Kamis, 19 September 2013

Collinear Coaxial Antena untuk ADS-B Receiver.



Antena asli diperoleh dengan ADS-B receiver AirNav (RadarBoxPRO adalah produk begitu besar sehingga sulit untuk membangun rumah yang lebih baik membuat antena omnidirectional dengan gain yang lebih tinggi daripada yang asli. Selama hampir satu tahun periode saya percobaan dengan berbagai jenis antena saya membangun hanya satu yang memenuhi harapan ini - itu adalah collinear antena koaksial.
Konsep konstruksi.
Komponen utama untuk bangunan adalah 75 Ohm kabel koaksial digunakan untuk TV satelit atau 50 Ohm kabel koaksial. Komponen lain adalah konektor tipe F atau SMA, isolasi tape, pipa PVC dengan diameter luar 12 mm dan cocok akhir-seal untuk pipa ini. Alat yang diperlukan adalah caliper, pisau tajam, gunting, lem untuk PVC dan ohmmeter. Elemen dasar dari collinear antena koaksial kabel koaksial (Gambar 1) dengan panjang dihitung dari panjang gelombang sinyal ADS-B.
Panjang gelombang sinyal

lambda = c / f

di mana kecepatan sinyal elektromagnetik,
dalam vakum, yaitu c = 300 000 [jutaan meter per detik],
adalah frekuensi sinyal ADS-B, yaitu f = 1090 MHz,

sehingga panjang gelombang lambda adalah 275 mm.
Panjang L dari elemen dasar adalah panjang gelombang setengah dikurangi dengan faktor kecepatan dari kabel koaksial (kecepatan gelombang elektromagnetik dalam kabel koaksial lebih rendah). Saya menggunakan kabel 75 Ohm RG-6U/32FD dengan faktor kecepatan 0,85 dan 50 Ohm kabel Tri-Lan 240 dengan faktor kecepatan 0,83 dan saya menggunakan panjang unsur yang sama untuk kedua kabel, yaitu L = 0,5 * 275mm * 0,85 = 116 mm.
Elemen dasar antena.
Gambar 1 Elemen dasar antena.
Elemen dasar yang terhubung ke jaringan di mana konduktor luar dan konduktor batin counterchanged antara dua elemen yang berdekatan (Gambar 2).
Coaxial collinear antena.
Figure2 Coaxial collinear antena.
Rakitan elemen tersebut masih dalam kabel koaksial. Baris ini terhubung ke receiver dengan seimbang masukan impedansi 50 Ohm. Percobaan saya menunjukkan bahwa itu bermanfaat untuk menghubungkan konduktor luar dan dalam pada ujung dengan 75 Ohm atau 50 Ohm untuk melestarikan VSWR mendekati 1.
Konstruksi Antena.
Saya sarankan untuk memiliki konduktor unsur batin lagi sekitar 50 mm (Gambar 3) di kedua sisi dari bagian dengan konduktor luar untuk memungkinkan kontak yang baik dengan konduktor luar dari elemen yang berdekatan dan juga membuat rakitan elemen kaku.
Elemen dasar sebelum menghubungkan.
Gambar 3 Elemen dasar sebelum menghubungkan.
Masukkan sepotong pita kecil antara dua elemen sebelum menghubungkan mereka.
Menghubungkan elemen dasar.
Menghubungkan elemen dasar.
Menghubungkan elemen dasar.
Gambar 4 Menghubungkan elemen dasar.
(File video dari unsur-unsur dasar untuk menghubungkan file pemain AVI.)
Periksa elemen terhubung dengan ohmmeter sebelum akhir perakitan karena ada banyak kemungkinan untuk membuat sambungan pendek antara konduktor dan itu adalah masalah untuk menemukan koneksi seperti jika antena akhirnya dirakit. Hal ini nyaman untuk memulai perakitan dari elemen pertama dengan resistor keseimbangan dan memeriksa jika ada 75 Ohm atau 50 Ohm antara konduktor.
Antena dirakit diakhiri dengan "F" atau konektor SMA dan dimasukkan ke dalam pipa PVC.
Rakitan antena.
Gambar 5 Rakitan antena.
16 elemen antena cocok dengan 2 m pipa panjang, 8 elemen cocok untuk 1 m pipa panjang. "F" atau konektor SMA adalah tetap dengan pita isolasi dan lem PVC untuk pipa.
Memperbaiki dari konektor F antena.
Gambar 6 Memperbaiki dari konektor F antena.
Kebalikan ujung pipa ditutupi dengan ujung-segel.
Akhir - segel pipa.
Gambar 7 End - segel pipa.
Antena digunakan dalam posisi vertikal karena polarisasi sinyal ADS-B.
Antena dipasang pada tiang.
Gambar 8 Antena dipasang pada tiang.
Koneksi dari garis pakan.
Gambar 9 Sambungan dari garis pakan.
Petir dan Perlindungan Listrik Statis.
Ada dapat diterapkan empat hambatan terhadap petir dan listrik statis antara antena dan masukan dari penerima ADS-B.
Hambatan pertama adalah pipa PVC dengan yang collinear coaxial antena tertutup. Penghalang ini untuk menghindari terutama kerusakan yang disebabkan oleh pemakaian listrik statis dari tubuh orang yang memanipulasi dengan antena, tetapi juga merupakan penghalang terhadap petir.
Hambatan kedua adalah lambda / 4 rintisan perlindungan (Gambar 10).
lambda / 4 rintisan perlindungan.
Gambar 10 lambda / 4 rintisan perlindungan.
Lihat dari lambda / 4 rintisan perlindungan.
Gambar 11 View dari lambda / 4 rintisan perlindungan.
Rintisan adalah garis koaksial dengan koneksi pendek pada akhir dan terhubung ke kabel koaksial makan melalui "T" unsur "F" konektor pada ujung. Panjangnya adalah faktor kecepatan * lambda / 4 = 58,5 mm. Karena teori koaksial garis rintisan tersebut adalah rangkaian paralel resonansi, yaitu impedansi yang sangat tinggi untuk frekuensi 1090 MHz. Untuk frekuensi yang lebih tinggi atau lebih rendah impedansi sangat rendah. Lebih pernah, akhir dengan koneksi pendek dapat dihubungkan ke bumi dan dengan cara ini mengalir keluar listrik statis. Penggunaan rintisan tersebut tidak menyebabkan penurunan yang signifikan gain antena.
Hambatan ketiga bisa menjadi penguat sinyal. Saya menggunakan penguat antena TV biasa dengan rentang frekuensi dari 47 MHz sampai 862 MHz, mendapatkan 20 dB dan impedansi 75 Ohm. Kecuali amplifikasi sinyal penguat akan menjadi dengan probabilitas tinggi "korban" dari petir dan kerusakan tersebut lebih mudah diganti dan tidak mahal seperti penggantian penerima ADS-B. Penguat ini sangat berguna untuk penghalang keempat 75/50 Ohm transformator (lebih detail di bawah). Tampaknya tidak cukup pita frekuensi penguat tidak penting. ADS-B frekuensi 1090 MHz hanya 26,5% lebih tinggi dari tertinggi amplifier TV frekuensi kerja, tetapi tidak berarti bahwa itu benar-benar frekuensi tertinggi yang dapat ditransfer dan diperkuat oleh itu. Jika kita mengasumsikan bahwa penguat adalah urutan pertama sistem dinamis dengan penurunan-3dB pada 862 MHz, penurunan di 1090 MHz hanya akan dB -4, yaitu amplifier Anda tidak memiliki gain 20 dB, tetapi "hanya" 16 dB.
Hambatan keempat adalah 75/50 Ohm transformator (Gambar 12).
75/50 transformator Ohm.
Gambar 12 75/50 transformator Ohm.
Lihat dari transformator 75/50 Ohm.
Gambar 13 View dari transformator 75/50 Ohm.
Ini terdiri dari dua bagian, masing-masing adalah collinear coaxial antena. Pertama collinear antena dibangun dari 75 Ohm kabel koaksial dan seimbang dengan 75 Ohm resistor, antena collinear kedua dibangun dari 50 Ohm kabel koaksial seimbang dengan 50 Ohm resistor. Mereka diterapkan untuk diri sedekat mungkin dengan pergeseran elemen setengah bersama. Sinyal dari 75 Ohm bagian dari transformator tersebut dipindahkan ke bagian 50 Ohm sangat efektif tanpa koneksi galvanik. Lebih pernah, 50 Ohm input penerima cocok dengan 75 Ohm rangkaian antena atau output penguat, tidak ada kombinasi dari 75 Ohm dan 50 Ohm garis dan beban. Hilangnya kecil dari kekuatan sinyal yang disebabkan oleh trafo ini dapat dikompensasikan dengan amplifier.
Hasil dari Tes.
Saya telah diuji collinear coaxial antena dengan 16 elemen dalam konfigurasi empat. Pengujian dilakukan dalam posisi N 49,1421, 20,2404 E pada piedmont dari bukit Slavkovsky Stit (Tatras Tinggi di Slovakia) pada ketinggian 950 m di atas laut. Sebelum tes 24 jam polarogram dari antena asli diukur. Garis umpan panjang sekitar 5 m.
Konfigurasi pertama.
Penerima ADS-B terhubung ke collinear antena koaksial, lambda / 4 rintisan perlindungan diterapkan (Gambar 14). Tes ini berjalan 24 jam tanpa interupsi. Cuaca yang cukup baik dengan langit biru dan matahari bersinar, tanpa awan, hujan atau badai, dengan angin sedikit, suhu bervariasi dalam kisaran dari 12 sampai 24 derajat C.
Pertama konfigurasi - collinear coaxial antena terhubung ke penerima ADS-B melalui lambda / 4 rintisan perlindungan.
Gambar 14 Pertama konfigurasi - coaxial collinear antena terhubung ke penerima ADS-B melalui lambda / 4 rintisan perlindungan.
Polarograms dari antena asli dan collinear antena koaksial - konfigurasi pertama.
Gambar 15 Polarograms dari antena asli dan koaksial collinear antena - konfigurasi pertama.
Konfigurasi kedua.
Penerima ADS-B terhubung ke antena coaxial collinear melalui 75/50 trafo Ohm, lambda / 4 rintisan perlindungan diterapkan (Gambar 16). Tes dilakukan 6 jam tanpa interupsi. Cuaca yang sama seperti selama tes pertama.
Kedua konfigurasi - collinear coaxial antena terhubung ke penerima ADS-B melalui lambda / 4 rintisan perlindungan dan 75/50 Ohm trasformer.
Gambar 16 Kedua konfigurasi - coaxial collinear antena terhubung ke penerima ADS-B melalui lambda / 4 rintisan perlindungan dan 75/50 Ohm trasformer.
Polarograms dari antena asli dan collinear antena koaksial - konfigurasi kedua.
Gambar 17 Polarograms dari antena asli dan koaksial collinear antena - konfigurasi kedua.
Konfigurasi ketiga.
Penerima ADS-B terhubung ke collinear antena koaksial melalui amplifier, lambda / 4 rintisan perlindungan itu (Gambar 18). Tes dilakukan 24 jam tanpa henti. Cuaca adalah sama seperti pada tes pertama.
Konfigurasi ketiga - collinear coaxial antena terhubung ke penerima ADS-B melalui lambda / 4 rintisan perlindungan dan amplifier.
Gambar 18 Ketiga konfigurasi - coaxial collinear antena terhubung ke penerima ADS-B melalui lambda / 4 rintisan perlindungan dan amplifier.
Polarograms dari antena asli dan collinear antena koaksial - konfigurasi ketiga.
Gambar 19 Polarograms dari antena asli dan koaksial collinear antena - konfigurasi ketiga.
Konfigurasi keempat.
Penerima ADS-B terhubung ke collinear antena koaksial melalui amplifier, lambda / 4 rintisan perlindungan diterapkan pada input itu, transformator 75/50 Ohm diterapkan antara amplifier dan receiver (Gambar 20e). Tes dilakukan 12 jam tanpa interupsi. Cuaca yang sama seperti pada tes pertama.
Keempat konfigurasi - coaxial collinear antena terhubung ke penerima ADS-B melalui lambda / 4 rintisan perlindungan, amplifier dan 75 Ohm/50 | Ohm transformator.
Gambar 20 Keempat konfigurasi - coaxial collinear antena terhubung ke penerima ADS-B melalui lambda / 4 rintisan perlindungan, amplifier dan 75 Ohm/50 transformator Ohm.
Polarograms dari antena asli dan collinear antena koaksial - konfigurasi keempat.
Gambar 21 Polarograms dari antena asli dan koaksial collinear antena - konfigurasi keempat
Beberapa Kesimpulan Akhir.
1 - Tampaknya bahwa konfigurasi optimal adalah keempat. Polarogram menunjukkan sensitivitas tinggi. Triple penghalang perlindungan terhadap petir dan listrik statis mengurangi kemungkinan kerusakan a.
2 - Percobaan dari collinear antena koaksial dengan 8, 16 dan 32 elemen yang mengindikasikan bahwa nilai elemen lebih dari 16 tidak membawa dampak yang signifikan pada gain antena tetapi panjang lebih dari 2 m menjadi tidak dapat diterima. Kompromi yang baik adalah 12 elemen antena - gain dan panjang 1,5 m dapat diterima.
3 - Instalasi optimal antena pada tiang melakukan non elastis.
4 - Kinerja mekanis antena sangat sederhana dan elegan. Bentuknya membuatnya kebal terhadap angin kencang.
Lampiran setelah satu tahun percobaan.
Saya telah menguji antena dengan elemen 8,12 dan 16 dan telah menemukan bahwa lebih dari 12 elemen tidak membawa perubahan signifikan polarogram tersebut. Dari sudut pandang mekanis antena optimal adalah dengan 8 elemen - cocok untuk 1 meter tabung panjang.
Terminal resistor tidak wajib untuk mencapai sensitivitas tinggi antena dan transfer yang baik dari 75/50 Ohm transformer - ujungnya bisa dibuka. Namun resistor berguna untuk pemantauan konduktivitas dari antena dan elemen trafo dan juga untuk pemakaian listrik statis dilantik.
Sebagai konfigurasi yang optimal telah ditemukan sebagai berikut:
Konfigurasi yang optimal
Gambar 22 Optimal konfigurasi - collinear coaxial antena terhubung ke penerima ADS-B melalui lambda / 4 rintisan perlindungan pada input amplifier, amplifier, lambda / 4 rintisan perlindungan pada output amplifier dan 75 Ohm/50 transformator Ohm.
Amplifier terletak sebagai dekat dengan collinear antena koaksial sebagai mungkin. Pertama lambda / 4 rintisan perlindungan pada input penguat, yang kedua pada output penguat. Ini bagian dari antena terletak di luar ruangan pada tiang dan terhubung dengan bagian indoor dengan garis makan. Bagian dalam ruangan terdiri dari 75/50 trasformer dan penerima ADS-B. Konfigurasi seperti memiliki keuntungan yang baik dan polarogram ini mirip dengan satu di Gambar 15. Keuntungan utama dari hal ini adalah ketahanan terhadap listrik statis dilantik pada antena. Lambda / 4 bertopik perlindungan tidak beralasan untuk tidak memprovokasi sambaran petir langsung ke antena. The 75/50 Ohm trafo dan lingkungan indoor memisahkan penerima ADS-B dari bahaya luar listrik statis dan kilat.
Konfigurasi ini bekerja dengan aman selama badai tanpa pembekuan atau kerusakan penerima ADS-B. Juga di luar ruangan penguat pada tiang aman dilindungi berkat lambda / 4 bertopik perlindungan.