Здравствуйте.

У меня установлена антенна с вертикальной поляризацией типа "Волновой канал" 433 МГц на мачте высотой 4 метра (стальная труба диаметром около 3 см) на крыше здания. На просторах Интернета наткнулся на информацию о том, что металлические мачты могут также как антенны принимать радиосигнал и создавать паразитное излучение. Для борьбы с этим эффектом нужно их заземлять.

Действительно ли это так? Я думал, что мачты нужно заземлять только в целях отвода энергии молнии в землю. Спасибо.

Мачта, крыша, здание, растяжки земля - всё принимает участие в излучении антенны.

Поэтому по возможности антенны моделируются сначала в Free Space, а потом проверяются добавлением в модель реальных мачт, крыш, других антенн, растяжек и т.д.

Если мачта установлена на изолированном основании - её свойства будут отличаться от заземленных, но это не значит что хорошо заземленная равноценна диэлектрической. Просто влияние будет немного отличаться. Не в лучшую или худшую сторону, ибо это субъективная оценка и зависит от ТЗ.

Влияние мачты минимально, если она перпендикулярна точке нулевого потенциала (траверсе) Уда-Яги.
Вертикально поляризованная Яги должна крепиться или на диэлектрическую верхушку мачты, или металлическая мачта должна быть позади рефлектора. Если применить горизонтальный металлический отвод - мачта уже будет не по центру и будет иметь существенное влияние на ДН

ckunep
Для борьбы с этим эффектом нужно их заземлять.
Про паразитное излучение говорить некорректно, обычно этот термин применяют для других случаев. Можно только говорить о переизлучении падающей волны.
А что по поводу заземления, то можно говорить о степени влияния заземления мачты на диаграмму направленности самой антенны. Но если длина мачты превышает хотя бы пару длин волн, как в вашем случае, то влиянием заземления можно пренебречь.

Антенна то маленькая и лёгкая.
Чтобы не глодали сомнения можно заменить металлическую мачту на что-то из пластика, типа водопроводной трубы укреплённой растяжками.

Вот мачта высотой 2.7 метра 20х20 мм, сверху 3 вертикальных диполя, частота 900 МГц
Высота мачты эквивалентна 5.6 метра для 433 МГц
Снизу бесконечная идеальная земля

По мачте сформировалась стоячая волна

т.к. в этой модели почти идеальная симметрия конструкции, то мачта не нарушает симметрию излучения

https://ic.pics.livejournal.com/ypylypenko/74196954/322814/322814_original.gif

https://ic.pics.livejournal.com/ypylypenko/74196954/322931/322931_original.gif

Напряженность магнитного поля указана при возбуждении 3 x 1V@50 Ohm = 60 mW, она достигает 20 мА/метр на мачте в пучностях тока на любом расстоянии

Вот убираю землю (мачта летит в космосе) и стоячая волна пропадает, течет ток

https://ic.pics.livejournal.com/ypylypenko/74196954/323105/323105_original.gif

Сама ДН очень сильно изменилась без земли

plyrvt
Вы не землю уберите, а приподнимите мачту над ней.

ckunep На просторах Интернета наткнулся на информацию о том,
что металлические мачты могут также как антенны принимать радиосигнал

Естественно, она же из металла, а всё что из металла, антенна.
Только она никакой роли не играет, если всё сделано правильно.

Какой длины ваша антенна, как она закреплена, за хвост или за центр траверсы?
Как отведен кабель, за рефлектор или по ближнему пути?

Вот паразитное излучение самолёта :) Надо бросить на землю шнурок заземляющий :)

http://www.ozeninc.com/wp-content/uploads/2015/10/hfss-ie-plane.jpg

plyrvt если она перпендикулярна точке
Хватит грузить форум чужими картинками.

чужая картинка одна с самолётом, для шутки :) как про горшочек с землёй чтобы слушать приемник в самолете )

а насчет перпендикуляра - не прав, достаточно чтобы в одной плоскости. угол может быть любой

Собственно, вот сама антенна:


plyrvt, то есть стоячая волна, возникающая в мачте, не есть хорошо? И лучше всё-таки будет заземлить?

Ну и на..верчено антенн на будке. Автору не стоит задумываться вообще над вопросом излучений(влияний). Просто надо смериться с мыслью, что они есть и все :)

ckunep это у Вас антенна J-pole

Существенным недостатком этого типа вибратора является существенный ток мачты.
Это не наведенные антенной незначительные токи как в обычной мачте.
Это возбуждаемые возле порта запитки мощные токи, сопоставимые с токами полезного вибратора.

Чтобы хотя бы частично побороть такой недостаток делают 3 разных приема:
1) делают диэлектрическую мачту
2) делают продолжение металлического вибратора вниз на 1/4 лямбда, далее диэлектрическая мачта
3) монтируют снизу ещё один 1/4 шунт, который работает как запорный стакан - сверху его сопротивление бесконечно и препятствует протеканию токов вниз мачты, вот так:
https://www.hamradio.me/wp-content/uploads/2015/06/mast_mountable_j-pole_antenna_mast_decoupling_stub.png


Также у Вас навыворот припаян кабель

J-вибратор запитывается центральной жилой на 3/4 излучающий вибратор, а оплёткой на 1/4
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2e/Antenna-j-pole-diagram.svg

Кроме того, J-вибратор относится к симметричным, поэтому чтобы подключить к нему несимметричный кабель необходим балун 1:1.
Их обычно делают несколькими способами:
1) несколько витков коаксиального кабеля наматывают в катушку (дроссель)
например вот так на 433 МГц:
https://forums.radioreference.com/attachments/scanner-receiver-antennas/25102d1252988651-copper-j-pole-build-uhf-gmrs-img_0083.jpg

2) прокладывают кабель внутри трубы, например так:
http://www.la6nca.net/homebrew/jpole/JPOLE5.jpg

Если не делать симметрирование (не увеличить Common Mode Impedance), по внешней стороне оплетки кабеля текут ощутимые токи, кабель берету участие в формировании (искривлении) ДН, и в рассогласовании.

Также из Вашего рисунка непонятно где по высоте подключен кабель.
Внизу в точке крепления 1/4 шунта и вибратора - сопротивление нулевое. Вверху - бесконечное.
На некотором (небольшом) расстоянии сопротивление равно желаемому (50 или 75 Ом).
Из схемы

ckunep делать на ДМВ хорошую антенну бесприборнику сложно. Особенно сложно хорошо согласовать симметричную антенну (которых большинство) с несимметричным коаксиальным кабелем.

Вроде мачта у вас крепкая, если выдержит ветровую нагрузку от 40х40 см сплошного листа, могу порекомендовать патч антенну сопоставимого усиления 8.8 dBi с вот такой ДН


Если повесить патч с вертикальной поляризацией, то синяя кривая - горизонтальная ДН (по азимуту)

Прямое подключение кабеля, очень простая и повторимая конструкция из оцинковки, которая при выдержанных размерах точно заработает у бесприборника

Все параметры здесь: https://ypylypenko.livejournal.com/37786.html

Такая же есть с прямоугольным патчем и рефлектором 38х38 см на 9.2 dBi, если интересует могу выложить

plyrvt,
Вы написали про 3 способа борьбы с возбуждаемыми токами. Я как понимаю они идут в порядке возрастания по эффективности. То есть, просто диэлектрическая мачта - это хорошо, а развязка мачты запорным стаканом ещё лучше. Я правильно понял? И если я просто верхушку мачты плотно замотаю изолентой, чтобы не было электрического контакта между ней и антенной, от этого будет эффект? Ещё у меня есть вариант использовать ту же мачту (можно опустить её немного ниже) и сверху прикрутить допустим деревянный шест или полипропиленновую трубу, а на неё уже закрепить антенну.

Также у Вас навыворот припаян кабель.
Извините, действительно, на рисунке всё наоборот показал. Кабель припаян точно так, как Вы написали.

И аналогичный вопрос по поводу балуна: эффективнее проложить кабель внутри мачты или накрутить его в катушку. Вариант с дросселем выглядит намного проще. А какой диаметр катушки должен быть? Сколько витков нужно сделать? Катушка должна быть вплотную к вибратору?

Также из Вашего рисунка непонятно где по высоте подключен кабель.


А что такое бесприборник?

Спасибо. Попытаюсь в этом патче разобраться...

А что такое бесприборник?
тот кто не имеет хотя бы КСВ метра (а лучше векторный анализатор ВЧ цепей) чтобы проверить своё творение
безэховой камеры для съёма ДН нет тем более

чтобы не было электрического контакта между ней и антенной, от этого будет эффект?
будет максимум гальваническая развязка, для токов >10 МГц сопротивление будет минимальное

То что на фотографии последней какая-то жуть. Вибраторы из ферромагнетика (чёрная сталь) с мю>100, какая то пластина, какие-то расстояния от низа пластины, кабель проложенный паралельно внутри зазора

Ввод кабеля делается вот так:


А катушка из кабеля мотается вот так:

Наша организация закупает такие антенны. А там где соединения коаксиального кабеля с вибраторами должен быть ещё герметик, но это старая потрёпанная антенна и его сорвало.

Значит мне нужно установить диэлектрическую мачту, убрать кабель с этой пластины и оттянуть его подальше от вибраторов, и намотать катушку для более эффективной работы. Как Вы думаете, стоит ли с этим заморачиваться? Или с такими антеннами особо ничего не изменится?

Я не знаю насколько хорошо Уда-Яги вообще дружит с J-Pole даже при решении вопросов мачты и симметрирования.

Отдельные J-pole я моделировал, даже при решении вопросов нежелательного возбуждения мачты у них "кривая" ДН.



Насколько оно будет дружить с рефлекторами и директорами, что при этом получится с ДН и согласованием - сказать сложно.
Но если дадите все размеры могу промоделировать

если понимаете английский, тут детально расписано про влияние мачты на J-pole, моделирование и реальные тесты

https://www.hamradio.me/antennas/j-pole-antenna-grounding-have-your-j-pole-and-ground-it-too.html

Сделайте что-то типа зигзагообразной антенны-полоса пропускания такая широкая, что настраивать ничего не требуется. Также в питании и симметрировании и согласовании применены настолько простые способы, что уже проще даже и придумать ничего нельзя при всём желании. И не нужны никакие приборы и специальные знания.
Не будем из простого делать сложное.

Можно и БиКвад, он будет немного больше (примерно 49х40 ШхВ), но значительно легче и менее парусный.
Балун можно сделать прокладкой кабеля по периметру. Если рефлектор сделать чуть больше (примерно 55х55) и с бортиками, то можно достичь F/B под 30 дБ и вперёд под 10.7 dBi

Патч антенну я просчитывал под компактность: что можно сделать минимальных размеров, невзирая на вес и парус.
38х38 для прямоугольного и 40х40 для круглого минимальный размер.
Преимущество круглого - возможность сделать второй ввод питания и получить MIMO V+H, внизу переключать кабели между желаемой поляризацией.

Если автор захочет БиКвад - просчитаю точные размеры под его материал (определиться с материалом и размером рефлектора и материалом вибратора) с закругленными углами под прокладку кабеля.

антенна на 451 +-2 МГц, а не на 433



Остальные параметры тут
https://ypylypenko.livejournal.com/38111.html

На удивление параметры очень хорошие (в 451 +-2 МГц), не ожидал
Хотя и возбуждается совсем не так как Яга (см. анимацию в конце), но работает. Из недостатков сильный задний лепесток 0 dBi и F/B<9 dB

Из-за сильной связи половины первого директора и J-возбудителя, диполь, рефлектор и первый директор работают совсем не так как в Яге. Верхняя половина рефлектора в работе участвует мало, в возбуждении диполя и первого директора существенная расфазировка между плечами.
Резонанс вблизи 451 МГц наблюдается не как расчетный, а скорее по стечению обстоятельств всех этих паразитных связей

Возможности использовать другие антенны у меня нет. Нужно работать с тем, что есть.

plyrvt,
Большое спасибо! Как программа называется, которой Вы пользуетесь? Столько полезной информации выдаёт. А она может проанализировать какие параметры антенны нужно поменять, чтобы перенастроить её на 433 МГц (переместить, укоротить или удлинить вибратор, рефлектор, директоры)?

Как программа называется, которой Вы пользуетесь?
подойдет любой FEM-solver (CST Microwave, Ansys HFSS, ComSol, EMS FEKO, Microwave Office)
Я пользуюсь Ansys HFSS, любой перечисленный работает не хуже и не лучше.

она может проанализировать какие параметры антенны нужно поменять
гипотетически такое возможно - параметрическая оптимизация под целевую функцию, т.е. брутфорс всех комбинаций геометрии с некоторым шагом
но это работает на практике только если есть не более пары степеней свободы (переменных). 1 недостающий размер можно подобрать за час, два размера за сутки, а три за год.

в основном надо понимать чего хотим добиться и самому прикидывать размер, а прогоном симуляции проверить/уточнить.

самый простой способ "в лоб" - просто отресайзить ВСЕ размеры в 451/433 = +4.16%

другой способ - вникать в суть, почему так.
сначала проанализировать эту ягу с классическим разрезным диполем, увидеть где у неё резонанс, какое сопротивление излучения на резонансе, какая ДН.
потом проанализировать что изменяется с переходом на J возбуждение.
например видна сильная нежелательная связь первого директора и J-возбудителя. Попробовать её уменьшить отодвинув директор. Но близкое расположение директора желательно для расширения полосы диполя по согласованию.

На удивление параметры очень хорошие (в 451 +-2 МГц), не ожидал

Не корректное моделирование, потому и результаты удивительные. Вы же, Юра, сами пишите, что симметрирование плохое, а значит по кабелю потекут токи - значит кабель участвует в формировании характеристик антенны. И при этом в модели отсутствует кабель снижения ?!
Совет применить диэлектрическую мачту тоже удивляет. Нет мачты - токи асимметрии потекут по оплётке кабеля снижения. Нужно схему симметрирования делать. На моём расчётном скрине модель этой антенны с диэлектрической мачтой и кабелем снижения. Сравните со своими расчётами.

Увеличить
Увеличить

Да, некорректное. Я сначала проанализировал голую, чтобы увидеть собственные параметры этого чуда, потом добавил немного мачты, но расчет не запускал (домашний ноут бы не вытянул по RAM все равно), смысла не вижу играться дальше.

ckunep для того, чтобы получить то, что вы ждете от этой антенны,
вам нужны 50 см брусок 20 х 20 мм с шестью отверстиями
и 1.5 метра 3х миллиметровой оцинкованной проволоки.
За то время, пока они будут разбираться, кто из них прав,
вы успеете сделать десять - двадцать нормальных антенн

Ckunep, не расходуйте деньги на оцинковку и брусок. За то время, что Вы потратите на поиск оцинковки, успеете из куска упаковки от холодильника и порезанной на полоски консервной банки приклеить из них антенну волновой канал на картонку. Покроете лаком и на крышу. На одну антенну пол часа потратите.

uve
Ckunep, не расходуйте деньги на оцинковку и брусок.
За то время, что Вы потратите на поиск оцинковки ...

Денег на материал для 1 антенны уйдет в 2 раза меньше,
чем на билет на трамвай до магазина стройматериалов,
где можете купить рейки 18х18 или 20х20 и оцинковку.