CR HAM RADIO

Уже неоднократно приходилось убеждать читателей в том, что производители (и конструкторы) антенн частенько преувеличивают значение усиления своих детищ пользуясь недоговорённостями.  В качестве примера, один из моих оппонентов уверял, что антенна классический многодиапазонный диполь  по Ротхаммелю (или рамка) имеет усиление 2 дБ.   Он даже обратился к Гончаренко (DL2KQ) и спросил правда ли  то что MMANA обещает для этого диполя усиление 2 дБ.    Ответ был в пользу MMANA - правда. При этом Гогнчаренко умолчал (ну и правда, ведь не спросили по отношению к чему :-) про то что ответ по науке - по сравнению с изотропным излучателем.  По определению усиление - это отношение двух величин: входной и выходной, в случае усилителя, и какой-то определённой величины по сравнению с эталонной.  В радиотехникке эталон КУ антенны - 0 имеет изотропный излучатель. Это теоретическая антенна, излучающая сигнал из точки во все стороны одинаково. То есть диаграмма направленности такой антенны - сфера. Величина  КУ которой пользуются многие производители оценивается по сравнению с этой теоретической антенной и усилениа обозначается (измеряется) как dBi.

  Но реально такая антенна не существует и многие практики (радиолюбители в том числе) используют для сравнения величину усиления по сравнению с одиночным диполем на рабочей частоте. И единицей измерения служит привычный децибел.  Диполь, в силу своей геометрии,  концентрирует излучение в направлениях препендикулярных напавлению его проводников.  И по сравнению со сферой это 2,4 dBi   Таким образом если величина усиления антенны указана в dBi, то по сравнению с привычным нам диполем (или его вертикальной модификацией - штырём) в децибелах усиление будет на 2,4 единицы меньше.  Для практического применения, на моём сайте есть онлайн калькулятор пересчёта разы (или проценты) в децибелы и наоборот. 

 Поскольку усиление антенны - это отношение двух величин, а не их точное значение, то представляется возможным примерное определение этого самого коэффициента усиления так сказать  в домашних условиях.   Для этого необходимо соблюсти следующие требования: неизменное расстояния (и положение) от измериттельного устройства до исследуемой антенны и эталонного излучающего диполя (для рабочей частоты) и достаточно точный измеритель с большим  интервалом измерений.  Конечно же одна и та же подводимая от трансивера мощность. Вполне подойдёт уже привычный цифровой тестер, который будет измерять напряжения от полувольта ( меньше  не выйдет из-за диода) до нескольких десятков вольт - вот вам и динамический диапазон в 80-100 децибел.

   Смысл операции прост: на расстоянии две-три длинны волны (на самом деле чем больше, тем лучше, но следует обращать внимание на то, чтобы наводимое напряжение в максимуме составляло единицы вольт) размещается обычный измеритель напряжённости поля и вольтметром фиксируется напряжение на выходе ВЧ детектора которое может обеспечить передающий диполь.  Затем диполь заменяется на исследуемую антенну и вновь фиксируется значение напряжения на выходе измерителя напряжённости поля.  Вторую величину делим на первую обычным калькулятором (находим их процентное отношение), после чего, пользуясь упомянутым онлайн-калькулятором (или таблицей). получаем величину отношения в децибелах.  

 Схема измерителя не просто проста, она очень проста - диодный мост, зашунтированный блокирующей ёмкостью в 10-100 тысяч пикофарад.   О качестве диодов переживать не следует  - подойдут любые, но германиевые и, конечно, с максимально возможной граничной частотой.  Вот фото "измерительной головки" для диапазона 430 мгц.  Провод нужен достаточно длинный для того, чтобы разместить измерительный диполь на высоте 3-4 метра над землёй. При отсутствии цифрового вольтметра можно воспользоваться обычной измерительной головкой на 100-200 микроампер. Точность результата в этом случае будет очень низкой так как индикатор не обеспечит измерение необходимого диапазона изменения напряжения.

   Отдельно следует рассомтреть вопрос о КУ вертикалов.  Особенно интересные вещи можно прочитать в мануалах автомобильных CB антенн.  Обычный (в лучшем случае четвертьволновой ) штырь анонсируется как имеющий усиление в 5 дБi :-)  Понятно, что усилению в GP взяться неоткуда. Тогда вопрос как производитель намерял 5 дибиай?  Ответ прост.  GP с противовесом - аналог вертикального полуволнового диполя. От величины 5 dBi отнимите 2,5 и получите  2,5 дБ  как раз те, что имеет обычный диполь по отношению к изотропному излучателю, рассмотренному нами ранее. Таким образом КУ 2,5 - это не прибавка к уровню излучаемой мощности, а концентрация её в кольцо вокруг вертикала. Тоесть коэффициент "сплюснутости" диаграммы направленности. Но если антенна имеет в середине утолщение, в котором прячется катушка, то антенна является колинеарной и в ней происходит сложение электромагнитных волн. Такая антенна и правда имеет усиление. Потому что в ней складывается два "бублика" диаграммы

     В случае с антеннами Уда-Яги, или иначе волновыми каналами, всё гораздо проще. За счёт переизлучения напряжения в соседних элементах и сложения их в фазе антенны имеют КУ более единицы. На примере (анимации) выше хорошо заметно как это работает. В зависимости от числа элементов и их расположения коэффициент усиления варьируется в некоторых пределах. Нам интересно каким именно усилением обладает наша антенна.

 Теоретическую часть я описал в предыдущей части. Теперь можно перейти к практической.  Для того, чтобы вы не боялись повторить за мной то, что сделаю я, привожу фотографии, сделанные сегодня утром и иллюстрирующие суть самоделки.  К метровому отрезку диэлектрика изолентой крепятся два провода по 50 сантиметров (речь о диапазоне 145 мгц :-) которые подсоединяются к выпрямительному мосту, с одного плеча которого напряжение посредством провода подаётся на обычный мультиметр.  Этот измеритель располагается на расстоянии 10-15 метров от позиции исследуемой антенны. Второй такой же диполь будет использоваться в качестве эталонного. Включаем этот эталонный диполь на выход передатчика и регулируя мощность добиваемся появления показаний на шкале мультиметра. Лучше если это будет 0,6-0,7 вольта для германиевого диода и 0,7-0,8 вольта для кремниевого.

У меня при расстоянии 15 метров 0,65 вольта получилось при мощности в 5 ватт.  Это напряжение поля от обычного полуволнового диполя. Теперь на его место ставим 5-ти элементный волновой канал. Конечно, КСВ в небольших пределах изменит показания измерителя мощности. Какой бы он ни был, главное чтобы он показывал тот же уровень мощности что и в случае с диполем.  (у меня Daiwa CN-101L).  Снимаем показания напряжения с мультиметра - 1,79 вольта.  Теперь вычисляем отношение напряжений (1,79/0,65)*100=275%  Переходим к онлайн калькулятору проценты-децибелы и вычисляем усиление нашей многоэлементной антенны по отношению к полуволновому диполю.    275%=8,8 дБ  Для пятиэлементной антенны это средний показатель, но мы его определили опытным путём и теперь можем сравнить полученный результат с тем, что заявил производитель.

  Найдётся достаточное количество критиков изложенного мною. Например про высоту подвеса измерительного диполя и исследуемых антенн. И результы измерений на практикке правда отличаются  от измерения к измерению процентов на 10-20.  Причём эти изменения не очень сильно зависят от высоты подвеса.  Я проводил измерение и с высотой подвеса 5 метра над землёй. Но это оказалось неудобным для фотографирования :-)  Ну и по деревьям лазать не очень хочется :-)  Одним словом если вам хочется знать хотя бы приблизительный коэффициент усиления своей антенны - можете пробовать. 

Добавить комментарий