толстый материал сложнее сгибать, но в этом случае для кронштейнов подойдут два изгиба под углом 45°, расположенные на расстоянии около 1/4 дюйма друг от друга. Приведенные размеры соответствуют болтам U-образной формы TV размером 13/4 дюйма. Если вы используете другой размер, измените размеры соответствующим образом.
Рис. 4. На А — монтажная пластина спирального отражателя.
На В — кронштейны стрелы .Просверлите четыре отверстия в монтажной пластине отражателя и установите коаксиальный разъем, используя заклепки или крепеж из нержавеющей стали.
Проверьте зазор между коаксиальным разъемом и подъемной стрелой перед окончательной сборкой. Толщина распорок U-образных болтов будет влиять на этот зазор. Установите короткий кусок трубы (того же размера, что и подъемная стрела, которую вы будете использовать) на U-образные болты, сетчатый отражатель, монтажную пластину отражателя и кронштейны стрелы. Стрела подъема показана на рис. 2. Расположите пластину в центре отражателя из проволочной сетки. (Возможно, потребуется согнуть часть сетки, чтобы освободить болты U.) Затяните болты U пальцами, чтобы пластину можно было отрегулировать для установки сетки.
Узел деревянной стрелы, показанный на рис. 3, состоит из двух 6-футовых деревянных томатных кольев, соединенных распорками в трех местах. Установите одну распорку в центре, а другие распорки на расстоянии 1 фута от каждого конца. Сделайте надрезы на концах стрелы, чтобы они входили в сетку. Когда будет достигнуто правильное выравнивание, скрепите сборку вместе и просверлите отверстия для заклепок или болтов через монтажную пластину отражателя, кронштейны и сборку деревянной стрелы. При сверлении отверстий для стрелы поместите отражатель на полу и используйте угольник, чтобы стрела была перпендикулярна отражателю. Отметьте стрелу через отверстия в кронштейне стрелы. Когда сборка будет завершена, покройте деревянную стрелу морским лаком.
Самым необычным аспектом этой антенны является использование коаксиального кабеля для спирального проводника. Коаксиальный кабель легкодоступен, недорог, легок и легко формируется в катушку, необходимую для спирали. Для девяти витков требуется около 22 футов кабеля, но начните с 25 футов и обрежьте все лишнее.
Антенна на рис. 6 использует коаксиальный кабель FM-8, но можно использовать любой коаксиальный кабель, который имеет диаметр около 1/2 дюйма.
(Используемый кабель должен иметь центральный проводник и экран, которые можно спаять вместе.) Зачистите около 4 дюймов с одного конца кабеля до центрального проводника, но оставьте достаточно оплетки для пайки к центральному проводнику. Припаяйте оплетку к центральному проводнику в этой точке. Измерьте открытый центральный проводник на расстоянии 3,3 дюйма от короткого замыкания и отрежьте лишнее.
Намотайте 25-футовый коаксиальный кабель в катушку диаметром около 10 дюймов. На рис. 1 показано, в какую сторону наматывать катушку для RHCP или LHCP. Наденьте катушку на стрелу и переместите зачищенный конец кабеля к коаксиальному разъему, который является начальной точкой девяти витков. Припаяйте центральный проводник к коаксиальному разъему и начните первый виток на расстоянии 3,3 дюйма от точки соединения в коаксиальном разъеме. Используйте стяжки, чтобы закрепить коаксиальный кабель на деревянной стреле.
Отметьте стрелу, используя размер Sλ (расстояние между витками). Первая стяжка составляет только половину этого расстояния, когда она впервые соприкасается с стрелой; каждый последующий виток на этой стороне стрелы будет отстоять на размер Sλ (расстояние между витками). Используйте две стяжки, чтобы они образовали X вокруг стрелы и коаксиала. После того, как первая обмотка будет надежно закреплена, намотайте каждый виток и закрепите кабель по одной точке за раз. Перед тем, как затянуть каждый виток, убедитесь, что размеры правильные.
Когда все девять витков намотаны, проверьте все размеры еще раз. Обрежьте коаксиал на девятом витке, зачистите конец и припаяйте оплетку к центральному проводнику. Открытые паяные соединения на каждом конце коаксиального проводника должны быть загерметизированы для защиты от атмосферных воздействий.
Коаксиальная согласующая секция 75 Ом 1/4λ, как показано на рис. 5, последовательно подключена к линии подачи в точке подачи антенны.
Длина этого кабеля (включая разъемы) составляет 4,5 дюйма, если используемый кабель имеет коэффициент укорочения 0,66. Длины других типов кабеля можно рассчитать по уравнению на чертеже.
Рис 5 — Метод узкополосного согласования с использованием последовательного
трансформатора 1/4λ. В уравнении длины VF = коэффициент скорости кабеля; f = частота, МГц.Сопротивление спирали составляет приблизительно 140 Ом. Для согласования с линией передачи 52 Ом требуется трансформатор на 85,3 Ом. Используемый здесь кабель на 75 Ом достаточно близок к этому значению для хорошего согласования. Трансформатор должен быть подключен непосредственно к гнездовому разъему, установленному на монтажной пластине отражателя. Используйте двойной гнездовой адаптер для подключения линии подачи к согласующему трансформатору.
Обеспечьте надлежащую защиту разъемов от атмосферных воздействий. Для установки этих антенн на подъемную стрелу требуется противовес. Лучший способ сделать это — установить рычаг длиной около 2 футов на подъемную стрелу в точке, которая находится вдали от ротатора, мачты и других антенн. Направьте рычаг в сторону от направления, в котором указывают спирали, и добавьте вес к концу рычага, пока не будет достигнуто равновесие. Готовая антенна показана на рис. 6.
Не прокладывайте длинные коаксиальные кабели к этой антенне, если вы не используете Hardline. Даже короткие отрезки хорошего коаксиального кабеля RG-8 имеют большие потери; 50 футов вспененного диэлектрика RG-8 имеют потери 2 дБ на частоте 430 МГц. Есть и другие варианты, если вам нужно прокладывать длинные отрезки и вы не можете использовать Hardline. Некоторые любители монтируют преобразователи, трансвертеры, усилители и фильтры на антенне. Это можно легко сделать с помощью спиральной антенны; блоки можно установить за рефлектором. (Это также добавляет противовес.) Если используется этот подход, проверьте местные электротехнические правила, прежде чем прокладывать какие-либо линии электропередач к антенне.
Рис. 6 — Крупный план спиральной антенны 435 МГц, разработанной и изготовленной Берни Глассмейером, W9KDR.
Питание антенны 50-омным кабелем
Джо Кэдвалладер, K6ZMW, представил этот метод подачи в июне 1981 года QST. Завершите спираль в N-разъеме, установленном на заземляющем экране на периферии спирали (рис. 7).
Подключите проводник спирали к N-разъему как можно ближе к заземляющему экрану (рис. 8). Затем отрегулируйте первый виток спирали, чтобы поддерживать равномерное расстояние между витками Эта модификация в значительной степени устраняет недостаток спирали — номинальный импеданс точки питания 140 Ом.
Рис. 7 — Вид с торца и сбоку спирали с периферическим питанием.Традиционная секция согласования 1/4λ оказалась сложной в изготовлении и обслуживании. Но если спираль питается по периферии, первая половина витка проводника спирали (выходящая из разъема N) действует во многом как линия передачи — один проводник над идеально проводящей заземляющей плоскостью. Импеданс такой линии передачи
Рис. 8 — Неправильный и правильный способы присоединения спирали к разъему типа N для питания 52 Ом.Zo = 138 log (4h/d)
где:
Zo = импеданс линии в омах
h = высота центра проводника над заземляющей плоскостью
d = диаметр проводника (в тех же единицах, что и h).Импеданс спирали составляет 140 Ом на один или два витка от точки питания. Но по мере того, как проводник спирали устремляется вниз к разъему питания (и заземляющей плоскости), h становится меньше, поэтому импеданс уменьшается. Номинальное сопротивление спирали 140 Ом преобразуется в более низкое значение. Для любого конкретного диаметра проводника можно найти оптимальную высоту, которая даст сопротивление точки питания, равное 52 Ом. Высота должна быть 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 52 Ом при практических (малых) значениях h. В этом случае полоска тонкой латунной прокладки или медной пластины может быть припаяна к первой четверти витка проводника спирали (рис. 9).
Это эффективно увеличивает диаметр проводника, что приводит к дальнейшему снижению сопротивления. Края этой полоски можно надрезать примерно каждые 1/2 дюйма, и полоску сгибать вверх или вниз (к плоскости заземления или от нее), чтобы настроить линию для оптимального соответствия. Такой подход обеспечивает идеальное соответствие практически любому коаксиальному кабелю.
Рис. 9 — Вид с торца и сбоку периферийно питаемой спирали с металлической
полосой, добавленной для улучшения действия трансформатора.Обычно широкая полоса пропускания спирали (70% для КСВ менее 2:1) будет немного уменьшена (примерно до 40%) для тех же условий. Этого уменьшения недостаточно, чтобы иметь какие-либо последствия для большинства любительских работ. Улучшения в производительности, простота сборки и настройки стоят усилий, направленных на то, чтобы сделать спираль более практичной в сборке и настройке.
Литература:
1. Antenna Systems for Space Communications 19-29
2. Kraus, Antennas, McGraw-Hill Book CQ, 1950, chapter 7.
3. The ARRL Antenna Book, 13 th edition, pp. 260-263.
4. Troetchel, " Quadhelix Antenna for the I215-Me. Band," QST, August 1963. p. 36.
5. 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.
Материал подготовил - RA3TOX
Январь 2026
[ На главную ] [ Антенны ]
