Зигзагообразная антенна: Конструкции зигзагообразных телевизионных антенн

Зигзагообразные антенны.

По материалам книги Ю.Г.Синдеева Телевизионные антенны.

Зигзагообразные антенны являются широкополосными. В пределах диапазона частот, на который рассчитана антенна, она обладает сравнительно постоянными параметрами. Одно из достоинств антенны — простота изготовления в домашних условиях из подручных материалов. Впервые зигзагообразная антенна была описана в радиолюбительской литературе К. П. Харченко в 1961 году, а ее разновидности многократно публиковались в последующие годы. Полотно зигзагообразной антенны состоит из восьми замкнутых одинаковых проводников, которые образуют две ромбовидные ячейки (рис.1.), соединенные параллельно.

Рис. 1. Схематическое изображение зигзагообразной антенны.

Она хорошо согласуется с 75-омным коаксиальным кабелем без использования согласующих и симметрирующих устройств в диапазоне частот примерно с двукратным перекрытием. Для улучшения направленных свойств антенны ее располагают возле экрана рефлектора, причем полотно можно крепить к экрану не только с помощью диэлектрических, но и металлических стоек, соединяя их с рамками антенны в точках нулевого потенциала.
Зигзагообразная антенна имеет одну пару точек питания (а-б), к которым непосредственно подключается фидер. Антенна имеет линейную поляризацию. Ориентация вектора напряженности электрического поля Е на рисунке показана стрелками.Кабель прокладывается через точку нулевого потенциала П и подвум проводникам полотна антенны подводится к точкам ее питания (рис.2.).

Рис. 2. Подключение кабеля к зигзагообразной антенне.

Здесь оплетку кабеля соединяют с одной из точек питания антенны (той, где проложен кабель), а центральный проводник — с другой. Принципиально оплетку кабеля в точке П тоже нужно замкнуть накоротко на полотно антенны, однако, как показала практика, делать это не обязательно. Достаточно подвязать кабель к полотну антенны в точке П, не нарушая его полихлорвиниловой оболочки.
Зигзагообразная антенна удобна тем, что простота ее позволяет допускать значительные отклонения (неизбежные при изготовлении) в ту или иную сторону от расчетных размеров ее элементов практически без нарушения электрических параметров.
Антенна устанавливается так, чтобы направление на телецентр было перпендикулярно плоскости полотна.
Кривая, показанная на рис.3., характеризует зависимость КБВ от отношения l/h в 75-омном кабеле для зигзагообразной антенны, изображенной на рис.2., а кривая 2 — зависимость КНД от l/h .

Рис. 3. Зависимость КБВ и КНД от l/h для зигзагообразной антенны.

С помощью этих графиков можно построить зигзагообразную антенну, имеющую максимальный КНД на заданной частоте.
Полотно антенны изготавливается обычно из металлических полосок. Ее входное сопротивление в диапазоне частот в значительной степени зависит от поперечных размеров проводников, из которых выполнено полотно. Чем толще (шире) проводники, тем лучше согласование антенны с кабелем. Вообще же для полотна зигзагообразной антенны пригодны проводники самого различного профиля — трубки, пластины, уголки и т. п.
Для улучшения направленных свойств антенны, состоящей из зигзагообразного полотна, применяют плоский экран-рефлектор. Чаще всего он представляет собой ряд проводников, расположенных в одной плоскости параллельно вектору напряженности электрического поля Е. Длина проводников зависит от максимальной длины волны рабочего диапазона h max и размеров активного полотна антенны, которое не должно выступать за пределы экрана. В плоскости вектора Е рефлектор обязательно должен быть несколько больше половины h max. Чем толще проводники, из которых делают рефлектор, и чем ближе они расположены друг к другу, тем меньшая часть энергии, падающей на него, просачивается в заднее полупространство.
Зигзагообразная антенна с рефлектором имеет одностороннюю диаграмму направленности в виде вытянутых эллипсов как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, причем задний лепесток практически отсутствует.
По конструктивным соображениям экран не следует делать очень плотным. Достаточно, чтобы расстояния между проводниками диаметром 3… 5 мм не превышали 0, 05. .. 0, 1 hmin — минимальной длины волны рабочего диапазона. Проводники, образующие экран, можно соединить между собой в любом месте и даже приваривать или припаивать к металлической раме. Во избежание помех не следует допускать, чтобы проводники (полотна антенны или рефлектора) от ветра терлись или касались друг друга.

Рис. 4. Зигзагообразная антенна.

Один из возможных вариантов антенны с рефлектором показан на рис.4.Ее активное полотно состоит из плоских проводников, а рефлектор — из трубок. В местах соединения элементов антенны должен быть надежный электрический контакт.
На величину КБВ в тракте с волновым сопротивлением 75 Ом в значительной мере влияют как ширина планки d пл активного полотна антенны, так и расстояние S, на которое оно удалено от экрана. Максимум КБВ будет при l/h max= 0, 29 и почти не зависит от ширины планки. Для оптимального согласования с кабелем в широком диапазоне частот полотно зигзагообразной антенны следует располагать на расстоянии S > =0,18 hmax. от экрана. С увеличением расстояния S КНД антенны снижается и сужается диапазон частот, в пределах которого направленные свойства антенны не претерпевают заметных изменений.
Таким образом, с точки зрения улучшения КНД антенны расстояние S желательно уменьшать, а с точки зрения согласования — увеличивать.
Для крепления полотна антенны к плоскому рефлектору используют стойки. В точках П-П стойки могут быть как металлическими, так и диэлектрическими.Как говорилось ранее, эти антенны являются широкополосными и антенна, рассчитанная на 5-й канал, будет принимать сигналы 1-5-го каналов (в двукратной полосе частот), а антенна 12-го канала будет принимать сигналы 6-12-го каналов.
Основой для расчета размеров зигзагообразных антенн являются графики на рис.3. Как видно из рисунка, наилучшее согласование имеет место при l/hmax = 0, 29. Выбрав в качестве h среднюю длину волны выбранного диапазона (как уже упоминалось, антенна хорошо работает в двукратном диапазоне частот), можно определить l. В дециметровом диапазоне ширину антенны полотна обычно берут около 20 мм. Расстояние S от полотна до рефлектора выбирают равным 0, 2 h. Расстояние а-б берется равным 15 мм.

Варианты зигзагообразной антенны Харченко — RadioRadar

В самом начале 60-х годов прошлого века нашим соотечественником Харченко К. П. была предложена простая плоская зигзагообразная (Z) антенна с хорошими характеристиками. Ниже рассмотрены её возможные модификации, в том числе варианты с настроенным активным рефлектором.

Авторское свидетельство № 138277 на изобретение под названием «Диапазонная направленная антенна» Константину Павловичу Харченко было выдано в 1961 г. (по его заявлению от 16 июня 1960 г.). В том же году были опубликованы материалы в журнале «Радио» для повторения радиолюбителями [1, 2]. И впоследствии в течение более 50 лет редакция неоднократно вспоминала эти публикации. Зигзагообразная (Z) антенна Харченко стала знаменательным событием в ряду лучших разработок. Она оказалась не критичной к материалам и размерам при изготовлении, имеет хорошее согласование с отходящим кабелем. В ней удачно сочетаются кратные элементы синфазной антенной решётки с одной точкой питания.

Несмотря на прекрасные электрические и эксплуатационные характеристики, организованного широкого использования зигзагообразных антенн не произошло. У нас в стране в то время уже массово применяли признанные во всём мире протяжённые и объёмные директорные антенны Уда-Яги (их ещё называют «волновой канал»), так как их
освоили в производстве промышленные предприятия. Они, как сейчас говорят, обеспечивали рынок. Однако простота изготовления зигзагообразных антенн и их притягательные характеристики при информационной поддержке журнала «Радио» и радиолюбительских связей сделали эту антенну доступной даже для неподготовленных пользователей.

В предисловии книги «УКВ антенны» [3], выпущенной в 1969 г., К. П. Харченко сообщил, что многие радиолюбители, используя зигзагообразные антенны, вели приём телевизионных передач в диапазоне МВ, в том числе от телецентров, удалённых на 80, 120, 200 и даже 300 км. И действительно, из истории техники того времени можно узнать, что в удалённых от телецентров местностях зигзагообразные антенны вытесняли антенны «волновой канал» и другие конструкции. Кроме этого, Z-антенны Харченко были также удостоены внимания военных, воспользовавшихся их положительными качествами в радиорелейной связи диапазона ДМВ.

В последние годы авторы провели широкое компьютерное моделирование Z-антенн, в том числе с использованием программы MMANA, предложенной в журнале «Радио». Конструктивное их исполнение показало хорошие результаты. Антенны адаптированы к поддиапазону IV эфирного телевещания на ДМВ. Именно на частотах 470…582 МГц наиболее широко ведётся аналоговое телевизионное вещание и развёртывается цифровое телевидение.

Наиболее распространённая [3] исходная зигзагообразная антенна, выполненная однопроводным полотном со стороной λ_ср/4, изображена на рис.1,а. В указанном телевизионном диапазоне (с принятой для простоты средней частотой 525 МГц) она обладает диаграммами направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, представленными на рис. 2,а. Результаты соответствуют размещению антенны на высоте 15 м над уровнем земли. Коэффициент усиления антенны равен 10,9 дБи, а коэффициент стоячей волны — 2,4. Их изменение в поддиапазоне показано на рис. 3,а. Элевация, т. е. возвышение максимума диаграммы направленности над уровнем земли, равна 6°.

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 3.

Эффективность зигзагообразной антенны можно повысить за счёт улучшения направленности, применив экран-рефлектор [3], отстоящий от основного полотна на λ_ср/4, как это изображено на рис. 1,б. Это приводит к увеличению коэффициента усиления до 14,6 дБи. Для сравнения аналогичные диаграммы и характеристики модернизированной конструкции представлены на рис. 2,б и 3,б.

Более поздней версией исходной зигзагообразной антенны можно назвать двойную треугольную зигзагообразную антенну, изображённую на рис.1,в. Она — одна из лучших Z-образных антенн [4], хотя и обладает немного худшими характеристиками, показанными на рис. 2,в и рис. 3,в. Однако снижение коэффициента усиления антенны всего на 1,4 дБи компенсируется на практике простотой и компактностью конструкции.

Стремление к дальнейшему совершенствованию классических вариантов антенны побудило обратиться к конструкциям других интервалов частот, особенно к использованию активного рефлектора. В сложных коротковолновых настроенных антеннах с линейными синфазными горизонтальными составляющими применяют идентичные активные рефлекторы, расположенные на λ_ср/4 от основного полотна. Их подключают через фазирующие контуры, обеспечивающие в них опережающий сдвиг токов по фазе на 90^о [5]. Прямой перенос такого способа на зигзагообразные антенны приводит лишь к ухудшению характеристик по сравнению с пассивным рефлектором.

Более интересным оказалось использование для классической антенны в качестве активного рефлектора двойной треугольной зигзагообразной антенны с удвоенными размерами плеч, как изображено на рис.1,г. Такое решение обеспечило увеличение коэффициента усиления антенны до 14,83 дБи, уменьшение уровня боковых лепестков, как показано на рис. 2,г, и значительное выравнивание и улучшение КСВ, что можно видеть на рис. 3,г.

За счёт дополнительной модернизации активного рефлектора, как представлено на рис. 1 ,д, можно ещё больше улучшить характеристики предложенного решения, как показано на рис. 2,д и 3,д. Особенно это касается увеличения коэффициента усиления и его выравнивания на верхних частотах интервала. Кроме того, антенна во всём поддиапазоне имеет КСВ менее двух. Самостоятельное изготовление инновационного образца не предполагает затруднений, так как его составляющие многократно были описаны раньше.

Литература

1. Харченко К. Зигзагообразная антенна. — Радио, 1961, № 3, с. 47, 48.

2. Харченко К. Антенна для дальнего приёма телевидения. — Радио, 1961, № 4, с. 28, 29, 32.

3. Харченко К. П. УКВ антенны. — М.: ДОСААФ, 1969, с. 77-96.

4. Сидоров И. Н. Идеальный телеприём в дачном доме, на садовом участке, далеко за городом. — С.-Пб.: Лениздат, 1998, с. 87-95.

5. Марков Г. Т. Антенны. — М. : Госэнерго-издат, 1960, с. 455-460.

Авторы: В. Милкин, Н. Калитёнков, В. Лебедев, А. Шульженко, г. Мурманск

Russian HamRadio — Зигзагообразные активные антенны ДМВ.

Для приема телевизионных сигналов в диапазоне ДМВ, особенно в неблагоприятных условиях, необходимо использовать хорошие антенны с антенными усилителями, т. е. активные антенны. Об опыте постройки таких антенн и рассказывает автор статьи. В диапазоне ДМВ применение эффективных антенно-фидерных систем (АФС) для приема сигналов в сложных условиях не потеряло своей актуальности. Относительно малая длина А, этих волн позволяет создавать высокоэффективные антенны при сравнительно небольших размерах. Рис.1. После длительных экспериментов с разными антеннами за основу была взята известная зигзагообразная антенна [1], показанная на рис. 1. Конструктивно в классическом виде полотно антенны состоит из двух одинаковых ромбовидных частей, повернутых одна относительно другой на 180°. Следовательно, такая антенна симметрична. Эта особенность допускает применение антенных усилителей (АУ) с симметричным входом и большим усилением, например, пластинчатых усилителей (ПАУ) SWA и др. [2, 3]. Усиление зигзагообразной антенны зависит от отношения L/ l , а ее входное сопротивление — от отношений L/d и L/l . Максимальное усиление достигается при длине L = 0,375 l , но при этом оно сильно зависит от диаметра провода. При L= 0.25l усиление получается, конечно, меньше, но и зависимость от диаметра провода уменьшается. При изменении угла, а изменяются габариты полотна. Так, если а = 90°, то Sн = 2 Ц 2L = 2,83L; Se = LЦ 2 = 1,41L, a если а = 120°, то Sн = 2L; Se = 1.73L. Таблица 1. Это необходимо учитывать при создании сложных АФС (об этом дальше). Основные размеры полотна антенны, например, для 29-го канала сведены в табл. 1. Следует также иметь в виду и то, что с уменьшением диаметра провода и увеличением периметра полотна усиление растет. Кроме того, при выборе более тонкого провода уменьшается парусность антенны. Различные конструктивные исполнения антенны имеют разные входные сопротивления (табл. 1). Следовательно, необходимы и разные способы согласования симметричного входа полотна с симметричным входом АУ, имеющим входное сопротивление 300 Ом. Они показаны на рис. 2 [4]. При входном сопротивлении полотна 300 Ом АУ. конечно, можно подключить непосредственно к точкам а — а. Однако для увеличения усиления и направленного действия антенны полотно обычно используют вместе с рефлектором (о нем будет рассказано ниже). Рис.2. Поэтому АУ лучше установить за рефлектором, соединив с полотном симметричной линией с волновым сопротивлением 300 Ом так, как показано на рис. 2,а — для воздушной линии, на рис. 2,6 — для кабеля КАТВ или на рис. 2,в — для кабеля РК-150. В последнем случае оплетки двух отрезков кабеля спаивают одну с другой на концах. Во всех случаях необходимо учитывать коэффициент укорочения линии К. Для воздушной линии из проводов (рис. 2,а) К = 0,975, для КАТВ (рис. 2,6) — К = 0,8, для кабеля РК-150 (рис. 2,в) — К = 0,75…0,86 в зависимости от типа кабеля. Наиболее удобно (по мнению автора) использовать полотно с входным сопротивлением 75 Ом. В этом случае для согласования можно применить четвертьволновый согласующий трансформатор из линии с волновым сопротивлением 150 Ом так, как изображено на рис. 2,г. Он образован двумя отрезками кабеля РК-75 длиной 0,25АКп, где n — нечетное число. Коэффициент К равен 0,65789 для кабеля с полиэтиленовой изоляцией. Размеры трансформатора даны по спаянным на концах оплеткам. Формула для расчета трансформатора известна: Zтр = Ц Zвх — Zвых поэтому и получается Zтр = Ц 75х300 = 150 ом. Таблица 2. Разомкнутый согласующий шлейф, показанный на рис. 2,д, и четвертьволновый трансформатор (рис. 2,е) позволяют согласовать АУ и антенну с входным сопротивлением, равным менее 300 Ом. Для изготовления шлейфа используют графики в [4]. Ориентировочные коэффициенты для расчета шлейфа и параметры четвертьволнового трансформатора указаны в табл. 2. Основное требование для шлейфа — Zл = Zш = 300 Ом. Размеры шлейфа и соединительной линии связаны соотношением А = В + С. На рис. 2,д представлен способ подключения полотна с Rвх, = 100 Ом к АУ с Rвх = 300 Ом. причем В = 0,135 Ц К, а С = 0,09Ц К. Для подключения используют симметричный кабель КАТВ (SLX-300) или воздушную линию с волновым сопротивлением 300 Ом. Для второго случая отношение (D/ d) = 6,11. При использовании провода диаметром 3,569 мм расстояние между осями проводов равно D = 21,8 мм. Для сохранения фиксированного расстояния между проводами вдоль линии размещают несколько поперечных распорок из высококачественных изоляционных материалов, не ухудшающих свойств при воздействии окружающей среды (фторопласт, полиэтилен, органическое стекло). Следует иметь в виду, что. перемещая шлейф в точках в — в и изменяя тем самым размер С, можно добиться более четкого изображения на экране телевизора. Четвертьволновый трансформатор можно изготовить из трубок диаметром более 10 мм, как на рис. 2,е. При меньшем диаметре зазор между трубками будет очень мал, что затруднит изготовление трансформатора. Приведем пример расчета полотна для 29-го канала. При Fиз = 535,25 МГц найдем l из = 300000/Fиз = 560,48 мм. Если Rвх = 75 Ом и а = 90°, размер стороны ромбовидной части (см. табл. 1) равен l = 0,29l = 162,5 мм, a (L/d) = 32… 75. Следовательно, диаметр провода полотна равен 2,1…5,1 мм. Можно применить полоски шириной 2d, т. е. 4,2… 10,2 мм, из меди или дюралюминия. Отметим, что на всех последующих рисунках размеры даны для 29-го канала. Пересчет на другие каналы не сложен: зная отношение частоты 29-го канала к частоте определяемого канала, известные размеры умножают на это отношение. Рис.3. Конечно, полотно антенны, кроме ромбовидных частей, может представлять собой и другие формы, например, зигзагокольцеобразную со сплошными металлическими секторами, как показано на рис. 3. В зависимости от угла ( b полотно имеет различное входное сопротивление. Например, при (b = 90° оно равно Rвх = 100 Ом, а при (b = 140° — Rвх = 75 Ом. Это определяет и разные способы согласования полотна с АУ. Так, полотно при b = 90° более широкополосно и согласуется шлейфом в соответствии с рис. 2, д. При ( b = 140° антенна будет более узкополосной из-за необходимости применения четвертьволнового согласующего трансформатора по рис. 2, г. Для изготовления такого полотна используют пластины из латуни толщиной 0,3 мм. С целью уменьшения парусности полотна в каждом секторе сверлят по 15—20 отверстий диаметром 5 мм с равномерным распределением по площади. Размеры шлейфа для согласования по рис. 2, д следующие: В = 60 мм, С = 40 мм, отрезки в — с кабеля КАТВ могут быть длиной 224n мм, где n = 1,2,3…. Четвертьволновый трансформатор из кабеля РК-75 при согласовании по рис. 2, г может иметь длину 92,18n мм, где n = 1,3 ,5,7…. По табл. 1 можно выбрать любое полотно из 25 предложенных исходя из наличия материалов или других характеристик.   Диаграмма направленности полотна антенны (без рефлектора) — двухлепестковая вида “восьмерки”, поэтому применение рефлектора во всех случаях целесообразно и эффективно, так как улучшает направленные свойства и повышает усиление антенны примерно на 3 дБ при конструктивном исполнении рефлектора, аналогичном полотну. Однако более эффективный способ увеличения усиления антенны примерно на 7 дБ — установка рефлекторной решетки или сетки с мелкими ячейками. Решетка/сетка должна быть сварной и иметь антикоррозионное покрытие. Размеры решетки/сетки должны быть на 5…10 % больше вертикального (SH) и горизонтального (SE) размеров полотна Рис.4. . Решетку/сетку располагают на расстоянии h = 100…50 мм позади полотна в зависимости от принимаемого канала (21—69). Значение h влияет на входное сопротивление полотна и может служить дополнительным способом улучшения согласования всей АФС. Изменяя h при размещении решетки на резьбовых шпильках, добиваются более четкого изображения с наименьшим уровнем шумов (“снега”) на экране телевизора. Использование рефлекторной решетки/сетки изменяет диаграмму направленности антенны, превращая ее в узкую однолепестковую. В результате прием со стороны рефлектора значительно ослаблен, что повышает помехозащищенность АФС. Еще большего увеличения направленного действия и усиления антенны можно добиться, если применить синфазное включение двух и более полотен — синфазные решетки . Это позволяет принимать передачи на значительном расстоянии и в сложных условиях. Такие антенны представляют собой несколько параллельно включенных полотен, разнесенных по горизонтали или (и) по вертикали в одной плоскости. Для примера на рис. 4 представлено синфазное включение двух полотен с входным сопротивлением 150 Ом, разнесенных по вертикали. Изображенное на рисунке полотно можно считать модификацией зигзагокольцеобразной антенны с углом b = 0 или разновидностью кольцевой. Антенна хорошо работает в диапазоне ДМВ при диаметре провода всего 1,5 мм. Способы согласования такой антенны с АУ могут быть различными. Так, на рис. 4 показан вариант включения двух полотен, расположенных на оптимальном расстоянии 0,7 l , по вертикали, с линией питания, подключенной к нижнему полотну (этажу). Для связи между этажами использована двухпроводная линия длиной l К. Линия образована двумя отрезками кабеля РК-75 (К = 0,65789). Она симметрична и имеет волновое сопротивление 150 Ом, что обеспечивает хорошее согласование с полотном. В результате такого параллельного соединения двух одинаковых полотен входное сопротивление всей АФС в точках а — а1 получается равным 75 Ом. Рис.5. Согласование с АУ сделано четвертьволновым согласующим трансформатором по рис. 2,г. образованным двумя отрезками кабеля РК-75. Однако более предпочтителен (по мнению автора) другой вариант — центрального питания. Он имеет более широкую полосу пропускания. Причем полотна можно разнести как по вертикали, так и по горизонтали на (0,7…0,75) l , между их центрами. Для объединения полотен при центральном питании между ними включают две последовательно соединенные симметричные линии по рис. 2,в длиной 0.5 l K (184,4 мм по спаянным оплеткам на концах), но образованных отрезками кабеля РК-75. При этом в центральных точках в — в получается входное сопротивление антенны 75 Ом. К ним и подключают тот же четвертьволновый согласующий трансформатор, что и на рис. 4. Аналогично используют полотна по рис. 1 с углом а = 120°. Если применены такие полотна с углом а = 90°, то лучше их разнести по горизонтали. Синфазное включение трех одинаковых полотен по рис. 1 с центральным питанием изображено на рис. 5. Решетка снабжена рефлекторной сеткой. Входное сопротивление каждого полотна равно около 100 Ом и слабо зависит от диаметра провода. Для проверки были использованы провода диаметром 1,2 [(L/d) = 117] и 2,76 [(L/d) = 51] мм. Размеры соединительных линий lК останутся те же, если использовать и другие полотна с Rвх = 100 Ом (по рис. 1 при а = 120° или по рис. 3 при (3 = 90°). Полотна соединяют между собой параллельно симметричными линиями с волновым сопротивлением 100 Ом, образованными отрезками кабеля РК-50 длиной (по спаянным оплеткам), равной АХ (это условие — обязательное!). Рис.6 . В точках в — в общее входное сопротивление антенны равно 33,3 Ом. Согласование с АУ обеспечивается четвертьволновым трансформатором из отрезков кабеля РК-50 (по рис. 2,г) длиной 277 мм. Все полотна закрепляют на планке из органического стекла толщиной 5 мм. К рефлектору и мачте планка закреплена четырьмя резьбовыми шпильками в точках 0. Рефлекторную сетку (ячейки с размерами 18×18 мм) удаляют от полотна антенны на расстояние h = 105 мм, изменяемое на ±15 мм. Как уже было выше сказано, АУ устанавливают за рефлектором на мачте и подключают к полотну в точках с — с. Блок питания (БП) АУ размещают рядом с телевизором или на его задней стенке так, как показано на рис. 6. Постоянное напряжение 12В с БП поступает по кабелю снижения РК-75 через развязывающее устройство (РУ), включенное в соответствии с рис. 7. РУ состоит из дросселя L1 и конденсатора С2. Рис.7. Обычно ПАУ типов SWA, GPS и др. питают от маломощных БП, которые имеют различные схемные решения, но чаще всего не защищены от короткого замыкания в нагрузке. А такая защита необходима. Кроме того, если прием телевизионных сигналов происходит с разных направлений, например, на две антенны, то переключение кабелей от антенн на входе телевизора вносит ряд неудобств, причем быстро изнашиваются разъемы. Поэтому желательно предусмотреть их автоматическое переключение . Рис.8. Для устранения указанных недостатков были разработаны различные БП АУ. Принципиальная схема одного из вариантов БП с применением реле для автоматического переключения антенн представлена на рис. 8. Прием сильных сигналов ДМВ обеспечивает антенна А1 без АУ, подключенная к гнезду XW2, причем БП в этом случае выключен. Для приема слабых сигналов подключается антенна А2 (XW3) с АУ, что происходит при включении БП. БП включается при нажатии на кнопку SB1. При этом срабатывает реле К1 и его контакты К1.1 блокируют кнопку SB1, удерживая БП включенным. Контакты К1.2 отключают антенну А1 и подключают антенну А2 к телевизору. Выпрямленное напряжение, индицируемое светодиодом HL2, с выхода Б П проходит на АУ. При коротком замыкании в АУ или фидере напряжение на выходе БП и ток через обмотку К1 реле упадут. Реле отпустит контакты К1.1, которые выключат БП. Светодиод HL2 и лампа HL1 погаснут. Резистор R1 подбирают так, чтобы при стабилизированном напряжении 12В обеспечить четкое срабатывание реле при минимальном токе через его обмотку. Реле может быть любое, например, РЭС47 (паспорт РФ4.500.409). Лампа HL1 (6,3В х 0,28 А) индицирует включение БП по сети и одновременно служит предохранителем в первичной цепи трансформатора Т1. Трансформатор — любой с напряжением на обмотке II — 9… 11 В. Дроссель L1 — также любой, например, ДМ-0,6. Микросхема КР142ЕН8Б обеспечивает максимальный ток 1,5А и имеет защиту от перегрузок по току. Однако БП потребляет не более 0,1А, поэтому можно применить менее мощную микросхему, например, 78L12. Рис.9. Для приема сигналов в диапазоне ДМВ в журнале рассмотрено несколько АУ, например, [5]. Все они имеют входное сопротивление 75 Ом. Их тоже можно использовать с описанными антеннами с симметричным входом. Для этого нужно применить известное согласующее симметрирующее устройство (ССУ) на ферритовом кольце, включаемое по схеме на рис. 9,а. Но можно установить ССУ в виде U-петли по рис. 9.6. Кабель, идущий к АУ, должен быть коротким и лучше длиной 0,5l К. Выбирая место установки антенны, необходимо помнить, что каждый лишний метр кабеля снижения ослабит сигнал в диапазоне ДМВ на 0,16…0,4 дБ. Чем тоньше кабель, тем больше потери. При окончательном монтаже АФС желательно устанавливать новый кабель, так как к концу его срока хранения (он определен в 12 лет) коэффициент затухания увеличивается на 30…60 %. Кабель лучше выбирать более высокочастотный, с большим диаметром центрального проводника. Следует также обеспечить надежную гидроизоляцию в местах пайки. Ю. Филичев Литература: 1. Харченко К. Зигзагообразная антенна. — Радио, 1961, № 3; 1999, № 8. 2. Пахомов А. Антенные усилители SWA. — Радио, 1999, № 1, с. 10—12. 3. Пахомов А. Новые антенные усилители. — Радио, 2000, № 7. 4. Ротхаммель К. Антенны. — М.: Энергия, 1969. 5. Нечаев И. Антенный усилитель ДМВ на микросхеме. — Радио, 1999, № 4, с. 8.   Материал подготовил Ю. Погребан (UA9XEX).

Зигзагообразная антенна

Зигзагообразная антенна, рассматриваемая в этой статье, рассчитана на работу в первых пяти телевизионных каналах (50…100 МГц). Она имеет высокий коэффициент направленности (8-10 дБ) и хорошо согласуется с 75-омным кабелем (коэффициент стоячей волны 1,25. ..2).

Такую антенну можно использовать за зоной уверенного приема на удалении 10…15 км. Важными достоинствами зигзагообразной антенны являются простота ее конструкции, возможность собрать из широкодоступных материалов.

Деревянный брусок 1 сечением 60х60 мм (рис. 1) служит одновременно центральной стойкой антенны и мачтой. К бруску под углом 90° прикреплены две рейки 2 сечением 40×40 мм. Верхняя рейка укрепляется на расстоянии не менее 1100 мм от вершины стойки. Рейки желательно врезать в центральную стойку, а затем скрепить с ней гвоздем или болтом. Непосредственно к стойке снизу и сверху реек крепят две металлические планки 3, такие же планки 4, но через диэлектрические прокладки 5 (например, из органического стекла) устанавливают на концах реек.

Плата 7 с точками питания размещена посредине между рейками; она состоит из двух закругленных металлических пластин, собранных на диэлектрической прокладке. После установки пластин 3, 4 и платы 7 натягивают полотно антенны, которое состоит из трех зигзагообразно расположенных проводов 6 диаметром 2…3 мм (или антенного канатика). Провода зигзагов параллельны друг другу. В местах изгиба они припаиваются к планкам и пластинам платы питания. Фидер антенны 8 от точек питания прокладывается параллельно внутреннему проводу полотна, как показано на рис. 1.

Для просмотра нажмите на рисунки.

Рис.1

Двойные зигзагообразные антенны

Увеличить КНД зигзагообразной антенны с рефлектором можно, построив на ее базе синфазную решетку. При этом, естественно, антенная система усложняется и становится более громоздкой. Наиболее простую синфазную решетку лучше построить, использовав две зигзагообразные антенны.

Антенны, образующие решетку, можно располагать относительно друг друга в плоскостях электрического Е или магнитного Н вектора напряженности поля. Антенная система первого типа схематично показана на рис. 2, второго — на рис. 3. Для выполнения полотна антенны и рефлектора можно использовать различные материалы — толстый монтажный провод, трубки, полоски (лучше медные и латунные). Следует обратить особое внимание на прокладку и подключение распределительных кабелей к точкам питания антенн.

Рис.2

Размеры зигзагообразной антенны по рис. 2

Рис. 3

Размеры зигзагообразной антенны по рис. 3

Для соблюдения правильной фазировки антенн экраны обоих распределительных кабелей нужно подключать к правым (или левым) половинам антенного полотна, а их центральные проводники соответственно к левым (или правым). Ошибки в подключении не должно быть, иначе конструкция не будет работать. Длины распределительных кабелей от тройника до точек питания антенн должны быть одинаковы.

Антенные решетки как первого, так и второго типов широкополосны и перекрывают диапазон частот с I по V или VI-XII каналы включительно.

Для работ в диапазоне всех двенадцати телевизионных каналов необходимы две антенны. Их размеры приведены в таблице.

Чтобы в полной мере использовать диапазонные свойства антенных решеток для приема на нескольких телевизионных каналах и с различных направлений, следует предусмотреть возможность поворота антенной системы в направлении того или иного телецентра.

Если телецентры работают как в диапазоне I-V, так и VI-XII каналов, лучше изготовить комбинированную антенную систему, дважды использовав для этой цели рефлектор. При этом для первой группы телевизионных каналов следует выполнить антенную решетку типа H, а для второй — типа Е, увеличенных размеров. Такая комбинированная система показана на рис. 4, на котором указаны размещение антенн относительно друг друга и конструктивные размеры для малой решетки (диапазон VI-XII каналов).

Полотно рефлектора комбинированной зигзагообразной антенны нужно размещать со стороны малой решетки, а против нее проложить чаще провода рефлектора. Они должны быть расположены только горизонтально, параллельно вектору напряженности электрического поля сигнала. Кабели питания малой и большой антенных решеток прокладывают раздельно (рис. 2 и 3).

В целях экономии материала и уменьшения веса полотна антенн его можно выполнять не в три провода, а в два, как изображено на рис. 4. При этом КСВ в питающем фидере увеличится практически незначительно.

Рис.4

Для изготовления антенны необходимы следующие материалы: деревянные рейки (или бруски), антенный канатик (или провод), диэлектрик (органическое стекло, эбонит, гетинакс, стеклянные изоляторы), листовая латунь (или луженая жесть), кабели РК-1 (РК-3) и РК-50 (РК-150). Из дерева выполняют каркасы для натяжения антенного полотна и проводов рефлектора, а также поддерживающие стойки. Из канатика натягивают антенное полотно. По его углам между проводником и деревом следует проложить диэлектрические пластинки. Верхний и нижний углы полотна крепят непосредственно к каркасу. Проводники полотна антенны в вершинах углов следует замкнуть друг с другом. В центре антенного полотна проводники в точках их пересечения спаивают друг с другом.

В точках питания антенн полукруглые латунные (или из луженой жести) пластины крепят на диэлектрических платах к каркасу. Антенный фидер подвязывают к мачте и прокладывают его до центральной поддерживающей стойки, на которой закрепляют тройник.

Распределительные кабели прокладывают через центр полотна антенной системы, подвязывают к ее внутреннему проводнику и подводят к точкам питания антенн, где заделывают обычным способом. С другой стороны полотна крепят малую решетку, которая имеет аналогичную конструкцию.

Деревянные части антенной системы для защиты от влаги покрывают масляной краской, так как в сыром дереве потери высокочастотной энергии больше.

Необходимо также помнить, что центральный провод в кабелях РК-50 (или РК-150) внутри не закреплен, поэтому с ними нужно обращаться осторожно.

После изготовления решетки тщательно проверяют цепи питания обеих антенн, образующих решетку. Если в одном из распределительных кабелей произойдет обрыв, прием все же будет возможен, но эффективность антенной системы окажется хуже нормального одиночного варианта.

В основе различных вариантов зигзагообразных антенн лежит, как уже говорилось, антенное полотно. Рефлектор лишь усиливает его направленность, не пропуская высокочастотную энергию в заднее полупространство. Чем толще проводники, из которых выполнен рефлектор, и чем ближе они расположены друг к другу, тем меньшую часть падающей энергии он пропускает.

Однако по конструктивным соображениям делать рефлектор слишком плотным не следует. Практически достаточно, чтобы расстояние между проводниками (диаметром 2-3 мм) не превышало 0,05…0,1 от минимальной волны рабочего диапазона.

При изготовлении зигзагообразного полотна нужно обращать внимание на его симметрию для соблюдения условия компенсации составляющих тока на проводниках полотна антенны. Нарушение этого условия приведет к снижению эффективности антенной системы.

Читать далее — ДМВ антенна

Популярные схемы антенн:

Простая ДМВ антенна

Антенна ДМВ с большим усилением

зигзагообразная — Antenna

 Предназначена для сотовых телефонов системы GSM-900, NMT-900, бытовых р/телефонов, и др. средств связи этого частотного диапазона. Если антенны типа «Волновой канал» и рамочные узкополосные, то зигзагообразные антенны широкополосные и могут работать в широком диапазоне частот, в пределах того диапазона частот, на который расчитана зигзагообразная антенна, она обладает сравнительно постоянными параметрами, удовлетворительно согласуется с фидером, а её коэффициент усиления изменяется в небольшой степени. Ещё одно из достоинств этих антенн — возможность легкого изготовления в домашних условиях, так как зигзагообразные антенны могут быть выполнены из подручных материалов. Одна из простейших зигзагообразных антенн для стандарта GSM показана на Рис.1

Антенны этого типа в диапазоне частот, используемых в сотовой телефонии, позволяют реализовать хорошие характеристики при небольших габаритах, достаточно просты в изготовлении и настройке, обладают хорошей повторяемостью параметров при их производстве.

Зигзагообразная антенна состоит из восьми замкнутых проводников длиной L, образующих две ромбовидные ячейки (см. рисунок). Конструкция антенны такова, что ее проводники, возбуждаемые в точках А и Б, образуют своеобразную синфазную антенную решетку из четырех вибраторов. Пучности (максимумы) тока располагаются у точек питания и в углах, обозначенных буквами П. Антенна имеет линейную поляризацию, в показанном на рисунке случае — вертикальную

Диаграмма направленности антенны сохраняется в диапазоне частот с перекрытием fmax/fmin = 2. 2,5 Характеристика направленности антенны симметрична относительно плоскости расположения ее проводников.

Для увеличения направленности зигзагообразной антенны применяют рефлектор, отражающий падающую на него часть энергии в сторону полотна антенны Фаза поля, отраженного рефлектором, в плоскости полотна антенны должна быть близка к фазе поля, излучаемого самим полотном, тогда сложение синфазных полей излучаемого и отраженного сигналов увеличивает коэффициент направленного действия (КНД) антенны. Фаза отраженного поля зависит от формы и размеров экрана, но, главным образом, и от расстояния между ним и полотном антенны.

Стандарт сотовой связи GSM предусматривает работу систем связи в диапазонах частот 890 960 МГц для GSM-900 и 1710. 1880 МГц для GSM-1800[3, с 102], причем на частотах 935…960 МГц и 1805…1880 МГц организуется прямой канал, а на частотах 890 .915 МГц и 1710 . 1785 МГц — обратный канал. В диапазоне частот 890 ..960 МГц антенна имеет коэффициент бегущей волны (КБВ) не хуже 0,77 и КНД не хуже 7 дБ по сравнению с полуволновым диполем. В диапазоне частот 1710…1880 МГц КБВ антенны не хуже 0,5, а КНД — не хуже 6 дБ. Конструкция антенны ясна из рисунка. Основной расчетный параметр определяет рабочую частоту антенны. Для зигзагообразной антенны коэффициент направленного действия — КНД оказывается максимальным при = 0,4. Максимальный КБВ = 0,8 достигается при отношениях = 0,25. ..0,5 КБВ составляет величину не менее 0,5. Поэтому для средней частоты рабочего диапазона антенны была выбрана величина L = 80 мм, при этом = L / /\ ~0.37. Помимо L, на величину КБВ влияют ширина вибраторов антенны d и расстояние от полотна антенны до рефлектора. Обычно рекомендуется выбирать d = 0,033/\.max,, где /\.max — максимальная длина волны рабочего диапазона антенны. В нашем случае d — 10 мм. С точки зрения повышения КНД антенны расстояние до рефлектора желательно уменьшать, а с точки зрения согласования — увеличивать. В данной конструкции оно составляет 45 мм, что обеспечивает указанные выше характеристики антенны. Полотно антенны 1 и рефлектор 2 изготовлены из односторонне фольгированного стеклотекстолита марки СФ-1 толщиной 1. ..1.5 мм. Внутренний контур зигзагообразной антенны процарапывается резаком со стороны фольги, после чего фольга изнутри контура антенны удаляется. Для облегчения процесса удаления фольги ее можно предварительно прогреть мощным паяльником. При желании можно удалить и большую часть диэлектрика внутри контура антенны. В точках, близких к вершинам ячеек антенного полотна, сверлятся отверстия под винт МЗ или М4. Такие же отверстия сверлятся в рефлекторе 2 (экране). Полотно антенны 1, с одной стороны, и рефлектор 2, с другой, привинчиваются к стойкам 3 винтами Стойки изготавливаются из любого диэлектрического материала (фторопласт, гетинакс, оргстекло и т. п.), можно поставить и металлические стойки. Внутри них с каждой стороны сверлятся отверстия диаметром 2,4 или 3,2 мм на глубину примерно 10 мм под винты с резьбой МЗ или М4. Антенна питается коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. К точке б припаивают центральный проводник кабеля, освобожденный от экранирующей оплетки, а к точке А — оплетку (экран).

Кабель прокладывают вдоль вибраторов, образующих одну из сторон ячейки антенны, и выводят через точку нулевого потенциала антенного полотна П. Для крепления кабеля его можно припаять луженым проводом к вибратору антенны. Далее кабель закрепляют на стойке и выводят через отверстие в экране антенны. К концу фидера припаивают разъем FME 740, к которому привинчивается переходник (антенный адаптер, его можно приобрести а салонах сотовой связи) под разъем внешней антенны сотового телефона.

Следует отметить, что величина КБВ сильно зависит от типа применяемого коаксиального кабеля. Как правило, чем тоньше кабель, тем больше его затухание, что ухудшает характеристики антенны. В то же время тонкий кабель при подсоединении его к телефонному аппарату меньше сковывает движения абонента, такой кабель удобнее подключать к антенному адаптеру. В общем случае, если расстояние от точки, в которой антенна обеспечивает приемлемое качество сигнала, до места расположения телефонного аппарата составляет не более 2. ..4 м (например, антенна располагается внутри помещения у окна), то можно использовать более тонкий кабель с полиэтиленовым диэлектриком (например РК 50-1,5-11).

Если же для обеспечения приемлемого сигнала антенну требуется выносить на большее расстояние, требования к фидеру ужесточаются. Неплохими характеристиками для данного случая обладают кабели РК 50-2-21, РК 50-2-2. В описываемой конструкции в качестве фидера длиной 2,5 м использовался высокочастотный коаксиальный кабель РК 50-2-21 с коэффициентом затухания на частоте 900 МГц не более 0,6 дБ/м, на частоте 2 ГГц — 0,8 дБ/м.

Если предполагается использовать антенну вне помещения, для снижения парусности конструкции рефлектор можно сделать в виде решетки из металлических прутков или трубок, расположенных на расстоянии 0,05 /\-min друг от друга, здесь /\min, — минимальная длина волны рабочего диапазона частот. Элементы рефлектора ориентируют параллельно линии А-Б, т. е. в плоскости поляризации. Для заземления антенны соединяют точки П — П антенного полотна с экраном металлическими стойками, а сам экран надежно крепят к заземляющей шине (мачте, опоре). Внутри антенного полотна удаляют стеклотекстолит, освобожденный от фольги, а элементы вибраторов антенного полотна защищают антикоррозийным покрытием с малыми диэлектрическими потерями

При испытании антенна позволила увеличить сигнал с двух градаций шкалы индикатора сотового телефона Motorola M3788 до четырех, что обеспечило качественную телефонную связь.

Зигзагообразные телевизионные антенны

Категория: Теле-, радиоантенны

Зигзагообразные телевизионные антенны

Многих недостатков, присущих антеннам типа «волновой канал» лишены зигзагообразные антенны, которые в первую очередь широкополосны и могут работать в широком диапазоне частот. В пределах диапазона частот, на которые рассчитана зигзагообразная антенна, она обладает сравнительно постоянными параметрами, удовлетворительно согласуется с фидером, а ее коэффициент усиления изменяется в небольшой степени. Еще одно из достоинств этих антенн – возможность легкого изготовления в домашних условиях, т. к. зигзагообразные антенны могут быть выполнены из подручных материалов. Впервые зигзагообразная антенна описана К. П. Харченко в радиолюбительской литературе в 1961 году.

Одна из простейших зигзагообразных антенн показана на рис. 1. В качестве мачты 1 используется деревянный брусок сечением 60×60 мм, к которому крепятся под прямым углом две деревянные рейки Я того же сечения, что и брусок мачты 1. Рейки необходимо врезать в мачту. Заподлицо, а затем прочно скрепить винтами или шурупами. В нижней и верхней частях мачты к ней крепятся гвоздями или шурупами две планки 3 из листовой меди, латуни или луженой стали размерами 20×300×1,0 мм.

Рис. 1. Проволочная зигзагообразная антенна

Рис. 2. Кольцевая зигзагообразная антенна

Проволоку можно закрепить к поверхности деревянного обруча скобами. Кольцо или обруч крепят на деревянной мачте. В центре кольца к мачте на изоляционном основании устанавливают две полукруглые металлические пластины, выполненные из листовой меди, латуни или луженой жести радиусом 50 мм.

Каждую пластину соединяют с кольцом пятью лучами, расположенными под одинаковыми углами (36°). Затем лучи соединяют между собой пятью перемычками, расположенными также на одинаковом расстоянии одна от другой.

Проволочное кольцо, лучи и перемычки можно изготовить из антенного каната или медного провода диаметром 1,5-3,0 мм. Все соединения нужно тщательно пропаять. Прокладка и подключение кабеля снижения, которое производится также без ССУ, показаны на том же рис. 2.

Кольцевая зигзагообразная антенна указанных размеров способна принимать сигналы всех 12 каналов метрового диапазона волн. Антенна удовлетворительного согласования с 75 Омным коаксиальным кабелем. Коэффициент усиления антенны плавно нарастает при увеличении номера примерно от 0,5 дБ на первом канале до 11,5 дБ на двенадцатом.

Рассмотренные конструкции зигзагообразны антенн имеют два одинаковых лепестка диаграмм: направленности в горизонтальной плоскости, максимумы которых направлены перпендикулярно плоскости полотна антенны. Таким образом, эти антенны принимают сигнал как спереди, так и сзади, подобно одиночному полуволновому вибратору, что создает опасность приема помех с заднего направления. Значительно улучшить работу зигзагообразной антенны можно за счет ее усложнени добавлением рефлектора. Рефлектор об разовая горизонтальными металлическими трубка ми, прикрепленными к мачте, а полотно антенны отодвинуто от плоскости рефлектора на расстояние А. Диаметр трубок рефлектора можно выбирать произвольно, а “их длина Р для антенны 1-5-го каналов должна составлять 3100 мм, а для антенны 6-12-го каналов – 890 мм. Расстояние между полотном антенны и плоскостью рефлектора А для 1-5-го каналов равно 600 мм, для 6-12-го каналов -340 мм. Расстояние между трубками рефлектора Б для антенны 1-5-го каналов должно быть 290 мм, для антенны 6-12-го каналов – 193 мм. Таким образом, рефлектор содержит 14 металлических трубок. Кабель снижения прокладывают по мачте и по левой части полотна до точки питания. Здесь кабель разделывают и оплетку припаивают к левой части, а центральную жилу к правой части.

Диаграмма направленности этой антенны имеет только один главный передний лепесток, а задний практически отсутствует.

Согласование антенны 1-5-го каналов с фидером получается удовлетворительным, а антенны 12-го каналов значительно лучше.

Рис. 3. Зигзагообразная антенна с рефлектором

Для улучшения согласования антенны с фидером ее размеры целесообразно выбирать конкретно для того частотного сигнала, сигналы которого буду приниматься антенной.

Простота конструкции и хорошие качественные показатели зигзагообразной антенны привели к тому, что в последнее время появилось много ее модификаций, отличающихся хорошим согласованием с 75 Омным коаксиальным кабелем снижения в широком диапазоне частот. Некоторые из них друг от друга отличаются незначительно, поэтому рассмотрим только наиболее совершенные модификации, обладающие лучшими качественными показателями.

Двойная треугольная антенна – одна из разно-идностей неполной зигзагообразной антенны. Ее полотно состоит из двух треугольных рамок расположенных в одной плоскости и соединенных между собой. Антенну можно сделать из трубок, металлических полос или нескольких рядов параллельно расположенных проводов диаметром 5-2 мм, натянутых на деревянном каркасе. Чем меньше поляр канала, тем больше должно быть рядов провода. Во всех углах перегибов провода соединяются между собой и пропаиваются.

Рис. 4. Двойная треугольная антенна

Коаксиальный кабель вводится в точке нулевого потенциала и прокладывается или внутри одной из трубок полотна, или по мачте с противоположной стороны. Экран кабеля припаивается к одной трубке, а жила кабеля – к противоположной трубке. Полотно антенны может крепится непосредственно к металлической или деревянной мачте в точке нулевого потенциала 0-01;
Направленное свойство антенны значительно улучшается, если ее снабдить рефлектором, изготовленным из металлических стержней или трубок.

Если полотно антенны изготавливается из металлических полос, то ширина полосы должна быть (0,08-0,09). Такая антенна обеспечивает прием программ телевидения в диапазонах волн 1-5-го, или 6-12-го, или 21-39-го каналов, т. е. она является широкополосной и может использоваться для ближнего приема телевидения.

С целью исключения заднего лепестка применяют антенны с рефлектором, который располагается от полотна антенны на расстоянии 0,7 и должен иметь размеры на 5-10% больше размеров этого полотна.

Рис. 5. Диаграмма направленности двойной треугольной антенны без рефлектора в горизонтальной плоскости

В диапазонах частот 1-5-го каналов дополнительные проводники существенного влияния не оказывают, а следовательно, направленные свойства антенны и ее согласование с фидером практически такие же, как и у двойной треугольной антенны в диапазонах частот 6-12-го каналов проводники. Участвуют в работе антенны как самостоятельные ибраторы, т. е. прием сигналов осуществляется ими средней частью полотна антенны.

Дециметровом же диапазоне прием осуществится на дополнительные вибраторы В2 и среднюю асть антенны между ними.

Рис. 6. Двойная комбинированная треугольная антенна

Зигзагообразный диполь-дублет

Зигзагообразный диполь-дублет

Л. Б. Чебик, W4RNL

Один из старых мифов о проволочных антеннах состоит в том, что они должны быть прямыми. В идеале мы хотели бы, чтобы они были действительно линейными. Однако даже изогнутый провод может работать довольно хорошо.

Рассмотрим сценарий, изображенный на рис. Рис. 1 . Стандартный диполь 1/2 wl для 80 метров — около 135 футов в длину на высоте около 50 футов — будет выглядеть как верхний эскиз если бы у нас была комната для 67.5-футовый длинный провод проходит с каждой стороны точка питания. Однако предположим, что у нас нет места для полной длина проводов. Мы можем согласиться на более короткую проволочную антенну, но мы есть другой вариант, если имеются опоры: специальный зигзаг. Какие мы сделали с размером A на верхнем чертеже, теперь мы сделаем с A + B на нижний рисунок.

Антенну можно было бы сделать U-образной, но потеря усиления чуть выше, чем с зигзагом — из-за частичной отмены излучения от торцевых участков облицовки.Однако сумма составляет достаточно малы, чтобы, если U — это все, чем вы можете управлять на сайте, «U» понимает это.

Чтобы увидеть, что происходит, когда мы перемещаем наш традиционный диполь зигзагом, я провел серию моделей, каждая из которых состоит из медной проволоки №12 над средним грунтом. Моделирование ограничено в том, что он предполагает чистую, ровную местность и поэтому не может принимать во внимание холмы, долины и беспорядок на земле типичной установки для ветчины. Тем не менее, тенденции весьма полезны для сравнительных целей.

Если антенна установлена ​​на 50 футов, типичная дипольная диаграмма направленности на высоте Угол около 20 градусов представляет собой овал под прямым углом к ​​проволоке. Давайте посмотрим, что произойдет, когда мы все больше и больше превращаем антенну в противоположный конец шт. В этом примере я использовал 5% -ное приращение полудлины, поэтому укорачивая каждую сторону центра на 3 3/8 дюйма при каждом движении. Теоретически конец должен вырасти на эту величину, чтобы антенна оставалась резонансной. На самом деле нам придется немного удлинять концы при каждом изменении чтобы компенсировать сцепление между проводами около углов.

В следующей таблице перечислены длины проводов с каждой стороны от центра (A) с как расчетные, так и фактические наконечники (B) должны восстанавливать резонанс при 3,5 МГц. Также показано резистивное сопротивление точки питания при резонансе, вместе с максимальным усилением. Конечная цифра — это количество градусов выключения. с другой стороны, узор наклоняется в результате зигзагообразных концов.

  Конец (B) Расчет. Действовать. Длина A Прирост Пат. Наклонная подача R
  % Футы Футы Футы дБи градусов Ом
  0 0 0 67. 5 0,06 0 70,0
  5 3,4 3,7 64,2 0,06 0 67,6
 10 6,8 7,3 60,8 0,04 1 66,4
 15 10,1 11,0 57,4 0,02 1 64,9
 20 13,5 14,5 54,0 -0,01 2 62,3
 25 16,9 18,2 50,6 -0,05 2 59,7
 30 20,3 21,7 47,3 -0,09 5 56,2  

Общая потеря прироста в установленной ситуации равна 0.15 дБ для весь размах от линейного провода до антенны с 30% поворота каждой стороны под прямым углом к ​​основному проводу. Если зигзаг окажется более открытым чем прямой угол, использованный в примере в качестве крайнего случая, потеря будет быть меньше. Однако он уже настолько низок, что не может быть обнаружен при эксплуатации.

Если бы мы согнули концы в форме буквы U, выигрыш в самом крайнем случае был бы были немного ниже, чем для зигзагообразного диполя, и тоже были сопротивлением источника при резонансе.Другое сравнение примечания находится между зигзагообразной моделью 20% и длиной и линейной длиной 108 футов — что-то близка к традиционной длине G5RV. G5RV показал бы около 0,1 дБ меньше усиления, чем зигзагообразный, что было бы гораздо менее оперативно значительно, чем высокое емкостное реактивное сопротивление в точке питания. Тем не мение, если мы запитаем антенну с параллельным фидером и антенным тюнером, все эти различия относятся к тривиальным.

Чем больше антенн на концах зигзага, тем длиннее провод должен быть для восстановления резонанса.Опять же, более открытый зигзаг будет показать меньшее количество необходимого удлинения. Точно так же точка питания сопротивление снижается тем быстрее, чем больше зигзаг.

Величина наклона шаблона очень небольшая, даже при зигзагообразной отметке 30%. Рис. 2 ниже показывает наложение прямой проволоки и зигзагообразного азимута. шаблоны для угла возвышения 20 градусов. Опять же, в реальной эксплуатации разница будет незаметна. Обратите внимание на то, что наклон рисунка отклоняется от загнутые концы.

Так как зигзагообразная линия включает более 30% проволоки с каждой стороны от центра, наклон рисунка становится более значительным, превышая 10 градусов по мере увеличения длины. А и Б приближаются друг к другу. Мы можем рассматривать эту величину наклона как недостаток, или мы можем использовать его. Предположим, что основные опоры у нас есть разместит поперечный образец примерно на 10 градусов от цели для желаемого операция. Превращение антенны в зигзагообразный диполь может вернуть нас цель.

Диполь становится дублетом

Что произойдет, если мы решим использовать зигзаг на других диапазонах HF?

Первое, что происходит, это то, что антенна перестает быть диполем. А диполь — это антенна с единственным максимумом тока в центре и максимумы напряжения на его концах. Это диполь с центральным питанием в версии с над которым мы работаем. Однако, поскольку его длина больше не будет создать условия тока и напряжения по всей его длине, как только мы увеличивайте частоту срабатывания, он перестанет быть диполем.Обычно многодиапазонный одинарный (простой) провод лучше всего называть «дублетом», т.е. термин, который сам по себе ничего не подразумевает о токе и напряжении распределение по длине.

Второе, что происходит: точная длина больше не соответствует большое следствие. Наши первые тесты намеренно стремились к резонансу на 3,5 МГц, чтобы увидеть, что случилось с длиной наконечников. В многодиапазонное использование с параллельными фидерами и антенным тюнером, длина нет дольше критично.Шаблоны существенно не изменятся до 5%. различия в общей длине и резонанс антенны больше не являются серьезным рассмотрение.

Третье явление — это изменение формы долей и нулей от те, которые мы привыкли ассоциировать с дуплетом прямой проволоки. Чтобы увидеть что происходит, давайте использовать 40, 20, 15 и 10 метров в качестве тестовых полос для сравнения образцы дублета с прямой проволокой и нашего 30% зигзагообразного дублета — оба из медного провода №12 50 футов вверх.Конечно, если мы используем меньшее количество зигзагообразных загибание, то любые отклонения рисунков от нормального дублетного рисунка будет намного меньше.

В каждой из диаграмм, показанных ниже, антенна выходит с одной стороны образец к другому. Зигзагообразные ножки загибаются вниз (относительно страницу) слева и вверх справа. Следовательно, большая часть шаблона наклон будет в левый верхний угол страницы, по крайней мере, в нижний частоты.

На частоте 7,0 МГц зигзагообразная диаграмма отклоняется на 5 градусов относительно поперечной плоскости. доли нормального дублета. Угол места максимального излучения составляет все еще очень высокий, поэтому для сравнение, чтобы отразить нечто, приближающееся к нормальным углам пропуска. Прибыль зигзага немного меньше (примерно на 0,5 дБ), чем у прямого проволока и сопровождается расширением ширины луча в обоих направления.Поскольку длина антенны составляет около 1 Вт, импеданс точки питания очень высокий. Зигзагообразные боковые нули мельче, чем у нормальный дуплет. Однако ни одно из этих различий вряд ли приведет к любые полученные или потерянные контакты.

Чтобы мы просто не предполагали, что оставшиеся диапазоны HF будут показывать существенно аналогичные параллели между прямым и зигзагообразным дуплетами, операция антенн на частоте 14,0 МГц служит напоминанием о том, что разница может появляются с любой частотой.Угол возвышения максимального излучения на 20 метров составляет 20 градусов с антенной на отметке 50 футов. Следовательно, шаблоны покажите максимальное усиление антенны. Дублет прямой проволоки показывает знакомый 4-листный клеверный узор, типичный для проволоки длиной 2 wl.

Напротив, зигзагообразная антенна показывает гораздо больший наклон, с пиками примерно на 20 градусов от обычного дуплета. Нули едва заметны, но за улучшенное покрытие приходится платить: лепестки примерно на 1 слабее, чем у нормального дублета.3 дБ.

На частоте 21 МГц нормальный и зигзагообразный паттерны почти противоположны друг другу, с зигзагообразными лепестками, заполняющими нормальные нули, и наоборот. И снова нормальный дублет показывает более высокое максимальное усиление (примерно на 1 дБ), но зигзагообразный дублет имеет более мелкие нули.

Отчасти причина особенно сильных зигзагообразных выступов на концах антенна такова, что каждый изогнутый участок зигзага составляет примерно 1/2 wl длиной 15 метров.Если бы длина зигзага «B» была укорочена, то конец радиация быстро уменьшилась бы. При эксплуатации антенны в кратное своей начальной частоте, текущая величина показывает количество пиков, и геометрическая конфигурация играет все более значительную роль на сгенерированном конечном азимутальном шаблоне.

На 10 м, на частоте 28 МГц так много лепестков, что разница в два паттерна становятся менее значимыми в оперативном отношении.На самом деле есть нет существенной разницы в силе самых больших долей двух антенны. Однако мы можем отметить два небольших лепестка на конце зигзагообразного Заг-антенна. Поскольку длина конца «B» уже не близка к 1/2 wl длинные, у них развиваются меньшие доли. Некоторые варианты зигзага с более короткие размеры «B» могут показывать более сильное излучение от антенны заканчивается.

Импеданс точки питания обеих антенн на четных гармониках исходная частота антенны 1/2 Вт будет высокой.Точные цифры будут функциями точной длины антенны. На гармониках эффекты зигзаг будет немного отличаться от полосы к полосе, и, следовательно, точка питания импедансы не будут идентичны сопротивлениям прямого провода. Ценности сопротивление в диапазоне от 1000 до 4000 Ом и значения реактивного сопротивления от 500 до 1200 Ом, вероятно, будут общими как для прямого, так и для зигзагообразные дублеты. Какие значения появляются на разъемах антенного тюнера, зависят не только от этих значений нагрузки, но и от характеристик и длина используемого фидера.Если тюнер не может обрабатывать представленные значения на определенной полосе вставка короткого отрезка дополнительной фидерной линии будет обычно поправляют ситуацию.

Другие варианты

Мы уже отмечали, что когда концы антенны загнуты в в том же горизонтальном направлении, получившаяся U-образная антенна представляет собой лишь крошечный немного ниже по усилению, чем 30% зигзаг. Более распространенный сценарий — падение оба конца вниз. На основной частоте эта конфигурация стремится чтобы еще больше снизить усиление, так как концы находятся ближе к земле.Однако результат далеко не плачевный. На более высоких частотах во время работы на концах может наблюдаться значительное излучение с вертикальной поляризацией, но чистого эффекта будет недостаточно, чтобы изменить базовый горизонтальный поляризованные диаграммы для каждой полосы.

Возможно, максимальная польза от зигзагообразного дублета состоит в том, чтобы вместить 80- метра в довольно ограниченный размер ярда, как показано в рис. 7 . провести антенну по диагонали во дворе, чтобы освободить место, и затем наклоните провода назад по ярдовым линиям (при условии, что опоры available) может сделать многополосный дуплет доступным практически любому.

Этот принцип также применим к скрытым антеннам на крыше или чердаке. Концы могут проходить по стропилам и стропилам крыши при соответствующем уходе. берется для обеспечения зазора до проводящих материалов.

Горожанин по-прежнему может эффективно работать, даже если обстоятельства кажутся диктовать малоразмерные антенны. Ключ в том, чтобы мыслить дизайнерскими формами, который зигзаг является постоянным победителем. Потери по сравнению с традиционные конструкции с прямыми линиями, могут быть намного меньше, чем изначально вообразил.

Обновлено 01.01.2000. Л. Б. Чебик, W4RNL. Этот элемент появился в AntenneX , декабрь 1999 г. Данные могут быть использованы для в личных целях, но не могут быть воспроизведены для публикации в печати или на любом другом носителе без разрешения автора.

Перейти к основному указателю

Зигзагообразная антенна — Нетрадиционные антенны VHF / UHF — Сведения о ресурсах

По DK7ZB Просмотров: 653 | Голосов: 2 | Рейтинг: 8,50

О зигзагообразной антенне — нетрадиционные антенны VHF / UHF

Оцените этот ресурс

Шкала от 1 до 10, где 1 — плохо, 10 — отлично.

Вебмастер, добавьте удаленный рейтинг

Ссылки по теме

Перейдите по этой ссылке

Поделитесь этим ресурсом

Поиск

О нас

DXZone — это крупнейшая созданная и поддерживаемая людьми библиотека веб-сайтов, посвященных любительскому радио, в настоящее время содержит более 20 000 ссылок, организованных в более 600 категорий. Real Hams ежедневно просматривает новые сайты с 1998 года на предмет возможного включения в Каталог и определения лучшего места для их включения.

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Получайте наши последние новости и ссылки по электронной почте.Сервис предоставляется Google FeedBurner

Обзор

Двухдиапазонная печатная зигзагообразная антенна с двумя разными углами изгиба

ПОКАЗ 1-8 ИЗ 8 ССЫЛКИ

Двухдиапазонная антенна для сотовых приложений

• Duixian Liu
• Международный симпозиум IEEE Antennas and Propagation Society. Дайджест за 1998 год. Антенны: выходы в глобальную сеть. Проводится совместно с: Национальным совещанием радионауки USNC / URSI (кат.№98Ч46
• 1998

Автор представляет двухдиапазонную антенну для работы в диапазонах сотовой связи GSM (900 МГц) и DCS (1800 МГц). Результаты моделирования показывают, что входное сопротивление в центре обоих диапазонов составляет около 50… Развернуть

• Просмотреть 1 отрывок, справочный фон

Двухдиапазонная планарная перевернутая F-антенна для мобильных телефонов GSM / DCS

Компактная двухдиапазонная плоская перевернутая F-антенна, подходящая для применения в качестве глобальной системы мобильной связи / цифровой системы связи (GSM / DCS), двухдиапазонная внутренняя антенна мобильного телефона… Развернуть

• Просмотреть 2 выдержки, справочная информация

Неравномерный шаг двухдиапазонная спиральная антенна

• G.Чжоу
• Физика
• Антенны IEEE и международный симпозиум Общества распространения радиоволн. Передача волн прогресса в следующее тысячелетие. Дайджест за 2000 год. Проведено совместно с: Национальным совещанием радионауки USNC / URSI (C
• 2000

В нескольких докладах сообщалось о конструкции двухдиапазонных сотовых антенн. Была представлена ​​спиральная антенна с неоднородным шагом для двухдиапазонных приложений. двухдиапазонные частоты… Развернуть

• Просмотреть 2 выдержки, справочная информация

Двухдиапазонная антенна для сотовых приложений

Были представлены конструкция и анализ новой двухдиапазонной антенны.Антенна подходит для интеграции в мобильные устройства, особенно портативные компьютеры, и предлагает преимущества в размере, стоимости,… Развернуть

Многодиапазонная антенна фиксированной сотовой связи

• Guangping Zhou, B. Yıldırım
• Engineering
• Антенны IEEE и распространение Международный симпозиум общества. Дайджест за 1999 год. Проводится совместно с: Национальным совещанием по радиообезопасности USNC / URSI (Кат. № 99Ch47010)
• 1999

Была представлена ​​многодиапазонная фиксированная антенна сотового телефона с одинарным питанием.Многодиапазонная антенна содержит однородный спиральный провод для GSM900 и короткий штырь для GSM1800. Антенна… Развернуть

• Просмотреть 1 отрывок, справочная информация

Графеновая патч-антенна с боковыми краями, определяемыми структурой «кресло» или зигзагообразной структурой и подложкой из PBG

Телевизионная антенна Hoverman

Обновление 23 сентября 2017 г.

В статье ниже описывается антенна, рассчитанная на работу в диапазоне 470–700 МГц.Недавние действия регулирующих органов США снижают верхний предел до примерно 614 МГц, что сводит на нет преимущества некоторых широкополосных схем. Как вы узнаете ниже, оригинальная конструкция Hoverman была ограничена частотным диапазоном 470-602 МГц. С приведенными ниже модами новый Hoverman по-прежнему является победой в дизайне для диапазона UHF TV, но, возможно, ему придется конкурировать с более новыми, более дешевыми или простыми конструкциями, адаптированными для более низкой полосы пропускания.

Суперкубок в HD

Есть утверждения, что цифровой телевизионный сигнал, который вы получаете от вещательных компаний через эфирную (OTA) передачу, имеет или может быть более высокого качества, чем то, что вы получаете от кабельного или спутникового телевидения.

У меня недостаточно опыта просмотра, чтобы знать, так или иначе. Однако я всегда готов принять вызов.

В мой телевизор встроен приемник ATSC (современный стандарт цифрового телевидения). Однако, находясь в 40+ милях от Вашингтона, я знаю, что мне нужна хорошая антенна. Мой стареющий Мастер каналов 4228 разваливается. Решил попробовать что-то новенькое… или старое…

Фон антенны Hoverman TV

Далее следует пошаговая фотосессия моей версии почтенной УВЧ телевизионной антенны Hoverman, созданной на основе конструкции конца 1950-х годов.Все это привело к тому, чтобы наконец получить эфирные (OTA) сигналы для нашего телевизора. У меня крошится Channel Master 4228 (старый стиль). Конструкция 4228 обеспечивает покрытие старого, гораздо более широкого североамериканского телевизионного диапазона UHF — 470–890 МГц. Это нормально, но времена изменились, и новые конструкции антенн, ориентированные на сегодняшние меньшие 470–700 МГц, являются разумными.

Что старого-нового

Антенна Hoverman UHF не нова. Первоначальные патенты США № 2918672 и № 3148371 датируются не позднее 1964 года с Дойтом Ховерманом в качестве изобретателя.Первоначальный патент описывает зигзагообразный элемент, общий для обоих патентов.

Ведомый элемент представляет собой просто проволоку, согнутую, как показано, с прямыми участками длиной около 7 дюймов. «FP» обозначает точку питания ~ 300 Ом. На следующем рисунке показано, как Ховерман размещает эти два зигзагообразных элемента перед горизонтальными стержнями в различных конфигурациях, чтобы сделать антенну однонаправленной. Щелкните фигуру, чтобы увеличить ее.

«Фиг.1, 2 и 3» ссылаются на те же рисунки в более позднем патенте.На рис. 1 показаны четыре непрерывно отражающих стержня длиной около 1 волны на высоких и низких частотах зеленым цветом, электрически соединенные с вертикальной структурой, также зеленым цветом. На рис. 2 показаны пары электрически изолированных отражающих стержней примерно на 1/2 длины волны высоких и низких частот синим цветом; Ховерман отмечает, что это лучшая производительность из трех. На рисунке 3 показан гибрид рисунков 1 и 2. Рисунок 4 показывает, что расстояние между элементами драйвера и отражающими элементами составляет 3,5 дюйма.

Еще в 1960-х годах диапазон УВЧ ТВ варьировался от канала 14 до 83 — 470 — 890 МГц.Ховерман поясняет, что в своем примере размеры охватывают телеканалы УВЧ от 14 до 35 — от 470 до 602 МГц. Признавая частотные ограничения своей конструкции антенны, Ховерман предлагает уменьшить размеры для более высоких каналов. Другими словами, его оригинальная антенна не могла покрыть весь диапазон УВЧ.

Чего Ховерман никогда не мог знать, так это того, как каналы УВЧ сузились за эти годы с 14–83 до 14–51, уступив сегодня 470–698 МГц. Теперь конструкция антенны Ховермана почти покрывает текущий диапазон частот УВЧ… но не совсем.

Компьютерщики NEC спешат на помощь

В 2007 году энтузиасты антенны по-новому взглянули на конструкцию Ховермана и выполнили обширное компьютерное моделирование, используя версии Численного кода электромагнетизма (NEC). В результате модификаций оригинальной конструкции Ховермана получилась антенна с хорошим усилением и скромным передним и задним ходом в сегодняшнем телевизионном диапазоне УВЧ 470–698 МГц.

Их наиболее значительный вклад заключался в сокращении удлинителей на драйвере на несколько дюймов, увеличив максимальную частоту оригинального Hoverman, чтобы просто покрыть весь диапазон UHF TV в Северной Америке после 2009 года.

Большая часть усилий энтузиастов по изменению дизайна была сосредоточена вокруг «отражающих» элементов, лежащих в основе зигзагообразных элементов. Подводя итог, в этих новых конструкциях используются дополнительные стержни или экраны для оптимизации антенны, в том числе:

Стержни умные — грохоты попроще

Мое моделирование показывает, что одна пара зигзагообразных элементов Hoverman на весь экран работает адекватно, делая сборку Hoverman намного проще, чем эти другие подходы. Кроме того, я обнаружил, что полноэкранная сетка обещает намного более высокое соотношение передней и задней части, чем любой подход со стержневым отражателем.Это важно, если вам нужно выбрать одну трансляцию в определенном направлении, совместно использующую одну и ту же радиочастоту, с другой трансляцией в другом направлении.

Я решил разместить управляемый антенной элемент Modern Hoverman на экране из оцинкованной сетки размером 3 x 4,5 фута. Я хорошо использовал детали от DX Engineering, а остальные — из домашнего центра и хозяйственного магазина.

Собери экран Hoverman

Вот несколько фотографий KJ4FAJ и его брата, создающего телевизионную антенну Hoverman… щелкните любое изображение, чтобы узнать подробности.

Банкноты

• Я не включил цену нового ротатора или кабеля в стоимость антенны выше. В общем, я, вероятно, вложил в этот проект около 150 долларов, и это не включает предусилитель, который я вытащил из старой антенны 4228.
• Алюминиевая мачта служит одновременно и мачтой, и основой антенны. Это отличается от большинства антенн, которые имеют собственный каркас. Этот метод двойного использования значительно снижает вес при окончательной сборке.
• Самыми экзотическими частями моей версии этой антенны являются опорные блоки из пластмассы и соответствующие усиливающие пластины от DX Engineering.Они сыграли ключевую роль в том, чтобы 1,5-дюймовая алюминиевая мачта служила также основой антенны. Так получилось, что расстояние между отверстиями под болты идеально подходит для крепления предусилителя… приятно.
• Я могу принимать все станции цифрового телевидения в Вашингтоне (~ 45 миль) и Шарлоттсвилле (~ 58 миль) с центром антенны всего в 7 футах над землей на стойке для громкоговорителей. Я могу забрать WNVT и в Голдвейне, но это всего в 20 милях отсюда … это паяльная лампа.
• Через 70 миль я не могу забрать Ричмонд.Немного поднятия должно помочь.
• Я также легко принимаю станции Вашингтонского ABC и CBS. Это важно, потому что они передают свои цифровые сигналы на своих старых частотах УКВ… РЧ каналах 7 и 9 соответственно. Это подтверждает, что антенна Ховермана с полным отражающим экраном обеспечивает приемлемый прием в диапазоне УКВ. Если вы используете предусилитель в зоне цифрового вещания на УКВ, убедитесь, что вы приобрели модель, которая поддерживает УКВ и УВЧ, а не только УВЧ.
• Мне действительно нравится Тони Ромо, но я в первую очередь фанат скинов.Остальная часть моей семьи — за Ковбоев… вздох

Дизайн для производства (DFM) ???

Многие ресурсы в Интернете, описывающие эту антенну, требуют непрактичной миллиметровой точности при сгибании, резке и сборке антенны Ховермана. Что ж, здесь этого не произошло! Эту штуку чуть было не подбросило из-за неаккуратного изгиба медной проволоки и не очень плоского сетчатого отражателя. Все, что я могу сказать, это всего лишь 7 футов в высоту, это работает. Как хорошо вы спросите? Давайте посмотрим на реальные измерения диаграммы направленности антенны.

Фактическое измерение диаграммы направленности антенны

NEC — очень мощный и точный инструмент, помогающий проектировать антенны, включая Hoverman. По-прежнему приятно иметь настоящее измерение для душевного спокойствия… и вот оно с этой новой антенной.

WNVT настолько мощный и близкий, что я могу довольно четко видеть основную несущую (а также весь цифровой пьедестал) на анализаторе спектра, использующем новую антенну с предусилителем. Я использовал анализатор, чтобы измерить уровень сигнала основной несущей при вращении антенны с новым ротатором.Вот результаты…

Светло-зеленая линия — это реакция моделирования этой конкретной конструкции антенны на частоте 566 МГц с использованием сетки проводов 3 x 4,5 фута с сеткой 1 дюйм позади современного зигзагообразного драйвера; Фактическая сетка составляет 1/2 дюйма, но 4nec2 кашлянул с таким количеством проводов; Да, меньшая сетка имеет небольшое значение. Я «подогнал» пиковое усиление 13,6 дБи и кривую NEC для ширины луча 48 градусов к измеренному значению шириной 60 градусов, чтобы мы могли сравнить реальность с симуляцией.Это «соответствие» — только предположение, но вполне обоснованное.

Наблюдения:

• WNVT находится к востоку от моего местоположения, и это хорошо видно на этом графике.
• Соотношение передних и задних частот превышает 14 дБ на этой частоте.
• Узор не такой симметричный, как хотелось бы, и контрастирует с идеальным миром симуляции. Это может быть связано с отражениями от дома на севере, деревьями на юго-востоке, большим количеством деревьев на западе, небрежностью сборки или другими переменными факторами.
• Первичный лепесток четко очерчен и имеет ширину около 60 градусов, что близко соответствует ширине луча моделирования, равной 48 градусам. Как сказал Тим Сэмпл в штате Мэн … «Это очень хорошо».
• Этот шаблон может не соответствовать форме луча из учебника и не идеально соответствовать моделированию, но в нем есть все важные моменты: хорошая передняя сторона и хорошая ширина луча. Какая выгода? Более поздние измерения показывают, что около 14 дБи… близко соответствует значению 13,6 дБи, полученному при моделировании.
• [WAG] Чем больше я думаю об этом, тем больше я верю, что линия сосен всего в 40 футах к юго-востоку может рассеивать часть сигнала WNVT в антенне.[/ WAG]

Выводы

Дойт Ховерман еще в конце 1950-х — начале 1960-х годов открыл для себя необычный зигзагообразный дизайн антенны для УВЧ-телевидения. Современные вычисления усовершенствовали эту концепцию, чтобы создать очень удобную антенну для современной эпохи цифрового телевидения.

Профессиональные разработчики антенн, вероятно, заметят явное сходство зигзагообразного элемента Ховермана с современными широкополосными расширяющимися диполями.

Эта антенна имеет горизонтальную поляризацию. По бокам антенны присутствует некоторая вертикальная поляризация, но при правильном наведении в результате определенно получается горизонтальная поляризация.Это соответствует большинству радиостанций.

В следующем посте я расскажу об истории Hoverman и покажу результаты моделирования. Обычно я делаю это в первую очередь, но некоторым из вас может сразу понравиться смотреть Суперкубок 47 с указанной выше антенной Ховермана. Приведенное выше фактическое измерение диаграммы направленности плюс мои тесты приема DTV показывают, что эта антенна действительно работает.

Большинство компонентов для антенны можно приобрести в местных магазинах, за исключением алюминиевой мачты (я получил свою от Grainger) и удобных опорных блоков и пластин из смолы от DX Engineering.Ротатор от Radio Shack вполне подходит и доступен на местном уровне. Я использую подшипник NTE TB-105 с вращателем для более стабильной системы; Я бы никогда не поставил такую ​​высокую антенну прямо на ротатор, но это мое мнение. Подшипник поставляется с тремя удобными точками крепления растяжек, которые я использую в настоящее время. Поворотный механизм и опора на алюминиевой подставке для колонок были у меня под рукой для удобного использования и тестирования. Конечная цель — разместить антенну на более высокой опоре, но я понятия не имею, что это может быть на данный момент.В настоящее время моей семье нравится антенна, и пока не закончится футбольный сезон, я ничего не меняю.

Если вы ищете простой способ приема телевещания в удаленных местах, стоит попробовать антенну Hoverman. Если вы не находитесь очень близко к передатчикам, вам следует взять хороший предусилитель и установить его на антенну, как я сделал выше. Если вы будете регулярно наводить антенну на разные мегаполисы, подумайте о легком поворотном устройстве. Помните, что вложения в телевизионную антенну окупаются за счет бесплатного программирования.

Оптимальный дизайн зигзагообразной антенны с использованием нелинейной длины сегмента и угла тангажа. Научно-исследовательский доклад на тему «Материаловедение»

Доступно на сайте www.sciencedirect.com

Технологии

Процедура

ELSEVIER

Технология процедур 6 (2012) 799 — 805

Международная конференция по коммуникациям, вычислениям и безопасности

Оптимальная конструкция зигзагообразной антенны с использованием нелинейного сегмента

Длина и угол наклона

Анджита Ва, д-р.Santhosh Kumar Sb

APG, студент, кафедра электроники и техники связи, инженерный колледж, Тривандрам, Керала-695016, Индия 2 доцент кафедры электроники и техники связи, инженерный колледж, Тривандрам, Керала-695016, Индия

Аннотация

Зигзагообразные антенны предпочтительны в приложениях VHF. В традиционной конструкции зигзагообразной антенны важными параметрами являются угол наклона (а) и длина сегмента зигзагообразных элементов.Угол при вершине и длина сегмента постоянны для обычной однородной зигзагообразной антенны. В этой статье предлагается методология оптимальной конструкции зигзагообразной антенны с нелинейной длиной сегмента и изменяющимся углом при вершине для максимального усиления при круговой поляризации. Длина сегмента и угол наклона антенны параметрически моделируются с помощью B-сплайнов. Оптимизация выполняется с помощью оптимизации роя частиц (PSO), а параметры антенны оцениваются с помощью числового электромагнитного кода (NEC2). Исходный код C ++ программного обеспечения NEC2 соответствующим образом модифицирован для включения сплайн-моделирования и PSO.Результаты численного моделирования показывают, что антенна, моделируемая предложенным методом, дает лучшие характеристики усиления по сравнению с антенной с постоянной длиной и углом при вершине.

© 2012ElsevierLtd … Отбор и / или рецензирование под ответственность Департамента компьютерных наук и инженерии Национального технологического института Руркела

Ключевые слова: зигзагообразная антенна; B-шлиц; Оптимизация роя частиц; NEC2 ++.

1. Введение

Зигзагообразные антенны имеют большое практическое значение для связи на высоких, очень высоких и сверхвысоких частотах.Зигзагообразные антенны используются в приложениях, где предпочтительна однонаправленная диаграмма направленности. Он обладает такими характеристиками, как высокое усиление, широкая полоса пропускания, высокое соотношение передней и задней части (F / B) и низкая стоимость. Эта конструкция антенны используется там, где необходим широкий диапазон частот при умеренном усилении и направленности.

Традиционная конструкция зигзагообразной антенны использует постоянный профиль шага и одинаковую длину зигзагообразного элемента [1], [2], как показано на рис. 1. Но для многих практических приложений требуется неоднородная зигзагообразная структура, чтобы соответствовать конструктивным ограничениям. и уменьшить сложность конструкции антенны.Изучена конструкция антенн с нелинейной длиной элемента, которая дает лучшие характеристики излучения по сравнению с профилем постоянного шага. Применительно к стандартной геометрии геометрические параметры зигзагообразной структуры варьируются [4], [5], [6], чтобы получить желаемые характеристики излучения. В этой статье представлена ​​зигзагообразная антенна с нелинейным углом наклона и длиной элемента, обеспечивающая максимальное усиление

* Автор, ответственный за переписку. Тел .: + 91-808-675-0488. Электронный адрес: [email protected]

2212-0173 © 2012 Elsevier Ltd … Выбор и / или экспертная оценка под ответственностью Департамента компьютерных наук и инженерии Национального технологического института Rourkela doi: 10.1016 / j.protcy.2012.10.097

и улучшенная полоса пропускания для указанного и КСВН. В нашей работе NEC2 используется для моделирования параметров антенны, а оптимизация роя частиц используется для оптимизации.

NEC2 расшифровывается как Numerical Electromagnetics Code (версия 2) и представляет собой пакет для моделирования антенн, который использует метод моментов для определения электрического и магнитного поля.Это код общедоступной лицензии (GPL), в которой пользователи могут изменять код. Программное обеспечение NEC2 принимает геометрическую модель антенны в формате файла .nec, который является текстовым форматом.

Оптимизация роя частиц (PSO) [7] — [10], представленная доктором Кеннеди и доктором Эберхартом в 1995 году для задач оптимизации, представляет собой компьютерный код, используемый для анализа электромагнитного отклика произвольной структуры, состоящей из проводов и поверхностей в свободном доступе. космосе или над плоскостью земли.

В этой статье предлагается методика определения длины сегмента зигзагообразной геометрии (lns) и угла нелинейного шага N-элементной зигзагообразной антенны для максимизации усиления (G) при единичном осевом отношении.Для получения круговой поляризации отношение осей принимается равным единице [11]. В этой работе зигзагообразная структура параметрически моделируется с использованием шести контрольных значений. Любая сложная геометрическая структура может быть представлена ​​с помощью сплайн-моделирования. Чем больше количество узловых точек, тем выше точность. Но это увеличит вычислительную сложность. Если взять меньшее количество контрольных точек, то можно будет моделировать очень небольшое количество структур. Итак, в качестве компромисса выбираются шесть узловых точек. Они могут моделировать любую сложную антенную структуру.Каждое контрольное значение представляет длину и угол при вершине, которые взяты в шести равноудаленных точках вдоль оси антенны. Для N-сегментной зигзагообразной антенны длина и угол при вершине для каждого сегмента интерполируются с использованием кривых B-сплайна, которые используют шесть узловых точек, как описано выше. Используя кривые B-сплайна, нелинейная зигзагообразная антенна со сложной геометрией может быть параметрически смоделирована с использованием сокращенного набора базисных функций. Для тестирования предложенного алгоритма исходный код NEC2 соответствующим образом модифицирован для включения моделирования B-Spline и оптимизации роя частиц.Результаты моделирования показывают, что характеристики усиления значительно улучшились.

2. Моделирование зигзагообразной антенны с использованием B-Splines

2.1. B-сплайновое моделирование

Сплайны — это математическое средство представления кривой путем определения серии точек на промежуточных интервалах вдоль кривой и определения функции, которая позволяет вычислять дополнительные точки в пределах интервала. bLn-1 (t) + ttj + n-1 — bj + m-1 (t) (3)

tj + n — Tj tj + n + 1 — Tj + 1

2.2. Моделирование антенн

N-сегментная зигзагообразная антенна моделируется с использованием длины сегмента и угла при вершине для каждого сегмента. Длина сегмента и угол при вершине для n-го сегмента представлены как

P (t) = (l (t), a (t)), где t = n / N. (4)

P (t) теперь интерполируется с использованием интерполяции B-сплайна,

м — н — 2

P (t) = £ Pibi, n (t) n = 0, 1, 2 … N (5)

В данной работе t0 = 0; t1 = 1/6; t2 = 2/6; t3 = 3/6; t4 = 4/6; t5 = 5/6, которые представлены P0, P1 ;…., P5. Каждый Pi получается на основе уравнения (1).

В этой работе зигзагообразная антенна моделируется с использованием количества элементов (N), угла нелинейного тангажа (a) и координат элемента (Ps). Профиль всей конструкции моделируется путем подбора B-сплайновой кривой с использованием угла наклона и координат в шести равных удаленных точках вдоль осевой длины антенной конструкции, как показано на рис. 2.

3. Оптимизация роя частиц

Оптимизация означает выбор лучшего элемента из некоторого набора доступных альтернатив.В PSO [8], [9] решение задачи оптимизации представлено роем частиц, и каждая частица i связана с двумя векторами, т. Е. Вектором скорости Vi = [vj; v2 … vf] и вектор положения Xi = [xj; x? … xf], где D обозначает размерность пространства решений. Скорость и положение каждой частицы инициализируются случайными векторами в соответствующих диапазонах.

В процессе эволюции скорость частицы i в измерении d обновляется как

vd = wvd + C1randd (pBestd — xf) + C2randd (gBestd — xd) (6)

——— стр.

Нормализованная осевая длина

Рис. 2. Профиль шага с использованием шести контрольных значений

Положение частицы i в измерении d обновляется как

xd = xd + vd (7)

, где o — вес инерции, c1 и c2 — коэффициенты ускорения, а randd и randd — два равномерно распределенных случайных числа, независимо сгенерированных в пределах [0, 1] для d-го измерения. В (5) pBesti — это положение с лучшая пригодность, найденная на данный момент для i-й частицы, и gBesti — лучшее решение в мире.Уравнения (5) и (6) повторяются до сходимости. Во время итерации текущий локальный лучший результат обновляется с помощью частицы i, если его значение пригодности меньше, чем значение пригодности локального лучшего. В PSO функция пригодности — это функция, которую нужно минимизировать. Глобальное лучшее — это частица с наименьшей функцией пригодности.

Оптимизация роя частиц (APSO) [13] обеспечивает лучшую эффективность поиска, чем классический PSO. Что еще более важно, он может выполнять глобальный поиск по всему пространству поиска с более высокой скоростью сходимости.Путем оценки распределения популяции и приспособленности частиц выполняется процедура оценки эволюционного состояния в реальном времени, чтобы идентифицировать одно из следующих четырех определенных эволюционных состояний, включая разведку, эксплуатацию, конвергенцию и выход в каждом поколении. Он обеспечивает автоматический контроль веса инерции, коэффициентов ускорения и других алгоритмических параметров во время выполнения для повышения эффективности поиска и скорости сходимости.

4. Предлагаемый метод

В статье предлагается методика определения длины сегмента зигзагообразной антенны и профиля вершины (P0, P1; P2, P3, P4, P5) с максимальным усилением при единичном осевом отношении (AR).Единственное соотношение осей желательно, потому что предпочтительна круговая поляризация. Целью данной статьи является разработка антенны с максимальным усилением при наличии значительной полосы пропускания. Математически это можно описать следующей задачей оптимизации

Свернуть

f (P0, P1, P2, P3, P4, P5) = 1 + X \ AR — 11 (8)

, где X — множитель Лагранжа, а Pi = (li, ai)

Полоса пропускания выбирается как диапазон частот, в котором КСВ меньше 2.Оптимизация роя частиц используется для поиска оптимального профиля вершины. Каждая частица представлена ​​шестью контрольными точками на профиле вершины. Первоначально частицам (профилю вершины) присваиваются случайные значения, которые находятся между минимальным и максимальным значениями. Процедура, представленная в виде блок-схемы, показана на рис.3.

Рис. 3. Конструкция антенны с использованием PSO

Используя сплайн-моделирование, профиль вершины вместе с количеством сегментов преобразуется в конфигурацию антенны в формате.nec формат, который может быть прочитан NEC2. Выходные параметры антенн, такие как усиление, КСВН, импеданс и т. Д., Вычисляются с использованием NEC2. С этими значениями функция пригодности оценивается с помощью уравнения (8), и положение частицы обновляется. Используя обновленное положение частицы, описанная выше процедура повторяется до тех пор, пока PSO не сойдется к оптимальному решению. Сведенные значения указывают параметры конструкции антенны, такие как длина сегмента, угол наклона (a) для указанной рабочей частоты и количество сегментов (N). и т.п., оптимизированный для максимального усиления и пропускной способности.

5. Результаты и обсуждение

Для моделирования используется программное обеспечение на базе Windows, включающее моделирование B-сплайном и оптимизацию роя частиц. Используя графический интерфейс пользователя, разрабатывается пользовательский интерфейс, через который вводятся требуемые параметры, такие как количество витков, входное сопротивление и т. Д. Для получения оптимизированных параметров излучения антенны, минимального и максимального значения координаты элементов, рабочей частоты, минимальной и максимальной частоты развертки, количества частиц и количества итераций и т. Д.для оптимизации роя частиц вводятся вручную через интерфейс GUI для оптимизации.

Рис. 4. (а) Равномерная зигзагообразная антенна; (b) График КСВ и прироста

КСВ (50 Ом) Зигзаг_] Son-QQiform

Tot-gain; Тета = 10; Phi-245

№ 110 лиС 150 НО 190 510 330 МГц

Рис. 5. (а) Диаграмма излучения структуры «Сдержанный зигзаг»; (б) График КСВ и усиления зигзагообразной антенны с ограничениями

Базовая унифицированная зигзагообразная антенна используется в качестве эталонной антенны.Единая зигзагообразная антенна с числом сегментов = 10 (т.е. N = 5), длина сегмента L = 9,67 см выбрана с постоянным углом наклона a = 30 °. Моделирование проводится на центральной частоте / ° = 195 МГц. Полученная однородная зигзагообразная антенна и ее диаграмма направленности показаны на рис. 4.

Моделируется неоднородная зигзагообразная антенна с 10 сегментами, выбирая следующие параметры: Центральная частота f ° = 195 МГц, P = (li, a), где i = 1,2,3 …., N 10 °

Неоднородная структура зигзагообразной антенны и полученная трехмерная диаграмма показаны на рис.5a и 5b соответственно. График зависимости усиления и полученной полосы пропускания от количества сегментов показан на рис. 6a. На рис. 6b показана диаграмма общего усиления, полученная для неоднородной зигзагообразной структуры антенны. Можно заметить, что по мере увеличения номера сегмента усиление и полоса пропускания улучшаются для того же диапазона частот развертки.

В таблице 1 показаны оптимальные характеристики неоднородной зигзагообразной антенны, разработанные на основе нашего подхода. Обобщены параметры излучения антенны для различных значений N.

Предлагаемая неоднородная зигзагообразная антенна физически реализована путем намотки медного провода по зигзагообразной схеме. Оптимизированные параметры конструкции используются для разработки прототипа. В качестве заземляющего слоя используется медная металлическая пластина. Измерение диаграммы направленности выполняется с использованием в качестве приемной антенны свернутой дипольной антенны. Коэффициент отражения наблюдается с помощью анализатора цепей.

Из полученных результатов видно, что предложенная неоднородная зигзагообразная антенна показывает лучшее усиление и диаграмму направленности, чем обычная однородная зигзагообразная структура.Также достигается улучшение полосы пропускания с максимальным усилением.

Рис. 6. (a) График усиления и полосы пропускания в зависимости от N; (b) Общая диаграмма усиления неоднородной зигзагообразной антенны

Таблица 1. Оптимальные параметры зигзага для Предлагаемого метода

Число сегментов (Вт) Усиление (дБ) Ширина полосы Zin (МГц)

8 13,22 52,53-j557,36 2,4

10 14,06 239,27-j672,25 2,6

12 15,04 54.43 + j281,39 3,1

6. Заключение

В этой статье представлен новый метод проектирования зигзагообразной антенны с нелинейным профилем шага для максимального увеличения коэффициента усиления с учетом ограничений единичного осевого отношения на основе моделирования B-сплайна и оптимизации роя частиц. В этой статье антенна компактно моделируется с использованием шести сегментов и вершинного профиля. Результаты моделирования показывают, что характеристики усиления антенны, разработанной с использованием нашего подхода, лучше, чем у классической конструкции.Дальнейшая работа предполагает поиск оптимальной геометрии с ограничениями на КСВН.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить инженерный колледж Тривандрума за помощь в микроволновой лаборатории и необходимую поддержку программного обеспечения. Также мы хотели бы поблагодарить рецензентов за ценные комментарии и предложения.

Список литературы

[1] Дж. Д. Краус, «Антенны» Макгроу Хилл, 2-е изд., 1988.

[2] К. А. Баланис, «Теория антенн, анализ и проектирование», John Wiley and Sons, Inc., 3-е изд., 2005 г.

[3] Шифу Чжао, Кристоф Фюмо, Крис Коулман, «Эволюционная оптимизация зигзагообразных антенн с использованием гауссовских и многоквадрических радиальных базисных функций» Труды Азиатско-Тихоокеанской конференции по СВЧ, 2011 Engineers Australia

[4] Д. Сенгупта, «Характеристики излучения зигзагообразной антенны», IRE Transactions on Antennas and Propagation, vol.6, стр. 191–194, 1958

[5] Л. Синг и К. Мэй, «Анализ зигзагообразных антенн», IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 18, стр. 760-764,1970.

[6] П. С. Бхатнагар и С. Б. Л. Сачан, «Анализ бесконечной зигзагообразной антенны», Протоколы IERE, т. 14. С. 44-46, 1976.

[7] Ю Чунг Чанг, Рэнди Хаупт. «Оптимизация логопериодной дипольной матрицы», IEEE 2000; страницы 449-455.

[8] Джеймс Кеннеди и Рассел Эберхарт, «Оптимизация роя частиц», IEEE 1995; Страницы 1942-1948,

[9] Дж.Р. Перес и Дж. Бастерречеа, «Оптимизация роя частиц для реконструкции диаграммы направленности излучения антенны в дальней зоне», Труды 36-й Европейской микроволновой конференции, том 33, страницы 689-, 2004.

[10] М. Фернаиндес Пантоха, А. Рубио Бретонес, Ф. Гарсия Руис, С. Г. Гарсия и Р. Гемез Мартин, «Оптимизация роя частиц в конструкции антенны: оптимизация логопериодических дипольных массивов», Антенны IEEE и распространение Журнал, Vol. 49, No. 4, август 2007 г .; страницы 34-47

[11] Мониша Менон.А., Сантош Кумар, С. «Оптимальный дизайн спиральной антенны осевого режима с нелинейным профилем шага, смоделированный с использованием сплайна Катмулла-Рома и оптимизации роя частиц», 2011 IEEE; страницы 146-150

[12] Анил К. Джайн, «Основы цифровой обработки изображений», Preniice Hall, 1989.

[13] Чжи-Хуэй Чжан, Цзюнь Чжан, Юн Ли, Генри Шу-Хун Чунг, «Адаптивная оптимизация роя частиц». IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics Part B: Cybernetics, Vol.Декабрь 2009 г., 39, № 6