Antena na pasmo 10368 MHz - SP3JBI

 Lata dziewięćdziesiąte to czas, kiedy w łącznościach amatorskich w paśmie 10 GHz zaczęto wykorzystywać propagację rain scater. Nieoczekiwanie dobre efekty jakie uzyskano, spowodowały przyrost ilości stacji pracujących na tym paśmie. Pojawiły się firmy produkujące seryjnie sprzęt . Również w Polsce rozpoczął się rozwój pasma 10 GHz,  hamowany niestety cenami sprzętu.  Jednym z elementów radiostacji jest antena. Wykonanie anteny home made pozwala obniżyć koszt radiostacji .

Jaką antenę wybrać

            Moc TX-a w paśmie 10 GHz z reguły nie przekracza 5W, a często jest niższa od 1 W. Aby skutecznie pracować wykorzystując rain scater niezbędna jest antena o dużym zysku przekraczającym 30 dB. Taki zysk może zapewnić antena składająca się z reflektora parabolicznego i odpowiedniego oświetlacza umieszczonego w ognisku reflektora. Tego typu anteny stosowane są powszechnie w zestawach do odbioru TV-sat. Na rys.1a przedstawiono antenę, w której reflektor jest symetrycznym w stosunku do osi wycinkiem paraboloidy, rys. 1b przedstawia antenę z reflektorem będącym bocznym wycinkiem paraboloidy (antena offsetowa).

Niezbędne dane do modyfikacji anteny TV-sat do pracy w amatorskim paśmie 10 GHz znaleźć można na stronie   http://hjem.get2net.dk/ole_nykjaer/oz2oe/10ghzparabol/10ghzparabol.html  .

Jeśli do dyspozycji posiadamy jedynie reflektor paraboidalny również możemy zbudować antenę na pasmo 10GHz. W takim przypadku ze względu na geometrię (symetrię) układu łatwiej zbudować antenę według rys. 1a. Niestety, rozwiązanie takie ma wady. Umieszczenie transwertera tuż przy oświetlaczu powoduje nadmierne przesłonięcie reflektora i w efekcie zmniejszenie zysku układu antenowego, zaś umieszczenie transwertera za reflektorem zmusza do zastosowania odcinka linii zasilającej, a tym samym do wprowadzenia dodatkowego elementu powodującego straty. Niedogodności tych można uniknąć budując antenę z oświetlaczem opisanym przez DK2RV w DUBUS
 4/87 (str.282-283), przedstawiony na rys.2 . Oświetlacz dobrze pracuje z reflektorem, w którym f/D = 0,35 czyli z większością stosowanych w TV-sat.

         Budujemy antenę

Do budowy oświetlacza niezbędny jest odcinek falowodu kołowego. Uogólniając możemy przyjąć, że falowód to odcinek pustej w środku rury metalowej. Ważnym parametrem falowodu jest jego częstotliwość graniczna. Fale o częstotliwości większej od częstotliwości granicznej przenoszone są przez falowód z minimalnymi stratami, poniżej częstotliwości granicznej fale ulegają szybkiemu tłumieniu. Kto bardziej zagłębi się w teorię falowodów stwierdzi, że fala w falowodzie kołowym łatwo zmienia polaryzację. W przypadku gdy odcinek falowodu  jest krótki i prosty zjawisko to jest do pominięcia. Rolę falowodu kołowego w paśmie 10 GHz  z dobrym skutkiem może pełnić kawałek miedzianej rury o średnicy 20 lub 22 mm używanej w instalacjach centralnego ogrzewania.  Długość odcinka falowodu związana jest z ogniskową reflektora parabolicznego.

Aby określić ogniskową reflektora parabolicznego należy zmierzyć średnicę ( D ) i głębokość ( v ) reflektora i obliczyć ogniskową (f) według wzoru na rys.3. W przypadku reflektora o średnicy 60cm i głębokości 9,4 cm ogniskowa wynosi  24,2 cm, a f/D = 0,4 . Długość odcinka falowodu kołowego musi być większa od ogniskowej i może wynosić np. 30 cm . Do tak przygotowanego falowodu należy zamontować reflektor pomocniczy (subreflektor). W opisie DK2RV subreflektor ma formę „kubka” o głębokości 7mm i średnicy 60mm. Dla uproszczenia użyto jedynie płaskiego krążka z blachy miedzianej o średnicy 60mm. Krążek łączymy metodą lutowania dwoma lub trzema drutami f=2mm z pierścieniem, który nałożony jest suwliwie na koniec falowodu (rys.2). Takie połączenie umożliwia zmianę odległości subreflektora od końca falowodu w czasie strojenia anteny.

 Ostatnią czynnością jest wykonanie w drugim końcu falowodu przejścia kabel-falowód. Przykład przejścia kabel-falowód pokazany jest na rys. 4. Pamiętać należy, że długość fali w falowodzie określona jest wzorem :

Aby umożliwić zestrojenie przejścia zwarcie falowodu osadzone jest również w sposób suwliwy, a rura falowodu nacięta jest wzdłużnie na pewnej długości.  Tak wykonany oświetlacz należy osadzić w osi reflektora,  a następnie zestroić i pomierzyć antenę. Wygląd anteny przedstawiony jest na fot.1

                            Fot.1                                                Fot.2

         Strojenie i pomiary

Uwaga: w czasie pomiarów z użyciem mocy  występują pola elektromagnetyczne mogące szkodzić zdrowiu.

Pomiary anteny wymagają urządzeń, które nie często spotkać można w warsztacie radioamatora. Miernik mocy i sprzęgacze kierunkowe dla pasma 10GHz pozwalają zestroić antenę na minimum WFS. Strojenie wykonujemy przesuwając zwarcie falowodu. Użyto dwóch sprzęgaczy kierunkowych firmy NARDA oraz miernika firmy Hewlett Packard. Uzyskano tłumienie odbicia 30,1 dB. Wyniki strojenia obejrzeć można na  fot.2. Krytyczne jest ustawienie oświetlacza w stosunku do ogniska oraz odległości subreflektora od otwartego końca falowodu. Niezbędne jest w tym przypadku źródło sygnału 10 GHz (np. beacon) oraz odbiornik ze sprawnym S-metrem. Metodą wielokrotnych prób możemy zoptymalizować antenę uzyskując najwyższy poziom odbieranego sygnału. Używając wspomnianego wyżej reflektora o średnicy 60 cm i ogniskowej 24,2 cm najlepszy wynik uzyskano przy odległości subreflektor- falowód równej 1,9cm i odległości subreflektor- dno reflektora wynoszącej 21,9cm. Nie wykonano pomiaru zysku anteny. Zysk obliczony ze wzoru :

dla współczynnika wykorzystania apertury 0,6 wynosi 33,7 dBi co odpowiada szerokości wiązki promieniowania 3,5 stopnia (-3dB).

	Fot.3

Po zabezpieczeniu anteny przed wpływami czynników atmosferycznych i zamontowaniu na rotorze (fot.3) antena nadaje się do pracy. Używając tej anteny oraz TRX-a 10 GHz (2W out) możliwe było przeprowadzenie w sezonie 2003 ponad 100 QSO’s  rain scater. Dało to efekt w postaci 20 QTH lokatorów i ODX-a 670 km.

        Przy opisie anteny główną uwagę poświęcono zagadnieniom praktycznym zmniejszając do minimum teorię. Dziękuję Romanowi DJ6EP za nieocenioną pomoc w budowie i pomiarach anteny oraz za wykonanie zdjęć.

                                                                  Zenek Musielak SP3JBI

Literatura:

[1] Daniel Józef Bem „Telewizja satelitarna” , Wydawnictwo Czasopism i Książek Technicznych SIGMA NOT

                Spółka z o.o. ,Warszawa 1991

[2] Pavel Sir OK1AIY „Radioamaterske konstrukce pro mikrovlnna pasma” , BEN-technicka literatura, Praha 2001

[3] Ulf Hulsenbusch DK2RV „Ruckwarts gespeister Parabolerreger mit Rundhohlleiter”, DUBUS  4/87

[4] http://hjem.get2net.dk/ole_nykjaer/oz2oe/10ghzparabol/10ghzparabol.htm

Strona w całości ani we fragmentach nie mogże być powielana, ani rozpowszechniane za pomocą urządzeń
elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych, bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich.
             Wszystkie prawa zastrzeżone. Copyright by SP2DDX&SP3JBI&SP6GVN  ©