9.4.2. Направленная из двух рамок

Проволочная двухэлементная рамочная антенна с пассивным рефлектором уже имеет оптимальное по Ga и F/B токораспределение, улучшать которое активным питанием незачем и некуда. График рис. 7.6.6 это подтверждают: бессмысленно питать активно две проволочные рамки.

Но если мы на рис. 7.6.6 присмотримся к графику для материала без потерь, то увидим, что максимум усиления приходится на расстояние между рамками 0,09l. А это расстояние уже не соответствует оптимуму по F/B при пассивном питании.

Значит, если потери в материале рамок малы (т.е. рамки не проволочные, а из относительно толстых трубок), то активное питание некоторый смысл имеет. Установив расстояние между рамками 0,09l, мы выгадаем несколько десятых доле децибела в усилении (см. рис. 7.6.6). А активное питание позволит достичь хорошего F/B.

На КВ подобный фокус лишен смысла. Неразумно применять тяжелые и конструктивно неудобные рамки из трубок ради прибавки 0,2 … 0,4 дБ усиления. Были попытки использовать комбинированные рамки: горизонтальные части из трубок, вертикальные – из проволоки. Но получаемая овчинка не стоила выделки: проволочные части вносили потери, поэтому выигрыша в усилении почти не получалось. А затраты и конструктивные сложности были выше, чем у обычного проволочного "двойного квадрата" с пассивным рефлектором.

А вот на УКВ, где выполнение рамки целиком из трубки или толстого алюминиевого прутка не вызывает сложностей, активное питание двух рамок иногда применяется. Там реально выиграть несколько десятых долей децибела в усилении. Для упрощения системы питания в такой антенне середины нижних сторон обоих квадратов изгибаются и сводятся вместе, как показано на рис. 9.4.3 и в файле … 2el_Quad.gaa. Это два квадрата с активным питанием на диапазон 144 МГц.

 
Рис. 9.4.3.

Расстояние между рамками этой антенны оптимальное, 0,09l, поэтому усиление максимально, почти 8 dBi в свободном пространстве. Из-за того, что центральные нижние части X-образно изогнуты появляются два довольно больших задне-боковых лепестка (см. пп. 7.3.2 и 7.7.4). Но поскольку изогнуты линь нижние стороны, а верхние оставлены прямыми, то уровень этих паразитных лепестков невелик: – 15 … – 17 дБ.

Разница периметров рамок антенны рис. 9.4.1 довольно велика: 10% (а у простого "двойного квадрата" всего 2…4%, см. п.7.6.2). Рамки выполнены из трубок диаметром 8 мм, а т.к. l = 2 м, то отношение диаметра проводника к периметру рамки получается большим: 4∙10–3. Поэтому коэффициент удлинения также велик (см. табл. 4.3.1) и составляет ≈ 1,12. Учитывая также, что изогнутые рамки должны быть несколько длиннее прямых, нас не удивит, что периметр директора антенны рис. 9.4.1 составляет 1,12l, а рефлектора – 1,22l. При указанных размерах обеспечивается довольно точное токораспределение по элементам при простом встречно-параллельном соединении точек питания обеих рамок.

Поэтому настройка на максимум F/B (таковая требуется крайне редко, т.к. полоса по ДН антенны велика, и при правильном расчете и изготовлении промахнуться невозможно) производится периметрами элементов. Причем, в отличие от обычного "двойного квадрата", где для максимума F/B надо менять лишь периметр рефлектора, в данной антенне для хорошей ДН необходимо правильно установить периметры обеих рамок.

Как организовать питание двух активных рамок? В любительской литературе встречается рекомендация соединить все нижние трубки вместе, а питать рамки по двум шлейфам гамма-согласования (в каждую рамку свой шлейф). Называется такая конструкция "двойной квадрат" HB9CV. Но приводить ее не буду (более того, стер из библиотеки имевшийся файл модели такой антенны). И делать так никому не советую.

Причина в том, что "двойной квадрат" HB9CV почти невозможно нормально настроить ни на модели, ни на практике. Шлейф гамма-согласования вносит в настраиваемый элемент дополнительную реактивность (см. п. 3.5.10). Простой антенне это безразлично. Но если в "двойном квадрате" HB9CV мы регулируем шлейф, пытаясь достичь согласования, то из-за изменения вносимой реактивности мы одновременно изменяем токораспределение по элементам. А, значит, и ДН и взаимно наведенные сопротивления. Одна регулировка (шлейф гамма-согласования) одновременно влияет на две разные вещи: токораспределение (т.е. ДН) и согласование (КСВ). Поэтому ничего хорошего из настройки двумя шлейфами выйти не может: получается собака, гоняющаяся за своим хвостом. Причем, гоняющаяся с нарастающей ошибкой. Чтобы выйти из этого порочного круга надо одновременно с настройкой шлейфов менять и периметр рамок, но трудоемкость этого процесса делает его бессмысленным.

Намного проще соединить точки питания рамок встречно-параллельно. При этом, правда в точке питания одну из трубок придется изолировать от мачты. Импеданс в этой точке получается комплексный Z ≈ 13 + j70 Ом. Согласовать его можно любым способом (токораспределение по рамкам при этом не нарушается). Наиболее просто включить в точке питания небольшой последовательный конденсатор, компенсирующий + jXa, а 13 Ом преобразовать в 50 Ом l/4 трансформатором с волновым сопротивлением 25 Ом (два 50 Ом кабеля в параллель). При этом настройка сведется к установке емкости конденсатора по минимуму КСВ. И никаких взаимных завязок.

Итак, на КВ активное питание двух классических параллельных рамок бессмысленно. Такая антенна и с пассивным рефлектором хороша настолько, что активным питанием ее не улучшить. Но это справедливо, только для параллельных рамок.

Но если всегдашняя нехватка места (или рост длины волны на НЧ диапазонах) вынуждает нас экономить, сводя вершины обеих рамок вместе на одну мачту, то двойная рамка с пассивным рефлектором оказывается никуда не годной. Не случайно в 4-й части книги таких антенн нет. При указанной форме у антенны с пассивным рефлектором F/B не превышает нескольких децибел и не поднимается никакими ухищрениями. Ведь при пассивных элементах далеко не при любой геометрии можно обеспечить правильное токораспределение. А при активном питании – при любой (п. 9.1.1).

Активное питание двойного треугольника, с вершинами, сведенными вместе на одну мачту, оказывается спасительным средством, позволяющим получить хорошую форму ДН при вынужденно неоптимальной геометрии антенны.

Пример показан на рис. 9.4.4 и в файле …2el_delta.gaa. Это двухэлементный проволочный треугольник на SSB участок диапазона 80 м. Антенна размещается на одной мачте 21 м. Имея в виду столь небольшую высоту верхней точки (всего l/4) рамки включены с вертикальной поляризацией (п. 4.3.5). Поскольку нижние горизонтальные провода идут всего в 3 метрах над землей, моделировать файл …2el_delta.gaa следует только при включенной земле Зоммерфельда-Нортона.
 


Рис. 9.4.4.

Активное питание позволяет получить хорошую ДН. На центральной частоте 3,75 МГц F/B достигает 20 дБ. Полоса по F/B > 12 дБ составляет 100 кГц, т.е. перекрывается SSB участок 3,7 …3,8 МГц.

Фазирующие линии имеют Zo = 400 Ом, длины на рисунке электрические. Минимальная длина 18 м выбрана так, чтобы с учетом коэффициента укорочения линия доставала бы до основания мачты, где располагается коммутатор направлений. Схема коммутации такая же, как на рис. 9.3.3 со следующими изменениями:

  1. т.к. вместо коаксиала как на рис. 9.3.3 используется двухпроводная линия, то количество коммутирующих групп удваивается. Каждый из проводов линии коммутируется так же, как центральная жила на рис. 9.3.3.
  2. соответствующая коррекция размеров: переключается отрезок линии длиной 41 – 18 = 23 м.

Входное сопротивление в точке соединения линий Ra = 400 Ом. КСВ в пределах 3,7 …3,8 МГц ниже 1,3. При масштабировании антенны на диапазон 40 м она перекрывает 200 кГц с хорошим F/B при единственной мачте 11 м.

Конструктивный нюанс: несущая мачта должна быть изолирована от земли и\или разбита изолятором в середине. Иначе она будет резонировать (ее размеры близки к l/4 GP) и для компенсации ее влияния придется несколько корректировать длины фазирующих линий.

Если вы имеете l/4 GP на 40 или 80 м (или планируете его поставить), имеет смысл заменить его антенной рис. 9.4.4. При почти той же высоте мачте и площади по земле (учитывая радиалы GP) реализуется выигрыш в усилении на 3 дБ, хорошая форма ДН и переключение на два направления.
 


На главную - Main page