30
декабря
2021
Конструктивное решение узла питания антенн "волновой канал" УКВ диапазона с разрезным вибратором
15:58

Конструктивное решение узла питания антенн "волновой канал" УКВ диапазона с разрезным вибратором

30 декабря 2021 15:58

В любительских конструкциях антенн УКВ диапазона часто применяется разрезной полуволновой вибратор. Изготовление узла питания вызывает вопросы.

Преимущество разрезного вибратора - для его изготовление не требуются специальные приспособления или навыки слесаря. Нужна нужна лишь ножовка по металлу, напильник, мощная отвертка, плоскогубцы, винты, гайки шайбы М4 и М5, кусок пластины из прочного пластика для изготовления центрального изолятора и трубка из анодированного алюминия длиной 1 метр диаметром 8 мм.

Все детали для изготовления я обычно покупаю в магазине строительных товаров "Максидом". Пластик подойдет от разделочной доски для продуктов (от 75 рублей =~ $1).

Вначале нужно изготовить пластину размерами 16 на 8 см. Если есть электролобзик - используем его.
Затем отступая от краёв 2см сделать 6 отверстий по осям симметрии. Трубки половинок вибратора крепятся к пластинке при помощи вытяжных заклёпок. Узел питания в сборе крепится при помощи винтов к траверсе квадратного сечения 20 x 20. Кабель подключется через лепестки и винт М4 или М3 с шайбами, шайбой Гровера и гайкой (при самоконтрящейся гайке с втулкой из полиэтилена Гровер не нужен).

Представляют интерес вопросы, которые мало где освещаются:

Вопрос 1) каков должен быть воздушный зазор между торцами трубок в узле питания?
Ответ 1) минимальное расстояние определяется искровым промежутком и пробоями в диэлектрике. Как известно, на половинках диполя при помощи генератора подводятся заряды различного знака - плюс и минус, которое меняется на противоположное за половину периода колебаний. Если пренебречть разрадом по воздуху, и учитываем только разряд по влажной поверхности между электродами - напряжение 20 кВольт на расстоянии 2 сантиметр (10 кВольт на 1 сантиметр), в самом плохом случае - при неплотном прилегании электродов к диэлектрику (источник - В.В. Соловьев - Изоляция электроустановок, учебное пособие, Благовещенск, Издательство АМГу 2014 г).

Сопротивление пресной воды из осадков составляет 10 мкСм/метр или 100 кОм/метр или 1 кОм на 1 см. Однако поверхность алюминия анодирована, точки питания должны быть защищены от приямых осадков - герметик, лак. пластилин или размещение узла питания внутри монтажной коробки, что защитит от образования непрерывной плёнки воды по поверхности изолятора и между "электродами".

Мощность считал по формулам:

P=U x I
I=U / R
P=U x U / R
R=50 Ом

Для постоянного тока:

Воздушный зазор, мм Пробивное напряжение, Вольт Выходная мощность MAX, кВт
1 1000 20
5 5000 500
10 10000 2000

Для переменного тока 1-300 МГц выбирают напряжение 1-6 кВт на сантиметр
(Для переменного напряжения высокой частоты зазор должен быть больше из-за различных эффектов в диэлектрике - нагрев из-за ВЧ напряжения, образовании каналов проводимости, старение материала, образование дуговых разрядов и т.д.).

Для переменного тока высокой частоты:

Воздушный зазор, мм Пробивное напряжение, Вольт Выходная мощность MAX, кВт
1 100 0,2
5 500 5
10 1000 20

Можно сказать что для максимальной разрешённой мощности 100 Вт на УКВ годится любой промежуток от 1 до 20 миллиметров. Выбирают его из конструктивных соображений: при подключении коаксиального кабеля точки питания не дожны быть слишком далеко друг от друга, а выводы кабеля должны быть как можно короче (например, в Ethernet выводы за пределы кабеля допускают в пределах 20 мм). При зазоре 5-10мм и отступе от краёв по 1см, расстяние между точками питания составит 25-35 мм, что довольно удобно для монтажа и не вызывает большой паразитной реактивности. Необходим зазор, равный диаметру трубки 8 мм. По конструктивным сооражениям можно увеличить его до 10 мм.

Вопрос 2) допустимо ли питание не в края трубок, а с отступом к краям, допустим, на 4 см от центра?.
Ответ 2: Допустимо. Объяснение при помощи моделирования:
feeding

Исходная антенна (идеальное питание разрезного диполя в края трубок. зазор 10 мм ): КСВ=1.01
(Z = 50 Ом + j0).

При питании не с краю трубок (расстояние между точками питания 20мм): КСВ=1.13 без настройки
(Z=50 Ом +j6).

При питании не с краz трубок (расстояние между точками питания 30мм) КСВ=1.2 без настройки
(Z=50 Ом +j9). После настройки изменением длины диполя КСВ=1.1 (Z=47 Ом + j0)

Альтернативный способ настройки: не изменением длины диполя, а последнего директора:
КСВ=1.01 - пришлось передвинуть дальний директор и изменить его размер.

Исходное значение 4 директора

  • длина 0.877
  • позиция 0.994

Настройка антенны сводится к постепенному уменьшению размеров диполя при помощи напильника, с контролем КСВ.

Таким образом добиваются смещения частоты настройки антенны вверх, пока она не встанет в центр требуемого диапазона - 144.3, 145 или 145.5 МГц. В многоэлементных антеннах можно двигать наиболее дальний директор.

Так как взята 4-элементная антенна, после настройки 4 директора

  • длина 0.867 (стала меньше на 10 мм)
  • позиция 1.055 (смещение по траверсе дальше на 61 мм).

Таким образом, увеличение расстояния между точками питания приводит к образованию рактивности положительного знака и увеличивает КСВ до 1.2.

Для настройки желательно сделать на дальнем конце траверсы запас 70-80 мм для перемещения последнего директора к краю,
при этом можно добиться КСВ 1.1-1.0 без ухудшения диаграммны направленности.


Крепление директоров производится так же как у разрезного вибратора - с помощью изолирующих площадок и заклепок только размеры плодадок можно взять меньше, т.к. нагрузки слабее. Также, возможна установка элементов сквозь траверсу при условии изоляции трубок от неё (изолированные элементы, например, в термоусадке. Самый выгодный вариант - изготовление ложементов на 3D принтере доступен не всем.



Похожие публикации

Комментарии: 0