Постарайтесь отнестись к следующей фразе не как к рекламным уверениям, а как к сухой информации. Описанная ниже 2х-элементная будучи укороченной более чем вдвое, тем не менее имеет полосы по КСВ и по F/B не меньше, не полноразмерная, и проигрывает в усилении всего лишь около 1 дБ.

Укороченная Uda-Yagi на 40 m

Неоднократно убеждался: если чего-то правильно хотеть, то рано или поздно это "чего-то" придет, хотя возможно и самой неожиданной стороны.

Давно мы в радиоклубе хотели вращающуюся антенну на 40 м. Во-первых, имелась хорошая 15-ти метровая мачта, во-вторых хотелось направленной антенны, в-третьих, наш участок окружен стеной могучих деревьев высотой 12...15 м, отчего имеющиеся вертикалы работали не так хорошо, как могли бы (затенялись деревьями).

Беда с деревьями еще и в том, что они плотно обступают наш небольшой участок, а трогать их нельзя (ландшафтный заповедник и нечего думать даже веточку спилить). Поэтому полноразмерная антенна Уда-Яги физически не могла развернутся на имеющейся площади (мачта установлена не по центру , а на краю участка). Более-менее помещался двойной квадрат, но его нижняя половина получалась полностью затененной деревьями, да и длина распорок не радовала. Оставались плоские укороченные Уда-Яги. Но полоса даже полноразмерного 2-х элементного "волнового канала" едва перекрывает диапазон 40 м (его у нас недавно расширили до 7,2 МГц). А при укорочении (да еще существенном, как требовалось по местным условиям) от нее, по идее, и вовсе ничего не останется. Получался тупик, в котором всё и стояло.

В процессе работы над 5-й частью книги "Антенны КВ и УКВ" довелось мне изучать влияние разных способов укорочения на направленные антенны. Не укороченная вообще (там все понятно: чем короче, тем хуже), а именно в применении к направленным антеннам, сохраняющим хорошую форму ДН и приличное F/B. А получение высокого F/B требует правильного распределения тока по элементам. Такого, чтобы поля, излученные обоими элементами в направлении назад, оказались бы одинаковыми по амплитуде и точно противофазными.

Напомню (это из. п. 7.2.2.1 4-й части книги "Антенны КВ и УКВ"), что для обычной полноразмерной 2-х элементной Уда-Яги оптимальные по F/B параметры: пассивный элемент – директор, длина траверсы – 0,06l (приемлемое F/B сохраняется при увеличении длины траверсы до 0,08l а дальше идет резкое падение). Понятно, что при столь короткой траверсе антенна будет узкополосной. А увеличить длину траверсы в полноразмерной 2-х элементной Уда-Яги мы не можем. Вернее можем, но при этом сильно (до уровня ниже 10 Б) упадет F/B (см. рис. 7.2.4 из п. 7.2.2.1 4-й части книги "Антенны КВ и УКВ").

Причины этого рассмотрены в том же п. 7.2.2.1. Кратко повторю их здесь: в любой 2-х элементной антенне подавление излучения назад осуществляется балансной компенсацией: в направлении назад поля, излученные обоими элементами должны быть равны по амплитуде и точно противофазны. Для этого мы должны установить правильное распределение тока по элементам. В антенне с пассивным элементом это достигается расстоянием между элементами, частотой настройки пассивного элемента и взаимной формой (иными словами видом и величиной дополнительной связи между концами, подробности см. в п. 7.2.2.1) элементов.

Поэтому для каждой формы элементов существует единственная оптимальная длина траверсы и единственный тип включения пассивного элемента. Для полноразмерной Уда-Яги это (как мы уже упоминали) 0,06l и директор, соответственно.

В процессе анализа способов укорочения направленных антенн, выяснилось, что для короткой 2-х элементной антенне для хорошего F/B пассивный элемент обязан быть рефлектором. А в случае укорочения концов элементов емкостными нагрузками (ЕН), оптимальная длина траверсы растёт. Не при любом укорочении, а в лишь в диапазоне коэффициентов укорочения (Ку) от 0,3 ... до 0,5. Так, при Ку = 0,4 оптимальная траверса должна быть около 0,15l, т.е. более, чем вдвое длиннее, чем для полноразмерной антенны. Естественно, столь существенное удлинение траверсы приводит к расширению полосы (п. 7.2.2.) и росту усиления. Настолько существенному, что падение полосы за счет сильного (а Ку = 0,4 это сильное) укорочения компенсируется полностью, а падение усиления – почти полностью: проигрыш по Ga полноразмерной антенне составляет всего лишь 0,8...0,9 дБ.

Вот и получается такая, на первый взгляд странная вещь: 2-х элементная антенна с емкостным укорочением при Ку = 0,4 не проигрывает по полосе полноразмерной. Но происходит это из-за существенного (до 0,15l) удлинения траверсы. А последнее становится возможным (и даже необходимым для получения высокого F/B) из-за особенностей формы элементов с ЕН и связи между их концами. И из-за той же причины потеря Ga составляет очень небольшую величину 0,8...0,9 дБ.

Поэтому можно сделать двухэлементную антенну диапазона 7 МГц с размерами даже меньшими, чем обычная Уда-Яги на 20 м и параметрами почти такими же как у полноразмерной. И это не голословно рекламное заявление, а данные реальной конструкции, которой мы сейчас и займемся.

 

Конструкция

Антенна и ее основные параметры при высоте траверсы 15 м показаны на рис. 1 и в файле модели (модель открывается программой GAL-ANA, включая демо-версию).


Рис. 1.

Пассивный элемент включен рефлектором, расстояние между элементами 6 м, т.е. 0,14l. Все 4 емкостные нагрузки выполнены одинаково: на крестовине закреплены по четыре двухметровых трубки диаметром 15 мм, дальние концы которых замкнуты в квадрат перемкнуты проволокой диаметром 1,5 мм. Сами элементы телескопические, набраны из труб диаметрами от 36 до 24 мм. Конкретную разбивку разных диаметров по элементу посмотрите в файле модели, неохота мне тут переписывать эту табличку. Питание осуществляется через гамма-согласование, длиной около 2 м (прочие подробности в файле модели).

 

Настройка

Вначале по минимуму излучения назад подстраивается размер рефлектора (телескопически выдвигая-вдвигая в центральную трубу следующие за ней отрезки). Впрочем, если у вас та же высота, что и в модели, а земля средняя, то можно этого и не делать. Затем обычным порядком настраивается гамма-согласование.

 

Результаты

Ощущения от работы антенны самые положительные. На межконтинентальных QSO ее выигрыш у 27-ми метрового вертикал составляет 1...3 балла (который в свою очередь выигрывает 1...2 балла у Inverted V на мачте 15 м). Диаграмма направленности в зенитной плоскости показана на рис.2..


Рис. 2.

Объемная ДН показана на рис. 3.


Рис. 3.

Полоса по уровню КСВ <2 (как расчетная, так и измеренная) превышает 300 кГц. Причина столь широкой (даже для полноразмерной, а уж для укороченной тем паче) полосы кроме большой длины траверсы состоит в том, что за счет пространственной конфигурации происходит значительная взаимная компенсация jX, при расстройке вверх от резонансной частоты (рис. 4).


Рис. 4.

Однако компенсация jX (расширяющая полосу по КСВ) никак не влияет на полосу по F/B. Если принять границами полосы по F/B частоты, где F/B снижается до 12 дБ (2 балла по шкале S),то полоса антенны составит 200 кГц (рис. 5). Поэтому действительно хорошие характеристики антенна имеет лишь в первых 200 кГц диапазона.


Рис. 5.

 

Модификации

Простым масштабирование можно сделать такую же антенну на диапазон 14 MHz с габаритами элементов меньше 5 м и радиусом поворота меньше 3,5 м, т.е. с габаритами меньше, чем полноразмерная Уда-Яги на 28 MHz.

Вопрос о возможности размещения на той же траверсе антенн более высокочастотных диапазонов пока не исследовался.



 

На главную - Main page