Форум радиолюбителей Тюмени

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Форум радиолюбителей Тюмени » КВ Антенны, АФУ, усилители » Малошумящая антенна UA6AGW


Малошумящая антенна UA6AGW

Сообщений 1 страница 5 из 5

1

Наткнулся на это чудо антенну. Кому интересно, высказывайтесь. Есть желание выполнить эту антенну на 80 метров. Поскольку на этом диапазоне уши пухнут от шумов.
Здесь только вводная информация. Более подробно с рисунками и фото в интернете.
Направленная антенна UA6AGW v. 7.00

Антенна, описанная в этой статье, так же как её прототип, антенна UA6AGW v.40.00 (1), относится к классу CFA антенн (антенны пересекающихся (скрещенных) полей). Эта конструкция, является результатом  многочисленных опытов, осуществленных за последние три года. Патент №  125777 (RU)
Работа этой антенны основана на эффекте, обнаруженном автором этих строк, при проведении опытов с магнитными рамками (3,4). Опытов, которые в свою очередь, привели  к созданию прототипа этой антенны (1,2). Эффект этот, заключается в том, что если, при неподвижной дипольной части, повернуть рамку на 90 градусов уровень сигнала по приему падает более чем на 10-15дБ, а при повороте на 180 градусов - прием падает, практически до нуля.

Принцип работы.
Не пытаясь рассмотреть весь спектр способов, формирования направленного излучения, в антеннах КВ диапазона, хочу остановиться на  том, как формируется направленное излучение, в популярных радиолюбительских  КВ антеннах. Принцип работы, всем известной  антенны «Уда-Яги» (волновой канал), в «Википедии», описан следующим образом: «Излучение антенны можно рассматривать как сумму излучений всех составляющих её вибраторов. Ток, наведённый излучением активного вибратора в рефлекторе, наводит в нём напряжение. Для рефлектора, сопротивление которого носит индуктивный характер за счёт длины, большей 0,5 λ, напряжение отстает по фазе от напряжения в активном вибраторе на 270¬°. В результате излучение активного вибратора и рефлектора в направлении рефлектора складывается в противофазе, а в направлении активного вибратора — в фазе, что приводит к усилению излучения в направлении активного вибратора приблизительно вдвое. Аналогично рефлектору работают директоры, однако из-за емкостного характера их сопротивления (что определяется их меньшей длиной) излучение усиливается в направлении директоров». Подобным же образом происходит формирование направленного излучения в антеннах «Двойной квадрат», «SPIDER BEAM» и др.
В описываемой антенне формирование направленного излучения, происходит несколько иначе.
Эффект упоминавшийся в начале статьи  возникает потому, что эта  антенна, являясь в общем-то, целостной конструкцией, имеет элементы  формирующие отдельно  магнитную и отдельно электрическую, составляющие  фронта волны излучения. Учитывая, что в геометрической середине рамочной части антенны происходит смена фаз напряжения, получается, что  при повороте рамки на 180 градусов при неподвижной дипольной части (либо переключении выводов дипольной части к противоположным выводам рамки), ток и напряжение в соответствующей  части  рамки,  оказывается в противофазе к току и напряжению, сформированному  лучом. И если уровни напряженности магнитного и электрического полей, в этом месте, находятся в определенной пропорции, то происходит  подавление излучения (приема).

Устройство.
Если теоретический принцип работы этой антенны  понятен и вытекает из опыта,  необходимая конфигурация элементов антенны, вовсе не очевидна. Поиск оптимальной, работающей конструкции антенны,  обусловил проведение  множества опытов.
Дело в том, что антенна прототип (1) в штатной конфигурации, обладает хорошим запасом устойчивости к помехам электрического (и не только) характера, к наличию различных, находящихся поблизости,  внешних  металлических конструкций, других антенн и т.д. Происходит это, за счет довольно сильной связи, между рамочной и лучевой частями антенны, и образованной ими, в результате этой связи, симметричной конструкции. Очень хотелось сохранить эти, несомненно, положительные качества в новой конструкции. Дело это оказалось непростым. Не описывая все промежуточные варианты, перехожу к тому, что получилось.
На рисунке ниже, представлены электрическая схема и необходимые размеры элементов и расположение этих элементов в пространстве, антенны диапазона 40 метров.

Рис № 1

Так же как в прототипе, рамочная  часть антенны расположена вертикально и выполнена из коаксиального кабеля. Наружная оплетка кабеля, с конденсатором С-2, по-прежнему, работает излучающей рамкой, а внутренний проводник вместе с конденсатором  С-1 фазосдвигающей цепью.
Изменения коснулись лучей. Как видно из схемы два больших луча  (так же как в прототипе) расположены в одной плоскости с рамкой, но оба подключены к одному и тому же, выводу излучающей рамки. Тот луч, который расположен с той же стороны, что и подключенная к нему часть рамки излучения, отвечает за  формирование  излучения антенны  в его направлении. Противоположный же луч, отвечает за подавление заднего лепестка, в диаграмме направленности  этой антенны.
Два, значительно более коротких луча, расположены  перпендикулярно по отношению к рамке  и длинным лучам, обеспечивают  симметрию всей конструкции.

Конструкция.

Собственно рамка, в данном случае, выполнена  из более тонкого (чем у прототипа) и соответственно более дешевого, кабеля с диаметром экрана,  в виде гофрированной трубки, около 15 мм. Производители и продавцы его называют «полудюймовым»,  либо ½ дюйма. Диаметр рамки, в этой антенне, тоже несколько меньше чем у прототипа. Вызвано это, стремлением устранить возникшую индуктивную реактивность антенны. Применение более тонкого кабеля  вызвало некоторое сужение рабочего диапазона антенны, по уровню КСВ-2,0. Для защиты излучающей рамки (кроме того, что она в один слой покрыта лаком) применяется, очень недорогая, электромонтажная гофрированная труба, стойкая  к погодным воздействиям.
В прочем, всё сказанное выше, отнюдь  не означает, что рамку нельзя выполнить, как и в первом варианте, из более толстого кабеля.
Общая конструкция антенны представлена на рис. № 2



Рис. № 2

Как видно из рисунка, антенна прототип, может быть легко переделана в направленную антенну. Для обеспечения поворота антенны, большие  лучи выполнены жесткими из шестиметровых рыболовных  удилищ. Для этого, самое тонкое коленце удилища, заменено  8-ми миллиметровой алюминиевой  трубкой. К ней,  с помощью заклепки, прикреплен  многожильный неизолированный   провод, проходящий внутри удилища, из которого выполнен собственно луч.
Поперечная распорка с помощью веревочных  растяжек, кроме механической задачи,  по обеспечению  устойчивости всей конструкции к ветровым нагрузкам, исполняет роль несущей опоры, для коротких симметрирующих лучей. Она выполнена из пластиковой трубки диаметром 14 мм. Поверх этой трубки проложены симметрирующие лучи, выполненные из такого же, как и  большие лучи из многожильного неизолированного провода. Лучи могут быть проложены и внутри этой трубки. Провода, соединяющие рамку с конденсаторами и лучами должны иметь минимальную длину.
Общий вид, способа крепления поперечной распорки и монтаж конденсаторов показан на рис. № 3.

Рис. № 3.

Мачта антенны выполнена из 3-х метровой пластиковой трубы диаметром 42 мм. В моем случае, высота установки 8 метров, обеспечивается с помощью удлинения её,  дополнительной 5-ти метровой металлической трубой  диаметром 48 мм. Наружный диаметр пластиковой трубы, в точности совпадает с внутренним диаметром металлической трубы, поэтому соединение их не составляет труда.
Для обеспечения возможности поворота мачты, из двух кусков водопроводной трубы диаметром 48 и 55 мм. изготовлено несложное устройство крепления оттяжек. Конструкция его ясна из рис.4


Рис. № 4

Для питания этой антенны применена петля связи, выполненная из питающего кабеля,  такая же, с теми же размерами, как у  прототипа антенны.
На рисунке  № 5 приведена  подробная  инструкция по изготовлению петли связи.

Рис. 5
Есть определенные правила, по которым нужно  произвести монтаж петли связи.
1. Найти равноудаленную,  от конденсатора С-2 точку, на излучающей рамке и как-либо её обозначить, это точка симметрии излучающей рамки. В этой точке происходит смена фаз напряжения, а ток имеет максимальную величину.
2. При монтаже, верхушка мачты, точка симметрии петли связи и точка симметрии излучающей рамки, должны совпасть.

3. На одинаковом расстоянии влево и вправо от точек симметрии (ориентировочно 7-8 см), петля связи с помощью кабельных стяжек крепиться к излучающей рамке. Симметрия в этом месте  важна, она позволяет избежать появления токов на оплетке питающего кабеля и работать без заземления.
Форма петли связи ясна из рисунка  № 6.

Рис № 6

Настройка
Настройка антенны проводилась в условиях установки на высоте 5 метров (до верхушки мачты). При этом лучи и коробка с конденсаторами находились на высоте трех с половиной метров. Применяя двух метровую стремянку можно легко настроить антенну. Уже на этой высоте, антенна вполне прилично работает и демонстрирует  подавление (F-B), порядка 20-ти дБ.
Я настраивал антенну на частоту 7080 кГц, с тем, что бы после установки антенны на высоту 8 метров, настройка антенны,  была в районе частоты 7100 кГц.  Настройка этой антенны,  так же как и настройка антенны прототипа, очень проста. Если применяется  переменный конденсатор С-2, то настройка антенны ведется так же как в прототипе по максимальному сигналу на прием, либо по максимальному напряжению на  излучающем луче.В моем случае, связи с тем, что в антенне применяются конденсаторы постоянной емкости, настройка антенны ведется изменением длины лучей.  Для этого в расположенные на концах лучей трубки диаметром 8 мм. и имеющие внутренний диаметр 5,5 мм, вставлены отрезки алюминиевого одножильного провода сечением 25 квадратных мм. Этот провод имеет наружный диаметр, позволяющий достаточно плотно вставить его в трубку. А для надежности, место контакта, можно обжать каким либо хомутом. Изменяя длину этих вставок (симметрично с двух сторон) можно легко настроить антенну. Этого вполне  достаточно, для обеспечения характеристик антенны, изложенных ниже.
Результаты
Все положительные качества, такие как: миниатюрность, высокая устойчивость к помехам, способность работать с малых высот, простота конструкции и настройки и т.д. и т.п.,  присущие прототипу  антенны, характерны и для этой конструкции.
Входное сопротивление антенны обуславливается волновым сопротивлением кабеля, примененным для изготовления петли связи. В случае применения кабеля  с сопротивлением 50 Ом, входное сопротивление антенны, тоже 50 Ом.
Рабочий диапазон по уровню КСВ 2,0, измеренный антенным анализатором  составляет около 150 кГц.

Рис №7
В течении десяти месяцев велись сравнительные испытания новой антенны с антенной, имеющей круговую диаграмму направленности. В роли антенны сравнения,  использовалась «антенна UA6AGW версии 40.02».
На рисунке №7  приведены снимки монитора работающего SDR трансивера.
На первом снимке к трансиверу подключена антенна  UA6AGW версии 40.02, а на втором антенна UA6AGW v. 7.00.
     

Рис №8
Как видно из рисунка №7, на прием, в  направлении основного лепестка, новая антенна не уступает по уровню сигналов, антенне сравнения.  Снимки делались, с минимально возможным разрывом во времени.
График диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, построен методом усреднения значений  измеренного уровня сигнала,  при расстоянии до источника ЭМВ  около  1000 метров.

Рис №9

Ширина лепестка, диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, по уровню 3 дБ, составляет не более 60 градусов. Среднестатистическое подавление «фронт-тыл»  в этой антенне составляет не менее 20 дБ. Подавление «фронт-бок» около 15 дБ. Кроме того, антенна обладает, на мой взгляд, очень важным свойством. Свойство это  выражается в способности антенны подавлять,  независимо от направления,   сигналы станций расположенных ближе 300- 350 км,  на 20-30 дБ. Исходя из этого, угол возвышения   вертикального лепестка, можно оценить  в 35 – 40 градусов.
На основании номограммы на стр. № 61. первого тома книги «Антенны» Карла Ротхамеля  (издание 11-ое дополненное), коэффициент направленности антенны составляет около 10 дБ.

Рис №10

В соответствии с формулой (3.17) на  стр. № 57 (там же) коэффициент усиления антенны  составляет 7,86 дБ.

По основные критерию, свойственному  направленным антеннам, подавлению «фронт-тыл» (F/B),  эта антенна несколько превосходит 2-х элементную антенну Uda-Yagi (по данным сайта «RUSBEAM.RU) с длинной траверсы 6,4 м. и максимальной длиной элемента 21,49 м. и вплотную приближается к 3-х элементной.
Прямого сравнения  с диапазонным диполем, на высоте 0,5 длинны волны, не проводилось,  ввиду сложности размещения обоих антенн на такую высоту.
     Выводы

1. Мало отличаясь от прототипа конструктивно, новая антенна приобрела новые, весьма достойные качества,  присущие современным  направленным антеннам.
2. Не превосходя своими размерами антенну Uda-Yagi на 20 метров, эта антенна обладает подавлением F-B не уступающим  диапазонной, трехэлементной, полноразмерной Uda-Yagi.
3. Подавление  F-B и F-S не зависит от частоты и обеспечивается во всем рабочем диапазоне.
4. Появляется реальная возможность, разработать  и изготовить вращающуюся, направленную антенну  на диапазон 80 метров, не превосходящую своими размерами Uda-Yagi, сорока  метрового диапазона.
5. Антенна сохранила практически все, положительные качества прототипа.
6. Антенна получилась несложной конструктивно и простой в настройке.






  Грачёв Александр \UA6AGW\
   г. Краснодар
ЛИТЕРАТУРА:
1. Грачёв А.В.  Антенна UA6AGW v.40.-Радио 2011, №2, с.59-61.
2. Грачёв А.В.  Антенна UA6AGW v.80.-Радио 2011, №8, с.60-61.
3. Грачев А.В. Опыты UA6AGW с магнитными рамками.
     Радиоаматор  №1 2011, с. 52-54.
4. Грачев А.В. Опыты UA6AGW с магнитными рамками.
      Радиоаматор  №2 2011, с. 53-54.

0

2

Если для города, то как приемная антенна  имеет место быть, но это как всегда- компромисс- нечто между EH и очень коротким диполем. Вся фишка- в добротности ...

0

3

Два года назад начитавшись статей этого товарищая я делал передающую магнитную рамочную антенну с вакуумным КПЕ. Выполнил целую серию этих антенн с разными полотнами (медная проволока, медная трубка, медная шина, коаксиальный медный волновод) и разным способом запитки/согласования - гамма, петля, трансформатор 1:4.

Что могу сказать. В целом, почти весь опыт этого товарища относительно магнитных рамок мне удалось повторить. За неимением в то время лучшей антенны для меня это был прорыв, ну и некий опыт конструирования антенн. Имею ряд дальних связей выполненных полностью на магнитную рамку. Если сравнивать с моей R8, то на передачу магнитная рамка слышится корреспондентами на 10 dB слабее. На прием, если корреспондент находится точно в пике диаграммы, уровень принимаемого сигнала такой же как и у R8 - существенной разницы я выявить не смог. По уровню шумов, да, есть небольшой выигрыш - если на R8-ю на 40м диапазоне у меня уровень шумов в ночное время 9 баллов, то на магнитную рамку их на 0.5-1 балл меньше. Основной недостаток - необходимость постоянно крутить КПЕ и подстраивать антенну в резонанс. Для этой цели я даже поставил на антенну сервопривод и соорудил микроконтроллерное устройство управления. Так как выигрыш по шумам получился не шибко существенный, а на передачу она явно проигрывает вертикальной R8, то пользуюсь я этой магнитной рамкой очень эпизодически и только на прием.  Изредка на нее удается принять DX-а чуток громче чем на R8, но это больше похоже на случайность (поляризация ?).

Что касается комбинированной антенны по приведенному рецепту, думаю что она в большей стапени унаследует свойства магнитной рамки - шумов будет слегка меньше, но и КПД на передачу будет существенно ниже чем у волнового канала. Подавить индустриальные помехи в городе такой антенной все равно не получится. Если соорудишь - позови посмотреть. Могу приехать с приборами и помочь отстроить антенну в резонанс.

0

4

RA9LR Владимир написал(а):

Если для города, то как приемная антенна  имеет место быть, но это как всегда- компромисс- нечто между EH и очень коротким диполем. Вся фишка- в добротности ...


Тут получается, что работают две антенны одновременно - магнитная рамка больше работает на магнитную составляющую волны, а диполь - на электрическую. За счет комбинации должен достигаться какой-то положительный эффект. Несмотря на уверения автора, отстроить и согласовать две этих антенны в единую систему - дело не простое.

+1

5

Руслан написал(а):

Два года назад начитавшись статей этого товарищая я делал передающую магнитную рамочную антенну с вакуумным КПЕ. Выполнил целую серию этих антенн с разными полотнами (медная проволока, медная трубка, медная шина, коаксиальный медный волновод) и разным способом запитки/согласования - гамма, петля, трансформатор 1:4.

Что могу сказать. В целом, почти весь опыт этого товарища относительно магнитных рамок мне удалось повторить. За неимением в то время лучшей антенны для меня это был прорыв, ну и некий опыт конструирования антенн. Имею ряд дальних связей выполненных полностью на магнитную рамку. Если сравнивать с моей R8, то на передачу магнитная рамка слышится корреспондентами на 10 dB слабее. На прием, если корреспондент находится точно в пике диаграммы, уровень принимаемого сигнала такой же как и у R8 - существенной разницы я выявить не смог. По уровню шумов, да, есть небольшой выигрыш - если на R8-ю на 40м диапазоне у меня уровень шумов в ночное время 9 баллов, то на магнитную рамку их на 0.5-1 балл меньше. Основной недостаток - необходимость постоянно крутить КПЕ и подстраивать антенну в резонанс. Для этой цели я даже поставил на антенну сервопривод и соорудил микроконтроллерное устройство управления. Так как выигрыш по шумам получился не шибко существенный, а на передачу она явно проигрывает вертикальной R8, то пользуюсь я этой магнитной рамкой очень эпизодически и только на прием.  Изредка на нее удается принять DX-а чуток громче чем на R8, но это больше похоже на случайность (поляризация ?).

Что касается комбинированной антенны по приведенному рецепту, думаю что она в большей стапени унаследует свойства магнитной рамки - шумов будет слегка меньше, но и КПД на передачу будет существенно ниже чем у волнового канала. Подавить индустриальные помехи в городе такой антенной все равно не получится. Если соорудишь - позови посмотреть. Могу приехать с приборами и помочь отстроить антенну в резонанс.

Руслан, спасибо, если что, позвоню.

0


Вы здесь » Форум радиолюбителей Тюмени » КВ Антенны, АФУ, усилители » Малошумящая антенна UA6AGW