НА ГЛАВНУЮ - - адрес этой страницы -- http://ra6foo.qrz.ru/form.html -- версия 09 12 2009 -- НА ГЛАВНУЮ

КОНСТРУКЦИЯ АНТЕНН


Ждущие чуда плодят шарлатанов

Компьютерные модели значительно превосходят по параметрам прежние конструкции, но почему реальные антенны часто не соответствуют модели, что вызывает недоверие к программам расчета антенн? Как и из чего сделать реальную антенну, чтобы обойтись без бум-коррекции элементов и без "настройки"?

Много ли вы знаете о своей антенне? Имею ввиду не то, что обещано автором или MMANA, а то, что измерено вами. КСВ, а что еще? Весомый аргумент "я на эту антенну..." и ничего больше. И слишком много делается "по понятиям" на основе чужих мнений и страшилок ради того, чтобы пребывать в спокойной уверенности в том, что сделано всё, что в ваших силах для её отличной работы, не догадываясь о том, что под тяжестью всяких побрякушек, сантехники и прочей вычурности неспособна она показать хороший результат. Антенна не модель на подиуме и ваши украшения ей только мешают! Оденьте ее как спортсменку на старт, только в самое необходимое.


ТРАВЕРСА и ДЕТАЛИ КРЕПЛЕНИЯ

На чём и чем крепить элементы? Лучше траверсы пока ничего не придумано. Обычно делали на металлической. Но раньше элементы паяли, варили, клепали и т.п. прямо в траверсе и о таком понятии, как "коррекция длины элементов" мало кто слышал, а теперь без него никак. Почему? Лет 40 назад практически все опубликованные антенны были результатом разработки и доводки реальных образцов. Влияние траверсы и крепежных элементов отдельно не рассматривалось, оно уже было заложено в результатах образца. Поэтому автор был более свободен в выборе конструктивных решений. Уровень, точность и достоверность параметров антенны напрямую зависел от знаний, возможностей, тщательности доводки и обьективности автора и почти не зависел от навороченности антенны. Ее компьютерная модель может иметь явно худшие параметры, чем реальная антенна. Иногда с этим сталкиваешься, вводя в MMANA всеми проверенную антенну. Причина этого обычно в влиянии громоздкого конструктива, вернее в неучете в модели его влияния. То же,только наоборот, может произойти, если отличную модель воплощать в металл "по понятиям". В обоих случаях подозрение падает на MMANA. И дело не только в "boomcorrection" Металлическая траверса имеет еще несколько неприятных и немоделируемых факторов влияния Траверсы антенн ВК Почему сейчас вместо надежного соединения какая то сантехника, хомутики, обрезки от шприцов и прочее, что совсем не способно долго пребывать под солнцем и на морозе? Просто вынуждены изолировать и отодвинуть элементы от траверсы для уменьшения неучтенного в модели, но уменьшенного такой ценой ее влияния на элементы, чтобы получить, пусть с последующей коррекцией их длины, но что то подобное модели по параметрам.

....

Отодвинули элементы от металла, попали в диэлектрик, который тоже влияет на электрическую длину элементов. Меньше чем траверса, но тоже не учитывается в модели (левое и среднее фото). И наконец доведенное до абсурда воплощение в конструктив модели 1296 мгц (правое фото), которая в таком исполнении будет просто неработоспособна. Поэтому логика: "всегда делали именно так" к воплощению в реальные антенны компьютерных моделей не подходит. В отличие от доводки в натуре, в модели пока трудно, чаще невозможно учесть всё, что присутствует в антенне. Выход может быть в том, что исключить из конструкции узлы и детали, оказывающие влияние на параметры антенны, или выполнить их так, чтобы свести к минимуму как само влияние, так и возможные ошибки в его оценке.
Из этих соображений, а не из за бедности все антенны Волновой Канал сайта выполнены на сосновой траверсе, хотя стоимость материалов и трудозатраты действительно в несколько раз меньше, чем у антенн на алюминиевой траверсе с сантехникой. Кроме невмешательства в работу антенны, малой цены и легкости изготовления, у нее есть и другие положительные качества, главное из них то, что в антеннах с полупетлевым и U вибратором крепежных деталей вообще нет, элементы просто туго посажены в отверстия в траверсе, а в антеннах с петлевым- две-три детали из листового материала. Металлическая траверса дает на диапазоне 145 МГц сдвиг частоты ВВЕРХ от 0,1 до 0,7 МГц у изолированных и до 1,5 МГц у неизолированных элементов, т.е. без бумкоррекции опимальная частота может оказаться вне диапазона.
Сосновая траверса, как диэлектрик в центре элементов, оказывает удлиняющее влияние и вызывает на диапазоне 145 МГц сдвиг резонанса ВНИЗ от 60 до 100 КГц в зависимости от толщины траверсы (от 25 до 35 мм). На диапазоне 435 МГц при толщинах траверсы 15...25 мм сдвиг вниз от 0,3 до 0,5 МГц. В результате на 145 и 435 МГц в большинстве случаев влиянием сосновой траверсы на частоту элементов можно пренебречь. На диапазоне 1296 МГц при толщине траверсы 9...10 мм (антенны ВК 1296 мгц) сдвиг частоты вниз 3...5 МГц
Что касается прочности и долговечности... посмотрите сами еще раз на снимки,сравните. У меня пока нет информации об этом. Четыре года эксплуатации антенн на сосновой траверсе- слишком короткий срок, чтобы в них произошли заметные изменения и нет того, что могло бы за это время разрушиться или отказать.

Природные факторы
Не всякая крепежная деталь из пластмассы, долгие годы надежно исполняющая свои обязанности где нибудь в темноте под ванной при температуре 20...30 гр., сможет простоять под солнечной радиацией, в жару или в мороз так же надежно и долго. Если не развалится в первые полгода-год как "сантехника", то через 5...10 лет просто испарится под солнцем, как например эпоксидная смола из стеклопластиковой трубы без защитного покрытия, на вид труба как бы покроется стекловолоконной шерстью.
Любая щель, зазор и полость в конструкции антенны или мачты, в которой может задерживаться вода- это стекляная бутылка с водой зимой и гальванический элемент, разлагающий металл летом. Если невозможно закрыть проникновение в нее воды, причем самыми невероятными путями, то необходимо принять меры демпфирования разрушительного воздействия. Такие как отверстия для слива и проверивания, смазка пластилином одновременно и для водоотталкивания и для защиты поверхности от коррозии и для создания мягкой прослойки от разрыва льдом и другие особые меры для каждого конкретного узла конструкции начиная с этапа конструирования.
Особенно подвержены риску разрушения жесткие металлические полости, герметизированные, на 1 взгляд, например жесткий сумматор из трубы. Дождь охлаждает воздух внутри полости, через микропоры в герметизации корпуса или разьемов засасывается покрывающая изделие вода. Нагревшись после дождя, воздух ввытесняется, влага остается. 100% влажность внутри, коррозия, затем разрыв замерзшей водой.


ЭЛЕМЕНТЫ

Выбор материала для элементов определен свойствами металлов и сплавов для них. Живы еще страшилки о"пагубном влиянии стали"в биметалле, но расчеты, измерения и практика их не подтверждают. Многие считают,что от диаметра элементов зависит широкополосность и их фантазии в этом доходят в реальных конструкциях до насеста для летающих ящеров. Надеюсь,пример 10 элементной антенны с элементами диаметром 0,5 мм, и при этом полосу по КСВ 1,3 10 мгц (140...150 МГц) и усиление 10,8 дб, вполне достойное для длины 4,1 м при такой полосе, убедит их в обратном. Диаметр элементов определяет их жесткость, омические потери в них и их производную Т los , но никак не широкополосность. Расчетный оптимальный диаметр для антенн 145 МГц из идеального материала - около 3,5 мм. Для реальных антенн с элементами из меди и алюминия достаточно 5...6 мм, увеличение диаметра незначительно снижает T los, но увеличивает погрешности расчета. Для снижения потерь достаточно выполнить элементы с большими токами (вибратор и первые три директора) из чистой меди или алюминия и большего диаметра, остальные из другого материала. Антенна с элементами из оцинкованной проволоки теряет по сравнению с антенной с элементами из чистого алюминия не более 0,1 дб и практически равноценна с антенной из дюралюминия.

ТАБЛИЦА УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ в ом на мм2/м x 100 ( *сплавы )
серебро 1,6 латунь*3...8бронза* 10припой ПОС 60* 14 сталь легиров.*60...110
медь1,7цинк 6железо11,5свинец19сплавы титана*50...170
алюминий2,8дюралюминий*3...7хром13титан47нихром* 105


ОТСЕЧКА ТОКА ПО ВНЕШНЕЙ СТОРОНЕ ОПЛЕТКИ или " СИММЕТРИРОВАНИЕ"

На УКВ само понятие "симметрирование" только запутывает вопрос. Долгая цепочка рассуждений в вопросе симметрирования при непосредственном питании кабелем симметричных антенн и последствий этого приводит к тому, что необходимо просто локальное точечное блокирование тока, затекающего на внешнюю сторону оплетки кабеля как можно ближе к точке питания. Именно блокирование, а не поглощение в феррите, что допустимо при приеме на КВ, но не на УКВ, где сигнал итак слаб.
Без этих мер ток только в одном случае не будет затекать с одной из точек питания на оплетку- если в этой точке нулевой потенциал относительно самой оплетки. Такие точки в антенне есть. Если к ним подключить проводник, в котором поле антенны не наводит ток, то будет отсутствовать и ток, перетекающий с антенны на этот проводник. Но дело в том, что совместить любую из этих точек с одной из точек питания невозможно в принципе. Источник, как правило, включен в разрыв проводника в этой точке и создает на торцах разрыва противофазное напряжение относительно этой, мнимой теперь, точки. В симметричных антеннах возможно подключение оплетки к другой нулевой точке, а питание точки, к которой должна была быть подключена оплетка, противофазное относительно точки, к которой подключена центральная жила, выполнить через фазовращатель 180°. В петлевом вибраторе эту роль выполняет полуволновая петля, а роль нулевой точки - центр противоположной стороны вибратора.
При прямом подключении кабеля ток с внутренней стороны оплетки затекает не только на проводник антенны, но и на внешнюю сторону оплетки, которые имеют некоторое входное сопротивление для этого тока. У проводника антенны его можно считать равным половине от входного сопротивления антенны, у внешней стороны оплетки это случайная величина. В общем случае, чем меньше входное сопротивление антенны, тем меньшая часть тока источника будет течь по внешней стороне оплетки. Его величина и влияние на параметры антенны зависят от многих причин, а результатом может быть нарушение работы антенны.


Противодействием этому может быть создание параллельного проводника с током той же величины, но противоположного направления- компенсационный метод. Но лежащие на траверсе кабели наводят на ней ток, а траверса в свою очередь расстраивает "четвертьволновость" лежащего на ней устройства. Тот же эффект возбуждения токов траверсы и у трансформатора из спаренных кабелей с разьемом на траверсе. Многолетние дебаты на форумах о том, какой matchой matchить 28 Омные антенны DK7ZB идут отчасти потому, что match (пара кабелей 75 Ом) только трансформирует 28 в 50 Ом, но не симметрирует и не отсекает ток по оплеткам maчи (пары). В последнее время это стало очевидно и теперь мало кто называет "симметрированием" пару кабелей неопределенной длины. Но там же предлагается аналог из трубы "Sperrtopf" by DF7DJ" имеющий те же токи по траверсе, сводящие на нет результат.
Применение катушек из кабеля.
Катушка работает в реальном устройстве, её продолжением является оплетка кабеля, равновероятно имеющая или индуктивную или емкостную компоненту сопротивления, которую расчитать заранее невозможно и которая постоянно меняется и от множества внешних причин и от частоты. Емкостная компонента образует с индуктивностью катушки последовательный контур, уменьшающий, а в области резонанса вообще сводящий на ноль его сопротивление. Единственным препятствием для тока по оплетке кабеля в этом случае остается активная часть её сопротивления, ток при этом в несколько раз больше, чем если бы катушки не было вообще. Подробнее об этом здесь: Отсечка тока по кабелю дросселями
Применение для отсечки тока ферритовых колец, несмотря на кажущуюся простоту, требует в каждом конкретном случае расчета с учетом и величины тока и свойств феррита, иначе может быть или неэффективным, или приведет к отсечке тока за счет поглощения, и в результате- к перегреву кольца при передаче и потерям в уровне сигнала при приеме. Ферритовые кольца на кабеле антенны УКВ
Блокирование тока можно выполнить с помощью обьемных резонаторов- 1/4λ стаканов. Они эквивалентны разрыву внешней стороны оплетки и включению в разрыв параллельного LC контура определенной добротности и сопротивления току ВЧ. В антеннах 28, 50, 75 и 112 Ом применена отсечка тока Гибкими 1/4 λ стаканами. Стакан на кабеле с оболочкой из ПЭ создает в полосе любительских диапазонов для ВЧ тока по оплетке сопротивление 1000...1500 Ом и обеспечивает достаточную степень отсечки в любой антенне. Стакан на кабеле с ПВХ оболочкой имеет сопротивление 150...300 Ом и обеспечивает приемлемую для простых антенн степень отсечки тока, которая в большинстве случаев больше, чем с помощью ферритовых колец.
В последнее время популярны антенны с петлевым вибратором не 200 - 300 Ом, а 50, 75 или 112 Ом, питаемые кабелем напрямую, также, как разрезной 50 Ом, но без отсечки тока по кабелю. Такой способ известен давно ( антенны F9FT) Ток по оплетке действительно меньше, чем можно было бы ожидать. Принцип основан на том, что ток, затекающий на оплетку с источника, частично компенсирован наведенным на оплетку противофазным током. Но термин "самосимметрирование петлевого вибратора", сопровождающий такие конструкции неудачен, потому, что распределение токов в самом вибраторе для этого должно быть несимметричным и несимметрично на самом деле. При этом наблюдается сильная зависимость тока по оплетке и асимметрии тока в вибраторе от проводки кабеля, длины металлической траверсы и способа установки элементов на ней от пренебрежимо малого до недопустимо большого влияния на параметры различных антенн. Поэтому в каждом конкретном варианте модели и ее конструкции необходим анализ влияния и возможности работы антенны без отсечки тока. Кроме того, при отсутствии отсечки тока в антеннах с петлевым вибратором, питаемым напрямую, надеяться на "самосимметрирование" рисковано, есть опасность явления, описанного на стр. УКВ. NEC2 или MMANA?
ПРОВОДКА КАБЕЛЯ

ДЛЯ АНТЕННЫ КАБЕЛЬ, ТАКЖЕ КАК И ТРАВЕРСА - ЭТО НЕЖЕЛАТЕЛЬНЫЙ ПРОВОДНИК В НЕЙ. Металлическую траверсу легко и просто заменить на диэлектрическую, но без кабеля в зоне антенны пока не обойтись. Ошибки в проводке и подключении кабеля могут привести даже не к ухудшению, а к нарушению работы антенны. Границы зоны, присутствие в которой проводников длинее 0,15 λ заметно влияет на параметры антенны, от 5 до 30 см за рефлектором в зависимости от F/B, около 0,75 λ вбок от элементов и до 5 λ вперед от последнего директора. Степень влияния зависит от положения проводника в антенне и его длины. Влияние максимально, когда проводник находится в плоскости антенны и параллелен элементам, и пренебрежимо мало, если проводник находится в плоскости симметрии антенны. При произвольном положении проводника главную роль играет величина его проекции на вектор поляризации.
Не стремитесь использовать в зоне антенны очень толстый кабель. Вместе с его диаметром растут размеры участка разделки, его неточности и чем выше частотный диапазон, тем больше это влияние. В результате обретеные 0,1...0,2 дб уровня сигнала за счет меньших потерь толстого кабеля могут быть потеряны на ухудшении параметров антенны. Отдельно надо сказать о толщине кабеля в антеннах 1296 МГц. Если антенну 145 МГц или стек больших размеров смасштабировать в 9 раз, на 1296 МГц, соответственно и переходной кабель потребуется короче в 9 раз. Если в обоих случаях использовать кабель диаметром 7 мм, то потери в нем будут в 3 раза меньше, чем на 145 МГц. Это хорошо для вас, а теперь для наглядности смасштабируем назад на 145 МГц, но вместе с диаметром кабеля и представим, какой "бумкоррекшн" потребуется антенне 145 МГц, в котрой присутствует "траверса" в виде кабеля диаметром 60 мм и какие погрешности подключения и влияния проводки будем иметь с кабелем диаметром 60 мм. Лучшим решением на 1296 МГц будет отвод кабеля диаметром 4...5 мм за рефлектор и далее на разьем фидера или сумматор стека.
Антенну ВК для наземных и тропо связей можно выбрать и 75 омную. Тогда отвод кабеля до узла поворота сделать из доступного и недорогого кабеля типа РК 75-4-11 с оболочкой из ПЭ, наиболее подходящего для этого по диаметру, прочности, гибкости и по качеству 1/4 λ стакана на нем. Далее через F разьем продолжить легким и качественным кабелем типа SAT 703, затухание которого равноценно 10и миллиметровому кабелю РК 50-9-11, и подключить его к трансиверу через 1/4 λ трансформатор, сделанный из отрезка тонкого кабеля RG 58 или из фторопластового РК 75-4-21, РК 75-3-21, РК75-7-22. В таком исполнении 8и - 9и элементная антенна вместе с кабелем 24 м и с учетом заказа на изготовление секций траверсы 2,6 м х 2 в столярном цехе обходится в 500 руб.


И в заключение
Для многих аргумент: "Я на эту антенну..." все таки еще самый весомый. Не в моих правилах, но воспользуюсь и я им: Из антенн сайта на 1296 мгц 8 антенн (3 стека по 2 и 2 одиночных) были сделаны и отданы без контроля не то что параметров, а вообще без проверки КСВ или просто работы. Два стека после прошли контроль КСВ у UA6EM. Одиночная 1.1 м работала в полевом дне 2008 у команды UA6FW/6 c 10 вт на 1296 МГц. В "Кубке 1296" на эту антенну уступили лидеру всего 2 связи Заслуга в основном тактики и мастерства операторов,но всё же. На 144 у них был стек 2 по 4.5 м. И тоже отдан и установлен без контроля до соревнований. На 435 стек 2 по 21 эл,но не мой. Сразу после ПД 2008,на форуме VHF DX пишут его участники:
RA3AQ "В тесте отлично проходили дальние станции 6-го района UA6EM (907 км), UA6FW/6 (2+70см qrb 972км)." UY9IA "Самая дальная связь(1296) 06.07.2008 03:51 UA6FW/6 606.7km" Вообще на форуме в рапортах участников в строке "самая дальняя связь с..." позывной UA6FW/6 встречается 10 раз, далее RA3AQ-6 раз, RA6AX-4 раза, другие по 1-2 раза.
Еще раз: эти антенны были отданы и вывезены на ПД без контроля КСВ и проверки в работе. Хотя на 144 МГц есть чем проверить, но лень было. Все антенны на траверсах из сосны.

НА ГЛАВНУЮ               HitMeter.ru - счетчик посетителей сайта, бесплатная статистика