Rispetto ad un'antenna coassiale, un'antenna a disco-cono, anch'essa con un diagramma di radiazione circolare e lo stesso metodo di alimentazione, ha una larghezza di banda notevolmente maggiore. Rispetto ad un dipolo convenzionale, il guadagno di questa antenna è di -3dB. Questa riduzione del guadagno non dovrebbe sorprendere poiché l'antenna a disco-cono ha un diagramma di radiazione corretto su una larghezza di banda molto ampia. Il design dell'antenna disco-cono mostrato in Fig. 11-40, salvo dimensioni specificate e alimentazione diretta tramite cavo coassiale con impedenza caratteristica di 60 Ohm, ha una banda passante da 85 a 500 MHz.

Fig. 1

Il cono è realizzato a forma di corno da un foglio di rame o altro materiale facile da saldare. Il cavo di alimentazione viene fatto passare all'interno del cono e la sua treccia esterna è saldata al cono, e una sezione pulita del nucleo interno lunga 100 mm è saldata ad un disco metallico. Il disco è mantenuto in posizione orizzontale mediante supporti isolanti.

Per stabilire comunicazioni radio a lunga distanza nelle gamme 144-146 MHz e soprattutto 420-425 MHz, è necessario concentrare la radiazione di energia elettromagnetica sotto forma di raggio stretto e dirigerla il più vicino possibile all'orizzonte . Allo stesso tempo, è anche necessario poter stabilire comunicazioni radio con corrispondenti situati in direzioni diverse dalla stazione radio con antenna fissa. In questo caso, l'antenna deve avere un diagramma di radiazione sul piano verticale sotto forma di un otto allungato e sul piano orizzontale sotto forma di un cerchio. Uno schema simile può essere ottenuto progettando un'antenna biconica (Fig. 2), composta da due coni metallici, uno dei quali è collegato al nucleo centrale del cavo e l'altro alla sua treccia. Lo svantaggio di tale antenna è la necessità di un'eccitazione simmetrica.

Fig.2

Un'antenna disco-cono biconica a banda larga (Fig. 3), in cui il disco svolge il ruolo del cono superiore, non richiede un'eccitazione simmetrica. La tabella 1 mostra le dimensioni delle antenne disco-cono progettate per il funzionamento nelle bande amatoriali.

Tabella 1
	Dimensioni, mm
Campo di funzionamento
frequenza MHz

Con le dimensioni dell'antenna selezionate è consigliabile lavorare nella regione delle frequenze operative più basse, poiché all'aumentare della frequenza operativa aumenta l'angolo tra la direzione della massima radiazione e l'orizzonte. L'antenna è alimentata da un cavo con impedenza caratteristica di circa 60-70 ohm senza dispositivi corrispondenti. Il disco è isolato dal cono, che può essere messo a terra. Per operare nella gamma 38-40 MHz, il cono e il disco sono costituiti da perni con un diametro di 3 - 5 mm (Fig. 4). La distanza massima tra i perni non deve superare 0,05 L.

Ho deciso di approfondire la questione del funzionamento di un'antenna disconnessa per capire se è davvero la scelta di cui ho bisogno. E si sa, questa è un'antenna davvero interessante che può essere sviluppata per ottenere un buon potenziale. Forse seguirò la strada di chi progetta antenne di tipo complesso. Ma installerò un'antenna così complessa nella dacia, in città mi andrà bene un'antenna con meno requisiti.

Allora, quali sono le caratteristiche dell'antenna che mi interessano:

• Schema di radiazione circolare,
• banda larga,
• resistenza al vento,
• basso consumo di materiale.

In precedenza ho scritto che potevo scegliere tra un'antenna log-periodica e un'antenna a cono-disco. Ho riflettuto sulla mia decisione e sono giunto alla conclusione che per i miei compiti specifici di monitoraggio delle trasmissioni radiofoniche è più adatta un'antenna disconnessa. E a causa della posizione specifica del sito della dacia, nella dacia sarà più conveniente per me monitorare i satelliti NOAA e i passaggi a lunga distanza nella gamma CB e di dieci metri.

Allora, cos'è un'antenna disconnessa? Come suggerisce il nome, un'antenna disco-cono è costituita da un disco (elemento radiante) e da un cono (contrappeso all'elemento radiante). Inizierò l'analisi di questa antenna con questa versione classica.

Questa forma intricata dell'antenna porta all'idea sbagliata che un'antenna disconea abbia una polarizzazione orizzontale. Infatti la polarizzazione di questa antenna è verticale. L'antenna è un numero infinito di antenne a forma di V inclinate verso l'orizzonte (l'elemento attivo è in alto e il contrappeso è in basso). Se una parte del disco fosse un braccio dell'antenna e l'altro l'altro, allora la polarizzazione sarebbe orizzontale. Nel nostro caso, una spalla è inclinata orizzontalmente e l'altra forma un angolo dall'orizzonte al suolo. Il risultato è un diagramma di radiazione a forma di ciambella.

Disco e cono sono buoni, ma questo design produce uno spostamento d'aria selvaggio. Pertanto, negli sviluppi commerciali, il disco e il cono vengono sostituiti con una struttura metallica. Questo approccio consente di ridurre il carico del vento, ridurre i costi del processo di produzione, ridurre il consumo di materiale nella produzione dell'antenna e semplificarne l'assemblaggio. E questo è esattamente il percorso che seguirò quando realizzerò la mia antenna.

Manipolando i materiali e le strutture del disco e del cono, vengono create masse di varie antenne disco-cono. Una delle antenne discone più comuni è l'antenna ferroviaria. Ad esempio, considera l'antenna di VIAM-RADIO. Questa antenna è progettata per funzionare con le stazioni radio locomotive nelle gamme 151-156 MHz e 307-344 MHz. A causa delle elevate velocità e dei requisiti di resistenza, l'antenna è stata realizzata sotto forma di una struttura saldata con elementi aggiuntivi che rinforzano la struttura.

Antenna per locomotiva AL/23 disco-cono

Esistono approcci alternativi per aumentare la larghezza di banda. Nelle gamme da centinaia a migliaia di megahertz, le dimensioni delle antenne disco-cono rimangono accettabili, ma al diminuire della frequenza le dimensioni diventano scomode sia per l'installazione che per i calcoli di progettazione. Esiste però un'opzione alternativa per aumentare la larghezza di banda a circa 25 MHz. Per fare ciò, un pin aggiuntivo viene collegato al disco (o ai conduttori che lo sostituiscono), aumentando così la larghezza di banda. Ma se colleghi semplicemente il pin, la sua influenza peggiorerà i parametri e dovrebbe funzionare solo nella “sua portata”. Per fare ciò, il perno viene tagliato dal disco utilizzando l'induttanza.

Ma questa opzione trasforma immediatamente l'antenna in una grande e, inoltre, la trasmissione non può essere effettuata nella portata aggiuntiva. Un ulteriore pezzo di portata viene aggiunto solo per la ricezione. In realtà, un'antenna del genere è ideale per gli scanner.

Appena avrò calcolato le dimensioni che mi servono le pubblicherò. Poi inizierò a raccogliere materiali per costruire questa antenna.

Quindi, due conduttori con un diametro di 2 mm ad una distanza di 25 mm con un traferro hanno una resistenza di 386Ω

Prendiamo come esempio una breve linea di 0,3λ (guardando avanti, diciamo che questa sarà la metà della distanza di separazione ottimale tra i piani, cioè questa sarà la lunghezza della linea da uno dei piani al tee di addizione all'alimentatore ) e vediamo come trasforma la resistenza alla radiazione propria del vibratore nella gamma di frequenza

Una linea è 25/2 mm (386Ω), la seconda è 25/1 mm (469Ω) e la terza è lunga il doppio di 25/2 mm (386Ω) per confronto:

Il colore blu (Diretto) indica l'impedenza intrinseca del vibratore a cono BowTie quando l'alimentatore è collegato direttamente.

Come possiamo vedere, la linea di raccolta ha un'influenza molto forte sull'impedenza risultante. Inoltre, il coefficiente di trasformazione dipende in misura minore dalla resistenza del trasformatore e maggiormente dalla sua lunghezza (rispetto alla lunghezza d'onda). Perché Per frequenze diverse, la stessa sezione del trasformatore rappresenta lunghezze molto diverse.

Per calcolare questa resistenza esiste una formula

Quando ZA=Z0, allora Zin=Z0. Una linea adattata alla sorgente non modifica l'impedenza risultante.
In altri casi, Z0 viene moltiplicato per un coefficiente che dipende da f*L (cioè dalla lunghezza d'onda) e dipende da ZA e ZO

La lunghezza delle linee collettrici in un array in fase può teoricamente essere qualsiasi (purché sia ​​uguale, in modo che i segnali arrivino in fase e si sommino), ma per ragioni tecnologiche è razionale realizzarle in modo più breve possibile, collegando i piani in linea retta. Con questo approccio la lunghezza della linea verrà impostata in base alla distanza ottimale tra i piani, e l'adattamento dovrà essere migliorato solo variando la resistenza della linea: cambiando il diametro dei conduttori o la distanza tra loro.

Quando si costruiscono 3 o più piani, è tecnologicamente molto poco pratico realizzare linee indipendenti da ciascun piano successivo alla sommatoria. Fortunatamente, puoi aggiungere il segnale dai piani vicini direttamente ai terminali del vicino. Perché i piani si trovano tra loro approssimativamente ad una lunghezza di 1/2λ, quindi quando si passa lungo una linea di raccolta lunga 1/2λ, la fase del segnale cambia di 180 gradi al contrario. Affinché tali segnali si sommano e non si annullano, i conduttori devono essere collegati in antifase. Tutti i piani sono collegati tra loro solo in antifase, con linee sovrapposte. L'eccezione è il punto di alimentazione della rete (alimentatore, balun), perché si trova ad uguale distanza dai piani (non necessariamente il percorso più breve), quindi il segnale su di esso sarà in fase quando collegato non sovrapposto, ma direttamente.

La forma del diagramma di radiazione (DP) di una schiera di antenne di modo comune è determinata dallo schema delle antenne che compongono la schiera e dalla configurazione della schiera stessa (numero di file, numero di piani e distanze tra loro).

Con due antenne omnidirezionali affiancate a 1/2λ (tra gli assi delle antenne), la figura sul piano orizzontale ha la forma di un otto, e non c'è ricezione dalle direzioni laterali perpendicolari a quella principale. Se si aumenta la distanza tra le antenne, la larghezza del lobo principale del diagramma di radiazione diminuisce, ma i lobi laterali appaiono con massimi in direzioni perpendicolari a quello principale.

Ad una distanza di 0,6λ, il livello dei lobi laterali è 0,31 del livello del lobo principale, e la larghezza del diagramma a metà potenza è ridotta di 1,2 volte rispetto all'array con una distanza tra le antenne pari a 2/ 2.

Ad una distanza di 0,75λ, il livello dei lobi laterali aumenta fino a 0,71 del livello del lobo principale e la larghezza del disegno diminuisce di 1,5 volte. Ad una distanza di 1λ, il livello dei lobi laterali raggiunge il livello del lobo principale, ma l'ampiezza del diagramma di radiazione è ridotta di un fattore 2 rispetto alla distanza tra le antenne di mezza lunghezza d'onda.

Da questo esempio è chiaro che è più opportuno scegliere distanze tra le antenne pari alla lunghezza d'onda. Ciò fornisce il massimo restringimento del lobo principale del diagramma di radiazione. Non è necessario preoccuparsi della presenza di lobi laterali, poiché quando le antenne direzionali vengono utilizzate come parte di un array, non ricevono segnali da direzioni perpendicolari a quella principale.

Queste sono raccomandazioni generali per qualsiasi tipo di antenna. Questo è il modo in cui vengono solitamente montate le antenne quando sono piegate attraverso un cavo coassiale. Sezioni di cavo flessibile di lunghezza arbitraria (purché uguale) siano posate in modo arbitrario. La modifica della distanza tra le antenne non interrompe la corrispondenza e la somma, quindi puoi scegliere qualsiasi distanza compresa tra 0,5 e 1λ.

Consideriamo uno schema specifico di una griglia di 2 vibratori BowTie con riflettore, a seconda della distanza tra i piani.

Schema di radiazione a 2 vani per stack verticale da 0,4 - 1λ

Per una serie di antenne a cono a 2 piani, è possibile scegliere qualsiasi distanza compresa tra 0,4 e 1λ. Ma man mano che la distanza aumenta oltre 0,6λ, aumentano anche la dimensione dello schermo e la lunghezza della trave di supporto, cioè consumo di materiale, aumento di peso e deterioramento della resistenza, senza aumentare i parametri.

Inoltre, come abbiamo già visto, l'aumento della lunghezza di una linea di raccolta senza eguali influisce in modo significativo sul suo rapporto di trasformazione. Pertanto, per ragioni pratiche, le griglie a 2 piani sono progettate con una spaziatura minima di 0,5-0,6λ.

Per 3 o più piani, è irrazionale raccogliere i segnali utilizzando linee individuali (dovrebbero trovarsi nello spazio tra il vibratore e il riflettore, lontano da oggetti metallici) da ciascun piano al raccordo a T, ma strutturalmente è molto più semplice sommare i piani adiacenti direttamente al vibratore. Se la distanza non è un multiplo di 0,5λ, il ritardo del segnale nella linea non sarà un multiplo di 180 gradi e i segnali non si sommeranno in fase. Pertanto per un collegamento diretto lungo il percorso più breve è adatta solo una distanza di 0,5 o 1λ. A 0,5λ le linee dovrebbero sovrapporsi (per ruotare la fase di 180 gradi), a 1λ direttamente (senza rotazione di fase). Per ragioni pratiche descritte per una griglia a 2 piani, non viene utilizzata una spaziatura di 1λ.

Parte VI / Adattamento utilizzando un trasformatore di impedenza

Per convertire la resistenza dell'antenna in resistenza dell'alimentatore, vengono utilizzati tre tipi di strutture:
1) Trasformatori a banda larga con fattore di conversione fisso. Solitamente vengono eseguiti su nuclei di ferrite o stampati su linee microstrip (patch). Il rapporto di trasformazione è determinato dalla configurazione degli avvolgimenti e dal rapporto tra il numero di spire in essi contenuti.
2) Un'ampia varietà di circuiti shunt con elementi L e C.
3) Trasformatori che utilizzano tratti di linee d'onda

Lo svantaggio dei trasformatori a banda larga è il costo della loro fabbricazione e la difficoltà di ottenere rapporti di trasformazione non multipli (arbitrari). Il basso costo può essere ottenuto solo attraverso la produzione di massa, quindi per una gamma limitata. Di fatto sono disponibili solo i balun 4:1. La necessità di produrre un balun con un rapporto diverso (6:1, 8:1) pone fine sia alla produzione di massa che ai prodotti fatti in casa.

Gli svantaggi dei circuiti shunt sono la complessità della produzione (come con i balun non standard), la larghezza di banda ridotta e la necessità di regolare il campione in base agli strumenti.

Le sezioni delle linee d'onda non complicano molto la progettazione del vibratore (possono esserne la continuazione strutturale), semplificano l'installazione tecnologica della scatola con balun (o scheda combinata Balun + LNA) spostando la scatola oltre l'intercapedine del vibratore . Possono essere progettati e realizzati per convertire quasi tutte le resistenze in qualsiasi selezionando la lunghezza del segmento e la propria resistenza.

Consideriamo più in dettaglio la formula fondamentale per la conversione delle resistenze fornita nella sezione precedente

Da questa formula conseguono alcune osservazioni:

• Quando la lunghezza della linea è 0 o un multiplo di 1/2λ, la resistenza risultante è uguale alla resistenza della sorgente, la linea non cambia l'impedenza perché la tangente degli angoli multipli di 180 è zero
• Con una lunghezza della linea con uno spostamento di 1/4λ da multipli di 1/2λ, la resistenza risultante cambia al massimo, perché la tangente degli angoli 90 e 270 tende all'infinito
• Una linea con una resistenza pari alla resistenza della sorgente (adattata) non modifica l'impedenza risultante per qualsiasi lunghezza della linea
• Una linea di lunghezza geometrica fissa si comporterà diversamente su un'ampia banda di frequenza al variare della lunghezza d'onda. Se, al variare della frequenza, la lunghezza della linea in lambda si avvicina a 0 o è un multiplo di 1/2λ, allora il contributo della linea diminuisce; se la lunghezza si avvicina a 1/4λ, il contributo della linea aumenta notevolmente. Questa proprietà può essere potenzialmente utilizzata per equalizzare l'impedenza del vibratore

Creiamo Excel per funzionare con questa formula: goo.gl/w8z9U2 (Google Docs)

Diciamo che il nostro vibratore BowTie ha una resistenza di Z = 750 +j0 alla frequenza della prima risonanza.
Per convertire 750 Ohm in 300 (per il collegamento ad un balun 4:1), è possibile utilizzare una guida d'onda simmetrica di soli 0,1λ di lunghezza (5 cm per una frequenza di 600 MHz) con una resistenza di 231 Ohm.
Usando il calcolatore sopra coax_calcè possibile selezionare una combinazione di diametro del filo e distanza tra loro per ottenere 231 ohm.

Parte VII / Casi di studio

Il campo di applicazione delle antenne a cono è molto limitato. A frequenze inferiori a 300 MHz, tali antenne hanno dimensioni inaccettabilmente grandi rispetto a un dipolo a semionda, che ha un'oscillazione di 0,5λ contro 1λ.

A frequenze superiori a 800 MHz non esiste quasi nessuna tecnologia radio in cui siano necessarie antenne altamente direzionali. CDMA, GSM, GPS, LTE, WiFi richiedono antenne omnidirezionali sul lato dell'abbonato oppure antenne settoriali con una forma settoriale chiaramente prevedibile sul lato dell'operatore.
C'è poca richiesta di antenne altamente direzionali tra gli abbonati di telefonia fissa. Utilizzando i radiatori BowTie è teoricamente possibile produrre antenne LTE-700, CDMA2000/LTE 800 Mhz, GSM/UMTS/LTE-900 e CDMA2000/LTE 450 Mhz. L'industria non ha prodotto tali antenne, ma Parte VIII proveremo a costruire un'antenna del genere, verificando allo stesso tempo quanto sia efficiente e competitivo un simile progetto.

A frequenze superiori a 2 GHz, le antenne a cono possono essere prodotte solo utilizzando un metodo stampato (microstriscia); non ci sono vantaggi in termini di parametri o facilità di progettazione e produzione rispetto alle antenne patch a tali frequenze.

Nella gamma tra 300 e 800 MHz funziona solo la trasmissione televisiva: PAL/SECAM/NTSC (analogico) o DVB-T/T2/T2 HD (digitale).

È stato il mercato delle antenne per abbonati per le trasmissioni televisive a portare alle antenne a cono una popolarità senza precedenti.

Negli anni '60 tali antenne conquistarono un'ampia quota di mercato in paesi geograficamente grandi: Canada e Stati Uniti. Aree estese, per lo più pianeggianti, hanno portato ad una densità di costruzione di torri televisive inferiore rispetto all'Europa. Per raggi di copertura ampi erano necessarie antenne con guadagno maggiore di 10...16 dB. Ottenere tale amplificazione da antenne a canale d'onda singolo è molto problematico e l'utilizzo di array in fase di antenne a canale d'onda da 2-4 è difficile e costoso, rispetto alla semplicità di un'antenna a cono a più piani con un riflettore.

La più ampia distribuzione di tali antenne nell'Europa orientale è stata facilitata dall'emergere di un gran numero di canali televisivi a bassa potenza nella gamma UHF (1-5 kW rispetto a 20-25 kW per tre canali televisivi centrali), per la cui ricezione sono necessarie antenne con un guadagno di 10+ dB, nonché banda larga con acquisizione (anche se a basso guadagno) di sezioni della gamma MV, che ha eliminato la necessità di mantenere un'antenna MV aggiuntiva, cavi aggiuntivi, amplificatori, combinatori, ecc.

Presentiamo al lettore 7 progetti di antenne, attentamente ottimizzati (utilizzando script Python utilizzando il motore NEC per la modellazione) per massimizzare il guadagno medio nell'intervallo 470-700 MHz (21-50 canali UHF) e ridurre al minimo l'SWR medio (SWR). Dal 2017 tali antenne sono rilevanti solo per la ricezione DVB-T/T2.

Senza riflettore:

1) 2 vani: 50x55 cm, baffi 8x279 mm

Con riflettore/schermo:

6) 4 vani: 102x86 cm
7) 6 vani: 152x84 cm

Guadagno, S.W.R.

Il guadagno medio dell'antenna nella banda 470-700 MHz varia da 7 a 42 volte o da 8,5 a 16,3 dBi.
La terza colonna mostra l'area di proiezione frontale in m2 e l'ultima colonna mostra il guadagno specifico, in tempi per 1 m2 di area frontale.

Per fare un confronto, l'antenna a canale d'onda (Uda-Yagi), appositamente ottimizzata per la stessa gamma, ha un guadagno medio di 10 dBi (da 8,1 a 12,1) nella configurazione 1R-5D (1 riflettore, 5 direttori, vibratore ad anello, 624x293x45 mm) e 12,7 dBi in configurazione 2R-15D (2 riflettori, 15 direttori, vibratore ad anello, L=1621 mm)

Conclusioni: Quando si progettano antenne con un guadagno medio fino a 10 dBi, le tradizionali antenne dipolo a canale d'onda sono più semplici, più compatte, più leggere, più facili da produrre (sia fatte in casa che industriali) e più durevoli. Se è richiesto un guadagno >10 dBi, l'aggiunta dei direttori all'Uda-Yagi aggiunge molto poco alla direttività (1R5D = 10 dBi, 2R10D = 11,5 dBi, 2R15D = 12,7 dBi), mentre anche un'antenna a cono a 2 piani con riflettore fornisce un guadagno medio di 13,1 dBi.

Quando è richiesto un guadagno medio di 15-16 dBi, non esiste alternativa alle antenne a cono da 4 e 6 piani. Nel segmento delle antenne con un guadagno di 10-13 dB, un'antenna a cono a 2 piani è più compatta e più semplice dei canali a onde lunghe con 10 o più direttori).

Ecco una vista generale e lo schema delle sette antenne, nell'ordine sopra numerato:

Vista 3D, modello a 600 MHz

1) 2 vani: 50x55 cm, baffi 8x279 mm

2) 3 vani: 60x50 cm, baffi 12x241 mm

3) 3 alloggiamenti (1 piccolo): 80x65 cm, baffi 4x276, 4x302 e 4x190 mm

4) 1-Campata: 25x72 cm (50+2x12,5 cm lati), baffi 4x222 mm (dall'esempio nell'articolo)

5) 2 vani: 86x57 cm, baffi 4x254 mm

6) 4 vani: 102x86 cm

7) 6 vani: 152x84 cm

Tutti i 7 modelli in formato *.NEC possono essere scaricati e le dimensioni dettagliate possono essere visualizzate (inclusa la creazione di disegni as-built) utilizzando il programma gratuito 4NEC2.

Disclaimer: Le 6 antenne TV UHF presenti sono state sviluppate dai membri del forum DigitalHome Canada con la guida dell'utente holl_ands E mclapp.

Parte VIII / Analisi del progetto di un'antenna industriale

Le antenne a 4 piani del tipo ASP-8 hanno guadagnato ampia popolarità nella CSI.
Queste antenne hanno molte modifiche che differiscono leggermente l'una dall'altra (in piccoli dettagli).
Le antenne più vecchie avevano baffi più lunghi all'ultimo piano (ed erano etichettate come antenne da 47-860 MHz).
Le nuove antenne (vendute nel 2017) hanno un piano superiore leggermente più corto rispetto a quelle vecchie, probabilmente per prestazioni migliori nell'UHF, dove attualmente operano DVB-T/DVB-T2.

Per l'analisi, le dimensioni sono state prese da un campione del genere che costa $ 3,6 (il prezzo è lo stesso di uno Yagi Volna-1 da interni a 3 elementi)

L'antenna è composta dai seguenti elementi:
1) Schermo riflettente 75x50 cm, larghezza della parte centrale 36 cm, bordi laterali 2x8 cm piegati in avanti 4,5 cm.
Lo schermo è composto da 2x6 conduttori orizzontali del diametro di 2,1 mm, ciascuno dei due gruppi ha un'altezza di 33 cm, e tra loro (nella parte centrale dell'antenna) uno spazio di 9 cm.
Offset dello schermo dai vibratori - 85 mm

2) La distanza tra i baffi dei vibratori su tutti e 4 i piani è di 34 mm (ai centri delle linee guida d'onda)

3)Vibratore superiore a baffi 4x254 mm di diametro 5 mm, con angolo di apertura di 45 gradi

4) Tre piani inferiori - vibratori 4x140 mm con baffi di diametro 4 mm, con angolo di apertura di 50 gradi

5) Linea bifilare di raccolta composta da conduttori in acciaio di diametro 2,1 mm, la distanza tra i conduttori è di 34 mm nei punti di ingresso al supporto del vibratore. Quando si entra nella scatola di alimentazione a 30 mm dal basso e fino a 72 mm dall'alto.

6) Distanza tra i piani (1° - superiore): 1-2 = 183 mm, 2-3 = 192 mm, 3-4 = 178 mm

7) Lunghezza linee di collegamento: 200mm tra 1-2 e 3-4. 84+132 = 223 mm tra i piani 2-3. I terminali della scatola di alimentazione si trovano a 84 mm dalla parte superiore e a 132 mm dalla parte inferiore.

8) Su ogni piano è presente una traversa con 5 registi corti.

9) Il colmo portante dell'antenna è un profilo cavo in alluminio 12x6 mm ad una distanza di 28 mm dietro le guide d'onda

Diciamo subito che le traverse con 5 direttori non hanno alcun effetto sull'antenna a frequenze fino a 900 MHz. A frequenze superiori a 800 MHz aggiungono solo +0,1 dB alla direttività.
La loro funzione è puramente decorativa: distruggere l'antenna con carichi meccanici aggiuntivi e attirare gli uccelli per distruggere l'antenna.

Presentiamo i componenti principali della geometria dell'antenna in lunghezze d'onda, in diverse parti del campo operativo dichiarato

Le dimensioni di tutti gli elementi di questa antenna sono estremamente strane: la lunghezza dei baffi, la distanza tra i piani, la larghezza del riflettore, lo spostamento deliberato (sfasamento) del punto di alimentazione.

Consideriamo le proprietà dei singoli vibratori (tenendo conto dell'influenza dello schermo).
Baia-1: Il vibratore lungo superiore ha una frequenza di risonanza di 490 MHz e una resistenza di 850Ω. La seconda risonanza è a 780 MHz e la resistenza è di 31Ω. A frequenze inferiori a 300-320 MHz la resistenza alla radiazione R è trascurabile; 320 MHz può essere considerata la frequenza operativa inferiore. Il guadagno di questo piano raggiunge i 10 dBi, ma il diagramma di radiazione è leggermente (1 dB) spostato verso il basso di 30 gradi, come una pancia sospesa

Baia-2: Il secondo vibratore dall'alto ha una frequenza di risonanza di 780 MHz e una resistenza di 515Ω. La seconda risonanza è superiore a 1000 MHz. A frequenze inferiori a 460 MHz la resistenza alla radiazione R è trascurabile; 460 MHz può essere considerata la frequenza operativa inferiore. Il guadagno di questo piano raggiunge gli 11 dBi, ma il diagramma di radiazione è FORTEMENTE spostato verso il basso di 35 gradi. Il guadagno in avanti è di soli 6 dBi e verso il basso di 35 gradi - fino a 11,1 dBi

Baia-3: Il terzo vibratore dall'alto ha una frequenza di risonanza di 790 MHz e una resistenza di 620Ω. La seconda risonanza è superiore a 1000 MHz. A frequenze inferiori a 440 MHz la resistenza alla radiazione R è trascurabile; 440 MHz può essere considerata la frequenza operativa inferiore. Il guadagno di questo piano raggiunge i 10,6 dBi, la forma del pattern non è distorta, ma guarda avanti

Baia-4: Il vibratore inferiore ha una frequenza di risonanza di 810 MHz e una resistenza di 570Ω. La seconda risonanza è superiore a 1000 MHz. A frequenze inferiori a 440 MHz la resistenza alla radiazione R è trascurabile; 440 MHz può essere considerata la frequenza operativa inferiore. Il guadagno di questo piano raggiunge 9,6 dBi, la forma del pattern è distorta di 20 gradi verso l'alto (2-3 dB più forte che in avanti). La seconda bolla direzionale è diretta verso il basso a 30 gradi.

Il produttore ha fatto una scelta molto strana della lunghezza di 3 baffi su 3 piani - con una risonanza vicino a 800 MHz e non nel mezzo della gamma UHF (nella gamma 600...700 MHz).
Molto strana anche la scelta della spaziatura dei piani e della lunghezza delle linee di raccolta. La lunghezza delle guide d'onda che si sovrappongono è centrata a 750 MHz. Alla frequenza di 470 MHz, il ritardo di fase in tale linea è di 112 anziché di 180 gradi.

ASP-8, 3D, Guadagno, SWR, Modello

Come puoi vedere, i parametri dell'antenna sono molto instabili in un'ampia gamma della gamma di frequenze dichiarata. In alcune aree, adattamento SWR<2 (приемлимо), в некоторых КСВ=2...3.2 (приемлимо при нагрузке на МШУ, иначе в кабеле снижения резко растет затухание), а на 21-м канале (470 МГц) КСВ=3.6
Anche il diagramma di radiazione è instabile e presenta anomalie locali. Questo esemplare presenta un'anomalia a 565 MHz (+30/-40 MHz) - il modello cade a pezzi su e giù, la radiazione diretta è di soli 5 dBi

Oltre a questa antenna freeco, analizzeremo l'antenna a 2 piani ChannelMaster 4251, popolare in Nord America.
Le sue dimensioni sono significativamente più piccole: 38x35 cm (contro 75x50 cm)

CM4251, Guadagno, SWR, 3D

Il guadagno aumenta gradualmente da 8 a 10 dBi, il pattern è perfettamente piatto e l'SWR è moderato. Non ci sono anomalie di risonanza tra 400 e 900 MHz.
Il CM4251 con una proiezione frontale 2,8 volte inferiore a quella dell'ASP-8, funziona più o meno allo stesso modo, ma senza sezioni anomale della risposta in frequenza e senza picchi SWR.

Entrambe le antenne sono significativamente inferiori all'antenna a 2 piani dell'articolo, ottimizzata utilizzando CAD.
Le dimensioni ottimali per 2 piani sono 86x57 cm (86 - larghezza), questo schermo è leggermente più grande di quello di un "essiccatore polacco", ma girato di lato.
I tentativi di inserire 4 piani in un'area del genere non hanno avuto successo e sono solo di natura commerciale.
La versione americana, pur non avendo un'amplificazione eccezionale, è di dimensioni ridotte.

Parte XIX / Calcolo di un'antenna ricetrasmittente altamente direzionale

Un radiatore conico con riflettore consente teoricamente di realizzare antenne con un guadagno di circa 10 dBi per 1 piano, 12-13 dBi per 2 piani, 14-16 dBi per 4 piani, 16-18 dBi per 6 piani.
Quando si lavora con la polarizzazione orizzontale, il reticolo di modo comune avrà una disposizione verticale. Con 2 piani, il diagramma di irradiazione sarà lo stesso sia in verticale che in orizzontale: attenuazione 3 dB ad angoli ±25 in qualsiasi direzione dal fascio abbagliante.
Al 4 e al 6 piano la selettività in azimut non cambia, ma il fascio verticale diventa molto stretto, per cui a 16 dBi l'attenuazione è di 3 dB già a ±8 gradi verticali.

Le caratteristiche distintive delle antenne ricetrasmittenti dalle antenne puramente riceventi (televisive) sono:
- resistenza di alimentazione 50Ω
- maggiori requisiti per un basso SWR

Le antenne puramente riceventi sono più tolleranti nei confronti del disadattamento (SWR elevato) perché le perdite nel cavo (incluse perdite aggiuntive dovute a SWR elevato) possono essere livellate installando un LNA direttamente nell'antenna ai terminali del vibratore.

Le perdite di potenza del segnale in ingresso all'LNA sono generalmente stimate dall'aumento equivalente del fattore di rumore (deterioramento dell'SNR) dovuto al disadattamento.
Dalla formula

otteniamo la formula
Nf (effettivo) = Nf (nominale) + 10*log((2+SWR+1/SWR)/4)

SWR=2 e SWR=3 equivalgono a un deterioramento del fattore di rumore LNA rispettivamente di 0,5 e 1,25 dB.

L'SWR è considerato accettabile per i trasmettitori SWR<2, а хорошим КСВ<1.5

Utilizzando le conoscenze teoriche dei capitoli precedenti, proviamo a calcolare un array di modo comune a 2 piani con un buon SWR per un carico di 50 Ω.

Ad esempio, scegliamo la gamma 821-894 MHz (858 ±37 MHz), in cui opera lo standard CDMA2000/EV-DO.

Progetteremo l'antenna per funzionare a frequenze vicine a quelle di risonanza, perché con una grande parte immaginaria della resistenza complessa, l'SWR sarà lontano da 1 anche se l'alimentatore è abbinato alla resistenza complessa.

La reale resistenza alle radiazioni ® di un vibratore a cono, come già sappiamo, è dell'ordine di 400-1000Ω e dipende da tre fattori principali:
- diametro del conduttore del vibratore (forte relazione inversa, più spesso è il conduttore, minore è R)
- distanza dal riflettore (forte dipendenza diretta, più lontano dallo schermo maggiore è R)
- la presenza di altri vibratori di griglia nelle vicinanze (dipendenza debole)

Questo ordine di grandezza di R è molto lontano da 50Ω, quindi l'uso di un trasformatore di resistenza è inevitabile.
Anche se R=50Ω, è comunque necessario utilizzare Bal-Un 1:1, perché Il vibratore BowTie è simmetrico e il cavo di alimentazione coassiale è asimmetrico.
Il modo più semplice è utilizzare un trasformatore BalUn combinato.
Quando si utilizza un trasformatore 4:1, è necessario calcolare l'antenna con un'uscita di 200 Ω, quando si utilizza un trasformatore 6:1 - per 300 Ω.

Quando si aggiunge un segnale da 2 piani a un tee, la resistenza di uscita dell'array è 2 volte inferiore alla resistenza dei piani. Quelli. è necessario calcolare un solo vibratore per 400Ω o 600Ω.
Le linee collettrici devono avere la stessa resistenza di un singolo vibratore, cioè 400Ω o 600Ω, altrimenti fungeranno da trasformatori con effetti imprevedibili.

Utilizzando il programma coax_calc proviamo a simulare una guida d'onda simmetrica a 400Ω e 600Ω
Per ottenere 600Ω, anche con un conduttore sottile d=1 mm, è necessaria una spaziatura di 74-75 mm. Si tratta sia di una spaziatura abbastanza ampia (rispetto alla larghezza totale del vibratore, circa 25-30 cm), sia di un conduttore abbastanza sottile (non rigido). Con una separazione così ampia aumenta anche la zona protettiva, dove non dovrebbero esserci oggetti metallici.

Per ottenere 400Ω le dimensioni della linea sono abbastanza convenienti: spaziatura 35 mm, con filo d=2,5 mm (filo 5 mm2, comune nell'impianto elettrico)

L'opzione 400Ω è anche più conveniente, perché i balun 4:1 sono ampiamente disponibili a un prezzo economico, mentre un balun 6:1 dovrà essere realizzato appositamente.

Iniziamo il calcolo con uno schermo largo 1λ alla frequenza centrale (349 mm per 858 MHz)

Per ridurre la resistenza R a 400Ω, è necessario prendere il conduttore più spesso possibile per il vibratore o rimuovere il vibratore dallo schermo. Per comodità tecnologica, sceglieremo un diametro del conduttore dei baffi di 6 mm (questo è il diametro della parte superiore dei baffi nell '"asciugatrice polacca"). Con una lunghezza dei baffi di circa 13-15 cm, avranno una rigidità sufficiente. Tubi più spessi dell'ordine di 10 mm saranno più costosi e meno convenienti da piegare e fissare.

Creiamo un modello geometrico dell'antenna, che include:
- schermo 1x1λ (di 21 conduttori orizzontali, 2 mm di diametro, come in rete da costruzione zincata, con passo di 0,05λ)
- la distanza tra i baffi del vibratore è di 35 mm
- un vibratore a baffi del diametro di 6 mm e la sua copia speculare a una distanza di 0,6λ (±0,3λ dal centro dello schermo)
- Angolo dei baffi 33 gradi

In diverse iterazioni selezioniamo l'offset dallo schermo per ottenere R=400Ω alla frequenza centrale (858 MHz), e dopo ogni iterazione selezioniamo la lunghezza dei baffi per ottenere X=0Ω (rendere la parte immaginaria della resistenza 0, cioè sintonizzare l'antenna sulla risonanza)

Dopo 2-3 iterazioni, otteniamo una lunghezza del baffo di 0,4442λ (138,5 mm), uno spostamento rispetto al riflettore di 0,2455λ (86 mm)

Controlliamo l'impedenza (R, Z), l'SWR in un ampio intervallo di frequenze (per ora senza guide d'onda, con alimentazione virtuale dei vibratori con due sorgenti da 400Ω).

3D, Modello, SWR

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Scopo:

L'antenna discone DA3000 contiene 16 elementi a frusta rimovibili di varia lunghezza fissati a un'asta verticale. Otto elementi a perno orizzontali formano un disco e otto elementi inclinati formano un cono. L'antenna opera nella gamma da 25 a 2000 MHz con un diagramma di radiazione circolare sul piano orizzontale ed è fornita con cavo di collegamento e connettori. Per espandere la gamma di frequenza, le antenne D130 e D220 di Diamond sono progettate come una combinazione di antenne a frusta e discone a quarto d'onda. L'antenna a quarto d'onda, che opera nella parte inferiore della portata, contiene un'asta verticale superiore, un induttore di prolunga ed un contrappeso costituito da 6 aste inclinate.

All'aumentare della frequenza, il perno verticale viene spento dall'induttanza e un'antenna disconica, composta da sei perni orizzontali (disco) e sei inclinati (cono), inizia a funzionare. Le antenne D190 e D220 funzionano rispettivamente nelle gamme 25 - 1300 MHz, 100 - 1500 MHz e 100 - 1600 MHz. La gamma di frequenza dell'antenna D220, in particolare, è pienamente coerente con le capacità degli oscillatori RS/N e RS/N232 programmabili a banda larga.

Strutturalmente, le antenne D130, D220 e DA3000 sono realizzate sotto forma di un albero, al quale sono avvitati gli elementi a perno. Di conseguenza, le dimensioni dell'antenna durante il trasporto sono notevolmente ridotte. Collegamento I cavi coassiali da 50 Ohm del tipo RG58A/U o RG188A/U con una lunghezza da 3,5 a 10 metri sono collegati all'antenna e al ricevitore tramite connettori MJ-MP ad alta frequenza. Diamond fornisce anche una varietà di elementi di montaggio per antenne: basi magnetiche, staffe, pali e altri accessori. Le antenne disconnesse sono disponibili su ordine speciale.

Principali caratteristiche tecniche:

Intervallo di frequenza operativa, (MHz) 25-2000
Impedenza caratteristica del cavo, (Ohm) 50
Altezza (cm) 150
Diametro (cm) 170

Descrizione attuale al: 23/11/2006.

Per chiarire le caratteristiche tecniche dell’“Antenna disconnessa a banda larga a 16 elementi nella gamma 25...2000 MHz “DA-3000””, nonché per ottenere informazioni sulla disponibilità e sulle condizioni di consegna, è possibile compilare il modulo di richiesta sottostante .

Attenzione! L'attrezzatura viene fornita solo a persone giuridiche e solo tramite bonifico bancario.