Primjer skupa prijemne opreme ADS-B. Kako radi Discocon antena?

Odlučio sam dublje proučiti kako funkcionira diskon antena kako bih shvatio je li to zaista izbor koji mi treba. I znate, ovo je stvarno zanimljiva antena koja se može razviti da dobije dobar potencijal. Možda ću slijediti put onih koji dizajniraju antene složenog tipa. Ali ja ću instalirati tako složenu antenu u dači; u gradu će mi odgovarati antena s manje zahtjeva.

Dakle, koje su karakteristike antene koje me zanimaju:

  • Kružni uzorak zračenja,
  • širokopojasni,
  • otpor vjetra,
  • niska potrošnja materijala.

Ranije sam napisao da sam imao izbor između log-periodične i disk-konusne antene. Razmislio sam o svojoj odluci i došao do zaključka da je za moje specifične zadatke praćenja radijskih emisija prikladnija diskon antena. A zbog specifičnog položaja dacha parcele, u dachi će mi biti prikladnije pratiti NOAA satelite i prolaze na velike udaljenosti u CB i desetmetarskom rasponu.

Dakle, što je diskon antena? Kao što naziv sugerira, disk-stožasta antena sastoji se od diska (element koji zrači) i konusa (protuteža elementu koji zrači). Započet ću analizu ove antene s ovom klasičnom verzijom.

Ovaj zamršeni oblik antene dovodi do pogrešnog mišljenja da diskon antena ima horizontalnu polarizaciju. Zapravo, polarizacija ove antene je vertikalna. Antena je beskonačan broj antena u obliku slova V nagnutih prema horizontu (aktivni element je gore, a protuuteg dolje). Kad bi dio diska bio jedan krak antene, a drugi drugi, tada bi polarizacija bila vodoravna. U našem slučaju, jedno rame je nagnuto vodoravno, a drugo pod kutom od horizonta prema tlu. Rezultat je uzorak zračenja u obliku krafne.

Disk i konus su dobri, ali ovaj dizajn stvara divlji vjetar. Stoga se u komercijalnim razvojima disk i konus zamjenjuju žičanom strukturom. Ovaj pristup omogućuje smanjenje opterećenja vjetrom, smanjenje troškova proizvodnog procesa, smanjenje potrošnje materijala za proizvodnju antene i pojednostavljenje njezine montaže. I to je upravo put kojim ću ja ići pri izradi svoje antene.

Manipulacijom materijala i strukture diska i stošca stvaraju se mase različitih disk-konusnih antena. Jedna od najčešćih diskon antena je željeznička antena. Kao primjer, razmotrite antenu tvrtke VIAM-RADIO. Ova antena je dizajnirana za rad s lokomotivskim radio stanicama u rasponima 151-156 MHz i 307-344 MHz. Zbog velike brzine i zahtjevima za karakteristike čvrstoće, antena je izrađena u obliku zavarene konstrukcije s dodatnim elementima koji ojačavaju strukturu.


Lokomotivska antena AL/23 disk-konus

Postoje alternativni pristupi za povećanje propusnosti. U rasponima od stotina do tisuća megaherca, dimenzije disk-konusnih antena ostaju prihvatljive, ali kako se frekvencija smanjuje, dimenzije postaju neprikladne kako za instalaciju tako i za proračun proračuna. Ali postoji Alternativna opcija povećanje propusnosti na približno 25 MHz. Da biste to učinili, dodatni pin je spojen na disk (ili vodiče koji ga zamjenjuju), čime se povećava propusnost. Ali ako samo spojite pin, njegov utjecaj će pogoršati parametre i trebao bi raditi samo u "svom opsegu". Da biste to učinili, igla je odsječena s diska pomoću induktiviteta.

Ali ova opcija odmah pretvara antenu u veliku, a osim toga, prijenos se ne može provesti u dodatnom rasponu. Dodatni dio raspona dodaje se samo za prijem. Zapravo, takva antena je idealna za skenere.

Čim izračunam potrebne dimenzije, objavit ću ih. Tada ću početi prikupljati materijale za izradu ove antene.

Pozdrav kolegama hobistima! Evo moje postavke:

Za spajanje prijemnika na antenu odlučio sam upotrijebiti dobar satelitski kabel RG-6 Reeme. Za to je bilo nekoliko razloga:

  1. Niski nazivni gubici na 1000 MHz (Oko 17 dB na 100 m - jedan od najboljih pokazatelja među koaksijalnim)
  2. Jeftinoća konektora (osim toga, bili su dostupni kod kuće)
  3. Već sam imao položen kabel na krovu satelitska antena, trenutno se više ne koristi

Razlika u impedancijama valova nije posebno zabrinjavajuća; gubitak od 4% snage signala zbog neusklađenosti nije ništa u usporedbi s mogućim gubicima od korištenja kabela od 50 ohma s većim gubicima.

Kad sam se suočio s izborom antene za svoj prijemnik, odlučio sam se za tri kandidata: 6-elementnu, Super i diskokonusnu. Sve su antene bile unaprijed ocijenjene za 75 ohma i bile su prilično precizno proizvedene. Redom sam testirao Franklin, Super-J i discocon. Čudno, diskon antena je pobijedila.

Pokušao sam konfigurirati Franklin pomicanjem spojnih točaka na četvrtvalnom kabelu, ali rezultati još uvijek nisu bili impresivni. Ista je priča i sa Super-J. Discone je radio bolje. Evo mojih pretpostavki o ovome:

  1. Franklin je simetrična antena; ako na nju jednostavno spojite asimetrični vod (koaksijalni kabel), to će izobličiti njen dijagram usmjerenja, što će prirodno dovesti do smanjenja pojačanja. U idealnom slučaju, trebate dodatno koristiti uređaj za balansiranje.
  2. Teorijski izračun je dobar, ali u praksi se možda neće postići potrebna koordinacija zbog utjecaja mnogih čimbenika koji se ne mogu uzeti u obzir u izračunu
  3. Precizna proizvodnja. Ako napravite antenu s milimetarskom preciznošću, onda će možda raditi normalno.

Evo što mi se svidjelo kod disko korneta:

  1. Kompaktna veličina. Visina oko 80 mm, širina oko 70 mm
  2. Širokopojasni. Antena ne zahtijeva podešavanje i počinje raditi odmah nakon montaže.
  3. Jednostavnost izrade. Konus diska nije kritičan za točnost proizvodnje. Možete sigurno pogriješiti +/- 5 mm u veličini (provjereno u praksi). Naravno, nema potrebe griješiti u centimetrima.

Crtež s dimenzijama:

Debela točka u sredini diska označava mjesto gdje je središnji pin F-konektora zalemljen na disk. Disk i baza izrađeni su od PCB-a obloženog jednostrano folijom. Dijelovi stošca izrađeni su od bakrene žice promjera 2 milimetra. Bakar se pokositri, ali to nije potrebno. Evo što se dogodilo:

Tijekom pokusa pokazalo se da čak i malo povećanje duljine kabela dovodi do pogoršanja prijema. Jer Antena mora biti instalirana na krovu i povezana kabelom od 40 metara; pojačalo nije potrebno. Kupio sam obično satelitsko pojačalo OPENMAX A04-20 na 20 dB za 150 rubalja. Također je bilo potrebno provjeriti je li ulaz prijemnika u kratkom spoju DC. Kao rezultat toga, rođena je ova shema:

Za injektor: Osigurač štiti napajanje od mogućih kratkih spojeva (npr. ako kabel pukne). Zaštitna dioda D1 štiti krug od prenapona munje (vidi se u krugu satelitski tuner). Kada je napon iznad 24 V, dolazi do probijanja i kratkog spoja u krugu. Kondenzator C2 je otporan na smetnje. Prigušnica L1 - HF filter, namotan na toroidalnu feritnu jezgru (10 zavoja žice PEL 1.0)

Kako bih kratko spojio DC ulaz prijemnika, upotrijebio sam četvrtvalnu kratkospojenu petlju od komada koaksijalnog kabela. Shema se pokazala izvrsnom. Tijekom testiranja, petlja uopće nije utjecala na kvalitetu prijema. Duljina segmenta koaksijalnog kabela bila je 45 mm (uzimajući u obzir faktor skraćivanja i duljinu F-utičnice u razdjelniku).

Prijamnik je smješten u drugo kućište i pokriven prozirnim pleksi poklopcem. Ljepše je i LED diode su jasno vidljive. Opći obrazac dizajni:

Sretno radarsko uočavanje!

Konus se izrađuje u obliku roga od bakrenog lima ili nekog drugog materijala koji se lako lemi. Kabel za napajanje se provodi unutar konusa i njegova vanjska pletenica je zalemljena na konus, a očišćeni dio unutarnje jezgre dužine 100 mm zalemljen je na metalni disk. Disk se drži u vodoravnom položaju pomoću izolacijskih nosača.

Za uspostavljanje radiokomunikacija na velikim udaljenostima u rasponima 144-146 MHz, a posebno na 420-425 MHz, potrebno je koncentrirati zračenje elektromagnetske energije u obliku uskog snopa i usmjeriti ga što bliže horizontu. . Istodobno, također je potrebno moći uspostaviti radio komunikaciju s dopisnicima koji se nalaze u različitim smjerovima od radio postaje s fiksnom antenom. U tom slučaju, antena mora imati dijagram zračenja u vertikalnoj ravnini u obliku izdužene osmice, au vodoravnoj ravnini - u obliku kruga. Sličan dijagram može se dobiti projektiranjem bikonične antene (slika 2), koja se sastoji od dva metalna konusa, od kojih je jedan spojen na srednju jezgru kabela, a na drugi njegovu pletenicu. Nedostatak takve antene je potreba za simetričnom pobudom.

Širokopojasna bikonična disk-konusna antena (slika 3), u kojoj disk igra ulogu gornjeg konusa, ne zahtijeva simetričnu pobudu. Tablica 1 prikazuje dimenzije disk-stožastih antena dizajniranih za rad u amaterskim pojasevima.

stol 1

Dimenzije, mm

Radni raspon

frekvencija MHz

Kod odabranih dimenzija antene preporučljivo je raditi u području najnižih radnih frekvencija, jer se s povećanjem radne frekvencije povećava kut između smjera maksimalnog zračenja i horizonta. Antena se napaja kabelom karakteristične impedancije od oko 60-70 ohma bez odgovarajućih uređaja. Disk je izoliran od konusa, koji se može uzemljiti. Za rad u rasponu od 38-40 MHz, stožac i disk izrađeni su od klinova promjera 3 - 5 mm (slika 4). Maksimalni razmak između iglica ne smije biti veći od 0,05L.

Književnost:

  1. K. Rothhammel. Antene. Moskva "Energija". 1979. godine
  2. F. Burdeyny i drugi. Iz DOSAAF-a, Moskva. 1959. godine

U usporedbi s koaksijalnom antenom, disk-stožasta antena također ima kružni graf usmjerenost i isti način napajanja, ima znatno veću propusnost. U usporedbi s konvencionalnim dipolom, pojačanje ove antene je -3dB. Ovo smanjenje pojačanja ne bi trebalo biti iznenađujuće budući da disk-stožasta antena ima ispravan uzorak zračenja preko vrlo velike širine pojasa. Dizajn disk-stožaste antene prikazan na Sl. 11-40, uz navedene dimenzije i izravno napajanje preko koaksijalnog kabela karakteristične impedancije od 60 Ohma, ima propusni pojas od 85 do 500 MHz.

Sl. 1

Konus se izrađuje u obliku roga od bakrenog lima ili nekog drugog materijala koji se lako lemi. Kabel za napajanje se provodi unutar konusa i njegova vanjska pletenica je zalemljena na konus, a očišćeni dio unutarnje jezgre dužine 100 mm zalemljen je na metalni disk. Disk se drži u vodoravnom položaju pomoću izolacijskih nosača.

Za uspostavljanje radiokomunikacija na velikim udaljenostima u rasponima 144-146 MHz, a posebno na 420-425 MHz, potrebno je koncentrirati zračenje elektromagnetske energije u obliku uskog snopa i usmjeriti ga što bliže horizontu. . Istodobno, također je potrebno moći uspostaviti radio komunikaciju s dopisnicima koji se nalaze u različitim smjerovima od radio postaje s fiksnom antenom. U tom slučaju, antena mora imati dijagram zračenja u vertikalnoj ravnini u obliku izdužene osmice, au vodoravnoj ravnini - u obliku kruga. Sličan dijagram može se dobiti projektiranjem bikonične antene (slika 2), koja se sastoji od dva metalna konusa, od kojih je jedan spojen na srednju jezgru kabela, a na drugi njegovu pletenicu. Nedostatak takve antene je potreba za simetričnom pobudom.


sl.2

Širokopojasna bikonična disk-konusna antena (slika 3), u kojoj disk igra ulogu gornjeg konusa, ne zahtijeva simetričnu pobudu. Tablica 1 prikazuje dimenzije disk-stožastih antena dizajniranih za rad u amaterskim pojasevima.

stol 1

Dimenzije, mm

Radni raspon

frekvencija MHz

Kod odabranih dimenzija antene preporučljivo je raditi u području najnižih radnih frekvencija, jer se s povećanjem radne frekvencije povećava kut između smjera maksimalnog zračenja i horizonta. Antena se napaja kabelom karakteristične impedancije od oko 60-70 ohma bez odgovarajućih uređaja. Disk je izoliran od konusa, koji se može uzemljiti. Za rad u rasponu od 38-40 MHz, stožac i disk izrađeni su od klinova promjera 3 - 5 mm (slika 4). Maksimalni razmak između iglica ne smije biti veći od 0,05L.

Konusna antena je karakterističan odašiljač, koji daje ime prvom dijelu složenog naziva proizvoda, opremljenog "uzemljenjem" od metalne armature ili jednostavno konusa. U djelomičnom rasponu, dizajn će omogućiti postizanje linearne vertikalne polarizacije dok se val kreće između diska i stošca. To je ono što je potrebno za radio komunikaciju. Osim toga, razmotrit ćemo modifikaciju koja uređaj pretvara u kružno polarizirani emiter u smjeru okomitom na disk, a suprotno od položaja uzemljenja. Čitatelji će naučiti kako sami sastaviti diskon antenu.

Disk-stožaste antene

Važno! Višesmjerne diskon antene često se koriste u HF pojasu. Ne razlikuju se u očitom pojačanju iz navedenog razloga.

Tema današnjeg razgovora je diskonska antena "uradi sam". Priča se da je prvi patent, broj 2368663 (SAD), preuzeo A.G. Kandoian. Prednost uređaja je širok raspon radnih frekvencija. Naravno, pojačanje je inferiorno u odnosu na dipol. Na rasponu je obično moguće spojiti na kabel bez koordinacije, plus sam dizajn nije kritičan za točnost dimenzija. U decimetarskom rasponu morate uzeti čvrsti HF i metarske valove, većini ljudi je potreban skeletni oblik. Disk se degenerira u skup zraka vodiča s jednim središtem. Time se smanjuje opterećenje vjetrom; dimenzije konusa i diska poprimaju ogromne vrijednosti. 6, 8 ili 12 šipki.

Pažnja! Disk i konus se napajaju u protufazi.

Središnja jezgra kabela spojena je na disk određene veličine. Ulogu zemlje igra snop metalne armature, ako nema želje da napravite konus vlastitim rukama. Jasno je da je uzorak zračenja iskrivljen. Neravnine se javljaju u azimutnom smjeru. A dijagram zračenja tipične antene u obliku diska nalikuje torusu (krafni). Val nastaje između diska i stošca. Domet ovisi o udaljenosti. Na primjer, predstavljamo dizajn naveden na web stranici http://elektronika.rukodelkino.com/stati/antenni/35-disko-konusnaya-antenna.html.

Značenje rada je već opisano, implementacija za frekvencije 85 - 500 MHz:


Karakteristična impedancija uređaja je 60 Ohma, pripremite se uskladiti je na bilo koji prikladan način. Središnja jezgra povezana je sa sredinom diska odozdo, konus je kombiniran sa zaslonom. Dakle, ispada nešto poput otvorenog valovoda, gdje se val širi i zrači. Dobitak je minus 3 dB u usporedbi s poluvalnim dipolom. Online kalkulatori Nema kalkulacije, naći ćemo odgovarajuću metodu. Analizirajmo vlastiti dizajn. Vjerujemo da bi minimalna i najveća udaljenost između diska i stošca trebala biti u korelaciji s graničnim valnim duljinama raspona. Prvo izračunajmo dimenzije:

λmin = 299 792 458 / 500 000 000 = 60 cm.

λmax = 299 792 458 / 85 000 000 = 3,53 m.

Oslanjamo se na dobivene vrijednosti. Podijelimo oboje s četiri i vidimo što ostaje. Imamo: 15 i 88,2 cm pogledajte da veličine nisu vezane ni za što. Prema crtežima i formulama:


Zadnja dva parametra određuju gornju graničnu frekvenciju antene, kako piše Neil, čije smo rezultate rada sada koristili, diskon antena se ponaša kao visokopropusni filter. Postoji određena granična donja frekvencija, po kojoj se računa strana konusa, gdje je SWR 3. Prolaskom preko granice prema dolje, SWR počinje naglo rasti, što upotrebu uređaja čini nepraktičnom. U granicama rada, parametar se postupno smanjuje na 1,5. Uzmite duljinu stranice stošca malo veću od četvrtine maksimalna duljina valovi. Dodajmo da promjer diska ne ovisi o vršnom kutu, koji može varirati od 60 stupnjeva.

Usporedimo brojeve s gore navedenim: iz izračuna je jasno da je bočna stijenka uzeta jednaka (!) Minimalnoj valnoj duljini, što ne odgovara knjizi. Da bismo bili sigurni, provjeravamo sličnosti u tablici iz literature kako bismo konačno potvrdili ili otklonili sumnje (vlasnici stranica izračunali su s pogrešnim parametrom).

Vidljivo je da dimenzije antene linearno opadaju s povećanjem frekvencije. Na primjer, na 14 MHz to je gotovo dvostruko više nego na 28 MHz. Stoga ćemo za 85 MHz pronaći potrebne parametre prema omjeru (podsjetimo se da je kut vrha u informacijama danim ranije 60 stupnjeva). 85 podijeljeno s 14 = 6. Stoga dijelimo dimenzije dobivenim koeficijentom, ispada:

  1. Kut vrha je 60 stupnjeva.
  2. Promjer baze i duljina stranice – 91 cm.
  3. Promjer diska – 61 cm.
  4. Razmak između diska i stošca je 4 cm.

Gornja frekvencija nije nužno 500 MHz; rekli su da ta brojka ovisi o promjeru poprečnog presjeka konusa. Što je manji otvor za kabel, antena radi s višim frekvencijama. Dakle, pokazali su da ne možete vjerovati izračunima iz mreže sa 100% vjerojatnošću. Moguće je da su tu korištene neke dizajnerske inovacije s nepoznatim podacima, ali vjerojatnije je da su autori stožac smanjili na veličinu diska. Stoga neće raditi na nižim frekvencijama.

Možemo pogoditi kako se izračunava maksimalna radna frekvencija: četvrtina valne duljine jednaka je udaljenosti od točke na kojoj je jezgra pričvršćena na disk do reza stošca. Samo po analogiji. Provjerite činjenicu bez portala VashTechnik, tezu smatramo očitom.

Konusni oblik antene

Pažljivi čitatelji primijetit će da sve recenzije nemaju vršni kut od 60 stupnjeva. Zašto su teoretičari i iskusni praktičari odabrali ovaj parametar. Provedene su studije za kabel od 50 Ohma, koje su jasno pokazale da ovaj vršni kut daje najširi raspon, gdje SWR ne prelazi 2. U drugim slučajevima, u smjeru povećanja i smanjenja, različiti vrhovi i suženja pojasa su bili promatranom. Ispada da je kut od 60 stupnjeva na vrhu teoretski opravdan. Ako donja granica nije važna, povećajte je za 10 stupnjeva. SWR postaje prihvatljiviji bez promjene donjeg graničnog područja.

Što se tiče skeletnih oblika umjesto čvrstih stožaca i diskova, to značajno smanjuje težinu proizvoda i smanjuje opterećenje vjetrom. Zamislite goleme proizvode od čelika, osobito bakra! Težina je znatna.

Dakle, pokazano je da širokopojasna diskon antena ima manje pojačanje od vibratora. Istovremeno, dizajn nije toliko osjetljiv na dimenzionalna odstupanja i relativno je složen. Drugim riječima, možete sami napraviti diskon antenu, ali je teško. Ukratko:

  • Ključna je veličina stranice stošca, koja određuje izračun ostalih dimenzija.
  • Uzimamo da je vršni kut 60 stupnjeva za radio komunikaciju i WiFi.

Obećali su pokazati kako poboljšati diskon antenu. Molim! Disk se ne napaja izravno iz kabela, već kroz komad žice, koji čini segment linije s beskonačno visokim otporom pri prolasku kroz određenu graničnu frekvenciju. U središtu diska izrezana je rupa kroz koju se jezgra napaja dodatni disk, koji se nalazi iznad, zrači do zenita. Ovaj dizajn hvata gotovo svaku linearnu polarizaciju koja proizlazi iz okomite točke. Potreba je nepoznata autorima. Primjer je preuzet iz literature.

Osobitost diskon antena je u tome što je moguće napraviti gigantsku strukturu koja prima na svim frekvencijama. Glavna stvar je ispravno izvršiti vrh odgovoran za gornji raspon. Naravno, kako se približavate mikrovalnoj pećnici, zahtjevi za hrapavosti površine se povećavaju; svjetlosne zrake se, na primjer, odbijaju od ogledala. U tom svjetlu, razumljivo je zašto se pokazuje toliki interes za proizvode. Poluvalni vibrator daje dobro pojačanje, ali uređaj neće pružiti tako luksuznu traku. Domaća disk-stožasta antena pristojne veličine hvata gotovo sve! Iz svih smjerova. Preporučamo izradu diskone antene i opremanje strukture dobrim ulaznim filtrom.