интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''

Антенна двойной квадрат своими руками. Двойной квадрат антенна


2-25. Антенна «двойной квадрат» | RadioUniverse

Направленная антенна «двойной квадрат» впервые была описана в литературе в 1948 г. и с тех пор продолжает привлекать к себе внимание со стороны радиолюбителей.

Антенна «двойной квадрат» (рис. 2-56), имеющая оптимальные размеры, обеспечивает коэффициент усиления по отношению к обычному вибратору 8 дб, что соответствует усилению, даваемому трехэлементной антенной «волновой канал». С практической точки зрения антенна «двойной квадрат» даже превосходит трехэлементную антенну «волновой канал», так как имеет большую направленность в вертикальной плоскости и пологий угол вертикального излучения, что особенно важно при установлении дальних связей. Антенна «двойной квадрат» обычно изготовляется из тонкого медного провода или, лучше, из антенного канатика и не требует дорогостоящих металлических трубчатых конструкций. Несколько сложнее изготовление несущей конструкции антенны.

На рис. 2-56 изображена схема антенны «двойной квадрат» в двух видах, в которых она обычно выполняется. Основным элементом является вибратор в виде проволочного квадрата с длиной стороны λ/4 и общей длиной 1λ. На расстоянии А от 0,1λ до 0,2λ помещается второй такой же квадрат, снабженный дополнительным четвертьволновым шлейфом, благодаря которому этот элемент антенны действует как рефлектор. Элементы антенны располагаются или вертикально (рис. 2-56, а), или же на одной из сторон квадрата (рис. 2-56, б). Не изменяя конструкции антенны, перенося точку питания, можно добиваться вертикальной или горизонтальной поляризации поля. Обе антенны (рис. 2-56) имеют горизонтальную поляризацию поля.

Антенна «двойной квадрат» излучает в одном направлении, т. е. обратное излучение сильно ослаблено. Направление основного излучения перпендикулярно плоскости антенны и направлено в сторону от рефлектора к вибратору. Максимальное усиление антенны, как указывают многие авторы, при расположении рефлектора на расстоянии 0,2λ от вибратора лежит в пределах от 10 до 11 дб (измерения, проведенные радиолюбителем G4ZU, при указанных размерах дали величину коэффициента усиления, равную 8 дб).

Входное сопротивление собственно вибратора лежит в пределах от 110 до 120 ом. При подключении пассивных элементов (рефлекторов или директоров) входное сопротивление в зависимости от расстояния до пассивного элемента уменьшается до 45—75 ом. Таблица 2-12 содержит значения входных сопротивлений и коэффициентов усиления различных видов антенн «двойной квадрат». Приведенные данные получены радиолюбителем W5DQV.

Таблица 2-12. Виды антенн Входное сопротивление, ом Коэффициент усиления, дб
Собственно вибратор 110 2
Вибратор с рефлектором (расстояние 0,2λ) 75 10
Вибратор с рефлектором (расстояние 0,15λ) 65 8
Вибратор с рефлектором (расстояние 0,1λ) 54 8
Вибратор с директором (расстояние 0,2λ) 50 5

Получаемые входные сопротивления антенны позволяют использовать для ее питания обычный коаксиальный кабель, что, как правило, и делается. Следует помнить, что при отсутствии симметрирующего устройства диаграмма направленности антенны несколько косит. На этот недостаток, однако, не обращают внимания, так как величина коэффициента усиления от этого не меняется, а только несколько ухудшается диаграмма направленности. Для того чтобы понять, как действует антенна «двойной квадрат», необходимо рассмотреть распределение тока по длине вибратора. На рис. 2-57 показано четыре примера распределения тока по длине элемента антенны «двойной квадрат»; направление тока обозначено стрелками. В точках питания А действуют те же соотношения, что и в случае полуволнового вибратора; вибратор питается в пучности тока, и обе половины его возбуждаются синфазно (стрелки, указывающие направление тока, имеют одинаковое направление). Во внешних точках В и D расположены узлы тока, и в них происходит изменение направления тока (см. указатели тока). При рассмотрении квадрата, изображенного на рис. 2-57, а и б, видно, что стороны А и С возбуждаются синфазно, а стороны В и D — в противофазе. Таким образом, поляризация электрического поля в направлении перпендикуляра к плоскости антенны горизонтальная, так как горизонтальные стороны квадрата возбуждаются синфазно. На рис. 2-57, б питание производится со стороны вертикального элемента квадрата и обе вертикальные стороны квадрата возбуждаются синфазно, а горизонтальные стороны — в противофазе; следовательно, в данном случае поляризация поля вертикальная. При питании антенны «двойной квадрат» в отношении поляризации поля справедливо следующее правило: если питание антенны производится со стороны горизонтального элемента, то поляризация поля горизонтальная, если питание антенны производится со стороны вертикального элемента, то поляризация поля вертикальная.

Рассуждения о поляризации поля становятся несколько менее наглядными при рассмотрении квадрата, стоящего на одной из своих вершин (рис. 2-57, в и г). Если обозначить направления токов, как показано на рис. 2-58, то становится ясным, что и в этом случае поляризация поля квадрата, стоящего на одной из его вершин, определяется вполне однозначно. Из рис. 2-58 видно, что поля от горизонтальных составляющих тока от всех четырех сторон складываются в фазе, а от вертикальных составляющих находятся в противофазе. Отсюда следует, что поле излучения квадрата в этом случае имеет горизонтальную поляризацию. При питании в точках В или D поляризация поля вертикальная. В середине стороны квадрата, находящейся против точки питания, имеется узел напряжения, и поэтому эта точка может быть заземлена. На рис. 2-59 показано несколько вариантов питания квадрата с заземлением узла напряжения в случае горизонтальной и вертикальной поляризации. С теоретической точки зрения совершенно безразлично, в какой точке подключать линию питания — к точке А или С в случае горизонтальной поляризации или к точке В или D в случае вертикальной поляризации. Место подключения линии питания на практике определяется из конструктивных соображений. В диапазоне УКВ обычно используют полностью металлические конструкции, для чего точки A и С заземляют (рис. 2-60, а и б).

Излучатель антенны «двойной квадрат» можно рассматривать как параллельное включение двух полуволновых вибраторов, расположенных на расстоянии λ/4. Отсюда следует, что «двойной квадрат» имеет ярко выраженную направленность в вертикальной плоскости (пологий вертикальный угол излучения).

На практике стремятся так выбрать общую Длину питаемого элемента антенны, чтобы он без дополнительных корректировок был бы настроен на рабочую частоту. В первых публикациях конструкции антенны «двойной квадрат» общая длина проводников питаемого элемента составляла 0,97λ, т. е. учитывался коэффициент укорочения. В последнее время ряд авторов указывает, что резонанс антенны наступает при общей длине излучателя 1,00λ — 1,02λ. Этот факт объясняется тем, что в случае излучателя в виде квадрата не проявляется укорачивающее действие емкостного краевого эффекта, который имеет место на открытых концах прямого вибратора. Для вычисления резонансной длины излучателя антенны «двойной квадрат» в коротковолновом диапазоне справедлива следующая приближенная формула: $$l[м]=\frac{302}{f[Мгц]}.$$

Для дополнительных корректировок длины излучателя можно воспользоваться следующим приемом: общая длина проводника выбирается несколько меньше требуемой и по обе стороны от точек питания включаются изоляторы, которые перекрываются короткозамкнутыми шлейфами, как показано на рис. 2-61, а. Уменьшая или удлиняя шлейфы, добиваются точной настройки излучателя. На рис. 2-60, б изображен этот же способ настройки излучателя, но использующий только один изолятор и один шлейф. Сказанное выше, разумеется, справедливо и по отношению к квадрату, расположенному на одной из своих вершин.

На расстоянии 0,2λ, располагается рефлектор. Это расстояние выбрано в результате практических экспериментов; отклонение от него в обе стороны приводит к уменьшению коэффициента усиления антенны и изменению входного сопротивления. Настройка рефлектора может производиться или по максимальному излучению в прямом направлении, или по минимальному излучению в обратном направлении. Следует отметить, что эти настройки не совпадают. Обычно радиолюбители настраивают рефлектор на наибольший коэффициент усиления в прямом направлении. По сравнению с настройкой на максимальный коэффициент усиления в прямом направлении настройка на максимальное обратное ослабление значительно более критична и более резко выражена, поэтому ее следует проводить очень осмотрительно. При некотором уменьшении коэффициента усиления может быть получено обратное ослабление порядка 30 дб. В качестве элемента настройки почти всегда используется двухпроводная линия с подвижным короткозамыкающим мостиком (рис. 2-56) Часто длина рефлектора выбирается равной длине излучателя; в этом случае линию выбирают такой длины, чтобы пассивный элемент работал в качестве рефлектора, а с помощью короткозамыкающей перемычки проводят точную настройку. Однако с электрической точки зрения лучше, если рефлектор имеет размеры, несколько превосходящие размеры излучателя; при этом регулировочная линия может быть выбрана очень короткой или может совсем отсутствовать, если размеры рефлектора выбраны такими, что он представляет собой замкнутый квадрат, настроенный на работу в качестве рефлектора. Для того чтобы определить оптимальные размеры рефлектора, в каждом отдельном случае требуется провести много экспериментов, поэтому при описании конструкций антенн «двойной квадрат» будут даваться уже проверенные экспериментально размеры их элементов, не требующие дополнительных корректировок.

В диапазоне коротких волн почти все антенны «двойной квадрат» состоят из двух элементов — излучателя (вибратора) и рефлектора. Антенны этого типа, использующие, кроме рефлектора, еще и директор, не получили распространения, так как незначительное увеличение коэффициента усиления антенны не идет ни в какое сравнение с усложнением конструкции и увеличением расхода материалов, необходимых для построения трехэлементной антенны.

Ширина полосы пропускания антенн «двойной квадрат» больше, чем у антенн «волновой канал», и перекрывает целиком любительские диапазоны 10, 15 и 20 м при условии, что антенна настроена на середину диапазона. Диаграмма направленности этой антенны, с точки зрения радиолюбителей, также обладает некоторыми преимуществами по сравнению с диаграммой направленности антенны «волновой канал». В горизонтальной плоскости диаграмма направленности имеет относительно широкий основной лепесток, излучение в стороны сильно ослаблено, а в обратном направлении имеются два небольших боковых лепестка, величина которых определяется качеством настройки рефлектора. Кроме этого, антенны «двойной квадрат» имеют узкую диаграмму направленности в вертикальной плоскости, что определяет преимущество этого типа антенны по сравнению с другими антенными системами. Антенну «двойной квадрат» также желательно подвешивать как можно выше над поверхностью земли, хотя влияние земли в этом случае сказывается меньше, чем в случае антенны другого типа. Желательно, чтобы точка питания была по крайней мере на высоте λ/2 от поверхности земли при общей высоте конструкции 1λ, при этом влияние земли практически не ухудшает диаграммы направленности.

Несущая конструкция антенны может быть выполнена в самых разнообразных вариантах. Однодиапазонная антенна «двойной квадрат» для диапазонов 10 и 15 м может иметь деревянную несущую конструкцию из планок и брусков, усиленных железными полосами. Антенна для диапазона 20 м обычно имеет несущую конструкцию, выполненную для уменьшения веса и улучшения ее механической прочности из бамбуковых трубок. Различные варианты выполнения несущих конструкций будут описаны в разделе, посвященном многодиапазонным антеннам «двойной квадрат».

На рис. 2-62 изображена простая конструкция «двойного квадрата», стоящего на одной из своих вершин. Такая же конструкция может быть использована и для антенны, расположенной на одной из своих сторон. Для увеличения механической прочности антенны используются растяжки из синтетических материалов. Если несущая конструкция изготовляется из бамбуковых или синтетических трубок, то антенный провод может укрепляться на них без изоляторов В таблице 2-13 приведены размеры «двойного квадрата».

Таблица 2-13. Размеры антенны «двойной квадрат», показанной на рис. 2-62 Диапазон, м Стороны элементов Расстояние А, м Длина шлейфа рефлектора, м Длина стороны настроенного рефлектора, м B, м С, м 0,2λ 0,15λ
10 2,65 2,65 2,12 1,60 0,70 2,81
15 3,55 3,55 2,83 2,12 1,00 3,75
20 5,35 5,35 4,25 3,20 1,50 5,56

Расстояние между проводниками линии настройки рефлектора некритично и может изменяться от 5 до 15 см. В графе «Длина стороны настроенного рефлектора» приведены размеры рефлектора, не требующего дополнительной настройки, т. е. в этом случае рефлектор представляет собой замкнутый квадрат. Диаметр медного одно- или многожильного проводника не имеет в данном случае никакого значения с точки зрения влияния на электрические характеристики антенны; из механических соображений он выбирается равным 1,5 мм.

Первые конструкции «двойного квадрата» имели элементы, выполненные в виде шлейфовых проводников. При этом входное сопротивление увеличивалось по сравнению с однопроводным элементом в 4 раза, незначительно увеличиваются коэффициент усиления и полоса пропускания антенны. Радиолюбителем W8RLT был описан такой «двойной квадрат» для диапазона 10 м (рис. 2-63). Общая длина проводника, расположенного в виде двух витков, равна 2λ, так что длина стороны равна λ/4. Питание может осуществляться в режиме бегущей волны по линии, имеющей волновое сопротивление 280 ом (УКВ кабель). Однако W8RLT предлагает питать антенну по настроенной линии с волновым сопротивлением от 300 до 600 ом.Для рефлектора не имеет существенного значения, изготовлен ли он в виде простого квадрата или же в виде шлейфового квадрата, так как отражающее действие его при этом не изменяется. Поэтому более поздние конструкции используют шлейфовый излучатель и обычный рефлектор. В таблице 2-14 приведены все размеры антенны «двойной квадрат», изображенной на рис. 2-62.

Расстояние между проводниками линии настройки рефлектора может быть взято от 10 до 15 см.

При этом следует отметить, что размеры, приведенные W8RLT, в свете сегодняшних взглядов выбраны несколько короче требуемых, что, очевидно, объясняется питанием антенны по настроенной линии, с помощью которой, как известно, можно в некоторой степени компенсировать неточность, допущенную при выборе размеров излучателя. Поэтому размеры, приведенные в табл. 2-14, следует рассматривать только как приблизительные. Рефлектор конструируется в виде простого квадрата, а питание осуществляется с помощью согласованной линии с волновым сопротивлением, равным 300 ом.

Таблица 2-14. Размеры антенны «двойной квадрат» с шлейфовыми элементами (рис. 2-63) Диапазон, м Стороны элементов Расстояние А, м Расстояние а, м Длина шлейфа S, м B, м C, м
10 2,44 2,52 1,60 0,15 0,30—0,50
15 3,30 3,40 2,16 0,15 0,40—0,65
20 4,88 5,04 3,20 0,20 0,70—1,00

Отличные результаты, получаемые при работе с антенной «двойной квадрат», естественно, привели бы к созданию целого ряда конструкций, которые в большей или меньшей мере являются развитием принципов, заложенных в основе действия «двойного квадрата».

www.radiouniverse.ru

Антенна двойной квадрат своими руками

Наверное каждый мечтаем о бесплатном интернете но эта мечта кажется не осуществимой. Я докажу что бесплатные интернет, это вполне реально. В этой статье я покажу вам, как сделать антенну двойной квадрат (биквадрат) своими руками, с помощью которой можно значительно усилить приём Wi-Fi сигнала. А где тут бесплатный интернет, спросите вы, об этом я расскажу в этой статье!

Итак, с помощью антенны двойной квадрат можно в десятки раз усилить приём Wi-Fi сигнала. В любом городе или даже посёлке, люди пользуются интернетом и не у всех Wi-Fi запоролен или пароль слишком простой, как это обычно бывает, обычно это набор простых чисел, который легко можно подобрать. Как только вы подключите антенну двойной квадрат, ваш компьютер поймает кучу Wi-Fi точек и к некоторым из них можно будет подключиться и это реально работает!

Что нужно для изготовления антенны двойной квадрат

  1. Лист гетинакса или фольгированного текстолита (100X120 мм.) Так же подойдёт любая металлическая пластина.
  2. Медная проволока от 1,5 до 3 мм. (Провод для проводки)
  3. Wi-Fi адаптер
  4. Кусок высокочастотного кабеля для wi-fi

Антенна двойной квадрат изготовление

Зачищаем примерно 28 сантиметров провода. Зачищать нужно аккуратно, старайтесь не делать на нём царапин и зазубрин, так как они значительно ухудшают проходимость радиоволн.

Антенна двойной квадрат своими руками

Далее нужно разметить маркером, 8 частей провода по 35 мм. Затем в размеченных местах, с помощью пассатижей, делаем изгибы под 90°. Делать их нужно как можно точнее, так как неточность даже до миллиметра, может заметно ухудшить усиление антенны.

Антенна двойной квадрат своими руками

Антенна двойной квадрат своими руками

Теперь в подготовленном листе гетинакса, точно по центру, сверлим отверстие и вставляем туда антенну так, что бы расстояние между ней и пластиной было 15 мм. С обратной стороны с помощью припоя крепим ножку антенны. Отверстие нужно сделать немного больше, что бы запустить туда кусок высокочастотного кабеля для wi-fi.

Антенна двойной квадрат своими руками

Далее нужно снять крышку с  wi-fi адаптера и выпаять встроенную антенну, а на её место припаять кусочек высокочастотного кабеля, а второй его конец припаиваем к антенне, просунув провод через отверстие в экране.

Антенна двойной квадрат своими руками

Антенна двойной квадрат своими руками

Далее крепим wi-fi к обратной стороне экрана при помощи скотча или можно придумать другое крепление, например припаяв к плате что-то вроде скоб. В Принципе антенна двойной квадрат готова, остаётся только её подключить.

 

Для этого можно использовать удлинительный USB кабель, если вы живёте в квартире, то его понадобится не много, а если в частном доме, то советую вытащить антенну на крышу, предварительно сделав для неё влагозащитный коробок.

Антенна двойной квадрат своими руками

Испытание антенны двойной квадрат

Итак, антенна двойной квадрат готова и теперь можно её испытать. Как говорилось выше, антенна была помещена в защитный корпус, сделанный из пяти литровой пластиковой бутылки. До подключения антенны, на ноутбуке не было ни каких wi-fi подключений.

Антенна двойной квадрат своими руками

После подключения антенны двойной квадрат, результат превзошел все мои ожидания. Сначала я подключил её коротким кабелем и поднёс к окну, поле чего ноутбук поймал 2 wi-fi сигнала, но они были слабые.

Антенна двойной квадрат своими руками

Затем антенна двойной квадрат была установлена на крыше дома. Для неё был изготовлен защитный корпус из пятилитровой пластиковой бутылки. После всех манипуляций, сразу нашлось много wi-fi точек и одна из них была открытая, ко второй удалось подобрать пароль и выглядел он так 12345678 ))

Данные эксперименты были проведены в селе, где мало wi-fi точек, но даже не смотря на это, удалось найти много открытых и с лёгким паролем, в городе результат будет гораздо лучше!

Заключение и особенности антенны двойной квадрат

Антенна двойной квадрат, направленного действия, проворачивая её по кругу, можно поймать различные сигналы. Кстати антенну можно использовать и без экрана и тогда сигнал будет ловиться со всех сторон, но соответственно сигнал упадёт примерно на 30%.

Антенна двойной квадрат своими руками

В место экрана можно использовать спутниковую тарелку, прикрепив антенну двойной квадрат на место головки, таким способом значительно усилится уровень сигнала. На этом всё, спасибо за внимание! ))

Похожие записи

kavmaster.ru

Антенна для WI-FI двойной квадрат

АНТЕННА ДЛЯ WIFI СВОИМИ РУКАМИ

1) Возьмём кусок фольгированного текстолита, если не знаем что это такое, то бежим в радиомагазин и спрашиваем у продавщицы, эта фенька стоит около 1$ (январь 2007г.)Выпиливаеи лобзиком из него квадрат 11х11см

2) Так-же нам понадобится кабель , я использовал 50 - омный  кабель RG-58c/u длиной 1,5 метра.

3) Теперь нужно найти самую труднодоступную часть - медную трубку по диаметру кабеля:

Я взял кусок старой телескопической антенны и зачистил его наждачкой.

4) Точно в центре нашего куска текстолита сверлится отверстие по диаметру трубки, в него мы вставляем и запаиваем трубку:

Получим что-то вроде:

5) Теперь нам понадобится 2-х миллиметровая медная проволока, её можно достать  всё в том-же радиомагазине или выдернуть из провода:

6) Отрезаем кусок проволоки длинной 244 мм, затем сгибаем его на 90 градусов по середине, лучше пронаблюдать это на фото:

Получится что-то типа бабочки, собственно благодаря этой фигуре антенна и называется «Двойной квадрат»

антенна wifi

8) Снимаем 15 мм верхней изоляции на коаксиальном кабеле:

9) Выворачиваем оплетку кабеля наизнанку и отрезаем центральную жилу так, чтобы оставалось торчать 4 мм.

10) Засовываем этот конец кабеля в трубку, так что-бы торчащие 4мм центральной жилы соприкасались с центральным сгибом нашей бабочки.

11) Запаиваем центральную жилу кабеля и центральный сгиб бабочки между собой,

12) Слегка сплющиваем плоскогубцами часть трубочки, находящейся сзади антенны, чтобы антенна крепче держалась на кабеле.

АНТЕННА ДЛЯ WIFI СВОИМИ РУКАМИ

Далее прилаживаем коннектор SMA  к кабелю для подключения к Wi-FI устройству. Кабель не должен быть длинным в виду того, что он сильно поглощает сигнал.С помощью двух таких антенн установлена устойчивая связь на расстоянии 400 метров по прямой видимости без всяких настроек. Для защиты антенны от дождя я применил полиэтиленовую пленку. Смотрите также видео ниже.

Поделиться схемой с друзьями:

Вот такая антенна работает уже несколько лет на 400 метров от wi-fi роутера

rlnt.ru

Антенна «двойной квадрат» — R3RTambov

Антенна «двойной квадрат» обеспечивает усиление сигнала при работе с дальними корреспондентами до 10 дБ (в десять раз по мощности), хотя ширина её диаграммы направленности в горизонтальной плоскости немного больше, чем у трёхэлементной антенны «волновой канал».  

Это объясняется более узкой и расположенной под малым углом к горизонту диаграммой направленности в вертикальной плоскости.

Эту антенну не обязательно поднимать слишком высоко — оптимальная высота её центра над подстилающей поверхностью 0,5-0,75 λ. Ослабление вне главного лепестка диаграммы направленности у этой антенны немного хуже, чем у трёхэлементного «волнового канала», и составляет 15-20 дБ (2,5-3,5 балла громкости).

Рис. 1. Антенна «двойной квадрат»

 

Антенна «двойной квадрат» состоит из двух элементов — активного и рефлектора (рис. 1).

Оба элемента выполняются из медного канатика диаметром 3-4 мм.

Снизу в разрыв активного элемента подключен коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, а в разрыв рефлектора — открытая двухпроводная линия (практически являющийся продолжением рамки рефлектора) с расстоянием между проводами 150-200 мм и скользящей по ней регулировочной перемычкой.

Распорки, на которые натянуты элементы антенны, лучше всего сделать из изоляционного материала (в идеале — фиберглас, но можно применить и бамбук, сосновые планки). Удовлетворительные результаты дают распорки, изготовленные из дюралевых труб с изоляторами на концах. В этом случае вертикальные распорки выполняются из цельных труб, а горизонтальные — разделены изоляционными вставками (стеклотекстолит, фторопласт, армированный стальным стержнем, и т. п.), так чтобы каждая из четырёх горизонтальных распорок (по две у активного элемента и рефлектора) состояли из трёх примерно равных изолированных частей.

Рекомендуемые размеры антенны приведены в табл.

Регулировка (настройка) антенны «двойной квадрат» заключается в изменении длины линии, настраивающей рефлектор. Для этого антенну необходимо развернуть рефлектором на источник мощного сигнала с горизонтальной поляризацией, расстояние от которого до антенны не менее 10 λ.

Подключив к выходу кабеля трансивер, работающий в режиме приёма, надо отрегулировать положение перемычки по минимуму показаний S-метра. После этого необходимо проверить КСВ в кабеле: его значение не должно быть хуже 2 с минимумом вблизи центра диапазона.

Если этот минимум сильно смещён, придётся изменить общую длину активного элемента и повторить настройку рефлектора.

P.S. Отзывы об антенне только хорошие — эффект пробивной антенны, при проведении DX QSO, отмечался постоянно, чем радовал обладателя антенны «двойной квадрат» многие годы.

Из книги UA1FA

73!

r3rt.ru

7-9. Трехдиапазонная антенна «двойной квадрат»

Многодиапазонная антенна «двойной квадрат» получает распространение как антенна «бедного радиолюбителя», особенно пригодная для установления дальних связей. Огромный практический опыт, собранный к настоящему времени в результате применения этой антенны, показывает, что она по своим рабочим характеристикам не только равноценна трехэлементной антенне «волновой канал», но даже превосходит ее. Измеренный коэффициент усиления антенны при расстоянии рефлектора от вибратора, равном 0,10 λ — 0,15 λ, равняется в среднем 8 дб и увеличивается до 10 дб, когда расстояние до рефлектора увеличивается до 0,20 λ. Таким образом, «двойной квадрат» по своему коэффициенту усиления может быть приравнен к четырехэлементной антенне «волновой канал». Кроме того, с точки зрения электрических параметров «двойной квадрат» имеет то преимущество по сравнению с эквивалентной антенной «волновой канал», что его входное сопротивление имеет значение в 2—3 раза большее, чем у антенны «волновой канал», и обладает большей полосой пропускания. Настройка «двойного квадрата» значительно проще по сравнению с настройкой антенны «волновой канал», так как не требуется проведения настройки непосредственно на элементах антенны, а все они могут быть выполнены с помощью настроечных устройств, расположенных у основания антенны.

Рамообразная конструкция «двойного квадрата» позволяет располагать антенны для высокочастотных диапазонов непосредственно внутри антенн, предназначенных для более низкочастотных диапазонов. Сторона квадрата для диапазона 20 м равняется 5 м, и поэтому общие размеры трехдиапазонной антенны довольно большие. Для облегчения конструкции и уменьшения ветрового сопротивления ее обычно изготовляют из бамбуковых трубок (для чего используются секции рыболовных удочек) или, что еще лучше, из удилищ, изготовленных из синтетических материалов.

Описываемая трехдиапазонная антенна «двойной квадрат» может быть сконструирована и в двухдиапазонном варианте для диапазонов 15 и 10 м.

Наиболее сложной частью работы является создание легкой, прочной и, несмотря на это, достаточно простой несущей конструкции антенн «двойной квадрат». Американским радиолюбителем W4NNQ была предложена конструкция основания антенны, которая как с механической, так и с электрической точки зрения представляет собой до сих пор, пожалуй, самое практичное решение поставленной задачи. На рис. 7-28 схематически изображена трехдиапазонная антенна «двойной квадрат». Как видно из рисунка, основа антенны представляет собой крестовину в виде «ежа», сваренную из восьми стальных угольников 40 × 40 × 5 мм. Длина каждого из восьми лучей 50 см. Опорная стальная труба имеет длину 40—60 см, и ее внутренний диаметр равняется внешнему диаметру несущей мачты.

Полные данные относительно углов, под которыми следует приваривать угольники к опорной трубе, обычно не задаются, так как эти углы зависят от расстояния, на котором располагаются рефлекторы. Обычно между верхним четвертым и нижним четвертым угольниками оставляют некоторое расстояние для того, чтобы увеличить механическую прочность конструкции.

Конструкция остова антенны, предложенная W4NNQ, изображена на рис. 7-29, а (вид сбоку). Угольники на концах, прилегающих к опорной трубе, обрабатываются таким образом, чтобы обеспечивалось надежное сварное соединение. В этом случае угол, под которым привариваются угольники, равняется 55°. Пары угольников располагаются относительно опорной трубы, чтобы углы между ними на виде сверху составляли 110° и 70° (рис. 7-29, б). Изготовление остова антенны требует точного механического исполнения и является труднейшей и одновременно наиболее важной частью в изготовлении трехдиапазонной антенны «двойной квадрат».

На каждом угольнике крепится бамбуковая трубка длиной 4 м,толщина которой должна быть равна 3 см. Рекомендуется обработать поверхность трубки наждачной бумагой и затем покрыть лаком, чтобы предохранить ее от воздействия погоды. Для предотвращения растрескивания трубки в каждой ее секции следует просверлить отверстие диаметром 3 мм. Для этой же цели каждый отсек бамбуковой трубки можно обвязать несколькими витками мягкой медной проволоки, а затем спаять все витки вместе. Крепление трубки к стальным угольникам производится или с помощью вязальной проволоки, или полосами жести. Для того чтобы вязальная проволока не съезжала, на угольниках следует сделать насечки. Кроме того, рекомендуется концы бамбуковых трубок обернуть в несколько слоев изоляционной лентой, чтобы в них не врезалась вязальная проволока. Поскольку бамбуковые трубки достаточно хорошие изоляторы и их длина достаточно велика, то антенные проводники без всяких опасений можно непосредственно крепить на них.

Вибратор и рефлектор для диапазона 20 м, которые образуют внешнюю рамку антенны, следует особенно тщательно закрепить на концах трубок, для чего их проводники несколько раз обматываются и дополнительно закрепляются крепежным проводом. Такая конструкция будет механически прочной. Для рамок, предназначенных для диапазона 15 и 10 м, крепление может быть более простым и можно ограничиться несколькими витками мягкого вязального провода. В местах креплений можно использовать небольшие изоляторы (см. рис. 7-28).

Элементы антенны

В качестве материала для изготовления антенны может использоваться медный провод или многожильный канатик с любым диаметром. Однако наиболее целесообразно применение медного провода диаметром 1,5—2 мм. Для вибратора и рефлектора в диапазоне 20 м необходимо приблизительно по 25 м провода. Середина отрезка провода закрепляется, и затем направо и налево от этой точки откладывается по 2,60 м. Полученная таким образом сторона элемента длиной 5,20 м представляет собой верхнюю сторону квадрата. Затем провод крепится на бамбуковых трубках, расстояние между которыми в вертикальном направлении равняется также по 5,20 м, и наконец нижняя горизонтальная сторона присоединяется к точкам питания антенны. В этих точках провод имеет разрыв, в который включается изолятор.

Остатки провода для начала могут свободно висеть. Затем таким же образом монтируются элементы антенны для диапазона 15 м и наконец элементы антенны для диапазона 10 м. Длина стороны элемента антенны равняется 3,50 м для диапазона 15 м и 2,55 м для диапазона 10 м. Разумеется, положение этих проводов следует выбирать таким образом, чтобы расстояние между смежными бамбуковыми трубками равнялось требуемой длине стороны элемента антенны. Эти положения можно точно рассчитать в зависимости от угла наклона угольников, но обычно они определяются эмпирически.

Длина сторон рефлектора точно равняется длинам сторон вибратора, и действие рефлектора определяется отрезком двухпроводной линии, присоединяемой к его нижней стороне.

Эти короткозамкнутые шлейфы представляют собой удлинители и снижают резонансную частоту элементов. Длина шлейфов, подключаемых к рефлекторам, равняется: для рефлектора диапазона 20 м — 2,00 м; 15 м — 1,50 м; 10 м — 1,00 м.

Окончательная длина шлейфа определяется в процессе настройки.

Расстояние от рефлектора до вибратора влияет на входное сопротивление антенной системы и на ее коэффициент усиления. Последний при расстоянии, равном 0,2 λ, составляет 10 дб и уменьшается до 7 дб при уменьшении расстояния между вибратором и рефлектором до 0,1 λ. Понятно, что расстояние между рефлектором и вибратором следует выбирать таким, чтобы входное сопротивление антенны равнялось волновому сопротивлению кабеля, используемого для питания антенны. В табл. 7-2 приведены приблизительные значения входного сопротивления в зависимости от расстояния между рефлектором и вибратором и указаны соответствующие размеры для диапазонов 20, 15 и 10 м.

Таблица 7-2. Сопротивление в точках питания в зависимости от расстояния между вибратором и рефлектором Входное сопротивление Расстояние до рефлектора Расстояние для различных диапазонов 20 м 15 м 10 м
52 0,11 2,34 1,56 1,17
60 0,13 2,76 1,85 1,38
70 0,17 3,62 2,41 1,80
72 0,18 3,83 2,56 1,91
73 0,19 4,04 2,70 2,00
75 0,20 4,25 2,84 2,12

Расстояние между рефлектором и вибратором точно определяется перед тем, как приступить к изготовлению основания антенны, так как от этого будет зависеть, под какими углами следует приваривать угольники к опорной трубе.

После того как вся антенна изготовлена, ее дополнительно стабилизируют растяжками, изготовленными из синтетических канатиков.

Питание антенны

Так как входное сопротивление антенны в зависимости от расстояния между рефлектором и директором колеблется между 45 и 75 ом, то антенна может питаться по коаксиальному кабелю любой длины. Практический опыт показал, что в диапазоне коротких волн симметрирование коаксиального кабеля не требуется. Поэтому к точкам питания антенны можно непосредственно подключать коаксиальный кабель, имеющий соответствующее волновое сопротивление; коэффициент стоячей волны при этом не будет слишком большим.

Обычный способ питания трехдиапазонной антенны «двойной квадрат» заключается в том, что для антенны каждого диапазона используется отдельный кабель. Преимущества, получаемые в этом случае, ясны, но такой способ питания требует много коаксиального кабеля, особенно при большой длине линий передачи. Если каждая антенная система рассчитана таким образом, что она имеет одинаковые условия оптимального согласования с линией передачи, то питание в этом случае может осуществляться с помощью одного единственного коаксиального кабеля (рис. 7-30). Этот кабель целесообразно подводить к точкам питания антенны, рассчитанной для работы в диапазоне 15 м, а точки питания антенн для диапазонов 20 и 10 м соединять с точками питания антенны 15 м при помощи отрезков двухпроводных линий. Следует отметить, что в этом случае к общим длинам элементов антенн прибавляется длина линии связи и, следовательно, резонансная частота вибраторов с нормальными размерами в этом случае понижается. Поэтому необходимо уменьшить размеры вибраторов так, чтобы во всех трех диапазонах резонансная частота, измеренная по гетеродинному измерителю резонанса, имела требуемое значение. Это укорочение электрической длины вибраторов может быть выполнено с помощью конденсаторов.

Настройка антенны

В первую очередь настраивают питаемый элемент антенны на требуемую частоту, для чего используют гетеродинный измеритель резонанса. Коаксиальный кабель при этом не подключается. Необходимые корректировки длины вибраторов выполняются чисто механически, удлиняя или укорачивая размеры сторон, или же с помощью конденсаторов и удлинительных катушек. Затем, также с помощью гетеродинного измерителя частоты, устанавливают резонансную частоту рефлекторов с помощью короткозамкнутого шлейфа таким образом, чтобы она была на 5% меньше соответствующей резонансной частоты излучателей. Например, если резонансная частота вибратора антенны 20 м равняется 14 Мгц, то резонансная частота рефлектора этой антенны должна равняться 13,4 Мгц. После такой первичной настройки производится настройка антенны в ее рабочем положении, для чего к ней подключается кабель питания и к нему подключается рефлектометр.

Антенна возбуждается от передатчика, и поэтому, меняя его частоту, наблюдают показания рефлектометра. Та частота, на которой коэффициент стоячей волны имеет наименьшее значение, является резонансной частотой антенны, Если резонансная частота находится не в той части диапазона, в которой она должна находиться, то осуществляется дополнительная регулировка. Затем приступают к точной настройке рефлекторов на наибольшее обратное ослабление. Для этого используется простейший измеритель напряженности поля (вспомогательная антенна — германиевый диод — измерительный прибор), удаленный от антенны на расстояние около 50 м и находящийся на высоте, соответствующей высоте рабочего положения антенны. Трехдиапазонную антенну «двойной квадрат» затем разворачивают так, чтобы плоскость рефлектора была направлена на измеритель напряженности поля. При работающем передатчике замыкающий мостик на регулировочном шлейфе рефлектора двигают до тех пор, пока измерительный прибор поля не даст ярко выраженного минимума. Настройка рефлектора очень критична, и минимум выражен очень резко. Так как настройка рефлектора в некоторой степени влияет на резонанс вибратора, то следует контролировать его значение по рефлектометру.

www.radiouniverse.ru

Антенна "двойной квадрат"

Подробности Категория: Радиосвязь

   Антенна "двойной квадрат" обеспечивает усиление сигнала при работе с дальними корреспондентами до 10 дБ (в десять раз по мощности), хотя ширина ее диаграммы направленности в горизонтальной плоскости немного больше, чем у трехэлементной антенны «волновой канал». Это .объясняется более узкой и расположенной под малым углом к горизонту диаграммой направленности в вертикальной плоскости. Эту антенну не надо поднимать слишком высоко — оптимальная высота ее центра над подстилающей поверхностью 0,5...0,75Я. Ослабление вне главного лепестка диаграммы направленности у этой антенны немного хуже, чем у трехэлементного «волнового канала», и составляет 15-20 дБ (2,5...3,5 балла громкости).Антенна "двойной квадрат"

   Антенна «двойной квадрат» состоит из двух элементов — активного и рефлектора. Оба элемента выполняются из медного канатика диаметром 3...4 мм. Снизу в разрыв активного элемента подключен коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, а в разрыв рефлектора — открытая двухпроводная линия (являющаяся продолжением рамки рефлектора) с расстоянием между проводами 150...200 мм и скользящей по ней регулировочной перемычкой. Распорки, на которые натянуты элементы антенны, лучше всего сделать из изоляционного материала (идеально — фиберглас, но можно применить и бамбук, сосновые планки). Удовлетворительные результаты дают распорки, изготовленные из дюралевых труб с изоляторами на концах. В этом случае вертикальные распорки выполняются из цельных труб, а горизонтальные — разделены изоляционными вставками (стеклотекстолит, фторопласт, армированный стальным стержнем, и т. п.), так чтобы каждая из четырех горизонтальных распорок (по две у активного элемента и рефлектора) состояли из трех примерно равных изолированных частей.

Рекомендуемые размеры антенны приведены в таблице.

Обозначение и наименование

Диапазон 20 м

Диапазон 15 м

Диапазон 10 м

А — диагональ рамок, мм

7600

5050

3750

L— расстояние между рамками, мм

2700

1800

1330

b— полная длина регулировочной двухпроводной линии рефлектора, мм

1300

850

650

Регулировка антенны «двойной квадрат» заключается в изменении длины линии, настраивающей рефлектор. Для этого антенну необходимо развернуть рефлектором на источник мощного сигнала с горизонтальной поляризацией, расстояние от которого до антенны не менее ЮЛ. Подключив к выходу кабеля трансивер, работающий в режиме приема, надо отрегулировать положение перемычки по минимуму показаний, S-метра. После этого необходимо проверить КСВ в кабеле: его значение не должно быть хуже 2 с минимумом вблизи центра диапазона.. Если этот минимум сильно смещен, придется изменить общую длину активного элемента и повторить настройку рефлектора.

Добавить комментарий

radiofanatic.ru

Настройка антенны «Двойной квадрат» | Сайт Регионального отделения Союза Радиолюбителей России по Томской области

EW8AUВладимир Приходько, 246027 Гомель а/я 68, БеларусьEmail — dmitry.by (at) tut.by

Перед установкой антенны, на рамках в месте крепления шлейфов установить временные приспособления для дистанционной регулировки шлейфов. Установить и закрепить симметрирующий мостик. Допустим, мы настраиваем антенну двадцатиметрового диапазона, центральная частота 14,150 МГц. Длина симметрирующего мостика должка быть равной 5 м 10

см. После этого для измерений параметров антенны нужно подготовить отрезок кабеля, равный или кратный лямбда 2, полуволновой повторитель, с учетом длины кабеля, входящего в симметрирующее устройство. Если мы применяем кабель с полиэтиленовым наполнителем, то с коэффициентом укорочения длина полуволнового повторителя равна 6,975м. Минимальная высота установки антенны -10 метров от земли. Измерительные приборы будут находиться у основания мачты, значит, длину кабеля выбираем 1,5 лямбда. Это будет равно 20м.925мм. Сразу следует пояснить, питание антенны будет осуществляться нерезонансным методом и общая длина кабеля от антенны до трансивера может быть произвольной. Отрезок кабеля, равный 1,5 лямбда нам нужен только для измерений и настройки антенны, потом он дополняется кабелем снижения до необходимой длины. Дополнительно можно проконтролировать длину кабеля 1,5 лямбда с помощью высокочастотного моста, но, как показывает практика в диапазоне КВ. расчетная погрешность настолько мала, что ей можно пренебречь.

Итак, подготовив антенну и кабель, поднимаем и устанавливаем антенну на мачту на высоту ее постоянной эксплуатации. Мачта расчаливается оттяжками, причем, если оттяжки в несколько ярусов, то сразу устанавливают все ярусы оттяжек, полный комплект. К мачте крепится временный технологический кронштейн, на котором установлен ГИР. ГИР должен находиться недалеко от шлейфа активного элемента рамки, и иметь возможность дистанционного управления. Для этого в схему ГИРа, параллельно конденсатору переменной емкости, необходимо поставить варикап. В идеальном случае, один элемент двойного квадрата должен иметь возможность передвижения, для регулировки расстояния между рамками. На кабель полуволнового повторителя установить коаксиальные реле типа РЭВ-15 по схеме Рис.1.

Если нет коаксиальных реле, коммутацию придется проводить вручную, переключая кабели согласно схеме. С одной стороны первого реле подключают высокочастотный мост для измерения активного сопротивления антенны. Желательно, чтобы мост своим разъемом прикручивался прямо на реле, без кабеля, в противном случае придется учесть этот кусок кабеля (от реле до ВЧ моста) и вычесть такой же отрезок из повторителя 1,5 лямбда. С другой стороны первого реле, через отрезок кабеля произвольной длины подключается второе репе, соединяющее ВЧ мост и кабель снижения, который идет к трансиверу. Кабель, соединяющий второе реле и ВЧ мост так же произвольной длины. В трансивере установить минимальную мощность, то есть такую, которая необходима для работы ВЧ моста. Со стороны активного элемента рамки, в направлении приема антенны, в дальней зоне не менее 1 лямбда поставить ВЧ генератор, нагруженный на небольшой диполь горизонтальной поляризации, размер плеч диполя примерно 0,5м. Антенна этого генератора должна находиться на такой же высоте, как и измеряемая антенна.

Настройку антенны проводят два человека. Один находится возле антенны, второй у трансивера. Если есть возможность, трансивер установить возле антенны, иначе придется наладить телефонную связь или воспользоваться портативными радиостанциями. Порядок работы при измерении и настройке. Включаем трансивер на прием и с помощью ГИРа определяем резонанс активной рамки. С пульта дистанционного управления ГИРом, изменяя смещение на варикапе регистрируем провал по напряжению, следя за показанием индикатора ГИРа. Установив (провал), сообщаем по телефону напарнику, который находится у трансивера. Он должен настроиться на сигнал ГИРа и сообщить частоту. Оператор, который находится у пульта управления ГИРом  должен  проманипулировать кнопкой питания, включая и выключая ГИР, чтобы убедиться в правильности настройки. Ведь можно ошибочно настроиться на несущую какой — нибудь мощной радиостанции. Определив резонансную частоту активной рамки, смотрим, в какую сторону по частоте нужно сместить резонанс рамки.

Подстройку производим регулировкой длины шлейфа активной рамки, контролируя приемником резонансную частоту. Настроив активную рамку на частоту 14,150, переходим к другой операции. Допустим, нам нужно настроить антенну на максимальное усиление вперед. Включаем генератор, находящийся в дальней зоне и работающий на частоте 14,150, следя за показаниями S-метра трансивера, подстраиваем шлейф рефлектора, на максимальную амплитуду сигнала. После настройки рефлектора, проверяем еще раз по ГИРу резонанс активной рамки. Резонанс может сместиться в сторону. Подстраиваем еще раз шлейф активной рамки. Теперь переходим к измерению входного сопротивления антенны. Переключаем коаксиальные реле, включаем трансивер на передачу (с необходимой для измерения мощностью) и, балансируя ВЧ мост, определяем активное сопротивление антенны на частоте 14,150. Если сопротивление отличается от 75 Ом, значит, неправильно выбрано расстояние между рамками. При сопротивлении, большем 75 Ом, рамки нужно сблизить, если меньше 75 Ом — раздвинуть. После коррекции расстояния между рамками необходимо еще раз провести измерения резонансной частоты активной рамки и по генератору, находящемуся в дальней зоне, еще раз настроить рефлектор. После этого делается еще одно измерение входного сопротивления антенны.

Допустим, мы настроили антенну по сопротивлению, но стрелка ВЧ моста при балансировке не доходит до нуля. Это говорит о том, что в антенне присутствует реактивность емкостного или индуктивного характера. Компенсировать эту реактивность можно настройкой симметрирующего мостика, укорачивая или удлинняя мостик: индуктивный характер <0,24 лямбда. Емкость >0,24 лямбда. Чтобы не удалять часть оплетки с кабеля симметрирующего мостика, можно воспользоваться емкостной закороткой. В конце мостика, возле перемычки, там, где оплетки кабелей соединяются между собой, на два параллельно идущих кабеля положить кусок мягкой медной фольги или белой жести прямоугольного сечения примерно 100х100 мм. Края фольги обвернуть вокруг кабеля с одной и другой стороны. Такая перемычка, охватывая каждый кабель, двигается по полиэтилену, позволяя замкнуть два кабеля по переменному току (типа емкостной закоротки). Таким образом, двигая эту перемычку, можно в небольших пределах компенсировать реактивную составляющую антенны.

Настроив антенну в резонанс и согласовав ее по сопротивлению, скомпенсировав реактивность, мы можем быть уверены, что и КСВ будет единица. Вообще КСВ — метр в основном служит только для контроля за состоянием антенны и фидера. Не понимая этого, можно настроить антенну по КСВ 1 и при этом иметь очень низкий КПД антенны, то есть превратить антенну в согласованную нагрузку. К тому же надо иметь в виду, что длинный кабель улучшает КСВ, это связано с потерями в кабеле. Поэтому настройка антенны с помощью одного КСВ — метра неверна. При настройке антенны можно применять простейшие самодельные приборы, такие как ГИР, ВЧ мост, а в качестве генератора, который установлен в дальней зоне, — самодельный генератор на фиксированную частоту с кварцевой стабилизацией. Если у Вас простейший ВЧ мост, не позволяющий увидеть реактивность, то есть определить, какого она характера, емкостного или индуктивного, это не беда. Просто, двигая перемычку на симметрирующем устройстве, Вы добиваетесь минимального отклонения стрелки при балансе моста; тем самым Вы компенсируете реактивность, не зная ее характера.

Если Вам при настройке антенны не удаюсь полностью компенсировать реактивность или подогнать сопротивление антенны под кабель, по ряду конструктивных или иных причин,  пойти компромисс, подобрав общую длину кабеля от антенны до трансивера кратной лямбда/2. При этом Вы будете уверены, что антенна правильно настроена и согласована, а кабель запитан в режиме бегущей волны. Подбором длины кабеля Вы устраняете только небольшой процент рассогласования. Теперь насчет диаграммы направленности. Для корректных измерений диаграммы направленности необходимо создать определенные условия при установке образцовой и измеряемой антенны, что не всегда возможно для данного диапазона и окружающей обстановки. Например, в городских условиях среди железобетонных зданий с их краевым эффектом, в лучшем случае Вы снимете не диаграмму  аправленности Вашей антенны, а голограмму данного микрорайона. Чтобы убрать влияние земли для диапазона 14 МГц, антенну пришлось бы поднять на высоту 80 м и отодвинуть зонд на несколько лямбда, что практически невыполнимо для данного диапазона. Поэтому достаточно измерить соотношение вперед – назад. После завершения настройки и согласования антенны, опустить антенну и заменить подвижные шлейфы рамок, впаяв жесткие перемычки необходимой длины.

EW8AU, Владимир Приходько,246027, г. Гомель — 27, а/я 68БЕЛАРУСЬ

hamradio.tomsk.ru


Каталог товаров