Primer sklopa sprejemne opreme ADS-B. Kako deluje diskonska antena? Diskonska antena

Odločil sem se, da bom podrobneje preučil vprašanje delovanja diskone antene, da bi razumel, ali je to res izbira, ki jo potrebujem. In veste, to je res zanimiva antena, ki jo je mogoče razviti, da pridobi dober potencial. Morda bom šel po poti tistih, ki načrtujejo antene kompleksnega tipa. Toda tako zapleteno anteno bom namestil na dacha, v mestu mi bo ustrezala antena z manj zahtevami.

Torej, kakšne so značilnosti antene, ki me zanimajo:

Krožna vzorec sevanja,
širokopasovni dostop,
odpornost proti vetru,
nizka poraba materiala.

Prej sem napisal, da sem lahko izbiral med log-periodično in disk-stožčasto anteno. Svojo odločitev sem premislil in prišel do zaključka, da je za moje specifične naloge spremljanja radijskih oddaj primernejša diskon antena. In zaradi specifične lokacije dacha parcele, mi bo na dachi bolj priročno spremljati satelite NOAA in prehode na dolge razdalje v CB in desetmetrskem območju.

Torej, kaj je diskonska antena? Kot že ime pove, je disk-stožčasta antena sestavljena iz diska (sevalni element) in stožca (protiutež sevalnemu elementu). Analizo te antene bom začel s to klasično različico.

Ta zapletena oblika antene vodi do napačnega prepričanja, da ima diskonasta antena vodoravno polarizacijo. Pravzaprav je polarizacija te antene navpična. Antena je neskončno število anten v obliki črke V, ki so nagnjene proti obzorju (aktivni element je navzgor, protiutež pa navzdol). Če bi bil del diska en krak antene, drugi pa drugi, bi bila polarizacija vodoravna. V našem primeru je eno ramo nagnjeno vodoravno, drugo pa pod kotom od obzorja do tal. Rezultat je sevalni vzorec v obliki krofa.

Disk in stožec sta dobra, vendar ta oblika povzroča divje vetrove. Zato sta v komercialnem razvoju disk in stožec nadomeščena z žično strukturo. Ta pristop omogoča zmanjšanje vetrne obremenitve, znižanje stroškov proizvodnega procesa, zmanjšanje porabe materiala pri izdelavi antene in poenostavitev njene montaže. In prav po tej poti bom šel pri izdelavi svoje antene.

Z manipulacijo materialov in struktur diska in stožca se ustvarijo množice različnih disk-stožčastih anten. Ena najpogostejših diskonskih anten je železniška antena. Kot primer razmislite o anteni podjetja VIAM-RADIO. Ta antena je zasnovana za delo z lokomotivskimi radijskimi postajami v območju 151-156 MHz in 307-344 MHz. Zaradi visoke hitrosti in zahteve glede trdnostnih lastnosti je bila antena izdelana v obliki varjene konstrukcije z dodatnimi elementi, ki ojačujejo strukturo.

Lokomotivska antena AL/23 disk-konus

Obstajajo alternativni pristopi za povečanje pasovne širine. V razponih od stotin do tisoč megahercev ostajajo dimenzije diskastih stožčastih anten sprejemljive, vendar z zmanjšanjem frekvence postanejo dimenzije neprijetne tako za namestitev kot za konstrukcijske izračune. Ampak obstaja Alternativna možnost povečanje pasovne širine na približno 25 MHz. Da bi to naredili, je na disk (ali vodnike, ki ga nadomeščajo) priključen dodatni zatič, s čimer se poveča pasovna širina. Če pa le priključite pin, bo njegov vpliv poslabšal parametre in bi moral delovati samo na "svojem območju". Da bi to naredili, je zatič odrezan od diska z uporabo induktivnosti.

Toda ta možnost takoj spremeni anteno v veliko, poleg tega pa prenosa ni mogoče izvesti v dodatnem območju. Dodaten kos obsega je dodan samo za sprejem. Pravzaprav je takšna antena idealna za skenerje.

Takoj, ko izračunam potrebne dimenzije, jih objavim. Potem bom začel zbirati materiale za izdelavo te antene.

Lep pozdrav kolegom hobiistom! Tukaj je moja nastavitev:

Za povezavo sprejemnika z anteno sem se odločil uporabiti dobro satelitski kabel RG-6 Reeme. Za to je bilo več razlogov:

Nizke nazivne izgube pri 1000 MHz (približno 17 dB na 100 m - eden najboljših kazalnikov med koaksialnimi)
Poceni priključki (poleg tega so bili na voljo doma)
Na streho sem že imel napeljan kabel do satelitski krožnik, trenutno ni več v uporabi

Razlika v valovnih impedancah ni bila posebej zaskrbljujoča; izguba 4 % moči signala zaradi neujemanja ni nič v primerjavi z možnimi izgubami pri uporabi 50-ohmskega kabla z večjimi izgubami.

Ko sem se soočil z izbiro antene za svoj sprejemnik, sem se odločil za tri kandidate: 6-elementno, Super in diskokon. Vse antene so bile vnaprej ocenjene za 75 ohmov in so bile precej natančno izdelane. Po vrsti sem testiral Franklin, Super-J in discocon. Nenavadno je zmagala diskon antena.

Poskušal sem konfigurirati Franklin s premikom priključnih točk na četrtvalovnem kablu, vendar rezultati še vedno niso bili impresivni. Ista zgodba je s Super-J. Discone je deloval bolje. Tukaj so moja ugibanja o tem:

Franklin je simetrična antena; če nanjo preprosto povežete asimetrični daljnovod (koaksialni kabel), bo to popačilo njen smerni vzorec, kar bo seveda privedlo do zmanjšanja ojačanja. V idealnem primeru morate dodatno uporabiti napravo za uravnoteženje.
Teoretični izračun je dober, vendar v praksi morda ne bo dosežena potrebna koordinacija zaradi vpliva številnih dejavnikov, ki jih ni mogoče upoštevati pri izračunu.
Natančna izdelava. Če naredite anteno z milimetrsko natančnostjo, bo morda delovala normalno.

Tukaj je tisto, kar mi je bilo všeč pri disko stožcu:

Kompaktna velikost. Višina približno 80 mm, širina približno 70 mm
Širokopasovna povezava. Antena ne potrebuje nastavitve in začne delovati takoj po montaži.
Enostavnost izdelave. Stožec diska ni ključen za natančnost izdelave. Varno se lahko zmotite za +/- 5 mm velikosti (preverjeno s prakso). Seveda se ni treba zmotiti v centimetrih.

Risba z dimenzijami:

Debela pika na sredini diska označuje mesto, kjer je osrednji zatič F-konektorja spajkan na disk. Disk in podnožje sta izdelana iz enostranske folije PCB. Sestavni deli stožca so izdelani iz bakrene žice premera 2 milimetra. Baker je kositrjen, vendar to ni potrebno. Evo, kaj se je zgodilo:

Med poskusi se je izkazalo, da že rahlo povečanje dolžine kabla povzroči poslabšanje sprejema. Ker Antena mora biti nameščena na strehi in povezana s 40-metrskim kablom, ojačevalnik ni potreben. Kupil sem običajni satelitski ojačevalnik OPENMAX A04-20 pri 20 dB za 150 rubljev. Prav tako se je bilo treba prepričati, da je vhod sprejemnika v kratkem stiku DC. Kot rezultat se je rodila ta shema:

Za injektor: Varovalka ščiti napajalnik pred morebitnimi kratkimi stiki (če na primer pretrga kabel). Zaščitna dioda D1 ščiti vezje pred prenapetostmi strele (vidno v vezju satelitski sprejemnik). Ko je napetost nad 24 V, se prebije in povzroči kratek stik v tokokrogu. Kondenzator C2 je proti motnjam. Dušilka L1 - HF filter, navit na toroidno feritno jedro (10 ovojev žice PEL 1.0)

Za kratek stik vhoda enosmernega toka sprejemnika sem uporabil četrtvalovno kratkostično zanko iz kosa koaksialnega kabla. Shema se je izkazala za odlično. Med testiranjem zanka sploh ni vplivala na kakovost sprejema. Dolžina segmenta koaksialnega kabla je bila 45 mm (upoštevajoč faktor krajšanja in dolžino F-vtičnice v razdelilniku).

Sprejemnik je bil postavljen v drugo ohišje in pokrit s prozornim pleksi pokrovom. Lepše je in LED diode so dobro vidne. Splošni obrazec modeli:

Srečno radarsko opazovanje!

Stožec je izdelan v obliki roga iz bakrene pločevine ali kakšnega drugega materiala, ki ga je enostavno spajkati. Napajalni kabel je speljan znotraj konusa in njegova zunanja pletenica je spajkana na stožec, očiščen odsek notranjega jedra dolžine 100 mm pa je spajkan na kovinsko ploščo. Disk držimo v vodoravnem položaju z izolacijskimi nosilci.

Za vzpostavitev radijskih komunikacij na dolge razdalje v območju 144-146 MHz in še posebej pri 420-425 MHz je potrebno sevanje elektromagnetne energije koncentrirati v obliki ozkega žarka in ga usmeriti čim bližje obzorju. . Hkrati je potrebna tudi možnost vzpostavitve radijske komunikacije z dopisniki, ki se nahajajo v različnih smereh od radijske postaje s fiksno anteno. V tem primeru mora imeti antena vzorec sevanja v navpični ravnini v obliki podolgovate osmice in v vodoravni ravnini - v obliki kroga. Podoben diagram lahko dobimo z oblikovanjem bikonične antene (slika 2), ki je sestavljena iz dveh kovinskih stožcev, od katerih je eden povezan s srednjim jedrom kabla, drugi pa njegovo pletenico. Pomanjkljivost takšne antene je potreba po simetričnem vzbujanju.

Širokopasovna bikonična disk-stožčasta antena (slika 3), pri kateri disk igra vlogo zgornjega stožca, ne zahteva simetričnega vzbujanja. Tabela 1 prikazuje dimenzije diskastih stožčastih anten, zasnovanih za delovanje v amaterskih pasovih.

Tabela 1
	Mere, mm
Območje delovanja
pogostost MHz

Pri izbranih dimenzijah antene je priporočljivo delati v območju najnižjih delovnih frekvenc, saj se z naraščanjem delovne frekvence povečuje kot med smerjo največjega sevanja in horizontom. Anteno napaja kabel z karakteristično impedanco približno 60-70 ohmov brez ustreznih naprav. Disk je izoliran od stožca, ki ga je mogoče ozemljiti. Za delovanje v območju 38-40 MHz sta stožec in disk izdelana iz zatičev s premerom 3 - 5 mm (slika 4). Največja razdalja med zatiči ne sme presegati 0,05 L.

Literatura:

K. Rothhammel. Antene. Moskva "Energija". 1979
F. Burdeyny in drugi Imenik kratkih valov. Iz DOSAAF, Moskva. 1959

V primerjavi s koaksialno anteno ima ploščasto stožčasta antena tudi krožni diagram usmerjenostjo in enakim načinom napajanja, ima bistveno večjo pasovno širino. V primerjavi z običajnim dipolom je ojačanje te antene -3dB. To zmanjšanje ojačanja ne bi smelo biti presenetljivo, saj ima antena s stožčastim diskom pravilen vzorec sevanja v zelo veliki pasovni širini. Zasnova stožčaste antene, prikazana na sl. 11-40, pri navedenih dimenzijah in neposrednem napajanju preko koaksialnega kabla z karakteristično impedanco 60 Ohmov, ima prepustni pas od 85 do 500 MHz.

Slika 1

Slika 2

Tabela 1
	Mere, mm
Območje delovanja
pogostost MHz

Konusna antena je značilen oddajnik, ki daje ime prvemu delu kompleksnega imena izdelka, opremljenega z "ozemljitvijo" iz kovinske ojačitve ali preprosto stožca. V delnem območju bo zasnova omogočila linearno navpično polarizacijo, ko se val premika med diskom in stožcem. To je tisto, kar je potrebno za radijsko komunikacijo. Poleg tega bomo upoštevali modifikacijo, ki napravo spremeni v krožno polariziran oddajnik v smeri, ki je pravokotna na disk in nasproti legi tal. Bralci se bodo naučili, kako sami sestaviti diskon anteno.

Konusne antene

Pomembno! Vsesmerne diskonske antene se pogosto uporabljajo v HF pasu. Iz navedenega razloga se ne razlikujejo po očitni ojačanosti.

Tema današnjega pogovora je diskonska antena, ki jo naredite sami. Govori se, da je prvi patent, številka 2368663 (ZDA), prevzel A.G. Kandoian. Prednost naprave je širok razpon delovnih frekvenc. Seveda je dobiček slabši od dipola. Na območju je običajno možna povezava s kablom brez usklajevanja, poleg tega sama zasnova ni kritična za dimenzijsko natančnost. V decimetrskem območju morate vzeti trden stožec, na HF in metrskih valovih večina ljudi potrebuje skeletno obliko. Disk se degenerira v niz prevodnih žarkov z enim samim središčem. To zmanjša obremenitev vetra, pri dolgih valovih dimenzije stožca in diska pridobijo velikanske vrednosti. 6, 8 ali 12 palic.

Pozor! Disk in stožec se napajata v protifazi.

Osrednje jedro kabla je povezano z diskom določene velikosti. Vlogo zemlje igra snop kovinske ojačitve, če ni želje po izdelavi stožca z lastnimi rokami. Jasno je, da je vzorec sevanja popačen. Neravnine se pojavljajo v azimutni smeri. In sevalni vzorec tipične stožčaste antene spominja na torus (krof). Val nastane med diskom in stožcem. Domet je odvisen od razdalje. Na primer, predstavljamo zasnovo, navedeno na spletnem mestu http://elektronika.rukodelkino.com/stati/antenni/35-disko-konusnaya-antenna.html.

Pomen dela je že opisan, izvedba za frekvence 85 - 500 MHz:

Značilna impedanca naprave je 60 ohmov, pripravite se, da jo uskladite na kateri koli primeren način. Osrednje jedro je povezano s sredino diska od spodaj, stožec je kombiniran z zaslonom. Tako se izkaže nekaj podobnega odprtemu valovodu, kjer se valovanje širi in seva. Dobiček je minus 3 dB v primerjavi s polvalovnim dipolom. Spletni kalkulatorji Računanja ni, poiskali bomo primeren način. Analizirajmo lastno zasnovo. Menimo, da morata biti najmanjša in največja razdalja med diskom in stožcem v korelaciji z mejnimi valovnimi dolžinami območja. Najprej izračunamo dimenzije:

λmin = 299.792.458 / 500.000.000 = 60 cm.

λmax = 299.792.458 / 85.000.000 = 3,53 m.

Zanašamo se na dobljene vrednosti. Oboje delimo s štiri in poglejmo, kaj ostane. Imamo: 15 in 88,2 cm Vidimo, da velikosti niso vezane na nič. Glede na risbe in formule:

Zadnja dva parametra določata zgornjo mejno frekvenco antene, kot piše Neil, rezultate katerega dela smo zdaj uporabili, se diskon antena obnaša kot visokofrekvenčni filter. Obstaja določena mejna spodnja frekvenca, po kateri se izračuna stranica stožca, kjer je SWR 3. Pri prehodu čez mejo navzdol začne SWR hitro naraščati, zaradi česar je uporaba naprave nepraktična. V mejah delovanja se parameter postopoma zmanjša na 1,5. Vzemite dolžino stranice stožca malo več kot četrtino največja dolžina valovi. Naj dodamo, da premer diska ni odvisen od vršnega kota, ki se lahko razlikuje od 60 stopinj.

Primerjajmo številke z zgoraj navedenimi: iz izračunov je jasno, da je stranska stena enaka (!) Najmanjši valovni dolžini, kar ne ustreza knjigi. Da bi bili prepričani, pregledamo tabelo iz literature glede podobnosti, da bi dokončno potrdili ali razblinili dvome (lastniki strani so izračunali z napačnim parametrom).

Vidimo lahko, da se dimenzije anten linearno zmanjšujejo z naraščajočo frekvenco. Na primer, pri 14 MHz je skoraj dvakrat toliko kot pri 28 MHz. Zato bomo za 85 MHz našli potrebne parametre glede na razmerje (spomnimo se, da je vrhni kot v prej podanih informacijah 60 stopinj). 85 deljeno s 14 = 6. Zato delimo dimenzije z dobljenim koeficientom, izkaže se:

Kot vrha je 60 stopinj.
Premer baze in dolžina stranice – 91 cm.
Premer diska – 61 cm.
Razmak med diskom in stožcem je 4 cm.

Zgornja frekvenca ni nujno 500 MHz, rekli so, da je številka odvisna od premera stožca. Manjša kot je luknja za kabel, višje frekvence deluje antena. Tako so pokazali, da izračunom iz omrežja ne morete zaupati s 100% verjetnostjo. Možno je, da so bile tam uporabljene nekatere oblikovalske novosti z neznanimi podatki, vendar je bolj verjetno, da so avtorji stožec zmanjšali na velikost diska. Zato ne bo deloval pri nižjih frekvencah.

Lahko ugibamo, kako se izračuna največja delovna frekvenca: četrtina valovne dolžine je enaka razdalji od točke, kjer je jedro pritrjeno na disk, do reza stožca. Samo po analogiji. Preverite dejstvo brez portala VashTechnik, menimo, da je teza očitna.

Konusna oblika antene

Pozorni bralci bodo opazili, da vsi pregledi nimajo 60-stopinjskega vrhnega kota. Zakaj so teoretiki in izkušeni praktiki izbrali ta parameter. Študije so bile izvedene za 50 ohmski kabel, ki je jasno pokazal, da ta vrhni kot daje najširši razpon, kjer SWR ne presega 2. V drugih primerih so bili v smeri povečanja in zmanjšanja različni vrhovi in zožitve pasu opazili. Izkazalo se je, da je kot 60 stopinj pri vrhu teoretično upravičen. Če spodnja meja ni pomembna, povečajte za 10 stopinj. SWR postane bolj sprejemljiv brez spreminjanja spodnjega mejnega območja.

Kar zadeva skeletne oblike namesto trdnih stožcev in diskov, to bistveno zmanjša težo izdelka in zmanjša obremenitev vetra. Predstavljajte si ogromne izdelke iz jekla, zlasti bakra! Teža je precejšnja.

Tako je prikazano, da ima širokopasovna diskonska antena manjši dobiček kot vibrator. Hkrati pa zasnova ni tako občutljiva na dimenzijska odstopanja in je relativno kompleksna. Z drugimi besedami, izdelava diskone antene je možna, a težavna. Naj povzamemo:

Ključna je velikost stranice stožca, ki določa izračun ostalih dimenzij.
Za radijsko komunikacijo in WiFi vzamemo kot vrha 60 stopinj.

Obljubili so, da bodo pokazali, kako izboljšati diskon anteno. prosim! Disk se ne napaja direktno iz kabla, ampak preko kosa žice, ki tvori segment linije z neskončno visokim uporom pri prehodu skozi določeno mejno frekvenco. V sredini diska je izrezana luknja, skozi katero jedro napaja dodatni disk, ki se nahaja zgoraj, seva v zenit. Ta zasnova ujame skoraj vsako linearno polarizacijo, ki izhaja iz navpične točke. Potreba avtorjem ni znana. Primer je vzet iz literature.

Posebnost diskonskih anten je v tem, da je možno narediti velikansko strukturo, ki sprejema na vseh frekvencah. Glavna stvar je, da pravilno izvedete točko, ki je odgovorna za zgornji obseg. Seveda, ko se približate mikrovalovni pečici, se povečajo zahteve glede hrapavosti površine; svetlobni žarki se na primer odbijajo od ogledala. V tej luči je razumljivo takšno zanimanje za izdelke. Polvalovni vibrator zagotavlja dobro ojačanje, vendar naprava ne bo zagotovila tako razkošnega pasu. Dostojno velika doma narejena stožčasta antena ujame skoraj vse! Iz vseh smeri. Priporočamo izdelavo diskonske antene in opremljanje strukture z dobrim vhodnim filtrom.