4.2.6. Петлевые

Простой l/4 GP делается так – берется половинка l/2 диполя, поворачивается вертикально, а вместо второй половинки используется ВЧЗ (земля и/или радиалы). Если в качестве исходного материала для этой процедуры взять не простой, а петлевой l/2 диполь, то получится петлевой GP (рис. 4.2.7).

Рис.4.2.7.

Петлевой GP (ПGP) отличается от простого GP тем же (и по точно таким же самым причинам - см. п. 4.1.5), что и петлевой диполь от обычного: вчетверо большим Rа и несколько расширенной полосой. Ra петлевого GP находящегося высоко над землёй составляет 80…90 Ом (файл …Folded GP.maa), а стоящего на поверхности земли (файл …Folded_GP1.maa) 140...150 Ом. Эти данные справедливы при выполнении обоих вертикальных проводов равного диаметра. Если же используются разные по толщине провода (забегая вперёд – так почти всегда и бывает), то Ra изменяется от соотношения диаметров в тех же пропорциях, что и для петлевого диполя – см. табл. 4.1.1.

Петлевые GP (в отличие от петлевых диполей) на КВ используются часто. Причина тому существенная – при расположении на земле один из проводов петлевого GP непосредственно заземлён. То есть в качестве основы можно использовать заземленную металлическую мачту (что гораздо проще конструктивно), а второй провод выполняется как один или несколько тонких проводников спускающихся с верха мачты (параллельно ей) к точке питания.

Это решение имеет много преимуществ:

Эти преимущества столь значимы, что профессиональные антенны средневолновых передатчиков почти всегда выполняют именно как петлевые GP на заземленных мачтах. Иное тут неприемлемо - что вы прикажете делать, если под капитальной мачтой высотой несколько десятков метров прогорит изолятор?

Простой петлевой GP имеет довольно высокое Ra и для согласования с коаксиальными кабелями его надо понижать (исключение – случай питания кабелем 75 Ом высоко поднятого петлевого GP). Это можно сделать несколькими способами:

1. В соответствии с табл. 4.1.1 если диметр провода, в который включен источник, вдесятеро выше заземленного провода, то Ra петлевой антенны снижается в 1,5 раза (т.е для поднятого над землёй ПGP – до 50 Ом). На высокочастотных КВ диапазонах так и делают (файл …Folded GP_50 Ohm.maa). Для высоких же мачт НЧ диапазонов такой способ впрямую неудобен – заземленная мачта сама должна иметь большой диаметр (из соображений механической прочности), и устанавливать рядом с ней изолированную трубу вдесятеро большего диаметра затруднительно. Поэтому поступают точно также как в диполе Надененко (см. параграф 3.3.2, рис 3.2.7) – заменяют толстую трубу набором тонких параллельных проводов. Располагают их по кольцу, вокруг заземленной мачты (файл …fold. unipole shield.maa), так что получается коаксиальная структура – заземленный центральный проводник-мачта и экран-оплётка (большого эквивалентного диаметра, но из тонких проводов), на жаргоне именуемый «юбкой», вокруг неё.

Именно так и выполняют передающие антенны средневолнового радиовещания. Поскольку в конструкциях таких масштабов настройка изменением размера антенны крайне нежелательна, то поступают так – делают мачту несколько больше расчётных размеров. Возможную реактивность jXa убирают последовательным конденсатором (как в файле …fold. unipole shield.maa). А Ra подгоняют под 50 Ом, устанавливая дополнительные перемычки между проводами «юбки» и телом мачты не только сверху, но и ближе к середине. Это уже не чистый петлевой GP, а что-то среднее между ним и антенной с широкополосным гамма-согласованием (см. параграф 3.5.12.5 и файл …ANT/Match/MW-Broadcasting.maa).

2. Еще один способ согласования петлевого GP основывается на том соображении, что если Ra любой антенны уменьшается с её укорочением. То есть надо уменьшить высоту ПGP до тех пор, пока Ra не станет равным 50 Ом. А получившуюся jXa (в данном случае она носит индуктивный характер) убирают последовательным конденсатором (файл …Sh Folded GP.maa). Высота GP при этом получается 0,1…0.15l (в зависимости от соотношения диаметров и расстояния между проводами). По сути – это вариант гамма-согласования укороченного GP (см. параграфы 3.5.10 и 3.7.7.3).

Недостатки этого решения являются следствием того, что это укороченная антенна: уменьшаются КПД и полоса, заметно возрастают требования по снижению потерь в системе радиалов. Последнее вызвано тем, что Rизл ПGP (любого) намного ниже Ra, и в точности равно Rизл обычного GP таких же размеров (см. п.4.1.5). А Rизл GP высотой всего 0,1…0.15ll составляет лишь несколько Ом (см. п. 3.7.1.1). А КПД антенны определяется именно исходя из Rизл (см. п. 3.1.5). Поэтому в данном случае даже лишние несколько Ом потерь в системе заземления могут серьёзно снизить КПД.

3. Приведенный в предыдущем пункте способ укорочения не единственный. Применительно к петлевым GP очень хорошие результаты даёт укорочение изломом (см. 3.7.5). В самом деле: загибание в сторону верхней части полноразмерного ПGP конечно понизит его Ra. Где-то на этом пути можно найти и 75 и 50 Ом входного сопротивления (рис. 3.7.14 и файл ….ANT\Short\Fractal\FoldedGP75_3.maa). Физическая высота антенны при этом обычно 0,1…0.12l (зависит от соотношения диаметров, угла загиба и высоты подвеса). Этот способ согласования (укорочения) несколько лучше по Ga и полосе, чем предыдущий. Расположение и форма загнутой части не имеют большого значения. По конструктивным соображениям загнутую часть лучше раздвинуть, и выполнить в виде треугольника. Это позволит использовать в качестве сторон треугольника отрезки верхнего яруса растяжек мачты (файл ….ANT\Short\Fractal\80vvert.maa).

4. Провода, образующие ПGP вовсе не обязательно располагать параллельно. Можно (сохранив общий периметр антенны l/2) раздвинуть провода петлевого GP в рамку (рис. 4.2.8).


4.2.8.

Конечно, при этом уменьшится высота антенны (обычно до 0,15…0,18l) и снизится Ra. Что нам и требуется для согласования с коаксиальным кабелем, см. файлы …Folded_GP1_75.maa и Folded_GP1_50.maa. Форма рамки не очень критична и вполне допускает произвольные изменения под местные условия. Можно даже не сводить внизу вместе два провода ПGP. Антенна при этом приобретает П-образную форму (рис. 4.2.9, файл … Folded_GP_Long.maa).


Рис. 4.2.9.

Такая антенна удобна, если неподалёку имеется заземленная труба, внизу которой нельзя расположить точку питания, но можно зацепить провод за её верх. Недостатком антенны рис. 4.2.9 является то, что требуется две системы радиалов – под каждой из половинок антенны. Крайне желательно соединить проводом эти системы. ДН в горизонтальной антенны рис 4.2.9 отличается от привычного круга. Взгляните на распределение токов на рис. 4.2.9. Ток в горизонтальном проводе противофазен, и поэтому практически не излучает. В вертикальных же половинках антенны токи синфазны. А поскольку эти половинки удалены на значительное (> l/4) расстояние друг от друга, то их излучение складывается в фазе только вдоль оси Х. Поэтому ДН в горизонтальной плоскости имеет вид эллипса с максимумами по оси Х, излучение вдоль оси Y меньше на 6 дБ.

Несмотря на то, что два последних способа согласования требуют серьёзного изменения формы ПGP, ДН в вертикальной плоскости таких антенн остается практически такой же, как и у обычного GP.


На главную - Main page