Опір випромінювання такої четвертьволновой антени одно 28-32 ом (залежно від зовнішнього діаметра металевих трубок, з яких вона побудована. Тому з'єднання антени з 50 або 75-омних коаксіальним кабелем призведе до появи в ньому стоячих хвиль і до втрати енергії. Для узгодження вертикального штирі з кабелем необхідно використовувати додаткові елементи - котушки індуктивності, конденсатори або відрізки кабелю з певними параметрами.
Нижче описується спрощений метод розрахунку антени "Ground plane" з горизонтальним противагою і узгоджувальних відрізком кабелю. Антени, побудовані за цим розрахунком, добре працюють на одному любительському діапазоні (наприклад, 14 МГц) і, разом з тим, цілком задовільно випромінюють і на двох сусідніх діапазонах (21 і 7 МГц).
Розрахунок будемо приводити на числовому прикладі для діапазону 14 МГц. З'єднання штиря з живильним його кабелем та узгоджувальних відрізком кабелю і позначення їх розмірів показано на рис. 1.
Puc.1
Для розрахунку необхідно знати діаметр металевих трубок або дроти, з яких будуть виконані штир антени і промені противаги. Припустимо, що ми збираємося застосувати для виготовлення антени трубки з зовнішнім діаметром 30 мм,
а противагу будемо робити з дроту діаметром 2 мм Визначаємо коефіцієнт М, що характеризує відношення довжини віддаленого від землі полуволнового диполя до діаметра антени. Застосовуємо формулу:
M=150000/(f(МГц)D(мм))
Тут: f - середня частота діапазону,
D - діаметр трубок. При f=14,2 МГц і D=30 мм отримуємо:
M=150000/(14,2*30)=352
За коефіцієнтом М визначаємо, користуючись графіком (рис. 2), опір випромінювання четвертьволновой антени Rизл (для резонансної частоти): Rизл=30,8 ом.
Puc.2
Тепер слід обчислити справжнє опір випромінювання Ry укороченою антени, яку ми будемо будувати; воно з-за впливу землі і противаги відрізняється від Rизл і одно:
Ry=Rизл-Z/4Rизл
Тут Z - хвильовий опір коаксіального кабелю, з якого виконаний фідер. У нашому прикладі, візьмемо його рівним 75 ом. Тоді:
Ry=30,8-75/4*30,8=30,2 Ом.
Для обчислення довжини вертикального штиря L потрібно за графіком рис. 3 визначити ще два допоміжних коефіцієнта: Кс, що характеризує зміну опору антени при зміні її довжини, і Кз, що враховує вплив противаги і земної поверхні. Отримуємо: Kc=535, Кз=0,97.
Puc.3
Графік для визначення коефіцієнта може бути використаний лише при зміні довжини антени не більше ніж на 10%. Якщо антена довше резонансної, то її повний опір має індуктивний характер, якщо коротше - ємнісний.
Довжина штиря (мм) визначається за формулою:
У нас;
Для визначення довжини променів противаги Lnp, виконаних із дроту діаметром 2 мм, обчислюємо М:
M=150000/14,2*2=5280 і за графіком рис. 3 знаходимо Ky=0,978. Тоді
Коротка антена має, крім активного, також реактивний опір ємнісного характеру. Для його компенсації паралельно антени приєднаний закорочений на кінці відрізок кабелю; довжина його вибирається такою, щоб його реактивний опір мало індуктивний характер необхідної величини. Визначаємо це індуктивний опір:
Xc=Z/S=75/1,22=61,5 Ом
Користуючись логарифмічною лінійкою або таблиці тангенсів, знаходимо кут а, тангенс якого чисельно дорівнює відношенню отриманого значення Xc до хвильовому опору Zc кабелю, з якого буде виконаний узгоджувальний відрізок. При Zc=75 ом:
Xc/Z=61,5/75=0,82 і a=39,4°
Довжина закороченного відрізка дорівнює:
Lc=(833ab)/f, мм
У цій формулі b - коефіцієнт, що характеризує швидкість поширення енергії по кабелю. Для поширених кабелів із суцільним заповненням (РК-1, РК-3) b=0,67.
Отже,
Lc=(833*38,4*0,67)/114,2=154,9 мм
Описаний вище розрахунок враховує, що промені противаги розташовані горизонтально; однак і при похилому їх розташування (під кутом 30-40° до землі) неузгодженість буває незначним.
Коефіцієнт стоячої хвилі (КСВ) в фідері можна виміряти, зібравши нескладний покажчик КСВ мостового типу, схема якого показана на рис. 4. Тут опору R1, R2, R3 і опір випромінювання антени утворюють міст. В одну з його діагоналей подається енергія високої частоти від передавача (роз'єм Пер). У другій діагоналі включений діод Д1 типу Д2Е.
Рис.4
Опір R4 служить для зменшення вихідного опору джерела енергії (передавача). Дросель (Др1) замикає ланцюг постійною складовою випрямленого струму; він необхідний у тому випадку, якщо ланцюг антени не має гальванічної провідності.
При балансі мосту стрілка приладу не відхиляється. Неузгодженість антени і кабелю викликає появу стоячих волі, що відзначається відхиленням стрілки. Порядок вимірювання КСВ наступний:
1. Налаштовують радіопередавач з антеною при повній випромінюваної потужності.
2. Зменшують потужність до нуля, замикаючи, наприклад, одну з ламп попередніх каскадів від'ємним зміщенням, і від'єднують антену.
3. З'єднують відрізком кабелю вхід передавача і роз'єм Пров. на покажчику ксв.
4. Поступово, дуже плавно, щоб не спалити опір R4, збільшують потужність енергії, що подається в вказівник ксв, до тих пір, поки стрілка приладу не відхилиться до кінця шкали.
5. Для перевірки балансу моста тимчасово приєднують до роз'єму Ант опір 75 ом; стрілка миллиамперметра повинна при цьому стати на нуль.
6. Включивши до роз'єму Ант. коаксіальний кабель, що живить антену, відзначають за шкалою струм і визначають ксв кривої, зображеної на рис. 5.
Puc.5
Якщо фідер антени не вносить суттєвих втрат, наприклад він виконаний з кабелю РК-1 або РК-3 і має довжину не більше 15-20 м, то ксв 2 і навіть 2,5 цілком припустимо. Загальні втрати (сума втрат у фідері і втрат за рахунок неузгодженості) в цьому випадку не перевищать 0,5 дб. Таке зменшення потужності на приймальній станції на слух відзначено не буде. Помітне падіння гучності прийому (на 1-2 бали) може спостерігатися лише при ксв близько 5-8.
У тому випадку, якщо побудована антена має надмірним ксв або її розміри обрані більшими чи меншими, ніж слід, необхідно, користуючись покажчиком ксв, налаштувати антену досвідченим шляхом. Антена більшої, ніж потрібно, довжини може бути електрично вкорочена конденсатором, включеним послідовно з вертикальною частиною (рис. 6,а). Занадто коротку антену можна електрично подовжити, додавши до неї індуктивність (рис. 6,б). У цьому випадку налаштування антени ведуть поперемінно, підбираючи положення обох щипків на котушці. Тут частина котушки між щипками 1 і 2 використовується для подовження вертикальної частини антени, а нижня частина (2-3) замінює узгоджувальний закорочений відрізок кабелю (рис. 1).
Puc.6
На закінчення відзначимо, що на антені описаного типу накопичуються заряди статичної електрики, особливо при близької грози. Тому рекомендується застосовувати антени з закороченными відрізками кабелю (рис. 1) або шунтуючої кабель індуктивністю (рис. 6 б) і надійно заземлювати оболонку кабелю.
Автор: Ю. Прозоровський (UA3AW); Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru