Как найти сопротивление антенны

Измеритель входного сопротивления антенны.

Источник: Свободное радио №1

  Этот прибор автор применил не только для измерения сопротивления антенны, но и для согласования трансивера с усилителем мощности. Как видим, ничего сверх нового или оригинального нет. Простая мостовая схема измерения сопротивления.

  И так, по деталям: SA1 … SA6 можно применить  П2 К.

Миллиамперметр или потенциометр, надеюсь видно с фото какого он типа от -100 мА до +100 мА с нулём в середине шкалы. Разумеется, можно применить и другой, схожего типа.

VD1 и VD2 практически любые (лучше германиевые) ВЧ диоды. У автора стоят ГД-507.

Теперь отдельно по сопротивлениям:

Резисторы надо подбирать как можно точнее. Сделать это с помощью цифровых мультиметров например М-838 проблем не составляет. Одно важное замечание – можно, и даже скорее всего придётся, составлять «нестандартные» резисторы из нескольких.

Поэтому: лучше лепить их параллельно. Их общая индуктивность в этом случае понижается, соответственно, точность измерения на высоких частотах повышается. 
R7 и R8 могут быть в пределах 75 … 200 ом. НО ОБЯЗАТЕЛЬНО ОДИНАКОВЫЕ. 
R1 … R6 тут надо подобрать как можно точнее. 
R9 … R10 опять обязательно ОДИНАКОВЫЕ! Их номинал определяется типом применённого индикатора. В случае  автора это- 2 кОм.

Как работать с прибором:

На вход подаём грубо говоря что-нибудь, с какого-нибудь генератора. Автор использовал свой трансивер 5 Ватт, или самодельный генератор.
Большую мощность подавать не желательно, потому что начнут гореть резисторы, а если подать меньше ~1 Ватт, то общая мощность всех принимаемых антенной сигналов из эфира будет сбивать показания индикатора. Это актуально в больших городах. В сельской местности, вдалеке от мощных станций, по отзывам, хватало сигнала с простенького генератора на КТ-315. Если использовать ламповую «шарманку», то выход можно взять с 12-го снизу витка катушки. Затем, щёлкая S1 … S6 добиваемся нулевого показания индикатора, то есть баланса моста. Значение сопротивления считается “побитно”. То есть – если, к примеру, включен S1 и S4, то сопротивление равно 45 ом (5 ом плюс 40 ом), а если S1-S2-S5, то 75 ом. Ничего мудрёного. Дискретность измерения 5 ом, но как показала многолетняя практика, для практических целей более чем достаточно.

При необходимости можно расширить диапазон измерения, добавив ещё один переключатель и резистор 320 ом.  Пока в трёх повторённых конструкциях хватало указанного ряда. В одном случае добавили 320 ом, но на практике это так и не пригодилось.

Волновое сопротивление антенн

Приветствую, дорогие друзья. С вами Тимур Гаранин.

В своём видео курсе «Антенны» я уделил особое внимание такой теме как волновое сопротивление и согласование. Тем не менее, я продолжаю получать много вопросов относительно того, как измеряется волновое сопротивление, от чего оно зависит и в принципе, какова его природа.

Начнем с определения. Волновое сопротивление линии — это отношение приложенного к ней напряжения к току, в этой линии.

И сразу покажем, как антенные анализаторы измеряют волновое сопротивление.

Представим что у нас есть полотно антенны из одного тонкого проводника. Подключаем антенный анализатор одним выходом к этому полотну. Второй выход антенного анализатора подключаем к земле, равно как и дальний конец полотна. Внутри антенного анализатора уже встроены вольтметр и амперметр. Что делает антенный анализатор? Он подает на линию единичную ступеньку, то есть просто напряжение определённого уровня. И одновременно с этим измеряет, какой ток потребляет эта линия. И по соотношению напряжения к току определяет волновое сопротивление.

Представим, что к этому же антенному анализатору мы подключаем другое полотно такой же длины, но большей площади поверхности. Антенный анализатор измеряет волновое сопротивление этого полотна, и оно оказывается значительно меньше, чем волновое сопротивление тонкого провода. Почему, от чего зависит волновое сопротивление полотна?

Волновое сопротивление полотна зависит напрямую от его погонных параметров, погонных емкости и индуктивности. Рассчитывается как корень квадратный от отношения погонной индуктивности к погонной емкости. Из чего можно сделать вывод, что чем больше погонная индуктивность и меньше погонная емкость, тем больше это сопротивление.

Хочу обратить особое внимание на то, что волновое сопротивление зависит не просто от емкости и индуктивности антенны, а от погонных емкостей индуктивностей. Мне тут в комментариях кое-кто писал, что чем больше длина антенны, тем больше емкость, а значит меньше волновое сопротивление. Это абсолютно неверно. Волновое сопротивление полотна от длины антенны не зависит вообще.

Представим себе такую ситуацию. У нас есть полотно длиной в метр, и ёмкость этого полотна равна допустим 100 пикофарад. Мы берём и увеличиваем длину этого полотна вдвое, соответственно емкость полотна увеличилась тоже вдвое, и сейчас составляет 200 пикофарад. Но погонная емкость, то есть емкость, деленная на единицу длины, осталась такая же, 100 пикофарад на метр.

То же самое касается и погонной индуктивности.

Погонные параметры по определению от длины не зависят, так как представляют собой параметры, деленные на единицу длины.

Но тогда от чего они зависят?

Допустим у нас есть обыкновенный диполь, выполненный из отрезков относительно тонкого провода. Этот диполь, его отрезки, обладают определёнными погонными емкостью и индуктивностью.

А теперь сравним его с такой антенной как диполь Надененко. Диполь Надененко представляет собой несколько параллельных стержней расположенных по кругу большого радиуса на равном расстоянии друг от друга. Иногда, для еще большего увеличения площади поверхности, диполь Надененко окутывают металлической сеткой.

Я думаю, уже сейчас вам интуитивно понятно, что диполь Надененко будет иметь значительно меньшее волновое сопротивление, чем просто диполь из тонкого провода.

Во-первых, очевидно, что диполь Надененко обладает грандиозно большей площадью поверхности, следовательно имеет очень большую погонную емкость.

Но кроме этого, диполь Надененко имеет еще и меньшую погонную индуктивность. Почему? Каждый из стержней диполя Надененко имеет свою собственную индуктивность. Но так как эти стержни включены параллельно, то и их индуктивности включены параллельно. Как известно, параллельное включение индуктивностей уменьшает общую индуктивность.

Следовательно, диполь Надененко, благодаря своим погонным параметрам, имеет значительно меньшее волновое сопротивление, чем диполь из тонкой проволоки.

Можем сделать вывод, что погонная емкость полотна прямо зависит от площади поверхности полотна на единицу длины. С погонной индуктивностью не всё так очевидно, она зависит от сечения проводника, либо от количества параллельно включенных проводников, и от магнитной проницаемости линии или окружающей среды.

Как измерять погонные параметры антенны при помощи антенного анализатора? Если у нас симметричная антенна, то тут всё просто — один выход антенного анализатора мы включаем к одному вибратору антенны, второй выход — к другому вибратору.

Если же у нас одиночное полотно, то один из выходов анализатора мы должны включить на полотно, а второй — на землю, либо на корпус. Если мы используем корпус, главное требование для него — он должен быть достаточной ёмкости, чтобы принять заряд половины периода колебаний.

Ещё, что очень важно, полотно антенны должно быть отдалено от земли или корпуса на расстояние не менее половины длины волны в пространстве. Почему? Потому что если полотно будет слишком близко к Земле, силовые линии электрического поля полотна будут замыкаться на землю. А мы ведь измеряем не емкость полотна относительно Земли, нас интересует прежде всего емкость полотна относительно себя самого.

Когда речь идёт о диполе, то мы очевидно измеряем емкость одного отрезка диполя относительно другого отрезка диполя. Когда речь идет об единичном полотне, например о полотне антенны бегущей волны, то мы измеряем емкость каждого отрезка этого полотна относительно соседних отрезков этого же полотна. То есть ёмкость полотна относительно себя самого.

Силовые линии электрического поля, начинающиеся на максимумах потенциала, заканчиваются на минимумах потенциала в этом же полотне. Минимумы и максимумы потенциала отдалены друг от друга на половину длины волны в полотне.

Как раз на этом принципе работают коллинеарные антенны из коаксиальных кабелей. Если хотите, могу сделать отдельный ролик про такие антенны.

Зависит ли волновое сопротивление полотна от параметров сигнала? Например от частоты, амплитуды, формы импульса? Конечно же нет. Волновое сопротивление полотна зависит исключительно от его погонных характеристик, от ёмкости на единицу длины и от индуктивности на единицу длины.

Но от параметров сигнала, частоты, амплитуды и формы импульса зависят такие параметры как S11, коэффициент отражения, коэффициент стоячей волны для этого сигнала в полотне, и так дальше. В один и тот же отрезок полотна можно подать сигнал, четверть длины волны которого будет совпадать с длиной отрезка полотна, а можно подать сигнал, половина длины волны которого будет совпадать с длиной отрезка. Отрезок один и тот же, и погонные характеристики у него неизменны. Но в одном случае у нас устанавливается стоячая волна с минимумом напряжения на входе, а в другом случае с максимумом напряжения на входе. Соответственно в одном случае коэффициент отражения нулевой, в другом случае полный. И КСВ тоже, в одном случае максимальный, в другом случае минимальный.

1. Волновое сопротивление любой линии измеряется как отношение приложенного к линии напряжения к току, установившемуся в этой линии под действием этого напряжения.

2. Волновое сопротивление любой линии зависит от её погонных параметров, от погонных индуктивности и емкости. Следовательно, волновое сопротивление полотна может варьироваться в широчайших пределах, его можно сделать грандиозно большим, либо грандиозно малым как у диполя Надененко.

3. Волновое сопротивление полотна и его погонные характеристики никак не зависят от параметров сигнала.

4. Но величины, связанные с самим сигналом, разумеется, зависят от параметров сигнала. S11, КСВ и т.д. зависят от формы импульсов, частоты сигнала и других параметров.

На этом заканчиваю. Если ролик был для вас полезен, ставьте лайк. Задавайте вопросы и пишите предложения в комментариях, делитесь с друзьями. И до встречи в следующих роликах!

One Response to “Волновое сопротивление антенн”

Привет, посмотрел много твоих уроков,но вот не увидел такой момент: расчет цепи согласования для антенн. Где можно найти такую информацию или может у вас есть такой урок?

Источник

Чем измерить волновое сопротивление антенны

Радиус действия радиосвязи и качество ее работы зависит не только от правильного выбора типа антенн, но и от правильности их настройки. Особенно это относится к диапазону ультракоротких волн,где в основном применяются остронаправленные антенны, позволяющие существенно повысить дальность и помехоустойчивость радиоприема. Цель настоящей статьи — дать радиолюбителям необходимые сведения по настройке и испытанию УКВ антенн с помощью несложных приборов, изготовленных собственными силами. В одной статье невозможно рассмотреть все типы антенн, используемые любителями, поэтому мы постараемся рассказать только о вибраторных антеннах, налаживание которых имеет много общего с налаживанием антенн других типов.

Основные параметры антенн

В любительской практике при испытании антенно-фидерных систем достаточно снять диаграмму направленности антенны, измерить ее коэффициент усиления и проверить согласование фидера.

Диаграмма направленности антенны — это графическое изображение относительных значений мощности или напряженности поля, создаваемых антенной в различных направлениях и на одинаковых от нее расстояниях. Диаграммы направленности дают представление об общей картине излучения антенны.

На рис. 1 приведен пример построения в полярных координатах диаграммы направленности вибраторной антенны, состоящей из излучателя, директора и рефлектора. Диаграмма снята в горизонтальной плоскости горизонтально расположенной антенны.

Puc.1

Коэффициентом усиления антенны е называется число, показывающее, во сколько раз излучаемая мощность данной антенны в направлении максимального излучения (Р S макс) больше максимальной мощности излучаемой полуволновым вибратором (Р S l /2) при одинаковой в обоих случаях подводимой мощности

При этом предполагается, что полуволновый вибратор находится в свободном пространстве и излучаемая им мощность равна подводимой.

Puc.2

Необходимым условием нормальной работы приемной или передающей антенны является равенство ее входного сопротивления волновому сопротивлению питающей линии и соответственно входному сопротивлению приемника или передатчика. Если волновое сопротивление линии не равно сопротивлению нагрузки (линия не согласована), то часть энергии отражается обратно от нагрузки, вызывая совместное волной, «падающей» от передатчика к антенне, стоячую волну. Подключив к линии высокочастотный вольтметр и перемещая его вдоль линии, можно видеть, что показания прибора периодически меняют свою величину (рис. 2). Коэффициент бегущей волны КБВ линии определится в этом случае как отношение минимального показания прибора к максимальному:

Величина этого коэффициента характеризует качество работы фидера. Если, например, нагрузка фидерной линии замкнута на коротко или отключена КБВ равен нулю. При полном согласовании КБВ равен единице.

Простейшими индикаторами напряжения и тока на фидере или антенне являются две лампы — накаливания и неоновая. Так лампочка от карманного фонаря на 3,5 B и неоновая МН-3 дают свечение при подводимой к ним мощности 3-6 вт. Для повышения чувствительности лампочки индикатора напряжения к ее цоколю иногда подпаивают небольшой проводник.

Необходимое устройство для антенных измерений — индикатор поля. Он состоит из вибратора, в разрыв которого включается диод и прибор (рис. 3).

Puc.3

Дроссели Др1 и Др2 намотаны на сопротивлениях ВС-2 (по 100 ком) и имеют по 30 витков провода ПЭ-0,5, намотанных с переменным шагом. Для частот 420-435 Мгц эти дроссели должны иметь по 5 витков. Если чувствительность прибора выбрана не меньше 200 мка (сопротивление рамки — около 750 ом), а ручка потенциометра стоит на положении наименьшего шунтирования прибора, можно считать показания индикатора пропорциональными мощности поля. У правильно выполненного индикатора поля максимум приема совпадаете направлением, перпендикулярным к его середине. В процессе работы с индикатором поля расстояние между ним и исследуемой антенной устанавливается не менее (2,5-3) l . Целесообразно настраиваемую антенну и индикатор расположить на открытой площадке свободной от строений, леса и т. п. (рис. 4). Если активный вибратор испытываемой антенны установлен горизонтально, антенна индикатора также должна быть горизонтальна, и наоборот, при вертикальном излучателе антенны, антенна индикатора ставится вертикально.

Puc.4

Для измерения КБВ можно применить обычный мост. Измеряемая линия включается в одно из его плеч (рис. 5).

Puc.5

Когда линия согласована, входное сопротивление линии равно сопротивлению R3, сопротивления R1 и R2 одинаковы, мост будет сбалансирован. Вольтметр моста покажет нуль. Однако, если линия не согласована, то баланса моста не будет. Шкала вольтметра при этом может быть проградуирована непосредственно в значениях коэффициента бегущей волны. Принципиальная схема моста приведена на рис. 6.

Puc.6

Собственно мост здесь образуют сопротивления R1, R2, R3 и входное сопротивление линии, которая включается к разъему «линия». К разъему «вход» подводят напряжение высокой частоты. При включении вольтметра в гнезда «вход» измеряют подводимое напряжение, при включении в гнезда «линия»-напряжение в диагонали моста. Градуировка моста заключается в том, что при одном и том же подводимом к нему напряжении стрелка вольтметра должна отклоняться на всю шкалу, как при разомкнутом, так и при замкнутом разъеме «линия». Если это не получается, надо подобрать сопротивления R1 и R2. Затем к разъему «линия» подключить активное сопротивление, равное сопротивлению Rs. Нулевые показания вольтметра (независимо от частоты) будут свидетельствовать о нормальной работе прибора. С высокоомным вольтметром отсчет коэффициента бегущей волны будет соответствовать графику, приведенному на рис.7. Мостовую схему можно использовать для измерения входного сопротивления согласованной линии или входного сопротивления антенны на ее резонансной частоте. Для этого сопротивление R3 должно быть переменным и иметь градуированную шкалу. Величина его берется до 680 ом, сопротивления R1 и R2 имеют по 240 ом. При балансе моста измеряемое сопротивление, очевидно, будет равно R3. При измерении входного сопротивления антенны, чтобы исключить влияние рук, необходимо мост подключить к антенне через отрезок кабеля длиной приблизительно в полволны.

Puc.7

Независимо от того, в каком режиме антенна будет эксплуатироваться, настройку и испытание ее можно производить как в режиме передачи, так и в режиме приема. На практике более удобно производить налаживание в режиме передачи. Если для этой цели к фидеру антенны вместо приемника подключить генератор, то для более правильного измерения величина его выходного сопротивления должна быть такой же, как входное сопротивление отключенного приемника. Если фидер настраиваемой антенны связан непосредственно с оконечным каскадом передатчика, то следует иметь в виду, что при сильной связи возможна расстройка передатчика и отдача мощности генератора в процессе настройки антенны будет неустойчивой. Во избежание этого нужно вести настройку по возможности при минимальной связи между антенной и генератором, который должен иметь надежную экранировку.

Антенна может хорошо работать, сохраняя свои характеристики только при правильной подаче к ней энергии от передатчика. Поэтому предварительно перед настройкой антенн, требующих симметричного питания, нужно определить симметрию цепей питания антенны. Это можно сделать путем подключения одинаковых лампочек накаливания к концам диполя. Неодинаковое свечение лампочек указывает на асимметрию, причиной которой обычно бывает неправильное выполнение симметрирующего устройства (четвертьволновый шлейф, «U — колено» и др.). Лампочки заранее выбираются так, чтобы при одном и том же напряжении свечение их было одинаково.

Полная симметрия характеризуется равенством напряжения и различной фазой (противоположностью знаков) в любом сечении проводов. После проверки симметрии и устранения асимметрии приступают к настройке.

Настройка антенны-полуволнового вибратора сводится к подгонке длины вибратора. При некоторой длине вибратора его собственная резонансная частота становится равной частоте передатчика, благодаря чему отдаваемая антенной мощность будет максимальна. С помощью индикатора поля, установленного в направлении наибольшего излучения вибратора (перпендикуляр к его середине), находят такую его длину, при которой показания прибора будут максимальны. Длину вибратора рекомендуется сделать короче расчетной на 10%, а при настройке более точно ее подогнать с помощью плотно вдвигающихся одна в другую трубок или насадок. Если в конструкции вибратора не предусмотрена регулировка, то желательно проверить его собственную частоту.

После настройки вибратора проверяют согласование фидера путем измерения коэффициента бегущей волны. Для этого к фидеру, на другом конце которого находится антенна, подключается мост. Величина КБВ для передающих антенн должна быть не менее 0,5, для приемных не менее 0,6-0,8. В случае низкого КБВ можно, например, между кабелем и антенной включить согласующий трансформатор, представляющий отрезок кабеля длиной около l /4 где l — длина рабочей волны. Волновое сопротивление этого отрезка Wтр должно быть равно

где: W — волновое сопротивление фидера,

R_А— входное сопротивление антенны.

После этого фидер подключают к приемнику (или к передатчику), вновь измеряют КБВ и, если нужно, производят согласование (описание различных согласующих устройств можно найти в книге Линде Д.П. «Антенно-фидерные устройства» М-Л., Госэнергоиздат, 1953,).

После настройки фидера вибратор, если нужно, вновь подстраивают.
Настройку двухвибраторной антенны с рефлектором (рис. 8,а) начинайте настройки излучателя.

Puc.8

Во время настройки излучателя рефлектор должен быть снят. После того, как излучатель и фидер будут настроены (способ настройки описан выше), устанавливается и настраивается рефлектор. Для этого индикатор поля устанавливают сначала сзади антенны, против рефлектора. Перемещая рефлектор вдоль антенны или изменяя его длину (или то и другое вместе), добиваются наибольшего ослабления излучения в эту сторону (назад). Затем переносят индикатор в направлении главного излучения на такое же расстояние от центра антенны как в предыдущем случае и настраивают таким же образом рефлектор на максимум излучения (вперед). Повторяя эту операцию несколько раз, стремятся получить наибольшее излучение вперед по сравнению с излучением назад. Для антенн, которые будут работать и на передачу и на прием, рефлектор закрепляют в среднем положении между точками, соответствующими настройке на максимум излучения вперед и на минимум излучения назад. Для передающих антенн оставляют рефлектор в положении максимума излучения вперед, а для приемных минимума излучения назад. Опыт показывает, что эти положения отличаются незначительно. При настройке как назад, так и вперед показания индикатора могут упасть одновременно. Это значит, что излучаемая мощность уменьшилась вследствие сильного влияния рефлектора на излучатель, который при этом нарушает согласование фидера. Если подстроить согласование фидера нельзя, то следует найти такое положение рефлектора, при котором и диаграмма направленности еще остается удовлетворительной и падение излучаемой мощности не будет особенно ощутимо. Сочетание хорошего выигрыша по главному направлению с большим ослаблением обратного излучения достигается при расстоянии между рефлектором и излучателем в пределах 0,1-0,3 l .

Так как элементы антенны оказывают большое взаимное влияние, после настройки рефлектора нужно вновь подстроить излучатель и фидер.

Гораздо удобнее работать с двумя индикаторами поля. Установив один из них со стороны рефлектора, а другой — со стороны излучателя сразу же определяют отношение вперед-назад делением показаний индикаторов. Кроме того, это позволяет исключить влияние изменений мощности генератора в процессе измерений и быстро определить положение рефлектора.

При настройке трехэлементной антенны с рефлектором и директором (рис. 8,б), также вначале настраивают излучатель. Во время настройки его рефлектор и директор убираются или выключаются специальной перемычкой. После настройки излучателя и согласования фидера приступают к настройке директора, который, точно так же как и рефлектор, настраивают на максимум излучения вперед по сравнению с излучением назад. В противоположность рефлектору, длина которого при настройке увеличивается по сравнению с длиной излучателя, директор при настройке укорачивается. Настройку директора можно также производить и подбором расстояния между ним и излучателем. Это расстояние лежит в пределах 0,1-0,2 l ,. Далее устанавливают и настраивают рефлектор.

При изготовлении антенн полезно предусмотреть приспособления для временного выключения рефлекторов и директоров. Для этого указанные элементы разрезаются в центре и снабжаются короткозамыкающими перемычками. Перемычки должны иметь винты для их закрепления по окончании настройки.

Настройка антенн с большим числом вибраторов (типа «волновой канал») сходна с настройкой трехэлементной антенны, описанной выше. После настройки излучателя настраивается расположенный возле него первый директор, затем — второй (не снимая первого), третий и так далее. Последним настраивается рефлектор, который при настройке излучателя и директоров должен быть выключен или снят. В указанной последовательности эти операции повторяются несколько раз. Следует отметить, что настройка и регулировка систем со многими директорами (больше трех) сложна. Диаграмма направленности таких антенн очень критична к изменению расположения и длины каждого директора.

Настройка антенн в режиме приема выполняется с помощью вспомогательного генератора мощностью около 1 мвт. Генератор нагружается на вибратор, симметричное питание которого достигается выполнением генератора по двухтактной схеме или включением симметрирующего устройства. Приемник подключается к исследуемой антенне. Контроль сигнала в приемнике осуществляется с помощью микроамперметра, включенного последовательно в нагрузку детектора.

В процессе измерений усиление приемника не должно быть слишком большим. В противном случае амплитуда сигнала будет ограничиваться и максимум настройки не будет найден.

Сущность метода настройки в режиме приема не отличается от метода, изложенного выше. Те элементы антенны, которые настраиваются в режиме передачи на максимум излучения, в режиме приема настраиваются на максимум принимаемого сигнала. Настраивая рефлектор или директор на наиболее выгодное отношение вперед-назад, антенну генератора ставят поочередно сзади и спереди антенны на одинаковых расстояниях.

Снятие диаграмм направленности антенн

Далеко не всегда предоставляется возможным снять полную характеристику антенны в пределах от 0 до 360°. Суждение о правильности настройки может дать уже часть диаграммы в пределах 30-40° в каждую сторону от главного луча. Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости может быть снята путем вращения исследуемой антенны при неподвижном индикаторе поля или путем обхода антенны с индикатором. В последнем случае индикатор перемещают точно по окружности, в центре которой располагается настраиваемая антенна. Для удобства отсчета окружность разбивается колышками через каждые 10°. Во время снятия диаграммы нужно следить за тем, чтобы мощность передатчика оставалась постоянной. Подобный контроль очень удобно вести с помощью второго индикатора поля, установленного в направлении максимума излучения. Показания неподвижного индикатора записывают одновременно с показаниями переносимого, а затем показания последнего (переносимого индикатора) делят на соответствующее показание первого (неподвижного) для каждого угла направления и по полученным данным строят диаграмму. Несовпадение максимума излучения с геометрической осью антенны указывает на асимметрию, а заметное искажение диаграммы часто бывает из-за отражений от посторонних предметов. Для диаграммы направленности, характеризующей поле по мощности, ширина диаграммы отсчитывается (в градусах) по уровню 0,5 от максимального (рис. 1).

Измерение коэффициента усиления

Испытываемая антенна и индикатор поля располагаются так же, как в процессе настройки (рис. 4). Мощность передатчика устанавливается такой величины, чтобы стрелка индикатора поля отклонялась на всю шкалу a _макс. После этого передатчик выключается и на место измеряемой антенны ставится и подключается полу вол новой вибратор. Затем снова включают передатчик и отмечают показание прибора a _мин. Рассчитывают коэффициент усиления l антенны по формуле

Более точные измерения можно произвести с помощью генератора, имеющего калиброванный выход. Подключая генератор поочередно к испытываемой антенне и вибратору, добиваются, чтобы индикатор в обоих случаях давал одно и то же показание.

где Рмакс-мощность генератора, которая возбуждает полуволновой вибратор, Рмин — мощность генератора, которая возбуждает измеряемую антенну.

Так, например, трехэлементная антенна с директором и рефлектором имеет

Источник

Фазовая дн.

Фазовая
ДН –

представляет собой зависимость фазы
поля основной поляризации от угловых
координат в дальней зоне при постоянстве
расстояния от точки наблюдения до начала
выбранной системы координат. Форма ФДН
существенно зависит от положения начала
отсчета координат.

Антенна
имеет фазовый центр, если существует
точка, относительно которой ФДН является
постоянной функцией (за вычетом возможных
скачков фазы на 180⁰
при переходе через нуль амплитудной
ДН). Эта точка и есть фазовый центр.

Физический фазовый
центр – точка, из которой исходят
сферические волны. В большинстве случаев
антенны не имеют фазового центра.

Рассмотрим
остронаправленные антенны. Как правило,
важна форма фазовой ДН в пределах
главного лепестка. Поэтому вводят
понятие частичного фазового центра,
который определяют, как центр кривизны
поверхности равных фаз в направлении
главного лепестка.

Для
этого лепестка определяют фазовый центр

Коэффициент усиления.

Коэффициент
усиления (КУ) показывает во сколько раз
должна быть увеличена мощность,
подведенная к направленной антенне,
при замене ее ненаправленной, не имеющей
силовых потерь и идеально согласованной
антенной, чтобы напряженности поля,
создаваемые ими в точке приема были
одинаковы.

– излученная
мощность

В
направленной антенне существуют потери:

а)
на отражение

б)
тепловые (омические)

а)
+ б) = характеризуют КПД = 

– модуль коэффициента
отражения

Как
правило, КУ – измеряется.

Таким
образом КНД характеризуется излучаемой
мощностью, а КУ характеризуется подводимой
мощностью.

Входное сопротивление антенны.

Входное
сопротивление антенны. Оно определяется
отношением напряжения ВЧ U_A
на зажимах
антенны к току питания I_A

Рис.
13. Направление токов в симметричном
вибраторе

то
есть имеет активную и реактивную
составляющие, то есть является комплексным
сопротивлением.

Для
определения

необходимы специальные приборы, которые
включаются на вход антенны.

Для
апертурных СВЧ-антенн непосредственно
измерить U_A
и I_A
невозможно. Например, рупорные антенны.
В данном случае измеряют коэффициент
отражения

,
который определяется формулой

– входное
сопротивление антенны

– волновое
сопротивление фидера (волновода)

– нормированное
сопротивление антенны

Это
соотношение справедливо для основного
типа волн.

Мощности, подводимые к антенне и излученные антенной.

Мощность

делится на две части:

1. излучаемая

2. потери
   на активном сопротивлении (в земле, в
   окружающих металлических проводниках,
   оттяжках, строениях и т.д.)

– излученная
мощность, как для всякой линейной цепи,
пропорциональна квадрату действующего
значения тока в антенне.

– коэффициент
пропорциональности.

Сопротивление
излучения можно определить как
коэффициент, связывающий

антенны с

в данной
точке антенны.

и т.д.

(форма
антенны, геометрические размеры, )

– полезная
мощность

Мощность
потерь:

– эквивалентное
сопротивление потерь отнесенное к току
I

– полная мощность
(подводимая к антенне)

,

где

– активное сопротивление антенны в
точке запитки

Для оценки
эффективности работы антенны вводят
понятие КПД антенны

,
для увеличения

необходимо уменьшение

.

Метод определения электромагнитного
поля антенн.

Теория антенн
позволяет определить основные
характеристики такие как ДН,

,

и их зависимость от частоты.

Параметры антенн
можно найти непосредственно из уравнений
Максвелла, связывающих в дифференциальной
форме значения электромагнитного поля
с плотностью тока и заряда в рассматриваемой
точки пространства. Найти точные решения
весьма затруднительно, поэтому пользуются
приближенными методами решения.

Существует множество
методов. Мы будем рассматривать различные
методы для линейных
и апертурных
антенн.

Для расчета линейных
(проволочных) антенн используется теория
элементарного электрического диполя.
Кроме того, должно быть известно
распределение тока вдоль проводов
антенны

Провода антенны
мысленно разбиваются на элементарные
участки. Каждый участок рассматривается
как элементарный электрический диполь.
Поле антенны определяется как сумма
полей, создаваемых отдельными элементами
с учетом их поляризации, амплитуд и фаз.
Суммирование полей сводится к
интегрированию по источникам.

Рис. 14. Принцип
определения поля проволочной антенны

Таким образом,
поле излучения проволочной антенны
определяется как суперпозиция полей,
создаваемых элементарными излучателями
с известными токами.

Для расчета полей
апертурных антенн используется так
называемый апертуный метод.

Сущность его
состоит в том, что каждый элемент площади
раскрыва антенны рассматривается как
гюгенсовый источник (элементарная
площадка )
и поле всей антенны в дальней зоне
определяется суммированием (интегрированием)
всех элементарных полей с учетом их
поляризации,
амплитуд и фаз.

Симметричный электрический вибратор
в свободном пространстве.

Приближенные
законы распределения тока и заряда по
вибратору.

Рис. 15. Симметричный
вибратор

Симметричный
вибрато – два одинаковых плеча по
размерам и форме, между которыми
включается генератор.

До разработки
строгой теории симметричного вибратора
(конец 30-х начало 40-х годов) при расчете
поля вибратора применялся приближенный
метод. В его основе лежит предположение
о синусоидальном распределении тока
по вибратору (закон стоячих волн)
связанное с некоторой внешней аналогией
между симметричным вибратором и 2-х
проводной линией разомкнутой на конце.

Переход от
двухпроводной линии к вибратору и
полагают, что при таком переходе закон
распределения тока не нарушается, то
есть

(1)

– амплитуда тока
в пучности тока вибратора

– длина плеча

– расстояние от
начала координат до произвольной точки

– коэффициент
фазы тока текущего по вибратору

Как видно из формулы
(1) распределение тока не зависит от
толщины вибратора.

В действительности
двухпроводная линия и симметричный
вибратор являются колебательными
системами с распределенными параметрами,
но они существенно различаются.

1. распределенные
   параметры L
   и С длинной линии, по ее длине = сonst,
   а у симметричного вибратора по длине
   
   const.

Рис. 16. Разомкнутая
двухпроводная линия
Рис. 17. Симметричный вибратор

• для двухпроводной
  линии – ток изменяется по закону стоячей

волны, формула (1)
и в узлах равен нулю

• для симметричного
  вибратора – ток не может быть распределен
  по закону (1), и в узлах не обращается в
  нуль

Однако расчет поля
симметричного вибратора в дальней зоне
в предположении синусоидального
распределения тока по вибратору дает
хорошее совпадение с экспериментальными
данными для тонких вибраторов

.

Однако если будем
рассчитывать

в ряде случаев приводит к неверным
результатам.

Здесь

,
но это не так.

При известном
законе распределения тока по вибратору,
легко установить приближенный
закон распределения заряда,
воспользовавшись законом сохранения
заряда. Считаем, что вибратор тонкий a
<< l
, тогда можно
сказать, что существует одна составляющая

.

Заряды, существующие
на поверхности проводника, описываются
уравнением:

(2)

– поверхностный
заряд на единицу длины.

Решение уравнения
(2) имеет вид, без учета фазы заряда:

(3)

Приведем несколько
распределений

и

по
длине вибратора для различных

по формулам (1) и (3)

а)
б)

в)

Рис.
18. Распределение тока на тонком
симметричном вибраторе разной длинны

Направленные свойства симметричного
вибратора.

Ток

– распределен по синусоидальному
закону.

Рис. 19. К вычислению
поля создаваемого симметричным вибратором
в дальней зоне

Вибратор разделяется
на большое количество участков

,
так как

–
мало, то можно считать, что

.
Выделим на плечах вибратора на расстоянии
z
от 0 – элементарные участки

,
те они расположены симметрично
относительно 0. Определим поле создаваемое
двумя

в точке М, в дальней зоне. Так как

,
то можно считать, что

.

от

(1)

от

– амплитуда тока
в точках 1 и 2

– расстояние от
т.1 до т. М

– расстояние от
т.2 до т. М

– угол между осью
вибратора и направлением на точку
наблюдения, так как векторы на точку

направлены по одной линии, то можно
записать:

(2)

Здесь

,
где

– ток в точках питания вибратора.

Из т. 1 и 0 опустим
перпендикуляры на направления

и

.

;

– разность хода
лучей

,

– это условие говорит о том, что
амплитуды полей, создаваемые каждым
элементом одинаковые. Однако, разностью
фаз (хода лучей) пренебрегать нельзя,
так как пространственный сдвиг фаз
между полями элементов 1 и 2

определяется отношением разности хода
лучей к

.

(3)

подставляя (3) в
(2) получим:

(4)

так как
,
то (4) примет вид

(5)

Возьмем интеграл

или

(6)

– первый множитель
не зависит от направления

– АДН

– ФДН

Из выражения (6)
видно, что симметричный вибратор обладает
направленными свойствами только в
меридиональной плоскости (плоскость
электрического вектора)

Напряженность
электрического поля симметричного
вибратора в его экваториальной плоскости
(плоскость магнитного вектора

)

не зависит от
угла
,
то есть представляет собой окружность.

Как видно из формулы
(6) направленные свойства симметричного
вибратора при синусоидальном
распространении тока определяются
только отношением

.
В случае когда

(полуволновой вибратор) выражение (6)
примет вид

Анализ выражения
(6) показывает, что:

а) излучение вдоль
вибратора при любом отношении

– отсутствует

б) если

,
то излучения, в направлении перпендикулярном
оси поля, всех элементарных вибраторов
максимальны и синфазны, а значит, в этих
направлениях они складываются. Поле в
данном направлении (

и

)
максимально.

Диаграмма направленности симметричных
вибраторов.

Рис.
20. Диаграмма направленности симметричных
вибраторов с разным соотношением

Нормированная
диаграмма направленности

Сопротивление излучения. КНД.

Действующая длинна симметричного
вибратора

Мощность излучения
симметричного вибратора

Эта формула
связывает мощность излучения с квадратом
тока через сопротивление излучения.

Для определения
воспользуемся методом вектора Пойнтинга.
В соответствии с этим методом симметричный
вибратор окружается сферой радиусом

,
центр сферы совпадает с центром
симметричного вибратора.

Рис. 21. Сферические
координаты площадки излучения

Полагая

После интегрирования
получается формула, которую в 1924 году
получил Баллангайн.

,

где

постоянная Эйлера

– интегральный
синус

– интегральный
косинус

(См. в Янке Е., Эмде
Ф. «Специальные функции»)

Рис.
22.Сопротивление излучения тонкого
симметричного вибратора, отнесенное к
току в пучности, в зависимости от

если

,
то

если

,
то

Входное сопротивление симметричного
вибратора.

Мощность, подведенная
от генератора к симметричному вибратору
делится на излучаемую, теряемую в самом
вибраторе (омические потери, потери в
изоляторах, окружающих металлический
проводник и в земле).

Излучаемая мощность
характеризуется сопротивлением излучения

.

Мощность потерь
характеризуется сопротивлением

.

Кроме излученного
поля, есть еще колеблющееся вблизи
антенны. Этому полю соответствует
реактивная мощность. Эта мощность, то
отдается генератором в пространство,
то принимается генератором.

Реактивная мощность
характеризуется реактивным сопротивлением

Таким образом

для симметричного
вибратора, как правило

,
тогда

Рассмотрим
полуволновой вибратор (
).

Расчет ведут
следующим образом. В вибраторе существуют
потери, пусть

,
тогда

,
но этого не может быть, так как

в точке питания он конечен, значит и

– конечно.

Закон синуса тока
– справедлив для линии без потерь, а у
нас существуют потери, значит закон не
синусоидальный, а такой, какой бывает
в линиях с потерями. Он соответствует
закону гиперболического синуса:

где

,

– коэффициент затухания и

– коэффициент фазы.

Поэтому при расчете

«коротких» вибраторов (

и

),
то есть у которых узел тока находится
от точек питания вибратора не ближе

,
исходят из синусоидального распределения
тока.

При расчете

«длинных» вибраторов (
)
следует исходить из распределения тока
по закону

.

Найдем формулу
для расчета активной составляющей

через
ток в пучности

через ток
в точках запитки

Используя

,
получим

Значение

для данной длины находят из таблиц или
графиков

для

При расчете

пользуются формулой входного сопротивления
разомкнутой на конце двухпроводной
линии без потерь, заменяя в ней волновое
сопротивление линии волновым сопротивлением
антенны (симметричного вибратора)

Таким образом

(7)

точность формулы
(7) повышается с уменьшением толщины
вибратора (уменьшается радиус провода).

Зависимость
входного сопротивления симметричного
вибратора от величины отношения

и от

показаны на рисунках ниже.

Рис. 22. Кривые активной
и реактивной составляющих входного
сопротивления тонких вибраторов в
зависимости от

Об укорочении вибратора. Настройка

тем больше чем
толще вибратор, чем толще вибратор, тем
лучше диапазонные свойства это для

(3401000
Ом).

Вибратор становится
более широкодиапазонным и

уменьшается, которая определяется
отношением связанной с вибратором
реактивной энергии и излучаемой.

пучности
узлы

где А
– коэффициент пропорциональности

При определении

симметричного вибратора, питаемого
вблизи узла тока, полагая что

,
можно получить следующие формулы.

;

;

В случае параллельного
резонанса (
)
получаем

;

Случай последовательного
резонанса. Питание вибратора в пучности
тока, из формулы (7) получается

Ома

Симметричный
щелевой вибратор

Для оценки
эффективности работы антенны вводят
понятие КПД антенны

,
для увеличения

необходимо уменьшение

.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Основные параметры антенны.
1. Резонансная частота.
2. Импеданс антенны.
3. Диаграмма направленности.
4. Коэффициент усиления.
5. К.С.В.

Дадим краткую характеристику основным параметрам антенны.

Резонансная частота. Антенна излучает электромагнитные волны, когда к ней приложено возбуждающее колебание. Эффективность ее излучения наибольшая, когда частота возбуждающего колебания совпадает с резонансной частотой. Как правило, длина антенны равна половине или четверти длины волны на центральной рабочей частоте. Однако из-за емкостных и концевых эффектов электрическая длина антенны больше, чем ее физическая длина. На резонансную частоту антенны влияют: близость расположения антенны над землей или какого-нибудь проводящего объекта. Если это антенна многоэлементная, то резонансная частота активного элемента, может изменяться в ту или иную сторону, в зависимости от расстояния активного элемента по отношению к рефлектору или директору.
Импеданс антенны. Импеданс антенны меняется вдоль ее длины. Точка максимального тока и минимального напряжения соответствует наименьшему импедансу и называется точкой возбуждения. Импеданс в этой точке, называют входным импедансом и он состоит из активного сопротивления излучения антенны и реактивной составляющей. В резонансе реактивная составляющего входного импеданса должна быть равна нулю. На частотах выше резонансной импеданс имеет – индуктивный характер, а на частотах ниже резонансной – емкостной характер. На практике реактивная составляющая импеданса меняется от нуля до + 100 Ом. Импеданс антенны зависит и от других факторов, например от близости ее к поверхности Земли или проводящим поверхностям. В идеальном случае полуволновой симметричный вибратор имеет сопротивление излучения 73 Ом, а четвертьволновой несимметричный вибратор – 53 Ом. На практике эти сопротивления изменяются от 5 до 120 Ом для полуволновой и от 5 до 80 Ом для четвертьволновой антенны. Сопротивление антенны можно измерить с помощью измерительного моста. Обычно для этого используют мост Уитстона, который еще называют антенноскопом. Конструкция его проста и описана в разных изданиях для радиолюбителей. Измерение проводят после настройки антенны в резонанс. Принято измерять импеданс антенны во всем рабочем диапазоне частот, чтобы учесть наличие реактивности на краях диапазона.
Диаграмма направленности антенны. Диаграмма направленности передающей антенны
Можно снимать поворачивая ее и измеряя напряженность поля фиксированной точке на частоте передачи. Эти измерения дают диаграмму направленности в полярных координатах.
Полярная диаграмма показывает направление, в котором концентрируется энергия антенны.
В радиолюбительской практике это наиболее сложный вид измерений. Проводя измерения в ближней зоне необходимо учитывать ряд факторов влияющих на достоверность измерений. Любая антенна кроме основного лепестка имеет еще и ряд боковых лепестков, в диапазоне коротких волн мы не можем поднять антенну на большую высоту. Наибольшая энергия поступает от передающей к приемной антенне в случае, если первая зона Френеля свободна от посторонних предметов, При измерениях диаграммы направленности в диапазоне КВ боковой лепесток отразившись от Земли или от ближнего здания может попасть на измерительный зонд, как в фазе так и в противофазе, что приведет к ошибке в измерениях.
Потребуется несколько контрольных измерений с измерением расстояния до измерительного зонда и измерение высоты установки зонда. Такая погрешность возникает и при измерении на дальних трассах. Оптимальный угол прихода радиоволн от корреспондента зависит от состояния тропосферы и количества переотражений. Это приводит к тому, что разные корреспонденты в зависимости от трассы будут давать разные цифры при оценке отношения F/B В связи с выше сказанным желательно размещать зоны на такой же высоте, как и антенна и расстояние от антенны до измерительного зонда выбирать от 1,5 до 2
Коэффициент усиления. Если антенна излучает одинаковую мощность во всех направлениях, она называется изотропной или математической моделью, обычно на практике коэффициент усиления выражают в децибелах по отношению к эталонному диполю. Однако важно, чтобы эталонная и исследуемая антенна измерялись в идентичных условиях. Имеется ввиду одинаковая высота подвеса над Землей и одинаковое расстояние до измерительного зонда, при этом, близкое расстояние между двумя измеряемыми из-за влияния антенн друг на друга. Если возле антенны типа волновой канал, на близком расстоянии расположить диполь,
То мы получим синфазную решетку с одной пассивной и одной активной антенной. Изменится диаграмма направленности обоих антенн и в большей степени это повлияет на полуволновой диполь, его усиление будет больше, чем обычного одиноко стоящего диполя.
Чтобы избежать этой ошибки, сначала с помощью индикатора напряженности поля измеряют
Полуволновой диполь, а потом снимают его, на его место устанавливают новую испытываемую антенну и проводят еще одно измерение.
К.С.В. Коэффициент стоячей волны. Как видим этот параметр стоит на последнем месте и не является первостепенным. Если антенна настроена в резонанс и в ходе настройки мы скомпенсировали ее реактивность, и согласовали с фидером питания по сопротивлению, К.С.В. будет- единица. Любая антенна, простая она или сложная, является резонансным устройством и требует настройки. Настройка включает в себя измерение основных параметров антенны и коррекция их путем подгонки линейных размеров элементов антенны, расстояний между элементами, настройки согласующих и симметрирующих устройств. Так как антенну мы сами не рассчитываем, а берем уже размеры готовой проверенной на практике конструкции, возникает вопрос о целесообразности настройки антенн. Как выше уже было сказано, антенна является резонансным устройством, и так как любое резонансное устройство при повторении требует настройки, то и на антенну распространяются эти же правила. Представьте себе, что нам нужно рассчитать параллельный контур на какую-то конкретную частоту, по каким бы формулам мы бы не считали, какие бы программы не применяли, практически получить нужную частоту мы можем, только после настройки контура уже в готовой конструкции генератора. Не возможно рассчитать влияние экранов, паразитные емкости и индуктивности монтажа и так далее. Тоже самое происходит и с антенной, краевой эффект здания на котором расположена антенна, влияние оттяжек мачты и т.д., очень много неизвестных величин. И даже все перечисленное выше еще не аргумент, подумаешь добились прибавки в усилении антенны пол децибела или децибел, разве это можно реально оценить при работе в эфире, оказывается можно. Ведь антенну характеризует не один какой-то конкретный параметр, а совокупность всех основных параметров, к которым относятся: усиление, диаграмма направленности, коэффициент полезного действия. Здесь следует привести пример, который известен многим радиолюбителям. При переходе от простых антенн к более сложным реальная прибавка в силе сигнала намного больше, чем при сравнении числовых значений усиления простой и более сложной антенны. Например, если простую антенну типа полуволновой диполь, сравнивать с антенной двойной квадрат, то даже не настроенный двойной квадрат с усилением например 5 децибел в эфире может дать прибавку в силе сигнала от 10 до 30 децибел по сравнению с полуволновым диполем, в зависимости от состояния эфира, прохождения, угла прихода сигнала, наличие индустриальных помех и т.д. Точно такой же эффект мы могли бы наблюдать сравнивая две идентичных антенны, одна из которых была настроена по всем основным параметрам, вторая собрана по расчетным значениям. А так как основная масса радиолюбителей настраивает антенны только по К.С.В., отсюда и чудеса в эфире, одну и туже конструкцию антенны одни хвалят, другие ею не довольны. Если настраивать антенну только по К.С.В., то с основными параметрами кому как повезет, а впадая в крайность и настраивая антенну только по К.С.В., можно из антенны сделать хорошую согласованную нагрузку для выходного каскада передатчика. Он хорошо будет работать в нормальном режиме, только антенна при этом может иметь плохую диаграмму направленности, низкий коэффициент полезного действия, часть мощности будет расходоваться на нагрев элементов антенны и антенно-фидерного тракта и самое неприятное, что может быть для радиолюбителя – это помехи телевидению.
Из этого следует, что необходимо проводить измерения и настройку, как самой антенны, так и отдельных ее узлов, входящих в антенно-фидерный тракт, таких, как симметрирующие и согласующие устройства. При изготовлении и проработке узлов и деталей будущей антенны предусмотреть возможности измерения линейных размеров, там, где это необходимо для настройки отдельных элементов антенны, учитывая тот фактор, что антенна должна настраиваться на высоте ее постоянной эксплуатации. Возможность неоднократного спуска и подъема антенны или дистанционной подстройки.
Исходя из того, что основная масса радиолюбителей не имеет хорошей базы специализированных приборов, определим минимум простых и самодельных приборов, необходимых для измерений основных параметров антенны. Приборы представлены в таком порядке, в котором должны проводиться измерения, и другой порядок измерений при настройке недопустим.
Г.И.Р. Гетеродинный индикатор резонанса – прибор для определения резонансной частоты элементов антенны. Это простой генератор, собранный по схеме емкостной или индуктивной трёхточки дополненной детектором и усилителем постоянного тока. В качестве индикатора обычно применяют стрелочный прибор. Желательно, чтобы генератор имел электронную настройку на частоту, например с помощью варикапа. Генератор компактно монтируется в небольшой коробочке из диэлектрика. Генератор крепится к измеряемому элементу антенны через диэлектрик, или подносится к элементу антенны на диэлектрической штанге. К стабильности генератора не предъявляется высоких требований, так как время измерения не продолжительное. Измерение резонансной частоты активного элемента антенны производится при отключенном кабеле питания антенны. Если это симметричный вибратор или рамка, то в месте подсоединения кабеля делают закоротку или устанавливают постоянное сопротивление, величина которого соответствует сопротивлению активного элемента антенны. От генератора вниз идут 4 провода по которым подается: напряжение питания, напряжение для управления варикапом и снимается напряжение с усилителя постоянного тока, четвертый провод общий. В руках оператора дополнительный пульт в котором размещено: питание для генератора, переменный резистор управления варикапом и микроамперметр. Частота генератора контролируется с помощью вспомогательного приемника, который находится рядом. Это измерение лучше проводить вдвоем. Один оператор управляет частотой генератора ГИРа и следит за показаниями стрелочного прибора, второй оператор контролирует по приемнику частоту ГИРа. При настройке, когда частота генератора ГИРа совпадает с резонансной частотой измеряемого элемента антенны, стрелочный прибор покажет падение напряжения. По приемнику определяем частоту генератора ГИРа. Это наиболее точный метод определения резонансной частоты антенны. Иногда генератор ГИРа связывают с активным элементом антенны через кабель питания антенны. Кабель при этом должен быть кратным полволны для заданной частоты. Такой метод требует точного измерения электрической длины кабеля, возрастает погрешность при измерении, сужается диапазон измерений. Подстроив активный элемент антенны в резонанс,
(путем измерения его длины или периметра, если это рамка) переходим к измерению входного сопротивления активного элемента антенны на этой частоте резонанса. Входное сопротивление антенны измеряется с помощью высокочастотного моста. Это так же может быть самодельный, простой прибор доступный в изготовлении даже для начинающего радиолюбителя. Схемы ВЧ – мостов неоднократно публиковались в литературе для радиолюбителей. Возьмите самую простую схему. Пусть этот простой ВЧ – мост даже не показывает характер реактивности, просто вращая переменный резистор находим провал по напряжению, если стрелка прибора не падает до нуля это говорит о том, что в антенне
присутствует какая-то реактивность емкостного или индуктивного характера.
Эта реактивность устраняется введением в точку подключения антенны к РК кабелю емкости или индуктивности в зависимости от характера реактивности (реактивность может быть емкостного или индуктивного характера), подобрав их номинал до устранения реактивной составляющей. Так как радиолюбительские диапазоны узкие, удобно компенсировать реактивную составляющую не дискретными элементами, а короткозамкнутым шлейфом, или узкополосным симметрирующим устройством, об этом подробно изложено в журнале
,, Радио – Дизайн ,, № 13. При изготовлении ВЧ – моста, основное условие, паять схему нужно деталь в деталь, с минимальным по длине выводами от элементов. Схема должна быть компактной, пусть разъемы и переменный резистор располагаются в разных плоскостях, не стремитесь сделать большой и красивый прибор. Резисторы желательно применить без индукционные, если нет возможности достать без индукционные резисторы, вместо одного резистора ставьте 3 – 4 резистора параллельно, это уменьшит индуктивность простых резисторов. На низкочастотных диапазонах, ниже 10 Мгц, можно применить любые резисторы, кроме проволочных. В качестве индикатора напряженности поля – любой микроамперметр с детектором. Единственное условие, антенна индикатора (диполь или штырь) должны быть на много меньше четверти длины волны измеряемого диапазона.
Главное, это научиться пользоваться приборами. Практика показывает, что и простыми самодельными приборами можно хорошо настроить антенну по всем основным параметрам.

После настройки антенны на максимум усиления необходимо измерить ее входное сопротивление, зная которое можно согласовать антенну с антенным входом телевизора или антенного усилителя.

Более точно входное сопротивление антенны можно измерить непосредственно при помощи моста. Мост, изготовленный в любительских условиях, градуируется с помощью набора сопротивлений ВС — 0,25 вт 5%. Для питания моста можно применить сигнал-генератор СГ-1 или использовать сигнал принимаемого телецентра. Индикатором баланса моста может служить приемник изображения телевизора, включенный в измерительную диагональ моста. Для такой индикации не нужно включать стрелочный прибор на выходе видеоусилителя. Так как индикация ведется по минимуму напряжения в диагонали моста, то можно ориентироваться на пропадание изображения на экране телевизора. Еще более точно отмечать минимум можно, используя звуковой контроль за несущей изображения, имеющийся в телевизоре для дальнего приема.

Так как антенну при согласовании необходимо нагрузить на сопротивление, равное входному, то можно использовать неградуи-рованный или неточно градуированный мост для измерения этих сопротивлений по методу сравнения. Схема такого моста приведена на рис.

Фидер от антенны, имеющий длину, обязательно равную целому числу полуволн, включают в плечо моста — в гнездо Г2. Антенный ввод телевизора, который служит индикатором баланса моста, соединяют коротким отрезком соединительного кабеля с гнездом Г3, подключенным в диагональ моста через симметрирующий трансформатор Tp1. К гнезду Г1 подводится высокочастотное напряжение с выхода сигнал-генератора с той частотой, на которую настроена антенна. Изменяя сопротивление резистора R3 и добиваясь более полного баланса моста небольшим изменением частоты генератора, можно определить входное сопротивление антенны и ее резонансную частоту. Баланс моста отмечают по минимуму сигнала, поступающего через гнездо Г3 на вход телевизора. Минимум сигнала определяется значительно точней, чем максимум, и измерения получаются более точными.

Вместо сигнала от сигнал-генератора можно использовать сигнал принимаемого телецентра, принятый на отдельную даже ненастроенную и несогласованную антенну, фидер которой подключают к гнезду Г3. При этом настраиваемую антенну надо ориентировать в пространстве так, чтобы она не принимала сигнал телецентра.

Мост монтируют в небольшой коробке из алюминия или латуни. Размеры коробки и размещение в ней деталей показаны на рис.

В качестве измерительного сопротивления R3 применен потенциометр СП 470 ом со снятой крышкой (экраном). Около оси этого потенциометра укрепляют шкалу, градуированную в измеряемых сопротивлениях. Высокочастотные коаксиальные гнезда Г1—Г3 укрепляют на стенках коробки.

Симметрирующий трансформатор Tp1 наматывают литцендратом 7X0,1 на кольцевой ферритовый сердечник марки Ф-600 диаметром 10—20 мм. Обмотки L1 и L2, намотанные в два провода, и симметрирующая обмотка L3 содержат по три витка. Расстояние между проводами двойной обмотки берется минимальным и строго выдерживается по всей длине сердечника. Схема расположения обмоток трансформатора на сердечнике показана на рис.

Этот трансформатор представляет собой сочетание длинной линии и идеального трансформатора и обеспечивает коэффициент передачи, близкий к единице в диапазоне частот 20—200 Мгц. У сердечника с относительно высокой начальной проницаемостью падающий участок частотной характеристики магнитной проницаемости используется для расширения диапазона рабочих частот трансформатора. Короткими выводами обмоток трансформатор соединяется со схемой моста. Монтаж моста сделан короткими отрезками толстого провода без изоляции. Работа моста на частотах 100—230 Мгц зависит от того, насколько тщательно выполнен монтаж и насколько малы мон этажные емкости.

Градуировать мост можно на любой частоте в пределах телевизионного диапазона, используя сигнал телецентра или сигнал от генератора. Несколько резисторов известного сопротивления поочередно подключают к гнезду Г2. Каждый раз при этом мост балансируют резистором и на его шкале отмечается подключенное сопротивление.