Зміст:
- Дискоконусные антени
- Чому дискоконусная саме така антена
Дискоконусная антена являє собою характерний випромінювач, що дав назву першої частини сложносоставного імені вироби, з «землею» з металевої арматури або просто конусом. В деякому діапазоні ця конструкція дозволяє отримати лінійну вертикальну поляризацію при русі хвилі між диском і конусом. Це як раз те, що потрібно, для радіозв’язку. Крім того ми розглянемо доопрацювання, яка перетворює пристрій в випромінювач кругової поляризації в напрямку, перпендикулярному диска і протилежному знаходження землі. У будь-якому випадку читачі дізнаються, як може бути зібрана дискоконусная антена своїми руками.
Схема дискоконусной антени
Дискоконусные антени
Отже, тема сьогоднішньої розмови – дискоконусная антена своїми руками. Ходять чутки, що перший патент під номером 2368663 (США) взяв якийсь А. Р. Кандоян (Kandoian). Перевагою цього пристрою є широкий діапазон робочих частот. Зрозуміло, посилення поступається диполю. На всьому діапазоні зазвичай вдається її підключити до кабелю без узгодження, крім того сама конструкція не дуже критична до точності розмірів. У дециметровому діапазоні зазвичай доводиться брати суцільний циліндр, тоді як на КВ і на метрових хвилях зазвичай достатньо лише скелетної форми. Диск також може вироджуватися в набір провідників з єдиним центром. Це значно знижує вітрове навантаження, тому що на довгих хвилях розміри конуса і диска можуть набувати гігантські значення. Стрижнів зазвичай 6, 8 або 12.
До диску певної величини підключається центральна жила кабелю. Роль землі відіграє пучок з металевої арматури, якщо немає бажання своїми руками робити конус. Зрозуміло, що при цьому діаграма спрямованості трохи спотворюється. Виникає нерівномірність в азимутальному напрямку. А діаграма спрямованості типовою дискоконусной антени нагадує тор (бублик). Хвиля виникає між диском і конусом. Діапазон залежить від відстані між ними. Ми для прикладу наводимо конструкцію, зазначену на сайті http://elektronika.rukodelkino.com/stati/antenni/35-disko-konusnaya-antenna.html вважаємо, що автори не надто сильно на це образяться. (Див. також: Магнітна антена своїми руками)
Зміст роботи вже описаний, ось як його реалізувати для частот від 85 до 500 МГц:
Розміри і види диска
Хвильовий опір пристрою становить 60 Ом, тому приготуйтеся його узгодити будь-яким зручним способом. Центральна жила підключається прямо до середини диска знизу, а конус об’єднується з екраном. Таким чином виходить щось на зразок розімкнутого хвилеводу, де поширюється хвиля, излучаясь. Коефіцієнт посилення – мінус 3 дБ в порівнянні з полуволновым диполем. Онлайн калькулятори для розрахунку не є, давайте знайдемо відповідну методику. Проведемо для цього аналіз нашої ж власної конструкції. Будемо виходити з того, що мінімальної та максимальної відстані між диском і конусом повинні якось співвідноситися з граничними довжинами хвиль діапазону. Ось їх для початку і підрахуємо:
?min = 299 792 458 / 500 000 000 = 60 див.
?max = 299 792 458 / 85 000 000 = 3,53 м.
Ось від цих величин і будемо танцювати, образно висловлюючись. Поділимо обидві на чотири і подивимося, що залишиться. Маємо: 15 і 88,2 див. Бачимо, що розміри явно ні до чого не прив’язані. Беремо книгу… Згідно рисунків і формул:
- Кут при вершині конуса повинен становити 60 градусів.
- Довжина сторони становить чверть максимальної робочої довжини хвилі або більше.
Особливості конуса антени
- Діаметр основи конуса можна знайти, виходячи з кута при вершині і довжини сторони. Простіше кажучи, він дорівнює довжині сторони.
- Діаметр диска становить 0,7 від основи конуса.
- Конус січе при вершині, щоб випустити кабель зниження (коаксіальний кабель).
- Відстань від усікання конуса до диска становить 0,3 діаметра перерізу.
Останніми двома параметрами визначається верхня гранична частота антени, тому що, як пише Нейл, результатами праці якого ми тільки що скористалися, дискоконусная антена веде себе подібно фільтру верхніх частот. Тобто є деяка гранична нижня частота, з якої обчислюється сторона конуса, на якій КСВ становить 3. При переході через ліміт вниз КСВ починає стрімко рости, що робить використання пристрою недоцільним. У робочих межах цей параметр поступово знижується до 1,5. Та строго кажучи, довжину боковини конуса потрібно брати трохи більше чверті довжини хвилі. Додамо до цього, що діаметр диска не залежить від кута при вершині, який може і відрізнятися від 60 градусів.
Що ж, давайте порівняємо ці дані з наведеними вище: з розрахунків видно, що бічна стінка взята рівною (!) мінімальній довжині хвилі, що не відповідає книзі. Для вірності ми зараз досліджуємо на схожість таблицю все з тієї ж літератури, щоб остаточно підтвердити або розвіяти наші сумніви (власники сайту не по тому параметру вели розрахунок).
Таблиця розмірів
Видно, що розміри антени лінійно зменшується з ростом частоти. Наприклад, при 14 МГц вони майже вдвічі більше, ніж при 28 МГц. Отже, для 85 МГц знайдемо потрібні параметри пропорції (нагадаємо, що кут при вершині в наведених раніше даних також становить 60 градусів). 85 поділити на 14 буде 6. Отже, ділимо розміри на цей коефіцієнт, виходить:
Верхня частота не обов’язково буде 500 МГц, ми говорили, що вона залежить від діаметра перерізу конуса. Чим менше діра під кабель, тим з більш високими частотами працює антена. Отже, ми показали, що довіряти розрахунками з мережі повністю не можна. Бути може, там використані якісь конструктивні інновації, про яких нам нічого не відомо, але швидше за все автори урізали конус до розміру диска, отже на нижніх частотах він працювати не буде.
Ми також можемо здогадатися, як вираховується максимальна робоча частот: чверть її довжини хвилі дорівнює відстані від місця кріплення жили до диска до зрізу конуса. Просто за аналогією. Перевірте цей факт без нас, тому що ми вважаємо його очевидним. (Див. також: Всехвильова антена своїми руками)
Чому дискоконусная саме така антена
Багато читачів помітили, що не у всіх оглядах кут при вершині становить 60 градусів. Чому обрано саме він у теоретиків і досвідчених практиків? Проводилися дослідження для кабелю 50 Ом, які наочно показали, що саме такий кут при вершині дає найбільш широкий діапазон, де КСВ не перевищує 2. В інших випадках, як у бік зростання, так і зменшення спостерігалися різні піки і звуження смуги. Таким чином, кут 60 градусів при вершині теоретично обґрунтований. Якщо нижня межа не так важлива, то збільште його на 10 градусів. При цьому КСВ стає більш прийнятним, то не тільки області нижньої межі.
Що стосується скелетних форм замість суцільних конусів і дисків, то повинно бути зрозуміло, що це суттєво зменшує масу виробу, знижує вітрове навантаження. Тільки уявіть собі ці здоровенні вироби зі сталі, а тим більше міді! Скільки ж вони будуть важити?
Отже, було показано, що широкосмугова дискоконусная антена все ж має коефіцієнт підсилення менше, ніж у вібратора. При цьому сама конструкція не настільки чутлива до відхилень розмірів, а також відрізняється порівняльної складністю. Інакше кажучи, зробити дискоконусную антену самостійно можна, але складно. Узагальнимо:
- Ключовим є розмір сторони конуса, від якого обчислюються всі інші габарити.
- Кут при вершині слід брати 60 градусів для радіозв’язку і WiFi.
Ми обіцяли також показати, як вдосконалити дискоконусную антену. Будь ласка! Диск в цьому випадку записується не прямо від кабелю, а через відріз дроту, який становить відрізок лінії з нескінченно великим опором при переході через деяку граничну частоту. В центрі диска прорізається отвір, через яке жила живить ще один диск, розташований вище, який починає випромінювати в зеніт. Така конструкція ловить практично будь-яку лінійну поляризацію, що виходить також з точки вертикалі. Навіщо це потрібно? Чесно кажучи, не знаємо, але в літературі наводиться і такий варіант. Якщо у читачів буде бажання, розглянемо його детальніше.
Особливості дискоконусных антен в тому, що можна зробити гігантську споруду, яка бере на всіх частотах. Головне – правильно виконати вершину, що відповідає за верхній діапазон. Зрозуміло, при наближенні до НВЧ будуть зростати вимоги до шорсткості поверхонь, тому що промені світла наприклад, відображаються лише від дзеркала. У цьому світлі зрозуміло, чому до цих виробів проявляється такий інтерес. Напівхвильовий вібратор дає хороше підсилення, але такої шикарної смуги він не забезпечить ніколи. Саморобна дискоконусная антена пристойних розмірів буде ловити майже все! З усіх напрямків. У світлі цього рекомендуємо не тільки подбати про те, як зробити дискоконусную антену, але і забезпечити її хорошим вхідним фільтром.