8.1.2.1. Укорочение индуктивностью

Как мы знаем из п. 3.7.2 это самый неэффективный способ. Но из-за конструктивной простоты он находит применение при небольшом укорочении.

На рис. 8.1.1 показаны зависимости Ga от коэффициента укорочения для 2-х элементной антенны Уда-Яги диапазона 20 м с катушками в середине каждого элемента. Вернее, для двух таких антенн:

  1. Элементы и катушки выполнены из проволоки 2 мм, холостая добротность катушек QХХ = 300 (хорошие проволочные катушки). Такая антенна при КУ = 0,7 показана в файле … 2el_Uda_Wire.gaa.
  2. Элементы выполнены их труб диаметром 20 мм, а холостая добротность катушек QХХ = 700 (очень хорошие катушки, намотанные прутком или трубкой). Такая антенна при КУ = 0,65 показана в файле …2el_Uda_Tube.gaa.

В обоих вариантах размеры элементов одинаковы, настройка осуществляется катушками.


Рис. 8.1.1

При построении графика GAL-ANA искала индуктивности, расстояние между элементами и способ включения пассивного элемента, одновременно по критериям максимумов Ga, F/B и минимума jXa. Обратите внимание, предыдущее предложение не формальная дань традиционному описанию графика, а описание общего подхода и к построению графиков этого параграфа, и к практическому проектированию укороченных направленных антенн. В самом деле, нам надо не теоретическое исследование, а знание как при заданном КУ сделать направленную антенну и чего от нее ждать.

В результате такого подхода оптимизация обнаружила, что при КУ < 0,92 … 0,95 в 2-х элементной антенне Уда-Яги с катушками пассивный элемент должен быть не директором (как в полноразмерной, см . п. 7.2.2.1), а рефлектором. Причина в том, что при укорочении индуктивностью выбрасываются средние части с максимальным током. Поэтому связь между элементами становится чуть менее токовой, и чуть более емкостной (эта фраза способна своей корявостью вызвать ужас у специалиста. Но других слов наглядно поясняющих суть дела мне подобрать не удалось). А по правилу, приведенному в п. 7.2.2.1, при емкостной связи высокое F/B достигается лишь при включении пассивного элемента рефлектором.

На практике это означает, что 2-х элементной антенне Уда-Яги диапазона 20 м с катушками второй элемент всегда включен рефлектором. В самом деле, КУ > 0,92 … 0,95 никогда не используются. Нет смысла из-за всего лишь нескольких % укорочения идти на конструктивные сложности с катушками. Проще уж сделать полноразмерную антенну.

Кроме того, автоматическая оптимизация обнаружила, что с укорочением элементов растет оптимальная длина траверсы: от 0,05l при КУ = 1, до 0,15l при КУ = 0,4.

После всех этих предисловий обратимся к графикам рис. 8.1.1. Они показывают, в общем, тривиальные вещи: укорочение элементов, снижение их диаметра и QХХ катушек ведут к падению усиления. Причин две: основная – тепловые потери в металле (а токи в антенне растут с укорочением, из-за уменьшения Ra), дополнительная – снижение усиления укороченного диполя из-за расширения его ДН.

Определившись с тем, какое падение усиления для вас приемлемо, по графикам рис. 8.1.1 можно найти минимально допустимый коэффициент укорочения. Если в качестве границы принять – 3 дБ, то для проволочной антенны КУ не должен быть ниже 0,45, а для элементов из труб – не ниже 0,3.

Но падение усиления не единственный критерий. Часто важнее оказывается полоса. Её зависимость от КУ показана на рис. 8.1.2. Графики этого рисунка построены для тех же условий, что и рис. 8.1.1.


Рис. 8.1.2

Понятно, что с укорочением полоса падает. Более медленное падение графика для проволочной антенны и выигрыш ее по полосе при КУ < 0,8 это не достоинство, а недостаток. Причина: рост омических потерь в катушках (увеличиваются вместе с индуктивностью). Поэтому такое расширение полосы оплачивается соответствующим падением КПД и Ga (взгляните на рис. 8.1.1).

На рис. 8.1.3 и 8.1.4 показаны аналогичные графики для 3-х элементных антенн Уда-Яги с катушками в центрах элементов. Проволочная 3х-элементная Уда-Яги при КУ = 0,85 показана в файле …3el_Uda_Wire.gaa. Антенна с трубчатыми элементами при КУ = 0,65 – в файле … 3el_Uda_Tube.gaa. На этих рисунках видны, те же закономерности, что и для 2-х элементной антенны Уда-Яги.


Рис. 8.1.3

Рис. 8.1.4

Совместный анализ рис. 8.1.1 ….8.1.4 позволяет сформулировать следующую рекомендацию: в передающей 2-х…3-х элементной антенне Уда-Яги с катушками в центре элементов не следует использовать КУ < 0,6 во избежание падения Ga более чем на 1… 1,5 дБ и полосы более чем вдвое.

 Конечно, эта рекомендация не абсолютна, в зависимости от конкретного случая вы может применять и иные критерии, руководствуясь здравым смыслом. Тем не менее, ясно, что направленные антенны неразумно сильно укорачивать индуктивностью.


На главную - Main page