Все замеры и эксперименты проводились с радиостанцией Voxtel MR 350.
Параметры исходной спиральной антенны:
Внутренний диаметр спирали: 3 мм
Диаметр провода: 0.5 мм
Количество витков: 18
Расчетным путем было получено, что максимальная расчетная индуктивность спиральной антенны составляет 0.28 мкГн.
L = D2 * n2/(45 * D + 100 * l), мкГн
D = 0.3 см - внутренний диаметр катушки
n = 18, число витков
l=0.9 см - общая длина намотки
Уменьшить индуктивность спиральной антенны и тем самым повысить ее резонансную частоту можно увеличением межвиткового расстояния, то есть растягиванием.
С помощью индикатор напряженности поля удалось установить, что резонансная частота спиральной антенны радиостанции находиться намного выше рабочей частоты, то есть 446 МГц.
Так же удалось выявить сильное влияние на резонансную частоты антенны от окружающих предметов.
Когда я подносил руку к антенне, то есть вносил в нее емкость, резонансная частота ее понижалась и в какой-то момент даже достигала рабочей частоты, а после чего происходило ее дальнейшее снижение.
Для упрощения настройки антенны, был изготовлен новый образец, представляющий из себя две последовательно соединены индуктивности.
Для нужд гражданской радиосвязи в России существуют 3 диапазона частот:
- 27 МГц (CB), разрешенная мощность – до 4 Вт. На этой частоте можно использовать радиостанции с любым типом антенн (компактные, автомобильные, стационарные).
- 433 МГц (LPD) . Допустимая мощность – максимум 0,01 Вт . Используются рации с компактными интегрированными антеннами.
- 446 МГц (PMR). Допустимая мощность – максимум 0,5 Вт. Связь осуществляется при помощи радиостанций с компактными интегрированными антеннами.
В реальности многие заводские радиостанции диапазонов PMR и LPD отличаются мощностью до 5 Вт. Устройства, имеющие мощность до 0,01 Вт в диапазоне 433 МГц, а также до 0,5 Вт в диапазоне частот 446 МГц регистрировать не нужно. Роскомнадзор занимается выявлением раций, которые не соответствуют нормам мощности, установленным законодательством. Перечень подлежащих регистрации раций и порядок осуществления регистрации определен соответствующим законодательным актом Правительства РФ.
По завершению регистрации владелец получает Свидетельство о регистрации. Станции без выхода в телефонную сеть сертификации не подлежат.
Длина волны в рациях диапазона СВ составляет 11 м. Радиоволна может преодолеть препятствие в половину длины волны, и радиостанции в этом диапазоне оптимальны для использования на пересеченной местности. Радиоволна обогнет любую неровность рельефа или группу деревьев 5-6-метрового диаметра. При аналогичных электрических параметрах они гарантируют большую дальность связи. Для 27 МГц возможны электромагнитные помехи промышленного происхождения или интермодуляционные. Причиной этого является загруженность эфира в городах. При использовании радиостанций с компактными антеннами в городе или вблизи города дальность связи непредсказуема.
В этом диапазоне не исключены «дальние прохождения», то есть связь может проходить очень большие расстояния, в том числе может образовываться «радиоэхо» (собственный сигнал, обошедший вокруг планеты) в результате переотражения от ионосферы.
При большой активности солнца вероятность возникновения «дальнего прохождения» увеличивается. Это негативно влияет на дальность и качество ближней связи из-за дополнительных интермодуляционных помех.
Длина волны популярных радиостанций частот 433 и 446 МГц составляет примерно 0,7 м, по этой причине для пересеченной местности или леса не подходит. Радиоволна не способна обойти даже 35-сантиметровый ствол дерева. Но радиостанции 433 и 446 МГц оптимальны для городских условий, поскольку в этом диапазоне мало атмосферных шумов и промышленных электромагнитных помех.
На дальность связи влияют самые разные факторы, среди которых:
-
электромагнитные помехи. Рации LPD, PMR переносят их лучше, чем СВ,
поскольку уровень промышленных и атмосферных помех на диапазонах 433/446
МГц намного ниже, чем на 27 МГц. Поэтому в городе дальность связи
станций LPD/PMR гарантирует лучшую дальность связи.
Волновые эффекты (дифракция, интерференция). Они делают возможным преодоление препятствий, по размеру меньших, чем половина длины волны. Это приводит к тому, что сигнал становится неоднородным на дистанциях, сопоставимых с длиной радиоволны. На пересеченной местности или в горах рации СВ работают лучше остальных.
В результате переотражений от ионосферы для СВ-раций вероятны «дальние прохождения». Для устойчивой двусторонней связи необходимы хорошая антенна и определенное состояние ионосферы. В диапазонах LPD/PMR «дальние прохождения» невозможны.
Поглощение радиоволновой энергии поверхностью земли, деревьями. Поглощение усиливается с увеличением частоты волны (СВ выигрывает).
Эффективность антенны важна для портативных раций.
Эффективными можно назвать штыревые вертикальные антенны длиной в четверть или больше длины волны сигнала. Оптимальными для четвертьволновых антенн будут следующие:
§ СВ – 2,78 м
;
§ LPD – 17,3 см
;
§ PMR – 16,8 см
.
Рассматривается геометрический размер антенны. Но ее можно укоротить, сохранив электрическую «длину» удлиняющей катушкой.
Если укороченную антенну сделать узкополосной, с большим резонансным усилением по частоте, это повысит КПД компактных антенн, однако только при функционировании в узко-частотном диапазоне, на который она настроена.
Для раций более коротковолновых LPD и PMR антенну не нужно существенно укорачивать, а для длинноволнового СВ укороченная до 20 раз антенна снижает дальность радиосвязи. Такие рации хорошо работают только с длинными антеннами, но при этом неудобны в обращении.
Нельзя однозначно сказать, какой диапазон лучше.
У каждого диапазона гражданской связи свои преимущества и минусы, которые видны в разных условиях. Выбирая диапазон, руководствуйтесь условиями эксплуатации.
Для загородной связи, на больших расстояниях в лесу или на пересеченной местности лучше предпочесть радиостанцию СВ. Лучшую связь в городе, в частности, внутри железобетонного здания или транспорта (без внешней антенны) обеспечат рации LPD/PMR. Если важна не дальность, а удобство ношения и размеры – выбирайте LPD/PMR. Для перевозки рации за границу лучше взять PMR. Если нужно контактировать с профессиональными или любительскими радиостанциями, стоит попробовать портативные рации LPD, поскольку у PMR каналы на 6.25 кГц сдвинуты касательно 446 МГц, а отрезка в 6.25 кГц в основной массе любительских и профессиональных станций нет.
Ниже описываются несколько коллинеарных антенн, все они рассчитаны быть выполненными из алюминиевой проволоки сечением 6 мм квадратных (провод АПВ с которого была удалена ПВХ изоляция). Алюминиевый провод был выбран потому, что алюминий в отличие от меди, коррозионно более стоек при незначительно меньшей электропроводности, т.е. антенна из алюминия работает не хуже чем из меди, но не гниёт под нашими кислотными и щелочными дождями.
Все антенны выполнены по схеме "J колено и фазовращающие петли" и выгнуты из цельного куска провода, по умолчанию антенны посчитаны на PMR 446 МГц, но без проблем могут быть пересчитаны и на LPD 433 - 434 МГц.
Ширина короткозамкнутой линии образующей J колено у всех антенн 20мм, длина тоже одинакова 1/4 длины волны или 168мм, немного разные только места подключения фидера.
Коллинеарная антенна 2 по 5/8 плюс 1/2 L
Коллинеарная антенна 3 по 5/8 плюс 1/2 L
Коллинеарная антенна 4 по 5/8 L
Коллинеарная антенна 4 по 1/2 L
Настраиваются антенны подбором места подключения фидера к J колену и небольшой подрезкой последнего, самого верхнего элемента, так как только на него распространяется коэффициент укорочения.
Антенны вместе с J коленом, как и было сказано выше, выгибаются из цельного куска провода, "противовес", идущий вниз от J колена монтируется потом, методом скрутки.
При сборке антенны все расстояния отмеряются от центра провода, а не от границ, точность измерения должна быть не хуже 1мм.
Учтите - ошибка измерения в элементах основного полотна антенны накопительная, то есть если при сгибании первого колена, считая от низа J колена мы ошиблись на +2 мм, то мы можем это исправить сделав длину следующей за ним фазовращающей петли меньше на 2мм. Если же ошибка и там составит +2мм то суммарная ошибка будет +4мм, если ещё на 1мм ошибёмся в следующем колене, то суммарная ошибка уже будет +5мм, что неминуемо приведёт к падению усиления антенны в целом на расчётной частоте.
Что бы желающие повторить антенны могли себе представить как антенну согнуть, вот фотография уже готовой антенны 4 по 1/2 L на PMR:
При подключении антенны, желательно, что бы фидер отводился хотя бы на 1/2L под углом 90 градусов к полотну антенны.
Сами коллинеарные антенны выполненные из провода сечением 6 мм квадратных не обладают конструкционной прочностью и не способны поддерживать себя самостоятельно, по этому закрепляются на пластиковой удочке полиэтиленовыми стяжками. Как показали испытания пластик китайских удочек радиопрозрачен и не влияет на параметры антенн.
Фазовращающие петли можно выполнить и по иному - в виде 1 витка, таким диаметром, что бы его длина окружности соответствовала длине фазовращающей петли.
Если необходимо пересчитать одну из представленных антенн на 433 МГц, то все её элементы удлинняются пропорционально изменению частоты, то есть длину каждого элемента, включая длины J колена и фазовращающих петель нужно умножить на 446/433 или 1,030023094688222.
Загрузка...
