Коротковолновая широкополосная антенна
Коротковолновая широкополосная антенна — это радиоантенна , которую можно использовать для передачи (и приема) любого коротковолнового радиодиапазона из большей части коротковолнового радиоспектра , не требуя какой-либо пополосной настройки антенны. Вообще говоря, построить подходящую приемную антенну не составляет труда; Задача состоит в разработке антенны, которую можно было бы использовать для передачи без регулируемой сети согласования импеданса .
Идеальная «широкополосная» коротковолновая антенна будет работать непрерывно в большей части, если не во всем, коротковолнового спектра с хорошей эффективностью излучения и минимальным нарушением диаграммы направленности . Большинство практичных широкополосных антенн идут на компромисс с одним из вышеперечисленных пунктов: либо они работают только на нескольких относительно узких участках ВЧ-радиоспектра, либо они работают по всему спектру, без пропусков, но являются неэффективными излучателями на некоторых или всех частотах. требуется отдельный антенный тюнер Другие антенны обеспечивают достаточную эффективность на некоторых частотах, но для работы на других . Некоторые конструкции остаются всенаправленными на всех частотах, но большинство «лучевых» антенн теряют свою направленность.
Фон
[ редактировать ]На более низких коротковолновых частотах, например 1,8 МГц, антенны должны быть физически большими, чтобы обеспечить хорошую связь с «пространством» и, следовательно, эффективное излучение. Например, полуволновая дипольная антенна на частоте 5 МГц имеет длину около 27 метров (90 футов), на частоте 3,5 МГц — почти 41 метр (133 фута), а на частоте 2 МГц — 71 метр (234 фута). Полуволновые горизонтальные диполи являются эффективными излучателями, если они находятся над землей примерно на половину своей длины или выше; если они расположены низко относительно земли относительно длины волны , то горизонтальные диполи страдают от больших потерь сигнала в земле и являются неэффективными излучателями, несмотря на их достаточную длину. [а] Полуволновые диполи имеют узкую полосу пропускания (работают только в очень небольшом диапазоне частот), прежде чем произойдет серьезное рассогласование импедансов . Это несоответствие можно устранить с помощью антенного тюнера , но это увеличивает затраты, а в современной коротковолновой связи часто используются методы скачкообразной перестройки частоты . Даже автоматические антенные тюнеры не будут работать с сигналами со скачкообразной перестройкой частоты.
Менее амбициозная идея «широкополосной антенны» (часто называемой «широкополосной») — это антенна, которая непрерывно покрывает пропорционально самый широкий любительский диапазон, охватывающий 3,5–4,0 МГц (полоса пропускания 14%), [б] без необходимости антенного тюнера . Таких конструкций много, но здесь они не обсуждаются. [с]
Широкополосные коротковолновые базовые антенны традиционно делятся на две основные категории:
- Антенны с резистивной нагрузкой, которые могут быть недорогими и достаточно компактными, но неэффективными на более низких частотах.
- Большие сложные и очень дорогие, ненагруженные конструкции. (Покупка и установка могут стоить более 80 000 долларов США).
Задача на протяжении многих лет заключалась в разработке антенны, которая была бы эффективным, компактным и недорогим излучателем. Предыдущие решения включают в себя складчатый диполь Баркера-Уильямсона, австралийскую антенну бегущей волны и другие разработки Гертлера и т. д.
Некоторые коротковолновые широкополосные антенны можно использовать даже во всем смутно определенном «коротковолновом» радиоспектре (обычно 1,6–30 МГц), который состоит из верхней части средних частот ( верхняя часть СЧ-диапазона = 1,6–3 МГц) и всей высокие частоты ( ВЧ-диапазон = 3–30 МГц).
Словарь: «широкополосный», «многополосный» и «широкополосный».
[ редактировать ]Есть две отдельные проблемы, связанные с получением как можно большего количества частот от антенны:
- Антенна может иметь большой относительный диапазон достаточно хорошо передаваемых частот между более низкой и верхней частотой без каких-либо разрывов в зоне покрытия между ними. В этом смысле покрытие является «широким», поскольку непрерывно охватываемый диапазон рабочих частот велик. [б]
- Антенна может хорошо передавать на нескольких разных отдельных частотах: у лучшей антенны отдельные частоты расположены ближе всего друг к другу. Для резонансных антенн не все гармоники каждой антенны пригодны для передачи, поэтому антенна, которую можно использовать с большим количеством гармоник, будет более универсальной.
Очевидно, что оптимальная антенна, которую только можно вообразить, будет обладать обеими хорошими качествами, но достижение хотя бы одной из них является непростой задачей, а достижение обоих редко возможно с помощью одной антенны и практически невозможно с чем-либо, кроме невероятно большой и дорогой антенны. Далее разные авторы используют слова «широкополосный доступ», [2] «многодиапазонный», [3] и «широкополосный» [4] означать то или иное определение, но использование этих слов непоследовательно. Хотя «многополосный» довольно однозначно относится к значению 2, и «широкополосный», и «широкополосный» используются хаотично для обозначения любого из двух значений. Читатель должен знать о двух разных проблемах и о двух разных словах, выбранных каждым автором для их обозначения; либо это, либо авторское описание индивидуальной конструкции антенны может использовать любое из этих трех слов или другие, но решает только одну из проблем.
Примеры
[ редактировать ]- веерный диполь
- Также называемый мультидиполем , это распространенный вариант диполя, который имеет несколько плеч диполя разной длины , исходящих из центральной точки соединения комбинированной антенны ( ⪫⪪ ⫸⫷ ), напоминающей антенну с галстуком-бабочкой. Основная идея заключается в том, что ток питания естественным образом течет в основном по тому участку провода, который имеет наименьший импеданс (наилучшее согласование ) на подаваемой частоте, а длины веерных секций диполя специально выбираются для набора желаемых частот.
- Несколько диполей делают комбинированную антенну более широкополосной, чем простой двухплечевой диполь; провода, идущие от точки питания галстука-бабочки, соединены в соответствующие пары, каждая пара разной длины, что дает диполю более широкий диапазон резонансов. Если несколько пар диполей имеют примерно одинаковую длину, антенна будет показывать непрерывный диапазон частот согласованного импеданса, более широкий, чем любой один диполь. Если длины пар диполей имеют большую разницу в размерах, веерный диполь будет демонстрировать несколько различных резонансных частот, по крайней мере, один резонанс для каждой пары.
- Складчатый диполь с наклонной концевой обмоткой (T²FD)
- Его универсальные характеристики, относительно скромные размеры, низкая стоимость и тот факт, что он не требует какого-либо электронного согласования для работы со стандартным коротковолновым передатчиком, сделали его популярным в профессиональной коротковолновой связи, где для компенсации можно использовать неограниченную высокую мощность. на потери в согласующем резисторе антенны.
- логопериодическая антенна
- Логарифмически-периодический режим обычно используется в коротковолновом радиовещании высокой мощности, где желательно инвестировать только в одну антенну для покрытия передач в нескольких диапазонах. Это единственный тип направленной антенны, который является направленным («лучевая» антенна) во всем рабочем диапазоне.
- дискообразная антенна
- Дискон всенаправленный, вертикально поляризованный и имеет коэффициент усиления, аналогичный диполю. Он столь же эффективен, как и монополь, и является исключительно широкополосным, обеспечивая соотношение частотного диапазона примерно до 10:1. Это монопольная версия биконической антенны .
- антенна бегущей волны
- Преимущество антенн бегущей волны состоит в том, что, поскольку они нерезонансные, они часто имеют более широкую полосу пропускания, чем резонансные антенны. Недостаток заключается в том, что, поскольку они обычно имеют длину две или более длин волн, для них требуется большое открытое пространство.
- Монополь с коаксиальной клеткой с концевой заделкой
- TC²M — это широкополосная коротковолновая антенна с вертикальной поляризацией. Антенна может быть охарактеризована как вертикальный бегущей волны с коаксиальным каркасом несимметричный вибратор над плоскостью заземления или, альтернативно, описана как сложенный униполь с согласующим резистором. [5]
- со смещенным от центра питанием дипольные антенны
- Часто называемые «виндомными» антеннами . Тщательно выбирая положение точки питания примерно на 1/3 длины полуволнового провода, его сопротивление в точке питания почти постоянно для различных частот, близких к гармоническим , полуволновой частоты. Все антенны типа Windom имеют широкий диапазон покрытия между почти гармоничными рабочими полосами. Изменение положения и длины антенны, а также добавление загрузочных шлейфов рядом с ее центром может изменить последовательность возможных частот и добавить в список больше частот.
- К этому семейству конструкций со смещенной от центра подачей относятся
- Антенна Робинсона-Барнса
- Антенна с беспокойным завершением, спроектированная и разработанная в начале 1990-х годов Грэмом Робинсоном. [д] и Джон Барнс, который привлек внимание своей широкой полосой пропускания в 4 октавы (2–30 МГц). Одна антенна может охватывать практически весь коротковолновый диапазон , что полезно для коммерческих и военных станций с ограниченным пространством, где низкая эффективность может компенсироваться высокой мощностью. Обычно она монтируется на башне либо горизонтально, либо в виде антенны «перевернутая V» и имеет два внешних излучающих элемента и третий, средний элемент с центральным оконечным устройством, по сути то же самое, что и T²FD , длинный провод которого удвоен. [9]
См. также
[ редактировать ]Сноски
[ редактировать ]- ^ «...Таблица 1 – Характеристики диполя относительно средней земли…
«Итак, каков «конечный результат»? ... Фактически, почти любая конфигурация горизонтальной антенны на 160 метров будет излучателем с большим углом наклона...» — Гэри Веском, N0GW (2006). [1] - ^ Jump up to: а б Для сравнения радиочастотных характеристик «самый широкий» означает наибольшее соотношение высоких и низких частот, а не самую большую разницу в частотах.
- ^ Многие «широкополосные» конструкции, используемые радиолюбителями, технически не являются «настоящими» широкополосными антеннами, поскольку они точно настроены так, чтобы без антенного тюнера хорошо передавать только в последовательности почти гармонических любительских диапазонов; но хорошая передача гармоник обычно ожидается от любой резонансной антенны. Единственное их замечательное свойство состоит в том, что гармонические резонансы тщательно подталкиваются внутри любительских частотных диапазонов, которые сами по себе не совсем расположены в точной гармонической последовательности.
- ^ Грэм Робинсон основал Перте в антенную компанию Bushcomm . [9] которая производит и продает различные антенны Робинсона-Барнса.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Веском, Гэри (N0GW) (ноябрь 2006 г.). «Высота диполя» (PDF) . n0gw.net . 160 метров. Архивировано из оригинала (PDF) 27 февраля 2017 года.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Смит, Дуглас К. (W7ZZ); Конбой, Терри (N6RY) (ок. 2015 г.). По-настоящему широкополосный и эффективный низкочастотный диполь (Отчет).
{{cite report}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Латтин, Уильям (W4JRW) (апрель 1961 г.). «Многодиапазонные антенны с нагрузочными катушками». Журнал QST . стр. 43, 148, 150.
{{cite magazine}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Уилер, Гарольд А. (май 1950 г.). Широкополосное согласование импеданса (Отчет). Грейт-Нек, Нью-Йорк: Wheeler Laboratories. Отчет 418/500515.
- ^ Эренфрид, Мартин (G8JNJ). «Монополь с коаксиальной клеткой с концевой заделкой (TC²M)» (PDF) . tc2m.info . Архивировано из оригинала (PDF) 29 мая 2015 г.
Новая конструкция широкополосной вертикальной КВ антенны.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Карлсон, НТ «Лен» ( K4IWL ) (18 января 2007 г.) [2005]. «Выигрышная антенна» (PDF) . n3sh.org . QRP-выражения.
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link)«Альтернативный источник» (PDF) . nrharc.org . - ^ Престон, Джин, K5GP (2 августа 2008 г.). «Широкополосный диполь 80/160 метров » (PDF) . egpreston.com .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Штрообандт, Серж, ON4AA (1 сентября 2017 г.). «Шестидиапазонный, ВЧ, диполь с центральной нагрузкой и смещенным от центра питанием» . hamwaves.com .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б «Антенны Бушкомм КВ» . Перт, Вашингтон, Австралия .
- Краус, JD (1988). Антенны (2-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-035422-7 .
- Терман, Ф. Е. (1955) [1922]. Электронное радио и техника (4-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: MacGraw-Hill. ISBN 978-007063509-8 – через Интернет-архив (archive.org).
- Бремер, Х. (1949). Земные радиоволны: Теория распространения . Издательство Эльзевир. ISBN 978-044440083-3 – через Интернет-архив (archive.org).
- Стратт, MJO (1947). Ультра- и экстремально-коротковолновый прием . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Ван Ностранд.