Et eksempel på et sett med ADS-B mottaksutstyr. Hvordan fungerer en diskonantenne Discocone-antenne

Jeg bestemte meg for å studere mer dyptgående spørsmålet om hvordan en diskonantenne fungerer for å forstå om det virkelig er valget jeg trenger. Og du vet, dette er en veldig interessant antenne som kan utvikles for å oppnå godt potensial. Kanskje jeg vil følge veien til de som designer antenner av komplekse type. Men jeg vil installere en så kompleks antenne på hytten; i byen vil en antenne med færre krav passe meg.

Så, hva er egenskapene til antennen som interesserer meg:

Tidligere skrev jeg at jeg hadde et valg mellom en log-periodisk og en disk-cone antenne. Jeg tenkte på avgjørelsen min og kom til den konklusjonen at for mine spesifikke oppgaver med å overvåke radiosendinger, er en diskonantenne mer egnet. Og på grunn av den spesifikke plasseringen av dacha-plottet, vil det på dachaen være mer praktisk for meg å overvåke NOAA-satellitter og langdistansepasseringer i CB og ti-meters rekkevidde.

Så, hva er en diskonantenne? Som navnet antyder, består en platekjegleantenne av en skive (utstrålende element) og en kjegle (motvekt til det utstrålende elementet). Jeg starter analysen av denne antennen med denne klassiske versjonen.

Denne intrikate formen på antennen fører til misforståelsen om at en diskonantenne har horisontal polarisering. Faktisk er polarisasjonen til denne antennen vertikal. Antennen er et uendelig antall V-formede antenner som skråner mot horisonten (det aktive elementet er oppe og motvekten er nede). Hvis en del av disken var den ene armen av antennen og den andre den andre, ville polarisasjonen vært horisontal. I vårt tilfelle er den ene skulderen vippet horisontalt, og den andre i en vinkel fra horisonten til bakken. Resultatet er et smultringformet strålingsmønster.

Disk og kjegle er bra, men denne designen produserer vill vind. Derfor, i kommersiell utvikling, erstattes disken og kjeglen med en trådstruktur. Denne tilnærmingen gjør det mulig å redusere vindbelastningen, redusere kostnadene ved produksjonsprosessen, redusere materialforbruket ved antenneproduksjon og forenkle monteringen. Og dette er akkurat veien jeg vil følge når jeg lager antennen min.

Ved å manipulere materialene og strukturene til disken og kjeglen, skapes masser av forskjellige skivekjegleantenner. En av de vanligste diskoneantennene er jernbaneantennen. Som et eksempel, tenk på antennen fra VIAM-RADIO. Denne antennen er designet for å fungere med lokomotivradiostasjoner i området 151-156 MHz og 307-344 MHz. På grunn av høye hastigheter og kravene til styrkeegenskaper, ble antennen laget i form av en sveiset struktur med tilleggselementer som forsterker strukturen.


Lokomotivantenne AL/23 skivekonus

Det finnes alternative tilnærminger for å øke båndbredden. I området fra hundrevis til tusenvis av megahertz forblir dimensjonene til platekonusantenner akseptable, men etter hvert som frekvensen synker, blir dimensjonene upraktiske både for installasjon og for designberegninger. Men det er Alternativt alternativøke båndbredden til omtrent 25 MHz. For å gjøre dette kobles en ekstra pinne til disken (eller lederne som erstatter den), og øker dermed båndbredden. Men hvis du bare kobler til pinnen, vil dens innflytelse forverre parametrene, og den skal bare fungere på "sitt eget område". For å gjøre dette kuttes tappen fra disken ved hjelp av induktans.

Men dette alternativet gjør umiddelbart antennen til en stor, og i tillegg kan ikke overføring utføres i tilleggsområdet. En ekstra rekkevidde legges til kun for mottak. Egentlig er en slik antenne ideell for skannere.

Så snart jeg har beregnet dimensjonene jeg trenger, vil jeg publisere dem. Da skal jeg begynne å samle inn materialer for å bygge denne antennen.

Hilsen andre hobbyfolk! Her er mitt oppsett:

For å koble mottakeren til antennen bestemte jeg meg for å bruke en god satellitt kabel RG-6 Reeme. Det var flere grunner til dette:

  1. Lavt tap ved 1000 MHz (ca. 17 dB ved 100 m - en av de beste indikatorene blant koaksialer)
  2. Billige koblinger (dessuten var de tilgjengelige hjemme)
  3. Jeg hadde allerede lagt en kabel på taket til parabolantenne, er den ikke lenger i bruk

Forskjellen i bølgeimpedanser var ikke spesielt bekymringsfull; tapet på 4 % av signaleffekten på grunn av mismatch er ingenting sammenlignet med de mulige tapene ved å bruke en 50-ohm kabel med høyere tap.

Da jeg sto overfor valget av antenne for mottakeren min, bestemte jeg meg for tre kandidater: 6-element, Super og diskokon. Alle antennene var forhåndsklassifisert for 75 ohm og var ganske nøyaktig produsert. Jeg testet Franklin, Super-J og discocon etter tur. Merkelig nok vant diskonantennen.

Jeg prøvde å konfigurere Franklin ved å flytte tilkoblingspunktene på kvartbølgekabelen, men resultatene var fortsatt ikke imponerende. Det er den samme historien med Super-J. Discone fungerte bedre. Her er mine gjetninger om dette:

  1. Franklin er en symmetrisk antenne; hvis du bare kobler en asymmetrisk kraftledning (koaksialkabel) til den, vil dette forvrenge retningsmønsteret, noe som naturlig vil føre til en reduksjon i forsterkningen. Ideelt sett må du i tillegg bruke en balanseringsenhet.
  2. Teoretisk beregning er bra, men i praksis kan den nødvendige koordineringen ikke oppnås på grunn av påvirkning fra mange faktorer som ikke kan tas med i beregningen
  3. Presisjonsproduksjon. Hvis du lager en antenne med millimeterpresisjon, vil den kanskje fungere normalt.

Her er det jeg likte med discokjeglen:

  1. Kompakt størrelse. Høyde ca 80 mm, bredde ca 70 mm
  2. Bredbånd. Antennen krever ikke justering og begynner å fungere umiddelbart etter montering.
  3. Enkel produksjon. Skivekjeglen er ikke kritisk for produksjonsnøyaktighet. Du kan trygt gjøre en feil på +/- 5 mm i størrelse (testet av praksis). Selvfølgelig er det ikke nødvendig å gjøre feil i centimeter.

Tegning med dimensjoner:

Den tykke prikken i midten av disken indikerer stedet der den sentrale pinnen til F-kontakten er loddet til disken. Skiven og basen er laget av ensidig folie-PCB. Kjeglens komponenter er laget av kobbertråd med en diameter på 2 millimeter. Kobber er fortinnet, men dette er ikke nødvendig. Her er hva som skjedde:

Under forsøkene viste det seg at selv en liten økning i kabellengden fører til en forringelse av mottaket. Fordi Antennen må monteres på taket og kobles til med en 40 meter lang kabel; forsterker er ikke nødvendig. Jeg kjøpte en vanlig satellittforsterker OPENMAX A04-20 på 20 dB for 150 rubler. Det var også nødvendig å sørge for at mottakerinngangen ble kortsluttet DC. Som et resultat ble denne ordningen født:

For injektoren: Sikringen beskytter strømforsyningen mot mulige kortslutninger (for eksempel hvis kabelen ryker). Beskyttelsesdiode D1 beskytter kretsen mot lynoverspenninger (sett i kretsen satellitt-tuner). Når spenningen er over 24 V bryter den gjennom og kortslutter kretsen. Kondensator C2 er anti-interferens. Choke L1 - HF-filter, viklet på en toroidformet ferrittkjerne (10 omdreininger med PEL 1.0-tråd)

For å kortslutte mottakerens DC-inngang brukte jeg en kvartbølge kortsluttet sløyfe fra et stykke koaksialkabel. Ordningen har vist seg å være utmerket. Under testing påvirket ikke sløyfen mottakskvaliteten i det hele tatt. Lengden på koaksialkabelsegmentet var 45 mm (tar hensyn til forkortningsfaktoren og lengden på F-kontakten i splitteren).

Mottakeren ble plassert i en annen kasse og dekket med et gjennomsiktig plexi-deksel. Det er vakrere og LED-ene er godt synlige. Generell form design:

God radarspotting!

Kjeglen er laget i form av et horn fra et ark av kobber eller et annet materiale som er lett å lodde. Strømkabelen føres inne i kjeglen og dens ytre flette loddes til kjeglen, og en rengjort del av den indre kjernen på 100 mm er loddet til en metallskive. Skiven holdes i horisontal posisjon ved hjelp av isolerende støtter.

For å etablere langdistanse radiokommunikasjon i området 144-146 MHz og spesielt ved 420-425 MHz, er det nødvendig å konsentrere strålingen av elektromagnetisk energi i form av en smal stråle og rette den så nær horisonten som mulig . Samtidig er det også nødvendig å kunne etablere radiokommunikasjon med korrespondenter plassert i forskjellige retninger fra radiostasjonen med fast antenne. For dette tilfellet må antennen ha et strålingsmønster i vertikalplanet i form av en langstrakt åttefigur, og i horisontalplanet - i form av en sirkel. Et lignende diagram kan oppnås ved å designe en bikonisk antenne (fig. 2), som består av to metallkjegler, hvorav den ene er koblet til den midtre kjernen av kabelen, og til den andre dens flette. Ulempen med en slik antenne er behovet for symmetrisk eksitasjon.

En bredbånds bikonisk platekjegleantenne (fig. 3), der skiven spiller rollen som den øvre kjeglen, krever ikke symmetrisk eksitasjon. Tabell 1 viser dimensjonene til platekonusantenner designet for drift i amatørbåndene.

Tabell 1

Mål, mm

Driftsområde

Frekvens MHz

Med de valgte antennedimensjonene er det tilrådelig å utføre arbeid i området med de laveste driftsfrekvensene, siden når driftsfrekvensen øker, øker vinkelen mellom retningen for maksimal stråling og horisonten. Antennen drives av en kabel med en karakteristisk impedans på ca 60-70 ohm uten matchende enheter. Disken er isolert fra kjeglen, som kan jordes. For å operere i området 38-40 MHz, er kjeglen og disken laget av pinner med en diameter på 3 - 5 mm (fig. 4). Maksimal avstand mellom pinner bør ikke overstige 0,05L.

Litteratur:

  1. K. Rothhammel. Antenner. Moskva "Energi". 1979
  2. F. Burdeyny og andre Kortbølgekatalog. Fra DOSAAF, Moskva. 1959

Sammenlignet med den koaksiale antennen, disk-kjegleantennen, mens den også har Kake diagram retningsbestemt og samme metode for strømforsyning, har en betydelig større båndbredde. Sammenlignet med en konvensjonell dipol er forsterkningen til denne antennen -3dB. Denne reduksjonen i forsterkning burde ikke være overraskende siden platekonusantennen har et korrekt strålingsmønster over en veldig stor båndbredde. Utformingen av platekonusantennen vist i fig. 11-40, med forbehold om spesifiserte dimensjoner og direkte strømforsyning via en koaksialkabel med en karakteristisk impedans på 60 Ohm, har et passbånd fra 85 til 500 MHz.

Figur 1

Kjeglen er laget i form av et horn fra et ark av kobber eller et annet materiale som er lett å lodde. Strømkabelen føres inne i kjeglen og dens ytre flette loddes til kjeglen, og en rengjort del av den indre kjernen på 100 mm er loddet til en metallskive. Skiven holdes i horisontal posisjon ved hjelp av isolerende støtter.

For å etablere langdistanse radiokommunikasjon i området 144-146 MHz og spesielt ved 420-425 MHz, er det nødvendig å konsentrere strålingen av elektromagnetisk energi i form av en smal stråle og rette den så nær horisonten som mulig . Samtidig er det også nødvendig å kunne etablere radiokommunikasjon med korrespondenter plassert i forskjellige retninger fra radiostasjonen med fast antenne. For dette tilfellet må antennen ha et strålingsmønster i vertikalplanet i form av en langstrakt åttefigur, og i horisontalplanet - i form av en sirkel. Et lignende diagram kan oppnås ved å designe en bikonisk antenne (fig. 2), som består av to metallkjegler, hvorav den ene er koblet til den midtre kjernen av kabelen, og til den andre dens flette. Ulempen med en slik antenne er behovet for symmetrisk eksitasjon.


Fig.2

En bredbånds bikonisk platekjegleantenne (fig. 3), der skiven spiller rollen som den øvre kjeglen, krever ikke symmetrisk eksitasjon. Tabell 1 viser dimensjonene til platekonusantenner designet for drift i amatørbåndene.

Tabell 1

Mål, mm

Driftsområde

Frekvens MHz

Med de valgte antennedimensjonene er det tilrådelig å utføre arbeid i området med de laveste driftsfrekvensene, siden når driftsfrekvensen øker, øker vinkelen mellom retningen for maksimal stråling og horisonten. Antennen drives av en kabel med en karakteristisk impedans på ca 60-70 ohm uten matchende enheter. Disken er isolert fra kjeglen, som kan jordes. For å operere i området 38-40 MHz, er kjeglen og disken laget av pinner med en diameter på 3 - 5 mm (fig. 4). Maksimal avstand mellom pinner bør ikke overstige 0,05L.

En disk-kjegleantenne er en karakteristisk emitter, som gir navnet til den første delen av det komplekse navnet på produktet, utstyrt med en "jord" laget av metallforsterkning eller bare en kjegle. I det delvise området vil designet tillate at lineær vertikal polarisering oppnås når bølgen beveger seg mellom skiven og kjeglen. Det er dette som trengs for radiokommunikasjon. I tillegg vil vi vurdere en modifikasjon som gjør enheten til en sirkulært polarisert emitter i retningen vinkelrett på disken og motsatt av bakkens plassering. Leserne vil lære hvordan de monterer en diskonantenne selv.

Disc-cone antenner

Viktig! Omnidireksjonelle diskonantenner brukes ofte i HF-båndet. De er ikke forskjellige i åpenbar forsterkning av den angitte grunnen.

Temaet for dagens samtale er en gjør-det-selv diskonantenne. Ryktene sier at det første patentet, nummer 2368663 (USA), ble tatt av A.G. Kandoian. Fordelen med enheten er dens brede spekter av driftsfrekvenser. Selvfølgelig er forsterkningen dårligere enn dipolen. På området er det vanligvis mulig å koble til kabelen uten koordinering, pluss at selve designet ikke er kritisk for dimensjonsnøyaktighet. I desimeterområdet må du ta en solid kjegle, på HF- og meterbølger trenger de fleste en skjelettform. Disken degenererer til et sett med lederstråler med et enkelt senter. Dette reduserer vindbelastningen, ved lange bølger får dimensjonene til kjeglen og skiven gigantiske verdier. 6, 8 eller 12 stenger.

Merk følgende! Disken og kjeglen drives i motfase.

Den sentrale kjernen av kabelen er koblet til en disk av en viss størrelse. Jordens rolle spilles av en bunt metallforsterkning, hvis det ikke er noe ønske om å lage en kjegle med egne hender. Det er tydelig at strålingsmønsteret er forvrengt. Ujevnheter oppstår i asimutretningen. Og strålingsmønsteret til en typisk diskkjegleantenne ligner en torus (smultring). Bølgen oppstår mellom skiven og kjeglen. Rekkevidde avhenger av avstand. For eksempel presenterer vi designet angitt på nettstedet http://elektronika.rukodelkino.com/stati/antenni/35-disko-konusnaya-antenna.html.

Betydningen av arbeidet er allerede beskrevet, implementering for frekvenser 85 - 500 MHz:


Den karakteristiske impedansen til enheten er 60 Ohm, gjør deg klar til å matche den på en praktisk måte. Den sentrale kjernen er koblet til midten av skiven nedenfra, kjeglen er kombinert med skjermen. Dermed viser det seg noe som en åpen bølgeleder, hvor bølgen forplanter seg og utstråles. Forsterkningen er minus 3 dB sammenlignet med en halvbølgedipol. Online kalkulatorer Det er ingen beregning, vi vil finne en passende metode. La oss analysere vårt eget design. Vi mener at minimums- og maksimumsavstandene mellom skiven og kjeglen bør korrelere med grensebølgelengdene til området. Først, la oss beregne dimensjonene:

λmin = 299.792.458 / 500.000.000 = 60 cm.

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

Vi stoler på de oppnådde verdiene. La oss dele begge på fire og se hva som er igjen. Vi har: 15 og 88,2 cm Vi ser at størrelsene ikke er bundet til noe. I henhold til tegningene og formlene:


De to siste parameterne bestemmer den øvre grensefrekvensen til antennen, som Neil skriver, resultatene av arbeidet vi nå har brukt, oppfører en diskonantenne seg som et høypassfilter. Det er en viss begrensende lavere frekvens, som siden av kjeglen beregnes med, der SWR er 3. Når man går gjennom grensen nedover, begynner SWR å vokse raskt, noe som gjør bruken av enheten upraktisk. Innenfor driftsgrensene synker parameteren gradvis til 1,5. Ta lengden på siden av kjeglen litt mer enn en fjerdedel maksimal lengde bølger. La oss legge til at diameteren på skiven ikke avhenger av toppvinkelen, som kan avvike fra 60 grader.

La oss sammenligne tallene med de som er angitt ovenfor: fra beregningene er det klart at sideveggen er tatt lik (!) med minimumsbølgelengden, som ikke samsvarer med boken. For å være sikker undersøker vi tabellen fra litteraturen for likheter for til slutt å bekrefte eller fjerne tvil (nettstedseierne beregnet med feil parameter).

Det kan sees at antennedimensjonene avtar lineært med økende frekvens. For eksempel, ved 14 MHz er det nesten dobbelt så mye som ved 28 MHz. Derfor vil vi for 85 MHz finne de nødvendige parametrene etter proporsjon (husk at toppunktsvinkelen i informasjonen gitt tidligere er 60 grader). 85 delt på 14 = 6. Derfor deler vi dimensjonene med den resulterende koeffisienten, viser det seg:

  1. Toppvinkelen er 60 grader.
  2. Basediameter og sidelengde – 91 cm.
  3. Skivediameter – 61 cm.
  4. Avstanden mellom skiven og kjeglen er 4 cm.

Den øvre frekvensen er ikke nødvendigvis 500 MHz; de sa at tallet avhenger av kjeglens tverrsnittsdiameter. Jo mindre hull for kabelen er, jo høyere frekvenser opererer antennen med. Så de viste at du ikke kan stole på beregninger fra nettverket med 100% sannsynlighet. Det er mulig at noen designinnovasjoner med ukjente data ble brukt der, men mer sannsynlig kuttet forfatterne kjeglen ned til størrelsen på en disk. Derfor vil den ikke fungere ved lavere frekvenser.

Vi kan gjette hvordan den maksimale driftsfrekvensen beregnes: en fjerdedel av bølgelengden er lik avstanden fra punktet der kjernen er festet til skiven til kjeglens snitt. Bare ved analogi. Sjekk faktum uten VashTechnik-portalen, vi anser avhandlingen som åpenbar.

Antenneform med skivekjegle

Oppmerksomme lesere vil ha lagt merke til at ikke alle anmeldelser har en 60-graders toppvinkel. Hvorfor denne parameteren ble valgt av teoretikere og erfarne praktikere. Det ble utført studier for en 50 Ohm kabel, som tydelig viste at denne apex-vinkelen gir det bredeste området, hvor SWR ikke overstiger 2. I andre tilfeller, i retning av økning og reduksjon, ble ulike topper og innsnevringer av båndet utført. observert. Det viser seg at vinkelen på 60 grader på toppen er teoretisk begrunnet. Hvis den nedre grensen ikke er viktig, øk med 10 grader. SWR blir mer akseptabelt uten å endre det nedre grenseområdet.

Når det gjelder skjelettformer i stedet for solide kjegler og skiver, reduserer dette vekten av produktet betydelig og reduserer vindbelastningen. Se for deg enorme produkter laget av stål, spesielt kobber! Vekten er betydelig.

Så det er vist at en bredbåndsdiskonantenne viser en forsterkning mindre enn for en vibrator. Samtidig er designet ikke så følsomt for dimensjonsavvik og er relativt komplekst. Med andre ord, å lage en diskonantenne selv er mulig, men vanskelig. La oss oppsummere:

  • Nøkkelen er størrelsen på siden av kjeglen, som bestemmer beregningen av andre dimensjoner.
  • Vi tar apex-vinkelen til å være 60 grader for radiokommunikasjon og WiFi.

De lovet å vise hvordan man kan forbedre diskonantennen. Vær så snill! Disken drives ikke direkte fra kabelen, men gjennom et stykke ledning, som utgjør et linjesegment med uendelig høy motstand når den passerer gjennom en viss grensefrekvens. Et hull kuttes i midten av skiven som kjernen forsyner seg gjennom ekstra disk, plassert over, utstråler til senit. Denne designen fanger opp nesten all lineær polarisering som kommer fra et vertikalt punkt. Behovet er ukjent for forfatterne. Eksemplet er hentet fra litteraturen.

Det særegne med diskoneantenner er at det er mulig å lage en gigantisk struktur som mottar på alle frekvenser. Det viktigste er å utføre toppunktet som er ansvarlig for det øvre området riktig. Selvfølgelig, når du nærmer deg mikrobølgeovnen, øker kravene til overflateruhet, for eksempel lysstråler reflekteres fra et speil. I dette lyset er det forståelig hvorfor det vises en slik interesse for produktene. En halvbølgevibrator gir god forsterkning, men enheten vil ikke gi et så luksuriøst bånd. En anstendig størrelse hjemmelaget plate-kjegleantenne fanger nesten alt! Fra alle retninger. Vi anbefaler å lage en diskoneantenne og utstyre strukturen med et godt inngangsfilter.