Серед проблем, з якими доводиться стикатися радіоаматорам-коротковолновикам, основним, мабуть, є проблема виготовлення достатньо ефективною і в той же час не дуже складною в конструктивному відношенні антени. Не викликає сумніву, що найкращі результати може забезпечити обертається спрямована антена. Однак майже всі антени разом виду досить громіздкі і конструктивно складні, що утруднює застосування їх багатьма любителями.
В опублікованій статті пропонується метод суттєвого зменшення геометричних розмірів при збереженні досить високого к. п. д. антен, що, безсумнівно, зацікавить коротковолновиков.
Автор свідомо не призводить конкретної конструкції антени, так як сподівається, що широке коло коротковолновиков випробує описаний метод на антенах з різним ступенем зменшення, розрахованих на різні діапазони, що мають різне конструктивне оформлення.
В останні роки на сторінках радіоаматорський пресі з'явилося чимало описів різноманітних короткохвильових малогабаритних антен, в яких електричне подовження до резонансної довжини досягається з допомогою реактивних елементів (індуктивностей, ємностей, відрізків ліній). За рахунок зменшення геометричних розмірів полегшується установка антени і спрощується конструкція підтримуючих пристроїв.
Деяка частина радіоаматорів відноситься до таких антен з певним скептицизмом, пояснюючи це тим, що будь-яка геометрично зменшена антена працює гірше повнорозмірної. З цим не можна не погодитися. Дійсно, при будь-якому вигляді вкорочення вібратора зменшується площа, обмежена епюрою розподілу протікає по ньому струму (надалі звана "площею струму) і, отже, к. п. д. антени. Однак ступінь зниження к. п. д. залежить не тільки від ступеня зменшення геометричного, але і від способу електричного подовження антени. Крім того, інколи виявляється, що зменшена антена в реальних умовах працює навіть краще повнорозмірною за рахунок перерозподілу енергії втрат і випромінювання, наприклад при установці зменшеною антени на набагато більшій висоті над навколишньою місцевістю. Малогабаритні антени, очевидно, також можуть привернути увагу радіоаматорів, що не мають у силу яких-небудь причин можливості встановити повнорозмірну антену.
На рис.1,а показано повнорозмірний напівхвильовий вібратор, на рис.1,б - вібратор, електрично подовжений за рахунок включення в пучність струму котушки L, на рис. 1,в - вібратор, електричне подовження якого досягається за рахунок ємнісний навантаження на кінцях. Для кожного вібратора показано розподіл струму вздовж нього. Як видно з малюнків, максимальна площа струму спостерігається у повнорозмірного вібратора.
Puc.1
Для двох інших вібраторів бачимо, що при значній мірі подовження електричного площа струму у разі включення ємності прагне до прямокутника з висотою Імакс, а в другому випадку - до трикутника з висотою I<Імакс. Площа струму на рис.1,приблизно дорівнює lIмакс, а на рис.1,б - 1/2lI. Таким чином електричне подовження за допомогою ємності більш вигідно, ніж з допомогою індуктивності. Слід зауважити, що найбільший ефект виходить лише при вмиканні котушок індуктивності в точки пучностей струму, а конденсаторів - у точки пучностей напруг. При включенні елементів в інші точки їх реактивні опору повинні бути більше. Відрізки ліній, що використовуються в якості елементів електричного подовження, еквівалентні ємності або індуктивності і в залежності від цього включаються в ті чи інші точки вібраторів.
На рис.2,а показано квадратний вібратор, звернений одним з кутів донизу. При симетричному харчуванні антени в точці А або Б пучність напруги буде в точках в і Г, а пучність струму - в точках А і Б. Вібратор можна електрично подовжити, включаючи індуктивність в розрив проводу в точці А або Б, або ємність між точками В і Р. Останній спосіб і в цьому випадку більш вигідний. В результаті, отримуємо вібратор у вигляді, показаному на рис.2,б з геометричними розмірами меншими, ніж у квадрата на рис.2,а, але з тією ж резонансною частотою.
Puc.2
З метою практичної перевірки доцільності подовження електричного квадратної антени за допомогою ємності був проведений експеримент на зменшеної моделі на частоті близько 100 МГц. Квадрат виконаний з дроту діаметром 1,2 мм. Розмір сторони квадрата дорівнює 76 див. Результати експерименту наведені в таблиці 1.
Таблиця 1
а, см
С, пф
fрез, МГц
0
0
102
10
0
101
20
0
98
30
0
97
40
0
96
50
0
94
50
8
65
50
15
54
50
20
50
Як видно з таблиці, при збільшенні довжини проводу а (рис.2,б) резонансна частота квадрата знижується, хоча ємність З ще не підключена. Це пояснюється тим, що самі горизонтальні дроти електрично подовжують антену за рахунок утвореної ними додаткової ємності. При підключенні ємності С, рівної 20 пФ, резонансна частота вібратора була знижена в два рази в порівнянні з початковою.
Орієнтовні значення к. п. д в залежності від відношення розмірів малогабаритної антени до розмірів звичайної без урахування втрат в ізоляторах вказані в таблиці 2.
Таблиця 2
Відношення розмірів
к. п. д. малогабаритної антени по відношенню до повнорозмірної, %
Електричне подовження за допомогою ємності
Електричне подовження з допомогою індуктивності
0,9
~99
85
0.8
95
70
0.7
90
55
0,65
85
50
0,6
80
40
0 55
75
35
0,5
70
30
Електрично подовжені вібратори є елементами, з яких може бути зібрана багатоелементна антена. Нижче розглядається конструкція "подвійного квадрата", виконаного з елементів, електрично подовжених з допомогою ємності.
Якщо точку живлення антени вибрати вершини А, то в разі електричної симетрії антени напруга в точці Б буде дорівнює 0. Напруга в точці А буде залежати від схеми живлення антени. Так. при застосуванні широко поширеною серед радіоаматорів схеми g-узгодження напруга в точці А також буде близько до нульового значення. Взагалі кажучи, це дозволяє використовувати в якості вертикальної штанги металеву трубу, не ізольовану від проводів вібратора. Однак при незначному порушенні симетрії у вертикальній штанзі з'явиться струм, який порушить нормальну роботу антени.
Роль горизонтальної частини вібратора може виконати підтримуюча металева штанга, але вона повинна бути розірвана посередині і ізольована від вертикальної штанги. До цієї ж точки на горизонтальній штанзі підключається підлаштування конденсатор змінної ємності. Ескіз такої конструкції показаний на рис.3,а.
Puc.3
На рис.3,б показана конструкція, в якій застосовано два конденсатори (С1 і С2) Харчування рамки здійснюється кабелем без узгоджувального пристрою. Ротори конденсаторів знаходяться під невеликим потенціалом, що наближається до нуля при симетрії антени. Змінюючи співвідношення між ємностями С1 і С2, можна симметрировать антену. Якщо такої необхідності пет, то в якості конденсаторів змінної ємності можна використовувати здвоєний блок.
Величина ємності конденсаторів залежить від діапазону, на який розрахована антена і від ступеня її електричного подовження. Для всіх практичних випадків цілком достатня максимальна величина ємності 50 пф.
Особливу увагу слід приділити ізоляторів, оскільки вони включені в пучности напруги і в основному визначають величину втрат високочастотної енергії, Слід застосовувати ізолятори, виготовлені з матеріалів з малими втратами (фарфор, полістирол, фторопласт тощо).
Пасивний елемент антени виконується аналогічним чином. Відстань між вібраторами залишається таким же, як і для повнорозмірних антен. Загальний вигляд двоелементної антени показаний на рис.4.
Puc.4
Конкретні розміри антени для того чи іншого аматорського діапазону не наводяться, оскільки вони залежать від бажаного ступеня зменшення геометричних розмірів і від розмірів підтримують деталей конструкції.
Можлива помилка при розмітці довжини проводу легко компенсується при налаштуванні антени конденсатором С.
Автор: Інж.С. Бунімович (UB5UN); Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru