Автор Тема: Широкополосные антенны  (Прочитано 92953 раз)

RV3DSF

  • Гость
Широкополосные антенны
« : 08 Апреля 2008, 13:26:10 »
UR0GT предлагает метод расширения полосы антенны не описанный в Вашей книге. Предлагаются два противофазных параллельных диполя разной длинны. На модели всё очень красиво, вроде. Но, такой метод, на КВ, что-то не очень встречается. Видимо на практике есть какие-то сложности?


Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2319
  • Репутация: +240/-5
    • Просмотр профиля
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #1 : 09 Апреля 2008, 17:12:50 »
Не описан, т.к. о таком решении мне было неизвестно (ну могу же я чего-нибудь не знать?  ). Теперь знаю, спасибо. А конструкция красивая, на практике работать безусловно будет.
Но, несмотря на внешнюю простоту штука сложная как в понимании.

RV3DSF

  • Гость
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #2 : 10 Апреля 2008, 20:59:30 »
Доброе время Игорь. Я рад, что нашел для Вас новую информацию. И конечно было бы интересно прочитать статью о таком способе расширения полосы с теоретическим обоснованием. Мне так, на первый, поверхностный, взгляд видится некий сжатый кусок логопериодической антенны, направленные свойства которого ещё не проявляются.

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2319
  • Репутация: +240/-5
    • Просмотр профиля
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #3 : 12 Апреля 2008, 00:46:10 »
Да, это родственница двухэлементной логопериодической. Только в чистом, логопериодическом виде небольшая направленность пробивается: около децибела F/B уже набегает - гляньте в файле модели).
А антенну UR0GT можно представить так: взяли вышеупомянутую логопериодическую антенну, и, не разрывая проводов, одну половинку перекрутили. Поменяли местами короткое и длинное плечо в половине антенны.
Импеданс почти не изменился, поэтому полоса как была широкой, так и осталась. А вот ДН выровнялась, направленности уже нет. Причина в том, что одна половинка такой антенны "светит" вперед, вторая – назад. Отчего происходит компенсация, и ДН становится чисто дипольной, что для простой антенны скорее достоинство.

Можно объяснить и по-иному (в антеннах многие вещи могут быть рассмотрены с разных точек зрения с одинаковыми результатами), через имепдансы, вносимые отрезками линий, подключенных параллельно антенне. Но это уже начало второго объяснения, которое скорее относится к вопросу, а почему, собственно, два логопериодических элемента имеют столь широкую полосу.

RV3DSF

  • Гость
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #4 : 13 Апреля 2008, 04:32:50 »
Привет Игорь! Да, это понятно, что для описания одного природного явления можно создать несколько абстрактных моделей, и все они будут правильно описывать один и тот же процесс разными способами. Нам остается выбрать наиболее удобную для данного случая. Так амплитудную модуляцию можно описать как изменение мощности во времени, как спектр с двумя боковыми полосами и как вращение вектора несущей и боковых частот. Для разных случаев разные способы удобнее. Ещё думаю можно объяснить и с помощью фаз токов. Напряжения на входе этих вибраторов противофазные, а токи, очень даже не противофазные, а излучение как раз и определяется током в антенне.

Все-таки думаю, что кроме преимуществ у такой антенны просматриваются и некоторые недостатки, которые вылезут на практике. Такую антенну нельзя просто повесить на двух точках крепления, как это обычно встречается у большинства радиолюбителей. Обязательно необходимы мачты и распорки. При выполнении её в виде IV необходима Т-образная мачта, в которой надо будет решать вопрос прочности. Могу ошибиться, но думаю такая антенна не найдёт массового применения. Более практично, наверно расширить полосу с помощью реактивных элементов и сохранить двухточечное крепление. Хотя для контестов и 20-и КВт такая антенна хороша.

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2319
  • Репутация: +240/-5
    • Просмотр профиля
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #5 : 14 Апреля 2008, 08:19:30 »
Начну с конца. С практики. IMHO подвешивать антенну с длинными параллельными проводами очень сложно конструктивно - все крутится и путается (это главная причина, почему проволочные петлевые КВ диполи почти используются на практике).
   Но ведь вовсе необязательно делать именно параллельные провода. Их концы можно существенно разнести, а середины свести вместе. Получится нечто конструктивно родственное обычной двухдиапазоннной Inv V.
   И вот в таком виде, в практическое применение данной антенны я верю. Достоинства очевидны, а недостатков могу найти только два:
   
  • Требуется катушка или короткий отрезок высокоомной двухпровдки в точке питания (но не факт, что это просто я не был достаточно тщателен и при иной геометрии нельзя обойтись без этой индуктивности).
  • Из-за этой же катушки трудно по-хорошему добавить 7-ку (но см. предыдущее примечание).

   Теперь обещанное второе объяснение. Почему же двухэлементная логопериодическая структура (включая рассматриваемую антенну, которая таковой является) имеет полосу шире, чем просто два параллельно включенных диполя на таком же расстоянии?
   Обычное пояснение "на пальцах", что дескать на верхнем краю диапазона работает короткий диполь, а на нижнем длинный (это, кстати, чистая правда - гляньте как поворачивается ДН с частотой у приведенной модели: из-за непараллельности диполей в данном случае этот механизм хорошо виден) не проходит. Ведь у двух параллельных диполей разной длины есть аналогичный эффект.

   Дело во вносимой реактивности (или, что, впрочем то же самое, во взаимно наведенных токах). Тут надо по пунктам.
   1. Если работают два параллельных синфазных диполя разной длины, то картина такая:
      1.1. На ВЧ краю диапазона работает короткий диполь. А длинный, за счет связи по полю вносит в него индуктивную составляющую, "утягивая" резонанс короткого диполя от края к центру диапазона, т.е. сужая полосу антенны.
      1.2. На НЧ краю, работает длинный диполь, а короткий, своими наведенными токами, "тянет" его вверх, что опять же сужает полосу.
Итого полоса получается меньше, чем можно было ожидать (подробности см. в п. 5.2.1 3-й части "Антенн КВ и УКВ" , про параллельное включение вибраторов).
   2. Те же два диполя, на том же расстоянии, но запитанные противофазно (логопериодическая структура).
     2.1. На верхнем краю диапазона по-прежнему работает короткий диполь (куда ж ему деваться-то). А длинный, по прежнему наводит токи. На первый взляд тоже индуктивные (он же длиннее). Но это на первый. На второй выясняется, что длинный диполь подключен противофазно. Т.е. фаза наведенного тока вместо 90 гр (индуктивный) становится 90 - 180 = - 90 гр, т.е. емкостным.
Получается, что при таком включении длинный диполь не только не "утягивает" частоту короткого к середине диапазона, а напротив, "выталкивает" ее вверх расширяя полосу антенны.
      2.2. На НЧ краю, происходит то же самое, но с обратным знаком. Работает длинный диполь. А ток короткого диполя, будучи емкостным по сути, за счет поворота фазы дает наводку индуктивной составляющей, еще более понижая частоту длинного диполя.

Для полной ясности можно проделать простой мысленный (или вычислительный, или физический, кому как хочется) эксперимент.
   A. Берем два диполя (свободное пространство или большая высота), с несколько отличающимися длинами. Включаем их параллельно и располагаем перпендикулярно друг другу. Т.к. они во взаимных минимумах ДН, то наведенные токи очень малы, и взаимного влияния по полю нет. Поэтому мы видим два отдельных резонанса. С некоторой суммарной общей полосой антенны.
   B. Поворачиваем один диполь, так, чтоб он стал параллельно другому, и был бы включен синфазно. Большие взаимно наведенные токи уменьшат полосу антенны по сравнению с предыдущим пунктом
   C. Крутанем один из диполей, так, чтобы оставаясь параллельными, они бы питались противофазно. Получится двухэлементная логопериодическая структура. При этом, как говаривал один популярный персонаж: "Кто нам мешал, теперь нам поможет". Большие наведенные токи теперь не сужают, а расширяют полосу антенны. Шире, чем она была в п. A.
   D. Ну и последний шаг (который, собственно, и нашел, Николай, UR0GT) - крутанем-поменяем местами половинки диполей. Это устранит недостаток антенны предыдущего пункта: оба лепестка ДН станут одинаковыми (а они были несколько разными, т.к. чистая логструктура пыталась организовать хоть какую-то направленность). По ДН получился простой диполь, а по полосе - логструктура.

UR0GT

  • Гость
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #6 : 15 Апреля 2008, 12:06:10 »
Мою антенну DEWD можно повесить между двумя точками крепления так же, как проволочный петлевой вибратор или T2FD.
И насчет Т-образной мачты Вы преувеличили. Даже 80 см - это совсем небольшая перекладина или распорка. И параметры DEWD совсем не ухудшаются при уменьшении её ширины вплоть до 10 см (наверно можно ещё уже - пока не пробовал). Чтобы при этом не пришлось ставить промежуточные распорки вдоль полотна, ширину снизу можно сделать больше. При такой конфигурации, параметры DEWD тоже сохранятся. Потребуется лишь небольшое уточнение размеров.

RV3DSF

  • Гость
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #7 : 16 Апреля 2008, 15:52:50 »
Привет Николай! Да, вот потому, что я пробовал делать антенны из параллельных проводов я и написал, что при подвесе такой антенны между двумя точками могут возникнуть проблемы с перекруткой поводов. Это всё вращается и качается на ветру. Да, если 10 См. это хорошо, тогда с мачтой всё значительно проще.

UR0GT

  • Гость
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #8 : 17 Апреля 2008, 19:39:30 »
Приветствую Игорь!
Ваше объяснение не строго научное, с некоторыми упрощениями, но методологически правильное. Вы настолько популярно объяснили непростые процессы, что основное будет понятно даже людям с начальной антенной подготовкой.

К достоинствам DEWD добавлю, что она конструктивно проще двухэлементной логструктуры. У неё на два провода меньше - отсутствует перекрещенная линия.

Очевидно, что, для удобства практической реализации, концы проводов DEWD можно разносить. Я об этом уже говорил, в том числе и тут, Дмитрию RV3DSF (Ваш ответ Дмитрию появился на сутки позже). Но лучше, до минимально необходимого предела. Потому что, по мере увеличения разноса, понемногу сужается полоса.
Кстати, Николай UA3TW уже сделал неделю назад DEWD в виде IV с разнесёнными снизу концами и провёл на ней много связей. Результаты такие же, как с ранее использовавшейся обычной IV, только полоса по КСВ<2 почти в 3 раза шире, что и следовало ожидать.

А чтобы катушка, компенсирующая реактивную составляющую входного сопротивления, не мешала подключать параллельно IV других диапазонов, их надо подключать до катушки – к клеммам питания DEWD.
Эту катушку можно разбить на две и подключить к ним только длинные плечи антенны. При этом длинные плечи надо немного укоротить. В результате, антенна будет занимать меньше места при сохранении широкополосности.
Добавлю, что необходимость в компенсирующей катушке или шлейфе возникает при уменьшении ширины DEWD. В широких вариантах антенны компенсирующую индуктивность создаёт поперечная перемычка, в центре которой антенна запитана.

RV3DSF

  • Гость
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #9 : 18 Апреля 2008, 23:26:10 »
Доброе время Игорь! Да, согласен, такую конструкцию (InVV123.maa) уже можно реально применять на практике не заморачиваясь на сложные конструктивы и распорки. Обычная мачта, обычные изоляторы. А так, вообще UR0GT молодец! Спасибо ему за новые идеи! А от теории до практики, один шаг.

UR0GT

  • Гость
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #10 : 20 Апреля 2008, 03:12:50 »
Игорь. Насчёт R небольшое уточнение.
В вариантах, которые я приводил  пропорции подобраны таким образом, чтобы в центре диапазона R составляло 70 – 80 Ом. Потому что к краям диапазона R плавно уменьшается (до 30 – 35 Ом). Это оптимум при непосредственной запитке антенны 50-омным кабелем.
Но можно получить и 100 – 150 Ом в центре диапазона, если возникнет такая необходимость. При этом и на краях диапазона R станет соответственно выше. Для этого надо немного увеличить разницу между размерами длинных и коротких плеч антенны.
Так что у DEWD можно получить существенно большее R, чем у обычного полуволнового диполя.

А с КПД вообще нет никаких проблем. У медного проволочного полуволнового диполя для 80-ки, расположенного в свободном пространстве, потери составляют 0,11 дБ, а у DEWD из такого же провода и шириной всего 10см потери 0,12 дБ. В обоих случаях потери совсем мизерные – КПД почти 100%.

RV3DSF

  • Гость
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #11 : 27 Февраля 2010, 11:24:35 »
Здравствуйте Игорь. У меня вопрос по 6-ой части книги. Исходя из принципа Ясуто Мушияки, можно ли считать, что входное сопротивление сверхширокополосного вертикала будет 94,25 Ома.

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2319
  • Репутация: +240/-5
    • Просмотр профиля
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #12 : 28 Февраля 2010, 15:11:15 »
Впрямую из принципа самокомплементарности это не вытекает, но сильно похоже, что для вертикала, стоящего на поверхности идеальной земли будет получаться именно столько .
Во всяком случае разноообразные "морковки" при моделировании их на земле дают наиболее низкий КСВ в полосе при установке сопротивления линии 100 Ом.
Для вертикалов же приподнятых так уже не будет. Но для них и сверхширокополосные противовесы сделать проблема.

Оффлайн UA4CGR

  • **
  • Сообщений: 7
  • Репутация: +0/-0
  • Валерий UA4CGR
    • Просмотр профиля
    • Саратов Радио
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #13 : 14 Сентября 2014, 09:46:14 »
Коллеги
Сделал UW4HW с данными во вложенном файле
Ссылка для просмотра: http://saratovradio.ru/antenny/13-antenny/225-uw4hw-zontik
В отличие от расчётных данных, входное сопротивление на вч бэндах в реальности понижается до 10 Ом, начиная с 21 МГц.
В чём ошибка?
« Последнее редактирование: 14 Сентября 2014, 20:17:47 от UA4CGR »

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2319
  • Репутация: +240/-5
    • Просмотр профиля
Re: Широкополосные антенны
« Ответ #14 : 14 Сентября 2014, 15:59:44 »
В чём ошибка?
Очень похоже на паразитный резонанс какого-то элемента несущей конструкции или какого-то проводника поблизости размером около 3 (если заземлен) или 6 (если нет) метров.
Тот же эффект, из-за которого пассивный элемент Уда-Яги понижает входное сопротивление вибратора.
« Последнее редактирование: 15 Сентября 2014, 07:11:53 от DL2KQ »