Рис. 5.1.5.
У симметричного диполя вблизи l/2 резонанса Ra(f) меняется относительно медленно. Ниже частоты полуволнового резонанса Xa<0, выше Xa>0. Соответственно, если мы хотим получить два резонанса, то реактивность СУ должна быть положительной на низшей частоте и отрицательной - на высшей.
Какая цепь имеет такие характеристики?
Правильно - обычный параллельный колебательный контур. Ниже резонансной частоты он имеет X>0, выше - X<0. Поэтому, если в точку питания обычного l/2 диполя включить параллельный LC контур, то получится два резонанса. В принципе, такую процедуру мы уже проделывали. В п. 3.5.12.1 для расширения полосы антенны. Но там два резонанса были расположены очень близко друг к другу (что и обеспечивало расширение полосы). В данном же случае мы желаем растащить резонансные частоты кардинально. Так, чтобы они попали в два разных диапазона. Для этого параллельный LC контур включается последовательно с источником.
Пример такой антенны показан в файле …14-21Lcdipole.maa. Симметричный диполь 8 м, с LC контуром (параллельный С=88 pF, L=1,045 мкГн) в точке питания резонирует в диапазонах 14 и 21 МГц. На 14 МГц диполь физически коротковат (но индуктивность контура удлиняет его электрически), поэтому Ra около 50 Ом, что меньше чем у полноразмерного. На 21 МГц диполь физически длинный (ёмкость контура его электрически укорачивает), поэтому Ra около 100 Ом. При питании по кабелю 75 Ом КСВ в обоих диапазонах около 1,5.
Другой пример приведен в файле …18-24LCdipole.maa. Диполь 6,8 м с контуром (С=98 пФ, L=0,57 мкГн) в точке питания резонирует в диапазонах 18 и 24 МГц.
Поскольку у рамочных антенн зависимость jX(f) имеет качественно такой же вид, как и у диполя, то вышеупомянутый приём применим и к рамкам. В файле …14-21LC quad.maa показан квадрат с периметром 16,8 м. Включение между источником и рамкой LC контура (параллельный, С=58 пФ, L=1,8 мкГн) позволяет получить резонансы в диапазонах 14 и 21 МГц. При самостоятельном проектировании такой антенны надо иметь в виду, что:
- размер антенны должен выбираться так, чтобы сама антенна (еще без контура) имела резонанс примерно на средней частоте между требуемыми диапазонами,
- резонансная частота LC контура должна быть несколько ниже этой частоты.
При оптимизации в MMANA следует задать одновременное изменение трех параметров: размера антенны, L и С, установив в окне "Источник по диапазонам" частоты обоих диапазонов. Изменение L влияет в основном на низший диапазон, изменение С - высший. Конечно же, имеется взаимное влияние настроек одного диапазона на другой, но процесс, в принципе, сходящийся.
Не следует забывать, что на низшем диапазоне такая антенна является укороченной, со всеми вытекающими из этого факта последствиями (раздел 3.7)
Легко понять, что если в точку питания диполя включить не один параллельный LC контур, а два последовательно, то антенна будет иметь уже три резонанса. Но настроить такую антенну отнюдь не так легко, как её понять. Требуется одновременное изменение и размеров диполя и элементов обоих контуров. Поэтому на практике такие трехрезонансные диполи применяются редко, в основном как активные элементы трехдиапазонных направленных антенн. Пример такого диполя с размерами 6,8 м и двумя LC контурами (с частотами 16,2 и 25,6 МГц) показан в файле …14-21-28 LСdipole.maa. Этот диполь резонирует в диапазонах 14, 21 и 28 МГц, и имеет Ra 44, 70 и 200 Ом соответственно.
Для GP способ с последовательным включением в точку питания параллельного LC-контура лишен практического смысла. Нет, два резонанса получаются. Однако Ra у GP даже при его высоте l/4 низковато для хорошего согласования с коаксиальным кабелем. При описанном же выше приёме первый резонанс расположен ниже по частоте. Ra вертикала оказывается там совсем низким (см. рис. 3.4.4) и КСВ получается недопустимо высоким, даже несмотря на jXa=0.
Поэтому для двухдиапазонных вертикалов используют иной способ. Взглянём еще раз на зависимость Ra(f) на рис. 3.4.4. Проведем мысленно на этом рисунке горизонтальную линию на уровне 75 Ом. Она пересечется с графиком для тонких (l/d=10000) GP дважды: первый раз при высоте около 0,3l (jXa>0), второй - при высоте около 0,625l (jXa<0). Значит, для получения двух резонансов при обеих высотах последовательно с GP надо включить согласующую цепь, jX которой положительно на низшей частоте и отрицательно на высшей. Такими свойствами обладает последовательный LC контур: ниже его резонансной частоты его jXa<0, а выше jXa>0.
Именно так сделан двухдиапазонный GP (файл …VertUA3SFH.maa) высотой 6,35 м. Последовательный LC контур в точке питания (L=2,8 мкГн, С=28 пФ) приводит к тому, что антенна резонирует в диапазонах 14 и 28 МГц. В обоих диапазонах КСВ<1,2 в линии 75 Ом.
Но линия 75 Ом это не самый распространенный случай. Чаще требуется согласование с кабелем 50 Ом. К сожалению тонкий двухдиапазонный GP сделать так нельзя. Вернее его можно согласовать, но это не имеет практического смысла: для 50 Ом на высшем диапазоне GP должен иметь высоту 0,7l. А при такой высоте лепесток ДН в вертикальной плоскости задерется вверх и проку от такой антенны будет немного (п. 4.2.3).
Чтобы все-таки сделать двухдиапазонный GP на данном принципе под 50 Ом надо снижать l/d и выбирать высоту GP на высшем диапазоне около 0,64…0,67l. Придётся смириться с некоторым ухудшением ДН на высшем диапазоне и снижением Rа до 40…45 Ом на низшем. Такой вертикал высотой 10,7 м и диаметром 30 мм показан в файле …7_18 vertical.maa. LC контур в точке питания (L=1,9 мкГн, С=200 пФ). На 7 и 18 МГц КСВ<1,2 в линии 50 Ом.
Очень хорошие результаты для линии 50 Ом получаются, если использовать GP с емкостными нагрузками. В отличие от обычного, у такого GP удается получить и хорошие согласование и ДН в обоих диапазонах. Пример показан в файле …7_14_LC.maa. GP высотой 9 м с парой проволочных емкостных нагрузок длиной 3,85 м сверху согласован последовательным LC контуром (L=6 мкГн, С=62 пФ). На 7 и 14 МГЦ КСВ<1,1 в линии 50 Ом. Вариант этой же антенны с тремя емкостными нагрузками показав в файле …7_14_LC1.maa.
Можно сделать двухдиапазонным и укороченный GP. Способ показан на рис 5.1.5 (файл …Short gp80-40.maa).
В диапазоне 3,5 МГц электрическая высота около 0,15l. Согласование осуществляется обычным для укороченного вертикала образом: парой индуктивностей (см. п.3.7.2). Резонансные частоты контуров L1C1 и L2C2 выше 3,5 МГц, поэтому в диапазоне 80 м оба контура имеют положительное jX, что и позволяет им работать в качестве удлиняющих катушек.
В диапазоне 7 МГц электрическая высота вертикала 0,27l, т.е. слегка удлинённый. Ra около 50 Ом и согласующая цепь должна лишь убрать +jXa, то есть, представлять собой последовательное ёмкостное jX (см. п. 3.5.8). В схеме рис. 5.1.5 это достигается так:
Контур L2C2 настроен на 7,05 МГц, поэтому в диапазоне 40 м он служит изолятором, не пропуская ток сквозь себя. Т.е., по сути не участвует в работе антенны.
Резонансная частота контура L1C1 около 5 МГц. Поэтому на частоте 7 МГц он представляет собой емкостное jX, согласующее антенну в диапазоне 40 м.
Таким образом, антенная система, показанная на рис. 5.1.5 имеет хорошее согласование в диапазонах 80 и 40 м. Платой за это является довольно кропотливая процедура настройки, описанная в комментариях к файлу …Short gp80-40.maa.
Сложность состоит в том, что имеется взаимное влияние настроек обоих диапазонов. В принципе, при использовании сложных схем СУ, можно без переключений получить хорошее согласование с одной антенной в 3..4 диапазонах. Практически же такие системы используются крайне редко из-за большой трудоёмкости настройки.