Антенна коллинеарная своими руками
Коллинеарные антенны широко используются как в профессиональной, так и в любительской радиосвязи. Они отличаются высоким коэффициентом усиления и формируют направленный узкий луч диаграммы направленности. Это позволяет достичь увеличенной дальности связи по сравнению с обычными штыревыми антеннами. Коллинеарные антенны состоят из нескольких встречно-штыревых излучателей, соединенных между собой отрезками коаксиального кабеля. Благодаря такой конструкции формируется усиленный сигнал в направлении главного лепестка диаграммы направленности. Изготовить коллинеарную антенну своими руками достаточно просто, если знать определенные нюансы расчета и сборки конструкции.
Необходимые материалы
Чтобы собрать коллинеарную антенну, вам понадобятся следующие материалы:
- Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (например, РК 75-4-15)
- Разъемы для подключения кабеля (SMA, BNC, N-Type или другие)
- Металлические или пластиковые стержни нужной длины для изготовления антенны
- Изоляторы и крепеж для стержней
- Согласующее устройство (балун)
- Инструменты для резки и сборки конструкции
Расчет параметров антенны
Перед изготовлением коллинеарной антенны необходимо произвести расчет ее основных параметров. Это позволит подобрать оптимальную длину и количество излучателей для работы на заданной частоте.
Основными параметрами при расчете являются:
- Рабочая частота
- Длина волны
- Количество излучателей
- Расстояние между излучателями
- Длина излучателей
Рекомендуется использовать специальные калькуляторы или программы для расчета коллинеарных антенн. Это позволит быстро подобрать оптимальные размеры конструкции.
Сборка механической конструкции
После расчета параметров можно приступать к сборке механической конструкции антенны. Для этого понадобятся трубки или стержни, на которые будут устанавливаться излучатели.
Существует несколько вариантов конструкций:
- На общей оси
- На отдельных осях
- Складные конструкции
Наиболее простой и технологичный вариант - установка всех излучателей на общую ось. Особое внимание следует уделить надежности крепежа и точности расстояний между элементами.
Установка излучателей и экранирование
После сборки механической части приступают к монтажу самих излучателей - отрезков коаксиального кабеля нужной длины. Их устанавливают и закрепляют в строгом соответствии с расчетом.
Для предотвращения наводок рекомендуется экранировать участки коаксиального кабеля между излучателями. Экраны могут быть выполнены из фольги, металлической сетки или трубок.
Подключение кабеля к излучателям может быть выполнено различными способами в зависимости от типа разъема.
Настройка и испытание антенны
После полной сборки антенны проводят ее настройку и испытания. Для настройки часто используют антенные анализаторы КСВН.
Путем небольшой подстройки расстояний между излучателями добиваются минимального КСВН на рабочей частоте.
Далее проводят испытание антенны в работе - проверяют максимальную дальность связи и качество работы на разных частотах.
При необходимости возможна дополнительная регулировка параметров.
Таким образом можно своими руками изготовить эффективную коллинеарную антенну для любительской радиосвязи.
Выбор материалов для изготовления
При изготовлении коллинеарной антенны важно правильно подобрать материалы, из которых будет сделана конструкция. Для основания чаще всего используются пластиковые или металлические трубки, стержни или уголки. Они должны быть прочными и стабильными к воздействию внешних факторов.
Материал трубок не должен влиять на распространение радиоволн. Оптимальный вариант - использование пластика или алюминия. Сталь может вносить искажения.
Крепеж и изоляторы
Для надежного крепления элементов антенны применяются различные металлические крепежи - болты, гайки, хомуты. Важно обеспечить хороший электрический контакт деталей конструкции.
В местах крепления используются специальные изоляторы, которые не допускают замыкания токоведущих частей на основание. Материалом для изоляторов обычно служит высококачественный пластик.
Выбор коаксиального кабеля
Для изготовления излучателей коллинеарной антенны используется коаксиальный кабель с определенными параметрами. Наиболее распространен кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.
Также важны диаметр жилы и внешней изоляции. Эти параметры влияют на электрические свойства кабеля на заданной частоте.
Работа на частотах УКВ и 433 МГц
Коллинеарные антенны могут успешно применяться в УКВ диапазоне для связи на частотах до 300 МГц. Для работы на 433 МГц требуется прецизионный расчет размеров из-за малой длины волны.
На качество работы на УКВ влияет выбор кабеля с подходящими параметрами и точность изготовления конструкции.
Установка и юстировка антенны
После изготовления антенны ее необходимо правильно сориентировать и настроить для получения максимального усиления. Устанавливают с помощью крепежа на мачту или кронштейн.
Для точной наводки на корреспондента или ретранслятор применяются различные приспособления для изменения положения антенны в пространстве.
Регулировка диаграммы направленности
Одним из преимуществ коллинеарных антенн является возможность регулировки диаграммы направленности за счет изменения расстояний между излучателями и их количества.
Увеличивая расстояние, можно сделать диаграмму направленности уже, что повысит коэффициент усиления антенны. Оптимальные значения подбираются расчетным путем.
Использование в различных диапазонах
Благодаря гибкости конструкции, коллинеарные антенны могут перестраиваться для работы в разных диапазонах - от HF до VHF и UHF. Это достигается за счет замены кабеля и регулировки размеров.
При правильном расчете параметров, антенна может эффективно работать на нескольких любительских диапазонах, перекрывая широкий спектр частот.
Защита антенны от внешних воздействий
Для длительной стабильной работы коллинеарной антенны на открытом воздухе следует позаботиться об ее защите от внешних факторов - дождя, снега, ветра, перепадов температур.
Применяются различные кожухи, обтекатели, герметизирующие составы. Это продлевает срок службы конструкции и предохраняет от коррозии и окисления.
Также важно обеспечить надежное заземление для грозозащиты всего устройства.
Выбор оптимального количества излучателей
При проектировании коллинеарной антенны важно определить оптимальное количество излучателей. От этого зависят коэффициент усиления, ширина диаграммы направленности и эффективность конструкции.
С увеличением количества излучателей усиление растет, но после определенного предела перестает улучшаться. Также возникают сложности согласования.
Обычно используется от 4 до 8 излучателей. Точное число рассчитывается исходя из длины волны и требований к параметрам антенны.
Возможность изменения конфигурации
Еще одним достоинством коллинеарных антенн является возможность изменения конфигурации за счет регулировки расстояний между излучателями и их положения.
Это позволяет оперативно менять диаграмму направленности, чтобы наводить антенну на разные направления, не меняя ее ориентацию.
Применение в системах слежения
Благодаря узкой диаграмме направленности, коллинеарные антенны часто используются в системах спутниковой связи и радиолокации для сопровождения движущихся объектов.
В таких системах антенна устанавливается на подвижной поворотный механизм, который обеспечивает непрерывное слежение за целью.
Применение стабилизаторов излучения
Для повышения стабильности характеристик коллинеарной антенны применяются специальные устройства стабилизации - вибраторы, резонаторы, диэлектрические стержни.
Они компенсируют влияние ветра и других механических колебаний конструкции, поддерживая постоянство диаграммы направленности.
Применение в любительской радиосвязи
Благодаря простоте изготовления и хорошим характеристикам, коллинеарные антенны широко применяются любителями для организации качественной радиосвязи в различных диапазонах.
Они позволяют значительно увеличить дальность связи по сравнению с простыми антеннами при относительно небольших габаритах конструкции.
Выбор оптимальной длины излучателей
Длина отдельных излучателей коллинеарной антенны является важным параметром, влияющим на диаграмму направленности и коэффициент усиления. Оптимальное значение рассчитывается исходя из длины волны.
С увеличением длины излучателей угол раствора диаграммы направленности уменьшается, но при этом возрастают потери в конструкции. Необходимо найти компромисс.
Установка системы развязки
Для предотвращения взаимного влияния излучателей друг на друга и потерь энергии в коллинеарной антенне устанавливается система развязки.
В качестве развязки могут использоваться резисторы, реактивные элементы, отрезки фидерного кабеля. Они обеспечивают согласование и экранирование.
Применение в системах Wi-Fi
Благодаря компактности и высокому коэффициенту усиления, коллинеарные антенны нашли широкое применение в беспроводных сетях Wi-Fi для увеличения зоны покрытия.
Они часто используются для организации точек доступа на открытом пространстве с улучшенными характеристиками излучения.
Использование экранирующих кожухов
Для защиты элементов коллинеарной антенны от внешних воздействий и улучшения электрических характеристик применяются экранирующие кожухи.
Они выполняются из металлической сетки или фольги и предохраняют излучатели от попадания влаги, пыли, снега.
Автоматическая подстройка частоты
Для расширения рабочего диапазона частот в коллинеарных антеннах используются системы автоматической подстройки путем изменения размеров излучателей.
Такие механические или электронные системы позволяют быстро менять резонансную частоту всей конструкции.