Новые радиолюбительские КВ антенны

К. Ротхаммель, Радио №11/1965, ст.20

Финским радиолюбителем OH1NE сконструирована дипольная антенна, пригодная для работы на всех люби­тельских диапазонах. Антенна очень проста, для ее изготовления необхо­димо минимальное количество мате­риалов. В том случае, если входное сопротивление антенны (300 ом) и волновое сопротивление фидера рав­ны, последний может иметь любую длину.

Антенна устроена следующим обра­зом (рис. 1, а). К внутренним концам вибраторов полуволнового диполя присоединена четвертьволновая ли­ния, разомкнутая на конце.

Диполь и четвертьволновая линия рассчитываются на основную часто­ту, лежащую в самом длинноволно­вом из любительских диапазонов, на которых предполагается работать. Размеры этих элементов на рис. 1, а показаны для частоты в диапазоне 80 м. В диапазонах 40, 20 и 10 м ди­поль будет близок к резонансу соот­ветственно на второй, третьей и чет­вертой гармониках, а на четверть­волновой линии в этих диапазонах будет размещаться полволны, целая волна или две волны.

Фидер с волновым сопротивлением 300 ом подключается к четвертьвол­новой линии на расстоянии одной трети ее длины, считая от места при­соединения к диполю. В этой точке входное сопротивление антенны бу­дет равно волновому сопротивлению фидера, то есть 300 ом.

Фидер и четвертьволновая линия могут быть изготовлены из обычного провода или симметричного кабеля с волновым сопротивлением 300 ом (КАТ В. Ред.). В последнем случае при расчете четвертьволновой линии необходимо учитывать коэффициент укорочения (см. статью Никельберга «Расчет укорочения коаксиальных кабелей» «Радио», 1964, № 7, стр. 31— 32. Ред.), который для симметрич­ных кабелей с пластмассовой изоля­цией равен обычно 0,8.

Верхнюю треть четвертьволновой линии можно объединить с гори­зонтальными частями диполя. Тогда антенна будет выглядеть так, как показано на рис. 1, б. Преимуще­ства этого варианта состоят в том, что длина свободно висящего отрез­ка четвертьволновой линии сокра­щается до 13,6 м.

Коэффициент стоячей волны (КСВ) этой антенны в диапазонах 80, 40 и 20 м, а также в середине 10-метро­вого диапазона — меньше двух. Ан­тенна удовлетворительно работает и в 14-метровом диапазоне, в котором имеет КСВ не хуже 2,5.

Длина четвертьволновой линии на рис. 1, а и 1, б указана для случая ее изготовления из обычных прово­дов, когда изоляцией между провод­никами служит воздух.

Антенна «T2FD»

Среди любителей-коротковолнови­ков становится все более популярной широкополосная антенна «Т2РО» или, как ее называют иначе, «TFD». Ан­тенна может быть применена как для передачи, так и для приема.

Устройство антенны ясно из рис. 2 и не требует пояснений. Угол ее на­клона по отношению к земле — 30° (допустимы отклонения от 20 до 40°). Антенна с размерами, показан­ными на рис. 2, хорошо работает в полосе частот от 7 до 35 Мгц и удовлетворительно — в диапазоне 3,5 Мгц (80 м). К антенне можно подключать фидеры с волновым со­противлением от 300 до 600 ом (при меньших волновых сопротивлениях величина нагрузочного сопротивле­ния R становится очень критичной). Лучше всего устанавливать двухпро­водные фидеры с воздушной изоля* цией, которые имеют малые потери, но можно применять также симмет­ричные кабели.

Нагрузочное (поглощающее) со­противление R — очень ответствен­ная деталь антенны. Оно должно быть безындукционным, поэтому применять в качестве него проволоч­ные сопротивления нельзя. Мощ­ность рассеивания нагрузочного сосо­противления должна составлять не менее 35% мощности передатчика по высокой частоте. Если антенна будет подключена к приемнику, то для на­грузочного сопротивления R можно взять любое непроволочное соответ­ствующего номинала.

Величина сопротивления R теоре­тически должна быть равна волново­му сопротивлению фидера. Практи­ческие опыты показали, что лучшие результаты получаются, если вели­чина R выбрана несколько большей (см. таблицу 1).

При использовании антенны для передачи фидер может быть связан катушкой связи непосредственно с анодным контуром выходного кас­када передатчика. При 600-омном фидере катушка связи 80- и 40-мет­рового диапазонов должна содер­жать шесть витков, а для 20-метро­вого диапазона —три витка

Для придания антенне большей механической жесткости и сохране­ния параллельности ее лучей между последними можно установить попе­речные планки из дерева, пропитан­ного антисептическим составом, или бамбука.

Диаграмма направленности антен­ны «T2FD» имеет несколько широ­ких главных лепестков излучения, много побочных и никаких ясно вы­раженных нулевых точек. Поэтому эта антенна может работать почти во всех направлениях с приблизительно одинаковыми результатами.

Антенна «HB9CV»

Эта антенна, а также следующая («швейцарский квадрат») были скон­струированы швейцарским радиолю­бителем Р. Баумгартнером (HB9CV). Конструкция антенны «HB9CV» показана на рис. 3, а и 3, б. Эта антенна представляет собой два вибратора неравной длины, укреп­ленные параллельно в одной гори­зонтальной плоскости на расстоянии л/8. Оба вибратора — активные. При выбранном расстоянии л/8 между вибраторами наилучшая односторон­няя направленность антенны полу­чается тогда, когда ток в заднем виб­раторе (рефлекторе) отстает от тока в переднем вибраторе (директоре) на 225°. Такой сдвиг фаз достигается путем скрещивания проводников оп­ределенной длины, соединяющих виб­раторы. Длины вибраторов рассчи­таны так, что индуктивная реактив­ная составляющая рефлектора и ем­костная реактивная составляющая директора взаимно компенсируются в точках питания и в них действует только активное сопротивление, бла­годаря чему отсутствуют явления отражения.

Питание к обоим вибраторам под­водится через согласующие устрой­ства, соединенные между собой про­водниками. Согласующие устройст­ва присоединены к тем местам вибра­торов, где их входное сопротивление равно волновому сопротивлению фи­дера. Изготовлять согласующие уст­ройства и соединительные проводни­ки из алюминиевых трубок нет на­добности. Здесь вполне пригодны обычные провода, но не голые, а изолированные, чтобы они не замы­кались между собой, а также на ме­таллические части антенны.

Чтобы соединительные проводни­ки не излучали, расстояние между ними должно быть не более 25 мм. В этом пределе указанное расстоя­ние некритично. Электрическая дли­на соединительных проводников (с учетом коэффициента укорочения) должна составлять л/8. При располо­жении согласующих устройств в плос­кости вибраторов это расстояние по­лучается автоматически. Отклонения размеров соединительных проводни­ков на ±10% от л/8 не влияют на результаты работы антенны.

На рис. 3, а показана конструкция и размеры антенны с входным сопро­тивлением 300 ом, а на рис. 3, б — с входным сопротивлением 75 ом. Все размеры даны по отношению к длине волны. Это дает возможность рассчитать антенну «HB9CV» на лю­бые частоты с достаточной для прак­тических целей точностью. Абсолют­ные размеры для трех частот в раз­личных радиолюбительских диапа­зонах содержатся в табл. 2. К антен­не по рис. 3, а подключается симмет­ричный двухпроводный фидер или кабель, а к антенне по рис. 3, б —несимметричный коаксиальный ка­бель.

Антенна «HB9CV» равноценна на­строенной трехэлементной антенне «волновой канал». Ослабление зад­него лепестка — от 10 до 40 дб. Оно очень зависит от угла излучения ан­тенны в вертикальной плоскости.

Антенна «швейцарский квадрат» («swiss quad»)

«Швейцарский квадрат» («swiss quad») — наиболее современная кон­струкция квадратной (рамочной. Ред.) антенны. Эта антенна запатен­тована в Швейцарии под названием «направленная антенна с полным пи­танием».

Как видно из рис. 4, а, «швейцар- кий квадрат» состоит из двух верти­кальных квадратных рамок с раз­мерами сторон л/4, расположенных параллельно на расстоянии друг от друга от 0,075л до 0,1 л,. Средние части горизонтальных сторон квадратных рамок изогнуты под углом 45° таким образом, что средние точки этих сторон при укреплении рамок на мачте антенны совпадают. В месте скрещения рамок-вибраторов на­ходится пучность тока, и поэтому они должны быть надежно соедине­ны электрически. Так как пучности тока соответствует малый потенциал, то место скрещения вибраторов мо­жет быть заземлено (при металличес­кой мачте соединено с нею). Пере­крещенные отрезки рамок практи­чески не излучают, так как протекаю­щие в них токи находятся в противо­фазе.

Питание подводится к обоим рам­кам, то есть оба вибратора антенны — активные. Питающий фидер (кабель) можно присоединить как к верхним, так и к нижним горизонтальным сто­ронам рамок (если кабель будет про­пущен через трубу мачты антенны, то лучше подвести его к верхним сторо­нам рамок). Фидер или кабель под­ключается через согласующие уст­ройства. На рис. 4, б показан способ присоединения симметричного фиде­ра или кабеля с волновым сопротив­лением 300 ом, а на рис. 4, в — не­симметричного 75-омного коаксиаль­ного кабеля. Места присоединения согласующих устройств к горизон­тальным сторонам рамок подбирают при настройке.

Для того чтобы излучение было на­правлено в одну сторону, одну из рамок делают несколько меньше дру­гой. Тогда меньшая рамка будет слу­жить директором, а большая — реф­лектором. Требуемый сдвиг фаз для правильной работы антенны полу­чается тогда, когда периметр рамки- директора меньше периметра рамки- рефлектора на 5% . Необходимый пе­риметр директора достигается умень­шением длины горизонтальных сто­рон квадрата. Вертикальные стороны директора и рефлектора имеют рав­ную длину — приблизительно л/4.

Установленные опытом размеры антенны «швейцарский квадрат» составляют: периметр директора — 1,092л, периметр рефлектора — 1,148л, расстояние между директо­ром и рефлектором — от 0,075л до 0,Iл. В таблице 3 приведены абсо­лютные значения размеров для трех частот в различных любительских диапазонах. Так как в таблице пока­заны размеры для уже изогнутых горизонтальных сторон рамок, то нужно вычислить истинную длину трубок, необходимых для изготовле­ния этих сторон. Проще всего сде­лать это, начертив в уменьшенном масштабе вид антенны сверху на миллиметровой бумаге. Вертикаль­ные стороны рамок делают из голого провода или канатика, а согласую­щие устройства — из провода в лю­бой изоляции. Расстояние между проводами согласующего устройства и горизонтальными сторонами виб­раторов некритично и может быть около л/200.

Для настройки «швейцарского квадрата» необходимы отградуиро­ванный ГИР и простой измеритель коэффициента стоячих волн (КСВ). В начале настройки провода согла­сующего устройства присоединяют к серединам той части горизон­тальной стороны рамки, кото­рая простирается от ее окон­чания до изгиба на угол 45°. Затем при помощи ГИРа измеряют резонансную частоту антенны на конце фидера у ‘ передатчика, присоединив к фидеру катушку связи. В том случае, если резонансная час­тота антенны отличается от же­лаемой, ее корректируют, уко­рачивая или удлиняя вертикальные стороны рамок. После этого находят правильные точки присоединения со­гласующих устройств к горизонталь­ным сторонам рамок. Для этого при­соединяют к фидеру измеритель КСВ и возбуждают антенну на резонанс­ной частоте при помощи ГИРа. Из­меняя места присоединения проводни­ков согласующих устройств, добива­ются минимального КСВ (можно до­стигнуть КСВ-1,2). Так как при на­стройке согласующих устройств не­сколько изменяется резонансная час­тота антенны, то весь процесс наст­ройки следует повторить несколько

раз.

Многочисленными измерениями в диапазонах 21 и 144 Мгц было ус­тановлено, что антенна «швейцар­ский квадрат» имеет следующие па­раметры: коэффициент усиления по отношению к полуволновому дипо­лю: при связях на коротких расстоя­ниях (прямое излучение) — 64-7,9 дб при ЛХ-связях (пространствен­ное излучение) — 12-4-14 дб; отноше­ние переднего лепестка к заднему — порядка 15 дб; боковой минимум на 80° от направления главного излу­чения — минус 32-440 дб; ширина главного лепестка по половинной мощности — 60°.