Рамочная антенна из оплетки коаксиального кабеля, описанная во второй части книги "Антенны КВ и УКВ" (рис. 3.6.22) имеет не только много плюсов (дешевизна, широкая полоса, быстрота изготовления), но и один минус.
Входное сопротивление круглой или квадратной рамки около 120 Ом. Поэтому требуется согласование с кабелем 50 Ом. Вариантов согласования всего два:
Растянуть рамку в узкий прямоугольник с соотношением сторон 1:2. Только при этой форме рамка имеет входное сопротивление 50 Ом. Однако такая форма неудобна конструктивно.
При более привычной и удобной форме рамки (круг, квадрат) для согласования надо применять согласующее устройство. А это не украшает конструкцию из-за необходимости дополнительных деталей.
В данной статье описывается удобный конструктивный вариант выполнения рамки и ее согласующего устройства (на сопротивление 50 Ом) из одного цельного куска коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.
Идея заключается в том, чтобы использовать в качестве согласующего устройства λ/4 отрезок 75-омного коаксиального кабеля, трансформирующий 112 Ом в 50 Ом. И из такого же кабеля сделать и саму рамку антенны.
Получившаяся конструкция показана на следующем фото:
Антенна делается из одного куска кабеля 75 Ом (например, RG-59, как на фото выше).
......Дополнение от 20.12.2021......
Длина кабеля, размеры рамки и согласующего отрезка выбираются из следующих соображений:
Излучающей антенной является рамка из внешней стороны оплетки кабеля от места сгиба (т.е. верхнего по фото конца согласующего отрезка) до конца кабеля. Электрический периметр рамки должен быть ~ 1,03 ... 1,05λ (на УКВ довольно высокие значения коэффициента удлинения). Но оплетка сверху покрыта внешней пластиковой изоляцией, которая оказывает заметное укорачивающее действие и компенсирует коэффициент удлинения. Поэтому физический периметр рамки из кабеля получается ~1λ.
Небольшие неточности (например, из-за разброса диэлектрической проницаемости внешней изоляции кабеля) не страшны, т.к полоса антенны получатся гораздо шире любительских диапазонов и прощает небольшие погрешности.
Полная электрическая длина кабеля (от разъема 50 Ом до разделанного конца) должна быть кратна нечетному числу λ/4 (четное число λ/4 будет полуволновым повторителем, а оставшийся непарным один отрезок λ/4 – согласователем, понижающем входное сопротивление рамки до 50 Ом).
На собственно рамку уйдет отрезок кабеля с физической длиной 1λ (как мы видели в п.1). Внутренняя электрическая длина этого отрезка будет Lа = 1λ/Кук (где Кук внутренний, из паспорта кабеля), т.е. заметно больше, чем 1λ.
Полная электрическая длина всего кабеля Lэ выбирается только из двух возможных значений: 1,25λ (пять четвертей волны) или 1,75λ (семь четвертей волны). Смотря по тому, какая из цифр ближе к (но превышает) Lа.
Полная физическая длина кабеля будет Lф = Lэ•Кук, где Lэ – выбранное в предыдущем пункте значение.
Физическая длина согласующего отрезка определится как Lф – 1λ.
Пример 1.
Кабель RG-59 со сплошной изоляцией. Кук = 0,667. Тогда Lа = 1λ/0,667 = 1,5λ. Выбираем Lэ = 1,75λ. Тогда Lф = 1,75λ•0,667 = 1,16725λ. Физическая длина согласующего отрезка будет 1,16725λ - 1λ = 0,16725λ.
Пример 2.
Телевизионный кабель со вспененной изоляцией и Кук = 0,85. Тогда Lа = 1λ/0,85 = 1,17647λ. Выбираем Lэ = 1,25λ. Тогда Lф = 1,25λ•0,85 = 1,0625λ. Физическая длина согласующего отрезка будет 1,0625λ - 1λ = 0,0625λ.
Пример 3.
Кабель RG-6 со вспененной изоляцией и Кук = 0,80. Тогда Lа = 1λ/0,80 = 1,25λ. Выбираем Lэ = 1,25λ. Тогда Lф = 1,25λ•0,80 = 1λ. И физическая длина согласующего отрезка будет 1λ - 1λ = 0. Т.е. при Кук = 0,80 согласующий отрезок не нужен, начало и конец кабеля антенны монтируются прямо на 50-омном разъеме.
......Окончание дополнения от 20.12.2021......
Изготавливается антенна следующим образом:
Отрезается кусок 75-ти омного кабеля рассчитанной выше длины Lф с небольшим запасом несколько мм на разделку и пайку.
На его верхнем конце оплетка срезается на несколько мм, а центральная жила оголяется.
От разделанного верхнего конца отступается ровно одна длина волны и в этом месте аккуратно вскрывается внешняя изоляция кабеля, не повреждая оплетку, так чтобы ее фрагмент был доступен для пайки.
К этому фрагменту припаивается центральная жила верхнего конца. И это соединение изолируется от осадков любым нейтральным герметиком.
Получившейся петле придается круглая или квадратная форма.
Нижний конец кабеля 75-ти омного отрезка кабеля подключается либо прямо к антенному гнезду трансивера 50 Ом, либо к основному 50-ти омному фидеру.
По вышеописанному рецепту была изготовлена измерительная антенна на 290 МГц (λ = 1,03 м) из отрезка коаксиального кабеля длиной 1,2 м (1,165λ) RG-59. Зависимость КСВ этой антенны от частоты показана на следующем скриншоте.
Полоса по уровню КСВ < 1,5 составляет 30 МГц. Это означает, что аналогичная антенна с большим запасом по частоте и низким КСВ перекроет любительские диапазоны 144 и 430 МГц.
Для антенны, показанной на первом фото, зависимость импеданса от частоты приведена ниже. Небольшая петля в центре диаграммы Смита говорит о широкой полосе антенны.
Изготовление по описанному рецепту УКВ рамки (любительские УКВ диапазоны, WiFi, GPS, PMR и т.п.) требует лишь полчаса времени и несколько $ (кабель, разъем, герметик).