Ежедневный радиожурнал со звуком. Иногда с юмором. Всегда с картинками

SAT/SPACE MONITOR ВЫ можете участвовать в формировании новостей

25.11.2012

Не совсем Харченко

Или дабл Харченко.  Продолжение   См. Начало
В связи с вечерним временем внуки меня покинули,  появилось время изложить парочку мыслей.. :-)
           Возвращаясь к антенне Харченко, прежде всего хотелось бы отделить зёрна от плевел.. Не совсем всё так, как поётся в легенде про эту антенну. Да, действительно, если слегка погрешить против истины и использовать то, что антенна в пределах одного диапазона и правда очень широкополосна, то она вполне приемлимо работает с кабелем 50 или 75 ом без специальных мер согласования и настройки. Но, если рассмотреть всё детально, то выясниться, что сопротивление антенны очень сильно зависит от формы рамок и, конечно, от их размера.  Например на  графике справа кривые импеданса биквадрата в зависимости от физического размера рамок. А мы уже знаем, что антенна очень широкополосная и успешно может работать не только на резонансной частоте но и вблизи неё. Поэтому иногда биквадраты называют не резонансной антенной, а диапазонной. Угол "a" - физический угол между вертикалью и элементами рамок. В этом конкретном случае угол 45 грудусов, тоесть по форме рамки представляют собой идеальные квадраты. На графиках можно увидеть, что при точном соответствии периметра рамок длинне волны (сторона квадрата равна 0,25 периметра)  их импеданс лежит в пределах 50-60 ом. Если же сторону квадрата увеличить до 0,33, то сопротивление вырастает до 120 ом.  При этом просчитанно, что максимальный коэффициент усиления биквадрата и наилучшие направленные свойства будут при длинне стороны квадрата равной 0,375. Конечно, сопротивление при этом возрастает многократно - до 600-700 ом, что конечно же много даже для нашей идеи.  
  На втором графике, слева, зависимоcти сопротивления от угла "а".   Если рассмотреть график сопротивления при длине стороны квадрата равной  0,25 периметра  - пряморезонансной, но при угле стороны к вертикали равном 60 градусов, то мы обнаружим, что  сопротивление биквадрата, или антенны Харченко, составит не 50 ом, а 100!  
     Оно и понятно: чем больше ромбы "сплюснуты" в вертикальной плоскости, тем более они становятся похожи на петлевые вибраторы. Вы, конечно же догадались, что идея заключается в суммировании сигналов с двух соосных биквадратов повёрнутых один относительно другого на 90 градусов для того, чтобы получить круговую диаграмму направленности. При этом дополнительные меры согласования и фазирования будут минимальны - один четвертьволновой трансформатор в качесте фазовращателя.
  Таким образом мы получаем антенну круговой диаграммы направленности с минимальными сложностями в изготовении и настройке. Если одну антенну повернуть на 90 градусов  не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости, то  получаем антенну круговой поляризации и круговой диаграммы направленности. Простейший расчёт покажет вам, что для образования угла в 60 градусов между вертикалью и полотнами сторон ромба (при периметре равном длине волны, в нашем случае 2000 мм) высота биквадрата должна быть 1000 мм, а расстояние между крайними точками 866 мм.  Сопротивление одной такой "биквадратины" составит 100 ом. Для получения круговой диаграммы направленности два биквадрата размещаются под углом 90 градусов между собой и соединяются между собой с помощью четвертьволнового трансфоматора-фазовращателя из кабеля сопротивлением 50 Ом.  С учётом коэффициента укорочения (для RG-58) это отрезок 34,2 см.  Вы, наверное, уже успели заметить мою любовь к медному проводу и канализационным трубам?  Так вот и правда, я не знаю материала лучше для моделирования и практического изготовления антенн УКВ диапазона. Хотя конечно всё описанное ниже можно заменить на вашу собственную конструкцию из дерева, например или другого имеющегося в наличии изоляционного материала, а провода на трубы или полоски жести или оцинковки. не забудьте, что есть простой способ оценить качество материала для диэлектрика антенны .
  Если бы я не был в юности радиотехником, я бы просто повторил почти повсеместно повторяемую фразу, что усиление антенны Харченко составляет 6-8 дБ. Но посколько я в вопросе разбирался, то могу заявить, что усиление одной антенны Харченко (когда она 50-ти омная) не будет более 4 дБ. В нашем случае, когда сопротивление одной антенны выше и КНД лучше, может чуточку больше. Выигрыша в усилении от двух антенн формирующих круговую диаграмму направленности не будет, но можно смело заявить что в этой антенне, назовём её условно "два бриллианта" (по внешнему виду) усиление будет не менее 4 дБ во всех направлениях.
    Итак, переходим к конструкции. В связи с тем, что пластиковые трубки-палочки от воздушных шариков из "Макдоналдс"а уже не годятся, в голову пришла мысль использовать пластиковые палки от детских лыж из которых старший внук уже вырос, а младшая уже не захочет красного цвета. Длина и диаметр подходят, только цвет подкачал... :-) И вот перечень материалов: труба водопроводная пластиковая 32 мм, 4-ре пластиковые распорки диаметром 10 мм  и длиной 87 см, провод медный полтора квадрата и, если не жалко разъёмов и тройника, то материалы коммутации. Если нет - жестяные прямоугольники  для пайки с отверстиями под саморезы. (Можно сделать и на пайке и саморезах, но тогда вся механика антенны будет некрасивой и ненадёжной.) Для удобства монтажа один биквадрат сдвинут по высоте на 5 см относительно другого. На параметрах антенны это никак не скажется.  Разъёмы SO239 дополняются длинными болтами и припаянным толстым медным проводом достаточной длины для того чтобы пройти насквозь несущую трубу.  Если не найдётся коаксиального тройника, то придётся делать пайкой.
     На очень сложном технологическом рисунке очень хорошо видно как это реализуется.  К нижнему разъёму и соответственно нижнему биквадрату присоединяется тройник, если найдете такой в Украине, если нет - пайка на ламели под саморезом. В один его разъём (сторону) вставляется фидер снижения с балуном, как и в квадрифилярной антенне 5 витков на пластиковой мачте-опоре, а в другой - второй биквадрат через четвертьволнойвой  фазовращатель. Достаточно сложно, если на разъёмах. Если же обычной пайкой на жестяных прямоугольниках прижатых к несущей трубе саморезами, то проще. Дешевле однозначно и, если покрыть герметиком, то даже понадёжнее будет.  Но решать вам. На фотографиях ниже видно как это выглядит. Сама пластмассовая труба крепиться или к конструкции-удлинителю, металлической трубе, напрмер,  или прямо на место своего постоянного расположения, например на стену дома, венттрубу или дерево.   Понятно, что чем выше - тем лучше. Не забывайте что делаете антенну для УКВ диапазона, угол излучения в вертикальной плоскости около 5 градусов, поэтому лучше иметь "открытый" горизонт.
   Антенна работает в очень широкой полосе, поэтому элементов подстройки нет. Но, если вдруг вы захотите иметь КСВ равный 1, то в нижней части биквадратов можно сделать настроечный шлейф на манер применяемых при настройке обычных двойных квадратов: с подвижной перемычкой. Если вы примените другую конструкцию для размещения биквадратов, то помните - меняя форму ромбов можно изменять входное сопротивление каждой отдельной антенны в широком диапазоне (См. график выше). Воспользуйтесь этим.   Одним словом мы снова сделали приличную антенну из бросовых материалов.
     Не претендую на авторство идеи, она стара как антенна Харченко,  :-), но любая идея может  развиваться и модифицироваться. Я, как радиолюбитель-пенсионер, ищу самый дешевый способ получить желаемое...
   Многие могут задаться вопросом: а стоит ли огород городить, если эти же 4 дБ можно получить на самодельном колинеаре?
    Да, можно. Но, если мы помним, GP по многим параметрам уступает рамочным антеннам, нашей тоже. А если вы еще и в городе живёте, то это совершенно точно ваша антенна - она помехоустойчива. 4 дБ при круговой ДН - очень хороший результат. Кроме этого антенна излучает под очень низким углом к горизонту - для DX QSO.  :-)
Её можно использовать в качестве резервной, спутниковой  или для местных связей. 
  Поступают вопросы, в комментариях в том числе (см. ниже), не лучше ли выполнить антенну с вертикальной поляризацией. На вкус и цвет, как говорят, товарищей нет. Но в связи с конструкцией для того чтобы получить вертикальную поляризацию просто положить антенну набок недостаточно. Одну из рамок придётся повернуть относительно другой :-( В результате получится вот такой, примерно, батерфляй на рисунке ниже.  Эта антенна выполнена в соответствии с рекомендациями описанными в другой статье на этом же сайте и представляет собой  антенну с круговой диаграммой направленности и вертикальной поляризацией (в исполнении UR6LAO). 
Балун в виде 5-6 витков кабеля вокруг несущей (пластиковой) трубы закреплённые пластиковыми самозатягивающимися хомутами лучше выполнить прямо под антенной. То есть прямо перед местом распайки фазосдвигающего трансформатора. Примерно так как на этом фото
       Давайте дружить. Добавьте этот сайт в избранное                                         
© Copyright 2011-2016 UY2RA.   All rights reserved.    Все права защищены.    Пожалуйста уважайте их.
Использование материалов c этого сайта разрешается только с указанием АКТИВНОЙ ссылки на этот сайт.

FREE & OPEN UKRAINIAN HAM  RADIO  BANNERS NET