Радіозв'язок. Дошка оголошень. Форум
UR8LV.COM

Изготовив более двух десятоков спиральных антенн в различных конструктивных вариациях и решениях на UHF диапазон, захотелось чего-то нового. И вот, листая тырнеты, наткнулся на старую публикацию Майкла AF9Y про экспериментальную облегченную спиральную антенну, которую он оптимизировал для работы в стеке с целью обнаружения Mars Observer. Особенностью этой антенны бегущей волны было то, что громоздкий отражатель заменяется петлевым рефлектором диаметром, аналогичным спирали, и являющийся по сути продолжением самой спирали. При этом значительно снижается не только общий вес антенны, но и ее парусность. А сам петлевой отражатель делает антенну короткозамкнутой по постоянному току, ограничивая вдобавок полосу рабочих частот. Это положительный момент в определенной мере, при работе на узких участках. Использованный метод согласования известен как "Impedance matching by pressing the Helical against the reflector" (согласование прижатием витка к рефлектору). Этот метод часто подвергался безосновательной критике (мол это портит формирующуюся ДН спиральной антенны), и антенностроители упрямо используют канонический экспоненциальный трансформатор, часто даже не понимая принципа его работы. В редких случаях, используется коаксиальный четвертьволновой трансформатор, как гибкий, так и жесткий (их, к слову, мы рассмотрели ранее). В работе Influence of Wire-Based Impedance-Matching on Helical Antenna Radiation and Limitations of Equivalent Model авторами построена модель такого согласования и с помощью HFSS проведено исследование ДН антенны при его использовании. Было показано, что согласующий провод над плоскостью рефлектора практически не влияет на диаграмму направленности и что коэффициент отражения и ДН спиральной антенны можно оптимизировать (настроить) независимо.

Как показал эксперимент, использование отдельного петлевого отражателя сужает рабочую полосу антенны до нескольких мегагерц и было решено использовать часть спирали как псевдоотражатель, параллельно запитывая саму спираль. Согласование же выполнено по классике прижатием первого рабочего витка спирали к псевдорефлектору. А дальше самое интересное. Периметр витка псевдорефлектора выбран чуть меньше длины волны (или периметра всех остальных работающих витков далее). И этот выбор не случаен. Если рассмотреть поведение импеданса по длине длинной линии в режиме КЗ, то на длине 1/4 эквивалентно параллельному контуру (т.е. с максимальным импедансом), поллямбды последовательному (т.е. с минимальным импедансом), далее периодически повтор и на длине 4/4 лямбда снова последовательному. Так вот хитрость в том, что при чуть менее лямбды характер импеданса практически емкостной, более лямбды индуктивный. А нам первое и надо. То что она имеет задний большой лепесток это не фи для антенны, это ее конструктивная особенность, как и отсутствие ветровой нагрузки. Надо заметить, что задумывалась такая антенна автором не для города, а подальше от источников шума и местников для проведения EME. Потому ожидать от нее каких-либо чудес в городских джунглях не стоит.



Обратите внимание!
1. Использованы совместимые металлы - алюминий и оцинкованная сталь (таблица совместимости металлов и гальванических пар приложена ниже).
2. Места стыка нужно покрыть акриловым лаком Plastik 71 (он радиопрозрачен до гигагерца).
3. Диаметр спирали 0.31λ, шаг спирали 0.23-0.24λ для режима осевого излучения. Диаметр петлевого рефлектора равен диаметру спирали.

Как правильно тестировать антенны

Учтите одну важную вещь, анализатор желательно подключать непосредственно в точке питания. Или же при использовании кабеля делать предварительную калибровку, компенсирующую как этот кабель, так и соединительные RF-коннекторы, а не тупо подключать анализатор через кабель XX-метров. В отсутствии безэховой камеры для исключения влияния местных предметов, направляйте антенну в небо и не в сторону спутников. Если у вас есть векторный антенный анализатор NanoVNA-H, начиная с версии 3.4, то считайте вам повезло. Эти версии можно модифицировать добавлением Bluetooth для дистанционных измерений и исключить ваше тело из ближнего поля антенны.

Как оценить усиление/эффективность и даже ДН антенны?

Просто включите режим CW Freq в вашей NanoVNA, подключите канал CH1 к тестируемой антенне, а канал CH0 к измерительной (широкополосной) и задайте требуемую частоту. Вот ваш передатчик (генератор) и приемник для снятия ДН антенны, оценки ее усиления. Примером тому является эксперимент jephthai. В данном эксперименте было несколько ошибок, которых лучше избежать:

1. Поскольку измерения проводились не в безэховой камере, то подразумевается пролаз на вход векторника всех сигналов в полосе. Например, от радиолюбителей. Все таки не селективный милливольтметр.
2. Измерительный GP штырь в вертикальной поляризации, а тестируемая YAGI была в горизонтальной.
3. Близость измерительной антенны к крышке ноутбука, что исказило результаты измерений.

Конструктивы спиральных антенн с плоским рефлектором:

1. Спиральная антенна на 433MHz. Часть I
2. Спиральная антенна на 433MHz. Часть II