Я много лет работал в этой области, радиолюбительский стаж 50 лет и, как мне кажется, могу помочь коллегам разобраться в этой теме.
Поскольку ремонт собственно электроники приемника или передатчика с заменой детали весьма специфичен и сложен, в данной статье он рассматриваться не будет. Ограничусь простейшей
теорией АФС (антенно фидерных систем) для понимания принципа их работы и ремонта, а так же методикой выявления неисправности АФС. Поскольку АФС это антенна + фидер, начну с фидера, ибо вопрос о повреждения фидера возникает наиболее часто. Фидер это коаксиальный кабель, по которому ВЧ энергия подводится к антенне от выходного каскада передатчика.
Или от антенны поступает ко входным цепям приемника. Фидер (он же кабель) по иному называется линия передачи, именно этот термин используется в технической литературе.
В статье я буду использовать термины «Фидер», «Линия передачи», что означает «Кабель».
Прежде всего немного об основных свойствах линий передач.
Линия передачи может быть двух типов : согласованная линия и настроенная линия.
Согласованная линия передачи (кабель, фидер) – это когда волновое сопротивление линии передачи равно входному сопротивлению антенны. В этом случае фидер работает в режиме
бегущей волны и может быть произвольной длины.
Настроенная линия передачи (кабель, фидер) – это когда волновое сопротивление линии
передачи НЕ равно входному сопротивлению антенны. В этом случае фидер работает в режиме стоячей волны, поэтому длина кабеля критична и выбирается кратно длине полуволны .
При этом отрезок линии передачи, кратный полуволне , является трансформатором сопротивления между антенной и выходным каскадом передатчика или между антенной и входными цепями приемника.
В приемниках и передатчиках аппаратуры РУ на 2,5 ГГц используются антенны с входным сопротивлением 50 Ом и коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Поэтому
линия передачи относится к первому типу - согласованная линия (в смысле согласованной по сопротивлению с антенной и приемником / передатчиком) и длина отрезка кабеля не имеет значения.
Если кабель перебит, его можно обрезать и вновь припаять.
Можно взять штатную антенну роутера WiFi, извлечь её из пластикового чехла и припаять
к приемнику взамен вышедшей из строя. Антенны абсолютно идентичны.
Главное, нужно понимать, что это не отрезок провода в изоляции, а самый настоящий коаксиальный кабель, такой же, как и телевизионный, только тоненький. У него имеется центральная жилка,
оплетка (экран), а между ними внутренний полиэтиленовый изолятор. При пайке (ремонте)
недопустимо замыкание (спаивание вместе) центральной жилки и экрана. Работать нужно с
увеличительным стеклом и быть внимательным. После припайки кабеля его нужно прозвонить
тестером на отсутствие короткого замыкания.
Антенна и входные цепи приемника "Хобби Кинг"
Антенна и входные цепи приемника "Turnigy".
Теперь несколько слов о физической длине полуволнового отрезка коаксиального кабеля.
Длина волны для частоты электромагнитных колебаний 2,4 ГГц, как известно, равна 12 см.
Но это только в случае распространения волн в воздухе. При этом скорость их распространения равна 300 000 км в сек. При распространении волны внутри кабеля, её скорость существенно уменьшается ввиду движения волны в диэлектрике – внутреннем полиэтиленовом изоляторе. Диэлектрическая постоянная воздуха равна 1, а диэлектрическая постоянная полиэтилена равна 2,2 что и обуславливает замедление скорости движения волны.
В результате длина волны ВЧ колебаний в кабеле будет меньше, чем длина волны в воздухе.
Поэтому полуволновый отрезок кабеля будет не 6 см, как в воздухе, а гораздо меньше.
Возникает вопрос, на сколько меньше ? Ответ. Физическая длина полуволнового отрезка кабеля
в этом случае определяется как
длина волны в воздухе * на коэффициент укорочения кабеля.
Для коаксиального кабеля с внутренним полиэтиленовым изолятором этот коэффициент 0,66 .
То есть, в этом случае полуволновый отрезок кабеля будет иметь длину 6 х 0,66 = 3,96 см.
Две полуволны это 7,92 см, три полуволны – 11,88 см.
В аппаратуре РУ в большинстве случаев используются антенны типа «Полуволновый диполь»
Такими антеннами комплектуется аппаратура РУ Хобби Кинг.
Эта классическая антенна состоит из четвертьволнового вибратора, в качестве которого используется внутренняя жилка кабеля в изоляторе длиной 30 мм и четверть волнового стакана, представляющего собой отрезок латунной трубочки длиной 25 мм внутри которой проходит кабель, оплетка которого припаяна к верхнему торцу трубочки.
Конструкция антенны приемника "Хобби Кинг". На фотографии видно, что в месте выхода центральной жилки из стакана, имеется повреждение изолятора жилки, возникшее при припаивании оплетки кабеля к верней части стакана от перегрева. Короткого замыкания пока нет, но в будущем оно возможно от перегиба жилки. Поэтому место повреждения нужно промазать эпоксидкой.
Типичный заводской брак.
Иногда применяется упрощенный вариант антенны представленный на фото. Такой антенной
комплектуется приемник аппаратуры «Turnigy». По своей эффективности эта антенна уступает антенне полуволновый диполь, ввиду отсутствия симметрирующего стакана.
При отказе аппаратуры прежде всего необходимо выяснить, где возникла неисправность –
в приемнике или в передатчике. Проверить передатчик на наличие излучения им в эфир электромагнитных волн очень легко индикатором электромагнитного поля, который я
выложил тут
http://www.parkflyer.ru/32931/blogs/view_entry/3042/#position=read_moar
http://www.parkflyer.ru/32931/blogs/view_entry/3122/#position=read_moar
Прибор чрезвычайно простой - головка на 50.....10 мкА и два СВЧ диода типа КД514.
Индикатором можно зафиксировать излучение электромагнитных волн от бытового радиотелефона,
излучение сотового телефона, любой радиостанции, передатчиков от детских игрушек и т. д.
сделать вывод, что передатчик исправен и причиной резкого уменьшения радиуса действия
аппаратуры является неисправность приемника. К сожалению, кроме проверки целостности
антенны и кабеля с помощью тестера, в домашних условиях без использования специальной
измерительной аппаратуры больше ничего сделать нельзя. Разве что проверить исправность внутреннего микросхемного стабилизатора напряжения.
Для желающих более подробно познакомиться с теорией и конструкциями антенн и линий
передач, рекомендую скачать и почитать замечательную книгу Карла Ротхаммеля «Антенны».
Скачать книгу можно тут http://www.ra4a.ru/load/1/3-1-0-1317
Всем новых успехов творческих успехов !
Я-то всегда считал, что стоячая волна в фидере образуется при 100%-м отражении энергии от нагрузки при рассогласовании волновых сопротивлений, а тут "Вон оно чо, Михалыч..." (С).
А если серьезно, то существует коэффициент стоячей волны (кому интересны подробности - Гугл, Яндекс в помощь), который рассчитывается по формуле КСВ=(Uп + Uо)/(Uп-Uо), где Uп - амплитуда подводимой к нагрузке волны, Uо - амплитуда отраженной. И обратный ему коэффициент бегущей волны (КБВ). При согласовании фидера с нагрузкой всегда стараются сделать так, чтобы и КСВ, и КБВ были близки к 1, иными словами, уменьшают отражение энергии от нагрузки.
Рисунок, где изображена антенная система из 2-х волновых каналов, тоже привел (мягко говоря) в некоторое недоумение. На рисунке антенны соединяет ПРЯМОЙ отрезок фидера, равный длине волны, а разметка показывает правильную величину 1220мм. Кроме того, при подключении 75-омного кабеля к петлевому вибратору (его каноническое название - шлейф-вибратор Пистолькорса, имеющий волновое сопротивление 150 ом) ВСЕГДА используются трансформаторы сопротивлений (конструкции бывают разные). А еще (это к вопросу не совсем относится - скорее к рисунку, но все же) от взаимного расположения элементов зависит диаграмма направленности антенной системы. При синфазном питании излучателей получается примерно так (прошу простить великодушно за качество рисунка - делал наспех).
Поскольку в форуме присутствуют моделисты, не разбирающиеся в радиотехнике, особое их внимание обращаю на то, что волновое сопротивление, хоть и измеряется в омах, омметром (тестером) его измерять НЕВОЗМОЖНО.
Надо уточнить. Аппаратура РУ потому и перешла на СВЧ диапазон 2400 мГц, поскольку это такие сверхвысокие частоты, что помех тут практически нет. ЛЭП создают помеху на высших гармониках частоты 50 Гц. И столь высокая гармоника (номер гармоники), которая попадает в диапазон 2,4 ГГц ничтожна по величине. Думаю, что тут дело НЕ в помехе от ЛЭП. Попробуйте ВНЕ ЛЭП. Не обязательно летать, нужно просто определить дальность связи по земле с помощью машины или велосипеда. Оперативная связь - по сотовому.
Прочитал Ваши теоретические выкладки и волосы дыбом встали.
Зачем запутывать себя и окружающих? Мы имеем четвертьволновую антенну (штырь или диполь),так зачам было сюда приплетать две(три)полуволны? Формула расчета верна,НО это будет волновой штырь(диполь) для четверть волнового надо бы на 4 разделить.
Далее вы как студент недоучка с первого курса показываете чертеж с одними ,а вернее два чертежа с разными данными,а рассчитываете третьи. Это как понимать? Потом вы беретесь использовать коэффициент 0,66 не зная типа и характеристик кабеля. Я их тоже не знаю,но исходя из замера штыря на многочисленных устройствах этого диапазона равного 3см и данных с многочисленных калькуляторов в сети у меня получился К= 0,95.
Так же хотелось бы объяснения услышать откуда взялись цифры 25мм на втором чертеже и 3,96см в расчетах. И как они связаны с истиной длиной штыря 3см на первом чертеже?
Что касается кабеля. Я знаю, что он 50 омный. Вы сомневаетесь ? Я знаю, что материал диэлектрика полиэтилен. Поэтому коэф. укор. 0,66. Вы сомневаетесь ?
Из плодов раздумий Козьмы Пруткова: "Если на клетке слона написано буйвол,то не верь глазам своим". Тоже самое и у вас. Как может быть правильным,когда вы ТРИ значения приводите и все для одной и той же частоты 2400 мГц?
Про 50 Ом не сомневаюсь,в даташите на А7105 про это четко сказано. А вот про полиэтилен сомневаюсь,тк ниже уже писал,что можно смело греть паяльником и диэлектрик не плавится. Да и вы в своих расчетах это доказали,получив в итоге 3,96см. Которые никуда не лезут,даже если с помощью ног запихивать.
1. 3,96 см, по вашему мнению, это что это за цифры ? К чему они относится ?
2. Какой диэлектрик, по вашему мнению, используется в качестве изолятора в кабеле антенн приемников "Хобби Кинг" и "Турнига" ?
Так я вас про это спрашивал уже два раза? Сфоткайте мне хоть одну антену от приемника,где штырь равен 40мм???? Везде 29-31мм. Насчет диэлектрика не знаю,но не полиэтилен точно. Только сейчас пробовал еще раз попробовать расплавить диэлектрик паяльником-не получилось. А вот пролиэтилен в РК75 плавится на раз.
И вообще это дурной тон отвечать на вопрос вопросом.
Итак откуда взялось фото с подписью "четвертьволновый вибратор" и цифрами 25мм? Под какой расчет подходят эти цифры?
http://www.parkflyer.ru/32931/product/6309/#position=241804 ,
"с аннтенным хозяйством туговато в знаниях". Рекомендую вам скачать и почитать Ротхаммеля "Антенны". http://www.ra4a.ru/load/1/3-1-0-1317 .
Допустим что с отрезком кабеля разобрались,хотя он здесь только дополнительную путаницу наводит. Но еще раз повторю откуда длина штыря взялась в 25мм? И заодно поясните откуда в калькуляторах магическая константа 71,37?
Так у меня хотя какие-то познания есть и профильное образование,а тут каждый второй перлы выдает на вроде "не перепутайте полярность коаксиального кабеля" -недавно где-то попалось. Здесь http://www.parkflyer.ru/32895/blogs/view_entry/2348/ я тоже писал что особых познаний в антенном хозяйстве не имею,тк не было необходимости.
Да диэлектрик скорее всего действительно полиэтилен,но с видоизмененными свойствами. Сейчас попробовал поплавить перегретым паяльником,да плавится,но достаточно плохо и форму держит отлично. так что можно смело паять,если конечно не пользоваться полукиловатным паялом,разогретым до красна.
А за книгу отдельное спасибо. Почитаем на досуге.
Вот пример, когда таким образом соединяются две одинаковые 5ти элементные антенны. Красными стрелками я выделил полуволновые отрезки кабеля. Кабель снижения подключается к точкам ВВ.
Тут описание этой антенны. В тексте я выделил место, где указывается на полволны и на коэффициент укорочения.
Добавлю, что если полуволнового отрезка кабеля не хватает для соединения антенн верхнего и нижнего этажей, то берёте отрезок КРАТНЫЙ полуволне - две полуволны, три полуволны и т. д.
У антенн приемников ХК и Турнига длина кабеля произвольная и не связана с длиной волны, поскольку в данном случае имеем дело с согласованной линией. Однако, поскольку я освещал тему "линии передачи" в целом, я должен был затронуть и согласованные линии передач и настроеные линии передач. А в процессе разборки свойств настроеных линий передач, было необходимо раскрыть физику распространения волны в диэлектрике, что и вывело на свет пресловутый коэффициент укорочения. Это обстоятельство вас и смутило.
По поводу длины штыря 25 мм. Я просто замерил длину штырька антенны, а сделал его таким Производитель. Если вы считаете, что 25 мм это мало, должно быть 30мм (12 см : 4), то это связано опять таки с тем явлением, что ВЧ энергия протекает по центральной жилке в СРЕДЕ ДИЭЛЕКТРИКА. Поэтому опять таки имеем дело с коэф. укорочения.
В эфире четверть длины волны 2,4 ГГц = 30мм, а в среде полиэтилена = 25мм. Кстати, я сегодня вставил в статью таблицу диэлектрической проницаемости различных веществ (из книги). Различие совершенно небольшое. Дерево, резина, стекло, кварц, слюда, фарфор, титанат бария сразу отпадают. А то, что остается, крутится вокруг цифры 2. Как и полиэтилен. И у "видоизмененного" полиэтилена, согласитесь, диэлектрическая проницаемость будет около 2х .
К чему здесь столько букАф оффтопа? Статья озаглавлена "Диагностика простейших неисправностей приемников и передатчиков РУ." причем здесь теория сложных антенн любительской радиосвязи?
Вы лучше ссылку приведите на приемники у которых длина штыря отлична от 30мм более чем на 3мм? Для того что бы не быть голословным.
И это НЕ Я считаю что 25мм мало,а производитель приемников. Вы бы вместо оффтопа рассаказали бы нам дремучим откуда в калькуляторах штыревых антенн взялся коэфициент 71,37? Я уже задавал этот вопрос,но вместо ответа порцию оффтопа из любимой вашей книги получил.
Смотри рисунок 14, как в приемнике ХК.
у нас разговор глухого с немым получается. Все эта программа считает. Смотрите внимательно самое первое окошко и вводите туда 2400(частота в мегагерцах) результатом будет четвертьволновая антенна 2,97 см
А вот по последней ссылке опять одни трубочки и без формул. Хочу формулу!
Что касается формул. Формула простая - 300000 : 2500000=0,12 метра (12 см). Пол волны = 6 см. Четвертушка = 3 см. А почему реальная длина штыря чуть меньше 30 мм, надеюсь сами сообразите. В ином случае опять таки надо читать "Антенны".
1 там перед результатом формула расчета указана 7137/F
Ну и второе,частота 2400мГц,а не 2500. Интересно откуда вы эту цифру взяли,из какого источника?