Рис. 10.1.2.
Приведенные в предыдущем параграфе данные по оптимальному расстоянию между этажами относятся к свободному пространству. Они важны для понимания. Но на КВ, т.к. нижний этаж стека подвержен сильному влиянию земли из-за того, что в l высота нижнего этажа над землей невелика.
Поэтому для практических конструкций стеков оптимальное расстояние между этажами определяет по-иному, чем это сделано в п. 10.1.1.
Начинать имеет смысл от максимально реализуемой на практике высоты мачты. Именно она определяет высоту верхнего этажа стека. Слишком много тут не бывает – чем выше антенна, тем лучше. Высоту верхнего этажа в модели следует зафиксировать (чтобы при дальнейшей оптимизации высота мачты не менялась бы). Для этого исходную одиночную антенну, из которой создается стек, в модели сразу устанавливают на высоту мачты. А затем при создании стека в окне Создать стек в группе Позиция по вертикали отмечают поле Антенна фиксирована, стек вниз. В результате, при оптимизации расстояния между этажами меняется только высота нижнего этажа.
Теперь можно переходить к оптимизации. Высота мачты на КВ обычно не превышает 1…2l. Поэтому при попытке поставить межэтажное расстояние, указанное в табл. 10.1.1 нижний этаж стека оказывается слишком близко к земле. Это снижает его усиление и повышает зенитный угол.
Поэтому высота нижнего этажа выбирается оптимизацией из двух противоположных соображений:
Две разнонаправленные тенденции дают оптимум. Его величина зависит от:
Такое количество переменных исключает однозначные общие рекомендации. В каждом конкретном случае вам придется оптимизировать свой стек под имеющиеся условия. Тем не менее, для ориентировки приведу некоторые графики параметров стеков над реальной средней землей.
Как показывают расчеты, стеки начинают иметь смысл только при мачте высотой от 0,75l.
На рис. 10.1.2 показано как меняется от высоты мачты оптимальное расстояние между этажами для трех различных двухэтажных стеков:
При малой высоте мачты оптимальное расстояние также мало. Оно достигает цифр, более-менее соответствующих свободному пространству (табл. 10.1.1) только при высоте мачты 1,5 … 2l.
Влияние земли возрастает с повышением частоты и площади раскрыва одиночной антенны (т.е. ее Ga). Взгляните, если для стека 14 МГц из двух трехэлементных Уда-Яги оптимальное значение достигает 0,6l (и далее растет незначительно) при мачте 1,4l, то для стека 28 МГц из двух пятиэлементных Уда-Яги оптимальное расстояние достигает 0,9l (и далее растет незначительно) при мачте 1,9l.
Графики рис. 10.1.2 говорят нам, что параметры стека стабилизируются и приближаются к теоретически ожидаемым только при очень высоких мачтах. Следующий рис. 10.1.3 подтверждает это более явно. На этом рисунке показаны графики прироста усиления при добавлении второго (нижнего) стека.
Проще говоря, на рис. 10.1.3 показана разница в усилении между стеком и одиночной верхней антенной этого же стека, т.е. эффект от наших усилий по установке нижнего этажа.
Выводы из графиков рис. 10.1.3: стек на КВ имеет смысл только при очень высоких мачтах. На мачтах ниже 1l это неразумный расход сил и материала.
Например, при мачте 0,75l выигрыш от составляет не более 1,5 дБ. Но такой же прибавки Ga можно достичь не второй нижней антенной, а прибавкой директора к одиночной верхней антенне (см. рис. 7.2.18).
Ожидаемый от стека теоретически прирост усиления +3 дБ на КВ реализуем только при мачтах высотой от 2l. И это при относительно низких частотах и небольшом Ga одиночных антенн стека. С ростом этих величин растет и требуемая высота мачты. Так для антенны 2 на рис. 10.1.3 (стек из двух четырехэлементных антенн Уда-Яги на диапазон 21 МГц) прибавка усиления + 3 дБ достигается только при мачте высотой 3l. А для стека диапазона 28 МГц – при матче почти 4l.
В любительских диапазонах при физической высоте мачты ниже 15 м (для 28 МГц) … 20 м (для 14 МГц) применение стека бессмысленно. Для действительно хорошей работы КВ стека нужны мачты высотой 25… 40 м.
Могут возразить, что стеки применяют не только для роста усиления, но и для улучшения зенитной ДН. Тут все зависит от того, что понимать под улучшением:
Последний эффект показан на рис. 10.1.4. Отчетливо видно, что в стеке зенитный угол выше. Немного, на 10 … 20, но выше. Для DX-связей это плохо всегда. Но для крупных contest станций (а это основные пользователи стеков) при больших высотах мачт, это может оказаться благом.
Дело вот в чем: в тесте большое количество связей с густо населенными регионами (например, США) не менее важно, чем DX-связи. И у высоко подвешенной одиночной антенны зенитный угол может оказаться слишком низким для уверенной обработки таких регионов.
Например, из центральной Европы до США около 7 тыс. км. Оптимальные зенитные углы для такой трассы составляют 80…150 (см. рис. 3.1.4 и 3.1.5). А у одиночной антенны при высотах подвеса более 2l максимум зенитного излучения лежит ниже. И такая антенна, будучи очень хорошей для связей на расстояния более 10 тыс. км, в США может проигрывать более простой и низко подвешенной. Поднятие зенитного угла в стеке на 10 ...20 может улучшить ситуацию.