Дипольные антенны широко используются радиолюбителями благодаря простой конструкции и отличным техническим характеристикам. В этой статье мы разберем принцип работы таких антенн, рассмотрим особенности настройки и эксплуатации, а также дадим рекомендации по самостоятельному изготовлению диполей.
1. Принцип работы дипольной антенны
<дипольная антенна> представляет собой прямой проводник, разделенный пополам. Каждая половина диполя имеет длину около четверти длины волны. Диполь питается посередине от источника высокочастотного напряжения.
При подаче напряжения на диполь в нем возникают высокочастотные токи. В результате вокруг антенны формируется электромагнитное поле, которое излучается в пространство. Диаграмма направленности диполя имеет форму восьмерки.
Основные преимущества дипольных антенн:
- Простота конструкции и настройки
- Высокий КПД
- Широкополосность (в отличие от резонаторных антенн)
- Ненаправленность в горизонтальной плоскости
Главный недостаток диполей — большие габариты. Для работы в КВ диапазонах длина антенны может достигать десятков метров.
2. Теоретические основы расчета дипольной антенны
Длину дипольной антенны можно рассчитать по следующей формуле:
где L - длина одного плеча диполя, λ - длина волны, ν - частота, с - скорость света.
На практике длину часто уменьшают на коэффициент укорочения k, который зависит от диаметра провода и высоты подвеса. Для тонкого провода на высоте более 0,25λ коэффициент k составляет около 0,95.
Диполь имеет входное сопротивление порядка 70 Ом. Для согласования с фидером используются симметрирующие устройства - балуны.
3. Практическая настройка дипольной антенны
Перед установкой диполя необходимо выбрать подходящее место, желательно на возвышенности, вдали от строений и линий электропередач. Антенну крепят на опорах или мачтах.
После монтажа измеряют длину антенны и КСВ. Если длина не совпадает с расчетной, выполняют подстройку при помощи гамма-согласования.
Для точной настройки диполя используют анализатор КСВ и другое измерительное оборудование.
При построении дипольной антенны HF для любительской радиосвязи следует соблюдать несколько мер предосторожности. Обычно очень легко установить простой диполь, но соблюдение некоторых мер может помочь переделать некоторые вещи или улучшить их позже.
Дипольная антенна довольно проста, но для обеспечения требуемого импеданса питания используется симметричное питание. При построении дипольной антенны HF для любительской радиосвязи или для любого другого применения следует соблюдать несколько мер предосторожности.
4. Особенности диполей для разных диапазонов
Дипольные антенны применяются во всех любительских диапазонах КВ, однако для каждого диапазона есть свои особенности:
- Диапазон 160 м - используются мачтовые конструкции, широкополосные антенны;
- Диапазоны 80 и 40 м - популярны симметричные и несимметричные диполи;
- Диапазоны 20-10 м - применяют складные вертикальные диполи;
- Диапазоны 6 м и выше - используют горизонтальные и круговые диполи.
На низких частотах диполи получаются слишком большими, поэтому для диапазонов ниже 40 метров чаще используют другие типы антенн.
5. Изготовление дипольной антенны своими руками
Сделать дипольную антенну для любительского диапазона можно самостоятельно из подручных материалов. Для этого потребуются:
- Медный провод или алюминиевая труба нужного диаметра для изготовления излучателя;
- Пластиковые или деревянные конструкции для крепления;
- Высокочастотный кабель и разъемы;
- Балун.
Сначала рассчитывается нужная длина излучателя. Затем из провода или трубы делают два плеча диполя. В середине провод перерезают, крепят балун и фидер. После сборки выполняют проверку настройки и при необходимости подстраивают длину.
Готовую антенну устанавливают на опорах как можно выше для улучшения диаграммы направленности. С помощью самодельного диполя можно проводить связь в любительских диапазонах.
6. Активные диполи и beam-антенны на основе диполей
Антенна дипольная активная содержит встроенный усилитель, который компенсирует потери в антенне и фидере. Это позволяет улучшить коэффициент усиления и увеличить дальность связи.
Усилитель активного диполя может располагаться в центре конструкции или в блоке питания. Для питания используют коаксиальный кабель. Активные диполи особенно эффективны на высоких частотах.
На основе диполей можно создавать направленные антенны типа "бим" с несколькими элементами - директорами и отражателем. Такая конструкция концентрирует излучение в одном направлении.
7. Использование диполей для приема сигналов
Диполь хорошо работает не только на передачу, но и на прием радиосигналов. Приемный диполь имеет более широкую диаграмму направленности для обеспечения кругового приема.
Для приема часто используют согласованный диполь, длина которого точно соответствует рабочей частоте. Это обеспечивает максимальную чувствительность.
Активные приемные диполи содержат встроенный усилитель сигнала. Это позволяет принимать слабые станции на фоне помех.
8. Сравнение диполя с другими типами антенн
По сравнению с ненаправленными антеннами (слабонаправленный диполь, вертикальный штырь), диполь имеет более узкую диаграмму направленности и лучше подавляет помехи.
В отличие от симметричных вибраторов, диполь не нуждается в системе радиальных проводников или заземления. Это упрощает конструкцию.
По сравнению с Yagi-Uda и другими направленными антеннами, диполь проще в изготовлении и настройке, но проигрывает в коэффициенте усиления.
9. Эксплуатация и ремонт дипольных антенн
При установке диполя нужно соблюдать правила техники безопасности - использовать диэлектрические перчатки и изолирующие подставки.
Для защиты от грозовых разрядов антенну заземляют. Также применяют грозоразрядники. Регулярно проверяют надежность креплений и целостность изоляции.
При возникновении неисправностей проверяют контакты, кабель, балун и длину антенны. Замена поврежденных элементов решает большинство проблем.
10. Хранение дипольных антенн
Когда антенна не используется в течение длительного времени, ее нужно демонтировать и убрать в защищенное место. Лучше всего хранить диполь в сухом гараже или под навесом.
Перед хранением антенну очищают от грязи и проверяют на отсутствие повреждений. Детали антенны упаковывают в коробки, чтобы защитить от механических воздействий.
Правильное хранение продлевает срок службы дипольной антенны и позволяет использовать ее многие годы.
11. Оптимизация диаграммы направленности диполя
Диаграмму направленности диполя можно улучшить, подняв антенну как можно выше над поверхностью земли. Чем больше высота подвеса, тем уже диаграмма в горизонтальной плоскости.
Также на диаграмму влияют окружающие объекты - здания, деревья, линии электропередач. Желательно размещать диполь вдали от таких препятствий.
12. Согласование диполя по импедансу
Диполь имеет входное сопротивление около 70 Ом, поэтому его нужно согласовать с фидером, обычно 50 Ом. Для этого используют симметрирующие устройства - балуны.
Правильный подбор балуна по импедансу и рабочей полосе частот позволяет эффективно передавать энергию от передатчика в антенну. Это важно для качественной связи.
13. Варианты исполнения диполей
Существует множество разновидностей дипольных антенн:
- Полуволновые и согласованные по частоте;
- Симметричные и несимметричные;
- Горизонтальные, наклонные и вертикальные;
- Одно-, двух- и многодиапазонные;
- С встроенным балуном или внешним;
- Активные и пассивные и т.д.
Такая вариативность позволяет подобрать оптимальный вариант диполя для конкретных условий и задач.
14. Достоинства и недостатки дипольных антенн
Основные преимущества диполей:
- Простота и надежность конструкции;
- Широкополосность;
- Высокий КПД;
- Не требуется заземление.
К недостаткам можно отнести:
- Большие габариты на низких частотах;
- Необходимость подвеса на высоте;
- Ненаправленность в горизонтальной плоскости.
Тем не менее, достоинства диполей перевешивают имеющиеся недостатки для большинства применений.
15. Перспективы развития дипольных антенн
Несмотря на долгую историю, конструкция диполей продолжает совершенствоваться. Основные направления развития:
- Миниатюризация для применения в сотовой связи;
- Расширение рабочего диапазона частот;
- Улучшение характеристик активных диполей;
- Использование новых материалов и технологий производства.
Дипольные антенны продолжат свое развитие благодаря простоте, надежности и эффективности этого типа конструкций.
