Logaritmicko-periodické antény
pro dvì pásma
Jindra Macoun, OK1VR
Èlánek se zabývá dvoupásmovými logaritmicko-periodickými dipólovými
(LPD) anténami. Navazuje na informace v PE-AR 2, 3, 4, 5 a 8/2013. Úvodem se
zmiòují dva zpùsoby návrhu 6prvkové antény pro 145 MHz a pak i vlastnosti logaritmicko-periodické dipólové antény s pøímými (LPD) i zalomenými (LPDV) prvky
na harmonická pásma 145 a 435 MHz, odvozené z pùvodní LPD antény pro pásmo 145 MHz. Nejde o konstrukèní popis, uvedené informace mohou realizaci
tìchto antén usnadnit.
Jednosmìrný („jednolaloèný“) diaKrátká rekapitulace
gram na trojnásobném kmitoètu vznikne
zalomením pùvodnì pøímých prvkù do
Logaritmicko-periodické antény (LPA)
tvaru V, s úhlem sevøení 110 o až 120 o.
jsou principiálnì antény (velmi) širokoNa
základním kmitoètu smìrovost sice
pásmové.
nepatrnì
klesne, ale na trojnásobném
Každá logaritmicko-periodická anténa
kmitoètu se zvýší (viz obr. 5 b).
vykazuje v celém provozním pásmu, pro
Této možnosti lze využít k realizaci
které je navržena, menší èi vìtší, ale
smìrové LPDV antény na dvì harmonicv podstatì konstantní smìrové úèinky
ká pásma s pomìrem kmitoètù 1:3, napø.
(zisk, úhly záøení), závislé na poètu a délLPDV antény pro pásma 145 a 435 MHz.
ce prvkù, na jejich rozteèi a tím i na délce
Popis takové antény, prvoplánovì urèené
antény. Tyto rozmìrové parametry jsou
pro pøevádìèový provoz, byl pøed èasem
ovlivnìny tzv. periodicitou tau (τ), definojiž publikován (AR A6/1991).
vanou jako pomìr dvou sousedních rozVyhovujeme požadavkùm na jeho akmìrù téhož druhu.
tualizaci, s možností využít pro staronový
Provozní pásmo LP antény je teoreticnávrh program LPCAD a pro kontrolu
ky neomezené. Prakticky je omezeno jen
a optimalizaci elektrických parametrù sikonstrukèními hledisky a provozními pomulaèní program EZNEC, když zde døíve
žadavky. Lze jej snadno mìnit/rozšiøovat
tyto možnosti ještì bìžné nebyly.
k nižším i vyšším kmitoètùm pøidáváním
Využívalo se sice grafických postupù
dalších prvkù za prvky koncové.
pomocí
zmínìných spojnicových nomoObvykle jde o rovinné uspoøádání
gramù, ale elektrické vlastnosti se konpøímých, postupnì zkracovaných
trolovaly jen mìøením s pøesností, omea protifázovì napájených pùlvlnných
zenou použitými pøístroji a vnìjšími
dipólových prvkù, upevnìných na spopodmínkami mìøení.
leèném nosném ráhnu, tedy o LP dipólovou anténu – LPDA.
V radioamatérské praxi je plynulé pøekrytí kmitoètového rozsahu, zahrnujícího
nìkolik relativnì úzkých radioamatérských pásem, jedinou LPD anténou obtížné a není ani úèelné. LPD antén se tam
z praktických rozmìrových dùvodù využívá zpravidla jen na nejvyšších pásmech
(14 až 28 MHz).
Návrh/výpoèet LPD antén stále umožòují a usnadòují spojnicové nomogramy
(PE-AR 3 a 4/2013) podle L. R. Carrela
z roku 1961, i když je dnes snadnìjší využít odvozeného a postupnì aktualizovaného programu LPCAD (PE-AR 5/2013)
od Rogera Coxe (WB0DGF) z roku 1997.
LPD a LPDV antény
Pøímé dipólové prvky LPD antén jsou
pøibližnì pùlvlnné – vyzaøují v tzv. λ/2
módu. Pomìrnì pøíznivé elektrické vlastnosti mají i LPD antény s prvky o délce
3/2 λ na trojnásobném kmitoètu. V rovinì
prvkù, tzn. v rovinì E však mají trojlaloèný diagram záøení, s pøibližnì stejným
ziskem na každém z tìchto tøí lalokù, orientovaných pøibližnì do smìrù +43 o, 0 o,
-43 o (viz obr. 4 b). Nicménì i s tímto diagramem lze LPD anténu na trojnásobném
kmitoètu prakticky provozovat.
DZ
30
L1 D1 L2
1030 1000
1097 1057
160
160
D2
155
155
L3
970
1023
D3
151
150
L4
940
990
D4
146
145
Návrh LPD antény
Pøi návrhu LPD antény s pøímými prvky v λ/2 módu pomocí programu LPCAD
se vychází z krajních kmitoètù provozního pásma antény – fmin a fmax .
Rozšíøíme-li pùvodní pásmo 145 MHz
o 4 MHz na každé stranì, abychom na
trojnásobném kmitoètu pøekryli nejen pøevádìèové kmitoèty v pásmu 435 MHz, ale
i kmitoèty pásma PMR, pak by pro LPCAD mìly být výchozí informací kmitoèty
fmin = 140 MHz a fmax = 150 MHz. Anténa
by pak mìla vyhovovat i v pásmu 420 až
450 MHz.
l Po zadání kmitoètù nám LPCAD sdìluje, že „narrowband designs will have less
gains and higher VSWR than shown!
(úzkopásmové návrhy budou mít menší
zisky a vyšší VSWR než znázornìné,
tzn. než vypoètené). LPCAD je zøejmì
„nastaven“ na širokopásmovìjší požadavky. Není totiž obvyklé, aby se LPD anté-
Tab. 1.
L5
912
958
D5
141
140
L6
884
927
Obr. 1. Schéma 6prvkové LPD antény
v pomìrném mìøítku
s oznaèenými rozmìry
nou øešily antény pro tak úzké pásmo.
Vìtšinou se v tìchto pøípadech používají
antény typu Yagi.
l Protože chceme posoudit již navrženou
anténu, zvolíme Y (Yes) po dotazu „Do
you wish to evaluate a known design?“
(Požadujete výpoèet známého návrhu?)
l Podle pùvodní antény pak k výchozí informaci fmin = 140 MHz a fmax = 150 MHz
a prùmìru prvkù d = 6 mm zadáme do
LPCAD ještì tyto návrhové parametry:
Poèet prvkù N = 6, délku antény Lc =
= 0,75 m a nejvìtší rozteè prvkù D1 =
= 0,16 m (Lc je souètem všech rozteèí
mezi nejdelším a nejkratším prvkem).
Zde je tøeba poznamenat, že pùvodnì
byla anténa navržena jen pro vlastní amatérská pásma. LPCAD však takové zadání „nezvládᓠa pøi periodicitì τ >0,98 již
generuje nereálné výsledky.
l Pod pøíkazy D v hlavním menu (calculate design parameters) získáme výpisy
vypoètených rozteèí (D1-5 ) a délek prvkù
(L 1-6) postaèující pro simulaci modelu
v EZNECu, který by mìl vygenerovat
elektrické parametry antény.
l Novì vypoètené rozmìry podle LPCAD jsou spolu s rozmìry pùvodní antény (AR A6/1991) podle obr. 1 a 2 uvedeny
v tab. 1.
Oznaèení hlavních rozmìrù se tam
shoduje i s rozmìry v LPCAD (L1-6 – délky prvkù, D1-5 – rozteèe prvkù).
Dz je pak vzdálenost zkratu na symetrickém vedení za nejdelším prvkem L1,
DN je vzdálenost napájecích svorek pøed
L6, které se do LPCAD nezadávají, ale
pro simulaci skuteèného uspoøádání antény se musí zvolit. V daném pøípadì se
použilo vzdáleností z pùvodní antény.
Program LPCAD navíc usnadní následnou (pomìrnì pracnou) „klasickou“
simulaci modelu antény v EZNECu (popø.
v jiných formátech), když se v hlavním
DN
20
Obr. 2. Znázoròuje støídavé (protifázové) napájení dipólových
prvkù, upevnìných k symetrickému nosnému vedení z otevøených (U) nebo uzavøených ètvercových Al profilù 15 x 15 mm
(u funkèního vzorku s mezerou 10 až 5 mm)
Praktická elektronika - A R 01/2014
31
ñ
Obr. 3. Elektrické parametry 6prvkových LPD antén v pásmu
140 – 150 MHz podle obou návrhù
a)
ñ
Obr. 6. Elektrické parametry 6prvkové LPDV antény na
kmitoètech 145 a 435 MHz. Dipólové prvky svírají úhel 110 o
b)
Obr. 4 a, b. Diagramy záøení 6prvkové LPD antény na kmitoètech 145 a 435 MHz
v rovinì prvkù (E) a v rovinì kolmé na prvky (H) v podmínkách volného prostoru.
Dipólové prvky jsou zde pøímé
menu pod pøíkazem C zvolí * NEC format
Anténa navržená pomocí LPCAD má
pro použití v NEC-2, EZNEC, 4NEC2
ponìkud pøíznivìjší vlastnosti na nižších
nebo NEC-4 kódu. V odpovídajícím forkmitoètech, což ostatnì odpovídá delším
mátu/programu v PC se pak elektrické
prvkùm, které LPCAD podle zadaných
vlastnosti vypoètou a analyzují. Simulovakmitoètù (140 a 150 MHz) vygeneroval.
ný model je pøi tomto postupu zároveò
Podle tìchto výsledkù je pak možné rozmožné poopravit ve shodì se skuteèným
mìry dále optimalizovat, resp. pøiblížit
uspoøádáním (napø. vzdálenost napájevlastnostem pùvodní antény, která byla
cích svorek – DN, zkrat – DZ apod.) a pak
navržena a optimalizována opakovaným
podle výsledkù upravit i další rozmìry
použitím spojnicových nomogramù (PEa tím i elektrické vlastnosti.
-AR 3 a 4/2013) pro ponìkud užší pásmo.
Zisk (Gi), zpìtné záøení (ÈZZ) a pøiModelování navíc potvrdilo zøetelný
zpùsobení (vyjádøené èinitelem odrazu –
vliv prùbìhu vlnové impedance Z0 syρ50Ω) v pásmu 140 až 150 MHz vypoètemetrického napájecího vedení LP antény
né v EZNECu pro obì antény podle rozna pøizpùsobení antény, který program
mìrù v tab. 1 jsou na obr. 3.
LPCAD neuvažuje, ale simulace modelu
a)
b)
Obr. 5 a, b. Diagramy záøení 6prvkové LPDV antény na 145 a 435 MHz v rovinì prvkù
(E) a v rovinì kolmé na prvky (H) v podmínkách volného prostoru. Dipóåové prvky
svírají úhel 110 o
32
Praktická elektronika - A R 01/2014
umožòuje. Velmi dobrého pøizpùsobení
pùvodní antény (prùbìh ρ na obr. 3) se
dosáhlo stupòovitým snižováním Z0 úsekù symetrického (nosného) vedení
z hodnoty 100 (Z01), 90 (Z02), 80 (Z03),
70 (Z04) až na 60 (Z05 ) Ω mezi nejkratšími prvky.
Praktickou realizací stupòovité zmìny
Z0 je plynulá zmìna rozteèí mezi obìma
profilovými prvky ráhna antény. A to
i u antény podle LPCAD, kde se pøizpùsobení také pøiblížilo optimu s nejnižší vlnovou impedancí napájecího vedení 25 Ω
u nejkratšího prvku. (Obr. 3 však tuto optimalizaci ještì neznázoròuje.)
LPDV anténa
na 145 a 435 MHz
Pouhým zalomením dipólových prvkù
pùvodní LPD antény do tvaru V se zlepší
její smìrové vlastnosti v pásmu 435 MHz.
Trojlaloèný diagram v rovinì prvkù (rovina
E) se zmìní v typický jednolaloèný spolu
s odpovídajícím zvýšením zisku pøibližnì
o 3 dB, zatímco na základním kmitoètu
145 MHz se zisk prakticky nezmìní. Je to
zøejmé z obr. 4, 5 a 6 a jejich vzájemného
porovnání.
Pøípadné korekce nìkterých parametrù (pøizpùsobení a zpìtné záøení) mohou být následnì provedeny nìkterými
(již zmínìnými) rozmìrovými úpravami,
snadno kontrolovatelnými simulací v použitém anténním programu.
Je to napø. vlnová impedance Z0 symetrického vedení nebo poloha zkratu na
konci vedení, která mùže ovlivnit jak zpìtné záøení, tak i pøizpùsobení. Jistý vliv
(spíše pøíznivý) má i orientace a vzdálenost anténního stožáru, upevnìného za
zkratem, nebo v místì zkratu symetrického napájecího vedení, shoduje-li se s polarizací anténních prvkù. Neshodná polarizace vlastnosti antény neovlivní.
Pro optimalizaci pøizpùsobení je pak
užiteèné znázornit impedanci na svorkách antény nejen obvyklým zpùsobem –
prùbìhem ÈSV (SWR sweep), ale i impedanèní køivkou na Smithovì digramu, což
simulaèní programy zpravidla umožòují.
Kompenzací na svorkách se pak mùže
impedance antény upravit.
Výsledky simulací potvrzují nekritiènost rozmìrù, resp. „širokopásmovost“
i u relativnì úzkopásmových LPD antén.
Download

56. Logaritmicko-periodické antény pro dvě pásma.pdf