9.1.3. Модель антенны с линиями системы питания

Рассчитанную систему питания из линий надо вставить в модель антенны, т.е. в ту модель, в которой у нас пока стоят отдельные источники в каждом элементе. Сделать это можно двумя способами:

  1. Если в качестве линий системы питания используются воздушные двухпроводные линии (Zo = 300 … 600 Ом), то их можно просто изобразить соответствующими проводами в модели. Способ полностью учитывает линии, включая потери в них и возможное их излучение при наличии асимметрии. Недостатки: двухпроводные линии в пластике и коаксиальные так моделировать нельзя, плюс традиционная нелюбовь движка NEC2 к источнику в очень коротком проводе (ошибка по Ga), который в данном случае необходим – в перемычке линий.

  2. Второй способ основан на возможности NEC2 вставлять линии, как отдельный элемент модели. Причем, линии с любым Zo, включая коаксиальные. Но, увы, недостатки тоже имеются: линии в NEC2 считаются без потерь, а их возможное излучение из-за асимметрии не учитывается. В большинстве случаев к заметным погрешностям это не приводит (плохие линии с ощутимыми потерями в фазирующих системах не используют из-за повышенного КСВ в них, и чаще всего располагают так, чтобы они не излучали). Но, тем не менее, надо понимать, что линии NEC2 – не панацея.

Рассмотрим оба способа подробнее на примере одной и той же антенны. Возьмем два одинаковых l/2 диполя на расстоянии 0,15l. Свободное пространство, частота 14,15 МГц, диаметр элементов 10 мм, материал – алюминиевая трубка.

Поставим в каждый диполь свой источник и проведем оптимизацию фазы и амплитуды первого по критерию максимума F/B в направлении точно назад (установки тыла Азимут 0 град., Элевация 0 град.). Ответ оптимизации:

Полученная модель приведена в файле …\dipoles\2_05_dipole.gaa.

Перейдя в окно Питание фазированных решеток находим, что если в качестве фазирующей использовать воздушную двухпроводную линию с Zo = 450 Ом, то решение находится при длине фазирующих отрезков 0,011l и 0,459l, что для частоты 14,15 МГц составит 0,3 м и 9,72 м соответственно (без учета КУ линии).

По первому способу дорисовываем в имеющуюся модель рассчитанные линии в виде набора проводов. Получаем файл …\dipoles\2_05_dipole_wire_line.gaa. Это уже полная модель антенной системы с одним источником и системой питания. ДН практически полностью соответствует исходной модели …\dipoles\2_05_dipole.gaa с двумя источниками, что говорит о правильности системы питания. Правда, в усилении мы потеряли около 0,1 дБ (это потери в линиях, работающих с КСВ ≈10).

Сделаем модель той же антенны вторым способом, через линии NEC2. Но сначала разберемся, как именно вставлять в модель линии.

Линии создаются в главном окне GAL-ANA, в закладке, отмеченной знаком , или в окне Линии и четырехполюсники, вызываемом из пункта Окна, главного меню. Проще всего понять линии NEC2, представив их как гибрид двух обычных нагрузок (начала и конца линии) и провода.

Положение мест подключения начала (и конца) линии задается точно так же, как и положение обычной нагрузки: указывается номер провода и положение (в % или в сегментах) места подключения.

Кстати, именно поэтому каждый конец линии обязан быть подключен к какому-либо проводу. Поэтому, если вы выполняете параллельное соединение двух линий (например, как в методе KB8I) или же шлейф (короткозамкнутый, настроечный, и т. п.), то для подключения концов линий создайте очень короткий (порядка 1 см) вспомогательный провод, в который будут включаться концы линий. В принципе, это не виртуальный провод, ведь при физическом соединении конца линии короткие соединительные провода всегда присутствуют.

Понятно, что надо также указать также Zo используемой линии, и ее длину (не забыв пояснить компьютеру, электрическую или физическую вы имеете в виду).

Если вы будете задавать длину линии вручную, то место расположения вспомогательного провода (к которому подключается второй конец линии) неважно. Но если же вы в поле Длина линии укажете 0, то это значит, что длина линии будет автоматически вычислена как расстояние между координатами ее и начала и конца. Поэтому в таком случае вспомогательный провод должен быть расположен в модели именно в той точке пространства, где физически будет расположен второй конец линии.

В завершение указываются импедансы, шунтирующие начало и конец линии. Это делать надо только в случае, если к линии кроме проводов что-то дополнительно подключено, например конденсатор.

Итак, вооружившись приведенными выше знаниями, создаем в файле …\dipoles\2_05_dipole.gaa дополнительный, третий провод длиной 1 см и подключаем к нему линии, рассчитанные выше. Результат показан в файле …\dipoles\2_05_dipole_line450.gaa и на рис. 9.1.10 (естественно, при включенном движке NEC2). ДН практически полностью соответствует исходной модели …\dipoles\2_05_dipole.gaa с двумя источниками, что говорит о правильности системы питания.


Рис. 9.1.10

Но питание двухпроводными линиями мы могли симулировать и обычными проводами. А линии NEC2 нам понадобились для низкоомных линий. Поэтому для той же самой антенны …\dipoles\2_05_dipole.gaa с двумя источниками рассчитаем и смоделируем систему питания из коаксиальных кабелей 75 Ом.

Окно Питание фазированных решеток показывает, что если использовать кабель 75 Ом, то решение находится при длине фазирующих отрезков 0,005l и 0,317l, что для частоты 14,15 МГц составит 9,5 см и 6,72 м соответственно (без учета КУ кабеля).

Вставив эти линии в модель, получаем файл …\dipoles\2_05_dipole_line75.gaa со всё той же самой ДН и со всё тем же выводом о правильности системы питания.


Рис. 9.1.11

Обратим внимание, что первая линия получилась очень короткой, всего несколько см. Попробуем ее устранить совсем, т.е. просто соединим элементы коаксиальным кабелем 6,72 м (файл …\dipoles\2_05_dipole_line75_1.gaa). Выясняется, что при этом лишь немного (на 2…3.дБ) снижается F/B а в остальном параметры антенны почти не меняются (рис. 9.1.11).

Однако мы увлеклись. В этом параграфе речь не о конкретных конструкциях антенн (об этом позже ссылку потом дать), а о том, как в модели описать рассчитанную систему питания. И тут мне осталось лишь сказать, что все приводимые дальше файлы практических антенн с активным питанием будут в двух вариантах:

  1. Антенна с оптимизированными источниками в каждом элементе.

  2. Та же антенна, но с одним источником и полной системой питания. Имя файла отличается от первого варианта только добавкой окончания _line перед расширением .gaa

Это позволит вам с одной стороны оптимизировать ДН (первый вариант) по своим критериям. С другой стороны, вы сможете менять систему питания (второй файл) под свои линии и кабеля.

Теперь, зная как спроектировать систему питания и внести ее в модель, вернемся к вопросу о взаимном положении и размерах элементов антенны.


На главную - Main page