В статье Эла Кристмена, K3LC (QST, Oct. 2000, р. 43 - 49) описывается несколько необычная зонтичная антенна на диапазон 160 м, которая легко может быть пересчитана и на другие любительские диапазоны. Антенна имеет ряд достоинств: во-первых, ее высота не превосходит половины высоты обычной четвертьволновой вертикальной антенны, т. е. составляет всего λ/8, во-вторых, вертикальная мачта антенны заземлена в нижней точке, не требуя опорного изолятора, в-третьих, питание антенны осуществляется в верхней точке мачты, позволяя размещать практически по всей ее длине другие структуры, например, антенны высокочастотных и УКВ диапазонов. Две подобные средневолновые антенны построены в штате Пенсильвания и с успехом используются для радиовещания.
По конструкции антенна повторяет известную с 30-х годов прошлого века антенну-мачту с верхним питанием Айзенберга. Она требует хорошего заземления, а лучше - системы радиальных противовесов. На рис. 1 показана схема антенны со 120-ю закопанными на небольшую глубину четвертьволновыми противовесами. Все они соединены с основанием мачты высотой 21,33 м. Коаксиальный кабель питания проходит внутри мачты, его оплетка соединяется с вершиной мачты, а центральный проводник - с "зонтиком". Последний выполнен из трех проводов длиной по 14,2 м, наклоненных под углом 30° к горизонту. Эти же провода являются верхней частью растяжек, поддерживающих мачту. Растяжки направлены в сторону концов закопанных противовесов.
Диаметр всех проводов (противовесов и зонтика) - 2 мм. Провода медные или из бронзового антенного канатика. Противовес можно выполнить и из оцинкованной стали. Сама мачта представляет собой двухдюймовую (диаметр 50,8 мм) дюралюминиевую трубу и опирается на полудюймовую трубу из оцинкованной стали длиной 1,5 м, воткнутую в землю.
Компьютерное моделирование показало, что такая антенна практически не уступает полноразмерному четвертьволновому вертикалу с аналогичной системой противовесов, имеет выигрыш относительно изотропного излучателя 1,26 дБи, угол максимума излучения в вертикальной плоскости 24° и входное сопротивление (в точке питания) около 30 Ом на резонансной частоте 1830 кГц. Диэлектрическая проницаемость земли полагалась равной 13, проводимость - 5 мсим/м.
Не останавливаясь на многих промежуточных вариантах, описанных в статье, расскажем лишь о следующих: если длину закопанных противовесов уменьшить до 21 м, выигрыш антенны падает до 0,24 дБи, т. е. на 1 дБ, а длину лучей "зонтика", которые теперь направлены под углом 45° к горизонту, надо увеличить до 15,4 м (для настройки в резонанс).
Поскольку создание столь разветвленной "земли" проблематично, оказалось целесообразным использовать приподнятые противовесы, причем в гораздо меньшем количестве. На рис. 2 показан вариант с восемью радиальными противовесами, идущими от основания мачты на высоту 3,66 м, и затем горизонтально, на расстояние 21,3 м от мачты. Три провода "зонтика", наклоненных под углом 45°, имеют длину 15,66 м. Выигрыш антенны упал еще на 0,7 дБ и составил -0,43 дБ при входном сопротивлении 23 Ом.
Короткие приподнятые противовесы требуют настройки. Для этого у основания мачты они соединены по четыре вместе и подключены к мачте через две катушки с индуктивностью по 7 мкГн. Соединение противовесов с мачтой не у земли, а на некоторой высоте, отказ от их настройки катушками или прокладка непосредственно по поверхности земли дает худшие результаты, иногда на несколько децибел.
При изготовлении антенны, предупреждает автор, следует обращать самое пристальное внимание на качество электрических соединений - от них в сильной мере зависят потери в антенне. В то же время мачта антенны не обязательно должна быть алюминиевой - при использовании оцинкованной стали потери возрастают менее чем на 0,1 дБ. Не обязательно также точно придерживаться приведенных размеров - мачта может быть несколько выше или ниже, а в резонанс антенна настраивается изменением длины лучей "зонтика". Их также может быть не три, а больше. Приподнятые противовесы лучше настраивать отдельно изменением индуктивности катушек, включенных в их основание.
Очень интересные результаты дало компьютерное моделирование фазируемой антенной решетки из четырех зонтичных антенн, размещенных по углам квадрата со стороной 1/4 длины волны. Получаются диаграммы направленности не хуже, чем у двух-, трехэлементных "волновых каналов" на ВЧ диапазонах. Достижимый выигрыш превосходит 6 дБ, а отношение мощностей излучения вперед/назад - 23 дБ. Максимум излучения по-прежнему направлен под углом 22...23° к горизонту.