Дискоконусная антенна своими руками

Дискоконусная антенна представляет собой характерный излучатель, давший название первой части сложносоставного имени изделия, снабженный «землей» из металлической арматуры или просто конусом. В некотором диапазоне эта конструкция позволит получить линейную вертикальную поляризацию при движении волны между диском и конусом. Это как раз то, что нужно, для радиосвязи. Кроме того рассмотрим доработку, которая превращает наше устройство в излучатель круговой поляризации в направлении, перпендикулярном диску и противоположном нахождению земли. Читатели узнают, как может быть собрана дискоконусная антенна своими руками.

Схема дискоконусной антенны

Схема дискоконусной антенны

Дискоконусные антенны

Важно! Всенаправленные дискоконусные антенны часто применяются в МВ диапазоне. Не отличаются значительным усилением по указанной причине.

Итак, тема сегодняшнего разговора – дискоконусная антенна своими руками. Ходят слухи, что первый патент под номером 2368663 (США) взял некий А.Г. Кандоян (Kandoian). Достоинством этого устройства является широкий диапазон рабочих частот. Разумеется, усиление уступает диполю. На всем диапазоне обычно удается подключить к кабелю без согласования, кроме того сама конструкция не критична к точности размеров. В дециметровом диапазоне приходится брать сплошной конус, тогда как на КВ и на метровых волнах большинству хватает скелетной формы. Диск также вырождается в набор проводников-лучей с единым центром. Это снижает ветровую нагрузку, потому что на длинных волнах размеры конуса и диска приобретают гигантские значения. Стержней 6, 8 или 12.

Внимание! Питание диска и конуса ведется в противофазе.

К диску определенной величины подключается центральная жила кабеля. Роль земли играет пучок из металлической арматуры, если нет желания своими руками делать конус. Понятно, что при этом диаграмма направленности искажается. Возникает неравномерность в азимутальном направлении. А диаграмма направленности типичной дискоконусной антенны напоминает тор (бублик). Волна возникает между диском и конусом. Диапазон зависит от расстояния между ними. Для примера приводим конструкцию, указанную на сайте http://elektronika.rukodelkino.com/stati/antenni/35-disko-konusnaya-antenna.html, полагаем, что авторы не слишком сильно на это обидятся.

Смысл работы уже описан, вот как реализовать для частот 85 — 500 МГц:

  1. Диаметр диска – 550 мм.

    Размеры и виды диска

    Размеры и виды диска

  2. Конусность не дана, зато диаметр площади основания составляет 600 мм, как и боковая стенка. Полагаем, что по этим цифрам даже проще будет вырезать (из жести, в крайнем случае) нечто подходящее.
  3. Расстояние от вершины конуса до диска составляет 100 мм.
  4. По подсчетам авторов статьи общая высота антенны равняется 620 мм, без учета толщины диска.

Волновое сопротивление устройства составляет 60 Ом, поэтому приготовьтесь согласовать любым удобным способом. Центральная жила подключается к середине диска снизу, а конус объединяется с экраном. Таким образом, получается нечто вроде разомкнутого волновода, где распространяется волна, излучаясь. Коэффициент усиления – минус 3 дБ в сравнении с полуволновым диполем. Онлайн калькуляторов для расчета нет, давайте-ка найдем подходящую методику. Проведем для этого анализ нашей же собственной конструкции. Будем исходить из того, что минимальное и максимальное расстояния между диском и конусом должны соотноситься с граничными длинами волн диапазона. Вот для начала размеры и подсчитаем:

λmin = 299 792 458 / 500 000 000 = 60 см.

λmax = 299 792 458 / 85 000 000 = 3,53 м.

Вот от этих величин и будем танцевать, образно выражаясь. Поделим обе на четыре и посмотрим, что останется. Имеем: 15 и 88,2 см. Видим, что размеры ни к чему не привязаны. Берем книгу… Согласно рисункам и формулам:

  • Угол при вершине конуса составляет 60 градусов.
  • Длина стороны составляет четверть максимальной рабочей длины волны или более.

    Особенности конуса антенны

    Особенности конуса антенны

  • Диаметр основания конуса высчитаем, исходя из угла при вершине и длины стороны. Проще говоря, равен длине стороны.
  • Диаметр диска составляет 0,7 основания конуса.
  • Конус сечется при вершине, чтобы выпустить кабель снижения (коаксиальный кабель).
  • Расстояние от усечения конуса до диска составляет 0,3 диаметра сечения.

Последними двумя параметрами определяется верхняя граничная частота антенны, потому что, как пишет Нейл, результатами труда которого мы только что воспользовались, дискоконусная антенна ведет себя подобно фильтру верхних частот. Имеется некоторая предельная нижняя частота, по которой вычисляется сторона конуса, на которой КСВ составляет 3. При переходе через лимит вниз КСВ начинает стремительно расти, что делает использование устройства нецелесообразным. В рабочих же пределах этот параметр постепенно снижается до 1,5. Длину боковины конуса нужно брать чуть больше четверти максимальной длины волны.  Добавим к этому, что диаметр диска не зависит от угла при вершине, который может и отличаться от 60 градусов.

Что ж, давайте сравним эти числа с указанными выше: из расчетов видна, что боковая стенка взята равной (!) минимальной длине волны, что не соответствует книге. Для верности исследуем на сходство таблицу из той же литературы, чтобы окончательно подтвердить или рассеять наши сомнения (владельцы сайта не по тому параметру вели расчет).

Таблица размеров

Таблица размеров

Видно, что размеры антенны линейно уменьшаются с ростом частоты. Например, при 14 МГц почти вдвое больше, нежели при 28 МГц. Следовательно, для 85 МГц найдем нужные параметры по пропорции (напомним, что угол при вершине в приведенных ранее сведений также составляет 60 градусов). 85 поделить на 14 будет 6. Следовательно, делим размеры на этот коэффициент, получается:

  1. Угол при вершине 60 градусов.
  2. Диаметр основания и длина стороны – 91 см.
  3. Диаметр диска – 61 см.
  4. Зазор между диском и конусом — 4 см.

Верхняя частота не обязательно будет 500 МГц, говорили, что цифра зависит от диаметра сечения конуса. Чем меньше дыра под кабель, тем с более высокими частотами работает антенна. Итак, показали, что доверять расчетам из сети с вероятностью 100% нельзя. Быть может, там использованы некие конструктивные инновации, о которых ничего не известно, но скорее авторы урезали конус до размера диска, следовательно, на нижних частотах работать не будет.

Можем догадаться, как высчитывается максимальная рабочая частот: четверть длины волны равна расстоянию от места крепления жилы к диску до среза конуса. Просто по аналогии. Проверьте этот факт без портала ВашТехник, потому что считаем очевидным тезис.

Почему дискоконусная антенна такая

Внимательные читатели заметили, что не во всех обзорах угол при вершине составляет 60 градусов. Почему же выбран такой у теоретиков и бывалых практиков. Проводились исследования для кабеля 50 Ом, которые наглядно показали, что такой угол при вершине дает наиболее широкий диапазон, где КСВ не превышает 2. В остальных случаях, как в сторону роста, так и уменьшения наблюдались различные пики и сужения полосы. Таким образом, угол 60 градусов при вершине теоретически обоснован. Если нижняя граница не так важна, то увеличьте на 10 градусов. При этом КСВ становится более приемлемым, то только не области нижней границы.

Что касается скелетных форм вместо сплошных конусов и дисков, то понятно, что это существенно уменьшает массу изделия, понижает ветровую нагрузку. Только представьте себе эти здоровенные изделия из стали, а тем более меди! Сколько же будут весить.

Итак, было показано, что широкополосная дискоконусная антенна все же демонстрирует коэффициент усиления меньше, нежели чем у вибратора. При этом сама конструкция не столь чувствительна к отклонениям размеров, а также отличается сравнительной сложностью. Иначе говоря, сделать дискоконусную антенну самостоятельно можно, но сложно. Обобщим:

  • Ключевым является размер стороны конуса, с которого вычисляются прочие габариты.
  • Угол при вершине берем 60 градусов для радиосвязи и WiFi.


Обещали показать, как усовершенствовать дискоконусную антенну. Пожалуйста! Диск в этом случае запитывается не от кабеля непосредственно, а через отрез провода, который составляет отрезок линии с бесконечно большим сопротивлением при переходе через некоторую граничную частоту. В центре диска прорезается отверстие, через которое жила питает еще один диск, расположенный выше, который излучает в зенит. Такая конструкция ловит практически любую линейную поляризацию, исходящую также из точки вертикали. Зачем это нужно. Честно говоря, не знаем, но в литературе приводится и такой вариант. Если у читателей будет желание, рассмотрим подробнее.

Особенности дискоконусных антенн в том, что можно сделать гигантской сооружение, принимающее на всех частотах. Главное – правильно выполнить вершину, отвечающую за верхний диапазон. Разумеется, при приближении к СВЧ будут расти требования к шероховатости поверхностей, потому что лучи света, например, отражаются от зеркала. В этом свете понятно, почему к этим изделиям проявляется такой интерес. Полуволновый вибратор дает хорошее усиление, но такой шикарной полосы устройство не обеспечит. Самодельная дискоконусная антенна приличных размеров будет ловить почти все! Со всех направлений. В свете этого рекомендуем позаботиться о том, как сделать дискоконусную антенну, и снабдить конструкцию хорошим входным фильтром.

Читайте также:  Спиральная антенна своими руками