В статье мы расскажем, как самостоятельно рассчитать, спроектировать и изготовить логопериодическую антенну для дачного приема на диапазон GSM 900, которую можно выполнить из подручных материалов, не покупая дорогих трубок, без применения сварки и тому подобного. Такую антенну можно будет установить как на даче, так в городе, например, за окном.
Логопериодические антенны достаточно компактны и широкодиапазонные, и при достаточном количестве вибраторов коэффициент усиления может приближаться к антенне типа «волновой канал». В среднем, коэффициент усиления антенны составляет 6…7 дБ, а уровень побочных лепестков диаграммы направленности от -12 до -14 дБ, КБВ (коэффициент бегущей волны) – более 0,5.
Антенна состоит из двух рядов горизонтальных вибраторов, расположенных на рядах в шахматном порядке на траверсах. Длина вибраторов и расстояние между ними убывают в геометрической прогрессии в направление к точкам подключения кабеля. Позади самого длинного вибратора устанавливается короткозамкнутая перемычка, улучшающая согласование антенны с кабелем снижения и обеспечивающая необходимое симметрирование антенны.
Подчёркиваем, что представленный ниже расчет построен на эмпирических формулах.
1. Частота сигнала в стандарте GSM 900 по каналам передачи UpLink составляет 890…915 МГц (мобильный телефон – передатчик, базовая станция – приемник), а по каналам передачи DownLink - 935…960 МГц (мобильный телефон – приёмник, базовая станция – передатчик).
Следовательно, частота приема антенны будет от 890…960 МГц. Выбранный диапазон частот необходимо округлить, тем самым сделав его более широким, чем необходимо, для компенсации погрешностей расчета, построений и изготовления.
Принимаем диапазон шире на 20 МГц: fmin=870 МГц до fmax=980 МГц.
2. Определяем диапазон длин принимаемых волн λ=c/f, где с=3*10^8 м/с: λmax≈0,345м=345мм и λmin≈0,306м=306мм.
3. Основными геометрическими параметрами логопериодической антенны являются два параметра:
а) знаменатель геометрической прогрессии τ=0,8…0,9, характеризующего скорость убывания длин вибраторов. Примем τ=0,85.
б) угол α=10…30° при вершине треугольника, образованного краями вибраторов.В теории, чем ближе τ к 1 (lim τ=1) и чем меньше φ (lim φ=0), тем больше коэффициент усиления антенны, но при этом на практике возрастают габариты и масса антенны.
4. Также вводится параметр σ – относительный интервал, который объединяет в себе параметры α и τ: σ=dn/(4*Ln)=0,25*(1- τ)*ctg(α/2), где Ln и dn – длина любого вибратора и расстояние от предыдущего.
Экспериментальным путем определено, что оптимальным при заданном τ будет σ=0,243* τ -0,051=0,243*0,85-0,051≈0,15.
5. Определяем ctg(α/2)=4*σ/(1-τ)=4*0,15/(1-0,85)=4.
6. Определяем длину первого (самого длинного) вибратора l1=(0,5…0,55)*λmax=0,5*345≈173 мм.
7. Определяем длину второго вибратора l2=τ*l1=0,85*173≈147 мм.
8. Определяем расстояние от первого вибратора до второго: d2=(l1-l2)*ctg(α/2)/2=(173-147)*4/2=52 мм.
9. Для остальных вибраторов проводим расчет аналогичный п.7 и п.8, согласно формулам:ln= τ*ln-1 и dn=(ln-ln-1)*ctg(α/2)/2.
10. Результаты расчетов по п.9:
| № вибратора |
l, мм | d, мм |
| 1 | 173 | |
| 2 | 147 | 52 |
| 3 | 125 | 44 |
| 4 | 106 | 38 |
| 5 | 90 | 32 |
| 6 | 77 | 26 |
11. Графически строим равнобедренный треугольник с длиной основания l1=173 мм и углом при вершине φ=27° (ctg(α/2)=4).
12. Расстояние от первого вибратора до короткозамкнутой перемычки d0=(0,125…0,18)*λmax=0,125*345≈43 мм.
13. Расстояние между траверсами определяется из геометрии применяемых трубок и волнового сопротивления.
14. Коэффициент усиления антенны Ga=8,6…8,9 дБ определяем из таблицы по известным σ и τ:
| σ | ||||||||
| 0,06 | 0,08 | 0,1 | 0,12 | 0,14 | 0,16 | 0,18 | ||
| τ | 0,8 | 7 | 7,2 | 7,5 | 8 | 8,3 | 8 | 7,5 |
| 0,82 | 7,2 | 7,4 | 7,7 | 8,2 | 8,4 | 8,3 | 7,9 | |
| 0,84 | 7,3 | 7,6 | 7,9 | 8,3 | 8,6 | 8,6 | 8,2 | |
| 0,86 | 7,6 | 7,8 | 8,2 | 8,4 | 8,8 | 8,9 | 8,6 | |
| 0,88 | 7,9 | 8,1 | 8,4 | 8,7 | 9 | 9,2 | 9,1 | |
| 0,9 | 8,3 | 8,6 | 8,8 | 9 | 9,3 | 9,6 | 9,5 | |
| 0,92 | 8,7 | 8,9 | 9,1 | 9,4 | 9,6 | 10 | 10 | |
| 0,94 | 9,1 | 9,3 | 9,5 | 9,8 | 10,2 | 10,7 | 10,9 | |
| 0,96 | 9,5 | 9,7 | 10 | 10,4 | 11 | 11,5 | 11,7 | |
| 0,98 | 10 | 10,4 | 10,6 | 11,1 | 11,6 | 12,3 | 13,2 | |
В качестве траверс, к примеру, можно использовать, старые алюминиевые лыжные палки. А в качестве вибраторов использовать алюминиевый провод от старой электропроводки, как можно большего диаметра, который удастся найти, для обеспечения прочности и жесткости антенны. В трубке сверлятся отверстия, отрезки провода вставляются в отверстия трубки и запаиваются. Для пайки алюминия рекомендуем использовать специальный флюс, например, Ф61А.
Кабель снижения необходимо провести внутри верхней траверсы, а на выходе оплетку кабеля припаять к верхней траверсе, а центральную жилу к нижней. Допустимо кабель не проводить внутри траверсы, а прикрепить его пластиковыми стяжками (хомутами) к ней.