Метод для настройки и фазировки УКВ и КВ антенн

Автор: В.М. Денисов, RA6LM, г. Азов

Все статьи на CQHAM.RU
Все статьи категории "В помощь радиолюбителю"

Суть метода заключается в том, что в поле излучения вибраторов передающей антенны помещаются две так называемые измерительные антенны, коаксиальные кабели, с которых включены на вход фазового детектора, который в зависимости от фаз формирует на выходе нуль при равных фазах или «плюс» или «минус» в зависимости от соотношения фаз в антеннах (ант1 или ант2 на чертеже).

 

Этот метод универсален для настройки большинства антенн, в частности, я настроил широко распространенную среди радиолюбителей коллинеарную антенну типа F-23, которая имеет в своей конструкции фазосдвигающие катушки, назначение которых создать условия для каждого излучателя антенны такие, чтобы каждый из них излучал сигналы в пространство в одинаковой фазе.

Для пояснения значение фаз в точке А для излучателя 1 определяется реактивными элементами L1 и C1. Значение фазы в точке В определяется геометрической длиной излучателя 1 и индуктивностью L2.

Математически это выглядит так: при длине волны 2 м (145 МГц), т.е. через каждые 2 метра фаза будет изменяться на 360о, то через 1 метр она изменится на 180 о, а через 1,3 м (длина излучателя 1) фаза задержится на 180о * 1,3 = 234о. Следовательно в катушке L2 она должна задержаться на 360о – 234о = 126о.

Как видно из примера длины излучателей и индуктивности фазосдвигающих катушек влияют на фазы, которые будут излучать 1й, 2й и 3й излучатели, рассматриваемой антенны.

Только при таком условии антенна будет иметь максимальное усиление, а приемные сигналы, принимаемые каждым полотном данной антенны будут алгебраически складываться в нагрузке без потерь.

Если возникнет необходимость изготовить однонаправленную систему сфазированных антенн, то прибором можно измерить фазы излучения как отдельных антенн, так и системы сфазированных излучателей двух и более, т.е. результирующее излучение фаз в пространстве всей системы.

Я непрерывно думал, где зарыта причина некачественной работы (плохое подавление вперед-назад) сфазированных 4-х антенн две по 5/8 λ, расположенных в углах прямоугольника со сторонами 0,25 λ и 0,5 λ и запитанных две антенны по большой стороне фазами со сдвигом в 90о, а две задние – фазами со сдвигом ноль градусов.

Как «увидеть» в пространстве их фазировку, пришла мысль через год после изготовления вышеуказанных антенн. В разработке принципиальной схемы приборамне помогло еще то, что несколько лет назад я разработал схему и изготовил прибор для измерения магнитного поля Земли, где на частоте 16 КГц на фазовом детекторе сравниваются 2 частоты 16 КГц одна с феррорезонансного датчика, а другая с кварцевого генератора. В приборе фазовый детектор собран на полевом транзисторе КП 307.

Это послужило началом проведения эксперимента. Когда к фазовому детектору я подключил два генератора Г4-116 и Г4-107 на частоте 145 МГц и сводя их на одну частоту, вылавливая ноль показаний прибора, то ничего я не увидел. Как будто сходятся фазы, но ноль пробегает. Тогда я догадался, что у них нестабильные фазы. Только, когда я подал сигнал с антенны портативной радиостанции FT-51 минимальной мощности 0,5 Вт с расстояния нескольких метров, я четко увидел работу фазового детектора. Прибор показывал нуль, когда антенна радиостанции была посредине 2-х приемных антенн и отклонялась влево или вправо, если антенну переносит в пространство влево и вправо. Получилась некоторая следящая система.

Теперь перейдем к рассмотрению схемы. Измерительные антенны диполя, укороченные примерно на 50%. Чтобы не резонировали и не захватывали зону излучения соседнего вибратора кабели L1 и L2 РК-50 или РК-75 любого типа диаметром 2-3 мм строго одинаковой длины по 2-3 м, такой длины хватает для проведения любых измерений.

 

Транзистор КП 307Г, схема работает на частотах до 500 МГц. Операционный усилитель на микросхеме LM358, можно NE5532 или TL-072.

Измерительный прибор на 50-200 мкА со средней точкой любого типа и размера. Батареи «крона» для положительного и отрицательного напряжения, при токе потребления 5 мА емкости хватит на несколько лет измерений.

Как работать с прибором. Подключить две измерительные антенны, отбалансировать на «нуль» прибор. Установить R8 среднее усиление. Закрепить на изолированной штанге измерительные антенны с расстоянием между центрами антенн примерно 1,2 метра. Передающую коллинеарную антенну можно уложить на любых подпорках горизонтально к земле на высоте около 2-х метров (или вертикально, но неудобно работать со штангой на высоте). Подать сигнал по кабелю РК-50 в антенну с радиостанции портативной или стационарной мощностью около 0,5-1 ватт. Поднести штангу с измерительными антеннами в зону излучения 1-го и 2-го полотна коллинеарной антенны на расстоянии 1-2 метра, то если прибор покажет «нуль» при параллельном расположении штанги, а если одну из измерительных антенн надо приближать или удалять наклоном, то имеет место расфазировка сигналов.

Если одну антенну надо приближать, то индуктивность фазосдвигающей катушки надо увеличить, а если удалять, то индуктивность уменьшить. Надо иметь ввиду, что длины полотен антенн также влияют на фазы излучения антенны. Практически, если разность расстояний от полотен в 50 см, то фазы сдвинуты примерно на 90о. Поэтому, расстоянием в несколько сантиметров (1-5 см) можно пренебречь. Так поступить со 2-м и 3-м полотном антенны. Чтобы измерить фазы излучения двух коллинеарных антенн, то их обе уложить на подставки горизонтально к земле на высоте 2 метра, а разъемы питания расположить рядом. Подать высокочастотный сигнал на частоте 145 МГц с делителя мощности на обе антенны по одинаковым отрезкам кабеля, то если измерительные антенны, поднесенные к нижним секциям обеих антенн прибор устанавливается на нуль, то исходные фазы двух антенн одинаковые. Все конденсаторы и резисторы на печатной плате габарита 0805 СМ Д типа.

Рисунки к печатной плате выполнены в программе Sprint Lajout 50. Схему можно собрать и навесным монтажом, из любых деталей.

Таким образом мне удалось легко сфазировать 4 самодельных антенны, каждая из которых 3 по 5/8 и подстроить фазы фирменной антенны, у которой верхний, т.е. третий элемент был расфазирован примерно на 60о.

Этот метод позволяет просмотреть сфазированность любых многоэлементных антенн как УКВ, так и КВ до 500 МГц.

 

В.М. Денисов, RA6LM, г. Азов


Просмотрено: 3190 раз(а) Обновлено 07.01.2018 в 19:44
Автор - В.М. Денисов, RA6LM, г. Азов
Обсуждение этой статьи
...


Все статьи на CQHAM.RU
Экспорт статей с сервера CQHAM.RU

     << Назад