Оператори низькочастотних діапазонів 160 та 80 метрів постійно прагнуть поліпшити прийом на своїх станціях. Проблема в тому, що ефективні при передачі антени (наприклад, висока вертикальна щогла) збирають при прийомі занадто багато перешкод. Ефективність приймальної антени не має вирішального значення, оскільки рівень і сигналів і перешкод на низькочастотних діапазонах досить великий і до того не становить особливої праці застосувати малошумящий транзисторний попередній підсилювач.
Ферритова магнітна антена не занадто гарна в цьому відношенні, хоч і має певною спрямованістю, маючи два нулі у своїй діаграмі спрямованості (ДН) в формі лемнискаты (схожою на "вісімку"). Ферритовую антену доводиться розташовувати всередині приміщення, де великий рівень перешкод. Винесена назовні рамкова антена в цьому відношенні дещо краще, але її ДН така ж, і в кращому випадку дозволяє лише послабити перешкоди від віддаленого локалізованого джерела, направивши на нього нуль ДН.
По-справжньому спрямованої приймальною антеною низькочастотних діапазонів є антена біжучої хвилі (АБВ) Бевереджа, що представляє собою провід довжиною в кілька довжин хвиль, розташований низько над землею. Проте небагато радіоаматори можуть дозволити собі розкіш спорудити кілька антен довжиною в півкілометра, протягнутих в різних напрямках!
Питання створення антипомеховых спрямованих приймальних антен СДВ і ДВ діапазонів обговорювалися ще у фундаментальній роботі [1]. Зокрема, було показано, що комбінація рамкової і "статичною" (вертикальної всеспрямованої) антен дає ДН у вигляді кардиоиды. Завдяки ослабленню прийому з деяких напрямків відзначалося значне зниження рівня перешкод.
EWE-антена. У зв'язку зі сказаним величезний інтерес викликала публікація про WA2WVL антени під назвою EWE [2]. Маючи невеликі розміри і висоту, вона тим не менш має досить непогану ДН, близьку до кардиоиде. Протягом приблизно року антену EWE побудували багато коротковолновики, надійшли хороші відгуки, a WB2P запропонував використовувати чотири такі антени, поєднані в точці живлення, для перемикання ДН на різні напрямки. У наступній публікації [3] WA2WVL використав цю ідею, побудувавши антену, показану на рис. 1.
Приймач підключають до антени 50-омних коаксіальним кабелем через узгоджувальний трансформатор Т1 з коефіцієнтом трансформації 3, отже, вхідна опір фідера з боку антени підвищується в 9 разів, до 450 Ом. За допомогою чотирьох реле, нормально розімкнуті контакти яких показано на малюнку, до трансформатору підключають одну з чотирьох антен, орієнтовану в потрібному напрямку.
Кожна з антен являє собою прямокутник висотою 3 і довжиною 15 м, до одній з вертикальних сторін якого підключений трансформатор, а до іншої - резистор. Другі виводи трансформатора і резистора заземлені. Конструкція дуже нагадує зменшену копію антени Бевереджа з тією лише різницею, що розміри антени значно менше довжини хвилі. Крім того, максимум прийому виявляється з боку трансформатора, а не резистора.
Діаграма спрямованості антени, розрахована з урахуванням присутності трьох інших відключених антен, показана на рис. 2: а - у вертикальній площині; б - в горизонтальною. Ця ДН типова для всіх подібних антен, у тому числі і описаних нижче. Максимального придушення прийому ззаду, з боку резистора, домагаються його точної підбіркою. Опір резистора може змінюватися від 400 Ом до кількох килоом. Антена дуже широкополосна, її ДН і вхідний опір зберігаються більш ніж в чотириразовій частотній смузі. На передачу антена працює погано із-за низького ККД.
В авторському варіанті антена була встановлена на п'яти дерев'яних стовпах, для заземлень служили металеві труби, забиті в землю приблизно на 1,2 м. Автор стверджує, що з-за високого імпедансу антени опору заземлень практично не впливають на її роботу. Трансформатор Т1 був намотаний на кільці діаметром близько 12,5 мм з фериту з магнітною проникністю 850. Обмотка містила 11 витків складеного втричі дроти. Три отримані обмотки були з'єднані послідовно, як показано на рис. 1, і до першого з відводів був підключений коаксіальний роз'єм фідера XW1.
Дещо пізніше автор побудував ще одну таку ж антенну систему приблизно в 60 метрах від першої і включав їх як фазируемую антенну решітку, отримавши ще більший коефіцієнт спрямованої дії (КНД) в діапазоні 160 метрів. Докладніше про це розказано в [3].
Рамки K9AY. Експериментуючи з спрямованими приймальними антенами низькочастотних аматорських діапазонів і моделюючи антени на комп'ютері, Gary Breed (K9AY) запропонував дуже компактну конструкцію з двох навантажених рамок, що порушуються на одній щоглі [4]. З допомогою реле, встановлених біля основи щогли, вдається перемикати кардиоидную ДН на чотири різні напрямки. Порівняльні розміри антенної системи з чотирьох EWE променів з довжиною 12 м і рамок K9AY показані на рис. 3. Самі рамки мають дельтаобразную форму, втім, як повідомляє автор, форма та розміри не дуже критичні. Біля основи щогли рамки заземлені, що забезпечує грозозащиту і зменшує рівень перешкод. Стрижень заземлювача з успіхом служить підставою щогли, саму ж її краще виконати з ізоляційного матеріалу.
Ескіз однієї рамки наведено на рис. 4, висота верхньої точки дорівнює 7,5 м, бічні сторони відтягнуті на 4,5 м, причому кути знаходяться на висоті 1,5 м. Можна, як показано на малюнку, обійтися і зовсім без щогли, підвісивши верхню точку антенної системи за гілку дерева, наприклад, за допомогою мотузки. В кутах рамки зручно використовувати орешкова ізолятори з отворами. Нижні кінці проводів рамок відтягнуті до заземлювального стрижня також за допомогою орешковых ізоляторів, залишилися після прив'язки ізоляторів кінці проводів спрямовані в водонепроникну коробку з реле та узгоджувальних трансформатором, подібним описаним вище.
Пояснюючи принцип дії антени, автор відзначає схожість з спрямованими ответвителями, широко використовуються в техніці ВЧ і СВЧ, зокрема, в вимірниках КСВ. Якщо EWE антена являє собою піврамку, зворотним дротом якої служить земля, то петля K9AY є повною рамкою, але принцип дії їх дуже схожий. Антени реагують як на електричну Е, так і на магнітну Н компоненту приходить електромагнітного поля.
Для електричної компоненти поля антени ведуть себе як короткі вертикальні, створюючи деяку напругу в точці підключення фідера. Як і слід очікувати від вертикальної антени, ДН по полю Е виходить всеспрямованої.
Інакше йде справа з магнітною компонентою поля Н: перетинаючи площину антени, вона створює струм, що циркулює по периметру рамки. Цей струм, проходячи через навантажувальний резистор, також створює певне напруження, яке складається з напругою від поля Е. Якщо хвиля приходить з боку точки підключення фідера, обидва напруги складаються. Якщо ж хвиля приходить з боку навантажувального резистора, напруги віднімаються, оскільки напрям поля Н, пронизливого рамку, змінюється на протилежне.
Змінюючи опір навантажувального резистора, вдається збалансувати обидва напруги так, щоб вони виявилися рівними. ДН в цьому випадку набуває форму кардиоиды з єдиним нулем. Ослаблення сигналів, що приходять з боку навантажувального резистора, може перевищувати 40 дБ, що становить понад 6 S-одиниць за шкалою сили сигналу!
Нуль ДН не знаходиться в площині землі, а поки доводить комп'ютерне моделювання, піднятий на кут від 20 до 55° в залежності від конфігурації антени і властивостей грунту. Коротка і висока петля дає нуль ДН під кутом піднесення 30...40°. Це сприяє ослабленню QRM від місцевих станцій.
Суттєвою і необхідною частиною антени K9AY є заземлення. В залежно від параметрів ґрунту може знадобитися невелика підстроювання, опору навантажувального резистора. Земля не обов'язково повинна мати втратами, як у випадку антени Бевереджа. Рамка має спрямованість навіть над ідеально провідної землею. Це означає, що антена працює при практично будь-яких параметрах грунту.
У коментарях, що послідували за опублікуванням статті [3], W6FA повідомив, що прабатьком всіх навантажених петльових антен слід вважати того ж Гарольда Бевереджа, запатентована подібну антену в 1938 р., значно пізніше своїй знаменитої "хвильовий антени", або, як тепер називають, антени біжучої хвилі. У патенті Бевереджа описана повна петльові антена, що не вимагає для землі своєї роботи і має навантажувальний резистор опором близько 700 Ом, розміщений у точці протилежній точці живлення. Цю широкосмуговий антену вже тоді передбачалося використовувати для телевізійного прийому
Антени Flag, Pennant і т. д. Інтенсивне моделювання антен з радіоаматорами використанням комп'ютерних програм призвело до появи ще ряду антен [5], подібних до описаної. Антени являють собою трикутну, квадратну, прямокутну або ромбічну рамку, розташовану у вертикальній площині. Можливі конфігурації цих рамкових антен показано на рис. 5. Світлий гурток позначає джерело (приймач), темний гурток - навантажувальний резистор опором від 400 Ом і вище, зазвичай близько 900 Ом. Приблизно таким же виходить і вхідний опір антени. Діаграма спрямованості - кардіоїда, напрямок прийому - з боку джерела.
Для роботи в діапазоні 160 метрів антени типу Flag (Прапор), обидва варіанти Pennant (Вимпел) і Diamond (Діамант) мають розміри 4,3 на висоту і 8,8 м в довжину. Антена Delta (Дельта) має висоту 5,2 і довжину 8,4 м.
Порівняно з EWE і петлею K9AY ці антени володіють істотною відмінністю - вони не вимагають заземлення, хоча розташовуються порівняно низько, на висоті близько 2 м над поверхнею землі. Зменшення висоти до 0,3 м практично мало вплив на характеристики антен.
Антени виготовлялися у різних версіях і з різними розмірами, наприклад, JF1DMQ зменшив розміри до 1 х5 м. Антени добре працюють також і в діапазонах 80 і 40 метрів. Особливо радіоаматорами відзначається малий рівень шуму цих антен.
Як приклад, розглянемо трикутну "дельту", використану FO0AAA для прийому в діапазоні 160 м [6]. Нижній горизонтальний провід мав довжину 8,54 м і розташовувався на висоті 0,9 м над поверхнею землі. Висота трикутної рамки склала 5,2 м, рахуючи від нижнього проводу (6,1 м від землі). Всього знадобилося близько 22 м дроту діаметром 1,63 мм. В нижніх кутах рамки були включені навантажувальний резистор опором 950 Ом і трансформатор живлення, перетворює опір фідера 50 Ом в 950 Ом.
На частоті 1830 кГц відношення випромінювань вперед/назад виявилося краще 40 дБ, час як виграш антени в порівнянні з ізотропним випромінювачем виявився всього -34,5 дБ та, що говорить про низький ККД і необхідність використовувати малошумящий попередній підсилювач спільно з цією антеною.
Рамка була встановлена на одній діелектричної щоглі, нижні кінці "дельти" розтягували на кілочках від наметів. Орієнтували антену дуже просто: перестановкою кілочків.
Закінчуючи огляд, ми можемо констатувати, що в розпорядженні радіоаматорів з'явився новий клас прийомних спрямованих широкосмугових антен з низьким рівнем шуму і невеликими габаритами.
Література