Зміст:
- Коефіцієнт укорочення антени
- Як визначити коефіцієнт укорочення антени для пивних банок
- Як налаштувати антену з пивних банок на потрібний канал
Ми вже вводили читачів в курс питання конструювання півхвильових вібраторів, але тема настільки велика, що, напевно, будуть проявлятися з часом нові й нові аспекти справи. Зокрема, стільки полюбився глядачам передача про те, як збирається антена з банок своїми руками, є не що інше, як нова варіація на стару тему. Справа в тому, що конструкція з двох бляшанок, збудованих в ряд на палиці є не що інше, як диполь — одна з перших ділових антен, коли-небудь зроблених людством. Обговоримо деякі аспекти конструювання, читачам буде корисно дізнатися, що не лише пивні банки годяться для користі всього будинку, але також і кавові, і інші бляшанки. Ті з читачів, хто вже зрозумів суть задумки, можуть відразу переходити до вивчення графіка, наведеного нижче, іншим буде, напевно, цікаво почитати теорію.
Коефіцієнт укорочення антени
Під коефіцієнтом укорочення зазвичай прийнято розуміти число, що показує, у скільки разів довжина хвилі в лінії менше, ніж у вільному просторі. Однак ми сьогодні торкнемося зовсім іншій області. Давно помічено, що півхвильовий вібратор має ідеальні характеристики тільки при мінімальній товщині дроту (ми зараз не беремо висоту підвісу антени). В реальності ж провід мають якісь кінцеві розміри, які змінюють характеристики. Насамперед це стосується частоти. Ви пам’ятаєте, що розміри полуволнового вібратора залежать, як це зрозуміло з назви, від довжини хвилі.
При відхиленні від резонансу прийом почне падати, чого на практиці намагаються уникнути. Так от, із збільшенням діаметра стрижня вібратора його частота йде вгору. На практиці це означає, що слід злегка вкоротити плечі для точного попадання на канал. А щоб надати процесу якусь науковість, введений навіть сам термін коефіцієнта укорочення: Коефіцієнт укорочення антени показує на скільки в процентному відношенні потрібно вкоротити півхвильовий вібратор для додання оптимальних властивостей системи. (Див. також Спрямована антена Wi-Fi своїми руками)
Як видно з графіка, залежить коефіцієнт укорочення антени від відношення довжини хвилі до подвоєному діаметру дроту, з якого зроблено півхвильовий вібратор. Є й дещо інша форма графіка, але зміст залишається тим самим. А для розрахунку саме ця зручніше з точки зору мінімізації обчислень. Отже, наприклад, дана частота 100 МГц, а діаметр мідної трубки, з якої виготовлена антена, становить 25 мм. Тоді знаходить потрібну довжину самого полуволнового вібратора за формулою.
Визначимо довжину хвилі: 299792458 / 100000000 ) = 2,998 м. Сам коефіцієнт укорочення знаходимо з графіка, розділивши 2,998 на 0,025 (товщина дроту), виходить приблизно 120. З малюнка бачимо, що К = 0,482. З чого робимо висновок, що загальна довжина полуволнового вібратора складе 1,445 метра. Відразу обмовимося, що цей графік досить сильно розходиться з тим, що наведено нижче (хоча вони повинні повторювати в точності один одного). У другому випадку довжина виходить менше, тому антену завжди можна буде скоротити, це простіше, ніж наростити. На користь останнього графіка говорить той факт, що саме його використовують на форумі радіоаматорів, а там люди зібралися з практичним прицілом, отже, їм можна довіряти. У будь-якому випадку варто спробувати обидва малюнка.
Як визначити коефіцієнт укорочення антени для пивних банок
До цього часу вже повинно бути зрозуміло, що півхвильовий вібратор з банок можна зібрати тільки для тієї довжини хвилі, яка наближено дорівнює чотирьом довжинам самої банки. Конструкція вібратора має на увазі, що обидва плеча рівні, тому не варто намагатися взяти жерсть від різних напоїв. Тобто високі баночки з низькими не можуть бути плечима однієї і тієї ж антени. Відстань в розриві зазвичай становить близько 10 – 20 мм. Тепер необхідно обзавестися лінійкою, і можна буде сказати, для якої частоти придатна звичайна банка з-під пива. У нас під рукою не виявилося, тож залишилося тільки зробити запит в мережі…
Все потрібне знайшлося в офіційному документі, який називається ГОСТ Р 51756-2001 — Банки алюмінієві глибокої витяжки з легковскрываемыми кришками. Технічні умови. Як бачите, всі нормовані розміри, тому попередні розрахунки можна провести вдома. Стандарт вводить чотири типорозміру пивних банок, які зазначаються в таблиці. Для зручності читачів ці дані ми наводимо нижче на малюнку. І, звичайно ж, будь-хто може знайти текст стандарту в Інтернеті.
Тепер ми пропонуємо читачам зайнятися ось чим… У нас є графік коефіцієнтів відносного укорочення полуволнового вібратора, крім того в наявності розміри банок. Ще відомо відстань між плечима, яке становить від 10 до 20 мм. Маючи на руках ці дані, ми можемо підрахувати довжину хвилі, прийняту майбутнім саморобним полуволновым вібратором. Банку об’ємом 0,5 літра має наступні основні розміри:
Залежність на графіку нагадує параболу, але шкала логарифмічна по горизонталі. І оскільки точної формули на руках немає, то пропонується приблизно визначити діапазон, а потім вже по можливості точно знайти резонансну частоту.
Подвоєна висота банки і зазор між плечима складають в сумі 350 мм. І це повинна бути половина хвилі, не враховуючи коефіцієнта укорочення. Виходить довжина хвилі 70 см, а це як раз десь частота цифрового телебачення. Знайдемо більш точно: 299792458 / 0,7 = 428,3 МГц. Тепер стає зрозумілим, чому ж деякі розумники застосовують ці пивні банки для лову каналів телебачення. (Див. також: Логоперіодична антена своїми руками)
Порахуємо коефіцієнт укорочення по першому (верхньому) графіком, виходить що ?/d = 0,7 / 0,0664 = 10,54. Це десь якраз на лівій межі шкали, де К = 0,4625. Знаходимо частоту, під яку підійде наш півхвильовий вібратор множенням на цей коефіцієнт, тільки подвоєний. 396 МГц. Для порівняння перший мультиплекс Москви віщає на 560 МГц. Тобто банки потрібно взяти коротше. Приблизно в 560 / 396 = 1,41 рази, що дає нам висоту ємності 118 мм. А це як раз довжина згідно стандарту пивної банки на 0,33 літра. Тобто за нашими власними підрахунками виходить, що якщо зробити антену з банок своїми руками, то вона повинна ловити перший мультиплекс Москви. Ми не знаємо, хто саме займався підбором частот, але безумовно саме така цифра (560 МГц) змушує задуматися.
Як налаштувати антену з пивних банок на потрібний канал
Не будемо переповідати, як зробити з банок антену своїми руками, – натягнути на палицю дві бляшані ємності під силу кожному. Головне, щоб два плеча були паралельні, а також знаходилися строго горизонтально. А вже на що їх приробити – кожен на свій лад здатний. Це можуть бути і держак лопати, і вішак для одягу, і штори, і будь-який інший відповідний предмет.
Виникає питання, як зробити налаштування зібраної з пивних банок антени. Мають місце два чинники, які потребують погодження:
Канали цифрового телебачення лежать в діапазоні ДМВ, тому симетрування не має такої вирішальної ролі, як на більш довгих хвилях. Що стосується хвильового опору, то в ідеального полуволнового вібратора воно коливається в діапазоні від 72 до 76 Ом, що досить добре узгоджується з телевізійним кабелем. Однак ми допускали вільності в поводженні з цифрами, читачі напевно помітили, що можна було множити довжину антени на коефіцієнт, який насправді буде ще менше того, що отриманий за графіком. Всі ці аспекти, а так само і те, що інженерні розрахунки зазвичай не блищать точністю, призводять до того, що саморобну антену напевно доведеться налаштовувати.
Простіше всього це зробити, змінюючи відстань між банками. Воно варіюється в досить широких межах, ось їм-то логічно і скористатися. Крім того, зі збільшенням діаметра проводу (в нашому випадку банку) зростає смуга пропускання антени. Так для відносин довжини хвилі і діаметра дроту рівного 10000 діапазон, де КСВ може бути налаштований в необхідних межах, становить 6,5%. При 100 той же параметр зростає в 2,5 рази. Зрозуміло, що це дуже корисна властивість для антен. До речі, із зазначеної причини і розглядаються в літературі півхвильові вібратори, у яких безліч плечей з кожної сторони утворюють циліндричні поверхні. За схожими принципами реалізовані і фрактальні біконусні антени, які ми розглядали коротко в попередніх оглядах.
Зі сказаного потрібно запам’ятати, що самостійно зробити антену з банок цілком реально. Причому годяться для цього будь-які ємності. Більш того, можна робити труби з картону, обклеювати алюмінієвою фольгою, і все одно отримати хороший результат. Відміну від звичайної конструкції в широкосмуговості, деякі складнощі з узгодженням. Ну, і звичайно ж, відкривається широке поле для експериментів: з картоном і фольгою звертатися незрівнянно простіше. Нарешті, саморобна антена з банок може стати незвичайним прикрасою інтер’єру, якщо всі кольори підібрані правильно. В довершення скажімо, що в ролику на Ютуб не було проведено жодних розрахунків, зрозуміло, що важко сподіватися на хороший результат, не знаючи теорії. При спробах піймати Перший канал не вистачало смуги пропускання пристрою. Ось чому антена з банок, своїми руками зібрана тут же на столі, працювала з рук геть погано. Хоча… в період Олімпійський ігор з’ясувалося, що в районі Останкіно прийом досить непевний, бути може, в цьому справа.