5. РЕЗОНАНСНІ ШТИРЬОВІ АНТЕНИ, ПОДОВЖЕНІ ІНДУКТИВНІСТЮ
В переносних і пересувних СВ-радіостанціях використовують антени довжиною 30... 100 см для переносних і до 1,5 метра для пересувних радіостанцій. Розрахувавши вхідний опір активних частин таких коротких штирів для частоти 27 МГц, отримуємо значення від 0,5 Ом для 30 см до 10 Ом для 1,5 м. Звичайно, підключати такі короткі штирі до вихідного каскаду передавача без відповідного погодження нерозумно. По-перше, малий ККД самого такого штиря як антени, по-друге, узгодження низького опору штирі з вихідним каскадом передавача досить складно. Найбільш раціональним рішенням, до якого прийшли вирішуючи цю задачу, було те, що штир входить до складу складної системи, що є скороченою антеною. Далі тут розглядається ефективність роботи штиря в такій системі.
Класична штирьова антена являє собою вібратор довжиною в чверть довжини хвилі і систему заземлення під ним. У найпростішому випадку система заземлення є системою четвертьволновых противаг. Природно, таку систему використовувати для переносної станції важко. Тому намагаються вкоротити антену і противаги. Найпростіше в цьому випадку - включити подовжуючу котушку в антену. Але і тут стоїть питання, в яку точку антени включити подовжуючу котушку для отримання максимального ефекту. Роль системи противаг грає корпус станції.
Слід відразу звернути увагу на самий неефективний спосіб подовження короткої антени - включення подовжує котушки в її основу (рис.9). Максимальний струм, що протікає по антені - в її основі. З теорії антен відомо, що для отримання максимального випромінювання антени і, отже, максимального її ККД, необхідно забезпечити максимальний струм випромінюють елементі антени і максимальна напруга на її випромінюють кінці. Тут максимальний струм протікає по котушці, тому максимальну взаємодію з середовищем відбувається через котушку.
Гідність антени з подовжуючої котушкою на підставі тільки в тому, що завдяки великій ємності штиря такі антени мають порівняно велику смугу пропускання, що дозволяє їм працювати в усьому СВ або аматорському діапазонах.
Інший тип антени - це антени, подовжена котушкою у своїй середині (рис.10). Тут вже досягається значна сила струму в підставі антени, верхня частина штиря грає роль ємнісний навантаження. Внаслідок збільшення кінцевої ємності збільшується смуга пропускання антени до величини, що дозволяє працювати в усьому СВ діапазоні, істотно підвищується її ККД.
Штир до котушки є основним випромінюючим елементом, він повинен бути виконаний максимально товстим, тим більше що він ще й тримає на собі подовжуючу котушку. Штир після котушки являє собою вже ємнісне навантаження. Він може бути виконаний більш тонким. Розміщення на кінці такої антени навіть невеликий ємнісний навантаження збільшує ефективність її роботи, але зменшує механічну міцність.
Слід ще звернути увагу на те, що, в принципі, при поганій "землі", що має місце в переносних радіостанціях, всі типи коротких антен працюють однаково погано, і немає суттєвої різниці при їх використанні. Але вже підключення четвертьволнового противаги показує різницю в ефективності різних типів антен. Також спостерігається ефект і в пересувних автомобільних радіостанціях, де корпус автомобіля являє собою ефективне заземлення.
Опір ідеальної четвертьволновой вертикальної антени - штир над ідеальною провідною поверхнею - становить 36 Ом. Опір ідеальної укороченою антени СВ діапазону, в залежності від ступеня її укорочення, становить 10...20 Ом. Враховуючи, що реальна "земля" таких антен далека від ідеальної, в загальному випадку такі антени можна погодити й з коаксіальним кабелем живлення антени у пересувній автомобільної станції (тут зазвичай використовують 50-омний кабель), та з вихідним каскадом носимой радіостанції, погана "земля" якої збільшує опір короткої антени до 50...100 Ом.
6.ПРАКТИЧНІ КОНСТРУКЦІЇ ШТИРЬОВИХ АНТЕН, ПОДОВЖЕНИХ ІНДУКТИВНІСТЮ
В основному, всі укорочені антени переносних радіостанцій мають вигляд, наведений рис. 11. Котушка індуктивністю близько 2 мкГн і штир довжиною близько 120 см представляють собою антенну систему, що працює в діапазоні 27 МГц. І тільки від різного виконання котушки і штиря залежать ККД антени і смуга пропускання її. Антена, зображена на рис.7, наведена і в багатьох інших, більш ранніх джерелах [7, 8,9, 10].
При випробуванні антен з [7, 8] для них використовувалася ідентична подовжуюча котушка в 2 мкГн і були отримані наступні результати.
Вхідний опір з четвертьволновым противагою - 35 Ом, з корпусом радіостанції - 80 Ом. Смуга пропускання на рівні половинної потужності (-3 дБ) - 600 кГц з противагою, 750 кГц з корпусом радіостанції. Вплив людини, який чиниться на цю антену, мало і її реактивність малі. Зсув частоти при підключенні четвертьволнового противаги сягала 700 кГц.
При випробуванні антени з [9], де довжина штиря була 80 см, подовження котушка являла собою 18 витків дроту ПЕЛ 0,55, намотаних на каркасі діаметром 4 мм виток до витка, були отримані наступні результати.
Вхідний опір з четвертьволновым противагою - 60 Ом, з противагою-корпусом радіостанції -1100м.
Смуга пропускання з четвертьволновым противагою - 800 кГц, з корпусом станції - 900 кГц. Зсув резонансної частоти при підключенні противаги - майже 1 МГц.
При випробуванні антени з [10] з довжиною штиря 0,8... 1,2 м подовжуюча котушка являла собою 25 витків дроту ПЕЛ 0,35, намотаних на каркасі діаметром 5 мм виток до витка, були отримані результати, аналогічні антени з [9].
Певний інтерес представляють і короткі антени - довжиною до 50 див Тим більше, що ці антени не настільки суттєво програють у дальності зв'язку довгим антен - довжиною близько 1м.
Антена з [11] являє собою штир довжиною 45 см з подовжуючої котушкою, містить 60 витків дроту ПЕЛ 0,5 на каркасі діаметром 5 мм, намотаних виток до витка. При випробуваннях такої антени були отримані наступні результати.
З четвертьволновым противагою вхідний опір - 75 Ом, смуга пропускання - 700 кГц. З корпусом станції в ролі противаги вхідний опір - 120 Ом, смуга пропускання - 900 кГц. Зсув резонансної частоти при підключенні четвертьволнового противаги склало 1,2 МГц. Вплив людини на антену вище, ніж у довгих антенах.
Збільшення вхідного опору та розширення смуги пропускання короткої антени (45 см) у порівнянні з довгою (1 м) говорить про те, що подовжує котушка короткої антени низкодобротна. Але і збільшення добротності подовжує котушки мало впливає на ефективність роботи таких коротких антен. Підключення противаги зміщує резонансну частоту антени вгору. Для ефективної роботи радіостанції при підключенні противаги в даному випадку необхідно передбачити оперативну регулювання індуктивності подовжує котушки.
Бажано в трансиверах при перемиканні штиря антени використовувати різні подовжують індуктивності для приймача і передавача. Це дозволяє оптимально узгодити штир як на прийом, так і на передачу. Природно, якщо опір входу виходу приймача і передавача відрізняються несуттєво, можна обійтися і однією подовжує котушкою, оскільки в цьому випадку зсув резонансної частоти системи при перемиканні RX/TX невелика. Але тут вже необхідно вирішувати з практичних умов, що простіше - перемикати подовжують котушки або призвести входи передавача і приймача до однакової величини. У "фірмовому" апаратурі прагнуть до останнього, хоча і зустрічаються варіанти з підстроюванням входу приймача при перемиканні антени. В саморобній апаратурі діапазону 27 МГц питання узгодження антен в режимі прийому і передачі часто не приділяють належної уваги, що веде до зниження ефективності переносних радіостанцій.
В [12] описана антена з довжиною плечей по 110 мм і подовжує котушкою в центрі, має 130 витків дроту ПЕЛ 0,15, намотаних виток до витка на каркасі діаметрам 6 мм. При випробуванні ця антена показала наступні результати. З четвертьволновым противагою вхідний опір було 90 Ом, смуга пропускання . - 400 кГц, з противагою-корпусом радіостанції вхідний опір було 140 Ом, смуга пропускання - 600 кГц. Зміщення смуги пропускання при підключенні четвертьволнового противаги склала 900 кГц. Додавання ємнісний навантаження, показаної на рис.13, дозволило зменшити зміщення частоти при підключенні противаг до 600 кГц. Смуга пропускання при цьому збільшилася на 50 кГц в обох випадках. Вхідний опір знизилася - з противагою стало 75 Ом, з корпусом станції - 90 Ом. Напруженість поля зросла в 1,3 рази. Все це говорить про переваги ємнісний навантаження для таких типів антен. Слід зауважити, що більш ефективно працює ємнісна навантаження, показана на рис.12, але на жаль, вона складніше у практичній реалізації, ніж навантаження на рис.13.
Порівняння величин напруженості поля, створюваного антеною з центральної індуктивністю і подовжує індуктивністю біля основи, показало, що на практиці антена з центральної індуктивністю, рівна за висоті антени з індуктивністю біля основи, створює напруженість поля приблизно в 1,4... 1,6 рази більшу. При додаванні ємнісний навантаження переваги такої антени ще більше зростають. Вимірювання були проведені при четвертьволновых противагах. При використанні корпусу радіостанції в якості противаги перевага антени з центральної індуктивністю було слабше, напруженість поля була лише в 1,2 рази більше, ніж створюваного антеною з індуктивністю біля основи. Це говорить про те, що для переносних станцій немає великої відмінності в типі використаної штирьовий антени, а ось для пересувних станцій краще використовувати антену з центральної навантажувальної індуктивністю. У будь-якому випадку бажано використовувати ємнісне навантаження, навіть у вигляді кульки діаметром 5...20 мм. Ємнісна навантаження дає ефект і при використанні її з антеною з подовжуючої індуктивністю біля основи.
Практично для переносних станцій можна використовувати антени з товстого мідного дроту діаметром 2...2,5 мм Антена меншого діаметра менш міцна механічно та має менший ККД. Для виготовлення антен пересувних автомобільних станцій можна використовувати короткі "куликівки" або відповідні антени від армійських радіостанцій відповідної довжини і, головне, міцності.
7. НЕРЕЗОНАНСНЫЕ ШТИРЬОВІ АНТЕНИ
Нерезонансные штирьові антени є найбільш неефективними з усіх існуючих вкорочених штирьових антен. Вони програють по напруженості поля в 2...3 рази таким же по довжині штыревым антен з подовжуючої індуктивністю, ці антени набагато більш нечутливі до впливу людини. Але все ж вони ще використовуються, правда, в основному лише в двох типах передавачів.
Використання таких нерезонансних антен виправдано лише в простих іграшках, дальність зв'язку з якими не вище 50... 100 м. Для більш ефективного зв'язку необхідно використовувати лише резонансну антену, хоча перед нею і необхідно ставити развязывающие каскади для найпростіших схем. Як показує досвід, західні прості радіостанції, які споживають більшу потужність, ніж вітчизняні "Колібрі", але працюють на нерезонансные антени, що забезпечують набагато меншу дяльность зв'язку.
Третій випадок використання коротких нерезонансних антен - це неправильне побудова вихідного каскаду передавача з його ланцюгами узгодження з антеною. В результаті цього при підключенні до нього нормальної резонансної антени, будь то повнорозмірна або вкорочена, відбувається його самозбудження. Хоча такі передавачі часто і мають П-контур на виході, його дія неефективно.
8. МАГНІТНІ РАМКОВІ АНТЕНИ ПЕРЕНОСНИХ СВ-Радіостанцій
Магнітні рамкові антени мені не зустрічалися ні в одній з переносних СВ-радіостанцій. Але це не означає, що їх використання в даному типі радіостанцій недоцільно. Мною були виготовлені магнітні рамкові антени для діапазону 27 МГц з розмірами, показаними на рис.14.
Антена показала наступні результати. Вхідний опір - 75 Ом, з дуже малою реактивністю. Смуга пропускання - 600 кГц. Антена була виконана з двохміліметрового ізольованого мідного дроту типу ПЕЛ, повітряний конденсатор настройки був укріплений на стеклотекстолитовом підставі. Антена виявилася досить малочутливі до впливу людини і противаг. Оскільки така антена в основному випромінює магнітну складову електромагнітної хвилі, її не можна строго порівняти за таким показником як рівень напруженості поля зі штирьовій антеною, тому що остання випромінює в основному електричну складову електромагнітної хвилі, і заміри для штиря слід проводити по електричної складової ЕМХ, а рамки - по магнітної складової ЕМХ. Дві антени, зображені на рис.14, були підключені до радіостанціям типу "Колібрі-М" і була випробувана дальність зв'язку у порівнянні зі штатною спіральною антеною. Виявилося, що при інших рівних умовах дальність зв'язку при використанні магнітних антен була не менш ніж в 1,5 рази більше на відкритій місцевості, і в 2...3 разу більше в умовах міста. При цьому в значній мірі позначалася спрямованість магнітної антени.
Автор: І. Григоров (RK3ZK, UA3-113); Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru