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 позволяет получить линейную вертикальную поляризацию при движении волны между диском и конусом. Это как раз то, что нужно, для радиосвязи. Кроме того мы рассмотрим доработку, которая превращает наше устройство в излучатель круговой поляризации в направлении, перпендикулярном диску и противоположном нахождению земли. В любом случае читатели узнают, как может быть собрана дискоконусная антенна своими руками.

Схема дискоконусной антенны

Схема дискоконусной антенны

Дискоконусные антенны

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 ее подключить к кабелю без согласования, кроме того сама конструкция не очень критична к точности размеров. В дециметровом диапазоне обычно приходится брать сплошной конус, тогда как на КВ и на метровых волнах обычно достаточно лишь скелетной формы. Диск также может вырождаться в набор проводников с единым центром. Это значительно снижает ветровую нагрузку, потому что на длинных волнах размеры конуса и диска могут приобретать гигантские значения. Стержней обычно 6, 8 или 12.

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 немного 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. Мы 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. (См. также: Магнитная антенна своими руками)

Смысл работы уже описан, вот как его реализовать для частот от 85 до 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. Мы полагаем, что по этим данным 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 его согласовать любым удобным способом. Центральная жила подключается прямо 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 не имеется, давайте-ка найдем подходящую методику. Проведем для этого анализ нашей же собственной конструкции. Будем исходить из того, что минимальной и максимальное расстояния между диском и конусом должны как-то соотноситься с граничными длинами волн диапазона. Вот их для начала 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 явно ни к чему не привязаны. Берем книгу… Согласно рисункам и формулам:

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

    Особенности конуса антенны

    Особенности конуса антенны

  • Диаметр основания конуса можно найти, исходя из угла при вершине и длины стороны. Проще говоря, он равен длине стороны.
  • Диаметр диска составляет 0,7 от 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. То есть 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. И строго говоря, 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 данные с указанными выше: из расчетов видна, что боковая стенка взята равной (!) минимальной длине волны, что не соответствует книге. Для верности мы сейчас исследуем на сходство таблицу все 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 они почти вдвое больше, нежели при 28 МГц. Следовательно, для 85 МГц найдем нужные параметры по пропорции (напомним, что угол при вершине в приведенных ранее данных 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 порядка 4 см.

Верхняя частота не обязательно будет 500 МГц, мы говорили, что она зависит от диаметра сечения конуса. Чем меньше дыра под кабель, тем с более высокими частотами работает антенна. Итак, мы показали, что доверять расчетам из сети полностью нельзя. Быть может, там использованы некие конструктивные инновации, о которых нам ничего не известно, но скорее всего авторы урезали конус до размера диска, следовательно на нижних частотах он работать не будет. (См. также: Всеволновая антенна своими руками)

Мы также можем догадаться, как высчитывается максимальная рабочая частот: четверть ее длины волны равна расстоянию от места крепления жилы к диску до среза конуса. Просто по аналогии. Проверьте этот факт без нас, потому что мы считаем его очевидным.

Почему дискоконусная антенна именно такая

Многие читатели заметили, что не во всех обзорах угол при вершине составляет 60 градусов. Почему же выбран именно он у теоретиков и бывалых практиков? Проводились исследования для кабеля 50 Ом, которые наглядно показали, что именно 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 его 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 должно быть понятно, что это существенно уменьшает массу изделия, понижает ветровую нагрузку. Только представьте себе эти здоровенные изделия из стали, а тем более меди! Сколько же они будут весить?

Итак, было показано, что широкополосная дискоконусная антенна все же имеет 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, от которого вычисляются все прочие габариты.
  • Угол при вершине следует брать 60 градусов для радиосвязи и WiFi.


Мы обещали также показать, как усовершенствовать дискоконусную антенну. Пожалуйста! Диск в этом случае запитывается не прямо от кабеля, 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 начинает излучать 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 его 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 лишь от зеркала. В этом свете понятно, почему к этим изделиям проявляется такой интерес. Полуволновый вибратор дает хорошее усиление, но такой шикарной полосы он не обеспечит никогда. Самодельная дискоконусная антенна приличных размеров будет ловить почти все! Со всех направлений. В свете этого рекомендуем не только позаботиться о том, как сделать дискоконусную антенну, но и снабдить ее хорошим входным фильтром.