Дискоконусная антенна. Диско-конусная антенна. Схема, описание. Расчет дискоконусной антенны

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Курсовой проект

по дисциплине Антенно-фидерные устройства

на тему: «Дискоконусная антенна»

Теоретические сведения о дискоконусной антенне

Расчет дискоконусной антенны

Список используемых источников

Теоретические сведения о д искоконусн ой антенн е

Главное преимущество дискоконусной антенны заключается в большой ширине полосы частот, в пределах которой ее можно питать по коаксиальному кабелю при соответствующих симметрии и импедансе.

Она сравнительно проста по своему устройству и нечувствительна к отклонениям от номинальных размеров. Поэтому такие антенны широко используются в коммерческом вещании, главным образом в диапазонах дециметровых и метровых волн.

Дискоконусная антенна состоит из металлического конуса с диском на вершине. Ее относят к антеннам с верхним питание, которые снабжены концевой емкостью в виде диска и конусообразным внешним проводником.

В своем исходном виде дискоконусные антенны применяются только в дециметровом диапазоне.

В диапазонах коротких волн используются преимущественно «скелетные» формы, когда металлические поверхности заменяются фигурами из металлических прутков, полос, трубок или проводов (рис. 1).

Тем самым обеспечивается существенное снижение веса и ветрового сопротивления антенны, а также затрат на ее изготовление без заметного ущерба для электрических свойств.

В антеннах промышленного производства на диск и конус идет как минимум по шесть, чаще по восемь, а в особых случаях и по двенадцать стержней.

Существуют варианты из тонкого провода или проволочной сетки, а также смешанные формы из сплошного диска и пруткового конуса.

Рис.1. Дискоконусная антенна и ее разновидности: а - однородная; б - скелетная; в - смешанная.

Принципиальная схема антенны представлена на рис.2. Коаксиальный кабель питания проложен внутри конуса к его вершине. Там экран припаивается к конусу, так что последний служит продолжением экрана. Внутренняя жила кабеля припаивается к центру диска, изолированного от конуса.

Рис.2 Принципиальная схема дискоконусной антенны

Дискоконусная антенна представляет собой вертикальный вибратор, который охватывает широкую полосу частот благодаря своей особой форме. Как и любой вертикальный вибратор, она, являясь круговым горизонтальным излучателем, характеризуется круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и всем знакомой диаграммой полуволнового вибратора в виде восьмерки в вертикальной плоскости. Последняя, впрочем, может быть в той или иной степени искажена в зависимости от рабочей частоты. Выше нижней частоты границы, на которую рассчитана антенна, КСВ в 50-омном коаксиальном кабеле не превышает 2 во всей частотной области с отношением пределов 1:10. Отсюда ясно, почему эту антенну широко ко используют для коммерческого вещания, где требуется часто менять рабочие частоты или охватывать значительную частотную область. Важнейшей из характеристик дискоконусной антенны оказалась нижняя предельная частота. Ее можно определить как наименьшую рабочую частоту, на которой величина КСВ в 50-омном коаксиальном кабеле не превышает 3. На частотах ниже КСВ быстро растет, а выше -постепенно убывает до своего среднего значения <1,5. Дискоконусная антенна электрически ведет себя как фильтр верхних частот с относительно крутым спадом частотной характеристики (рис. 3).

Рис.3 Типичная зависимость КСВ дискоконусной антенны с питанием по 50-лмному коаксиальному кабелю от рабочей частоты.

Результаты определений минимальной рабочей частоты зависят от длины конуса, диаметра диска и угла при вершине конуса. Как показали опыты Нейла, оптимальный диаметр диска составляет независимо от угла. Длина определяется. По мнению Кандояна (Kandoian), эта длина, приведенная к минимальной частоте, составляет приблизительно, но Нейл определил, что.

Их соотношение проясняют кривые частотной зависимости согласования, которые Нейл получил опытным путем. Они приведены на рис.4. в несколько измененном виде. По оси абсцисс отложена относительная частота причем как опорная длина соответствует. Каждому значению коэффициента отвечает длина, выраженная в, и для оценки этой длины достаточно умножить на 0,25. Бессмысленно надеяться на приемлемую величину КСВ для в 50-омном коаксиальном кабеле, если составляет. В этом случае при величина КСВ приближается к 3,5. Она быстро растет с уменьшением угла раскрыва конуса.

Рис.4 Согласование дискоконусной антенны и 50-омного коаксиального кабеля при различных углах раскрыва в зависимости от рабочей частоты

По кривым видно, что при любых указанных там углах раскрыва величина КСВ2, если выбрать, что соответствует длине, приведенной к максимальной рабочей длине волны. Одновременно служит множителем для, делая соотношение частоты и согласования более отчетливым. Кривые показывают, что сходство с фильтром верхних частот хорошо проявляются при больших углах раскрыва. При на кривой согласования появляется все больше промежуточных максимумов, нежелательных для многих применений. Скелетной конструкции антенны свойственны несколько иные значения, но ход соотношения между согласованием и частотой подчиняются той же тенденции.

Как правило, предпочитают угол раскрыва, при котором осевое сечение конуса является равносторонним треугольником, а. У дискоконусных антенн промышленного изготовления угол варьируется от до. ограничивает частотную область сверху таким образом, что она расширяется с уменьшением. Между и промежутком действует соотношение, зависящее от угла раскрыва.

Диаграмма направленности в плоскости является круговой и не зависит от угла раскрыва на всех рабочих частотах. По данным промышленности, отклонение от круговой формы в области рабочих частот не превышает ±5 дБ. Диаграмм направленности в плоскости на частоте во многом аналогична диаграмме полуволнового вибратора, когда главный луч перпендикулярен оси антенны. Угол раскрыва слабо влияет на диаграмму направленности в горизонтальной плоскости на частоте. С ростом рабочей частоты диаграмма деформируется, все больше отступая от первоначальной правильной двухлепестковой формы. Об этом свидетельствуют диаграммы в плоскости, полученные Нейлом при углах раскрыва, и (рис. 5). Максимум излучения на рабочих частотах до лежит преимущественно в горизонтальной плоскости при любых углах раскрыва. Уже на частоте диаграмма деформируется настолько, что напряженность поля в горизонтальной плоскости убывает на 1,5 дБ. У антенны с

на частоте потери доходят до 2 дБ, если привести их к максимуму излучения резонансного вертикального полуволнового вибратора.

Своими измерениями Нейл показал, что потери достигают 3,3 дБ на частоте и вновь убывают до 2,2 дБ на частоте. Судя по диаграммам направленности на более высоких частотах, верхний предел рабочей частоты определяется не столько согласованием, сколько практической применимости Е-диаграммы. Недаром поставщики антенн промышленного изготовления указывают в спецификациях существенно более узкие области частот, нежели те, которые могут быть обеспечены надлежащим согласование.

Рис.5 Нормированные диаграммы направленности в плоскости Е для дискоконусных антенн с углом раскрыва, и

Диаметр диска также влияет на диаграмму в плоскости Е на частотах выше. При большом диске излучение над горизонтом ослабляется, а при слишком малом искажается частотная характеристика, и излучение отклоняется в сторону конуса. Уже по диаграммам в плоскости Е хорошо видно, что усиление дискоконусных антенн, приведенное к полуволновому вибратору, равно нулю. Поэтому серьезные поставщики таких антенн либо вообще не указывают их усиление, либо дают значение 0дБ (по отношению к полуволновому вибратору) или 2,15 дБ (к изотропному излучателю).

Для питания описываемых антенн через коаксиальный кабель не требуется ни симметрирующего устройства (как в случае полуволнового вибратора), ни согласующие цепочки. Благодаря широкополосности дискоконусные антенны некритичны к размерам своих элементов и не нуждаются в настройке.

Расчет дискоконусной антенны

Используя , и приведенные в п.1 действующие соотношения между размерами элементов конструкции антенны и рабочими длинами волн, определим следующее:

Осевое сечение конуса (в связи с упрощением для реализации в программной среде MMANA-GAL);

Угол раскрыва;

Длина вибратора м;

Осевое сечение м;

Диаметр диска м;

Длина стержня мм.

Так как с помощью MMANA-GAL реализуют лишь проволочные модели антенн, то диск и конус будут задаваться отрезками проводников.

1. Диск задан с помощью четырех отрезков провода, так же реализован и конус.

Рисунок 1 - Внешний вид дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 4 проводов

Рисунок 2 - Зависимость сопротивления от частоты дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 4 проводов

Рисунок 3 -Зависимость КСВ дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 4 проводов от частоты

Рисунок 5 - Зависимость усиления и отношения излучения вперед-назад дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит 4 проводов

Рисунок 6 - Диаграммы направленности и таблица значений параметров дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 4 проводов

Рисунок 7 - Диаграмма направленности на частоте 5 ГГц дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит 4 проводов

Рисунок 8 - Диаграмма направленности на частоте 2,4 ГГц дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит 4 проводов

2. Диск задан с помощью четырех отрезков провода, так же реализован и конус.

Рисунок 9 - Внешний вид дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит 8 проводов

Рисунок 10 - - Зависимость сопротивления от частоты дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 8 проводов

Рисунок 11 - Зависимость КСВ от частоты дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 8 проводов

Рисунок 12 - Зависимость усиления и соотношения излучения вперед-назад от частоты дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 8 проводов

Рисунок 13 - Диаграммы направленности и таблица значений параметров дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит из 8 проводов

Рисунок 14 - Диаграмма направленности на частоте 2,4 ГГц дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит 8 проводов

Рисунок 15 - Диаграмма направленности на частоте 5 ГГц дискоконусной антенны, скелет элементов, которой состоит 8 проводов

Вывод

В работе доказана, схожесть природ дискоконусных антенн однородного и скелетного исполнения. Однородная электрически ведет себя как фильтр верхних частот, это же было показано на графиках зависимости коэффициента стоячей волны в диапазоне 1-7 ГГц.

Список используемых источников

1. Ротхаммель К. Антенны: Пер. с нем. - 3-е изд., доп. - М.: Энергия, 1979

2. А.Л. Драбкин, В.Л. Зузенко, А.Г. Кислов/ Антенно-фидерные устройства, издание второе, переработанное и дополненное, М., «Советское радио», 1974

3. И. Гончаренко DL2KQ-EU1TT Компьютерное моделирование антенн. Все о программе MMANA, РадиоСофт, журнал «Радио», Москва, 2002

Подобные документы

Создание модели антенны и оптимизация ее конструкции. Свойства антенны горизонтальной поляризации с учетом свойств поверхности земли в направлении максимального КНД и влияние диаметра проводников симметричного вибратора на рабочую полосу частот.

курсовая работа , добавлен 23.02.2016


Симметричная вибраторная антенна, построенная из симметричных вибраторов. Удобство при монтаже, обеспечение широкого рабочего диапазона частот. Описание конструкции антенны, результаты ее исследования. Влияния длины второго вибратора на согласование.

контрольная работа , добавлен 14.01.2017


Применение зеркальных антенн. Основные параметры параболоида. Расчет облучателя, параметров зеркала и остроконечного пирамидального рупора с диаграммой направленности. Размер рупора в Н-плоскости. Диаграмма направленности антенны, её конструкция.

контрольная работа , добавлен 20.03.2011


Определение коэффициентов усиления двойной рамочной антенны. Анализ системы из двух излучателей, обладающей однонаправленным излучением. Улучшение горизонтальной диаграммы направленности. Ввод коаксиального кабеля снизу в вертикальную трубу каркаса.

курсовая работа , добавлен 13.10.2017


Выбор типа и проектный расчет волноводно-щелевой антенны и направленного ответвителя по схеме Бете. Проведение расчета размеров антенны и необходимого диапазона частот. Разработка схемы диаграммы направленности и расчет действия РЛС в различных условиях.

курсовая работа , добавлен 06.01.2012


Расчет КПД фидера. Выбор типа и схемы питания приемной антенны, определение ее геометрических размеров и коэффициента усиления. Расчет диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, коэффициента ее направленного действия.

курсовая работа , добавлен 27.10.2011


Изучение спиральной антенны дециметрового диапазона. Расчет геометрических размеров антенны и ее характеристик излучения. Основа работы цилиндрической спиральной антенны, определение диаметра его витков и шага намотки. Понятие круговой поляризации.

курсовая работа , добавлен 06.01.2012


Расчет диаграммы направленности волноводно-щелевой антенны, геометрических размеров и характеристик параболического отражателя; диаграммы направленности зеркальной антенны; элементов фидерного тракта; относительной погрешности ширины конструкции.

контрольная работа , добавлен 16.06.2013


Характеристика основных составляющих элементов антенны: активного полуволнового вибратора, рефлектора и директора. Процесс проектирования многоэлементной антенны типа "Волновой канал". Применение и принцип работы петлевого вибратора Пистолькорса.

контрольная работа , добавлен 09.02.2012


Описание принципа действия и особенности конструкции директорной антенны. Электрический и конструктивный расчет директорной антенны. Определение сопротивления рефлектора и диаграммы направленности. Разработка конструкции деталей антенны и узлов.

По сравнению с коаксиальной антенной диско-конусная антенна, обладая также круговой диаграммой направленности и таким же способом питания, имеет значительно большую полосу пропускания. По сравнению с обычным диполем коэффициент усиления этой антенны равняется -3дБ. Это уменьшение коэффициента усиления не должно вызывать удивления, так как диско-конусная антенна имеет правильную диаграмму направленности при очень большой полосе пропускания. Конструкция диско-конусной антенны, изображенная на рис. 11-40, при соблюдении указанных размеров и непосредственном питании по коаксиальному кабелю с волновым сопротивлением 60 Ом имеет полосу пропускания от 85 до 500 МГц.

Puc.1

Конус изготовляется в виде рупора из листа меди или какого-либо другого материала, который легко паять. Кабель питания проводится внутри конуса и его внешняя оплетка припаивается к конусу, а очищенный отрезок внутренней жилы длиной 100 мм - к металлическому диску. Диск удерживается в горизонтальном положении с помощью изолирующих подпорок.

Для установления дальних радиосвязей в диапазонах 144- 146 МГц и особенно на 420-425 МГц необходимо сконцентрировать излучение электромагнитной энергии в виде узкого луча и направить его возможно ближе к горизонту. При этом также необходимо иметь возможность устанавливать радиосвязи с корреспондентами, находящимися в различных направлениях от радиостанции при неподвижной антенне. Для такого случая антенна должна иметь в вертикальной плоскости диаграмму направленности в виде вытянутой восьмерки, а в горизонтальной - в виде окружности. Подобную диаграмму можно получить при исполнении биконической антенны (рис. 2), представляющей собой два металлических конуса, к одному из которых присоединена средняя жила кабеля, а к другому - его оплетка. Недостатком такой антенны является необходимость симметричного возбуждения.

Puc.2

Широкополосная биконическая дискоконусная антенна (рис. 3), в которой роль верхнего конуса выполняет диск, не требует симметричного возбуждения. В табл.1 приведены размеры дискоконусных антенн, рассчитанных для работы в любительских диапазонах.

Таблица 1

При выбранных размерах антенны работу желательно вести в области наиболее низких рабочих частот, так как при повышении рабочей частоты угол между направлением максимального излучения и горизонтом увеличивается. Питание антенны производится кабелем с волновым сопротивлением порядка 60- 70 ом без согласующих устройств. Диск изолируется от конуса, который может быть заземлен. Для работы в диапазоне 38-40 МГц конус и диск выполняются из штырей диаметром 3 - 5 мм (рис.4). Максимальное расстояние между штырями не должно превышать 0,05L.

Puc.3,4

Литература :

1. К.Ротхаммель. Антенны. Москва "Энергия". 1979г.
2. Ф.Бурдейный и др. Справочник коротковолновика. Из-во ДОСААФ, Москва. 1959г.

Конус изготовляется в виде рупора из листа меди или какого-либо другого материала, который легко паять. Кабель питания проводится внутри конуса и его внешняя оплетка припаивается к конусу, а очищенный отрезок внутренней жилы длиной 100 мм - к металлическому диску. Диск удерживается в горизонтальном положении с помощью изолирующих подпорок.

Для установления дальних радиосвязей в диапазонах 144- 146 Мгц и особенно на 420-425 Мгц необходимо сконцентрировать излучение электромагнитной энергии в виде узкого луча и направить его возможно ближе к горизонту. При этом также необходимо иметь возможность устанавливать радиосвязи с корреспондентами, находящимися в различных направлениях от радиостанции при неподвижной антенне. Для такого случая антенна должна иметь в вертикальной плоскости диаграмму направленности в виде вытянутой восьмерки, а в горизонтальной - в виде окружности. Подобную диаграмму можно получить при исполнении биконической антенны (рис. 2), представляющей собой два металлических конуса, к одному из которых присоединена средняя жила кабеля, а к другому - его оплетка. Недостатком такой антенны является необходимость симметричного возбуждения.

Широкополосная биконическая дискоконусная антенна (рис. 3), в которой роль верхнего конуса выполняет диск, не требует симметричного возбуждения. В табл.1 приведены размеры дискоконусных антенн, рассчитанных для работы в любительских диапазонах.

При выбранных размерах антенны работу желательно вести в области наиболее низких рабочих частот, так как при повышении рабочей частоты угол между направлением максимального излучения и горизонтом увеличивается. Питание антенны производится кабелем с волновым сопротивлением порядка 60- 70 ом без согласующих устройств. Диск изолируется от конуса, который может быть заземлен. Для работы в диапазоне 38-40 Мгц конус и диск выполняются из штырей диаметром 3 - 5 мм (рис.4). Максимальное расстояние между штырями не должно превышать 0,05L.

Литература:

1. К.Ротхаммель. Антенны. Москва "Энергия". 1979г.
2. Ф.Бурдейный и др. Справочник коротковолновика. Из-во ДОСААФ, Москва. 1959 г.

Назначение:

Дисконусная антенна DA3000 содержит 16 съемных штыревых элементов различной длины, которые крепятся к вертикальной штанге. Восемь горизонтальных штыревых элементов формируют диск и восемь наклонных - конус. Антенна работает в диапазоне от 25 до 2000 МГц с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и поставляется с соединительным кабелем и разъемами. Для расширения частотного диапазона антенны D130 и D220 компании Diamond выполнены в виде комбинации четвертьволновой штыревой и дисконусной антенн. Четвертьволновая антенна, которая работает в нижней части диапазона, содержит верхний вертикальный штырь, удлинительную катушку индуктивности и противовес, состоящий из 6 наклонных штырей.

С ростом частоты вертикальный штырь отключается индуктивностью и начинает работать дисконусная антенна, состоящая из шести горизонтальных (диск) и шести наклонных (конус) штырей. Антенны D190 и D220 работают в диапазонах соответственно 25 - 1300 МГц, 100 - 1500 МГц и 100 - 1600 МГц. Частотный диапазон антенны D220, в частности, полностью соответствует возможностям широкополосных программируемых генераторов RS/N и RS/N232.

Конструктивно антенны D130, D220 и DA3000 выполняются в виде мачты, к которой привинчиваются штыревые элементы. В результате размеры антенны при транспортировке существенно уменьшаются. Соединительные коаксиальные 50-Ом кабели типа RG58A/U или RG188A/U длиной от 3.5 до 10 метров подключаются к антенне и приемнику через высокочастотные разъемы MJ-MP. Компания Diamond поставляет также разнообразные элементы крепления антенн: магнитные основания, кронштейны, мачты и другие приспособления. Дисконусные антенны поставляются по отдельному заказу.

Основные технические характеристики:

Рабочий диапазон частот, (МГц) 25-2000
Волновое сопротивление кабеля, (Ом) 50
Высота, (см) 150
Диаметр, (см) 170

Описание актуально на: 23.11.2006.

Для уточнения технических характеристик «16-элементная широкополосная дискоконусная антенна диапазона 25...2000 МГц "DA-3000"», а также для получения информации по наличию и условиям поставки Вы можете заполнить форму запроса ниже.

Внимание! Поставка оборудования осуществляется только юридическим лицами и только по безналичному расчёту.

Приветствую коллег по увлечению! Вот мой сетапчик:

Для соединения приемника с антенной решил использовать хороший спутниковый кабель RG-6 Reeme. Тому было несколько причин:

1. Низкие паспортные потери на 1000 МГц (Около 17 дБ на 100 м - один из лучших показателей среди коаксиалов)
2. Дешевизна разъемов (к тому же были дома в наличии)
3. У меня уже был проложен кабель на крыше к спутниковой антенне, в настоящее время он уже не использовался

Разница в волновых сопротивлениях особо не волновала, потеря 4% мощности сигнала из-за рассогласования это ничто по сравнению с возможными потерями от применения 50-омного кабеля с более высокими потерями.

Столкнувшись с выбором антенны для своего приемника остановился на трёх кандидатах: 6-элементная , Super и дискоконус. Все антенны были предварительно рассчитаны на 75 Ом и довольно точно изготовлены. Испытал поочерёдно Франклина, Super-J и дискоконус. Как ни странно выйграла дискоконусная антенна.

Пытался настроить Франклина смещая точки подключения на четвертьволновом шлейфе, но результаты всё равно не впечатлили. С Super-J такая же история. Дискоконус работал лучше. Вот мои предположения по этому поводу:

1. Франклин - симметричная антенна, если просто подключить к нему несимметричную линию питания (коаксиальный кабель) то это искозит её диаграмму направленности, что естественно приведёт к снижению коэффициента усиления. Поидее нужно дополнительно применять симметрирующее устройство.
2. Теоретический расчёт это хорошо но на практике нужного согласования можно и не добиться из-за влияния многих факторов, которые невозможно учесть в расчёте
3. Точность изготовления. Если изготовить антенну с миллиметровой точностью то возможно она будет нормально работать.

А вот что понравилось в дискоконусе:

1. Компактный размер. Высота около 80 мм, ширина около 70 мм
2. Широкополосность. Антенна не нуждается в настройке и начинает работать сразу после сборки.
3. Простота изготовления. Дискоконус не критичен к точности изготовления. Можно смело ошибаться +/- 5 мм в размерах (проверено практикой). В сантиметрах, конечно, ошибаться не нужно.

Чертёж с размерами:

Жирной точкой по центру диска обозначено место припайки центрального вывода F-разъема к диску. Диск и основание изготовлены из одностороннего фольгированного текстолита. Образующие конуса изготовлены из медного провода диаметром 2 миллиметра. Медь залудил, но это необязательно. Вот что получилось:

В процессе экспериментов выяснилось что даже небольшое увеличение длины кабеля приводит к ухудшению приёма. Т.к. антенна должна быть установлена на крыше и соединена 40 метровым кабелем, без усилителя не обойтись. Купил обычный спутниковый усилитель OPENMAX A04-20 на 20 дБ за 150 рублей. Ещё нужно было сделать так что бы вход приёмника был закорочен по постоянному току. В результате родилась вот такая схема:

По инжектору: Предохранитель защищает блок питания от возможных КЗ (например при обрыве кабеля). Защитный диод D1 защищает схему от грозовых перенапряжений (подсмотрел в схеме спутникового тюнера). При напряжении выше 24 В, пробивается и закорачивает схему. Конденсатор С2 - помехозащитный. Дроссель L1 - ВЧ фильтр, намотан на тороидальном ферритовом сердечнике (10 витков провода ПЭЛ 1,0)

Для закорачивания входа приемника по постоянному току использовал четвертьволновый короткозамкнутный шлейф из отрезка коаксиального кабеля. Схема отлично себя зарекомендовала. При испытаниях шлейф вообще никак не влиял на качество приёма. Длина отрезка коаксиального кабеля получилась 45 мм (учёл коэффициент укорочения и длину F-гнезда в разветвителе).

Приемник поместил в другой корпус и закрыл прозрачной крышкой из плекса. Так красивее и светодиоды хорошо видно. Общий вид конструкции:

Удачного радарспоттинга!