7.5.5.1. Двухэлементные четвертьволновые с переключением на два направления

Если используются строго вертикальные элементы (проволочные, свисающие с троса, как на рис. 7.5.15 или две мачты), то у двухэлементной l/4 антенны хорошую ДН с приличным F/B можно получить лишь в конфигурации W-D и при довольно малом (несколько сотых l) межэлементном расстоянии. А это, кроме узкой полосы, дает Ra < 10 Ом, что накладывает драконовские требования к сопротивлению заземления. Оно должно не более 1 Ома, иначе существенно снизится усиление. Но посмотрите табл. 3.4.1, что надо для сопротивления заземления 1 Ом: более сотни радиалов по 0,4l, т.е. почти невыполнимо.

Увеличение расстояния свыше 0,1l Ra существенно не поднимает, а F/B падает намного. Если что-то вынуждает использовать именно двухэлементную W-D антенну из прямых вертикальных элементов, то единственное приемлемое решение состоит в существенном (почти в полтора раза) увеличении высоты обеих элементов для повышения Ra до 50 Ом (что снижает до обычных требования к радиалам). Появившаяся из-за этого +jXa убирается последовательным конденсатором (пп. 3.5.8 и 4.2.2). Полученная антенна на диапазон 7 МГц показана в файле …L4_2el_40.gaa. Это две мачты высотой по 14,5 м на расстоянии 4 м. Последовательно с каждой из мачт стоит по конденсатору 112 пФ. Схема коммутации совпадает с показанной на рис. 7.4.3, только длины кабелей от реле до элементов составляют 8,8 м.

Но все же существенное увеличение высоты – не лучший вариант. Мы-то вообще l/4 антеннами занялись не от хорошей жизни, а от нехватки высоты мачт.

Попробуем увеличить F/B и Ra по другому. Используем конфигурацию R-W и увеличим расстояние между основаниями элементов до 0,17…0,2l. Ra при это возрастет до нескольких десятков ом. F/B при этом, конечно, рухнет. Это если элементы, как в обычной антенне Уда-Яги, параллельны друг другу. Но почему мы обязаны использовать именно такие?

Вспомним пп. 7.3.1 и 7.3.2: если оставить середины элементов на относительно большом расстоянии друг от друга, а их концы свести поближе (П-образно или V-образно), то за счет появления дополнительной емкостной связи между концами элементов появляется еще одна степень свободы в регулировке распределения токов. И, как следствие, возможность обеспечить точный баланс токов в элементах, а значит и высокое F/B. Этот прием возможен и в 2-х элементной вертикальной l/4 антенне. Сведем верхушки элементов поближе и за счет этого достигнем высокого F/B без падения Ra.

Получившаяся антенна показана на рис. 7.5.16 и в файле …L4_2elV_40.gaa (диапазон 7 МГц). Ее F/B превышает 30 дБ. При всей внешней незатейливости проектирование такой антенны дело непростое. Требуется понимание, какие размеры на что влияют и многофакторная оптимизация в GAL-ANA. Причем второе невозможно без первого. Приведу список влияний в этой антенне:


Рис. 7.5.16.

Схема коммутации этой антенне точно такая же, как и в предыдущей, отличаются лишь емкости конденсаторов (по 182 пФ) и длины кабелей от коммутатора до элементов (по 10,5 м). Параметры переключения: AН = 700, DG = –4,8 дБ, BMIN = 4,8 дБ.

Следующим логичным шагом будет применение П-образных элементов. Антенна будет выглядеть приблизительно как половинка прямоугольника Моксона (п. 7.3.1). Но именно приблизительно. Если мы просто отпилим пол-антенны рис. 7.3.2, то получим Ra около 25 Ом. Чего нам (имея в виду переключение и питание по кабелям 50 Ом) совершенно не надо. Требуется 50 Ом. Да и влияние близкой земли на F/B ощутимо. В общем, антенну придется проектировать с нуля, применив принципы оптимизации, описанные в п. 7.3.1. И не забыв, что для возможности реверсирования ДН оба элемента должны иметь одинаковые размеры.

Задав многофакторную оптимизацию по высоте элементов (обоих совместно), длины горизонтальных проводов (также одновременно для обоих), расстоянию между элементами и индуктивности рефлектора эту задачу можно решить.

Результат для CW участка диапазона 80 м и проволочных элементов показан на рис. 7.5.17 и в файле …L4_2el_80.gaa. Антенна подвешена на тросе высотой чуть более 11 м, но при этом имеет довольно широкую полосу (более 100 кГц как по КСВ < 1,5, так и по F/B > 12 дБ) и хорошее F/B, достигающее 30 дБ на средней частоте. Параметры переключения: AН = 00, DG = –2,5 дБ, BMIN = 2,5 дБ.


Рис. 7.5.17.

Аналогичная антенна, но на диапазон 7 МГц и на основе двух мачт высотой по 6,8 м показана в файле …L4_2el_40T.gaa.

Близкая по принципу работы проволочная двухэлементная антенна на SSB участок диапазона 80 м показана на рис. 7.5.18 (файл …80_2elV.gaa). Она монтируется на одной мачте, а части растяжек верхнего яруса используются в качестве верхушек элементов.


Рис. 7.5.18.

Схема коммутации трех последних антенн такая же, как и на рис. 7.4.1, только длины кабеля от реле до вибраторов выбираются в соответствии с необходимой индуктивностью (в окне LC из линии GAL-ANA).

…Здесь читатель и упрекнет автора. Мол, что ж это такое? Сам же писал, что антенны с дополнительной емкостной связью между концами элементов сложны в проектировании, потому что много параметров связанных. Для горизонтальных (того же прямоугольника Моксона) дал множество файлов для разных высот и материалов. А для вертикальных только 4 примера и все. Крутись, читатель, как хочешь. Почему бы и для вертикальных семейство примеров не дать? Отвечаю. Дорогой читатель, в данном случае от индивидуального проектирования под свои условия никуда не деться. Ну, дам еще десяток примеров, и что? Я ведь не знаю, какую мачту вы применяете, какие растяжки, какие антенны других диапазонов и кабеля к ним идут, какая именно у вас земля. А ведь для описанных выше антенн и мачта и растяжки получаются длиной около l/4. Конечно, точного резонанса вы не допустите. Но ведь при уровне F/B > 20 дБ даже очень небольшого всенаправленного излучения неучтенной растяжки или мачты вполне достаточно, чтобы ощутимо «уронить» F/B. К счастью, в антеннах с комплексной связью между элементами можно настройкой-оптимизацией скомпенсировать в направлении назад излучение не только вибратора, но и от паразитных переизлучающих конструктивных частей. Но сперва эти самые части (мачта, растяжки, соседние антенны) должны быть нарисованы в модели. В горизонтальной антенне перпендикулярная мачта и растяжки влияют мало, а вот в вертикальной, они находятся практически внутри антенны параллельно элементам, поэтому их влияние ощутимо.

Но вернемся к нашим антеннам. Последняя конструкция этого параграфа в качестве элемента использует перевернутый l/4 GP (п. 4.2.7). И даже не один такой GP, а два включенных синфазно: П-образный элемент, показанный на рис. 5.2.9. Существенным плюсом такого элемента является то, что он выполняется на одном тросе и не требует радиалов внизу и соединения с землей. Нет, ВЧЗ в этом элементе присутствует. Но сверху. Его роль выполняет l/2 горизонтальный провод, который можно рассмотреть как два последовательно включенных l/4 радиала. Токи в половинках этого провода противофазны, поэтому он излучает мало, что и требуется от ВЧЗ. Поставив два таких элемента, и включив в один из них индуктивность (чтоб он заработал рефлектором), получим антенну рис. 7.5.19 (файл …2 el semi quad.gaa, диапазон 7 МГц).


Рис. 7.5.19.

При небольшой высоте нижних концов над землей (например, 1 м, как в файле …2 el semi quad.gaa) Ra = 50 Ом. Реактивность рефлектора и коммутация выполняются так же, как на рис. 7.4.2, 7.4.3 (с соответствующей коррекций длины отрезков от коммутатора до элементов под требуемую индуктивность). Поскольку одиночный элемент антенны рис. 7.5.19 сам представляет собой два синфазных GP на расстоянии l/2, то усиление большое, на 8 дБ лучше, чем у одиночного l/4 GP, а азимутальная ДН относительно узка, около 700. Соответственно, ширина нерабочих зон довольно велика, AН = 2200. Остальные параметры переключения: DG = –15 дБ, BMIN = 15 дБ. Антенна также имеет неплохую полосу. Например, в диапазоне 40 м:

- 180 кГц по КСВ < 1,5;

- 80 кГц по F/B >12 дБ.

Если с высотой совсем плохо, то можно выполнить антенну, аналогичную рис. 7.5.19 со следующими размерами (файл …80_2HS.gaa):

- высота 0,2l;

- ширина 0,6l;

- расстояние между элементами 0,11l;

- пассивный элемент включен директором.

Кроме уменьшенной высоты, других плюсов эта антенна не имеет. Неудобное Ra = 25 Ом (питание по двум, параллельно включенным кабелям 50 Ом), очень узкая полоса (в диапазоне 80 м всего 25 кГц по уровням КСВ < 1,5 и F/B >12 дБ), не очень высокое F/B, едва превышающее 15 дБ.


 

<< На главную - Main page