Рис. 5.4.1.
Вернемся на минутку в п. 3.7.2 и посмотрим на рис. 3.7.3. Обычный укороченный катушками (расположенными недалеко от краев) диполь. Электрическая длина антенны l/2, а физическая несколько меньше из-за удлиняющего действия катушек. Также мы знаем (п. 4.1.2), что симметричный диполь (обычный, не укороченный) имеет резонанс на третьей гармонике, когда его длина достигает 3/2l (т.е. отношение частот полутораволнового и полуволнового резонансов в обычном диполе близко к 3).
Очевидно, что и для укороченного катушками диполя (рис. 3.7.3) найдется частота, на которой его электрическая длина достигнет 3/2l. Столь же очевидно, что физический размер диполя при этом будет существенно меньше 3/2l, за счет сильного укорачивающего действия катушек на более высокой частоте. Т.е. отношение частот полутораволнового и полуволнового резонансов (FMAX/FMIN) в диполе, укороченном катушками, будет заметно ниже 3. В любительской практике желательно иметь это отношение равным 2 (частоты основных любительских диапазонов кратны двум).
Пример такого диполя показан на рис. 5.4.1 (файл …Dipole_3,5-7.maa).
В диапазоне 3,5 МГц (см. распределение тока в верхней половине рис. 5.4.1) это обычный, укороченный катушками диполь с электрической длиной l/2.
В диапазоне же 7 МГц распределение тока почти такое же, как и в обычном, полноразмерном l/2 диполе и, соответственно, антенна имеет почти такие же характеристики, как и полуволновой диполь. Ток после катушек невелик. Исходя из этого факта, некоторые называют такие катушки нерезонансным трапом, отсекающим дальние части антенны. Эта аналогия не вполне точна: и ток через катушки течет (см. нижнюю половину рис. 5.4.1, в которой показано распределение тока в диапазоне 7 МГц), и установлены они отнюдь не в точках минимума тока (как настоящие трапы), и длина проводников за катушками влияет (хотя и немного) на резонанс в этом диапазоне.
Корректнее говорить, что в этом диапазоне антенна имеет электрическую длину 3/2l, но большая часть двух крайних полуволн (на полутораволновом диполе, по идее должны быть три полуволны тока) "упрятана" (или свернута) в катушки.
В такой антенне катушка устанавливается вблизи минимума тока на высшем диапазоне. Точнее говоря, несколько дальше этого минимума. Это означает, что размер внутренней части антенны (до катушек) должен быть на несколько (5…10) % больше, чем резонансный размер обычной антенны этого диапазона. Взгляните на рис 5.4.1 - внутренняя часть имеет длину 22,2 м, что заметно больше полуволны диапазона 7 МГц.
Чтобы получить отношение FMAX/FMIN = 2 катушки должны быть довольно большими (иначе не удается "согнать" полутораволновый резонанс вниз по частоте так намного, как это требуется в данном случае). Это приводит к сильному укорочению в низшем диапазоне, т.е. отрезки провода после катушек получаются весьма короткими.
Настройка такой антенны непроста даже на модели, не говоря уж о практике. И размеры внутренней и внешней частей антенны и индуктивность катушек влияет на импеданс в обоих диапазонах одновременно. К сожалению, при таких завязках оптимизация MMANA буксует, поэтому приходится искать решение вручную. Имейте в виду, что:
В высшем диапазоне наиболее сильное влияние на резонансную частоту оказывает размер внутреннего провода, индуктивность катушек и длина дополнительных отрезков действуют слабее.
В низшем диапазоне основное влияние оказывают внешние провода и индуктивность катушек. Размер внутреннего провода критичен заметно меньше.
В файлах …Dipole_3,5-7.maa (диполь 3, 5 и 7 МГц), …Inv V 1,8-3,5 with L.maa (Inverted V 1,8 и 3,5 МГц), …7-3,5 GP1.maa (обычный GP 3,5 и 7 МГц) и …7-3,5 GP.maa (GP с емкостными нагрузками GP 3,5 и 7 МГц) приведены готовые решения. Маленькие конденсаторы, стоящие в моделях параллельно катушкам, моделируют паразитную емкость большой катушки. В приведенных выше антеннах отношение FMAX/FMIN = 2.
Чтобы получить отношение FMAX/FMIN < 2 (например, для пар диапазонов 10/7 или 21/14 МГц и т.п.), потребуется заметно увеличить катушку по сравнению со случаем FMAX/FMIN = 2. Это понятно, чтобы понизить FMAX, сгоняя дальше вниз полутораволновый резонанс, необходимо свернуть в катушку больше провода, т.к. возрастает длина волны. Примеры таких антенн показаны в файлах …Dipole_7-10.maa (диполь 7 и 10 МГц), …7-10 GP.maa (GP 7 и 10 МГц) и …Dipole_14-21.maa (диполь 14 и 21 МГц).
Если требуется FMAX/FMIN = 3, то никаких катушек не потребуется. Простой l/2 диполь и так имеет резонанс на третьей гармонике.
Иногда возникает необходимость получить FMAX/FMIN > 3. Тут третьей гармоники для высшего диапазона не хватит. Приходится брать 5/2l резонанс (без катушек он соответствует FMAX/FMIN = 5) и сгонять его вниз по частоте. Таким способом можно получить любое FMAX/FMIN от 3 до 5. Например, в файле …160_40InvV.maa показана Inverted V, работающая на 1,8 и 7 МГц. Большая индуктивность катушек (а она необходима, ведь в данном случае в верхнем диапазоне в катушки сворачивается не две а целых четыре полуволны) приводит к сильному укорочению в низшем диапазоне. С соответствующими последствиями в виде сильного падения Ra и полосы (см. раздел 3.7).