PA0RDT SDR Mini Whip VLF HF VHF активная антенна H224|Теле- и радиовещательное оборудование| |

PA0RDT SDR Mini Whip VLF HF VHF активная антенна H224|Теле- и радиовещательное оборудование| |

Примечание: без аккумулятора (1865x4) на рисунке, если он с батареей, он не может быть транспортирован самолетом, поэтому без батареи, Я надеюсь, что он может быть отправлен в ваш пункт назначения быстро.

Эта новая версия мини-антенны PA0RDT имеет эти особенности -Новая версия, с использованием полупроводников модернммбфj310 и 2SC2570 -Схема реального класса А, чистый прием без IMD. -Одно коаксиальное соединение. -Широкополосное соединение L/C с приемником, без трансформерного технического Технические характеристики: Частотный диапазон: 10 кГц-150 МГц Мощность: 12 - 18 вольт при 50-75 мА Выходной сигнал второго заказа: > + 70 дБм Третий вывод заказа точка перехват: > + 30 дБм Максимальная выходная мощность: свыше-15 дБм Размер печатной платы: длина (мм): 90x 30 Разъем: BNC или M или N Линия подачи: 50 - 100 Ом коаксиальный кабель длиной до 80 метров

Примечание: Каждая антенна работает так же хорошо, как позволяет установка. Любая активная антенна не работает хорошо внутри дома!

Примечание: без аккумулятора (1865x4) на рисунке, если он с батареей, он не может быть транспортирован самолетом, поэтому без батареи, Я надеюсь, что он может быть отправлен в ваш пункт назначения быстро.

Основы антенны MiniWhip Pieter-Tjerk de Boer, PA3FWM (Это адаптированная версия статьи, которую я написал для голландского любительского радио журнала Electron, январь 2014.) Хорошо известная активная антенна для LF, MF и HF диапазонов является «MiniWhip» разработан PA0RDT; См. [1]. Много идей и недоразумений было озвучено о том, как работает эта антенна. В этой статье я надеюсь пролить на это какой-то светильник, используя некоторые элементарные теории.

1 、 miniwhip

На рисунке показан эскиз типичной установки мини-кнута. Он состоит из мачты высотой в несколько метров, идеально расположенной на открытом поле, с небольшой металлической пластиной и усилителем, вместе в пластиковом корпусе (фактический мини-хлыст). Коаксиальный кабель проходит от миникнута вниз по мачте до приемника. На данный момент мы предполагаем, что мачта проводящая и заземленная, но позже мы увидим, что происходит, если это не чехол. Усилитель-это последователь напряжения с очень высоким входным сопротивлением, чтобы не загружать металлическую пластину, и низким выходным сопротивлением, чтобы иметь возможность доставить достаточную мощность к коаксиальному кабелю 50 Ом; см. [1,2,3]. Идея заключается в том, что металлическая пластина «измеряет» электрическое поле на своем месте и отправляет результат через коаксиальный приемник.

2. Принцип и электрическое поле

Давайте сделаем следующие предположения: Высота мачты мала по сравнению с длиной волны, и сигнал, который будет получен, является вертикально поляризованным. Это разумные предположения: минихлыст часто рекламируется как антенна для LF и MF (так с длинами волн в сотни метров), И эти сигналы преимущественно вертикально поляризационные (из-за влияния относительно соседней проводящей земли). На более высоких частотах ВЧ эти предположения становятся менее реалистичными в зависимости от высоты мачты. Такой вертикально поляризационный радиосигнал производит вертикальные полевые линии в области вокруг антенны, а так называемые эквивалентные поверхности (поверхности, на которых потенциал, т. Е. Напряжение w.r.t. Земля, везде такая же). Металлическая пластина в миниатюрном кнуте будет иметь такой же потенциал, как и поверхность, пересекающая его. Тем не менее, усилитель в миникнуте не только соединен с металлической пластиной, но и с решетчатой мачтой. Чтобы быть более точным: усилитель измеряет разность потенциалов между пластиной и мачтой, буферы это, и применяет эту же разность потенциалов между щитом и центральным проводником коаксиального кабеля. Это важно: сигнал, который заканчивается в приемнике, является потенциальной разницей между пластиной и мачтой. Насколько велика разница в потенциале? Простейшие доводы говорят, что пластина имеет такой же потенциал, как поле на несколько метров над землей (Высота мачты), И сама мачта находится под заземлением (потому что нижний конец заземлен). Однако это является упрощением. Если вся мачта находится в наземном потенциале, более высокие эквивалентные поверхности не могут пересечь ее и, таким образом, должны быть искажены.

Эта цифра показывает, как выглядят искаженные поверхности (рассчитано путем разрешения моим компьютером соответствующего уравнения Максвелла). Черная линия внизу обозначает землю. На нем есть (довольно толстая, цилиндрическая) мачта, и над ней плавает металлический блок, оба также показаны в черном цвете. Металлический блок-металлическая пластина MiniWhip. Красные линии являются эквивалентными поверхностями, а вернее, прорезают их. Каждая из этих линий соответствует потенциону, выраженному в Вольт: напряжение этой эквивалентной поверхности w.r.t. Земле. Земля и сама мачта находятся под заземлением, говорят 0 вольт. Самая низкая красная линия может быть, например, на 1 мкВ, следующая на 2 мкВ и так далее. Вдали от мачты, эквивалентные линии/поверхности почти горизонтальные, как можно было бы ожидать для вертикально поляризованного электрического поля. Вокруг мачты они искажены, потому что вся мачта находится в заземлении. А также вокруг металлического блока над ним, линии искажены, потому что потенциал на Проводнике одинаковый везде. Но на самом деле искажение не слишком плохое; На металлическом блоке потенциал почти не отличается от мачты на той же высоте. Дополнительные Расчеты показывают, что искажение уменьшается, так как мачта становится тоньше.

3 、 изолированный мачты

Что делать, если мачта не проводящая? Усилитель все еще будет измерять разность потенциалов между пластиной и «заземлением» схемы усилителя. Если мачта не проводящая, то единственное, что подключено к заземлению цепи, это щит коаксиального кабеля. В этом чехол будет измеряться разница в потенциале между пластиной и тем, что защищает кабель. Если кабель надежно подключен к земле где-то дальше, он будет работать так же, как и с заземленной мачтой. Но если щит не заземлен, он попадает в хижину и подключается к «грязной» земле (e.g. Заземление безопасности сети), ну, тогда весь шум на этой грязной Земле будет способствовать разнице в потенциале на входе Усилителя и, таким образом, в конечном итоге в приемнике. Следовательно, важность хорошего заземления. Это может быть идея заменить коаксиальный кабель стекловолокном. Это устраняет шум, поступающий в усилитель через коаксиальный кабель. Но без проводящего соединения с внешней стороны, вся цепь будет иметь одинаковый потенциал, поэтому полученный сигнал не вызовет потенциальной разницы, которая может быть передана приемнику. В результате ничего не будет получено. PA0RDT недавно попробовал это на практике и сообщил об этом в RSGB-LF списке рассылки: действительно, он не получил ничего.

4 、 поляризации

Другой интересный эксперимент PA0RDT заключался не в том, чтобы поставить антенну поверх вертикального полюса в сад, а в горизонтальном полюсе из окна, С коаксиальным кабелем также прикрепленным к этому горизонтальному полюсу. Он сделал этот таким образом, что металлическая пластина в любом чехол в конечном итоге в одно и то же место, и обратили внимание на то, что получение вертикально поляризованной MF сигнала также является сильный. На первый взгляд, это говорит о том, что антенна не поляризационная: прием такой же, даже если вся установка была повернута от вертикали к горизонтали. Однако этот вывод не верен. Усилитель все еще измеряет разность потенциалов между пластиной и полюсом (если проводящий и Заземленный) или коаксиальным щитом (который предположительно заземлен где-то, возможно через сеть). Таким образом, разница в потенциале все еще измеряется между пластиной (которая снова находится в одном месте) и землей (которая также не изменилась), поэтому следует ожидать, что полученный сигнал будет таким же. Независимо от того, идет ли наземное соединение вертикально или занимает частично Горизонтальное разворот, это не имеет значения, если объезд короток по сравнению с длиной волны.

5. Пластина или кнут

Большинство активных электрических полевых антенн не любят мини-хлыст, используют металлическую пластину, а хлыст длиной около метра. Это не влияет на работу. Такой хлыст, если он короткий по сравнению с длиной волны, возьмет на себя средний потенциал его окружения, в этом чехол потенциал примерно на полметра выше верхней части мачты. Эта дополнительная высота полуметра не повлияет на возможную разницу в грунте. Однако есть еще одно важное отличие, а именно емкость пластины или кнута. Кнут имеет емкость почти 10 ПФ на метр длины, немного зависит от его толщины. Круглая металлическая пластина имеет постоянной ёмкости, универсальный конденсатор около 0,35 pF на см диаметр повязки (пропорциональный к диаметру, а не к области, который можно ожидать). Я не нашел формулу прямоугольной пластины, но форма не должна иметь слишком большого значения, поэтому типичный мини-хлыст имеет около 2 pF емкости пластины. Эта емкость важна, потому что вместе с входной емкостью усилителя она образует Емкостное делитель напряжения. Если емкость пластины или кнута меньше, при подключении усилителя остается меньше напряжения.

6 、 направленность

Прежде чем мы сможем сказать что-либо о направленности антенны, хорошо иметь более пристальный взгляд на то, что есть или определяет «направление» радиосигнала. На рисунке показана вертикально поляризованная передающая антенна, а электрические и магнитные линии поля, произведенные этой антенной на большом расстоянии (так называемое дальнее поле). Мы видим, что электрические лески вертикальные, не удивительно, так как электрическое поле вызвано, например, тем, что верхняя половина дипола заряжена положительно, а нижняя половина отрицательно (или другим способом вокруг, через полгода). Мы также видим, что линии магнитного поля горизонтальные, образуя большой круг вокруг антенны; Это также ожидается, так как мы знаем, что линии магнитного поля образуют круги вокруг провода для переноски тока. На рисунке также показан так называемый векторный сигнал. Он назван в честь английского физика дж. Х. Poynting, и точки в направлении, в котором волна распространяется. Математически это дается так называемым внешним продуктом электрических и магнитных векторов поля. Его направление может определяться путем поворота левши таким образом, чтобы он захватил линии магнитного поля в его ладонь, а пальцы выровнены с электрическими лесками; затем большой палец указывает направление вектора похода. Как антенна может быть более чувствительной к сигналам в одном направлении, чем от другого? Если антенна может непосредственно почувствовать Poynting вектор, было бы легко, так как этот вектор указывает непосредственно направление распространения. К сожалению, антенны не реагируют на вектор похода, а только на электрическое и/или магнитное поле. Первый способ, которым антенна может иметь направленную чувствительность, заключается в измерении электрического или магматического поля в нескольких местах и «сравнении» фазы сигнала в этих местах. Это происходит, например, в антенне Yagi: сигнал, который поступает прямо вперед, достигает первого режиссера раньше, чем дипольный. Однако для небольших антенн этот принцип не работает: если антенна мала по сравнению с длиной волны, сигнал поступает практически одновременно везде в антенне, И, таким образом, не дает значительной разницы в фазе.

7. Направленность небольших антенн

Для небольшой антенны, чтобы быть непосредственно чувствительной, единственная возможность-использовать направление электрических и магнитных линий. К сожалению, они не всегда показывают направление сигнала. Учитывайте вертикально поляризованное поле на предыдущей диаграмме. Линии электрического поля на месте приемника вертикальные, независимо от того, левый или правый передатчик, передний или задний. Таким образом, мы не можем сделать вывод из электрического поля, в каком направлении приближается сигнал. (Ну, мы можем сделать вывод, что сигнал идет горизонтально, а не быстро от неба. Но обычно это не так интересно.) В отличие от этого, линии магнитного поля говорят что-то о направлении. Если, например, передатчик находится к западу от нас, то линии магнитного поля находятся в направлении североюга. Если передатчик находится к северу от нас, линии магнитного поля бегут на Восток/Запад. Но это не ясно: если передатчик будет южнее нас, линии магнитного поля также будут на востоке/Востоке. Иными словами: в чехол с вертикально-поляризованного сигнала, линии магнитного поля, сообщите нам от каком направлении сигнала близится к истечению, и хотя с 180 градусов погрешности измерений. И это, конечно, хорошо известно от портативных медиумвэйв радиоприемников со встроенной ферритовой антенной: такая антенна является напрямую чувствительной, но если она вращается на 180 градусов, прием не изменяется. Охотники за лисой/участники ARDF на 80 метров также используют ферритовые антенны, которые реагируют на направление линий магнитного поля. Для устранения двузначности в 180 градусов эти приемники часто имеют дополнительную «чувствительную антенну»: хлыст, который реагирует на электрическое поле. Как уже было отмечено, это поле ничего не говорит о направлении сигнала, но оно может решить 180 градусов двузначность магнитных линий: в зависимости от направления, электрический сигнал находится в фазе или 180 градусов из фазы с магнитным сигналом. Хорошим применением этих принципов является DF6NM's directional longwave receiver [4]. Он использует две Магнитные антенны под углом 90 градусов для определения направления сигнала и электрическую антенну для устранения двузначности 180 градусов. Он использует эти данные для создания схемы водопада, в которой цвет указывает направление. До сих пор все вопросы касались вертикально поляризованных сигналов. Для горизонтально поляризованных сигналов ситуация меняется: линии электрического поля работают по горизонтали и показывают направление, в то время как магнитное поле вертикальное и ничего не говорит о направлении.

8. Направленность мини-кнута

А что насчет мини-хлыста? Мы уже видели, что он реагирует на электрический компонент вертикально поляризованного сигнала и что он мал по сравнению с длиной волны. Тогда возможен только один вывод: он не является прямым чувствительным. Тем не менее, MiniWhip имеет погружение прямо вверх: он не будет отвечать на сигналы, идущие сверху. Такие сигналы имеют как электрические, так и магнитные линии поля по горизонтали, и тогда этой антенне не остается ничего ответа. Это довольно заметно с моим WebSDR в вузе Твенте. Иногда голландские пользователи жалуются, что его антенна плохая, потому что они не могут слышать голландские станции на 80 м слишком хорошо; Но эти сигналы отскакивают от ионосферы почти вертикально. Некоторые люди предположили, что для того, чтобы получать сигналы, поступающие прямо выше, следует установить горизонтальную пластину поверх вертикальной пластины MiniWhip. Это не сработает: минихлыст все равно будет измерять потенциальную разницу между пластиной и землей, а для сигналов от прямого вверх, что разница составляет 0.

9 、 выводы

Что мы можем сделать из всей этой теории? 1. Минихлыст является вертикально поляризованным. 2. Заземление важно: если антенна заземлена только в шаре, с помощью коаксиального кабеля, можно снять много шума. B.t.w., что заземление не должно быть гальваническим: большой кусок металла, даже если не подключен непосредственно к земле, может иметь достаточную мощность, чтобы служить в качестве земли. 3. Сила полученного сигнала прямо пропорциональна высоте антенны над землей, если это небольшой w.r.t. Длина волны. 4. Является ли мачта проводящей или не имеет значения для приема. Однако, если мачта проводящая, пластина антенны, конечно, не должна быть установлена кроме, но выше мачты. 5. Антенна всенаправленная, за исключением погружения прямо вверх. 6. Ориентация или форма металлической пластины не имеют значения; b.t.w. Это также верно для плетения в чехол активных антенн на основе кнута.