Інтенсивне освоєння радіоаматорами УКХ діапазонів за останні два десятиліття призвело до появи безлічі різноманітних за своїм конструкцій антен. Особливе поширення в останні роки отримали антени з подовженою траверсою. Довжина траверси такої антени становить кілька довжин хвиль, а число пасивних елементів сягає двох десятків і навіть більше. Саме їх нерідко використовують ультракоротковолновики при проведенні далеких і наддалеких зв'язків на УКХ через "аврору", метеорні потоки, ШСЗ і місячну поверхню.
Інтерес до антен з подовженою траверсою можна пояснити тим, що, по-перше, при практично таких же витратах матеріалів, що і на спорудження звичайного "хвильового каналу", посилення у них помітно більше; по-друге, конструкція таких антен нескладна, так як всі елементи кріпляться на одній несучої траверсе; по-третє, підкуповує відносна простота узгодження антени з фідером, бо ВЧ енергія підводиться тільки до одного активного елементу. Але цим антен властиві і деякі недоліки: мале придушення випромінювання назад і значне звуження робочої смуги при збільшенні числа елементів.
Ряд цікавих конструкцій УКХ антен з подовженою траверсою розробив відомий французький ультракоротковолновик Ф. Тонна (F9FT). Антени F9FT мають досить високий ККД, порівняно невеликі розміри і масу, у них немає елементів. Але мабуть, їх головне достоїнство - легка повторюваність, отримання ідентичних параметрів кожної окремої антени (при строгому дотриманні всіх розмірів елементів). Останнє дозволяє шляхом компонування декількох однотипних антен створювати складну антенну систему з великим коефіцієнтом посилення.
Основні параметри антени F9FT наведені в таблиці. Наведені значення підсилення антен дані щодо полуволнового диполя.
На рис. 1, а наведено креслення 16-елементної антейны для 2-метрового діапазону. Її траверсу виконують з прокату квадратного профілі зі стороною 20 мм, товщина стінки - 1,5...2 мм, або труби діаметром 20 мм. Частина траверси, де зміцнюють рефлектори і активний вібратор, має вигляд "ластівчиного хвоста" (рис.1,б). Пасивні елементи виготовляють з алюмінієвого дроту диаметром4 мм. Застосування інших матеріалів (міді, латуні, сплавів алюмінію, біметалу) не викликає помітного погіршення параметрів антени, за винятком її маси. Один з можливих варіантів кріплення рефлекторів і директорів показаний на рис. 1.в.
Puc.1
Активний вібратор з хвильовим опором 75 Ом (рис.2,а) виконують з алюмінієвого Дроту діаметром 5 мм, а з хвильовим опором 50 Ом (рис.2, б) - з двох алюмінієвих трубок діаметром 12 мм, з'єднаних алюмінієвої дужкою-согласователем з дроту діаметром 5 мм.
Puc.2
Основні параметри антен
Параметр
9-елементна
13-елементна
16-елементна
21-елементна
Діапазон частот, МГц
144 146...
144 146...
144 146...
432 435...
Посилення, дБ
11,8
12,8
15,6
16,8
Горизонтальний кут розкриву, градус
38
34
32
24
Вертикальний кут розкриву, градус
46
38
34
26
Придушення заднього пелюстки, дБ
15
20
22
23
Максимальне придушення бічних пелюсток, дБ
50
50
60
40
КСВ
1,3
1,2
1,2
1,1
Довжина антени, м
3,3
4,0
6,4
4,6
Активний вібратор повинен бути надійно ізольований від траверси. В якості ізоляційного матеріалу можна використовувати склотекстоліт, тефлон, органічне скло і т. п.
На рис. 3,а і 3,б схематично зображені 9 - і 13-елементна антени для 2-метрового діапазону. Конструкція активних вібраторів з різним хвильовим опором для цих антен показана на рис. 3 (75 Ом) і 3,г (50 Ом).
Puc.3
Деяка відмінність у розмірах даних активних вібраторів від тих, які застосовуються в 16-елементної антени, обумовлена прагненням краще узгодити ці антени з фідером. Перетин несучої траверси для цих антен таке ж, як і для 16-елементної (20х20 мм). Конструктивно 9 - і 13-елементну антену виконують так само, як і 16-елементну.
На рис.4,а наведено схематичний креслення 21-елементної антени для діапазону 70 див Відстані між елементами, зазначені на малюнку, відносяться до випадку використання фідера з хвильовим опором 75 Ом. При харчуванні антени 50-омних кабелем відстані повинні бути наступними: рефлектор - активний вібратор - 139 мм, активний вібратор - директор 1 - 48 мм, директор 1 - директор 2-68 мм, директор 2 - директор 3 - 182 мм. Інші директори розташовують на відстані, зазначеному на малюнку. Для траверси використовують прокат квадратного профілю зі стороною 16,5 мм (можна застосувати трубку діаметром 16...17 мм). Всі пасивні елементи виготовляють з алюмінієвого дроту діаметром 4 мм і зміцнюють безпосередньо на траверсі (див. рис.1,в). Активний вібратор (рис.4,б), виконують з алюмінієвого дроту діаметром 5 мм. В місці кріплення до траверси він повинен бути ізольований від неї.
Puc.4
На перший погляд може здатися, що безпосереднє харчування симетричного вібратора несиметричним коаксіальним кабелем не може дати гарних результатів, так як в цьому випадку відношення напруги на його кінцях дорівнює приблизно 2:3. А це неминуче призведе до формування випромінювання з вертикальною поляризацією, тим самим погіршується коефіцієнт посилення антени і її діаграма спрямованості. Однак експерименти показують, що живити антену так можна, але вхідний опір активного вібратора має бути погоджено з хвильовим опором живлячої фідера, а активний елемент надійно ізольований від траверси. При цьому практично вся підводиться ВЧ енергія випромінюється активним вібратором в навколишній простір, а велика кількість пасивних елементів досить добре формує головний пелюсток діаграми випромінювання антени строго по її осі. На рис. 5 і 6 зображені діаграми направленості в горизонтальній і вертикальній площинах 16-елементної антени F9FT для 2-метрового діапазону.
Puc.5
Puc.6
Щоб отримати більше посилення. однотипні антени об'єднують в систему. При подвоєнні числа однотипних антени коефіцієнт підсилення системи може зрости на 2.5 дБ. Максимальне значення досягається лише за умови оптимального відстані між антенами і суворої фазування останніх. Оптимальна відстань для 16-елементних антен 2-метрового діапазону і для 21-елементної антени діапазону 70 см становить 2l. На рис.7 наведено варіанти компонування антенних систем.
Puc.7
Якщо, наприклад, потрібно узгодити з живильним фідером, що має хвильовий опір 75 Ом, антенну систему з двох антен з активним елементом, у якого хвильовий опір 75 Ом, необхідно зробити наступне. Вібратори обох антен з'єднують через трійник відрізками коаксіального кабелю (їх хвильовий опір 75 Ом) довжиною, кратною l/2 (l1=l2=спl/2, де п=1,2,3, .... з - коефіцієнт укорочення кабелю), з четвертьволновым трансформатором Останній виготовляють з коаксіального кабелю з хвильовим опором 50 Ом довжиною сl/4.
Для правильної фазування антеною системи центральні провідники відрізків коаксіального кабелю підключають до точки А (див. рис.7).
Дуже просто узгодити чотири однотипні антени (див. рис.7,в). У цьому випадку використовуються відрізку кабелів з однаковим волновыи опором (50 або 75 Ом) довжиною l1=l2=l3=l4=спl/2, l5=l6=сl/4.
На рис.7,м показаний варіант об'єднання двох антен, при якому виходить діаграма спрямованості з круговою поляризацією. Такі системи доцільно використовувати при роботі через радиолюбительские супутники Землі, а також при прийомі сигналів, відбитих від місячної поверхні. Обидві антени монтують взаємно перпендикулярно на одній траверсе, однойменні вібратори зміцнюють як можна ближче один до одного.
Для узгодження використовують відрізки коаксіального кабелю з волновыи опором 75 Ом (l1=сп1l/4, l2=сп2l/2, де п1=1, 3, 5,...; п2=1,2, 3,...; l2-l1=l/4) і 50 Ом (l3=сl/4).
Дана антенна система з круговою поляризацією має коефіцієнт підсилення такий же, що і одиночна антена.
На закінчення декілька практичних порад. Для зручності і швидкого складання антенних систем рекомендується відрізки кабелів узгодження забезпечувати високочастотними роз'ємами типів СР-75 СР-50, а для їх з'єднання використовувати ВЧ трійники. Такі вузли неважко захистити від впливу атмосферних опадів. Якщо зазначених роз'ємів немає, відрізки кабелів можна акуратно спаяти, а місця з'єднання покрити полістиролом або епоксидною смолою. Всі кріпильні гвинти бажано ставити з нижньої сторони траверси і зафарбовувати їх Трубки елементів з кінців закривають капроновими ковпачками або гумовими пробками. Місця підключення кабелів до вібраторів бажано поміщати в капронові склянки. Щоб довгі траверси не прогиналися, їх можна звичайним способом підперти діагональними штангами. Останні повинні бути однакової довжини для всіх антен, скомпонованих в систему.
Література
Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru