Categories: Антенны

folded-dipole/

Сегодня мы познакомимся с антенной, которая ранее не рассматривалась в этом блоге. Она называется петлевой диполь, петлевой вибратор или folded dipole . Петлевой диполь обычно не используется, как самостоятельная антенна, однако его часто применяют в качестве активного элемента в антеннах Уда-Яги . Дело в том, что в плане диаграммы направленности, усиления и так далее петлевой диполь аналогичен простому диполю. Главное же его отличие заключается в более высоком входном сопротивлении, около 300 Ом. С увеличением числа элементов входное сопротивление антенны Уда-Яги снижается, из-за чего затрудняется ее согласование. Использование активного элемента с высоким входным сопротивлением позволяет решить эту проблему.

Как можно догадаться по названию, петлевой диполь представляет собой вытянутую петлю. Периметр петли составляет около 1 λ. Используя балун 1:4 мы можем преобразовать импеданс антенны из 300 Ом в 75 Ом, что даст нам КСВ 1.5 при запитке коаксиальным кабелем 50 Ом. Это около 4% отраженной мощности, что, как правило, не критично. К тому же, реальный КСВ будет отличаться, так как антенна находится не в свободном пространстве. На нее влияет земля и находящиеся поблизости предметы, например, та же линия запитки. При необходимости 75 Ом можно преобразовать в 50 Ом, добившись тем самым полного согласования. Далее будет показано, как этого достичь.

Чтобы было интереснее, антенну было решено делать на радиолюбительский УКВ диапазон 2 метра . На УКВ вместо балуна 1:4 на ферритовых кольцах применяют схему под названием U-колено (иллюстрация позаимствована отсюда [PDF] ):

Из рисунка мы сразу понимаем этимологию слова «U-колено»: полуволновой отрезок кабеля по форме напоминает латинскую букву U. В английском языке U-колено обычно называют как-то в стиле «1:4 coax balun».

Как же это работает? Когда ток выходит из коаксиального кабеля (слева), ему нет особой разницы, куда течь, поэтому он делится пополам. Половина тока уходит в антенну, а половина — в U-колено. Так как длина последнего составляет λ/2, то, пройдя U-колено, ток приходит в антенну в противофазе. Таким образом, имели ток I и напряжение от 0 до V, а получили ток I/2 и напряжение от -V до V. Применяя закон Ома, приходим к выводу, что импеданс увеличился в 4 раза.

Но этим мы показали лишь то, что U-колено выполняет роль трансформатора. Спрашивается, работает ли оно также и балуном ? Ответ можно найти у Игоря Викторовича в разделе 3.6.5.3 на странице 128:

А [синфазный ток] в данном случае вообще отсутствует! Ему просто нет пути на оплетку — обратите внимание (это не ошибка и не опечатка) — оплетка кабеля с антенной вообще не соединена . Поэтому ничего с антенны на оплетку затечь не может.

Таким образом, U-колено выполняет роль не только трансформатора, но и балуна.

С теорией более-менее разобрались. Давайте же проверим все это хозяйство в деле. Антенна у меня получилась вот такая:

Полотно антенны было сделано из измерительной рулетки . Не знаю, что за металл в ней используется, но он неплохо паяется. Металл тонкий и его можно резать простыми ножницами, если у вас нет специальных ножниц по металлу. Краска легко снимается с рулетки при помощи надфиля. Полотно антенны крепится при помощи нейлоновых стяжек к Т-образной конструкции из пары труб ПВХ. При этом антенна прекрасно держит форму. Диаметр короткой трубы — 25 мм, диаметр длинной — 16 мм. В первой, более толстой, трубе при помощи шуруповерта и ступенчатого сверла было просверлено отверстие, в которое и вставляется вторая, более тонкая, труба.

В качестве кабеля 75 Ом был использован RG-6U+CU . Он недорог и имеет еще меньшие потери [PDF] , чем RG213. Обратите внимание, что обычный кабель RG6 имеет алюминиевую оплетку, которая нам не подходит. Перед покупкой убедитесь, что используете вариацию кабеля с медной оплеткой, которая без проблем паяется с обычным флюсом, тем же ЛТИ-120. Измеренный коэффициент укорочения кабеля составил 0.84. Это типичное значение для кабеля со вспененным полиэтиленом в качестве диэлектрика. Таким образом, в U-колене использовался отрезок кабеля длиной 87 см.

После подстройки плечи антенны получились по 47.5 см. Здесь имеется ввиду расстояние от края до центра антенны, а не общая длина полотна в каждом из плеч. При этом был получен следующий график КСВ :

Можно заметить, что антенна имеет входной сопротивление около 75 Ом, как и ожидалось. Настройка велась на балконе, поэтому график немного менялся в зависимости от положения антенны. Но в среднем он выглядит, как на приведенном скриншоте, и КСВ никогда не превышает 1.5. В принципе, с такой антенной можно без проблем проводить радиосвязи. Проверено.

Но из спортивного интереса было решено попробовать согласовать ее еще лучше. Для этого был использован трансформатор из λ/12 отрезков кабелей (иллюстрация позаимствована отсюда ):

Используя данную схему, можно согласовать любые два чисто активных импеданса для заданной частоты, если вы найдете подходящие кабели. В качестве кабеля 50 Ом я использовал RG213. Как мы ранее уже выясняли , его КУ составляет около 0.665. Соответственно, был использован отрезок длиной 11.5 см. Длина отрезка RG6 составила 14.5 см.

Итоговый график КСВ:

Если читать график буквально, то резонанс попал чуть ниже 145 МГц. Но раз антенна имеет полосу по уровню КСВ < 2 аж в 40 МГц, было решено не инвестировать время в ее дальнейшую подстройку. К тому же, есть подозрения, что провал ниже 145 МГц вызван влиянием на антенну ее окружения.

А что происходит с диаграммой направленности антенны на ее рабочем диапазоне? Ответ нам поможет получить cocoaNEC . Если верить модели ( файл .nc ), диаграмма направленности антенны в свободном пространстве остается неизменной во всей полосе.

Как уже было отмечено, петлевой диполь сам по себе используется редко. Антенна работает точно так же, как fan dipole с двумя парами плеч одинаковой длины, то есть, утолщенный диполь ( файл .nc ), и не дает по сравнению с ним существенных преимуществ. Отличие заключается только в более высоком входном сопротивлении.

Зато мы опробовали пару новых способов согласования. Особенно полезной мне видится схема на λ/12 отрезках кабелей. С ее помощью можно использовать RG6 в качестве замены RG213, преобразовав импеданс в 50 Ом на каждом из концов кабеля для заданой частоты. Таким образом, получаем более дешевый кабель, имеющий меньшие потери.

admin

Share
Published by
admin

Recent Posts

Настройка Mercurial по HTTPS

Иногда mercurial, при скачивании и комитах ругается на https. Особенно на самоподписанные сертификаты. Чтобы заработал…

2 недели ago

Компиляция libvirt в Ubuntu

Компиляция libvirt Подробнее

2 недели ago

Ошибка libvirt permission denied: решение

Если возникает ошибка libvirt destroy lxc permission denied , при попытке остановить контейнер: _x000D_# virsh…

2 недели ago

Настройка редиректа в NGINX

Файлы с примерами редиректа для nginx Подробнее

2 недели ago

Включение gzip в NGINX

Как включить gzip сжатие в Nginx ? Подробнее

2 недели ago

Удаление postinst-скрипта в Linux

Иногда возникает ситуация, когда криво настроенные пакеты не устанавливаются в системе. У меня это произошло…

2 недели ago