У попередній статті автора (Ст. Поляків. Вертикальна спрямована антена. "KB журнал", № 5, 1998, с. 27-31) була детально описана двоелементна спрямована антена, що складається з двох активних вертикальних вібраторів. В процесі експериментів з нею був придуманий і інший спосіб харчування вертикальних вібраторів, без застосування четвертьволновой двопровідної лінії. Може бути, це в якійсь мірі повернення до старого й відомого, тим не менш антена запрацювала, легко налаштовувалася, показала непогані результати і була використана практично. Пропонуємо цю конструкцію на суд читачам.
По ідеології ця антена раніше є ZL-бімом з двома близько розташованими вертикальними полуволновыми вібраторами, питаемыми майже в протифазі (фазовий зсув струмів у вібраторах близько 215°). Зміни стосуються способу живлення вібраторів. Звернемося до рис. 1, де показаний нерозрізний напівхвильовий вібратор і розподілу струму і та напруги U в ньому.
Графіки цих розподілів майже точно відповідають відрізкам синусоїд. В точці X, зміщена на деяку відстань від середини вібратора, його опір, в повній відповідності з законом Ома, визначається відношенням напруги до струму, R=U/I. Воно дорівнює нулю в середині вібратора (оскільки тут напруга звертається в нуль) і зростає пропорційно tg(2пХ/L) при зміщенні точки харчування на відстань Х від середини вібратора. Таким способом, до речі, здійснюється живлення антени Windom однопровідна фідером з опором близько 600 Ом. Нам знадобиться опір близько 25 Ом, тому зміщення точки живлення від середини вібраторів буде дуже незначним.
Електрична схема пропонованої антени з орієнтовними розмірами, наведеними в довжинах хвиль, показана на рис.2.
Кабель живлення з хвильовим опором 50 Ом підключається до точок Y-Y, забезпечуючи їх противофазное збудження. Ці точки з'єднуються короткими "товстими" відрізками провідників з точками живлення вібраторів Х-Х. "Товсті" провідники потрібні тут для зниження їх індуктивного опору, яка, втім, буде скомпенсоване при налаштуванні антени, і як з'ясувалося, істотного впливу не робить. Для живлячої фідера вхідні опори вібраторів включені послідовно, ось тому-то вхідний опір вібратора в точках Х-Х і повинно бути близько 25 Ом. З рівним успіхом антену можна погодити й з 75-омних кабелем, просто відстань від середини вібраторів до точок Х-Х буде трохи більше.
Якби вібратори були однаковими, вони збудилися б точно в протифазі і антена випромінювала б погано, з діаграмою спрямованості з двох однакових пелюсток вперед і назад. Для необхідної фазування передній вібратор зроблений кілька коротше напівхвилі, а задній - трохи довше (як і годиться рефлектора). Електричні довжини вібраторів на рис.2 наведено з урахуванням "природного" укорочення вібраторів, які мають кінцеву товщину. Вкорочення переднього вібратора дає зсув фази близько 16° (0.045 L) у бік випередження, а подовження заднього - такий же фазовий зсув в бік відставання. Відстань між вібраторами становить 0,09 L, тому хвиля, излученная переднім вібратором тому, виявляється точно противофазной хвилі, випромінювань тому заднім вібратором, і обидві хвилі виявляються скомпенсованими. Тому випромінювання тому відсутня. Різниця фаз між хвилями, излучаемыми обома вібраторами вперед, складає більше 60°, і ці хвилі не компенсуються, утворюючи направлене випромінювання.
Описана антена була змодельована в діапазоні 430 МГц наступним чином: на платівці фольгиро-ного склотекстоліти розмірами 7х80 мм в середині фольга була прорізана і туди був припаяний кабель( точки Y-Y), опліткою в бік рефлектора (так зручніше називати задній, більш довгий вібратор). Вібратори були виготовлені з мідного дроту діаметром 1,8 мм і кріпилися до скло-текстолітової планці пружними скобочками (точки Х-Х), так, щоб вібратори можна було пересувати по вертикалі. Таким пересуванням, або зміщенням точок Х-Х, вдавалося досягти КСВ== 1 на робочій частоті. Придушення випромінювання тому досягалося підбором довжин вібраторів. Ось що вийшло після налаштування: виграш антени в порівнянні з одиночним полуволновым вібратором склав 5 дБ. Діаграми направленості у вертикальній і горизонтальній площинах показано на рис.3.
Puc.3
Вони дуже типові для двоелементної антени і ніяких особливостей не мають. Кут розкриття діаграми по половинній потужності становить 110° в горизонтальній площині (по азимуту) і 90° у вертикальній площині (по куту місця). В останньому випадку позначаються спрямовані властивості самих вібраторів, що додаються до спрямованим властивостям системи випромінювачів. Оцінка виграшу по діаграмі спрямованості дає значення 6,5 дБ по відношенню до изотропному випромінювача, що досить добре відповідає наведеній вище цифри.
Отримавши ці результати, було вирішено побудувати портативну розбірну антену для роботи в польових умовах на діапазоні 10 м. Її ескіз наведено на рис.4. Антена піднімалася на телескопічній щоглі висотою 6,5 м, виготовленої з відрізків алюмінієвих труб діаметром від 24 до 35 мм. Щоб щогла не збуджувалася полем випромінювання антени, її довжина не повинна бути кратною чверті довжини хвилі. Хоча це положення експериментально і не перевірялося, помітного впливу щогли зазначеної висоти на роботу антени відзначено не було. Можна використовувати і діелектричні щогли будь-якої висоти. Щогла фіксувалася у вертикальному положенні розтяжками з поліамідного риболовного шнура. На верхньому кінці щогли була закріплена пластина з товстого (15 мм) органічного скла (ізолятор), до якої болтами кріпляться горизонтальні частини живильної лінії. Вони були виготовлені з дюралюмінієвого П-образного профілю перетином 35х20 мм. Розміри профілю некритичні, лише б він забезпечував достатню механічну жорсткість кріплення вібраторів. Під болти кріплення профілю до ізолятора були підкладені пелюстки, до яких припаивался кабель. Для зменшення затікання струмів на оплетку кабелю, на нього були надіті два феритових кільця. Електричного контакту з щоглою кабель не мав.
Вібратори були виготовлені з двох дюралюмінієвих трубок діаметром 14 і довжиною 3000 мм. З обох кінців вібратори надставлялись стеньгами з більш тонкою і дуже легкою трубки. Стеньги можна було передви гать і фіксувати гвинтами, регулюючи довжину вібраторів. До кінців профілів (в точках Х-Х) вібратори кріпилися обтискачами з м'якого дюралюмінію і гвинтами з різьбовим отворам в профілі. Поки гвинти не затиснуті, вібратори можна було пересувати по вертикалі з деяким зусиллям, тримаючи за нижню стеньгу.
Налаштування антени звелася до підбору довжин вібраторів висуванням і вдвиганием нижніх стеньг. При цьому контролювалася діаграма спрямованості. Практично це зручно робити при прийомі будь-якої радіостанції, сигнал від якої стабільний і приходить земною хвилею. Обертаючи щоглу, спостерігають діаграму спрямованості. Автор, експериментуючи на садовій ділянці в 60 км від Москви, брав радіостанцію московської Служби порятунку" у СВ діапазоні 27 МГц, і отримав різницю при прийомі "спереду" і "ззаду" в 4...5 балів (до 30 дБ). Потім розміри вібраторів були вкорочені на 4% для перебудови на 28 МГц. Отримавши прийнятну діаграму, пересувають вібратори по вертикалі до отримання хорошого КСВ в живильному фідері. Вібратори при цьому засмучуються мало, але все ж операції з формування діаграми і погодженням краще повторити кілька разів. Це можна робити в робочому положенні антени, може бути приспустивши щоглу на одне коліно, оскільки дістати для регулювання треба тільки до нижніх стеньг обох вібраторів. Ні в якому разі не можна доторкатися до стеньг при включеному передавачі, оскільки на кінцях вібраторів знаходяться пучности (максимуми) напруги і можна отримати високочастотні опіки. До того ж і антена розбудовується навіть при піднесенні рук до кінців вібраторів. Після регулювання антену опускають, затягують всі кріпильні гвинти піднімають і знову в робоче положення.
Розміри, наведені на рис.4, отримані вже після установки антени. Щоб перевірити повторюваність результатів, інший раз антена була зібрана на землі за наведеними розмірами і піднята без установки. Ставлення випромінювання вперед/назад вийшло близько 25 дБ, а КСВ менше 2. Потрібна була лише невелика підстроювання КСВ переміщенням вібраторів по вертикалі в їх кріпленнях.
З цією антеною був проведений експеримент з прийому сигналів скандинавських маяків в один із днів, коли проходження на 10-метровому діапазоні і в помині не було. Налаштувавши приймач на 28,268 МГц і направивши антену на північний захід, автор півтори години терпляче слухав найчистіший шум ефіру. Треба сказати, що експеримент проходив у досить тихому місці, де шум ефіру, приведений до 50-му-ному входу приймача, склав 0,08...0,1 мкВ в SSB смузі 2,4 кГц. Терпіння було винагороджено трьома, однією сильною і двома більш слабкими "спалахами" сигналу фінської маяка OH9TEN, випромінюючого 20 Вт вертикальної всеспрямованої антеною. "Спалахи" тривали від однієї до чотирьох секунд, і жодного сумніву, що це були відбиття сигналу від спорадичних метеорних слідів. Подальші розрахунки дали значення загасання метеорного сигналу на цій трасі близько 170...180дБ, тобто величину, яку цілком можна перекрити, використовуючи випромінену потужність в кілька десятків ватів, чутливі приймачі і найпростіші спрямовані антени, подібні описаній. Таким чином, метеорна зв'язок на "десятці" цілком можлива!
Автор: Володимир Поляков (RA3AAE), р. Москва; Публікація: Н. Большаков, rf.atnn.ru