понеділок, 16 березня 2020 р.

Майстер-класи по VHF/UHF у Запорізькому радіоклубі

Темою першого заняття були «3 японці в радіотехніці» та історія винаходу антен Uda-Yagi, першому конструктиву, фізики їх роботи. Друге заняття було присвячене вивченню софту моделювання MMANA та створенню моделі так званої "антени американських пенсіонерів" - J та роботі з моделлю Yagi 3+4 VHF/UHF. Також хлопці познайомилися з використанням авіателеметрії ADS-B та антеною для її прийому. Завершили збирання антени для роботи на супутник і протестували на векторному антенному аналізаторі NanoVNA. Третій евент присвячений проведенню польового дня на острові Хортиця...

20-ті роки минулого століття стали початком золотого віку в радіоелектроніці імператорської Японії. Поки в Європі Марконі налагоджував радіотелеграфний зв'язок на 300 миль, японська армія вже мала радарні системи та радіотелефонний зв'язок. Нагадаю, це до першої світової японсько-китайська війна. Отже, в 1924 році японський фізик Сінтаро Уда та його помічник Ішимуру займалися дослідженнями власної частоти одновиткового контуру, підключеного до генератора і працювали в галузі морського радіозв'язку між островами та флотом. І помітили ефект пiдсилення і спрямованості поля, коли піднесли в площині котушки другу пасивну котушку на певній відстані. Трохи пізніше для технологічності вони замінили котушки звичайними стрижнями і в 1926 опублікували результати в журналі імператорської академії наук у співавторстві з керівником лабораторії в якій працював Уда - професором Хідецугу Ягi. Зрозуміло, просування публікації. А називалася антена не Uda-Yagi, як багато хто міг подумати... а проектор найтоншого променя електричних хвиль. То як так вийшло, що антена на слуху більше як Ягi? А справа ось у чому. У 1932 році Ягі запатентував у США цю антену одноосібно. За датою надходження публікації видно, що вона датується 1926, тобто. Ягі поквапився відразу після публікації в імперському журналі. І поки суть та справа, ця антена настільки сподобалася американцям, що її почали застосовувати повсюдно як телевізійні.

    

    

    

Конструкція Uda-Yagi досить проста, це два елементи - активний вібратор, довжиною півдовжини хвилі та пасивний вібратор, довжина та розташування якого визначає його поведінку.



Якщо довжина менше 1/2 лямбда, то провід має ємнісний характер і при розташуванні його на відстані в чверть діни хвилі, фаза напруги наведеної хвилі в ньому збігається з фазою активного елемента і відбувається пiдсилення, назвали директором. Якщо ж довжина більша 1/2 лямбда, то вже в протифазі і відбувається придушення хвилі, цей елемент назвали рефлектором. Типове значення пiдсилення такої 3-х елементної Uda-Yagi порядку 5.5 dBi щодо ізотропного випромінювача. Кожен наступний директор дає приріст пiдсилення 2.15 dBi і поступово спадає. Історично склалося, що першими поширення отримали однорідні антени хвилі, що біжить, де відстань між елементами однакова. І теоретичний максимум їм 18 dBi. Є й неоднорідні, із різною відстанню між елементами. Їх максимум пiдсилення доводиться до 19 dBi. Тому коли вас намагаються переконати та малюють цифри у 20 і більше dBi, не вірте. Та й конструктивно антени з кількістю елементів понад 10 вимагають досить великої довжини буму (траверси), що починає провисати.

Урок історії з однорідних Uda-Yagi

Відверто кажучи, сучасні антени типу "хвильовий канал" залишили лише принципи, закладені в основу їхньої роботи в 1926 році Сінтаро Уда та його керівником Хідзецугу Ягi з Університету Тохоку в публікації "Проектор найтоншого променя електричних хвиль" праць Імператорської академії. До появи робіт Гюнтера DL6WU були масово поширені однорідні (гомогенні) структури типу хвильовий канал, у яких директори мали однакову довжину та рівні відстані між елементами. Що дозволяло спростити моделювання та за потребою просто нарощувати потрібну кількість елементів. Основними недоліками таких структур були - неоптимальність по співвідношенню кількість елементів/пiдсилення та значні бічні пелюстки. 30 років тому DL6WU, проводячи експерименти з антенами Long Yagi, з'ясував, що поступове збільшення відстані між директорами до 0.45 довжини хвилі при одночасному зменшенні їх довжини призводить до зростання пiдсилення та поліпшення діаграми спрямованості антени. Крім того, він також визначив поправочні вкорочувальні коефіцієнти при монтажі елементів на провідному бумі (та сама емпiрiчна формула врахування бум-корекції). Експерименти ці були дуже трудомісткі та звичайним радіоаматорським софтом не враховувалися.



У 1997 році, інший радіоаматор, Мартин DK7ZB, маючи на меті отримати оптимальний компроміс між пiдсиленням, шириною робочої смуги частот і діаграмою спрямованості розробив варіант Long Yagi, що використовують так звану техніку "28 Ом", і розробив їх теоретичні основи. Ці антени Мартін постійно вдосконалює. Їхні характеристики, як правило, перевірені в багатьох EME. Інший німецький радіоаматор, Reiner Bertelsmeier, DJ9BV, з'ясував, що не тільки коефіцієнт пiдсилення, але також і небажаний прийом шумів бічними та задніми пелюстками діаграми спрямованості антени відіграє велику роль в оцінці її ефективності. Він запровадив поняття відношення пiдсилення антени (G) до температури шумів (Т). Це ставлення найчастіше дається у логарифмічної шкалою, тобто у децибелах.

Існує два протилежні підходи до вирішення проблеми власних шумів антени. В одному випадку антени проектуються з розрахунку на максимальне пiдсилення, що призводить до їх вузькосмугості. Другий підхід має на увазі значне придушення бічних пелюсток у діаграмі спрямованості, що призводить до зменшення пiдсилення антени.

Постскриптум

Шановні читачі, якщо мої дописи вас зацікавили – пiдтримайте збiр або ставайте спонсорами Youtube-каналу LaboratoryW з ексклюзивними лайфхаками.

Кориснi матерiали
  1. Про фiдер замовте слово...
  2. Про тепловий пробiй або допустиму потужнiсть в фiдерi
  3. Орієнтовний розрахунок допустимої потужності для рiзних RF-конекторiв
  4. Приклад розрахунку втрат у діелектриці
  5. Як перевірити радіопрозорість пластику без мікрохвильовки?
  6. Приклад конструктивних елементів підстроювання резонансу для антени в кожусі
  7. Приклад розрахунку та вимірювань коефіцієнта вкорочення
  8. Як правильно тестувати антени
  9. Щогла для ваших антен. Чи все так просто?
  10. Розрахунок спiральних антен та відмінності від антен зі штучною еліптичною поляризацією
  11. До питання узгодження спіральних антен
  12. Захист спіральних антен від статики
  13. Як скласти сигнали спіральних антен з одностороннім намотуванням або антен лiнiйних полярізацiй
  14. Суматор двох антен iмпедансом 50 Ohm на 50 Ohm коаксиалах
  15. Індуктивності та BIAS дроселi, чи все так просто?
  16. Як оцінити підсилення рупорної антени
  17. Лайфхак швидкої оцінки ширини діаграми спрямованості антен
  18. Як вивести RF-кабель через вікно/двері, якщо не можна свердлити
  19. Як виміряти КСХ та АЧХ антени за допомогою HackRF чи RTL SDR чи TinySA Ultra
  20. Симетруючi шлейфи з КЗ по DC
  21. Notch або смуговий фiльтри
  22. На ВЧ особливу увагу придiляйте стрибку iмпеданса на стиках у конекторах
  23. Чи все так просто з довжиною штирьових антен
  24. Будь-яка земляна петля - антена
  25. Рекомендації щодо ЕМС та трасування друкованих плат
  26. Rusty bolt effect (PIM). Ефект іржавого болта або пасивні інтермодуляційні завади
  27. Меблева фурнітура як джерело перешкод або сплески ЕМІ в газліфтах крісел
  28. Чому на польових днях на УКХ найчастіше використовується горизонтальна поляризація?
  29. DIY широкосмуговий антенний комутатор до 500 MHz
  30. Антени для PEP детекторів дронів. Рекомендації щодо застосування