Для проведення дальніх аматорських зв'язків на коротких хвилях широко використовуються спрямовані антени різних типів. Порівняно давно увійшли в практику антени типу "хвильовий канал", найбільш прості з яких містять два елементи - активний півхвильовий вібратор і пасивний рефлектор. Однак двоелементні антени з пасивним рефлектором не дають задовільної спрямованості випромінювання.
Якщо на частотах телевізійних каналів ще можна миритися з використанням багатоелементних антен, то для KB діапазонів (навіть 28 МГц) вони разом з обертовим пристроєм представляють надмірно громіздкі споруди. У зв'язку з цим все більш широке застосування знаходять двоелементні антени з активним рефлектором. Справа в тому, що антени з харчуванням рефлектора мають ряд переваг перед антенами з пасивними елементами.
Коротко ці переваги зводяться до наступного. Коефіцієнт посилення двоелементної антени з обома активними елементами еквівалентний посилення повнорозмірною трехэлементной антени з пасивними директором і рефлектором. При однакових значеннях коефіцієнта посилення двоелементна система легше, простіше в конструктивному відношенні і володіє меншими моментом інерції і парусністю. Антени з активним харчуванням дозволяють отримати більшу придушення випромінювання тому, що в умовах аматорської зв'язку важливіше, ніж отримання максимально можливих для даної системи значень коефіцієнтів підсилення. Разом з тим слід зазначити, що антени з активним харчуванням складніше в налаштуванні і більш критичні до зміни параметрів.
Принцип роботи двоелементної антени з харчуванням рефлектора полягає у створенні двох протифазних полів рівних амплітуд в напрямку, зворотному головного максимуму випромінювання системи. Застосування активного рефлектора дозволяє домогтися рівності струмів в обох елементах антени і різниці фаз, необхідної для максимального послаблення випромінювання назад. Розрахунки, проведені по загальновідомих формулах теорії антен [1], показують, що коефіцієнт підсилення цієї антени на 3,4 дб вище, ніж у антени з пасивним рефлектором, а максимальне придушення випромінювання назад (з урахуванням втрат в сполучній лінії) становить 40 - 50 дб, в той час як в пасивних системах воно не перевищує 25 дб. Ширина діаграми в горизонтальній площині за рівнем 0,707 Е становить 58°, а ширина променя в вертикальній площині при висоті підвісу l/2 і вугіллі випромінювання 30° становить 32°.
Описувана двоелементна антена з активним рефлектором є модифікацією антени HB9CV [2, 3], схема якої наведена на рис. 1. При оптимальній відстані між елементами, що дорівнює l/8, протифазні поля можуть бути отримані при запитывании елементів антени з фазовим зрушенням 225°. Фазовий зсув 225° в харчуванні рефлектора дорівнює сумі фазових зрушень, що виникають за рахунок противофазной системи живлення елементів (180°) і затримки в лінії живлення (45°).
Puc.1
Слід зазначити, що в схемі антени [2] наведено помилкові дані, що не забезпечують необхідний зсув фаз при живленні коаксіальним кабелем.
Принциповим недоліком цієї антени є трудність отримання необхідного фазового зсуву, що обумовлено обраної схемою живлення. Будь-фідерної лінії притаманний коефіцієнт укорочення, пов'язаний з її конструкцією і застосованими матеріалами Для використовуваних в антенній техніці фідерних ліній коефіцієнт укорочення зазвичай становить 1,05-1,66. Отже, для схеми рис. 1 при харчуванні у точках XX замість необхідного зсуву фаз (за рахунок лінії), що дорівнює 45°, буде отримана величина, що залежить від типу застосованої лінії.
Схема антени, вільної від цього недоліку і дозволяє отримати практично будь-зсув фази між двома активними елементами, показана на рис. 2.
Puc.2
Точку підключення живлячої фідера при відомому коефіцієнті укорочення лінії легко визначити за формулами:
dp+da=d+2Dlk,
де d - відстань між елементами;
da - довжина лінії від точки включення до антени;
dp - довжина лінії від точки включення до рефлектора;
Dlk - конструктивніше подовження лінії (10-20 см) і
де l - робоча довжина хвилі;
y - необхідний зсув фази;
e - коефіцієнт укорочення.
Для живлення антени зручно користуватися коаксіальним кабелем типу РК-75-7-11 (для якого e=1,52) і коаксіальним трійником типу ВР-193-Ф, ділячи потужність порівну, між вібраторами. При використанні трійника для кращого узгодження необхідно в якості сполучних ліній використовувати коаксіальний кабель з хвильовим опором 150 ом (типу РК-150-4-11 або йому подібний).
При розрахунку довжин елементів антенної системи (які становлять 0,5 l для рефлектора і 0,46 l для власне антени) необхідно враховувати їх коефіцієнт укорочення, що залежить від діаметра. Розраховані значення для антени діаметром 22 мм і согласующей лінії діаметром 20 мм дані в табл. 1. Тут же зазначені розміри елементів.
Таблиця 1
Розміри елементів, см
Середня частота, кГц
14150
21200
28500
la
968
647
480
lp
1052
702
519
h
12
9
6
так
131
87
66
gp
143
95
71
d
265
177
132
Розміри заготовок для антени діапазону 14 МГц наведені у табл. 2.
Таблиця 2
Розміри заготовок
Секція 1 (1 шт.)
Секція 2 (2 шт.)
Секція 3 (2 шт.)
Для антени, см
350
250
180
Для рефлектора, см
350
250
200
Зовнішній діаметр трубки, мм
22
20
18
Внутрішній діаметр трубки, мм
20
18
16
Конструкція антени показана на рис. 3. Кожен елемент виконаний з трьох секцій, що складаються з дюралюмінієвих трубок спряжених діаметрів, вдвигающихся одна в іншу.
Puc.3
Оскільки, зовнішній діаметр однієї трубки дорівнює внутрішньому діаметру другий, система допусків не дозволяє розглядати одну трубку в іншу на значну глибину. Тому вздовж трубки меншого діаметру робиться пропил на довжину 400 - 500 мм, після чого забезпечується надійне їх зчленування. Необхідно звернути особливу увагу на забезпечення надійного електричного контакту в місці зчленування. Порушення контакту викликає помітне погіршення електричних параметрів антени. Для полегшення установки на кінці елементів надіті гнучкі наконечники зі сплаву АМЦ-М (рис. 4).
Puc.4
Елементи зміцнюються на дюралевій трубі діаметром 40-45 мм з товщиною стінок 2 мм
Для додання жорсткості всій антеною системі вона повинна бути расчалена капроновою волосінню діаметром 1 мм (рис. 5).
Puc.5
Інші особливості конструкції видно з фотографії.
Вага антеною системи складає всього 6,5 кг, що дозволяє легко монтувати антену одній людині.
Зовнішній вигляд антени
Для обертання антени використаний електродвигун типу ПР-1 з вмонтованим всередину корпусу потенціометричним датчиком напрямку.
Налаштування антеною системи виробляють виходячи з необхідності отримання найкращого узгодження антени з живильним кабелем і максимального придушення заднього випромінювання.
При налаштуванні доцільно скористатися сигналом від місцевого джерела, що знаходиться приблизно в площині розташування елементів на відстані не менше 150 - 200 м.
Послідовність налаштування така.
Визначають електричну довжину фазозсувних ліній. Вимірювання і підгонка цього параметра повинна бути проведена з точністю не гірше 2-3 електричних градусів. Змінюючи довжину елементів ya і yp домагаються прийнятного значення КСВ всієї системи (не вище 1,5 на середній частоті діапазону). Регулюючи довжини la і lр, домагаються максимального придушення заднього випромінювання. На даному етапі досить домогтися придушення в 20 - 25 дб. Вимірювання слід проводити в декількох точках діапазону, після чого повторно регулюють ya і yp, домагаючись значення КСВ, близької до одиниці.
Ці операції проводять послідовно кілька разів до отримання найкращих параметрів антени.
Бажано всі вимірювання проводити в робочому положенні антени з тим, щоб уникнути впливу землі, Яка при малих висотах розташування антени може сильно спотворити результати.
Слід зауважити, що антени з активними елементами мають відому залежність рівня придушення заднього випромінювання від кута місця, що визначається розходженням у фазових співвідношеннях для хвиль, що приходять під різними кутами до горизонту. Для дальніх зв'язків, коли ці кути незначні, придушення досягає 40-50 дб.
Література:
1. С. В. Надененко. "Антени". Связьтехиздат, Москва, 1959.
2. "Радіо", 1965, № 11, стор 22.
3. К. Ротхаммель. "Антени". Вид-во "Енергія", Москва, 1967.
Автор: А. Снесарев (UW3BJ); Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru