Рис. 11.1.12.
"Тройной квадрат" отличается от QQ наличием директора. Значит, в многодиапазонном варианте справа от вибратора (в сторону основного излучения) появятся паразитные элементы – директора других диапазонов.
А это, как указывалось в п. 11.1.1 не очень хорошо. В самом деле – наличие каких-то посторонних проводников в пространстве формирования главного лепестка антенны не может не привести к большим токам в них. Поле-то в этом месте велико.
Для дипольных элементов (п. 11.1.2) мы всячески избегали наличия паразитных элементов справа от вибратора. Если таковые оказывались, то даже при нерезонансных их размерах приходилось ощутимо корректировать размеры директоров и вибратора других диапазонов. А уж если паразитный элемент оказывался рефлектором, то антенна Уда-Яги в таких условиях работать отказывалась принципиально (рис. 11.1.1).
Многодиапазонный "тройной квадрат" ведет себя в этом смысле намного лучше, чем Уда-Яги. Он гораздо слабее реагирует на паразитные элементы справа от вибратора.
Более того, он переносит даже наличие паразитного рефлектора в направлении главного излучения, реагируя лишь сужением полосы. Правда, для того, чтобы антенна перенесла такое безобразие, ее основной рефлектор не должен быть испорчен паразитным директором.
Это, впрочем, понятно. "Тройной квадрат" (как и любая другая антенна) телепатией не владеет. Чтобы понять, что мы считаем главным направлением излучения, основной рефлектор (задающий направление) должен быть "чистым", без паразитных элементов резонирующих около рабочего диапазона. Тогда антенна "понимает", куда ей надо излучать, и в главном направлении из пары основной директор – паразитный рефлектор делает правильный выбор.
Суммируя это с изложенным в п .11.1.3.1 про влияние паразитного директора внутри основного рефлектора QQ, а также с данными п. 11.1.2 можно сделать следующие выводы для трех- и более элементных многодиапазонных антенн:
Если справа (в сторону главного лепестка) от вибратора имеется паразитный рефлектор, то антенна Уда-Яги работать откажется полностью. Многоэлементный "квадрат" в таких же условиях будет работоспособен, если внутри основного рефлектора не будет паразитного директора. Если же таковой все-таки будет – антенна перестанет быть направленной. В самом деле, поставьте себя на место вибратора в такой ситуации. Слева – основной рефлектор + паразитный директор, справа – паразитный рефлектор + основной директор. Но это мы считаем что-то основным, а что-то паразитным. Вибратор же видит симметрично расположенные одинаково резонирующие элементы как слева, так и справа. Как ему узнать, что мы считаем главным направлением?
Если слева (в направлении заднего лепестка) от вибратора имеется паразитный директор, то антенна Уда-Яги будет работать, потребовав лишь подстройки основного рефлектора. "Квадраты" тоже будут работать, причем подстройки рефлектора потребуют меньшей.
Рамочные элементы лучше развязаны друг от друга (см. начало п. 11.1.3).
Многоэлементные «квадраты» более терпимо относятся к наличию паразитных элементов внутри себя. Они могут переносить (реагируя лишь сужением полосы) даже резонирующие паразитный директор позади вибратора и паразитный рефлектор впереди его (но только не одновременно).
Они прощают большие погрешности в изготовлении и настройке.
По этим причинам многодиапазонные многоэлементные рамочные антенны намного более удобны для самостоятельного проектирования и изготовления. Напротив, многодиапазонные антенны Уда-Яги требуют тщательного предварительного моделирования, поэтому чаще приобретаются готовыми, чем делаются самостоятельно.
Особенно заметна эта разница была в докомпьютерную эпоху, когда расчет сложной антенны радиолюбителем был делом практически нереальным. Тогда подход "сделать все рамки примерно как у однодиапазонной антенны, а потом долго настраивать" был оправдан (хотя настройка могла занять очень много времени, особенно, учитывая сужение полосы из-за влияния других диапазонов). А многодиапазонную Уда-Яги методом "практического эмпирического тыка" настроить фактически невозможно. Во всяком случае, это требовало гораздо больше сил и времени, чем настройка антенны с рамочными элементами. И без предварительного расчета вовсе не гарантировало результат.
В настоящее время, благодаря компьютерному моделированию, эта разница нивелировалась. И для "квадраты" и Уда-Яги надо предварительно моделировать. И при корректной модели настройка фактически не требуется. Только аккуратно воплотить модель в металл.
Тем не менее, если реальная обстановка около антенны ощутимо отличается от расчетной (чужие провода, растяжки, другие антенны, и т.д.), многодиапазонные многоэлементные рамочные антенны оказываются предпочтительнее даже при самом тщательном моделировании. Ведь в модели, как правило, трудно или вовсе невозможно описать близко расположенное окружение (что, например, прикажете делать в модели с близко расположенной лифтовой будкой, из которой выходят неизвестно к чему подключенные провода?). Поэтому может потребоваться подстройка «по месту». И тут, рамочные элементы с их настроечными шлейфами, расположенными внизу (ну, во всяком случае, на l/8 ниже траверсы) оказываются более практичными, чем трубчатые дипольные элементы Уда-Яги, которые придется подстраивать на полной высоте.
"Тройной квадрат" выгодно отличается от QQ тем, что его Ra без особых проблем можно сделать 50 Ом (п. 7.56.5.2) , т.е. обойтись без согласования. Конструктивно многодиапазонный "тройной квадрат" выполняется только на траверсе. "Еж" в данном случае непригоден.
Первая антенна в этом параграфе это двухдиапазонный (18 и 21 МГц) "тройной квадрат". Она показана в файле …3el_17-15QQ.gaa и на рис. 11.1.12. Конструктивно антенна размещена на траверсе длиной 5 м с двумя крестовинами.
Электрические параметры антенны в каждом диапазоне почти соответствуют однодиапазонным "тройным квадратам". Лишь на 18 МГц полоса по F/B немного сужается. Но т.к. она в любом случае остается шире разрешенной полосы в этом диапазоне, то практического значения это не имеет. Полосы антенны в диапазоне 21 МГц составляют: по уровню F/B > 12 дБ – 600 кГц, по уровню КСВ < 1,5 – 230 кГц, по уровню КСВ < 2 – 460 кГц (все цифры для свободного пространства).
Но всего два диапазона на одной траверсе – это слишком расточительно. Как правило, если основой конструкции служит "тройной квадрат", то делают три диапазона. Обычно это 20, 15 и 10 м. Но тут возникает следующая проблема: электрическая длина траверсы меняется пропорционально длине волны, т.е. от 14 до 28 МГц она меняется вдвое.
Допустим, мы выберем оптимальную длину траверсы для трех рамок (0,38l … 0,52l, см. 7.6.5.2) в диапазоне 21 МГц. Тогда та же самая физическая длина в диапазоне 14 МГц будет 0,25l … 0,34l.
На нижнем пределе (а траверсу все-таки хочется иметь покороче) этой длины недостаточно для трех элементов. А для двух – слишком много. Как следует из рис. 7.6.8 при расстоянии между рамками 0,25l F/B снижается до 17 дБ. А это мало для хорошей антенны.
Поэтому, если предполагается конфигурация 2 рамки на 14 МГц и три на 21 МГц, то свободы в выборе длины траверсы почти нет. Она должна быть длиной 4,4…4,7 м. Только при такой траверсе можно одновременно получить F/B > 20 дБ и хорошее усиление во всех диапазонах:
На 14 МГц получается расстояние 0,21…0,22l между двумя рамками. Это соответствует верхнему пределу (рис. 7.6.7. и 7.6.8) для QQ. Чуть длиннее – и F/B станет меньше 20 дБ. Ra при таком расстоянии получается высоким, около 150 Ом (рис. 7.6.1.2), требуется согласование.
На 21 МГц длина траверсы получается 0,31l … 0,33l. Для "тройного квадрата" это маловато (рис. 7.6.23 и 7.6.24), особенно если имеется в виду получить Ra = 50 Ом. Тем не менее, небольшой расстройкой пассивных элементов можно поднять Ra до 50 Ом. Правде это оплачивается падением F/B (но оно остается выше 20 дБ) и усиления на 0,5 дБ.
На 28 МГц длина антенны составит 0,41l … 0,44l. Это в середине интервала оптимальных длин (п. 7.6.5.2), поэтому антенна имеет максимальные для "тройного квадрата" характеристики и Ra = 50 Ом.
Такая антенна с длиной траверсы 4,5 м показана в файле …M2-3cqw.gaa и на рис. 11.1.13 (характеристики и ДН на этом рисунке соответствуют диапазону 21 МГц).
Основные параметры антенны рис. 11.1.13 в свободном пространстве показаны в табл. 11.1.4. Широкая полоса в диапазоне 14 МГц объясняется большой (для 2 элементов) длиной траверсы и высоким Ra.
Табл. 11.1.4.
| Диапазон | Ra, Ом | Ga, dBi | Макс. F/B, дБ | Полоса по уровню: | ||
| F/B > 12 дБ, кГц | КСВ < 1,5, кГц | КСВ < 2, кГц | ||||
| 14 МГц | 140 | 6,9 | 20 | 380 | 600 | 900 |
| 21 МГц | 50 | 8,6 | 22 | 400 | 300 | 490 |
| 28 МГц | 50 | 9,4 | 22 | 1200 | 290 | 520 |
Если же мы не очень ограничены длиной траверсы, то имеет смысл удлинить ее. Так, чтобы на 14 МГц поместились бы три рамки. Как мы видели несколькими строками выше, это требует минимальной длины 0,31l, т.е. 6,6 м.
На 21 МГц это составит 0,46l, что позволяет реализовать как три, так и 4 элемента для этого диапазона.
На 28 МГц 6,6 м соответствует 0,62l. Это чересчур много для 3 элементов (п. 7.6.5.2), поэтому для этого диапазона должны использоваться 4 рамки.
Из конструктивных соображений в антенне с траверсой 6,6 м применяют 4 элемента на 21 МГц. Как ни странно, это реализовать проще, чем 3. Дело в том, что при четырех элементах на 21 МГц они могут быть совмещены (т.е. растянуты на тех же крестовинах) с элементами 28 МГц.
А в случае трехэлементной антенны на 21 МГц ее вибратор не совпадает по положению на траверсе ни с вибратором 14 МГц, ни с вибратором или первым директором 28 МГц. Поэтому потребуется еще одна крестовина.
Такая антенна показана в файле …344.gaa и на рис. 11.1.14 (характеристики и ДН на этом рисунке соответствуют диапазону 21 МГц).
Основные параметры антенны рис. 11.1.14 в свободном пространстве показаны в табл. 11.1.5. Узкая полоса в диапазоне 14 МГц объясняется малой для трех элементов длиной траверсы и относительно низким Ra.
Табл. 11.1.5.
| Диапазон | Ra, Ом | Ga, dBi | Макс. F/B, дБ | Полоса по уровню: | ||
| F/B > 12 дБ, кГц | КСВ < 1,5, кГц | КСВ < 2, кГц | ||||
| 14 МГц | 45 | 8,8 | 20 | 350 | 130 | 280 |
| 21 МГц | 50 | 9,7 | 27 | 500 | 180 | 420 |
| 28 МГц | 50 | 10,4 | 32 | 1200 | 350 | 500 |
Добавив к антенне рис. 11.1.14 две рамки на 7 МГц можно получить хорошую четырехдиапазонную антенну. При этом потребуется лишь минимальная коррекция рамок диапазона 14 МГц, остальные ВЧ-рамки останутся без изменений.
Существуют многодиапазонные направленные рамочные антенны с еще большим количеством диапазонов. При длине траверсы 6,6 … 8 м реализуются даже 7-ми диапазонные (7, 10, 14, 18, 21, 24 и 28 МГц) конструкции. Однако и проектирование, и изготовление, и настройка таких систем задача отнюдь не массовая, поэтому описывать их здесь не стану. Надо же где-то поставить точку и перейти к следующему параграфу.