Коаксиальные коллинеарные антенны

Коаксиальные коллинеарные антенны

Одной из очень популярных форм коллинеарной антенны является коаксиальная коллинеарная антенна, поскольку она обеспечивает элегантную конструкцию метода, особенно для экспериментаторов, радиолюбителей и т.д.

Коаксиальная коллинеарная антенна является идеальным решением для многих людей, желающих относительно легко построить форму коллинеарной антенны. Хотя эта форма антенны популярна среди радиолюбителей из-за довольно простой конструкции, ее также можно использовать для многих других видов радиосвязи. Его можно использовать в составе базовой станции системы двусторонней радиосвязи. Он особенно популярен для радиосвязи в диапазонах УКВ и УВЧ, поскольку имеет не слишком большой размер и обеспечивает хороший уровень усиления. Как следует из названия, в коаксиальной коллинеарной антенне используются участки коаксиального фидера, составляющие антенну. Для предотвращения попадания влаги и ухудшения состояния под воздействием других факторов окружающей среды антенна обычно помещается в полую трубку из пластика или стекловолокна. Таким образом получается элегантно выглядящая антенна с хорошей структурой, способная противостоять погодным условиям.

Как работает коаксиальный коллинеар

Коаксиальная коллинеарная антенна представляет собой форму фазированной антенной решетки. Все различные секции или элементы антенны находятся на одной оси, что делает их коллинеарными в их геометрическом положении, т.е. они образуют коаксиальную коллинеарную антенну с фазированной решеткой. Хотя существует множество различных конфигураций, которые можно использовать, одним из популярных форматов является антенна, образованная из ряда коаксиальных секций или сегментов половинной длины волны с внутренними и внешними соединениями, переставленными на стыке каждой половинной секции, т.е. внешнее, и внешнее связано с внутренним. Последняя секция антенны имеет ряд вариантов. В некоторых случаях может использоваться короткое замыкание, тогда как в других может использоваться элемент последней четверти длины волны. Хотя антенна может использоваться в симметричном формате, как показано ниже, ее также можно использовать в качестве несимметричного вибратора с соответствующим согласованием каналов и т. д.

Концепция базовой сбалансированной коаксиальной коллинеарной антенны

Чтобы увидеть, как это работает, сначала посмотрите на внешние разделы. Они имеют короткое замыкание на четверть длины волны вдоль фидера. Это означает, что в конце этого элемента видимый импеданс будет преобразован из короткого замыкания в высокий импеданс. Таким образом, интерфейс между двумя сегментами имеет высокий импеданс на всем пути до точки подачи. Видно, что используемый фидер представляет собой высокоимпедансный открытый провод или симметричный фидер. Это может быть преобразовано в некоторую форму схемы согласования импеданса, чтобы обеспечить хорошее согласование с более обычным кабелем с низким импедансом 50 Ом. С точки зрения фактической работы, на концах сегмента напряжение по амплитуде и фазе близко к напряжению возбуждения антенны. Поскольку внутренний соединяется с внешним коаксиальным кабелем на каждой половине длины волны, это означает, что токи, протекающие по внешней поверхности сегментов коаксиального кабеля, одинаковы для данной половины антенны. На коллинеарной антенне максимальное излучение возникает там, где волновые фронты конструктивно объединяются.

Поскольку токи находятся в фазе друг с другом, это означает, что каждый сегмент излучает сигнал с одинаковой фазой. Они конструктивно объединены, когда расположены под прямым углом к оси антенны. Чтобы лучше понять и рассмотреть работу антенны, ее можно рассматривать как две антенны, поскольку на каждую секцию антенны приходится два проводника — один внутренний коаксиального кабеля, а другой внешний. антенна находится внутри другой, хотя это чередуется через каждую половину длины волны. Как и следовало ожидать, из-за того, что используется фидер, токи, протекающие в проводниках каждой секции, равны и противоположны. При чередовании проводников каждая половина длины волны дает синфазные источники излучения, что делает эту антенну фазированной решеткой, а в результате отсутствия сдвига фаз между секциями излучение перпендикулярно оси антенны.

Монополь вертикальный коаксиальный коллинеарный

Хотя описанную выше антенну можно использовать, коллинеарные антенны в большинстве случаев (но не во всех) используются для вертикальной несимметричной антенны и с базовым фидером. Несколько простых модификаций могут привести к коллинеару, с которым знакомо больше людей. Это может сделать его очень полезной формой антенны для многих приложений двусторонней радиосвязи от такси, базовых станций службы экстренной помощи до радиолюбителей и их станций УКВ диапазона ОВЧ. Очевидно, что первое изменение заключается в ориентации антенны вертикально, но есть и другие изменения, позволяющие антенне работать требуемым образом. Иногда для достижения одной и той же цели используются разные методы, но эти наиболее широко используются. Первый заключается в замене четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа на конце антенны четвертьволновым проводом. Это формирует верхнюю часть антенны и соединяется с внутренним или центральным проводником соседней коаксиальной секции. Он вообще не связан с внешним проводником. Длину этого элемента можно определить, вычислив длину четверти длины волны сигнала на рабочей частоте в свободном пространстве и затем добавив небольшой поправочный коэффициент для так называемого конечного эффекта.

Где:

L1 = длина верхней секции в четверть длины волны в метрах

f = частота в Гц

A = коэффициент конечного эффекта, часто между 0,95 и 0,98.

Примечание: в уравнении используется коэффициент 300 x 10 6, потому что это скорость света в свободном пространстве. Количество секций половинной длины волны, включенных в основную секцию, зависит от допустимого размера антенны. Часто используется от двух до четырех, но некоторые антенны могут использовать гораздо больше. Длина этих элементов представляет собой электрическую половину длины волны сигнала, проходящего по коаксиальному фидеру. Необходимо проверить коэффициент скорости используемого коаксиального кабеля, но часто он составляет около 0,66. Однако важно проверить это, так как это сильно влияет на длину, и если длина антенных элементов неверна, то антенна может быть безнадежно неправильной.

Длина этих полуволновых элементов рассчитывается по приведенной ниже формуле:

Где:

L2 = длина участков полуволны в метрах

f = частота в Гц

V = коэффициент скорости коаксиального кабеля.

Примечание: при обрезке коаксиального кабеля по длине необходимо будет оставить немного больше для выполнения соединений на каждом конце. Последняя секция антенны — нижняя. Это необходимо для преобразования высокого импеданса, наблюдаемого в конце нижней части полуволны, в импеданс, который обеспечивает подходящее согласование с 50 Ом. Есть несколько способов сделать это, один из них - использовать четверть длины волны открытого провода ленточного питателя. Другие подходы, на которые можно подать в суд, часто встречаются с J-образной антенной, где для согласования с коаксиальным кабелем 50 Ом используется питающий/согласующий четвертьволновый шлейф. Четверть длины волны действует как преобразователь, обеспечивающий преобразование высокого импеданса в низкий. Ввиду высокого импеданса и т. д. разумно убедиться, что он не проходит по внешней стороне коаксиального кабеля, и его целесообразно удалить. Одним из эффективных способов достижения этого является размещение нескольких подходящих ферритовых колец поверх коаксиального кабеля после того, как он вышел из трубки.

Коаксиальные коллинеарные антенны — это простой способ создания эффективной антенны ОВЧ или УВЧ. Их можно относительно легко построить из легкодоступных материалов и по сравнительно небольшой цене. Конструкция коллинеарной антенны может быть хорошим проектом антенны для многих любителей, а для коммерческих установок широко доступны подходящие коллинеарные вертикальные антенны.