При изготовлении антенны появляется вопрос, как самому изготовить петлевой вибратор для УКВ антенны из алюминиевой трубки? Какие размеры являются критичными? [1].
Введение
Удивительно, но единственным критичным размером является полная длина вибратора (рис.1). Другим наиболее важным размером может оказаться диаметр трубки. Но оба эти размера менее критичны, чем в случае с обычным разрезным вибратором. Расстояние между верхней и нижней частью петлевого вибратора может меняться в достаточно широких пределах, что является несомненным плюсом при изготовлении антенны в домашних условиях.
Учитывая такой запас по допуску, постарайтесь просто точнее придерживаться размеров, данных в расчетах по антенне. Диаметр трубки для диапазонов 2 м и 70 см обычно выбирают от 6 до 8-9 мм. Самодельное приспособление для изготовления петлевых вибраторов. Для формования радиуса изгиба может подойти простой отрезок трубы. Шкив с канавкой может быть лучшим вариантом, но в этом случае потребуется точно выставить высоту расположения трубки.
Хорошим решением является использование в качестве болванки шкива в виде особой формы. Для этого подойдет, например, обод требуемого диаметра с удаленной резиной. Изменяя толщину регулируемого основания (рис.2), можно выставить необходимый диаметр сгиба с высокой точностью. Если вы решите использовать в качестве болванки кусок толстой трубы, то решение будет никак не хуже приведенного выше. Необходимо лишь все прочно закрепить на основании данного приспособления.
Задняя опора служит для плотного прижимания трубки вибратора к болванке, а также для предотвращения изгиба прямой части петлевого вибратора. В случае использования формы-шкива, то есть направляющей формы в виде колеса с выемкой, регулируемое основание также должно иметь жесткую конструкцию. Полезно закруглить края основания, чтобы в случае необходимости получить легкий доступ к изгибу и немного постучать по сгибаемой трубке деревянным молоточком. В таком случае вы убедитесь, что трубка плотно огибает круглую форму.
Нагревание трубки
Трубки из некоторых алюминиевых сплавов очень легко согнуть. Однако, из-за такой мягкости материала вся конструкция оказывается не очень жесткой. Если у вас есть из чего выбирать, то возьмите твердый сплав алюминия (Д16Т, например) и согните его в нужном месте в соответствии с предлагаемой методикой термической обработки. Без термообработки трубка или лопнет, или перегнется. Известный способ, когда трубку предварительно набивают песком, также мало приемлем, так как трубка с песком становится еще жестче, поэтому есть вероятность, что сломается, поверьте, уже сам станок.
Суть способа заключается в том, что с помощью процесса нагревания изменяют свойства металла. Места, подлежащие сгибанию, становятся более мягкими, а другие части вибратора сохраняет свою первоначальную твердость. Перед началом обработки требуется отметить на трубке зону нагрева с небольшим допуском. Затем с помощью паяльной лампы отмеченный участок вибратора разогревается до того момента, когда металл приобретет искомые эластичные свойства.
Следует сказать, что все не так просто, как кажется на первый взгляд. Всю поверхность нужно нагревать равномерно и строго до определенной температуры. Хорошо зарекомендовал себя метод определения температуры, когда поверхность алюминия предварительно натирают мылом. Температура определяется по степени потемнения поверхности во время нагрева. Но даже и при таком способе следует быть очень внимательным в отношении температуры нагрева. Малейший перегрев влечет за собой облом трубки. В случае недогрева металл не приобретает требуемой пластичности.
Не думайте, что за счет теплопроводности поверхность трубки будет равномерно распределять тепло. При нагреве металла используйте широкую струю пламени, передвигая ее вдоль трубки, которую не забывайте также вращать в руках. Когда вы убедитесь, что нужный участок металла нагрет до требуемой температуры, оставьте заготовку на воздухе для естественного остывания. После ряда попыток вы приобретете необходимый навык в этой технологии.
Сгибание трубки
Рассчитайте и отметьте на трубке точное место сгиба. Затем закрепите трубку на станке. С помощью задней опоры зажмите прямую сторону трубки и начинайте плавно обводить трубку вокруг болванки. После термической обработки даже достаточно толстостенные трубки легко сгибаются. В случае необходимости используйте киянку, чтобы трубка плотно облегла форму болванки. Это особенно важно для заключительного отрезка изгиба.
В процессе сгибания следует учитывать пружинящий эффект. После изгиба трубка немного распрямляется, немного увеличивая полную габаритную длину вибратора. По этой причине важно точно определить место второго изгиба, чтобы расчетная длина вибратора не изменилась. Не рекомендуется осуществлять данную операцию на глазок. Обязательно требуется точный расчет. Дело в том, что в случае несовпадения длины вибратора очень трубно провести операцию перезагиба трубки. Сделав первый изгиб нужного размера, зафиксируйте его гвоздем на противоположной стороне станка, как показано на рисунке (рис.2). В таком случае обеспечивается необходимая точность размеров для других однотипных вибраторов.
Когда вы сделаете второй изгиб, проверьте, что плоскость получившегося вибратора равномерна. Если есть какие-либо перекосы сторон, то они легко устраняются путем подгибания и скручивания трубки в нужных частях. Так как процесс изготовления вибратора по домашней технологии является неидеальным, то желательно включать в размер допуск, при котором свободные концы вибратора после сгиба накладываются друг на друга.
Определив точную середину по меткам на станке (рис.2), вы просто отрежете лишнюю часть трубки. И это лучше, чем переделывать вибратор из новой заготовки. После нескольких попыток вы научитесь изготавливать петлевые вибраторы с погрешностью не превышающей 3 мм. Такой точности достаточно для изготовления антенн вплоть до УКВ диапазона 430-440 Мгц.
Крепление вибратора к буму
В свое время, когда широко использовалось эфирное вещание (имеется ввиду, что в настоящее время большинство населения пользуется кабельным телевидением - прим.), можно было легко найти специальные пластмассовые корпуса для распределительных коробок ТВ антенн. Их и сейчас можно достать, однако, это уже представляет трудность. Такой корпус, имея все технологические отверстия для крепления вибратора, может оказаться неподходящим по размерам.
Иногда в таком корпусе не умещается согласующее колено, а иногда диаметр отверстий под трубку оказывается слишком большим и вибратор не может быть прочно закреплен. Лучше использовать подобный корпус, но более толстостенный и больших размеров, а для жесткого крепления вибратора применить специальные герметичные втулки (рис.3). Подобный вариант предлагается в одной из конструкций . Центр вибратора имеет низкий импеданс, поэтому марка пластмассы покрывающая трубку не имеет значения.
Усиленное крепление
Не обязательно придавать дополнительную жесткость конструкции путем закрепления противоположной стороны вибратора. В случае использования герметичных пластмассовых втулок жесткость конструкции уже будет иметь необходимую величину, особенно, если вы изготавливаете вибратор на 430 Мгц. Для более низкочастотного диапазона требуется дополнительное усиление жесткости. Не пытайтесь сверлить трубку для крепления к пластмассовому основанию, так как это, наоборот, резко снизит механическую прочность конструкции. Лучше использовать зажимы, прижимающие трубку к основанию, которое в свою очередь крепится к буму с помощью винтового соединения (рис.4).
Не пытайтесь соединить (заземлить) середину вибратора с металлическим бумом. Это обязательно приведет к появлению паразитного ВЧ тока вдоль бума. Единственное соединение с бумом происходит через симметрирующее устройство в месте, где запитывается вибратор.
На чертеже видно (рис.4), что металлический бум проходит через плоскость петлевого вибратора. Однако на параметры вибратора это практически не влияет. В проекции антенны, как она показана на рисунке 4, видно, что остальные элементы антенны расположены симметрично относительно вибратора. В других конструкциях волновых каналов вы можете увидеть, что эти элементы располагаются или вдоль верхней стороны петлевого вибратора, или нижней, где он запитывается. Еще раз следует подчеркнуть, что выбор той или иной конфигурации не приводит к значительным изменениям параметров антенны.
Но в том случае, когда первый директор расположен очень близко к вибратору как, например, в антеннах, разработанных по типу DL6WU, минимальное изменение в размерах и взаиморасположении элементов может привести к достаточной расстройке антенны, что противоречит высказанному выше утверждению. Однако изменение параметров легко скомпенсировать, немного загибая концы первого директора (приближая или удаляя) по отношению к вибратору.
Влагоизоляция
Влагоизоляция вибратора - вещь спорная. Можно или полностью заизолировать систему, или просверлить в корпусе вентиляционное отверстие. Несомненно, что полная гидроизоляция является преимуществом. Но даже при небольших малозаметных дефектах это преимущество теряется. Количество влаги, впитываемой через микротрещины из-за естественных температурных циклов, будет постоянно увеличиваться. Что касается второго варианта, то конденсат здесь не накапливается. Тем не менее, в этом случае существует медленная атмосферная коррозия, являющаяся следствием наличия влаги и разнородных металлов.
Самое главное - это провести герметизацию открытых концов фидера любым известным способом. Открытую часть вибратора можно покрыть полиуретановым или подобным лаком. Если вибратор предполагается использовать в вертикальном положении, то в нижней части трубки вибратора с внешней стороны нужно просверлить маленькое отверстие для выхода накапливающегося конденсата в трубке. В противном случае вода может накопиться в таком количестве, что замерзнув она разорвет трубку. Рекомендуем не устанавливать на пластмассовой коробке распределителя фланцевый коаксиальный разъем.
Идея, конечно, хорошая, но на практике оказывается практически невозможным полностью исключить попадание влаги в коробку. Лучше вывести питающий отрезок кабеля через вышеописанные герметичные втулки и использовать стандартный кабельный разъем, который после соединения с линией питания очень легко заизолировать от влаги с помощью термоусадочной трубки и намотанной сверху обычной ПВХ изоленты.
Перевод с английского С. Горбунов, (UA3TJC), ua3tjc@rol.ru декабрь 2005г.
