В дециметровому діапазоні хвиль (ДЦВ) рекомендується застосовувати високоефективні антени з гострої діаграми спрямованості з наступних причин. Висока спрямованість антен істотно збільшує енергетичний потенціал лінії зв'язку, що дозволяє збільшити дальність зв'язку, або знизити потужність передавача. Останнім вигідно не тільки економічно, але і тому, що в ДЦВ діапазоні важко отримати великі потужності передавачів.
Крім того, при високій спрямованості антен зменшується можливість впливу на приймальний пристрій сторонніх перешкод. Нарешті, гостронаправлені антени дозволяють зменшити взаємний вплив декількох близько розташованих систем зв'язку, що працюють в одному діапазоні частот. Посилення антен, прямим чином пов'язана з її спрямованими властивостями, ст. певною мірою компенсує втрати ВЧ енергії при розповсюдженні по лінії зв'язку. При збільшенні відстані між кореспондентами знижується рівень переданого сигналу і виникає необхідність у застосуванні все більш спрямованих антен. Такі антени можна побудувати, об'єднавши в систему (решітку) кілька антен з порівняно слабкою спрямованістю. Поодинокі антени, що входять в решітку, слід розташовувати відносно один одного на оптимальних відстанях, враховуючи їх спрямовані властивості.
При відстанях менше оптимальних, антени в решітці будуть недоиспользованы і коефіцієнт спрямованої дії (КНД) грат менше можливого. Відстані більше оптимальних недоцільні, так як в цьому випадку невиправдано збільшуються розміри антенного пристрою в цілому і погіршується його характеристика спрямованості (звужується головний пелюстка і зростають бічні). Орієнтовно вибрати відстані між окремими антенами решітки можна, користуючись поняттям ефективної поверхні Ѕэфф одиночної антени з КНД=Dо.
Ѕэфф=(Dol2)/4p;
де l - довжина хвилі.
Представляючи умовно цю поверхню у вигляді квадрата зі стороною a=l/2Sqr(Do/p), можна розташовувати електричні центри антен в решітці по вершинах квадрата зі стороною a. При цьому ефективна поверхня Ѕрэфф антенної решітки приблизно дорівнює n*Ѕэфф, де n - число антен, що входять в решітку. Очевидно, що значення КНД антенної решітки залежить як від значення Do (КНД кожної поодинокої антени), так і від числа одиночних антен, утворюють решітку. При збільшенні цього числа зростають технічні труднощі в синфазном харчуванні антен решітки та погодження її з фідером. Зменшення довжини робочої хвилі посилює ці труднощі і в розглянутому діапазоні частот вони вже досить відчутні. Істотним моментом при побудові багатоелементною антенної решітки є вибір її елемента - одиночній антени. Цей елемент повинен бути конструктивно простий і володіти апериодическими властивостями. Остання якість особливо необхідно при виконанні антенної решітки в аматорських умовах, коли важко зробити велика кількість одиночних антен з високою ідентичністю. Відсутність у одиночній антени яскраво виражених резонансних властивостей дозволяє без особливого збитку для решітки в цілому допускати відхилення від заданих розмірів при виконанні деталей антен. В якості такого елемента може бути використаний зигзагоподібний випромінювач, зображений на рис.1. На цьому рисунку наведені розміри випромінювача на діапазон частот 430-440 МГц.
Puc.1
Випромінювач виготовляється з восьми суцільних однакових металевих пластинок, скріплених між собою будь-яким способом (паянням, болтами або заклепками). При скріпленні болтами або заклепками в точках живлення антени a - а необхідно встановити латунні луджені пелюстки для припаивания фідера. При даній конструкції випромінювача у його точках б-б будуть пучности струму і, відповідно, нульові напруги. Завдяки цьому за точки б-б випромінювач можна закріпити металевими стійками до рефлектора, а також провести через одну з цих точок розподільчий фідер, не порушуючи електричної симетрії антени. Таким чином відпадає необхідність у виготовленні та застосуванні якого-небудь спеціального симетрувального пристрою. Розподільчий фідер від точки "б", що має нульовий потенціал, прокладається по двом пластинам випромінювача до точок його харчування, де припаюється до нього. Щоб випромінювач був міцніше, між точками а-а можна поставити діелектричну плату.
Проста конструкція випромінювача допускає його багаторазове виготовлення з високою ідентичністю. КНД і КБВ (коефіцієнт бігучої хвилі) цього випромінювача слабо залежать від частоти, і в робочому діапазоні хвиль практично не змінюються. Таким чином, конструкція випромінювача і його апериодические властивості задовольняють вимогам, що пред'являються до елементів антенної решітки. Наступним етапом в побудові антенної решітки є розміщення елементів в решітці і вибір відстаней між ними. Діаграми спрямованості в Е і Н площинах поляризації зигзагоподібного випромінювача з рефлектором у заданому діапазоні хвиль практично однакові. Це дозволяє розставити елементи решітки по вершинах квадрата зі стороною приблизно дорівнює 0.9 l. Для успішної роботи антенної решітки необхідно правильно живити її та узгодити елементи решітки з основним фідером. При цьому бажано, щоб система харчування забезпечувала синфазних випромінювання елементів решітки і рівність підводяться до них потужностей. Принцип роботи системи живлення застосованої в описуваної антеною решітці можна зрозуміти з рис.2.
Puc.2
На цьому малюнку зображені чотири зигзагоподібних випромінювача, провідники яких порушені у фазі від точок харчування-в. При цьому розподільні фідери 1 і 2, 3 і 4 включені попарно паралельно, а самі пари в точках в-в - послідовно. Це дозволяє в першому наближенні точках-у відновити значення вхідних опорів, наявних на вході кожного окремо взятого розподільного фідера і тим самим забезпечити таку ж ступінь узгодження фідера, що живить чотири випромінювача, яку має фідер, що живить один випромінювач (КБВ~0,6-0,7). Фази напруги, що підводиться до точок харчування в-в, зрушені відносно один одного на 180°, тому для правильної фазування випромінювачів, необхідно штучно створити додатковий зсув фази на 180°. Цей зсув можна Здійснити, прокладаючи, наприклад, розподільні фідери 1 і 3 по правим сторонам випромінювачів, а фідери 3 і 4 - відповідно за лівим. Природно, що електричні довжини розподільних кабелів від точок харчування-до точок харчування випромінювачів a-a повинні бути однаковими. На рис. 3,а показано конструктивне виконання монтажу коаксіальних кабелів чотирьох розподільних фідерів у вузлі А.
Puc.3.а
З'єднання кабелів у вузлі А дуже прості та додаткових пояснень не потребують. Слід лише мати на увазі, що довжини з'єднувальних провідників повинні бути якомога меншими, а місця спайок гранично акуратними. Вузол А монтують на діелектричної платі, яку потрібно на 40-50 мм відсунути від щогли. В якості основного живильного фідера четвірки випромінювачів можна взяти як коаксіальний 75-омний кабель (краще РК-3), так і 300-омную двопровідну лінію. У першому випадку кабель потрібно підключити до точок живлення - через симметрирующее пристрій, загальний вигляд якого показаний на рис.3,б.
Puc.3.б
Це пристрій складається з двох провідників рівного діаметру, замкнутих накоротко між собою на відстані 173 мм від точки підключення центрального провідника кабелю. Роль одного з провідників симетрувального пристрою виконує екранує обплетення основного фідера, в якості іншого використовується латунна трубка. Точками р-р симметрирующее пристрій підключається до точок в-в вузла А. Провідники симетрувального пристрою потрібно закріпити до діелектричної платі живлення вузла А, щоб механічні зусилля від фідера не передавалися на точки збудження в - в і не порушували в них контакту. Коли в якості основного фідера використовується двопровідна лінія з хвильовим опором 300 ом, до симметрирующему пристрою підключається ще U-коліно (на рис.3,б внизу).
При фідері з кабелю РК-3 або РК-1 включати U-коліно не потрібно. U-коліно збільшує в чотири рази значення опорів, забезпечуючи як необхідну в разі застосування двопровідної лінії трансформацію опорів, так і симетрування. Двопровідну лінію з хвильовим опором 300 ом можна виготовити з мідного дроту. Для фіксації проводів лінії на них слід закріпити стовпчики, нарізані з поліетиленової ізоляції кабелю РК-3 невеликими шматками довжиною близько 10 мм. Шматки ізоляції, надіті на проводи лінії, попарно скріплюються між собою ізоляційною стрічкою (рис.4).
Puc.4
Кінець двопровідної лінії перед введенням в будинок слід в точках д -д підключити до іншого ЕТ-племені, як показано на рис.4. Пристрій і розміри антенної решітки з чотирьох випромінювачів, схема якої наведена на рис.2, показано на рис.5.
Puc.5
КНД цієї решітки близько 40. Конструкція рами, на якій розташовані випромінювачі, показана на рис.6. Вона являє собою чотири горизонтальні і два вертикальні рейки, закріплених на щоглі.
Puc.6
Якщо випромінювачі виконані з досить жорстких матеріалів, вертикальні рейки можна не робити. Для збільшення спрямованості антенної решітки доцільно використовувати рефлектор. Один з варіантів рефлектора представлений на рис.7.
Puc.7
Він складається з двох горизонтальних рейок, по краях яких закріплено два відрізка антенного канатика або голого мідного дроту діаметром 2-3 мм. До антенним канатикам (або проводів) прикріплюються поперечні провідники діаметром 0,5-1 мм, які і утворюють стінку рефлектора. Рефлектор зміцнюється на щоглі за допомогою двох кронштейнів (рис.7). Він повинен бути як можна легше. Загальний вигляд решітки з чотирьох випромінювачів з рефлектором показаний на рис.8.
Puc.8
При установці решітки слід спрямувати її на кореспондента. Відтяжки щогли не повинні перетинати і тим більше торкатись провідників випромінювачів антенної решітки. Якщо відтяжки проходять перед полотном антени, то вони повинні складатися з декількох частин з ізоляторами між ними. Відстань між ізоляторами має бути близько 150 мм. Проводу двопровідної липни можуть йти паралельно щоглі, але не повинні її стосуватися. В місцях перегину їх можна закріпити на ізоляторах. Однак необхідно прагнути до того, щоб провідники двопровідної лінії при закріпленні і вигинах (бажано більш плавних) не були сильно деформовані. Так, наприклад, їх не можна обвивати навколо ізоляторів, як це роблять з проводами освітлювальної мережі. Як видно з наведених рисунків, розміри антенної решітки з чотирьох випромінювачів порівняно невеликі. Є можливість збільшити КНД решітки приблизно до 150-160 шляхом її подальшого почетверіння.
Обрана схема живлення елементів решітки дозволяє це зробити без особливих зусиль. На рис.9 показана схема живлення антенної решітки з 16 елементів. Вона аналогічна схемі рис.2, якщо рахувати кожну четвірку випромінювачів як одиничний елемент. Всі вузли рис.9 з точками харчування в-в і в'-в' виконуються так, як показано на рас.3. До точок у'-у' можна підключити в якості основного фідера як 75-омний коаксіальний кабель з симетрувальним пристроєм, так і двопровідну 300-омную лінію, із застосуванням СТ-коліна. Монтаж ліній живлення вимагає особливої уваги, так як неправильне приєднання кінців симетрувального пристрою в якому-небудь з вузлів живлення викличе расфазирование всій антенної решітки. Схема підведення розподільних кабелів до точок живлення самих зигзагоподібних випромінювачів в четвірках також показана на рис.9.
Puc.9
Монтувати грати з 16 випромінювачів на каркасі можна так, як показано на рис.10. Тут також вертикальні рейки потрібні не завжди. Рефлектор антени виконується описаним вище способом.
Puc.10
Вимоги до виконання фідерної системи повністю зберігаються. Збільшуються вимоги до ретельності юстування системи та її механічної жорсткості. Антена має порівняно високу спрямованість. Кут розкриття її діаграм спрямованості за рівнем половинної потужності становить близько 16°. Отже, небажані відхилення від напряму на кореспондента і по куту місця, що перевищують ±4°.
Автор: К. Харченко; Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru