Что такое двухэлементная фазированная антенная решетка. Как работают фазированные антенны. Какие преимущества дает использование фазированных антенных решеток. Как настроить фазированную антенну для оптимальной работы. Какие типы фазированных антенн наиболее эффективны.
Что такое фазированная антенная решетка
Фазированная антенная решетка — это система из нескольких антенных элементов, в которой фаза сигнала каждого элемента контролируется для формирования нужной диаграммы направленности. В простейшем случае фазированная решетка состоит из двух элементов:
- Активный элемент — основной излучающий элемент, к которому подводится питание
- Пассивный элемент — вспомогательный элемент, который возбуждается за счет наведенных токов
Изменяя геометрию антенны и фазу токов в элементах, можно управлять характеристиками излучения всей системы. Это позволяет получить более высокое усиление и лучшую направленность по сравнению с одиночной антенной.
Принцип работы двухэлементной фазированной антенны
Рассмотрим принцип работы простейшей двухэлементной фазированной антенны на примере вертикальных штырей:
- Два вертикальных антенных элемента располагаются на расстоянии 1/4 длины волны друг от друга
- На активный элемент подается питание, он является основным излучателем
- В пассивном элементе наводятся токи за счет электромагнитной связи с активным элементом
- Изменяя длину элементов и расстояние между ними, можно добиться сложения полей от обоих элементов в нужном направлении
- В результате формируется направленная диаграмма излучения с усилением в главном направлении
Ключевым моментом является правильный выбор разности фаз токов в элементах для получения максимального усиления в заданном направлении.
Преимущества фазированных антенных решеток
Использование фазированных антенных решеток дает ряд существенных преимуществ по сравнению с одиночными антеннами:
- Повышенное усиление сигнала в нужном направлении
- Улучшенное отношение сигнал/шум
- Возможность электронного управления диаграммой направленности
- Подавление помех с нежелательных направлений
- Уменьшение габаритов антенной системы при сохранении характеристик
- Снижение уровня боковых лепестков
За счет этих преимуществ фазированные решетки широко применяются в радиолокации, спутниковой и мобильной связи, радиоастрономии и других областях.
Методы управления фазировкой в антенных решетках
Существует несколько основных способов управления фазировкой элементов в антенных решетках:
1. Геометрическое управление
Изменение геометрических параметров антенны позволяет влиять на фазировку:
- Длина элементов
- Расстояние между элементами
- Форма элементов (например, изогнутые концы в антенне Моксона)
2. Электронное управление
- Точно регулировать амплитуду и фазу тока в каждом элементе
- Быстро перестраивать диаграмму направленности
- Формировать сложные диаграммы с несколькими максимумами
3. Использование фазирующих линий передачи
Отрезки фидерных линий определенной длины позволяют:
- Трансформировать фазу и амплитуду тока вдоль линии
- Получать нужный сдвиг фаз между элементами
- Согласовывать импедансы элементов
Правильный выбор метода фазирования позволяет добиться оптимальных характеристик антенной системы.
Типы двухэлементных фазированных антенн
Наиболее распространенными типами двухэлементных фазированных антенн являются:
1. Антенна Яги-Уда
Классическая конструкция с активным вибратором и пассивным рефлектором/директором. Основные особенности:
- Простая конструкция
- Хорошее усиление (5-7 дБ)
- Направленное излучение
- Широкая полоса рабочих частот
2. ZL Special
Фазированная антенна с двумя активными элементами, соединенными фазирующей линией. Ключевые преимущества:
- Высокое отношение вперед/назад (более 20 дБ)
- Компактные размеры
- Хорошее подавление помех с задних направлений
3. Антенна HB9CV
Модификация ZL Special с улучшенными характеристиками. Отличительные черты:
- Оптимальное сочетание усиления и отношения вперед/назад
- Широкая полоса рабочих частот
- Компактность конструкции
4. Прямоугольник Моксона
Антенна с изогнутыми концами элементов для улучшения характеристик. Основные достоинства:
- Высокое отношение вперед/назад
- Хорошее согласование с 50-омным кабелем
- Широкая полоса рабочих частот
- Компактные размеры
Каждый из этих типов антенн имеет свои преимущества и может быть оптимальным выбором в зависимости от конкретных требований.
Как настроить двухэлементную фазированную антенну
Для получения максимальной эффективности двухэлементной фазированной антенны необходимо правильно ее настроить. Основные этапы настройки:
- Выбор оптимальной геометрии:
- Подбор длины элементов
- Настройка расстояния между элементами
- Регулировка высоты подвеса над землей
- Настройка фазирования:
- Расчет длины фазирующих линий
- Подбор точек подключения фидеров
- Проверка фазовых соотношений
- Согласование импедансов:
- Измерение входного импеданса антенны
- Подбор согласующих устройств при необходимости
- Проверка КСВ в рабочем диапазоне
- Оптимизация диаграммы направленности:
- Измерение диаграммы направленности
- Корректировка параметров для получения нужной формы ДН
- Проверка уровня боковых лепестков
- Финальная настройка:
- Проверка всех параметров антенны
- Точная подстройка для получения максимальной эффективности
- Измерение коэффициента усиления
Правильная настройка позволяет раскрыть весь потенциал фазированной антенной решетки и получить максимальную эффективность работы.
Применение двухэлементных фазированных антенн
Двухэлементные фазированные антенны находят широкое применение в различных областях радиотехники:
- Любительская радиосвязь:
- Компактные направленные антенны для КВ диапазонов
- Антенны с электронным управлением для DX работы
- Мобильная связь:
- Базовые станции сотовых сетей
- Антенны для транспортных средств
- Радиовещание:
- Направленные антенны для AM/FM станций
- Антенны цифрового радиовещания
- Антенные решетки для РЛС малой дальности
- Сканирующие антенны метеорадаров
- Спутниковая связь:
- Наземные терминалы спутниковой связи
- Бортовые антенны космических аппаратов
Простота конструкции в сочетании с хорошими направленными свойствами делает двухэлементные фазированные антенны привлекательным решением для многих приложений.
Заключение
Двухэлементные фазированные антенные решетки представляют собой эффективное и гибкое решение для получения направленного излучения. Основные преимущества таких антенн:
- Повышенное усиление по сравнению с одиночными антеннами
- Возможность управления диаграммой направленности
- Улучшенное отношение сигнал/шум
- Компактные размеры
- Относительная простота конструкции
Правильный выбор типа антенны и метода фазирования позволяет создать антенную систему с оптимальными характеристиками для конкретной задачи. Широкие возможности по настройке делают фазированные решетки универсальным инструментом для работы в различных диапазонах частот и условиях применения.
При проектировании двухэлементных фазированных антенн важно учитывать особенности распространения радиоволн, требования к диаграмме направленности, ограничения по габаритам и другие факторы. Грамотный подход к разработке и настройке таких антенн позволяет добиться высокой эффективности работы радиотехнических систем различного назначения.
Двухэлементная фазированная антенная система КВ-диапазона для быстроразвертываемых полевых узлов
350 руб
Журнал «Радиотехника» №6 за 2022 г.
Статья в номере:
Двухэлементная фазированная антенная система КВ-диапазона для быстроразвертываемых полевых узлов
Тип статьи: научная статья
DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202206-02
УДК: 621.396.677.33
Ключевые слова: Быстроразвертываемая антенна телескопическая опора двухэлементная антенная решетка
Авторы:
П.И. Бондарь1, Ал.В. Карлов2, М.А. Минкин3, К.И. Пестовский4
1-3 АО «Самарское инновационное предприятие радиосистем» (г. Самара, Россия)
4 Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (г.
Самара, Россия)
Аннотация:
Постановка проблемы. В целях модернизации, а также для резервирования существующих антенных систем радиоцентров КВ-диапазона необходима разработка радиокомплексов с быстроразвертываемыми, оперативно адаптируемыми антенными системами в своем составе. Такие резервные быстроразвертываемые антенные системы должны обладать небольшими габаритными размерами и малым временем развертывания, иметь диаграмму направленности с ярко выраженным максимумом и оперативно управлять этим максимумом, а также обеспечивать возможность организации связи во всем КВ-диапазоне
Цель. Провести исследование достижимых электродинамических характеристик двухэлементной фазированной антенной системы КВ-диапазона
Результаты. В результате проведенных исследований найдена оптимальная конфигурация антенной системы в виде двухэлементной фазированной антенной системы, состоящей из двух петлевых излучателей оперативно изменяемой длины. Электродинамический анализ антенной системы выполнен с использованием интегральных уравнений Фредгольма 1-го и 2-го рода, дополненных интегральными представлениями Зоммерфельда, позволяющими учитывать влияние полупроводящей подстилающей поверхности с искусственной металлизацией. Исследованы характеристики предложенной антенной системы. Рассмотрены вопросы согласования элементов антенной системы с соответствующими фидерными трактами. Проанализирована эффективность данного решения по сравнению с одиночным излучателем.
Практическая значимость. Представленные технические решения могут быть использованы при модернизации существующих КВ-радиоцентров.
Страницы: 6-16
Для цитирования
Бондарь П.И., Карлов Ал.В., Минкин М. А., Пестовский К.И. Двухэлементная фазированная антенная система КВ-диапазона для быстроразвертываемых полевых узлов // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 6. С. 6-16. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202206-02
Список источников
- Карлов Ал.В., Кольчугин Ю.И., Минкин М.А., Пестовский К.И. Быстроразвертываемые антенные системы ДКМВ-диапазона на основе петлевых вибраторов // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 6(11). С. 46-54.
- Бондарь П.И., Карлов Ал.В., Копылов Д.А., Пестовский К.И. Исследование характеристик быстроразвертываемых антенн ВЧ-диапазона с учетом параметров грунта и «искусственной земли» // Радиотехника. 2021. № 7. С. 6-13.
DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202107-02 - Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М. и др. Коротковолновые антенны / Под ред. Г.З. Айзенберга. Изд. 2-е, пе-рераб. и доп. М.: Радио и связь. 1985. 536 с.
- Рубис А.А. Проектирование компактных кольцевых антенных решеток КВ-диапазона // Антенны.
2018. № 10. С. 22–29. - Лавров Г.А., Князев А.С. Приземные и подземные антенны: Теория и практика антенн, размещенных вблизи поверхности земли. М.: Советское радио. 1965. 472 с.
Дата поступления: 04.04.2022
Одобрена после рецензирования: 14.04.2022
Принята к публикации: 31.05.2022
Основы радиолокации — Антенна Яги (волновой канал)
Антенна Яги (волновой канал)
директоры
активный
вибратор
рефлектор
Рисунок 1. Составные элементы антенны Яги
директоры
активный
вибратор
рефлектор
Рисунок 1. Составные элементы антенны Яги
Антенна Яги (волновой канал)
Антенны Яги относятся к продольным излучателям и используют в своем составе элементы, возбуждаемые излучением.
Этот тип антенн получил свое название по имени одного из его изобретателей, японского профессора Яги.
Иногда используется наименование «антенны Яги-Уда»,
а в русскоязычных источниках такие антенны называют антеннами типа «волновой канал».
Эта конструкция антенн была специально разработана для диапазона радиоволн от высоких частот
(ВЧ, HF)
до верхней части диапазона очень высоких частот
(ОВЧ, UHF).
Антенны Яги очень популярны по причине простоты их конструкции и относительно высокого коэффициента усиления.
Как правило, их относят к высоконаправленным антеннам.
Помимо радио, антенны этого типа применяются и в радиолокации.
В антеннах Яги используется взаимодействие между элементами, в которых возникают стоячие волны тока,
в результате чего возникает бегущая волна с выраженной диаграммой направленности.
Такая антенна состоит из одного или нескольких активных вибраторов (диполей) и дополнительных пассивных элементов.
Элементы антенны Яги обычно привариваются к проводящему стержню или трубке, называемому стрелой.
Точка соединения соответствует средине элемента.
Такая конструкция имеет целью только обеспечение механической прочности антенны и не влияет на ее рабочие характеристики.
Поскольку активный элемент имеет ценральное питание, он не приваривается к опорному стержню.
Входной импеданс антенны может быть увеличен путем использования петлевого вибратора в качестве активного элемента.
Элементы, из которых состоит антенна Яги, показаны на Рисунке 1. Расстояния между ними выбираются не одинаковыми. Единственный элемент антенны, который возбуждается от передатчика, это активный вибратор. Все остальные элементы являются пассивными, однако играют важную роль в формировании излучения антенны. Излучение элементов складывается в фазе при распространении в прямом направлении и в противофазе — в противоположном. Ширина полосы частот антенны Яги определяется длиной и диаметром элементов, а также расстоянием между ними. Для большинства конструкций ширина полосы обычно составляет всего несколько процентов от частоты, на которую проектировалась антенна.
Антенна Яги, изображенная на Рисунке 1, имеет один рефлектор, один петлевой вибратор в качестве активного элемента и три директора.
В общем, чем больше используется пассивных элементов (директоров и рефлекторов), тем выше коэффициент усиления антенны.
Увеличение количества этих элементов приводит к уменьшению ширины луча антенны, но, вместе с этим, и к сужению ее
полосы частот.
Поэтому правильная настройка антенны имеет большое значение.
Коэффициент усиления антенны не увеличивается прямо пропорционально увеличению количества используемых элементов.
Например, трехэлементная антенна Яги имеет относительное усиление по мощности от 5 до 6 дБ.
Добавление дополнительного директора приводит к увеличению этого параметра примерно на 2 дБ.
Однако добавление последующих директоров имеет все меньший и меньший эффект.
Принцип действия
Рисунок 2. Двухэлементная решетка из полуволнового резонансного диполя в качестве активного элемента и более короткого диполя в качестве пассивного элемента
Рисунок 2. Двухэлементная решетка из полуволнового резонансного диполя в качестве активного элемента и более короткого диполя в качестве пассивного элемента
Основной элемент Яги имеет три составные части.
Длина каждого пассивного элемента отличается от половины длины волны, являющейся резонансной для антенны.
Если она больше (обычно на величину около 15 процентов), то такой элемент имеет индуктивные свойства и работает как рефлектор.
Если же длина элемента меньше половины длины волны (с шагом 5 процентов),
то элемент имеет емкостные свойства и определяется как директор,
поскольку он вызывает усиление излучения в направлении от активного вибратора к директору.
Для понимания принципа действия рассмотрим резонансный
диполь
и добавим к нему пассивный элемент, расположив его на небольшом расстоянии.
Излучение диполя вызывает возбуждение пассивного элемента, причем с разностью фаз, определяемой расстоянием между ними.
Емкостной характер из-за меньшей длины пассивного элемента приводит к дополнительной задержке токов и напряжений в этом элементе и, соответственно,
в фазе излучаемого им поля. Поскольку разность фаз соответствует расстоянию между элементами,
то оба излучаемых поля (активного и пассивного элементов) синфазны в одном направлении и противофазны в другом направлении.
Поскольку амплитуды колебаний в элементах антенны не одинаковы, сумма излучаемых ими полей увеличивается в одном направлении и уменьшается в другом.
Рисунок 3. Трехэлементная антенна Яги, суперпозиция колебаний, вызванных активным элементом, рефлектором и директором
Рисунок 3. Трехэлементная антенна Яги, суперпозиция колебаний, вызванных активным элементом, рефлектором и директором
Возникновение одного поперечного луча при использовании одного активного вибратора и одного пассивного элемента позволяет предположить,
что еще большее усиление может быть достигнуто использованием рефлектора и директора по разные стороны от активного вибратора.
В действительности так и есть.
Трехэлементная антенна Яги имеет
коэффициент усиления,
достигающий 6 дБ.
В рефлекторе, имеющем длину больше половины длины волны, индуцируется ток, который, в свою очередь, является источником волны, гасящей волну от активного вибратора.
Директоры несколько короче, их сопротивление носит емкостной характер, и они должны быть расположены на расстоянии,
несколько меньшем половины длины волны, для обеспечения синфазности волн от активного вибратора и от директоров.
Коэффициент усиления антенны Яги может быть увеличен путем увеличения количества элементов,
однако каждыей новый дополнительный элемент будет вносить все меньший и меньший вклад.
Для умеренного количества элементов усиление в прямом направлении пропорционально этому количеству.
Массив элементов Яги можно описать как структуру с медленной волной. Поэтому антенны Яги относятся к категории антенн бегущей волны. В такой структуре поддерживается неубывающая волна в прямом направлении, а токи в директорах имеют примерно одиноковые значения, хотя и с увеличивающейся фазовой задержкой. Фазовая скорость волны в этом случае составляет от 0,7 до 0,9 скоростей света.
Figure 4: 3D representation of the antenna pattern of a Yagi antenna having 8 elements including folded dipole fed with a power of 11 dBm
Рисунок 4. Трехмерное представление диаграммы направленности антенны Яги, имеющей 8 элементов, включая петлевой вибратор, запитываемый мощностью
11 дБм
Рисунок 5. Радиолокатор, в котором используется решетка антенн Яги (П-18 «Терек», по классификации НАТО «Spoon Rest D») с коэффициентом усиления G = 69
2 Phased Verticals Array 40 м
На прошлой неделе я построил вертикальную базуку на 40 м (см. ссылку здесь) с хорошими результатами.
Это вдохновило меня на создание второго и реализацию двухфазной системы вертикальной решетки.
Я выбрал для фазовой системы Christman: просто и легко построить
Теперь практически… просто, да… но …
Я дам вам здесь как я сделал : наверное там являются лучшими методами. Мне далеко до специалиста!
Первый: начать строить две одинаковые вертикальные антенны-базуки
- Центральная частота: 7,050 МГц
- Радиалы: система из 4 приподнятых радиалов на 2 м над землей
- Коаксиальный кабель, используемый для изготовления антенн: б/у h200
- Верхний удлинитель антенны (часть C на рисунке ниже): открытая линия 300 Ом, закороченная на обоих концах
- Измеренный коэффициент скорости коаксиального кабеля (*): 0,82
(*) Не слишком доверяйте заданному коэффициенту скорости имеющихся у вас коаксиальных кабелей: умный человек проверит его с помощью антенного анализатора (я использую MFJ 259-B), иногда результаты очень удивительны, особенно со старыми кабелями, лежащими в хижине годами, или с небольшим окислением , или часто с дешевыми кабелями, поступающими от «экзотических производителей».
Я использовал формулы, приведенные на странице о вертикальной базуке:
A = (230/F)*0,305 (метры) = (230/7,050)*0,305 = 9,95 м
B = A Vf = 9,95 * 0,82 = 8,16 м
C = (A — B) = 1,79 м
S = +/- 10 см (не критично)
R = A * 1,05 = 90,95 * 1,05 = 10,45 м
Обе антенны одинаковой конструкции, закреплены вдоль рыболовных корней из стекловолокна и установлены на высоте около 2 м над землей
КСВ обеих антенн не превышало 1,2:1 на всем 40-метровом диапазоне .
Линии фазирования … Еще одна суетка …
λ/4 = 75/7,05 = 10,638 м
90 ° = 10,638
1 ° = 1,638/90
84 ° = (10,638/. 90)*84 = 9,93 м
71°= (10,638/90)*71 = 8,39 м
Частота λ/4 = 9,93 м => 7,54 МГц
Частота λ/4 = 8,39 => 8,94 МГц
Факт коакс. = 0,65
Длина отвода 84° = 9,93 м * 0,65 = 6,45 м
Длина отвода 71° = 8,39 м * 0,65 = 5,45 м
разъем на одной стороне и оставьте другую сторону открытой и определите с помощью MFJ-259B правильную длину четверти волны. Вы должны найти провал и значение X=0 или близкое к 0,
Чтобы быть уверенным: я проверил на соответствующих частотах, где длина моего коаксиального кабеля реагирует как длина волны в 3 или 5 четвертей, я заметил, что значения X = 0 более выражены на более высоких частотах.
Пример : если ваш провал составляет около 6,58 МГц и укажите X=1 или 2, я пробую 19,7 МГц (6,58 X 3) : и я проверяю, равен ли X=0 на этой частоте, при необходимости перенастраиваю. Повторите эти меры несколько раз, прежде чем врезать коаксиальный кабель.
Работа на более высоких частотах позволяет работать точнее.
Когда коаксиальные детали были готовы, я установил фазирующие линии и использовал коаксиальное реле, а не реле K1, как показано на рисунке.
Последние замечания :
Ваши лучшие враги :
Т-образные разъемы SO-239 (особенно дешевые «экзотических» производителей).
разъемы PL-259, пожалуйста, используйте профессиональное качество (например, Amphenol) ,
неправильный метод сборки разъемов.
Вкратце: насколько сложнее, насколько это должно быть собрано «по последнему слову техники».
Измерения:
Измеренный КСВ фазировки в обоих направлениях не превышает 1,3:1 на всем диапазоне.
Практические результаты:
Наблюдается сильный эффект направления и хороший F/B.
См. это демонстрационное видео здесь
Я успешно установил связь со станциями в США, используя только 50 Вт SSB. Не так уж и плохо….
Л. Б. Чебик, W4RNL
Многие производители антенн съеживаются при упоминании определенного слова:
поэтапность. Если вы не используете простую антенну, например резонансную 1/2
длины волны (обычно называемой диполем), ваша антенна состоит из фазированных
элементы. Если это Яги, то поэтапно. Если это 135-футовый дублет, используемый на
10 метров, поэтапно. Если это четырехэлементная система коллинеарных расширенных
двойной Zepps, разнесенный на 5/8 длины волны по вертикали со всеми питающими элементами, это
поэтапно. (Я смоделировал эту маленькую систему для прямого усиления около 22 дБи.
и шириной луча менее 17 градусов — или лучше, чем у большинства фонариков в
направленность.)
Что такое фазирование : Может быть полезно немного понять лучше, что поэтапное все о. Каждый раз, когда у нас больше половины длина волны провода (или более четверти длины волны с вертикалками), мы иметь фазировку. Фазирование — это просто считывание тока на назначенном второстепенная часть антенны или антенной системы относительно назначенного первичная часть. Нас не интересуют те течения ради них самих, а за то, что они делают с результирующей диаграммой направленности антенны. Образцы, которые получаются, являются функцией текущих величин, фазы тока, длину первичной и вторичной частей и их разделение.
Геометрическое и электронное управление фазировкой : Если мы понимаем фазировку
достаточно хорошо, мы можем не только увидеть, как взаимодействуют эти 4 фазы
факторы дают, но мы также можем контролировать диаграмму направленности, жонглируя
факторы. Рассмотрим Яги с двумя элементами: ведомый элемент и отражатель.
Только относительная длина элементов и расстояние между ними могут определить амплитуда и фаза тока на рефлекторе относительно ведомого элемент. Есть хорошие комбинации и плохие комбинации — те, у которых больше усиление и / или отношение фронта к тылу и те, у кого меньше. Но мы быстро учимся что с двумя элементами есть ограничение как на усиление, так и на фронт-назад соотношение.
Рисунок 1 покажет некоторые ограничения, с которыми мы сталкиваемся, если мы дополним его с небольшим столиком. Кривая, помеченная как «нормальная», представляет собой типичную двухэлементную кривую Yagi. дизайн. Давайте для примера заморозим пару измерений: интервал установлен на 51 дюйм, а алюминиевые элементы имеют диаметр 0,75 дюйма. Более того, в во всех случаях ток на переднем элементе задан произвольной величиной 1,0 при фазе 0,00 градусов.
Антенна DE L. Ref. L. Усиление F-B Feed Z Ref.
Во-первых, давайте рассмотрим, что могут сделать некоторые простые изменения геометрии для и для наша антенна. Мы можем изменить длину двух элементов, чтобы получить максимальный выигрыш от элементов, но ценой большей части переднего и заднего соотношения и с довольно низким импедансом в точке питания. Для достижения почти 5 дБ большее соотношение передней и задней части, мы должны радикально изменить длину ведомый элемент до тех пор, пока импеданс точки питания не станет полностью непригодным для использования. В Короче говоря, есть пределы тому, чего мы можем достичь, просто изменив физическая геометрия антенны.
Предположим, мы могли бы управлять величиной и фазой тока на задней панели.
элемент без изменения первоначальных размеров нашего скромного «нормального»
антенна. Одна вещь, которую мы обнаруживаем, это то, что мы не можем выжать
значительно большее усиление, но мы можем улучшить соотношение фронта к тылу — при
по крайней мере для
небольшой частотный диапазон. Используя исходные элементы, мы обнаруживаем, что можем
резко увеличить переднее-заднее соотношение, контролируя ток
амплитуду и фазу к заднему элементу. (Очень резкий ноль сзади
подходит только для очень узкого диапазона частот.)
Один из способов достижения требуемой фазировки для максимального отношения фронта к тылу
состоит в том, чтобы построить ZL Special, двухэлементную фазированную решетку. Это
использует точно рассчитанный набор длин элементов, интервалов и
одинаково точно рассчитанная длина линии электропередачи между ними.
текущий разделяется в точке подачи, часть идет к переднему элементу, и
часть трансформируется по фазирующей линии так, что на заднем элементе
ток имеет такую величину и фазу, чтобы максимизировать отношение фронта к тылу при
в
целевая частота. Альтернативой является HB9. CV, целью которого является
сочетание усиления (приближающегося к 7 дБ) и приемлемого отношения фронт-к-тылу
(около 20 дБ) со специально разработанной фазовой линией и системой согласования.
В принципе, HB9CV является вариацией ZL Special, и обе антенны
используют одни и те же основные принципы.
Из всех 2-элементных конфигураций, с которыми я сталкивался, прямоугольник Moxon ближе всего подходит для достижения фазирования заднего элемента, необходимого для максимального отношения фронт-к-тылу, с помощью чисто геометрических средств, то есть без использования фазирующих цепей или фазирования. линии. Прямоугольники Moxon рассматриваются в других заметках этой коллекции. По сути, изгибание элементов внутрь по направлению друг к другу на концах — с точной длиной и расстоянием между концами — изменяет соединение элементов по сравнению со стандартной конструкцией прямого элемента Yagi. Затраты небольшие, но преимущество — значительно улучшенное соотношение между передней и задней частью (и передней и задней). Результат также подходит для прямой подачи 50 Ом и имеет очень широкую рабочую полосу пропускания.
Давайте еще раз посмотрим на разницу между геометрическим и электронным
контроль тока на втором элементе, на этот раз с использованием 1/4 длины волны
вертикали. Мы будем
установите две вертикали на расстоянии ровно 1/4 длины волны друг от друга. Сначала сделаем
оба
антенные элементы одинаковой длины и питают только один. Это дает
«разнесенный» паттерн на рис. 2. Это хороший паттерн, но мы можем улучшить
соотношение перед-зад. Далее увеличим задний (рефлекторный) элемент
длину и укоротите ведомый элемент обратно до резонанса, чтобы два
элементы имеют
разница в длине примерно 4%. Производительность достигает пика на кривой
называется «паразитным» на рис. 2. Короче говоря, изменение геометрии может
многое, чтобы создать условия для максимального соотношения фронта к тылу. (Для
Во многих рабочих ситуациях улучшение отношения фронта к тылу может быть
достаточный; для других это потребует улучшения. )
Кривая с пометкой «поэтапно» представляет собой образец двух элементов одного и того же длина 1/4 длины волны друг от друга, когда оба питаются определенным образом. передний элемент имеет ток, равный 1, и фазовый угол, равный нулю; тыл элемент имеет ток 1,03 и фазовый угол 96 градусов. Что за Образец показывает, что отношение фронта к тылу составляет более 42 дБ.
Шаблоны также показывают другие важные вещи. Во-первых, максимально настройка усиления отличается от максимальной настройки фронт-тыл. «Разнесенный» массив из двух одинаковых элементов только с одним поданным дает наибольший выигрыш. Обе попытки улучшить соотношение между передними и задними частями показывают меньший выигрыш. Во-вторых, мы всегда нужно оценивать, подойдет ли усиление или отношение фронта к тылу нам самое хорошее для наших оперативных нужд.
Больше элементов : Чтобы улучшить усиление, нам понадобится больше элементов, то есть
больше 1/2 секций длины волны для антенны. Яги с 3 и более элементами
изменить относительную текущую фазу и величину на всех незапитанных элементах с помощью
правильный интервал и
проклейка директоров в дополнение к рефлектору. Мы также можем создать
коллинеарные решетки, то есть антенны со сквозными элементами.
шаблоны будут добавлять или вычитать в соответствии с их размещением. Подумайте о
расширенный двойной Zepp (провод длиной 1 1/4 длины волны, с центральным питанием) в виде двух половинных
провода, разделенные четвертью длины волны. Этот интервал позволяет
дипольные диаграммы складываются и сужаются для большего усиления и более узкой ширины луча.
Центральная часть устанавливает схему распределения тока вдоль
провод, позволяющий добавлять шаблоны из двух половинных длин волн
разделы.
Методы фазирования : Существует всего несколько основных методов изменения амплитуда тока и фазировка вторичных частей антенны.
1. Длина и расстояние между элементами : Мы видели как с Yagi, так и с
вертикальные примеры того, как длина элемента и расстояние между элементами меняют текущий
распределение. Если нам нужно или мы хотим текущее распределение, эта геометрия будет
не дает нам, то мы должны использовать другие средства.
2. Линии электропередач в качестве фазирующих трансформаторов : Каждая передача Линия представляет собой трансформатор напряжения, тока и импеданса по ее длине. Для работы антенны (и вопреки тому, что мы думаем при рассмотрении питающая линия к лачуге), это текущая фаза и величина, которые больше всего важный. То, как происходит это преобразование, зависит от волновое сопротивление фидерной линии (и ее коэффициент скорости). ЗЛ Специальная трансформация — вещь очень точная, если нужно больше, чем посредственные результаты. Подойдет не любая линия и не любая длина. линии (относительно длины антенных элементов и расстояния между ними). Для некоторых простые случаи, такие как фазирование 2 вертикали 90 градусов, длина линии может работу, но эти случаи несколько ограничены.
Многие коллинеарные массивы используют фазовые линии между концами элементов. Большинство из них представляют собой простые случаи реверсирования сквозной фазы. 1/2
провод длины волны, который проходит между двумя свисающими концами полуквадрата
антенна такая линия. Он не излучает (сильно), но представляет «далеко
конец» по вертикали с той же величиной тока, что и питаемый конец, но 180
градусов не по фазе. Затем добавляются вертикальные узоры,
фигурный паттерн, полезный для низкочастотных DXers. Могут потребоваться более сложные массивы
точные электрические длины фазирующих линий для осуществления конкретного изменения
фаза тока на соседний провод, как в коллинеарных ЭДЗ.
3. «Грубая сила» : Для точно настроенных ФАР ничто не сравнится с L-
сети (вместе с PI и Tees) для установления точного фазового перехода
необходимо, чтобы массив работал. Каждая такая сеть меняет фазу
вся величина напряжения-тока, установленная относительно входа (хотя
напряжение и ток сохраняют свою первоначальную фазировку относительно друг друга).
Следовательно, мы можем добиться любых желаемых относительных текущих настроек. Если мы тогда
использовать кратные половине длины волны линии передачи от сети к
элемент, мы можем установить каждый элемент там, где мы хотим его установить. Звуки
просто, не правда ли.
В каком-то смысле да, но. . .не забываем, что сеть тоже создает преобразование импеданса. Когда мы принимаем эти вопросы в учетная запись, расчеты могут стать немного более сложными. мы должны сделать уверены, что элемент получает правильный уровень тока и фазу при совпало состояние. Фазировка 3, 4 и более проводных систем — это упражнение для тот, кто любит свой калькулятор.
Вертикальная фазировка : До сих пор мы думали в двухмерном пространстве.
условия. Теперь давайте добавим третий — вертикальный. Мы можем штабелировать антенны
вертикально для большей выгоды. Принцип состоит в том, чтобы поместить два шаблона в
правильное соотношение фаз, так что передние паттерны добавляют вертикальную
вариант добавления коллинеарного паттерна. Принцип работает практически с любым
тип антенны. Вертикально расположенные EDZ распространены. Наиболее вертикально
разнесенные решетки запитывают каждую антенну в фазе, т. е. каждый ведомый элемент имеет
одинаковая величина тока и фаза. Ряд заметок в этом сборнике
пример справедливого множества различных ситуаций фазирования.
В другой заметке из этой серии мы показали на моделях, что правильное расстояние для увеличения максимального усиления для пары Yagi увеличивается по мере усиление оригинальных Yagi увеличивается. В то время как интервал длины волны 5/8 хорошо работает для трехэлементных Yagi с хорошим усилением, нам нужно намного больше места между 5- или 6-элементными Яги, чтобы получить максимально возможное усиление от пара. Чтобы сделать ситуацию немного сложнее, максимумы спереди назад не возникают. в тех же местах, что и максимумы усиления. Однако антенны могут быть слегка переработан, чтобы обеспечить максимальное суммированное усиление и максимальное сложенное переднее-заднее соотношение в выравнивание.
Это небольшое примечание не является практическим руководством.
