Рубрика: Телекомуникации
Оптимизирана широкопојасна антена за 145 MHz
Автор: Дејан Трајковски
Објавено на 11.04.2024 - 16:30

Слика 1: Антената за двометарскиот банд е поставена над антената за четириметарскиот банд

Завршена е и успешно тестирана втората OWA антена (Optimized Wide-band Antenna), специјално дизајнирана за искористување на рециклиран материјал од старите антени за 4. телевизиски канал од аналогната телевизија, какви што сé уште можат да се најдат на подрачјето на Битола и Прилеп.

Оваа 7-елементна OWA антена е наменета за двометарското VHF подрачје (144 MHz), а неодамна го видовме дизајнот и за 5-елементна OWA антена за четириметарското подрачје (70 MHz) - види тука .

Главниот услов беше овие антени да ја искористат целата должина на стариот носач од 2,5 m, како што се гледа на слика 1. Така, антената за 145 MHz (горе) е поставена на ист вертикален носач заедно со антена за 70 MHz (долу).

Слика 1а (лево): Антената за двометарскиот банд е поставена над антената за четириметарскиот банд. Двете антени имаат иста должина од 2,5 m бидејќи се засноваат на рециклиран материјал од стари телевизиски антени за 4. канал.  Слика 1б (десно): Завршената антена, спремна за мерење и поставување на работната позиција. Десно од неа се гледа 5-елементната антена за новоодобрениот кај нас четириметарски (70 MHz) банд

На слика 2 се дадени димензиите на антената, за случај на елементи, изолирани од главниот носач. Дијаметарот на елементите изнесува d=10 mm и користен е затворен дипол со ширина 60 mm. Напојувањето се врши со λ/2 коаксијален трансформатор на импеданса 4:1, што истовремено служи и како BALUN за симетрирање.

Од една 5-елементна антена за 4. телевизиски канал има материјал за носачот и сите 7 елементи за оваа OWA антена за двометарски банд, а една прачка дури останува одвишна.

Слика 2: Димезии на антената (должини и растојанија помеѓу елементите), за дијаметар на цевките од 10 mm. Должините важат за елементи изолирани од главниот носач.

Ако елементите се провлекуваат неизолирани низ главниот носач, нивната должина треба да се корегира според формулите на DL6WU или YU1AW, за 30%-50% од ширината на носачот. Ако се користат масивни, односно широки лимени носачи од телевизиските антени за 4. канал, елементите да се продолжат за цели 3 cm.

Масивните лимени носачи (слика 3) на елементите вршат добра работа во однос на јакоста на антената, меѓутоа нивното влијание на електричните карактеристики на елементите и целата антена беше непознато. Со експеримент на веќе изведена антена беше утврдено дека овие држачи, широки по 14 cm, прават елементите да не зрачат по целата должина, односно се однесуваат како да се пократки за цели 3 cm.
Поради тоа, доколку се користат вакви држачи за неизолирани елементи, елементите треба да се продолжат за 3 cm кај антена за 145 MHz (двометарско подрачје). Кај антената за 70 Mhz (четириметарско подрачје) држачите не покажаа позначително влијание, барем кај OWA антената.

Слика 3: Овие масивни лимени носачи на елементите вршат добра работа во однос на јакоста на антената, меѓутоа нивното влијание на електричните карактеристики на елементите и целата антена беше непознато.

Слика 4: Распоред на електричните струи по должините на елементите на антената

На слика 4 е прикажан просторниот дијаграм на електромагнетното поле за случај на антена во слободен простор, доволно високо над земјата, а на останатите слики се дадени дијаграмите на импедансата, засилувањето, соодносот напред/назад и распоредот на струите по должините на елементите. Симулациите се вршени со програмата MMANA-GAL.

Слика 5: Тродимензионален дијаграм на електромагнетното поле (директивноста) на антената во отворен простор, на доволно голема висина над земјата. Дијаграмот е прилично чист, без големи странични лобови.

Иако антената е оптимирана за фреквенција од 145 MHz, каде проектираното засилување изнесува Ga=12,01 dBi во слободен простор, нејзиниот пропусен опсег изнесува повеќе од 10 MHz (најмалку од 138 до 148 MHz), што се гледа од дијаграмот на SWR-от (слика 5) и дијаграмот на зрачење, односно директивноста (слика 6).

Слика 6 (лево): Дијаграм на коефициентот на стојни бранови на антената во зависност од фреквенцијата. 

 

Имено, долната антена (за 70 MHz) речиси не ја чувствува близината на горната антена, односно нејзиниот SWR остана речиси непроменет. Горната антена го влоши SWR-от на 144-146 MHz (секогаш страда антената за помалата бранова должина, особено ако е двојно помала), но интересно е што нејзиниот пропусен опсег се прошири од 122 до 150 MHz, односно стана многу поголем отколку кај осамена антена. Антената за 145 MHz веројатно нема да работи идеално при ваква поставеност, но пробите во реални услови ќе кажат поточно.

Како што се забележува на слика 6, пропусниот опсег за SWR<1,5 изнесува 5,8 MHz, односно неверојатни 10,2 MHz за SWR<2. SWR=1 при импеданса на приклучокот од антената од 200+0j Ω. Се трансформира на 50+0j Ω со ламбда/2 коаксијален трансформатор на импеданса 4:1

Очекувано, најдобра директивност и сооднос напред/назад антената има на проектираната фреквенција од 145 MHz – зеленкастата линија на дијаграмот на слика 7. Иако дијаграмот се расипува со намалување на фреквенцијата, сепак антената останува прилично употреблива сé до 138 MHz.

Слика 7: Дијаграмите на зрачење на антената во E и H рамнините, во функција од работната фреквенција.

λ/4 коаксијалниот трансформатор на импеданса ги намалува компонентите за 4 пати (иако ова не го прави униформно во целиот фреквентен дијапазон), така што варијациите се уште помали.

На фреквенција од 145 MHz импедансата изнесува 200+0ј Ω, а реактансата многу не варира, благодарение на што SWR-останува во прифатливи граници (под 2,0) во целиот дијапазон на фреквенции. Ваквиот дијаграм (слика 8) е уникатен за OWA антените.

Бидејќи беа користени оригиналните масивни лимени држачи на елементите од телевизиските антени, чие влијание на електричната должина беше непознато на овие фреквенции, со експеримент беше најдено дека овие држачи, широки по 14 cm, ефективно ја намалуваат должината на елементите за цели 3 cm, така што резонанцијата кај изработената антена беше повисока од проектираната.

 

Слика 8 (лево): Дијаграми на ефективната и реактивната електрична импеданса на антената во приклучната точка во функција од работната фреквенција Слика 9 (десно): Дијаграмот на засилувањето (сината линија) и соодносот напред/назад (црвената линија) на дадената антена. 

Со оваа корекција, односно со продолжување на елементите за 3 cm, Николче, Z32TW ќе изработи нова антена, чија резонантна фреквенција треба да изнесува точно 145 MHz. Сепак, благодарение на проектираната широкопојасност на антената, таа работи добро дури и со сегашните димензии.

Кај дијаграмот на засилувањето (слика 9) кривите остануваат прилично рамни сé до 140 MHz (со загуба на засилувањето од само 1 dBi, односно околу 10%), а дури потоа започнува позабележливо намалување на засилувањето и вложување на соодносот напред/назад.

Инаку, со продолжување на димензиите на елементите и меѓусебните растојанија за 8,2%, антената може да се адаптира за воздухопловен банд (Aircraft VHF Band, 118-137 MHz), а со скратување за 15,2% може да се адаптира за поморски банд (Marine VHF Band, 156-174 MHz).

Иако овие OWA антени не се оптимирани за максимално засилување, односно немаат висок Q-фактор, нивната екстремна широкопојасност и толерантноста кон влијанието на околината ги прави атрактивни за изработка и користење.

Клучни зборови:
Слика 1: Антената за двометарскиот банд е поставена над антената за четириметарскиот банд

Слика 1: Антената за двометарскиот банд е поставена над антената за четириметарскиот банд. Двете антени имаат иста должина од 2,5 m бидејќи се засноваат на рециклиран материјал од стари телевизиски антени за 4. канал.

Слика 2: Димезии на антената (должини и растојанија помеѓу елементите), за дијаметар на цевките од 10 mm

Слика 2: Димезии на антената (должини и растојанија помеѓу елементите), за дијаметар на цевките од 10 mm. Должините важат за елементи изолирани од главниот носач.

Слика 3: Овие масивни лимени носачи на елементите вршат добра работа во однос на јакоста на антената

Слика 3: Овие масивни лимени носачи на елементите вршат добра работа во однос на јакоста на антената, меѓутоа нивното влијание на електричните карактеристики на елементите и целата антена беше непознато.

Слика 4: Распоред на електричните струи по должините на елементите на антената

Слика 4: Распоред на електричните струи по должините на елементите на антената