Широкополосная дискоконусная антенна. Теория конусных антенн BowTie. Форма дискоконусной антенны

08.03.2024 | Прочее

Дискоконусная антенна представляет собой характерный излучатель, давший название первой части сложносоставного имени изделия, снабженный «землей» из металлической арматуры либо просто конусом. В частичном диапазоне конструкция позволит получить линейную вертикальную поляризацию при движении волны между диском и конусом. Это то, что нужно для радиосвязи. Вдобавок рассмотрим доработку, превращающую устройство в излучатель круговой поляризации в направлении, перпендикулярном диску и противоположном нахождению земли. Читатели узнают, как самостоятельно собирается дискоконусная антенна.

Дискоконусные антенны

Важно! Всенаправленные дискоконусные антенны часто применяются в МВ диапазоне. Не отличаются явным усилением по указанной причине.

Тема сегодняшнего разговора – дискоконусная антенна своими руками. Ходят слухи, что первый патент под номером 2368663 (США) взял А.Г. Кандоян (Kandoian). Достоинством устройства признан широкий диапазон рабочих частот. Разумеется, усиление уступает диполю. На диапазоне обычно удается подключить к кабелю без согласования, плюс собственно конструкция не критична к точности размеров. В дециметровом диапазоне приходится брать сплошной конус, на КВ и метровых волнах большинству хватает скелетной формы. Диск вырождается в набор проводников-лучей с единым центром. Это снижает ветровую нагрузку, на длинных волнах размеры конуса и диска приобретают гигантские значения. Стержней 6, 8 или 12.

Внимание! Питание диска и конуса ведется в противофазе.

К диску определенной величины подключается центральная жила кабеля. Роль земли играет пучок из металлической арматуры, если нет желания собственноручно делать конус. Понятно, что диаграмма направленности искажается. Возникает неравномерность в азимутальном направлении. А диаграмма направленности типичной дискоконусной антенны напоминает тор (бублик). Волна возникает между диском и конусом. Диапазон зависит от расстояния. Для примера приводим конструкцию, указанную на сайте http://elektronika.rukodelkino.com/stati/antenni/35-disko-konusnaya-antenna.html.

Смысл работы уже описан, реализация для частот 85 — 500 МГц:

Волновое сопротивление устройства составляет 60 Ом, приготовьтесь согласовать любым удобным способом. Центральная жила подключается к середине диска снизу, конус объединяется с экраном. Таким образом, получается нечто вроде разомкнутого волновода, где распространяется волна, излучаясь. Коэффициент усиления – минус 3 дБ в сравнении с полуволновым диполем. Онлайн калькуляторов для расчета нет, найдем подходящую методику. Проведем анализ нашей собственной конструкции. Считаем, что минимальное и максимальное расстояния между диском и конусом должны соотноситься с граничными длинами волн диапазона. Вначале подсчитаем размеры:

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

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

Опираемся на полученные величины. Поделим обе на четыре и посмотрим, что останется. Имеем: 15 и 88,2 см. Видим, что размеры ни к чему не привязаны. Согласно рисункам и формулам:

Последними двумя параметрами определяется верхняя граничная частота антенны, как пишет Нейл, результатами труда которого мы сейчас воспользовались, дискоконусная антенна ведет себя подобно фильтру верхних частот. Имеется некоторая предельная нижняя частота, по которой вычисляется сторона конуса, где КСВ составляет 3. При переходе через лимит вниз КСВ начинает стремительно расти, что делает использование устройства нецелесообразным. В рабочих пределах параметр постепенно снижается до 1,5. Длину боковины конуса берём чуть больше четверти максимальной длины волны. Добавим, что диаметр диска не зависит от угла при вершине, способного отличаться от 60 градусов.

Сравним числа с указанными выше: из расчетов видна, что боковая стенка взята равной (!) минимальной длине волны, что не соответствует книге. Для верности исследуем на сходство таблицу из литературы, чтобы окончательно подтвердить либо рассеять сомнения (владельцы сайта не по тому параметру вели расчет).

Видно, что размеры антенны линейно уменьшаются с ростом частоты. К примеру, при 14 МГц почти вдвое больше, нежели при 28 МГц. Следовательно, для 85 МГц найдем нужные параметры по пропорции (напомним, что угол при вершине в приведенных ранее сведений составляет 60 градусов). 85 поделить на 14 = 6. Следовательно, делим размеры на полученный коэффициент, выходит:

Угол при вершине 60 градусов.
Диаметр основания и длина стороны – 91 см.
Диаметр диска – 61 см.
Зазор между диском и конусом — 4 см.

Верхняя частота не обязательно 500 МГц, говорили, что цифра зависит от диаметра сечения конуса. Чем меньше дыра под кабель, тем с более высокими частотами работает антенна. Итак, показали, что доверять расчетам из сети с вероятностью 100% нельзя. Возможно, там использованы некие конструктивные инновации с неизвестными данными, но, скорее, авторы урезали конус до размера диска. Следовательно, на нижних частотах работать не станет.

Можем догадаться, как высчитывается максимальная рабочая частот: четверть длины волны равна расстоянию от места крепления жилы к диску до среза конуса. Просто по аналогии. Проверьте факт без портала ВашТехник, тезис считаем очевидным.

Форма дискоконусной антенны

Внимательные читатели заметили, что не во всех обзорах угол при вершине составляет 60 градусов. Почему выбран указанный параметр у теоретиков и бывалых практиков. Проводились исследования для кабеля 50 Ом, наглядно показавшие, что данный угол при вершине дает наиболее широкий диапазон, где КСВ не превышает 2. В остальных случаях, в сторону роста и уменьшения, наблюдались различные пики и сужения полосы. Выходит, угол 60 градусов при вершине теоретически обоснован. Если нижняя граница неважна, увеличьте на 10 градусов. КСВ становится более приемлемым, не изменяя области нижней границы.

Что касается скелетных форм вместо сплошных конусов и дисков, это существенно уменьшает массу изделия, понижает ветровую нагрузку. Представьте здоровенные изделия из стали, тем более меди! Вес немалый.

Итак, показано, что широкополосная дискоконусная антенна демонстрирует коэффициент усиления меньше, чем у вибратора. При этом конструкция не столь чувствительна к отклонениям размеров, отличается сравнительной сложностью. Иначе говоря, сделать дискоконусную антенну самостоятельно возможно, но сложно. Обобщим:

Ключевым считается размер стороны конуса, обуславливающий вычисление прочих габаритов.
Угол при вершине берем 60 градусов для радиосвязи и WiFi.

Обещали показать, как усовершенствовать дискоконусную антенну. Пожалуйста! Диск запитывается не от кабеля непосредственно, а через отрез провода, составляющий отрезок линии с бесконечно большим сопротивлением при переходе через определённую граничную частоту. В центре диска прорезается отверстие, через которое жила питает дополнительный диск, расположенный выше, излучающий в зенит. Подобная конструкция ловит практически любую линейную поляризацию, исходящую из точки вертикали. Необходимость авторам неизвестна. Пример взят из литературы.

Особенности дискоконусных антенн в том, что возможно сделать гигантское сооружение, принимающее на всех частотах. Главное – правильно выполнить вершину, отвечающую за верхний диапазон. Разумеется, при приближении к СВЧ растут требования к шероховатости поверхностей, лучи света, к примеру, отражаются от зеркала. В этом свете понятно, почему к изделиям проявляется такой интерес. Полуволновый вибратор дает хорошее усиление, но настолько шикарной полосы устройство не обеспечит. Самодельная дискоконусная антенна приличных размеров ловит почти все! Со всех направлений. Рекомендуем сделать дискоконусную антенну и снабдить конструкцию хорошим входным фильтром.

Решил поглубже изучить вопрос работы дискоконусной антенны, чтобы понять действительно она является нужным мне выбором. И знаете, это действительно интересная антенна, которую можно раскрутить на получение хорошего потенциала. Возможно я пойду по пути тех, кто проектирует антенны комплексного типа. Но такую комплексную антенну я поставлю на даче, в городе мне подойдёт антенна с меньшими требованиями.

И так, каковы интересующие меня характеристики антенны:

Круговая диаграмма направленности,
широкополосность,
ветроустойчивость,
малая материалозатратность.

Ранее я писал, что у меня был выбор между логопериодической и дискоконусной антенной . Я обдумал своё решение и пришёл к выводу, что для конкретно моих задач по мониторингу радиоэфира больше подходит дискоконусная антенна. А из-за специфики расположения дачного участка, на даче мне удобнее будет проводить мониторинг спутников NOAA и дальние проходы в СиБи и десятиметровом диапазоне.

И так, что же из себя представляет дискоконусная антенна? Как следует из названия, дискоконусная антенна представляет из себя диск (излучающий элемент) и конус (противовес излучающему элементу). Начну разбор этой антенны именно с этого классического варианта.

Такая замысловатая форма антенны приводит к ошибочному мнению, что у дискоконусной антенны горизонтальная поляризация. На самом деле поляризация у этой антенны вертикальная. Антенна представляет собой бесконечное множество V-образных антенн наклонённых к горизонту (активным элементом вверх и противовесом вниз). Если бы часть диска была одним плечом антенны, а другой другим, то поляризация была бы горизонтальной. В нашем же случае одно плечо наклонено горизонтально, а другое под углом от горизонта в землю. В результате получаем диаграмму направленности в виде бублика.

Диск и конус это хорошо, но у такой конструкции получается дикая парусность. По этому в коммерческих разработках диск и конус заменены на проволочную конструкцию. Данный подход позволяет уменьшить ветровую нагрузку, удешевить процесс изготовления, уменьшить материалоёмкость изготовления антенны и упростить её сборку. И именно таким путём я последую при изготовлении своей антенны.

Манипулируя материалами и конструкциями диска и конуса создаются массы различных антенн дискоконусного типа. Одна из самых распространённых дискоконусных антенн это железнодорожная антенна. В качестве примера можно рассмотреть антенну компании VIAM-RADIO. Эта антенна рассчитана на работу с локомотивными радиостанциями на диапазонах 151-156 МГц и 307-344 МГц. Из-за высоких скоростей и требований по прочностным характеристикам антенну изготовили в виде сварной конструкции с дополнительными элементами укрепляющими конструкцию.

Локомотивная антенна АЛ/23 дискоконусная

Существуют альтернативные подходы увеличения полосы пропускания. В диапазонах от сотен до тысяч мегагерц размеры дискоконусных антенн остаются приемлемыми, а с уменьшением частоты размеры становятся не удобными как для монтажа, так и для расчёта конструкции. Но есть альтернативный вариант увеличения полосы приблизительно до 25 МГц. Для этого к диску (или заменяющим его проводникам) подключают дополнительный штырь, тем самым увеличивая полосу. Но если просто так подключить штырь, то его влияние ухудшит параметры и он должен работать только на «своём диапазоне». Для этого штырь отсекается от диска с помощью индуктивности.

Но подобный вариант сразу превращает антенну в крупногабаритную, и кроме того передачу вести в дополнительном диапазоне нельзя. Дополнительный кусочек диапазона добавляется только на приём. Собственно для сканеров подобная антенна идеально подходит.

Как только рассчитаю необходимые для меня размеры так их и опубликую. Потом начну собирать материалы для постройки этой антенны.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Курсовой проект

по дисциплине Антенно-фидерные устройства

на тему: «Дискоконусная антенна»

Теоретические сведения о дискоконусной антенне

Расчет дискоконусной антенны

Список используемых источников

Теоретические сведения о д искоконусн ой антенн е

Главное преимущество дискоконусной антенны заключается в большой ширине полосы частот, в пределах которой ее можно питать по коаксиальному кабелю при соответствующих симметрии и импедансе.

Она сравнительно проста по своему устройству и нечувствительна к отклонениям от номинальных размеров. Поэтому такие антенны широко используются в коммерческом вещании, главным образом в диапазонах дециметровых и метровых волн.

Дискоконусная антенна состоит из металлического конуса с диском на вершине. Ее относят к антеннам с верхним питание, которые снабжены концевой емкостью в виде диска и конусообразным внешним проводником.

В своем исходном виде дискоконусные антенны применяются только в дециметровом диапазоне.

В диапазонах коротких волн используются преимущественно «скелетные» формы, когда металлические поверхности заменяются фигурами из металлических прутков, полос, трубок или проводов (рис. 1).

Тем самым обеспечивается существенное снижение веса и ветрового сопротивления антенны, а также затрат на ее изготовление без заметного ущерба для электрических свойств.

В антеннах промышленного производства на диск и конус идет как минимум по шесть, чаще по восемь, а в особых случаях и по двенадцать стержней.

Существуют варианты из тонкого провода или проволочной сетки, а также смешанные формы из сплошного диска и пруткового конуса.

Рис.1. Дискоконусная антенна и ее разновидности: а - однородная; б - скелетная; в - смешанная.

Принципиальная схема антенны представлена на рис.2. Коаксиальный кабель питания проложен внутри конуса к его вершине. Там экран припаивается к конусу, так что последний служит продолжением экрана. Внутренняя жила кабеля припаивается к центру диска, изолированного от конуса.

Рис.2 Принципиальная схема дискоконусной антенны

Дискоконусная антенна представляет собой вертикальный вибратор, который охватывает широкую полосу частот благодаря своей особой форме. Как и любой вертикальный вибратор, она, являясь круговым горизонтальным излучателем, характеризуется круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и всем знакомой диаграммой полуволнового вибратора в виде восьмерки в вертикальной плоскости. Последняя, впрочем, может быть в той или иной степени искажена в зависимости от рабочей частоты. Выше нижней частоты границы, на которую рассчитана антенна, КСВ в 50-омном коаксиальном кабеле не превышает 2 во всей частотной области с отношением пределов 1:10. Отсюда ясно, почему эту антенну широко ко используют для коммерческого вещания, где требуется часто менять рабочие частоты или охватывать значительную частотную область. Важнейшей из характеристик дискоконусной антенны оказалась нижняя предельная частота. Ее можно определить как наименьшую рабочую частоту, на которой величина КСВ в 50-омном коаксиальном кабеле не превышает 3. На частотах ниже КСВ быстро растет, а выше -постепенно убывает до своего среднего значения <1,5. Дискоконусная антенна электрически ведет себя как фильтр верхних частот с относительно крутым спадом частотной характеристики (рис. 3).

Рис.3 Типичная зависимость КСВ дискоконусной антенны с питанием по 50-лмному коаксиальному кабелю от рабочей частоты.

Результаты определений минимальной рабочей частоты зависят от длины конуса, диаметра диска и угла при вершине конуса. Как показали опыты Нейла, оптимальный диаметр диска составляет независимо от угла. Длина определяется. По мнению Кандояна (Kandoian), эта длина, приведенная к минимальной частоте, составляет приблизительно, но Нейл определил, что.

Их соотношение проясняют кривые частотной зависимости согласования, которые Нейл получил опытным путем. Они приведены на рис.4. в несколько измененном виде. По оси абсцисс отложена относительная частота причем как опорная длина соответствует. Каждому значению коэффициента отвечает длина, выраженная в, и для оценки этой длины достаточно умножить на 0,25. Бессмысленно надеяться на приемлемую величину КСВ для в 50-омном коаксиальном кабеле, если составляет. В этом случае при величина КСВ приближается к 3,5. Она быстро растет с уменьшением угла раскрыва конуса.

Рис.4 Согласование дискоконусной антенны и 50-омного коаксиального кабеля при различных углах раскрыва в зависимости от рабочей частоты

По кривым видно, что при любых указанных там углах раскрыва величина КСВ2, если выбрать, что соответствует длине, приведенной к максимальной рабочей длине волны. Одновременно служит множителем для, делая соотношение частоты и согласования более отчетливым. Кривые показывают, что сходство с фильтром верхних частот хорошо проявляются при больших углах раскрыва. При на кривой согласования появляется все больше промежуточных максимумов, нежелательных для многих применений. Скелетной конструкции антенны свойственны несколько иные значения, но ход соотношения между согласованием и частотой подчиняются той же тенденции.

Как правило, предпочитают угол раскрыва, при котором осевое сечение конуса является равносторонним треугольником, а. У дискоконусных антенн промышленного изготовления угол варьируется от до. ограничивает частотную область сверху таким образом, что она расширяется с уменьшением. Между и промежутком действует соотношение, зависящее от угла раскрыва.

Диаграмма направленности в плоскости является круговой и не зависит от угла раскрыва на всех рабочих частотах. По данным промышленности, отклонение от круговой формы в области рабочих частот не превышает ±5 дБ. Диаграмм направленности в плоскости на частоте во многом аналогична диаграмме полуволнового вибратора, когда главный луч перпендикулярен оси антенны. Угол раскрыва слабо влияет на диаграмму направленности в горизонтальной плоскости на частоте. С ростом рабочей частоты диаграмма деформируется, все больше отступая от первоначальной правильной двухлепестковой формы. Об этом свидетельствуют диаграммы в плоскости, полученные Нейлом при углах раскрыва, и (рис. 5). Максимум излучения на рабочих частотах до лежит преимущественно в горизонтальной плоскости при любых углах раскрыва. Уже на частоте диаграмма деформируется настолько, что напряженность поля в горизонтальной плоскости убывает на 1,5 дБ. У антенны с

на частоте потери доходят до 2 дБ, если привести их к максимуму излучения резонансного вертикального полуволнового вибратора.

Своими измерениями Нейл показал, что потери достигают 3,3 дБ на частоте и вновь убывают до 2,2 дБ на частоте. Судя по диаграммам направленности на более высоких частотах, верхний предел рабочей частоты определяется не столько согласованием, сколько практической применимости Е-диаграммы. Недаром поставщики антенн промышленного изготовления указывают в спецификациях существенно более узкие области частот, нежели те, которые могут быть обеспечены надлежащим согласование.

Рис.5 Нормированные диаграммы направленности в плоскости Е для дискоконусных антенн с углом раскрыва, и

Диаметр диска также влияет на диаграмму в плоскости Е на частотах выше. При большом диске излучение над горизонтом ослабляется, а при слишком малом искажается частотная характеристика, и излучение отклоняется в сторону конуса. Уже по диаграммам в плоскости Е хорошо видно, что усиление дискоконусных антенн, приведенное к полуволновому вибратору, равно нулю. Поэтому серьезные поставщики таких антенн либо вообще не указывают их усиление, либо дают значение 0дБ (по отношению к полуволновому вибратору) или 2,15 дБ (к изотропному излучателю).

Для питания описываемых антенн через коаксиальный кабель не требуется ни симметрирующего устройства (как в случае полуволнового вибратора), ни согласующие цепочки. Благодаря широкополосности дискоконусные антенны некритичны к размерам своих элементов и не нуждаются в настройке.

Расчет дискоконусной антенны

Используя , и приведенные в п.1 действующие соотношения между размерами элементов конструкции антенны и рабочими длинами волн, определим следующее:

Осевое сечение конуса (в связи с упрощением для реализации в программной среде MMANA-GAL);

Угол раскрыва;

Длина вибратора м;

Осевое сечение м;

Диаметр диска м;

Длина стержня мм.

Так как с помощью MMANA-GAL реализуют лишь проволочные модели антенн, то диск и конус будут задаваться отрезками проводников.

1. Диск задан с помощью четырех отрезков провода, так же реализован и конус.

Рисунок 1 - Внешний вид дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 4 проводов

Рисунок 2 - Зависимость сопротивления от частоты дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 4 проводов

Рисунок 3 -Зависимость КСВ дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 4 проводов от частоты

Рисунок 5 - Зависимость усиления и отношения излучения вперед-назад дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит 4 проводов

Рисунок 6 - Диаграммы направленности и таблица значений параметров дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 4 проводов

Рисунок 7 - Диаграмма направленности на частоте 5 ГГц дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит 4 проводов

Рисунок 8 - Диаграмма направленности на частоте 2,4 ГГц дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит 4 проводов

2. Диск задан с помощью четырех отрезков провода, так же реализован и конус.

Рисунок 9 - Внешний вид дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит 8 проводов

Рисунок 10 - - Зависимость сопротивления от частоты дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 8 проводов

Рисунок 11 - Зависимость КСВ от частоты дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 8 проводов

Рисунок 12 - Зависимость усиления и соотношения излучения вперед-назад от частоты дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 8 проводов

Рисунок 13 - Диаграммы направленности и таблица значений параметров дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 8 проводов

Рисунок 14 - Диаграмма направленности на частоте 2,4 ГГц дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит 8 проводов

Рисунок 15 - Диаграмма направленности на частоте 5 ГГц дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит 8 проводов

Вывод

В работе доказана, схожесть природ дискоконусных антенн однородного и скелетного исполнения. Однородная электрически ведет себя как фильтр верхних частот, это же было показано на графиках зависимости коэффициента стоячей волны в диапазоне 1-7 ГГц.

Список используемых источников

1. Ротхаммель К. Антенны: Пер. с нем. - 3-е изд., доп. - М.: Энергия, 1979

2. А.Л. Драбкин, В.Л. Зузенко, А.Г. Кислов/ Антенно-фидерные устройства, издание второе, переработанное и дополненное, М., «Советское радио», 1974

3. И. Гончаренко DL2KQ-EU1TT Компьютерное моделирование антенн. Все о программе MMANA, РадиоСофт, журнал «Радио», Москва, 2002

Подобные документы

Создание модели антенны и оптимизация ее конструкции. Свойства антенны горизонтальной поляризации с учетом свойств поверхности земли в направлении максимального КНД и влияние диаметра проводников симметричного вибратора на рабочую полосу частот.

курсовая работа , добавлен 23.02.2016

Симметричная вибраторная антенна, построенная из симметричных вибраторов. Удобство при монтаже, обеспечение широкого рабочего диапазона частот. Описание конструкции антенны, результаты ее исследования. Влияния длины второго вибратора на согласование.

контрольная работа , добавлен 14.01.2017

Применение зеркальных антенн. Основные параметры параболоида. Расчет облучателя, параметров зеркала и остроконечного пирамидального рупора с диаграммой направленности. Размер рупора в Н-плоскости. Диаграмма направленности антенны, её конструкция.

контрольная работа , добавлен 20.03.2011

Определение коэффициентов усиления двойной рамочной антенны. Анализ системы из двух излучателей, обладающей однонаправленным излучением. Улучшение горизонтальной диаграммы направленности. Ввод коаксиального кабеля снизу в вертикальную трубу каркаса.

курсовая работа , добавлен 13.10.2017

Выбор типа и проектный расчет волноводно-щелевой антенны и направленного ответвителя по схеме Бете. Проведение расчета размеров антенны и необходимого диапазона частот. Разработка схемы диаграммы направленности и расчет действия РЛС в различных условиях.

курсовая работа , добавлен 06.01.2012

Расчет КПД фидера. Выбор типа и схемы питания приемной антенны, определение ее геометрических размеров и коэффициента усиления. Расчет диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, коэффициента ее направленного действия.

курсовая работа , добавлен 27.10.2011

Изучение спиральной антенны дециметрового диапазона. Расчет геометрических размеров антенны и ее характеристик излучения. Основа работы цилиндрической спиральной антенны, определение диаметра его витков и шага намотки. Понятие круговой поляризации.

курсовая работа , добавлен 06.01.2012

Расчет диаграммы направленности волноводно-щелевой антенны, геометрических размеров и характеристик параболического отражателя; диаграммы направленности зеркальной антенны; элементов фидерного тракта; относительной погрешности ширины конструкции.

контрольная работа , добавлен 16.06.2013

Характеристика основных составляющих элементов антенны: активного полуволнового вибратора, рефлектора и директора. Процесс проектирования многоэлементной антенны типа "Волновой канал". Применение и принцип работы петлевого вибратора Пистолькорса.

контрольная работа , добавлен 09.02.2012

Описание принципа действия и особенности конструкции директорной антенны. Электрический и конструктивный расчет директорной антенны. Определение сопротивления рефлектора и диаграммы направленности. Разработка конструкции деталей антенны и узлов.

По сравнению с коаксиальной антенной диско-конусная антенна, обладая также круговой диаграммой направленности и таким же способом питания, имеет значительно большую полосу пропускания. По сравнению с обычным диполем коэффициент усиления этой антенны равняется -ЗдБ. Это уменьшение коэффициента усиления не должно вызывать удивления, так как диско-конусная антенна имеет правильную диаграмму направленности при очень большой полосе пропускания. Конструкция диско-конусной антенны, изображенная на рис. 11-40, при соблюдении указанных размеров и непосредственном питании по коаксиальному кабелю с волновым сопротивлением 60 Ом имеет полосу гропускания от 85 до 500 МГц.

Pиc.1

Конус изготовляется в виде рупора из листа меди или какого-либо другого материала, который легко паять. Кабель питания проводится внутри конуса и его внешняя оплетка припаивается к конусу, а очищенный отрезок внутренней жилы длиной 100 мм - к металлическому диску. Диск удерживается в горизонтальном положении с помощью изолирующих подпорок.

Для установления дальних радиосвязей в диапазонах 144- 146 МГц и особенно на 420-425 МГц необходимо сконцентрировать излучение электромагнитной энергии в виде узкого луча и направить его возможно ближе к горизонту. При этом также необходимо иметь возможность устанавливать радиосвязи с корреспондентами, находящимися в различных направлениях от радиостанции при неподвижной антенне. Для такого случая антенна должна иметь в вертикальной плоскости диаграмму направленности в виде вытянутой восьмерки, а в горизонтальной - в виде окружности. Подобную диаграмму можно получить при исполнении биконической антенны (рис. 2), представляющей собой два металлических конуса, к одному из которых присоединена средняя жила кабеля, а к другому - его оплетка. Недостатком такой антенны является необходимость симметричного возбуждения.

Pиc.2

Широкополосная биконическая дискоконусная антенна (рис. 3), в которой роль верхнего конуса выполняет диск, не требует симметричного возбуждения. В табл.1 приведены размеры дискоконусных антенн, рассчитанных для работы в любительских диапазонах.

Таблица 1
	Размеры, мм
Рабочий диапазон
частот. Мгц

При выбранных размерах антенны работу желательно вести в области наиболее низких рабочих частот, так как при повышении рабочей частоты угол между направлением максимального излучения и горизонтом увеличивается. Питание антенны производится кабелем с волновым сопротивлением порядка 60- 70 ом без согласующих устройств. Диск изолируется от конуса, который может быть заземлен. Для работы в диапазоне 38-40 Мгц конус и диск выполняются из штырей диаметром 3 - 5 мм (рис.4). Максимальное расстояние между штырями не должно превышать 0,05L.

Такая антенна является широкополосной и применяется в железнодорожных радиостанциях метровых и дециметровых диапазонов радиоволн. Диаметр питающего кабеля, включенного между конусом и диском, определяет диаметр площадки при вершине конуса. Чаще всего кабель проходит внутри трубы определенного диаметра.

Дискоконусная антенна состоит из металлического конуса с диском на вершине. Ее относят к антеннам с верхним питанием, которые снабжены концевой емкостью в виде диска и конусообразным внешним проводником.

В своем исходном виде дискоконусные антенны применяются только в дециметровом диапазоне. Такая антенна является широкополосной и применяется в железнодорожных радиостанциях метровых и дециметровых диапазонов радиоволн. В дециметровом и метровом диапазонах дискоконусная антенна представляет жесткую конструкцию, где образующие выполнены в виде медных трубок определенного диаметра.

вибратор четвертьволновый штырь радиостанция

Рис.3 Дискоконусная антенна и ее разновидности: а - однородная; б - скелетная; в - смешанная

Для установления дальних радиосвязей в диапазонах 144- 146 Мгц и особенно на 420-425 Мгц необходимо сконцентрировать излучение электромагнитной энергии в виде узкого луча и направить его возможно ближе к горизонту. При этом также необходимо иметь возможность устанавливать радиосвязи с корреспондентами, находящимися в различных направлениях от радиостанции при неподвижной антенне. Для такого случая антенна должна иметь в вертикальной плоскости диаграмму направленности в виде вытянутой восьмерки, а в горизонтальной - в виде окружности. Подобную диаграмму можно получить при исполнении биконической антенны (рис. 2), представляющей собой два металлических конуса, к одному из которых присоединена средняя жила кабеля, а к другому - его оплетка. Недостатком такой антенны является необходимость симметричного возбуждения.

Широкополосная биконическая дискоконусная антенна (рис. 3), в которой роль верхнего конуса выполняет диск, не требует симметричного возбуждения.

При выбранных размерах антенны работу желательно вести в области наиболее низких рабочих частот, так как при повышении рабочей частоты угол между направлением максимального излучения и горизонтом увеличивается. Питание антенны производится кабелем с волновым сопротивлением порядка 60- 70 ом без согласующих устройств. Диск изолируется от конуса, который может быть заземлен. Для работы в диапазоне 38-40 Мгц конус и диск выполняются из штырей диаметром 3 - 5 мм. Максимальное расстояние между штырями не должно превышать 0,05L.

Исходные данные:

Привести, кроме схематической конструкции, также диаграмму направленности дискоконусной антенны в плоскости оси антенны и в плоскости, перпендикулярной оси.

Приближенный расчет основных размеров такой антенны произвести последующим формулам.

1. По заданной максимальной волне диапазона определяем длину образующей конуса:

2. диаметр питающего кабеля, включенного между конусом и диском, определяет диаметр площадки при вершине конуса. Чаще всего кабель проходит внутри трубы определенного диаметра.

3. По выбранному значению угла и найденному значению l, определяем диаметр основания конуса:

Где - диаметр площадки при вершине конуса.

4. Определяем диаметр диска:

5. Зазор между диском и вершиной конуса равен:

На рис. 5. приведены диаграммы направленности для угла раскрытия 35,60,90.