Дипольный подход «Веер», использующий ряд параллельных диполей разной длины, питаемых от одного и того же фидера и из одной точки, обеспечивает многодиапазонную возможность для различных приложений радиосвязи.
Один относительно простой метод создания многодиапазонного диполя состоит в том, чтобы подать несколько отдельных диполей из одной и той же точки на один фидер либо с проводами, идущими параллельно друг другу, либо в виде веера, исходящего из центральной точки. В результате эти диполи часто называют веерными диполями или веерными многополосными диполями. Каждый диполь резонирует на своей частоте и будет излучать как резонансный диполь на своей частоте, что позволяет легко обеспечить многодиапазонность, позволяющую охватить несколько различных диапазонов с помощью одного фидера.
Эти веерные или параллельные дипольные антенны обеспечивают многочастотную или многодиапазонную работу, которая используется для различных приложений коммерческой радиосвязи, а также для радиолюбителей, где они могут работать на нескольких диапазонах с использованием одного фидера. Часто очень полезно иметь многодиапазонный диполь, поскольку он экономит место и означает, что можно использовать несколько диапазонов, в то время как требуется только один фидер. Это может быть преимуществом для многих типов станций радиосвязи, особенно для радиолюбителей.
Работа ВЧ многодиапазонного веерного диполя
Принцип работы многодиапазонного ВЧ-диполя вентилятора заключается в том, что каждый диполь имеет низкий импеданс в точке подачи на своей резонансной частоте. По мере удаления частоты от резонансной частоты одного диполя его импеданс увеличивается, и он не поглощает мощность. Однако на резонансной частоте другого диполя импеданс падает и он будет брать мощность с фидера. Таким образом, многодиапазонный веерный диполь будет иметь ряд резонансных частот, каждая из которых соответствует резонансной частоте различных диполей. В случае описанного выше веерного диполя длина L1 составляет четверть длины волны в самой низкой полосе частот, L2 — следующую вверх, и, наконец, L3 — четверть длины волны в самой высокой полосе частот. При проектировании веерного диполя следует позаботиться о том, чтобы резонансная частота одного диполя не соответствовала третьей, пятой и т. д. гармонике другого диполя, поскольку оба будут иметь низкий импеданс в этой точке.
Реализации веерного диполя
Хотя теоретическая концепция многодиапазонного веерного диполя довольно проста, существует несколько способов ее реализации. Если антенна настроена как набор параллельных диполей, то диполь для самой низкой частоты будет иметь тенденцию нести вес всех других диполей, и это может привести к провисанию всей антенны. Чтобы уменьшить провисание, можно воспользоваться несколькими подходами. Во-первых, нужно уменьшить количество дополнительных диполей, добавленных для уменьшения веса, а во-вторых, реализовать параллельную дипольную антенну в виде перевернутой буквы V, поскольку это помогает значительно уменьшить провисание. Также можно использовать более прочную медную проволоку для тяжелого режима работы для самого длинного диполя, который используется другими для поддержки. Остальные можно сделать из более легкой проволоки. Однако будьте осторожны, так как это может иметь эксплуатационные последствия, поскольку более тонкий провод будет иметь другой коэффициент А для длины, это сделает диполь более узкополосным, а также может привести к ограничениям мощности. Однако решения о том, как сделать диполь, могут быть приняты в соответствии с требованиями.
Нет необходимости, чтобы все провода шли параллельно, создавая версию диполя вентилятора с параллельными проводами. Также можно отводить различные дипольные провода от фидера в разных направлениях, разветвляя их по мере необходимости. При таком подходе необходимо иметь несколько различных опорных точек — по одной на каждом конце каждого диполя. Когда принимается этот подход, довольно часто разные провода расходятся веером почти в виде конуса, создавая несколько разных перевернутых V-образных диполей, но все они питаются от одного и того же фидера. Также можно расположить эти провода горизонтально, хотя найти достаточно точек крепления может быть не так просто. Однако это решение особенно применимо, когда имеется один центральный стержень или мачта для обеспечения высокой центральной точки, которая позволит областям антенны, дающим основное излучение, быть как можно выше и, следовательно, излучать наилучший сигнал. Также стоит помнить, что всегда полезно использовать балун для преобразования несимметричного фидера в симметричный режим самой антенны. Это поможет обеспечить правильную работу антенны и сведет к минимуму наводку и излучение снаружи коаксиального кабеля. Также полезно использовать надлежащий высококачественный изолятор на конце диполя, как показано на схеме. Если используется только полипропиленовая веревка, то она сохраняет влагу внутри конструкции веревки, когда она намокает. Изолятор высохнет гораздо быстрее. Это также обеспечит гораздо лучшее и более надежное механическое соединение и фиксацию провода.
Определение длин веерного диполя
Каждая из половин диполей представляет собой электрическую четверть длины волны — две половины дают в сумме половину длины волны. Фидер находится в центре, где ток самый высокий, а напряжение самое низкое, и это обеспечивает удобный низкий импеданс антенны. Хорошей отправной точкой для расчета длины различных секций являются стандартные уравнения расчета длины диполя. Однако имейте в виду, что фактическая длина резонанса может быть больше расчетной.
Различные элементы антенны могут влиять друг на друга. Ввиду этого всегда лучше добавить немного дополнительной длины и быть готовым сократить ее или «обрезать» длины, чтобы получить требуемый КСВ и т. д., тем самым обеспечивая успешную работу радиосвязи. Ввиду влияния, которое различные диполи оказывают друг на друга, регулировка длины может быть затруднена, особенно если диполь имеет много секций для разных диапазонов. Часто два или три диполя, подключенные к одному и тому же фидеру, могут дать антенну, которую можно разумно настроить. Добавление дополнительных диполей может сделать работу по точной настройке длины различных диполей чрезвычайно сложной. Обнаружено, что не только длина диполей иногда может быть больше ожидаемой с разумным запасом, но и регулировка длины одного из них влияет на все остальные, так что к тому времени, когда все они будут отрегулированы, первый нуждается в повторной регулировке и скоро.
Практические советы
Как и в случае с любой формой или радиоантенной, есть несколько практических советов, которые стоит рассмотреть, прежде чем приступать к проектированию и установке вентиляторной ВЧ-антенны.
- Сделайте самый длинный провод более прочным: для веерных диполей, в которых различные элементы для разных диапазонов расположены параллельно друг другу, убедитесь, что самый длинный элемент, несущий вес всех остальных, достаточно прочен. Другие провода могут быть немного тоньше, но если они будут слишком тонкими, то они сами будут недостаточно прочными, а также уменьшится их пропускная способность.
- Не устанавливайте слишком много диполей: разумно не ставить слишком много диполей на один и тот же фидер. Все они будут слегка взаимодействовать друг с другом, особенно если диполи идут параллельно друг другу, а если их слишком много, то антенне становится очень трудно настроиться на резонанс.
- Держите конечные точки вне досягаемости: важно, чтобы конечные точки были достаточно высокими. Это важно, если поблизости находятся дети, а также необходимо следить за тем, чтобы уровни электромагнитного излучения не были высокими, если кто-либо приближается к концам или любой части антенны, если на то пошло.
- Используйте симметрирующее устройство: Поскольку диполи сбалансированы, а коаксиальный фидер, который обычно используется для питания антенны, несимметричен, необходимо обеспечить правильный переход от симметричного к несимметричному — симметрирующее устройство. Это предотвратит РЧ-излучение от внешнего проводника коаксиального фидера, улавливающее дополнительные помехи для приема или создающее дополнительные помехи при передаче. Это также будет искажать диаграмму направленности.
Многодиапазонный веерный диполь или многодиапазонный параллельный диполь представляет собой очень аккуратное решение для многодиапазонной антенны. Эти диполи используются во многих приложениях радиосвязи и могут обеспечить очень аккуратное и простое в реализации решение для многодиапазонных диполей. Один из ключей к успешному внедрению этих антенн — не быть слишком жадным и не хотеть добавить слишком много диапазонов. Мой опыт показал, что версии с двумя или, возможно, тремя полосами работают очень хорошо и могут обеспечить отличное исполнение для некоторых любимых групп.