Автор: Ротхтамелъ К.
Теги: художественная литература радиотехника радиостанции антенны радиосвязь переводная литература
ISBN: 5-7199-0078-0
Год: 1998
Текст
Карл Ротхтамелъ
Фунданментальное пособие по антеннам,
впервые выпущенное в России
в полном объеме от оригинала
Antennenbuch
Karl RothammelDM2ABK
Deutscher Militarverlag
Карл Ротхаммель
АМППЕНИЫ
Первое полное издание в России
Перевод с немецкого С. А. Захарченко
Издательство «БОЯНЫЧ»
Санкт-Петербург
1998
Scan AAW
ББК 84 Р7
А27
Ротхаммель К.
А 27. Антенны: Пер. с нем. 1-ое полное издание, С-Пб.:
Издательство «БОЯНЫЧ», 1998, 656 стр., ил.
В книге приводятся сведения об антеннаях коротких и ультрако-
ротких волн, рассказывается о методах их настройки и согласова-
ния. Даются описания приборов ля измерения параметров антенн.
Автор книги К. Ротхаммель (ГДР) известен советским читателям
по предыдущим изданиям. Настоящее издание дополнено описания-
ми новых типов антенн, значительно расширен раздел «Антенны ди-
циметрового и сантиметрового диапазонов». Книга предназначена
радиолюбителям-конструкторам и радиоспортсменам.
ISBN 5-7199-0078-0
KARL ROTHAMMEL
Anteimenbuch
Militarverlag der Deutschen Demokratischen Republik (VEB)
Berlin, 1968
Карл Ротхаммель
Антенны
Гл. редактор Лысенко Н. А.
Верстка Макушин М. А.
Переводчик Захарченко С. А.
© Militarverlag der Deutschen
Demokratischen Republik (VEB) - Berlin, 1968
© Перевод на русский язык, «АСАЧ», 1998.
Вступительное слово к изданию
Не для кого не секрет, что ключом к успеху радиолюбителя явля-
ется эффективная антенна. При современном насыщении радиолю-
бительского эфира это утверждение приобретает еще большее значе-
ние, так как слабые сигналы редких позывных глохнут в помехах.
Каждый радиолюбитель раньше или позже приходит к выводу , что
только с хорошей антенной системой можно достигнуть спортивно-
го успеха. Старое утверждение “Хорошая антенна лучше самого хо-
рошего усилителя” остается, таким образом, в силе.
Оптимальной антенны, которая бы давала хорошие результаты
при различных условиях, к сожалению, не существует. Радиолюби-
тель стоит поэтому всегда перед сложной задачей выбрать из много-
го числа всевозможных типов и конструкций антенн такую, кото-
рая бы соответствовала его требованиям с учетом целей , места раз-
мещения, финансовых возможностей и других факторов.
Эта книга поэтому ставит цель быть советником в вопросах, свя-
занных с антеннами, в первую очередь начинающим радиолюбите-
лям. Однако и для “старых волков эфира” эта книга послужит спра-
вочником, т.к. отражает интернациональный уровень развития ан-
тенной техники.
Особый акцент сделан на общедоступность изложения,, при этом
теория была сознательно упрощена, а практическим вопросам, на-
оборот, уделено очень большое внимание.
Положительные отклики об ранних изданиях позволили прийти
к выводу, что подобный метод практического изложения материала
является наилучшим.
Данное седьмое издание было полностью переработано и суще-
ственно расширено. Наряду с многочисленными новыми конструк-
торскими разработками, читатель найдет также подробные сведения
об антеннах для “охоты на лис”, антеннах на подвижных объектах,
УКВ антеннах, а также описания приборов для измерения характе-
ристик антенн. Приведены также практические таблицы, примеры
расчетов и обширная литература. Остается только надеяться, что эта
книга позволит подняться каждому читателю на современный уро-
вень антенной техники.
5
Если эта книга способствует повышению квалификации радио-
спортсменов и всех , кто интересуется радиотехникой, то можно счи-
тать ее задачу выполненной.
Карл Ротхаммель
1. Электромагнитные колебания
Излучаемая от антенны пере-
датчика энергия распространя-
ется в пространстве в форме элек-
тромагнитных волн.
Процесс образования волн
можно наглядно наблюдать на
спокойной водной поверхности.
Брошенный предмет вызывает на
этой поверхности волновые коле-
бания. Возникшее, распространя-
ющееся кольцевыми кругами,
волновое движение осуществля-
ется не в форме тока воды. Этот
факт можно доказать, положив
на водную поверхность неболь-
шие плавающие предметы, кото-
рые, при условии отсутствия вет-
ра, остаются на своих местах и
двигаются только вверх и вниз в
ритме волн.
Возникший волновой процесс
описывается следующими харак-
теристиками:
Длинна волныЪ-минкмыхъыж
расстояние между двумя точками
находящимися в одинаковом
волновом состоянии, то есть, в
этом случае это расстояние меж-
ду соседними волновыми гребня-
ми или впадинами.
Частота f - число волновых
движений (длин волн), образую-
щихся в одну секунду.
Скорость распространения
с - скорость распространения
волнового процесса от источни-
ка энергии.
Эти три характеристики свя-
заны между собой формулой
х=-£- (1.1)
Рассмотренные на примере
колебаний водной поверхности
соотношения можно перенести
на электромагнитные колебания.
Электромагнитные волны также
характеризуются определенной
длинной волны 1, которая в диа-
пазоне коротких и ультракорот-
ких волн измеряется в метрах (т).
Уже по названию можно ви-
деть, что электромагнитные ко-
лебания имеют форму волны.
Длинна волны определяется рас-
стоянием между двумя волновы-
ми фронтами с одинаковой фазой
(рис. 1.1.)
№. № ЗМ, U
Расстояние (время)
Рис. 1.1. Временное изображение
электромагнитной волны
7
Мгновенное значение ампли-
туды изменяется по величине и
знаку в зависимости от времени
(= расстояния) по закону синусо-
иды. По отмеченным отрезкам
A-В и С-D можно судить о том ,
что длинна волны может быть
замерена не только на нулевой
линии, но и между двумя любы-
ми соседними точками с одина-
ковой фазой.
Принято давать фазовое рас-
пределение в градусах, при этом
полный период колебания всегда
равен 360°,что позволяет произ-
водить фазовые сравнительные
оценки.
Единицей измерения частоты
является Герц (Гц).
1 Гц = 1 колебанию в 1 секун-
ДУ
1 кГц ( 1 килогерц) = 1000 Гц
1 Мгц (1 мегагерц) = 1000 кГц
1 ГГц (1 гигагерц) = 1000 Мгц
Скорость распространения
электромагнитных волн состав-
ляет 300000000 м/с и соответству-
ет, таким образом, скорости све-
та. Если речь идет о скорости
распространения в полностью
пустом пространстве, то под этим
подразумевают идеальную среду,
которая в действительности не
существует. Космос сам по себе не
является полностью пустым.
Если электромагнитные волны
распространяются не в пустом
пространстве, то их скорость
распространения несколько
8
меньше чем 300 000 км/с. Ско-
рость распространения зависит
от среды, в которой эти волны
распространяются. Если речь
идет о атмосферном воздухе, то
скорость распространения элек-
тромагнитных волн практически
не уменьшается.
В технике высоких частот рас-
четы ведутся при значении
с = 300 000 км/с
Вставив это значение в форму-
лу (1.1.) получим
Л ЗЮ8
Х =—-—
(1-2.)
X- в метрах, с - в м/с,/- в Гц,
или
Л 300000
Х =------
X- в метрах, с - в км/с,/- в кГц,
или переставив
г 300000
X- в метрах, с - в км/с,/- в кГц .
Таблица для перерасчета ча-
стоты в длину волны приведена
в приложении (см. Таблицу 34.1.)
1.1. Электромагнитное поле
Токи, протекающие по про-
воднику, вызывают вокруг этого
проводника электромагнитное
поле. Оно состоит из двух компо-
нентов: электрического поля и
магнитного поля. Для наглядно-
сти представления электромаг-
нитного силового поля ввел фи-
зик Михаил Фарадей понятие
силовых линий.
Силовое поле характеризует-
ся величиной и направлением
сил, которые могут изменяться от
места к месту. Направление сило-
вых линий соответствует направ-
лению действующих сил, плот-
ность расположения силовых ли-
ний - величину сил.
Силовое поле, в котором сила
по величина и направление всю-
ду одинакова, называют гомоген-
ным (равномерным). Если на-
правление и величина силы изме-
няются (неравномерное распреде-
ление силовых линий), то говорят
о ингомогенном (неравномер-
ном) поле.
1.1.1. Электрическое поле
Если два электрически заря-
женных предмета, например,
шары или пластины, находятся
на определенном расстоянии
друг от друга, то в пространстве
между предметами возникает
электростатическое поле. Так как
заряды и соответственно поле не
изменяется, то говорят об элект-
ростатическом поле.
На рисунке 1.2. показан кон-
денсатор, пластины которого за-
ряжены зарядами противополож-
ного знака. Электростатическое
поле изображается наглядно си-
ловыми линиями. Расположение
и направление силовых линий
дают представление о направле-
нии и величине электрического
поля. Разность потенциалов меж-
ду платами конденсатора и рас-
стояние плат друг от друга опре-
деляют напряженность электри-
ческого поля в пространстве меж-
ду платами. При этом напряжен-
ность поля прямо пропорцио-
нальна разности потенциалов на
платах конденсатора и обратно
пропорциональна расстоянию
между платами. Потенциал од-
нородного электрического поля
отнесенный к единице длины
характеризует напряженность
электрической поля. Напряжен-
ность электрического тока следо-
вательно равна разности потен-
циалов вдоль силовой линии от-
несенной к расстоянию. Напря-
женность выражается в Вольт /
метр (В/м), или соответственно в
меньших единицах - мВ/м,
мкВ/м.
Рис. 1.2. Электрическое поле конден-
сатора.
Пример
Две конденсаторные платы
расположены на расстоянии 0,2 м
друг от друга. Разность потенци-
алов на платах составляет 10 В.
9
Напряженность электрического
поля между платами конденсато-
ра
10/0,2 = 50 В/м.
Если к платам конденсатора
прикладывают переменное на-
пряжение, то направление и вели-
чина напряженности электричес-
кого поля изменяется с частотой
изменения переменного напряже-
ния.
1.1.2. Магнитное поле
Вокруг каждого проводника,
по которому пропущен электри-
ческий ток , образуется магнит-
ное поле. Если идет речь об по-
стоянном токе, то магнитное
поле по величине и направлению
остается постоянным. Можно
поэтому его также обозначить
магнитостатическим полем. Маг-
нитные силовые линии образуют,
как это показано на рис 1.3., вок-
руг прямого провода концентри-
ческие круги. Силовые магнит-
ные линии в любом случае замк-
нуты.
Если через проводник проте-
кает переменный ток, то направ-
ление и сила магнитного поля
изменяются в такт изменению
переменного тока.
1.1.3. Зависимости между элек-
трическим и магнитным полем
Разность потенциалов вызы-
вает электрическое поле, проте-
кающий электрический ток вы-
зывает магнитное поле. Однако
электрический ток может проте-
кать только тогда, когда есть раз-
ность потенциалов или напряже-
ние. Из этого следует, что элект-
рическому полю всегда принад-
лежит магнитное. Каждый элек-
трический ток вызывает законо-
мерно электромагнитное поле.
Электрические силовые линии
и магнитные силовые линии сто-
ят всегда перпендикулярно по
отношению к друг другу.
1.1.4. Электромагнитное пере-
менное поле
Зная законы электромагнит-
ного поля, которое вызывается
переменным током, можно по-
нять природу электромагнитных
волн. Каждое поле обладает
энергией, которую оно получает
от источника или питающего ге-
нератора. При включении гене-
ратора через определенное время
вокруг проводника появляется
энергия. Электромагнитное поле
возникает через “определенное
Проводник
Рис. 1.3. Магнитное поле вокруг про-
водника, по которому течет ток.
10
время” потому, что электричес-
кая энергия распространяется не
бесконечно быстро, а со скорос-
тью света. Если выключают гене-
ратор, то вместе пропадает и
электромагнитное поле, энергия
поля возвращается обратно в
проводник. Этот процесс возвра-
та происходит однако также не
мгновенно.
Изменение магнитного поля
вызывает в проводнике напряже-
ние, которое, в свою очередь,
вызывает электрическое поле.
Напряжение, которое возникает
в электрическом контуре при раз-
мыкании, встречается в нашей
ежедневной жизни очень часто,
например, в трамблере автомоби-
ля .
В случае постоянного тока
электромагнитное поле находит-
ся в статическом состоянии. Из-
менения поля проявляются толь-
ко при включении и выключении
источника. Если через провод-
ник пропущен переменный ток,
то процессы включения - выклю-
чения повторяются в зависимос-
ти от частоты переменного тока.
С увеличением тока возника-
ет, с некоторой задержкой, вок-
руг проводника электромагнит-
ное поле, электромагнитная энер-
гия. С уменьшением тока, напри-
мер, по синусоидальному зако-
ну, энергия поля возвращается
снова в проводник. Это происхо-
дит опять с некоторой задерж-
кой. В проводнике в этот момент
полностью другое распределение
тока. Этот новый ток вызывает
новое поле, которое взаимодей-
ствует с возвращающимся. Элек-
трические силовые линии образу-
ют замкнутые шлейфы, от кото-
рых образуются магнитные си-
ловые линии. Так как этот про-
цесс является периодическим со-
ответствует периодичности пере-
менного тока, то образуется и
распространяется электромаг-
нитная волна, частота и длины
волны которой точно соответ-
ствует переменному току. Она
удаляется со скоростью света от
проводника в пространство.
На рис. 1.4. представлено рас-
положение векторов напряжен-
ности магнитного £ и электричес-
кого поля по отношению друг
к другу и к направлению распро-
странения электромагнитной
волны. Вектор Пойнтинга у оп-
ределяет направление распрост-
ранения электромагнитной энер-
Рис. 1.4. Положение векторов напря-
женности магнитного и электричес-
кого поля и направление распрост-
ранения электромагнитной волны в
свободном пространстве.
11
гии и характеризует количество
энергии, проходящей через пло-
щадь 1 м2 . Как видно из рисун-
ка, вектора напряженности элек-
трического, магнитного поля и
вектор Пойтинга расположены
под прямыми углами друг по от-
ношению к другу.
1.1.5. Плоские волны
Электронные волны от точеч-
ного источника энергии распро-
страняются в свободном про-
странстве во всех направлениях
равномерно и с одинаковой ско-
ростью. Процесс можно предста-
вить таким образом, что из цент-
ральной точки образуются посто-
янно растущие сферические вол-
ны. Была бы возможность пред-
ставить эти сферы видимыми, то
вблизи источника они имеют ви-
димо сферическую форму. Одна-
ко на значительно больших рас-
стояниях сферический фронт вол-
ны можно принять за плоский.
Электромагнитные волны на
большом расстоянии от источни-
ка излучения можно также рас-
сматривать как плоские волны.
Мгновенное силовое поле плос-
кой электромагнитной волны с
электрическими и магнитными
силовыми линиями показано на
рис. 1.5. Стрелки изображают
мгновенное направление сило-
вых линий, при этом распростра-
нение волны происходит фрон-
тально к поверхности (волна идет
правление силовых линий
на йаблюдателя). Поэтому гово-
рят также о плоском волновом
фронте. Направление магнитных
и электрических силовых линий
изменяется внутри половины пе-
риода колебания на 180 град, в то
время как направление распрос-
транения не изменяется и направ-
лено всегда перпендикулярно к
волновому фронту.
1.1.6. Напряженность поля
Напряженность электромаг-
нитного поля определяется на-
пряжением, которое действует
вдоль силовой линии электричес-
кого поля в плоскости волново-
го фронта, отнесенным к едини-
це длины. Поскольку напряжение
относится к расстоянию, то на-
пряженность поля Е выражает-
ся в Вольт / метр (В/м), или соот-
ветственно в меньших единицах
-мВ/м, мкВ/м.
В свободном пространстве
напряженность поля Е уменьша-
ется линейно с удалением от ис-
12
точника энергии. Если, предпо-
ложим, источник энергии дает на
расстоянии 1 км напряженность
Е = 1000 мкВ / м, то на расстоя-
нии 10 км напряженность соста-
вит 100 мкВ / м, на 1000 км -
1 мкВ / м. Условия распростране-
ния радиоволн вблизи поверхно-
сти земли отличаются от идеаль-
ных условий в свободном про-
странстве. Земная поверхность
приводит к ослаблению напря-
женности поля вблизи поверхно-
сти земли.
1.1.7. Поляризация электро-
магнитных волн
Направление вектора напря-
женности электрического поля
электромагнитной волны опреде-
ляет ее поляризацию, или поля-
ризацию электромагнитного
поля. Различают две главных
группы: линейную поляризацию
и эллиптическую поляризацию
(круговую поляризацию).
Если конец вектора электри-
ческого поля описывает при дви-
жении вдоль направления рас-
пространения электромагнитной
волны круг или эллипс, то гово-
рят о круговой или эллиптичес-
кой поляризации. По направле-
нию вращения различают правое
и левое вращение. В коротковол-
новой практике круговая или
эллиптическая поляризация не
применяется, в то время как на
высоких частотах она находит
большое применение, особенно
при исследовании космоса. ( На-
пример , радиоастрономия).
В случае линейной поляриза-
ции электрические силовые ли-
нии прямолинейны и вектор на-
пряженности электрического
поля занимает по отношению к
земной поверхности определен-
ное направление. Соответствен-
но различают горизонтальную
поляризацию (силовые электри-
ческие линии горизонтальны зем-
ной поверхности) и вертикаль-
ную поляризацию (силовые элек-
трические линии вертикальны к
земной поверхности). Так на рис.
1.5. изображенный волновой
фронт имеет вертикальную поля-
ризацию, так как электрические
силовые линии вертикальны к по-
верхности земли. Возможна ли-
нейная поляризация под любым
углом ( например, 45°), однако
она применяется на практике ред-
ко. На Рис. 1.6. изображено рас-
положение электрических си-
ловых линий полуволнового виб-
ратора.
Рис 1.6.Электрическое поле горизон-
тального вибратора
13
Из-за неоднородности ионос-
феры очень часто в коротковол-
новом диапазоне поляризация
электромагнитной волны претер-
певает изменение. Это приводит
к явлениям замирания, так назы-
ваемому поляризационному фе-
дингу. Препятствия на пути рас-
пространения электромагнитных
волн могут сказаться также на
изменении направления враще-
ния поляризации .
В заключение можно сказать,
что вертикально сконструиро-
ванные антенны также могут из-
лучать горизонтально поляризо-
ванные волны. Вообще, верти-
кально расположенный антен-
ный проводник излучает верти-
кально поляризованную волну.
Однако для некоторых форм ан-
тенн нельзя тотчас установить
тип излучаемой поляризации.
1.1.8. Рефлексия, рефракция и
дифракция
Диапазон частот от 30 кГц до
300 ГГц и соответственно длины
волн от 10 км до 1 мм называют
часто общим термином радио-
волны. Шкала электромагнит-
ных волн вмещает однако не
только радиоволны, она прости-
рается выше световых волн и кос-
мических высокочастотных излу-
чений. Различие между радиовол-
нами и световыми волнами зак-
лючается только в длине волны,
поэтому радиоволны подчиняют-
ся аналогичным со световыми
волнами законам.
В случае рефлексии (отраже-
ние) различают направленное
отражение (зеркальное) и диф-
фузное отражение, которое про-
является на неплоских поверхно-
стях. В случае направленной реф-
лексии луч падающий и луч от-
раженный лежат в одной плоско-
сти с перпендикуляром к плоско-
сти в точке падения. Угол паде-
ния равен углу отражения. Коэф-
фициент отражения определяет-
ся диэлектрической постоянной,
проводящей способностью и маг-
нитной проницаемостью отра-
жающего предмета.
Рефракция проявляется при
переходе электромагнитных волн
в среду с другим диэлектрической
постоянной. Этот процесс имеет
особое значение при распростра-
нении ультракоротких волн
(УКВ). Скорость распростране-
ния электромагнитной волны за-
висит от диэлектрической прони-
цаемости среды, которая в этом
случае изменяется. Изменяется
среда - изменяется и скорость
распространения. Изменение ско-
рости распространения вызыва-
ет изменение направления рас-
пространения, рефракцию. Ат-
мосферный воздух также имеет в
зависимости от плотности и от-
носительной влажности разную
диэлектрическую проницае-
мость. Особенно наглядно явле-
ние рефракции можно наблюдать
14
погрузив прямую палку наполо-
вину в воду. Палка покажется
вам надломленной.
Дифракция (огибание) элект-
ромагнитных волн проявляется
на краях препятствий, которые
встречаются на пути распростра-
нения электромагнитных волн
таким образом, что часто в обла-
сти радиотени, позади горы или
зданий, также возможен прием
радиоволн. Дифракция зависит
от частоты, она уменьшается с
увеличением частоты.
2. Распространение электромагнитных колебаний
2.1. Атмосфера земли
Значительную роль при рас-
пространении электромагнитных
колебаний играет земная атмос-
фера. Она простирается до высот
2000 - 3000 км и состоит в основ-
ном из углекислого газа, азота и
водяного пара. Различают три
главных слоя атмосферы: тропос-
фера, стратосфера и ионосфера.
2.1.1. Тропосфера
Часть земной атмосферы от
поверхности земли до высоты
примерно 11 км обозначается
тропосферой. В этой части атмос-
феры проявляются в первую оче-
редь различные погодные метео-
рологические процессы. Тропос-
фера содержит примерно 75 про-
центов всего вещества атмосфе-
ры. Рис. 2.1. дает представление
о распределении слоев и темпера-
турном изменении в нижней час-
ти атмосферы.
Температура тропосферы
уменьшается с увеличением высо-
ты от 6 до 8 град. С на каждые
1000 м подъема. Она достигает
своего минимального значения
около минус 50 град. С в районе
так называемой тропопаузы.
16
Граница тропопаузы - граница
между тропосферой и стратосфе-
рой - изменяется на наших широ-
тах от 9,7 км в марте до 11,1 км в
июле. Состояние тропосферы
имеет особое значение для рас-
пространения ультракоротких
волн.
2.1.2. Стратосфера
На высотах от 11 до 80 км про-
стирается стратосфера. Это об-
ласть без обычных погодных
проявлений и характеризуется
полным отсутствием водяного
пара. До высоты 20 км темпера-
тура практически не изменяется
(зона постоянной температуры),
свыше 20 км температура растет
и достигает на высоте 50 км при-
близительно + 50°С. Этот учас-
ток роста температуры называет-
ся также озоновой областью, так
как воздух там содержит относи-
тельно высокую концентрацию
озона. Озоновый слой имеет для
жизни на земле важнейшее зна-
чение, т.к. адсорбирует большую
часть исходящего от солнца уль-
трафиолетового излучения, губи-
тельно сказывающегося на жи-
вых организмах.
Температура в °C
Рис. 2.1. Распределе-
ние слоев и темпера-
турное изменение в
нижней атмосфере
Свыше 50 км опять наблюда-
ческое пространство. Область пе-
ется рост температуры с ростом
высоты. На высоте 80 км - пере-
ходе к ионосфере - новый пере-
лом изменения температуры.
Влияние стратосферы на распро-
странение УКВ радиоволн еще не
доказано.
2.1.3. Ионосфера
Свыше высот 80 км простира-
ется ионосфера. Она простирает-
ся до высот примерно 800 км и
переходит постепенно в косми-
рехода в космическое простран-
ство называют экзосферой. В
ионосфере находится большое
число электрически заряженных
частиц - ионов и электронов.
Они возникают из-за ионизации
нейтральных молекул воздуха.
Ионизация вызывается в первую
очередь ультрафиолетовым и
корпускулярным солнечным из-
лучением. Космическое излуче-
ние и беспрерывно сгорающие в
земной атмосфере метеориты
17
(около 10 миллиардов метеори-
тов в сутки) также несут свой
вклад при ионизации.
Энергии излучения доста-
точно, чтобы ионизировать газ.
Образующиеся свободные элек-
троны объединяются с нейт-
ральным атомом или молеку-
лой, в этом случае образуется
отрицательный ион, или с поло-
жительным ионом, при этом
возникает снова нейтральный
атом. Этот процесс называется
рекомбинацией. Число свобод-
ных электронов в единице объе-
ма зависит от интенсивности из-
лучения . Ионизация имеет ог-
ромное значение для техники
радиосвязи, так как электромаг-
нитные волны определенных
частот, достигнув ионосферы
могут отражаться от проводя-
щего слоя заряженных частиц,
что обеспечивает загоризонт-
ную радиосвязь .
Уже в 1900 году Кеннелли и
Неавизиде предположили суще-
ствование электрически прово-
дящего слоя, а англичанин Ап-
плетон в 1924 году эксперимен-
тально доказал наличие отра-
жающего слоя в верхних слоях
атмосферы. Позднее с помо-
щью радиолокации было уста-
новлено, что имеется не только
один отражающий слой, так на-
зываемый слой Кеннелли - Не-
авизиде, сколько целая система
слоев. Знания о свойствах и
18
ионосферы были дополнены и
уточнены с помощью измери-
тельных систем спутников и гео-
физических ракет.
В ионосфере содержится мак-
симальная концентрация элект-
ронов. На высоте 40 - 80 км каж-
дый день образуется так назы-
ваемый D - слой, ночью же он
отсутствует. За ним следует Е -
слой (слой Кеннелли - Неавизи-
де), который содержит на вы-
соте 110-130 км максимальную
концентрацию электронов. За
ним следует F- слой (слой Апп-
летона), который летом в днев-
ные часы распадается на два
слоя Fx и Fr Максимум иониза-
ции в F- слое проявляется на
высоте 200-300 км, а в F2 - слое
на высоте 300-400 км. Иониза-
ция увеличивается от слоя к
слою и достигает максимально-
го значения в слое Г2 на высоте
примерно 400 км. Выше слоя F2
ионизация постепенно умень-
шается и окончательно исчеза-
ет.
Рис.2.2, дает наглядное пред-
ставление о вышеописанном
распределении слоев. Приве-
денный рисунок, однако, ни в
коем случае нельзя рассматри-
вать как застывшую систему,
так как ионосфера подвержена
постоянным длительным изме-
нениям. Степень ионизации из-
меняется в зависимости от вре-
мени для и года, цикличных из-
Рис.2.2. Распределение
слоев в верхний части ат-
мосферы
менений солнечной активности,
географической широты и от
других причин.
Эти два случая распростране-
ния наглядно представлены на
рис. 2.3.
2.2. Поверхностные и про-
странственные волны
Электромагнитные волны мо-
гут распространяться от передат-
чика , расположенного на повер-
хности земли, двумя путями: па-
раллельно земной поверхности,
в этом случае их называют повер-
хностными волнами и отражаясь
от ионосферы, в этом случае их
называют пространственными
волнами.
Рис .2.3.Распространение поверхно-
стных и пространственных электро-
магнитных волн.
19
2.2.1. Распространение повер-
хностных волн
Поверхностные радиоволны,
распространяясь параллельно
земной поверхности, подверже-
ны при этом поглощающему
влиянию поверхности земли,
причем величина поглощения
зависит от частоты. Высокоча-
стотные радиоволны поглоща-
ются в большей степени , при
этом распространение поверх-
ностных волн зависит от элект-
рической проводимости земной
поверхности и ее структуры (ха-
рактер местности, здания и т.п.).
Дальность связи в случае ис-
пользования поверхностных ра-
диоволн относительно незначи-
тельная. К примеру, в 80-м диа-
пазоне она составит примерно
100 км, а в 10-м диапазоне - 15
км.
Дальняя связь на УКВ диапа-
зоне с помощью поверхностных
волн возможна за счет искрив-
ления и отражения радиоволн
от тропосферы. Эти явления бу-
дут детальнее рассмотрены в
главе 2.4.
2.2.2. Распространение про-
странственных волн
Установление дальних свя-
зей в коротковолновом (КВ) ди-
апазоне с помощью простран-
ственных волн возможно за счет
из свойства отражаться от
ионосферы и поверхности зем-
ли. Скорость распространения
волнового фронта в ионосфере
V. немного больше чем в тропос-
фере и зависит от электронной
концентрации N и частоты ра-
диоволны /. Из формулы (2.1.)
вытекает,
3 • 108
что увеличение электронной
концентрации N при постоян-
ной частоте f ведет к увеличе-
нию скорости распространения
. Эта разница приводит к пре-
ломлению, а на больших углах
подхода <р, к отражению радио-
волн назад к поверхности зем-
ли (рис.2.4.).
Рис .2.4. Распространение простран-
ственных электромагнитных волн.
Отражающая способность
ионосферы тем больше, чем
больше электронная концентра-
ция N и чем выше частота из-
20
лучения f. Условия для отраже-
ния пространственной волны от
ионосферы тем легче, чем мень-
ше вертикальный угол излуче-
ния 0 .
Критической частотойf на-
зывают такую частоту излучае-
мой радиоволны, при которой
при угле излучения 0 = 90 град,
радиоволна еще отражается.
Угол излучения 0 и угол подхо-
да ф связаны между собой так
называемым законом секанса
(2.2.). Здесь MUF (Maximal
Usable Frequency) - максималь-
ная применяемая частота.
MUF=fK/sinQ=fKpsinq (2.2.)
Отражение от ионосферы про-
исходит не без потерь. Величина
поглощения зависит от частоты
излучения, причем на более низ-
ких частотах эти поглощения
больше, на высоких - меньше.
Кроме того дальняя связь с помо-
щи пространственных волн мо-
жет происходить также при отра-
жении от относительно низко ле-
жащего Е- слоя.
Дальности радиосвязи с ис-
пользованием отражения от
ионосферы пространственных
волн могут достигать 4500-5000
км. При этом волны могут пре-
терпевать многократные отраже-
ния от ионосферы и земной по-
верхности, как бы совершая сво-
еобразные огромные “прыжки”.
Как уже упоминалось, отра-
жательные свойства радиоволн
от ионосферы уменьшаются с
уменьшением длины волны. Ди-
апазон с длинами волн меньше 5
метров при прочих нормальных
условиях не претерпевает отраже-
ния от ионосферы и волны про-
никают в космическое простран-
ство. Поэтому иногда этот диа-
пазон называют “окном в кос-
мос”.
2.3. Распространение коротких
волн и° их особенности
Для связи на коротких волнах
имеет решающее значение состо-
яние ионосферы. Это состояние
постоянно изменяется в зависи-
мости от времени дня, времени
года, зависит от солнечных цик-
лов и активности.
Максимум активности солн-
ца связан с возникновением на
солнце пятен, факелов, протубе-
ранцев и имеет цикл активнос-
ти в среднем 11,1 лет. Солнеч-
ные факелы возникают преиму-
щественно поблизости от сол-
нечных пятен, обладают повы-
шенной температурой и ярко-
стью и группируются в группы.
Выбрасываемые протуберан-
цы представляют собой газовые
массы в плазменном состоянии,
состоящие практически из водо-
рода, кислорода и ионизирован-
ного кальция. Они выбрасыва-
21
ются со скоростью до 400 км/с
на высоты до 1 миллиона км.
Солнечная поверхность по-
крыта пятнами, имеющими от-
носительно меньшую темпера-
туру чем их окружение, причем
размер пятен может достигать
18 диаметров земли. Максимум
солнечных пятен был зарегист-
рировано в 1947 году, следую-
щий максимум в марте 1958
года.
В солнечных пятнах возни-
кают очень сильные магнитные
поля с напряженностью до 4500
Гауссов (магнитное поле земли
0,5 Гаусса, 1 Гаусс = 10-5 Вебер/
м2). С максимумом пятен связа-
на повышенная общая актив-
ность солнца, которая приво-
дит к мощному выбросу види-
мого и невидимого солнечного
излучения различных длин
волн, что в свою очередь приво-
дит электронной концентрации
в ионосфере земли и соответ-
ственно сильно изменяет ее от-
ражательную способность.
Годовые изменения состоя-
ния ионосферы обусловлены
тем, что в летние месяцы облу-
чение солнцем ионосферы более
интенсивно и длительно.
Дневные изменения вызыва-
ются тем, что в ночные часы из-
лучение солнца не ионизирует
слои ионосферы, а с восходом
солнца ионизация растет.
Слой Z), находящийся в отно-
сительно плотных слоях атмос-
феры, имеет максимальную
электронов в дневные часы, а с
заходом солнца электронная
концентрация уменьшается бы-
стро до нулевого значения. В
слое D сильное ослабление ис-
пытывают радиоволны средне-
волнового диапазона, а также
длинноволновой части корот-
коволнового диапазона. Умень-
шение дальности распростране-
ния в диапазонах 160 и 80 м , а
также ухудшение приема сред-
неволновых станций в дневные
часы в основном объясняется
поглощением этих волн в слое
D. В зимние месяцы, когда слой
D ионизирован слабее наблюда-
ется увеличение дальности рас-
пространения этих волн в днев-
ные часы.
Слой Е , находящийся выше
слоя D , в ночные часы исчезает
частично. Волна длиной 80 м в
слое Е частично поглощается, а
волна длиной 40 м может уже от-
ражаться при достаточной элек-
тронной концентрации.
Самое большое значение для
распространения электромагнит-
ных волн имеет F- слой. Благо-
даря ему возможны сверхдальние
связи в коротковолновом (КВ)
диапазоне. Appleton - слой име-
ет самую большую протяжен-
ность по высоте и его ионизация
далеко не так зависит от солнца,
как ионизация низких слоев. Пос-
ле захода солнца концентрация
электронов и ионов постепенно
22
уменьшается и достигает мини-
мума незадолго до восхода сол-
нца , однако не исчезает до кон-
ца. В дневные часы под воздей-
ствием интенсивного солнечно-
го излучения слой F распадает-
ся на два слоя Fx и /^.Основным
отражающим слоем является
слой Fr Слой Fx не имеет тако-
го значения, а даже, напротив,
в нем происходит дополнитель-
ное поглощение энергии радио-
волн, отраженных от слоя Fr
Распространение радиоволн
путем отражения от ионосферы
и земной поверхности проводит
к появлению на поверхности
земли повторяющихся “мерт-
вых зон”. Величина этих зон со-
размерима с дистанцией
“прыжков” и зависит от высо-
ты и степени ионизации отража-
ющего слоя, а также частоты
излучения.
2.3.1. Распространение в 80 -
метровом любительском диапа-
зоне
Радиоволны 80-м любитель-
ского диапазона сильно погло-
щаются при распространении
D-слоем, поэтому днем можно
осуществить радиосвязь на от-
носительно небольших дально-
стях примерно 400 км, при чем
в зимние месяцы дальность уве-
личивается незначительно.
С разрушением D-слоя пос-
ле захода солнца поглощение
уменьшается и, если не мешают
соседние радиостанции и атмос-
ферные условия, дальность свя-
зи увеличивается до 1000 км.
Зимой в утренние часы и осо-
бенно во время минимума пятен
на солнце возможен часто меж-
континентальный прием. Мерт-
вая зона удалена примерно на
1000 км и европейские станции
могут мешать только поверхно-
стными волнами.
2.3.2. Распространение в 40 -
метровом любительском диапа-
зоне
В диапазоне 40 м поглощение
D- слоем в дневные часы еще су-
щественно, однако уже можно
достигнуть дальности связи
1000 км , а при благоприятных
условиях до 2000 км. Мертвая
зона составляет днем примерно
100 км. Возможен также меж-
континентальный прием, одна-
ко на его проведение очень
сильно влияют соседние работа-
ющие станции. Особенно хоро-
шие условия создаются в середи-
не ночи в зимние месяцы, так
как Европа тогда закрывается
мертвой зоной и тогда возмож-
ны межконтинентальные связи.
Минимальное поглощение и со-
ответственно максимальную
дальность можно получить тог-
да, когда весь путь распростра-
нения радиоволн лежит в ноч-
ной стороне земли.
23
2.3.3. Распространение в 20 -
метровом любительском диапазо-
не
20-м диапазон представляет
традиционный DX- диапазон. В
этом диапазоне можно работать
почти всегда, получая межкон-
тинентальные связи. К сожале-
нию во времена солнечной актив-
ности этот диапазон открыт
только днем и в сумерки, ночью
же связь вообще не возможна.
Всегда есть мертвые зоны,
Дистанция между которыми в
дневное время составляет при-
мерно 1000 км. В период солнеч-
ной активности она уменьшает-
ся до 400 км и меньше, в летние
же месяцы мертвее зоны иногда
вообще отсутствуют. Наступле-
ние сумерек расширяет мертвые
зоны иногда до 4000 км. Условия
распространения самые благо-
приятные, когда путь радиоволн
лежит в теневой стороне земли.
Для связи с Европой этот диапа-
зон можно использовать только
при увеличении количества пятен
на солнце. Атмосферные помехи
проявляются незначительно.
2.3.4. Распространение в 15 -
метровом любительском диапазо-
не
Условия распространения в
этом диапазоне сильно зависят
от солнечной активности. Во
время максимума солнечных
пятен почти всегда существуют
условия хорошего распростра-
нения радиоволн. С маломощ-
ным передатчиком можно полу-
чить очень хорошие результаты.
Во время минимума солнеч-
ных пятен этот диапазон мож-
но использовать днем в летние
месяцы, правда на короткое вре-
мя. Ночью вообще невозможно
работать, как впрочем и в зим-
ние месяцы.
При благоприятных услови-
ях можно использовать отраже-
ние от Е- слоя, что позволяет ус-
танавливать связи до 2000 км.
Диапазон не подвержен ат-
мосферным влияниям.
2.3.5. Распространение в 10 -
метровом любительском диапазо-
не
Диапазон доступен только в
период сильной солнечной актив-
ности. Тогда появляются отлич-
ные DX- возможности и можно
устанавливать связи со всем ми-
ром имея маломощный передат-
чик. Мертвую зону следует при-
нимать равной примерно 4000
км. Путь распространения радио-
волны должен лежать на дневной
поверхности земли, при этом с
открытием диапазона в утренние
часы сначала достижимы восточ-
ные станции. При максимальной
солнечной активности в диапазо-
не можно работать летом до по-
зднего вечера. Зависимость от
24
солнечной активности макси-
мальна.
Во время минимума солнеч-
ной активности в диапазоне ра-
ботать нельзя.
Только использование Е-
слоя позволяет устанавливать на
короткие время связи на средние
расстояния.
2.4. Распространение ультра-
коротких волн и их особенности
Ультракороткие волны -
УКВ, или в международном со-
кращении VHF, занимают диа-
пазон от 10 до 1м, что соответ-
ствует частотному диапазону
отЗО до 300 МГц. Распростране-
ние УКВ уже приближается к
законам распространения све-
товых волн. Поэтому их назы-
вают квазиоптическими. Одна-
ко можно называть квазиопти-
ческими только в совокупности
дециметровые (ДМВ), санти-
метровые (СМВ) и миллиметро-
вые волны, а длинноволновый
диапазон УКВ образует пере-
ходную область.
2.4.1. Квазиоптическое распро-
странение ультракоротких волн.
Для радиолюбителя здесь ин-
тересен только диапазон 2 м, от
144 до 146 МГц. В этом диапа-
зоне уже невозможно использо-
вать отражение от ионосферы.
Особенно хорош диапазон
для связей на теоретически пря-
мых видимостях, при этом га-
рантирована устойчивая и на-
дежная связь независимо от со-
стояния ионосферы и метеоус-
ловий.
При практическом распрос-
транении радиоволны отклоня-
ются от теоретической прямой
минимум на 15 процентов к по-
верхности земли. Современные
исследования объясняют это от-
клонение зависимостью коэф-
фициента преломления воздуха
от высоты, относительной
влажности, атмосферного дав-
ления и температуры. Даль-
ность радиосвязи с учетом это-
го явления можно оценить по
формуле (2.3.)
4/ = 4,13(Д+ 7л) (2-3-)
d - дальность,
h} - высота антенны передат-
чика над поверхностью земли,
Л2 - высота приемной антен-
ны над поверхностью земли.
В эту формулу заложен так
называемый эффективный ради-
ус земли равный 8500 км, а не
фактический средний равный
6370 км.
2.4.2. Дальний прием ультра-
коротких волн
Иногда в УКВ диапазоне
можно получить дальности свя-
зи до 1000 км, которые теорети-
чески не могут существовать. Это
25
явление объясняется особеннос-
тями распространения ультрако-
ротких волн в тропосфере.
2.4.2.1. Влияние тропосферы на
распространение ультракоротких
волн
Температура тропосферы по-
нижается с увеличением высоты
на 6-8 °. С на каждые 1000 м вы-
соты (см. Рис 2.1.). Однако, вслед-
ствие влияния движений воздуха
и метеорологических факторов
температурная зависимость и за-
висимость изменения относи-
тельной влажности от высоты
иногда может очень сильно отли-
чаться от линейной и изменяться
скачкообразно, (рис.2.5.). Такое
изменение, называемое инверси-
Рис 2.5. Пример изменения темпера-
туры и относительной влажности в
тропосфере.
ей, и приводит к появлению воз-
душного инверсного слоя с раз-
личной плотностью воздуха.
Следуя законам оптики мы
знаем, что световой луч на гра-
нице раздела двух сред с различ-
ной плотностью либо преломля-
ется либо отражается, в зависи-
мости от угла подхода. Ультра-
короткие волны ведут себя ана-
логичным образом. При входе в
инверсный слой волновой фронт
претерпевает преломление или
отражение к поверхности земли.
Таким образом, в зависти от вы-
соты инверсного слоя можно по-
лучить менее или более дальние
связи до нескольких тысяч кило-
метров.
Рис 2.6. наглядно показывает
увеличение дальности связи за
счет отражения от инверсного
слоя. Из рисунка видно, что угол
возвышения излучения передаю-
щей антенны должен быть очень
небольшим, радиолуч должен из-
лучаться почти касательно к по-
верхности земли.
Особый феномен представля-
ет случай распространения ульт-
ракоротких волн между двумя
инверсными слоями (рис.2.7а). В
этом случае радиолуч попадая в
пространство между слоями от-
ражается от одного слоя к друго-
му, пока в нижнем слое не обна-
ружится “дырка”. Этот случай
характерен тем, что может быть
дальняя связь с очень ограничен-
ными по площади территориями.
26
Рис 2.6. Распространение ультракоротких волн в атмосфере.
Рис 2.6. Распростра-
нение ультракорот-
ких волн ;
а - между двумя ин-
версионными слоя-
ми,
b - между поверхнос-
тью Земли и инверси-
онногоя слоя.
В пространстве между ними на-
ходятся мертвые зоны.
Свойства ультракоротких
волн отражаться от земной по-
верхности и инверсионного слоя
также приводят к установлению
дальних связей (рис.2.76). При
этом характерно, что мертвые
зоны вообще отсутствуют.
Если в тропосфере сложились
такие условия, что радиолуч, из-
лученный параллельно поверхно-
сти земли, отражаясь, снова воз-
вращается к земной поверхности,
то говорят о явлении супер-реф-
ракции. При котором происхо-
дит полное отражение радиоволн
от инверсного слоя, аналогично
в КВ диапазоне от инверсного
слоя.
2.4.2.Z. Дальний прием через
диффузное рассеяние
В высоких слоях тропосферы
наблюдается интенсивное верти-
кальное движение воздушных
масс, так называемые выравнива-
27
ющие процессы. Перемешивание
потоков воздуха различной тем-
пературы вызывает длительную
турбуленцию. Возникают пост-
ранственные воздушные области,
имеющие различную температу-
ру, давление, относительную
влажность , а следовательно
плотность. Если волновой фронт
радиоволны проходит эти обла-
сти, то небольшая часть излуче-
ния диффузно рассеивается и до-
ходит до земной поверхности
(рис.2.8.).
Рис 2.8. Рассеяние ультракоротких
волн в тропосфере.
Интенсивность этого пришед-
шего к земле диффузного излуче-
ния мала, однако обладает посто-
янностью. В случае использова-
ния диффузного отражения для
получения дальних связей приме-
няются частоты от 100 до 1000
МГц. (Преимущественно 500
МГц). Качество приема невысо-
кое, при чем ограничивается
спектр принимаемого сигнала,
так как диффузные радиоволны
приходят с нерегулярными фазо-
выми смещениями.
Стабильные связи с помощью
диффузного излучения можно по-
лучить используя нижние ионос-
ферные слои на высотах около
100 км. При этом применяются
частоты от 25 до 60 МГц. На не-
больших дальностях ,меньше
1000 км , интенсивность диффуз-
ного отражения практически рав-
на нулю.
2.4.2.3. Отражение ультрако-
ротких волн от метеоритных ор-
бит
Из космоса в земную атмосфе-
ру проникает невообразимое ко-
личество метеоритов, в основном
очень маленьких, представляю-
щих звездную пыль. Они летят со
скоростями до 72 км/с и в боль-
шинстве сгорают на высотах 100-
200 км. Только совсем незначи-
тельная их часть имеет такие раз-
меры, что при их сгорании в ат-
мосфере образуется видимый
след, и еще реже такую массу, что
не сгорев долетают до поверхно-
сти земли.
Различают две группы метео-
ритов. Первая группа всегда
присутствует в космосе и рас-
пределена относительно равно-
мерно. Метеориты второй груп-
пы двигаются по определенным
орбитам и с одинаковыми ско-
ростями. Это метеоритные по-
токи или дожди, которые пери-
одично проникают в атмосферу
земли.
28
При сгорании в атмосфере
метеорит оставляет за собой не
только видимый, но и ионизиро-
ванный след, который след суще-
ствует очень короткое время, так
как быстро рассасывается в раз-
реженных слоях атмосферы. Од-
нако концентрация ионов в этом
следе такая высокая, что радио-
волны могут от него отражаться.
Чем крупнее метеорит, тем длин-
нее и интенсивнее его ионный
след.
Отражение от метеоритных
следов, или просто от метеори-
тов, находит применение в радио-
любительской практике, в том
числе и в 2- м диапазоне. При
этом используются не случайные
и метеориты, а метеоритные по-
токи (дожди). Скорость и орби-
ты этих метеоритных потоков
известны и можно точно рассчи-
тать время их появления (рис.2.9).
Так как время жизни метеорита
коротко, то возможности связей
с их использованием также не ве-
лики. Только при большом их
Рис 2.9.Метеоритный поток и земная
орбита.
количестве метеоритов, метео-
ритных дождях, можно получить
время связи порядка 2 минут.
2.4.Z.4. Отражение ультрако-
ротких волн от полярного сияния
Время от времени солнце выб-
расывает в космос огромные мас-
сы газов, состоящих из электри-
чески заряженных частиц. Они не
имеют волновой природы, их
скорость распространения со-
ставляет примерно 1500 км/с. Так
как эти потоки состоят из заря-
женных частиц, корпускул, то
этот вид излучения называют
корпускул ьным.
Магнитное поле земли откло-
няет орбиты корпускул к север-
ному и южному земному полюсу.
На широте земли примерно 70
град, корпускулы входят в зем-
ную атмосферу и вызывают наря-
ду с ионизацией известное поляр-
ное сияние. Кроме того возника-
ют сильные электрические пото-
ки, которые изменяют магнитное
поле земли. Благодаря эти пото-
кам и дополнительной иониза-
ции образуются ионизированные
области, отражающие ультрако-
роткие волны . Отражение про-
исходит на высоте в среднем 100
км., причем, из-за диффузного
отражения возникают очень
сильные искажения передаваемо-
го сигнала. Поэтому здесь целе-
сообразны только телеграфные
связи.
29
Полярные сияния наиболее
часты в периоды максимума сол-
нечных пятен, а в течении года
они появляются преимуществен-
но ранней весной (март) и ран-
ней осенью (сентябрь).
Вхождение корпускульного
облака в атмосферу земли проис-
ходит приблизительно через 26
часов после начала солнечного
извержения, однако иногда слу-
чается, что корпускульное обла-
ко не захватывает земли. Это яв-
ление имеет место, если изверже-
ние случается на краю солнечно-
го диска.
2.4.Z.5. Отражение ультрако-
ротких волн от нерегулярного
(спорадического) Е-слоя
В ионосфере иногда происхо-
дят случайные изменения элект-
ронной концентрации. Это про-
является ,к примеру, в ионосфер-
ном ветре. В этом случае, особен-
но в нижних слоях ионосферы,
образуются ионные области
очень высокой интенсивности.
Так как эти спорадические обла-
сти формируются внутри нор-
мального Е- слоя, то говорят о
нерегулярном, спорадическом Е-
слое (£s- слой). Его происхож-
дение до сих пор четко не объяс-
нено, однако его воздействие хо-
рошо известно.
От Es- слоя, расположенного
на высотах от 100 до 150 км от-
ражаются волны диапазона от 30
до 100 Мгц .. При определенных
условиях его также используют
радиолюбители 2- м диапазона.
Радиолуч , излученный передат-
чиком на поверхности земли, от-
ражается от Es- слоя на дально-
стях 900-2000 км от передатчика.
2.4. Z.6. Отражение ультрако-
ротких волн от лунной поверхно-
сти и спутников
Как уже отмечалось, ультра-
короткие волны пронизывая
ионосферу и распространяются
в космос. Уже в 1946 году уда-
лось на частоте 111,5 МГц при-
нять отраженный от лунной по-
верхности сигнал. Первая связь
была проведена в 21 июля 1960
года радиолюбителями W6HB
(Сан Карлос/ Калифорния) и
W1BU (Медфильд/Массачуса)
на частоте 1296 МГц. Обоими
радиолюбителями использова-
лись параболические антенны с
мощностью передатчика 400 Вт.
Расстояние между передатчика-
ми было 4320 км, а радиолуч
покрыл расстояние 768 000 км.
С 1964 года на в диапазоне 2м и
70см были установлены радио-
любителями Европы и Америки
уже многие связи через лепную
поверхность. При этом работа
через лунную поверхность тре-
бует от радиолюбителя доста-
точно сложных аппаратных
средств.
30
Особые перспективы откры-
ваются перед радиолюбителями
всего мира при использовании
спутников, которые доставляют-
ся ракетами-носителями на зара-
нее определенные орбиты. Наря-
ду со спутниками, которые слу-
жат научно-исследовательским
целям( например OSCAR), име-
ются также спутники для переда-
чи телевизионных передач между
континентами (MOLNIYA 1,
TELSTAR, SYNCOM).
Пассивные спутники снабже-
ны устройствами увеличивающи-
ми и эффективную отражатель-
ную способность. Активные
спутники снабжены радиоаппа-
ратурой, способной усиливать и
переотражать радиоволны об-
ратно к поверхности земли уже на
другой частоте. Иногда на этих
спутниках установлены элект-
ронные накопители, которые пе-
реизлучают сигнал с некоторой
временной задержкой.
3. Принцип работы и свойства антенн
Задача приемной антенны
заключается в извлечении из
электромагнитного поля энергии
или, в случае передающей антен-
ны, преобразовании энергии вы-
сокочастотного генератора в из-
лучение электромагнитных волн.
Согласно теоремы обращаемости
одну и туже антенну можно при-
менять с равным успехом как для
излучения так и для приема, от
этого свойства и характеристики
антенн в обоих случаях остаются
одинаковыми. Для дальнейших
объяснений из соображений на-
глядности будем рассматривать
преимущественно передающую
антенну, которую часто будем
называть просто излучатель.
3.1. Полуволновой вибратор
(диполь)
Самая простая и одновремен-
но самая распространенная ан-
тенная система называется полу-
волновым вибратором (дипо-
лем). Он образует основу почти
всех антенных форм и использу-
/-Л/2
V
1очки подключения линии передач
Рис.3.1. Полуволновой вибратор
32
ется также как эталонная антен-
на для сравнительных антенных
характеристик, например коэф-
фициент усиления. Чтобы понять
свойства и принцип работы ан-
тенн необходимо сначала ознако-
миться с теорией полуволнового
вибратора.
Уже из названия понятно, что
длина полуволнового вибратора
равна примерно половине длины
волны (А/2) применяемой часто-
ты. В этом случае полуволновой
вибратор находится в резонансе
(рис.3.1.). Слово диполь перево-
дится как два полюса, это озна-
чает, что полуволновой излуча-
тель разделен в своей геометри-
ческой середине. К двум возник-
шим полюсам в точках х х мож-
но подключить линию передачи
(питания) или от передатчика
или от приемника.
3.1.1. Распределение тока и на-
пряжения в полуволновом вибра-
торе
Протяженный электрический
проводник (например, проволо-
ка, стержень, труба) можно рас-
сматривать как распределенные
равномерно по длине проводни-
Рис 3.2. Распределение тока на четвертьволновом отрезке
ка индуктивности и емкости. На
рис 3.2а. представлены равномер-
но распределенные по длине про-
водника индуктивности Lj - L7 и
распределенные емкости С} - С4.
Предположим , что в определен-
ный момент времени все конден-
саторы заряжены. Далее конден-
саторы начинают разряжаться
через индуктивности вызывая
соответственно электрический
ток и магнитное поле. Разряд
конденсатора С4 через катушку
Л4 вызывает ток /4, С3 разряжает-
ся через L3,L4,L5, при этом проте-
кает /3, С2 через L2-Lb, при этом
протекает ток /2, и наконец С{
разряжается через L-Lv при этом
протекает ток /7. Видно, что в
середине излучателя течет самый
максимальный ток, равный сум-
ме /1+/2+/з+/4. При приближении
к концам проводника ток умень-
шается и на концах вообще отсут-
ствуют. Для лучшего понимания
токи 1-14 представлены на рис.
3.26 в другой форме. Благодаря
протекающему току возникает
магнитное поле, которое через
индуктивности вновь заряжает
емкости, на этот раз в противо-
положном направлении. Далее
процесс разряда конденсаторов
повторяется ,при этом возника-
ющие токи обозначены на рис.
3.26 Г-1\. На основе этого уп-
рощенного объяснения работы
излучателя можно представить
распределение тока и напряжения
резонансного полуволнового из-
лучателя как изображено на рис
3.2с..
Между напряжением и током
существует сдвиг фазы 90°. На
концах излучателя разница фазы
составляет 180°.
2 Антенны
33
Из распределения тока и на-
пряжения можно видеть, что в се-
редине излучателя ток максима-
лен (пучность тока), в то время
как напряжение переходит через
нуль (узел напряжения). На кон-
цах излучателя наблюдаются об-
ратная зависимость: максимум
напряжения совпадает с нулем
тока. Из распределения напряже-
ния становится ясно, почему мож-
но крепить полуволновой эле-
мент за его геометрическую сере-
дину непосредственно к зазем-
ленной мачте. Здесь нужно толь-
ко упомянуть, что в середине из-
лучателя напряжение не равно
полностью нулю. Это касается
также и тока, который вследствие
так называемого конечного эф-
фекта, исчезает не до конца. По-
этому часто говорят о минимуме
напряжения и тока.
3.1.2. Полное сопротивление
(импеданс) антенны
По распределению между то-
ком и напряжением на излучате-
ле можно судить о судить о соот-
ношении сопротивления. Из за-
кона Ома известна следующее
формула:
Напряжение
------------ = Сопротивление
Ток
При данной мощности можно
определить для каждой точки из-
лучателя полное сопротивление
При резонансе это сопротивле-
ние реальное, вне предела резо-
34
нанса появляются мнимые индук-
тивные и емкостные составляю-
щие.
Оценивая рис.3.2. можно
прийти к следующим важным
заключениям:
На концах излучателя - высо-
кое напряжение при малом токе
= высокое полное сопротивление,
в середине вибратора (полувол-
нового) малое напряжение при
большом токе, т.е. невысокое со-
противление.
Хотя полное сопротивление
можно вычислить для каждой
точки излучателя, в основном
оперируют с полным сопротивле-
нием антенны в точке ее питания.
Для полуволнового вибратора
оно лежит в районе 60 ом.
Теоретически входное сопро-
тивление полуволнового вибра-
тора равно 73 Ом. Это величина
рассчитана при условии беско-
нечно длинного проводника (от-
ношение X/d = бесконечности),
который находится на бесконеч-
ном удалении от поверхности
земли. Как видно из рис . 3.3.
входное сопротивление полувол-
нового вибратора зависит от от-
ношения X/rf, т.е. от диаметра
проводника.
В практике радиолюбителей
толщина антенны редко бывает
равна менее 2 мм, поэтому для
диапазона коротких и ультрако-
ротких волн входное сопротивле-
ние полуволнового вибратора
всегда < 65 Ом.
Рис. 3.3. Входное сопротивление полуволнового вибратора Ro в зависимос-
ти от соотношения 1/d
3.1.3. Сопротивление излуче-
ния
Сопротивлением излучения
антенны называется активное эк-
вивалентное сопротивление, на
котором рассеивается мощность,
равная мощности излучения ан-
тенны при равенстве токов в ан-
тенне и в сопротивлении. При
помощи сопротивления излуче-
ния определяется потребление
мощности антенной. Для того
чтобы сравнивать друг с другом
различные антенны, сопротивле-
ние излучения относится к току в
пучности. В случае резонанса
сопротивление излучения Rs на-
строенной антенны и сопротивле-
ние потерь Rv в сумме составля-
ют активное входное сопротивле-
ние антенны. Обычно сопротив-
ление потерь значительно мень-
ше сопротивления излучения. Со-
противление излучения зависит
от расположения антенны по от-
ношению к земле и окружающим
предметам, а также от ее геомет-
рических размеров.
При известной мощности из-
лучения Ps и максимальном зна-
чении тока
/тах сопротивление излучения
может быть рассчитано по фор-
муле
к = (3.1.)
max
Из отношения сопротивления
излучения и сопротивления по-
терь можно получить коэффици-
2*
35
ент полезного действия КПД ан-
тенны по формуле
1
т1 =------------F
(3.2.)
3.1.4. Полуволновой вибратор
как колебательный контур
Каждый проводник имеет соб-
ственные индуктивность и ем-
кость. У прямолинейного про-
водника, в виде которого можно
представить каждый вибратор,
индуктивность и емкость распре-
делены почти равномерно по
длине. Так как вибратор пред-
ставляет собой проводник, от-
крытый на концах, то его можно
рассматривать как “открытый
колебательный контур”.
Эквивалентная схема полу-
волнового вибратора представ-
лена на рис. 3.4.
R L С
Рис.3.4. Эквивалентная схема полу-
волнового вибратора
Сопротивление R определяет-
ся сопротивлением излучения и
сопротивлением потерь. Резонан-
сная частота определяется вели-
чиной емкости и индуктивности
из соотношения coL = 1/соС, где
со= 2 л/, coL - индуктивное сопро-
тивление контура, соС - емкост-
ное сопротивление. Резонансная
частота полуволнового вибрато-
ра также подчиняется этому со-
отношению и определяется емко-
стью и индуктивностью вибрато-
ра, зависящих от его размеров.
Качество контура в основном
определяется соотношением L/C.
При большом отношении (боль-
шая самоиндукция при малой ем-
кости) имеем узкополосный кон-
тур с острым резонансом, при
малом (небольшая самоиндукция
при большой емкости ) - широ-
кополосный контур с менее выра-
женным резонансом (см .Рис.3.5.).
Рис 3.5. Резонансные кривые излуча-
теля в зависимости от отношения L/
С, широты полосы пропускания;
а - при большом отношении L/C,
b - при малом отношении L/C.
36
Максимум напряжения в ан-
тенне получаем на резонансной
частоте /0. Эта величина прини-
мается за единицу. Частоты J\ и
/2 характеризуют частоты, при
которых напряжение уменьшает-
ся в 0.7 раз (= 3 дБ). Разница В =
f-f2 характеризует абсолютную
полосу пропускания антенны.
Ь = В//о (3.3.)
Соотношение характеризует
относительную полосу пропуска-
ния.
Необходимо пояснить, каким
образом геометрические размеры
излучателя определяют отноше-
ние L/C и полосу пропускания.
Предположим, полуволновой
вибратор имеет определенную
индуктивность L и емкость С.
M2v
Рис.3.6. Составленный из 5 провод-
ников полуволновой вибратор
Если подключить к этому полу-
волновому вибратору 5 подоб-
ных вибраторов, как показано на
рис 3.6. то суммарная емкость
составит 5 С, а индуктивность 1/5
L. Уже отсюда можно видеть, что
полуволновой вибратор больше-
го диаметра имеет меньшее отно-
шение L/C и большую полосу
пропускания.
Антенны с широкой полосой
пропускания можно узнать по
большим поверхностям излуча-
Рис.3.7. Коэффициент укорочения полуволнового вибратора как функция
отношения Md.
37
телей. В коротковолновом диапа-
зоне отношение A/У практически
не имеет значения , так как у
обычных проволочных антенн
оно равно 5000 и более.
3.1.5. Коэффициент укороче-
ния
До сих пор не делалось разли-
чия между электрической и гео-
метрической длинами вибратора
Фактически электрическая и
геометрическая длины вибратора
равны только в том случае, ког-
да проводник бесконечно тонкий
и при этом находится на беско-
нечном удалении от поверхности
земли. Однако на практике ан-
тенны имеют определенную тол-
щину и закреплены на опреде-
ленной высоте над поверхностью
земли.
Зависимость коэффициента
укорочения от отношения Х/У
легче понять, если представить,
что излучатель большего диамет-
ра имеет большую емкость, В
колебательном контуре с боль-
шей емкостью резонансная часто-
та меньше. Чтобы выровнять ре-
зонансные частоты необходимо
укоротить длину излучателя
большего диаметра. Таким обра-
зом при одинаковой резонансной
частоте вибратор с большим ди-
аметром проводника должен
быть короче чем с малым диамет-
ром. На рис.3.7, изображена за-
висимость коэффициента укоро-
чения V полуволнового вибрато-
ра от диаметра провода вибрато-
ра и длины волны.
Пример
Требуется найти геометричес-
кую длину полуволнового вибра-
тора для частоты 144 МГц диа-
метром 25 мм.
Частота 144 Мгц соответству-
ет длине волны приблизительно
208 см. Отсюда получаем соотно-
шение:
208 см : 2,5 см = 80.
По графику рис. 3.7. находим,
что отношению Х/У = 80 соответ-
ствует коэффициент укорочения
V = 0,90. Таким образом , требу-
емая длина полуволнового виб-
ратора равна
X/2- V = 208/20,90=93,6 см.
Для расчета УКВ вибраторов
часто применяют упрощенную
формулу
/=141//,
/ - длина вибратора, м
/- резонансная частота, МГц.
Эта формула соответствует
коэффициенту укорочения 0,94.
Для расчета полуволнового
вибратора в КВ диапазоне, где
отношение Х/У больше 5000, на
практике применяют следующие
формулы:
/=142,2// (3.4.)
Z - в метрах,/- в МГц, и
/=142200// (3.5.)
/ - в метрах,/- в килогерцах.
Эти формулы соответствуют
коэффициенту укорочения 0,955
38
При соотношении Md < 5000
нужно рассчитывать длину с
учетом коэффициента укороче-
ния примерно 0,98. В этом слу-
чае необходимо учитывать так-
же дополнительное укорочение,
обусловленное конечным эф-
фектом. Поскольку в КВ диапа-
зоне применяются, как правило,
проволочные антенны, то они
закрепляются на концах с помо-
щью керамических изоляторов.
Эти изоляторы совместно с уз-
лом дальнейшего закрепления
вызывают дополнительную ем-
костную нагрузку, которая мо-
жет быть выровнена дополни-
тельным укорочением.
Кроме того имеются еще до-
полнительные емкостные на-
грузки, определяемые близос-
тью антенного проводника к
земной поверхности, зданиям и
пр.
В диапазоне УКВ конечный
эффект, наоборот, не имеет осо-
бой роли, так как антенный про-
водник выполнен, как правило,
в виде труб и не имеет изолято-
ров на концах. Влияние окружа-
ющих предметов также значи-
тельно меньше, так как в боль-
шинстве случаев антенны мож-
но разместить на удалении не-
скольких длин волн от земной
поверхности или окружающих
предметов.
3.1.6. Эффективная длина (эф-
фективная высота) полуволново-
го вибратора .
Величина напряжения, кото-
рую антенна может извлечь из
электромагнитного поля зави-
сит от двух факторов:
- напряженности поля в мес-
те приема,
- эффективной (действую-
щей) длины или высоты антен-
ны.
Если в электромагнитное
поле поместить проводник, на-
пример, полуволновой вибра-
тор , то в нем индуцируется на-
пряжение. Независимо от длины
волны это напряжение тем
больше, чем больше длина по-
луволнового вибратора.
Распределение тока на по-
верхности полуволнового виб-
ратора, находящегося в резо-
нансе, имеет форму синусоиды.
Поэтому эффективная или дей-
ствующая длина полуволнового
вибратора не равна геометри-
ческой длине. Эффективная дли-
на полуволнового вибратора
Lcfr составляет
(3.6.)
Если выразить длину волны
через частоту, то получим
^=95,5// (3.7.)
f- в МГц, Хи L efr- в одина-
ковых единицах.
Зная напряженность поля в
точке приема и эффективную
длину можно рассчитать величи-
39
ну индуцируемого в вибраторе
напряжения
t/=ELrr (3.8.)
отсюда
1' = Е -уд- (3.9.)
И
95,5
—----- (3.10.)
где/-в МГц
Индуцированное в вибраторе
напряжение передается далее к
приемнику. Максимальная энер-
гия передачи будет в том случае,
если сопротивление вибратора в
точках питания будет равно
входному сопротивлению прием-
ника. В этом случае имеет место
так называемое согласование.
При этом половина индуциро-
ванного напряжения поступает в
приемник, а вторая половина
снова переизлучается вибрато-
ром. Это объясняется тем, что
сопротивление вибратора и вход-
ное сопротивление приемника
включены параллельно.
Напряжение на входе прием-
ника при работе с согласованным
полуволновым вибратором вы-
числяют по формуле
и=Е' “Лг" (зп-)
О,2о
где (Л- напряжение на входе
приемника, мкВ,
Е - напряженность поля в точ-
ке приема, мкВ/м,
X - длина волны, м,
6,28 = 2л.
Если выразить длину волны
через частоту, то получим
47,8
U = E- ----— (3.12.)
f
f- в МГц.
Эффективная длина и эффек-
тивная высота в числовом выра-
жении равны. Они отличаются
способом рассмотрения. При
симметричных антеннах говорят
о эффективной длине, при несим-
метричных об эффективной вы-
соте. К высоте антенны над по-
верхностью земли термин эффек-
тивная высота не имеет никако-
го отношения.
В заключение можно сказать,
что при одинаковой напряженно-
сти в точке приема, напряжение
на входе приемника тем больше,
чем больше длина волны.
3.2. Направленность и усиле-
ние антенн
Антенну излучающую энер-
гию равномерно во все направле-
ния называют круговым или изо-
топным излучателем. На практи-
ке, однако, невозможно сконст-
руировать излучатель с полнос-
тью круговыми характеристика-
ми направленности. Он существу-
ет только в теории и служит для
сравнительных оценок . У всех
антенн в определенных направле-
ниях имеются максимумы, и ми-
40
нимумы излучения. Каждая ан-
тенна описывается своей харак-
теристикой или диаграммой на-
правленности. Для того чтобы
полностью изобразить диаграм-
му направленности излучения, ее
необходимо построить в трехмер-
ном пространстве. На практике,
однако, оказывается достаточ-
ным рассматривать сечения диаг-
раммы направленности горизон-
тальной и вертикальной плоско-
стями.
Между диаграммой направ-
ленности и усилением антенны
существует прямая зависимость.
Для сравнения можно привести
пример из оптики. Интенсив-
ность светового луча от лампоч-
ки, снабженной рефлектором,
значительно больше чем без него
и тем больше, чем больше луч
сфокусирован.
Как усиление антенны, так и
диаграмма направленности вы-
ражают интенсивность излучения
в определенном направлении.
3.2.1. Характеристики излуче-
ния
Диаграмму направленности
антенны изображают или в по-
лярной или угловой системе ко-
ординат. Полярные координаты
представляют собой сеть концен-
трических кругов и исходящих из
центра радиусов (рис.3.8.). Кон-
центрическим кругам соответ-
ствуют уровни напряжений, при-
Половинная ширина диаграммы направленности
Рис 3.8. Диаграмма на-
правленности полувол-
нового вибратора в гори-
зонтальной плоскости(
Е- плоскость, угол гори-
зонтального раскрыва 80
град)
41
чем центру соответствует значе-
ние напряжения равное нулю.
Радиусы определяют угол или
направление. Главное направле-
ние диаграммы направленности
соответствует нулевому углу.
Не так наглядно изображение
диаграммы направленности в уг-
ловых координатах (рис.3.9.).
Так как диаграммы направ-
ленности часто симметричны, до-
статочно изображения участка О
-180°, а направление главного
максимума привязывается к углу
0°. Угол от 0 до 180° откладыва-
ется на оси абсцисс, в то время
как на оси ординат откладывает-
ся отношение напряжений t//t/max.
Максимальное напряжение, соот-
ветствующее главному максиму-
му антенны, принимается за 1 или
100%. Все следующие замеры на-
пряжений в диапазоне углов от 0
до 180 ° соотносятся к максималь-
ному напряжению и откладыва-
ются под соответствующими уг-
лами на графике. Таким образом
Рис 3.9. Нормированная диаграмма
направленности горизонтального
полуволнового вибратора в угловых
координатах.
42
получается кривая-диаграмма,
характеризующая направленные
свойства антенны.
В случае антенн с нессимет-
ричной диаграммой направлен-
ности ось абсцисс удлиняют до
360°. При снятии диаграмм на-
правленности горизонтально по-
ляризованных антенн в верти-
кальной плоскости достаточно
часто проводить замеры в диапа-
зоне вертикальных углов от 0 до
90°.
Диаграмма направленности
антенны позволяет установить
некоторые важные характеристи-
ки. Ширину главного лепестка
диаграммы направленности на-
зывают углом раскрыва. Он оп-
ределяется следующим образом:
наибольшее напряжение на вхо-
де приемника (оно соответствует
главному максимуму диаграмма
направленности антенны) прини-
мается за единицу, затем опреде-
ляются две точки по обеим сто-
ронам главного лепестка диаг-
раммы направленности, в кото-
рых напряжение уменьшается в
0,71 раз от значения максималь-
ного напряжения, что соответ-
ствует уменьшению мощности на
50% или -3 дБ. Соответственно
прямые, проведенные через центр
и эти точки образуют угол опре-
деляют угол раскрыва антенны.
Наглядно угол раскрыва поясня-
ет рис.3.9. В случае построения
диаграммы направленности в
вертикальной и горизонтальной
плоскостях различают горизон-
тальный и вертикальный угол
раскрыва.
Иногда применяется термин
половинная ширина диаграммы
направленности . В этом случае
прямые проводятся через центр
и точки, в которых напряжение
равно 0,5 максимального напря-
жения, и соответствует четвер-
ти мощности или ее уменьше-
нию на -6 дБ. Половинная ши-
рина диаграммы направленно-
сти представлена на рис.3.8. ли-
ниями из точек.
Отношение VR V (передний/
задний) представляет отноше-
ние напряжений главного лепе-
стка (угол 0 град) и заднего ле-
пестка (угол 180 град) и выра-
жается в дБ.
Также применяют отноше-
ние VSV (передний/боковой) ,
характеризующее отношение
напряжений главного максиму-
ма и боковых лепестков. Боко-
вые и задний лепестки в боль-
шинстве случаев нежелательны,
так как они уменьшают эффект
направленности антенны.
Диаграмма направленности
нормирована, если значения на-
пряжений приведены через со-
отношение U/U
max
3.2.2. Характеристики излу-
чения полуволнового вибратора
Объемную характеристику
направленности полуволнового
вибратора можно представить
тором, ось которого образует
полуволновой вибратор, распо-
ложенный горизонтальне
(рис.3.10:). Чтобы наглядно
объяснить характеристики, рас-
сечем тор плоскостью , прохо-
дящей через вибратор.
Рис 3.10. Пространственная характе-
ристика излучения горизонтального
полуволнового вибратора
Образовавшаяся диаграм-
ма будет соответствовать рис
3.8. Отсюда понятно, что глав-
ная диаграмма направленнос-
ти полуволнового вибратора
в свободном пространстве все-
гда направлена под прямым
углом к оси полуволнового
вибратора. Если рассечь тор
плоскостью проходящей пер-
пендикулярно полуволновому
вибратору в его середине, то
получим вертикальную диаг-
рамму направленности гори-
зонтального полуволнового
вибратора в свободном про-
странстве (РисЗ .11.) .
43
Рис 3.11. Вертикальная диаграмма
горизонтального полуволнового
вибратора (И- плоскость, вертикаль-
ной угол раскрыва 360 град.)
Чтобы упростить понимание
характеристик, используется по-
нятие Е- плоскости и Н- плоско-
сти, характеризующие протека-
ние электрических силовых ли-
ний и магнитных линий в плос-
кости волнового фронта (см. Гла-
ву 1.1.5.). Так как для линейно
поляризованных антенн излуча-
тель лежит в плоскости электри-
ческих силовых линий, то диаг-
рамму направленности всегда
приводят в Е- плоскости (Е- ди-
аграмма), независимо оттого как
поляризован полуволновой виб-
ратор. Аналогично рис 3.11.
представляет Н- диаграмму, так
как в этой плоскости лежат маг-
нитные силовые линии.
З.2.2.1. Влияние окружающих
предметов на изменение диаграм-
мы направленности горизонталь-
но поляризованных антенн
До сих пор речь шла об антен-
нах в свободном пространстве
44
или по крайней мере об очень
большом удалении над поверхно-
стью земли или от окружающих
предметов. “Очень высоко” и
“большое удаление” относитель-
ные понятия, которые должны
рассматриваться в сравнении с
длиной волны. Так антенну 2- м
диапазона, которая находится
над поверхностью земли на высо-
те 10 метром, можно считать вы-
соко расположенной, так как ее
высота составляет в данном слу-
чае 5 длин волн. Если кто-то за-
хочет разместить излучатель 40-
метрового диапазона на 5 крат-
ном удалении от поверхности
земли, то ему потребуется соот-
ветственно 200 метров. Из этого
следует, что радиолюбители-ко-
ротковолновики едва ли могут
размещать свои антенны на та-
кой высоте, чтобы не влияли ок-
ружающие предметы.
Если антенна находится вбли-
зи земной поверхности, то ее ха-
рактеристики подвержены изме-
нению вследствие отражения от
земной поверхности. Это прояв-
ляется особенно на сопротивле-
нии излучения, коэффициенте
укорочения и диаграмме направ-
ленности. Степень влияния опре-
деляется высотой антенны над
поверхностью земли, ее ориента-
цией по отношению к земной по-
верхности и электрическими
свойствами поверхности.
Особое значение для практи-
ки применения имеет оценка вли-
Рис. 3.12. Угол возвышения горизонтального полуволнового вибратора в
зависимости от высоты над идеальной поверхностью земли.
а) высота 1/8Л, Ь), высота 1/4Х, с) высота 3/8Х, d) высота 1/2Х, е) высота 5/8Х,
/) высота 3/4Х.
яния земной поверхности на го-
ризонтально поляризованные
излучатели. Если рассматривать
вертикальную диаграмму гори-
зонтально расположенного полу-
волнового вибратора (Рис 3.11),
то при приближении полуволно-
вого вибратора к поверхности
земли излучение в диапазоне
больше 90 и меньше 270°. будет
отражаться. Отраженные волны
и прямые волны взаимодействуя,
создают в пространстве вокруг
излучателя стоячие электромаг-
нитные волны”, характеризую-
щиеся всплесками и пропадания-
ми напряженности электромаг-
нитного поля в зависимости от
длины волны и разности фазы
прямой и отраженной волны .
Рис.3.12, показывает влияние
высоты расположения горизон-
тального полуволнового вибра-
тора над идеальной поверхнос-
тью земли на изменение диаграм-
мы направленности в вертикаль-
45
Рис. 3.12. Угол возвышения горизонтального полуволнового вибратора в
зависимости от высоты над идеальной поверхностью земли.
g) высота 7/8Х, А) высота IX, j) высота 1 1/4Х, к) высота 1 1/2Х, /) высота
1 3/4Х, т) высота 2Х.
ной плоскости. Здесь приводит-
ся так называемый фактор умно-
жения, который принимает мак-
симальное значение 2,0 в случае,
когда падающая и отряженная
волны имеют одинаковую фазу и
направление.
Как видно из рисунка, из-за
отражения от земной поверхнос-
ти образуются дополнительные
главные лепестки . Их угол над
горизонтом называют углом воз-
вышения. На рисунке 3.12d. угол
возвышения горизонтально по-
луволнового вибратора над иде-
альной поверхностью земли со-
ставляет 30 ° (фактор умножения
= 2). Также видно, что под угла-
ми 10 и 55°. Фактор умножения
равен 1,0.
Важность угла возвышения
для достижения дальних связей
(DX- движение) уже оговарива-
лась в главе 2. Напомним, что ус-
ловием дальних связей является
отражение радиоволн от ионос-
феры. Чтобы отражаться от
ионосферы, радиолуч должен
46
подходить к ионному слою как
можно более полого. Ниже при-
веден диапазон оптимальных уг-
лов возвышения для отдельных
радиолюбительских диапазонов:
40-м диапазон
20-м диапазон
15-м диапазон
10-м диапазон
от 12 до 40°.
от 10 до 25°.
от 17 до 20°.
от 5 до 14°.
Отсюда видно, что энергия,
которая излучается антенной на
углах возвышения >40 и <5 °, не
эффективна для установления
дальних связей. С другой сторо-
ны, излучение, которое распрос-
траняется параллельно поверхно-
сти земли (угол возвышения <5
град.) , сильно ею поглощается.
С изменениями в состоянии ат-
мосферы связаны соответственно
и изменения оптимальных углов
возвышения. Высокое размеще-
ние антенны над поверхностью
земли всегда является лучшим
способом. Но и с высотой разме-
щения антенны равной 12 метрам
можно получить в диапазонах 10,
15, и 20 метров неплохие DX ре-
зультаты. Для 40 метрового диа-
пазона высота антенны должна
быть не менее 15 метров. Эти ми-
нимальные высота приведены в
случае отсутствия поблизости от-
ражающих предметов, которые
вызывают существенные измене-
ния характеристик направленно-
сти. Горизонтально поляризо-
ванные антенны реагируют осо-
бенно чувствительно на находя-
щиеся поблизости всякого рода
провода, металлические крыши,
молниеотводные проводники. На
излучение вертикальных антенн
сильно сказываются вертикально
протяженные объекты: мачты,
трубы.
Важно то, что все горизон-
тально поляризованные антенны
при одинаковой относительной
высоте над землей обнаруживают
одинаковые вертикальные углы
возвышения. Это означает, что ,
например, трехэлементная антен-
на “волновой канал”, размещен-
ная на высоте 3/4 длины волны
имеет угол возвышения 20 и 80°.
Эти же самые углы имеет поме-
щенный в эту же точку полувол-
новой вибратор. Различия состо-
ят только лишь в факторе умно-
жения для отдельных лепестков
(см. Рис.3.13.).
Рис 3.13. Вертикальные диаграммы
направленности горизонтальной 3-
элементной антенны “волновой ка-
нал” (А) и горизонтального полувол-
нового вибратора (В) на расстоянии
3/4 длины волны над идеальной по-
верхностью земли.
47
Геометрическая середина
между этажами
VZ%
Рис 3.14. Пример для понимания эф-
фективной высоты размещения мно-
гоэтажной горизонтально поляризо-
ванной антенны
У антенны “волновой канал”
излучение на угле возвышения
20° преобладает над излучением
на угле 80 °, которое сильно по-
давляется. Узкая диаграмма на-
правленности на низких углах
возвышения имеет особое значе-
ние для установления дальних
связей. Многоэтажные антенны
горизонтальной поляризации
также подчиняются вышеприве-
денному правилу, при этом сле-
дует только помнить, что за точ-
ку привязки антенны по высоте
следует брать точку в середине
между этажами.
Пример
На рис. 3.14.изображена схе-
матично двухэтажная антенна го-
ризонтальной поляризации. Рас-
стояние между этажами равно
1/2Х. Расстояние нижнего этажа
от земной поверхности равно
48
тоже 1/2Х. В этом случае действу-
ющая высота антенны получает-
ся 3/4Х.
3.2.2.2. Влияние окружающих
факторов на изменение диаграм-
мы направленности вертикально
поляризованных антенн
Антенны с вертикальной по-
ляризацией, так называемые
“граунд-плейн” антенны, редко
применяются радиолюбителями
(см. Главу 19.4.1.). В случае при-
менения антенны с вертикальной
поляризацией изменяется, как
следствие переотражения от зем-
ной поверхности, вертикальная
диаграмма направленности Е-
плоскости. Рис.3.15, показывает
вертикальную диаграмму на-
правленности вертикального
вибратора в случае его большо-
го удаления от поверхности зем-
ли.
Рис.3.15. Вертикальная диаграмма
направленности вертикального по-
луволнового вибратора на большом
расстоянии от поверхности земли.
Рис 3.16. Вертикальные диаграммы направленности вертикального полувол-
нового вибратора . За высоту размещения полуволнового вибратора над по-
верхностью земли принято расстояние от идеальной поверхности земли до
геометрической середины полуволнового вибратора.
а) высота 1/4Х, Ь), высота 3/4Х, с) высота 1/2Х, d) высота IX.
Нижняя, заштрихованная
часть диаграммы обозначает ди-
апазон углов, внутри которого
излученные радиоволны отража-
ются от поверхности земли, если
приблизить вибратор к ее повер-
хности. Как уже было сказано в
З.2.2.1., отраженные радиоволны
складываются векторно с прямы-
ми волнами в зависимости дли-
ны волны и от средней высоты
над поверхностью идеальной
земли. Результат этого сложения
для вертикального полуволново-
го вибратора при различных вы-
сотах его размещения над идеаль-
ной поверхностью земли пред-
ставлен на рис. 3.16. При этом
бросается в глаза, что самые ма-
лый угол возвышения составля-
ет 0 град. Это означает, что излу-
чение распространяется парал-
лельно земной поверхности. К
сожалению, это чрезвычайно
благоприятное для работы через
ионосферу излучение, мало эф-
фективно, так как сильно подвер-
жено поглощению земной повер-
хностью. Пунктирные линии ха-
рактеризуют эти потери.
3.2.3. Усиление антенны
Усиление антенны - сравни-
тельная характеристика. Она
вводится из-за необходимости
сравнивать характеристики ре-
альной антенны с эталонной. Обе
49
антенны должны при этом нахо-
диться в одинаковом электромаг-
нитном поле и быть сориентиро-
ваны для приема максимальной
мощности. Если дополнительно
не оговаривается, то обычно уси-
ление антенны выражает усиле-
ние в направлении главного ле-
пестка диаграммы направленно-
сти.
З.2.З.1. Определение коэффи-
циента усиления
Коэффициент усиления антен-
ны G показывает, во сколько раз
при прочих равных условиях
мощность сигнала Р, от направ-
ленной антенны, отдаваемая по-
требителю, больше мощности
сигнала Р2 согласованной эта-
лонной антенны.
G = PlIP2 (3.13.)
Для удобства проведения рас-
четов коэффициент усиления ан-
тенны выражают через логариф-
мическую пропорцию в Децибе-
лах (дБ).
G = 101g —(3.14.)
*2
где G в дБ.
Зная формулу Р = V2! R мож-
но установить, что коэффициент
усиления можно также рассмат-
ривать как отношение напряже-
ний, если только сопротивление
нагрузки обоих излучателей оди-
наково.
/ U' V
G = (— )2 (3.15.)
или в логарифмическом пред-
ставлении
G = 201g (3.16.)
G в дБ.
Преимущество логарифмичес-
кого выражения заключается в
том, что значения в дБ позволя-
ют легко проводить операции
сложения и вычитания. Предпо-
ложим, дана антенна с коэффици-
ентом усиления 12 дБ. Потери в
линии питания составляют 7 дБ.
Таким образом, общий распола-
гаемый коэффициент усиления
12-7=5 дБ.
Иногда отношения напряже-
ния, тока, мощности даются в
единице Непер. (Нп). Между Де-
цибелом и Непером существует
зависимость:
1 Непер = 8,686 Децибел,
1 Децибел = 0,116 Непер.
Из рисунка 3.17. видны соот-
ношения напряжения, тока и
мощности для расчета коэффици-
ента усиления.
Пример
Если простой полуволновой
вибратор дает на входе приемни-
ка напряжение 50 мкВ , а требу-
ется напряжение 200 мкВ, то сле-
дует заменить полуволновой виб-
ратор направленной антенной ,
имеющий 4 - кратный выигрыш
по напряжению.
50
Рис. 3.17. Отношения напряжения, тока и мощности для расчета коэффици-
ента усиления в децибелах.
Имеем:
G=20 1g —= 12 дБ.
Таким образом следует выб-
рать антенну коэффициентом
усиления 12 дБ.
Тот же результат можно полу-
чить из графика рис 3.17. (пунк-
тирная прямая).
На практике сталкиваются не
только с усилением , но и с поте-
рями, которые возникают , на-
пример, в любой линии передач.
Ослабление также задается в де-
цибелах.
Пример
Телевизионная антенна под-
ключена к приемнику при помо-
щи коаксиального кабеля длиной
100 м, который имеет коэффици-
ент ослабления по паспорту 7 дБ
на метр. Из рисунка 3.18. виде-
но, что только около 0,45 (45%)
напряжения на зажимах прием-
ной антенны попадает на вход
приемника, что соответствует 0,2
(20%) принимаемой мощности
(пример выделен пунктирно).
В приложении даны таблицы
( таб. 34.7, 34.8, 34.9) соотноше-
ний тока, напряжения и мощнос-
ти, позволяющие легко произво-
дить соответствующие расчеты.
3.2.3.2. Эталонные антенны
Эталонной антенной является
уже нам известный сферический
51
Рис. 3.17. Отношения напряжения, тока и мощности для расчета коэффици-
ента ослабления в децибелах.
или изотропный излучатель . Его
диаграмма направленности име-
ет полностью сферическую фор-
му и интенсивность излучения
одинакова во всех направлениях.
Иногда применяют в качестве
эталонной антенны элементар-
ный вибратор (диполь). Его элек-
трическая длина составляет < Л/8.
Используется его круговая диаг-
рамма Н- плоскости, поэтому его
называют часто магнитным виб-
ратором. Так как элементарный
вибратор не обладает сферичес-
кой диаграммой, а имеет направ-
ленную диаграмму, то его коэф-
фициент усиления по отношению
к изотропному излучателю со-
ставляет 1,5 (1,76 дБ).
Наиболее часто на практике в
качестве эталонной антенны при-
меняется полуволновой вибра-
тор, который тогда называют
нормальным вибратором (дипо-
лем). Он имеет то преимущество,
что является резонансной струк-
турой и его без проблем можно
согласовать с потребителем (ге-
нератором, приемником). По от-
ношению к изотропному излуча-
телю его коэффициент усиления
равен 1,64 (2,15 дБ.).
3.2.3.3. Зависимость между
усилением и направленностью ан-
тенны
Изотропный излучатель, по-
мещенный в центр воображаемой
сферы, облучает поверхность
сферы равномерно, это значит ,
что в любой точке на поверхнос-
52
ти сферы плотность излучения 5к
одинакова. Если заменить изот-
ропный излучатель на направ-
ленную антенну, то при условии
одинаковой подводимой мощно-
сти будет облучаться часть по-
верхности сферы. Излучение бу-
дет концентрироваться только на
небольшой поверхности сферы ,
при этом большее значение плот-
ности излучения составит 5тах.
Отношение S/Smax представляет
собой коэффициент усиления на-
правленной антенны по отноше-
нию к изотропному излучателю.
Плотность излучения 5к опреде-
ляется излучаемой мощностью и
площадью сферы (4лг2)
5 — _____L
к 4лг2
(3.17)
К сожалению, плотность излу-
чения направленной антенны
вычисляется не так просто. Облу-
чаемая ею поверхность сферы не
имеет четко выраженных границ.
Поэтому ограничивают эту облу-
чаемую поверхность вертикаль-
ным и горизонтальным углами
раскрыва направленной антен-
ны. Угол раскрыва (см. Главу
3.2.1.) есть часть диаграммы на-
правленности антенны, на грани-
цах которой мощность уменьша-
ется по отношению к максималь-
ной излучаемой мощности на по-
ловину (-ЗдБ.). Для большинства
практических антенн можно
представить облученную повер-
хность в виде эллипса, полуоси
которого определяются углом
раскрыва ае - в Е- плоскости и
ан - в Н - плоскости.
Так как облученная поверх-
ность направленной антенны со-
держит не всю располагаемую
излучаемую мощность, то мы не
можем получить реальный ре-
зультат при определении коэффи-
циент усиления. Ниже приводят-
ся формулы, которые могут при-
меняются на практике, если изве-
стны углы раскрыва диаграммы
направленности антенны ъЕиН
плоскостях.
Коэффициент усиления по
мощности направленной антен-
ны по отношению к изотропно-
му излучателю равен
с _ 44300
С Г1
(3.18.)
аЕ - угол раскрыва в Е- плос-
кости, ан - угол раскрыва в Н -
плоскости.
Если коэффициент усиления
рассчитывают, как обычно, по
отношению к полуволновому
вибратору , то используют фор-
мулу
27000
аЕОн
(3.19.)
или в децибелах
G = 101g
27000
аЕаН
(3.20)
На Рис. 3.19. приведена номог-
рамма для расчета коэффициен-
та усиления по приведенным
53
Градус Децибел Градус
г2О0 -180 -160 -140 - 0 — 2 200-f 180— 160- 140-
-120 120-
-Ю0 -я -80 - 4 - 6~ 80-
-ТО о Ю— 60-
- 50 с -V 50-
41 - 40 40-£
я - —14 ~ я
с - 30 Ж- О
я -16 _ X
о
о я -20 -18 20- §
1 -20 _ I
W __ я
аз —22 аз
Л “ св
аз __ аз
3 - ю — 24 Ю— з 0— р-
X св - 9 - 8 - 7 -26 -28 я * о — о 7— я / Л
О - 6 6— о
£ - 5 -30 5~ £
- 4 -32 4-
— 34
- 3 3-
-36 -
- 2 -38 2-
-40
Рис.3.19. Номограм-
ма для расчета ко-
эффициента усиле-
ния направленной
антенны по отноше-
нию к полуволново-
му вибратору при
известных углах
раскрыва в Е и Н
плоскостях.
Пример приведен
для а£=60°, ан =
90 °. Полученный
коэффициент усиле-
ния G = 1 дБ.
выше формулам в дБ. при извес-
тных углах роаскрыва антенны.
Формулы и номограмма не
учитывают потерь, возникающих
из-за конечной проводимости
материала антенны, электричес-
кие потери и ошибки согласова-
ния. В дальнейшем предполагает-
ся, что подавление заднего и бо-
ковых лепестков составляет боль-
ше 10 дБ.
Направленные свойства ан-
тенны можно характеризовать
также через понятие поглощаю-
щая или эффективная площадь.
54
Она представляет стоящую пер-
пендикулярно к направлению из-
лучения ограниченную площадь
поверхности, через которую про-
ходит энергия, принимаемая со-
гласованной антенной. Эта эф-
фективная площадь не определя-
ется геометрическими размерами
антенны и в зависимости от вида
антенны она может быть меньше
или больше. Отношение эффек-
тивной площади к геометричес-
кой площади антенны называют
коэффициентом использования
площади.
Эффективная площадь А и
коэффициент усиления любой ан-
тенны G пропорциональны друг
другу. Это следует из соотноше-
ния
MG
А = ----(3-21.)
47С
И
4лЯ
G = ----£----- (3.22.)
Здесь подразумевается изот-
ропный излучатель.
Эффективная площадь А при-
веденная по отношению полувол-
новому вибратору составляет
Я = ^4=14>6 = °’13О5Х2(3-23)
G в последнем случае равен
1,64 К
Эффективная площадь полу-
волнового вибратора можно
представить в виде эллипса с раз-
мерами 0,25Л, х 0,75 X. (рис.3.20.)
Поскольку в,большинстве слу-
чаев коэффициент усиления G
относят к полуволновому вибра-
тору , то проще рассчитывать эф-
фективную площадь также по
отношению к полуволновому
вибратору. Эффективная пло-
щадь полуволнового вибратора,
как установлено, равна пример-
но 0,1 ЗА,2. Поэтому , чтобы полу-
чить эффективную площадь лю-
бой антенны, достаточно ее ко-
эффициент усиления умножить
на 0,13.
Aeffft?)
~-0
«2-12
0,751
Рис.3.20. Эффективная площадь по-
луволнового вибратора
Ю--25
50-^26
Рис. 3.21. Эффек-
тивная площадь А
любой антенны в
зависимости от ее
коэффициента уси-
ления G в дБ. По от-
ношению к полу-
волновому вибра-
тору.
55
A = 0,13 (7 (3.24)
Пример
Дана антенна с коэффициент
усиления по мощности по отно-
шению к полуволновому вибра-
тору = 5 (7 дБ.). В этом случае
эффективная площадь равна 5,0
х 0,13 = 0,65Х2.
Для быстрого определения
эффективной площади А любой
антенны в децибелах относитель-
но полуволнового вибратора
служит рис. 3.21.
Значительно увеличивается
эффективная площадь соединен-
ных в группы антенн. В этом слу-
чае существует правило, что эф-
фективные площади не должны
накладываться друг на друга, в
противном случае коэффициент
усиления уменьшается. Таким
оптимальное образом расстояния
между антеннами выбираются
таким образом, чтобы эффектив-
ные площади касались друг дру-
га. (рис.3.22.).
Увеличение эффективной пло-
щади в Е- плоскости А н и в плос-
кости 7/, выраженное через дли-
ну волны X, вычисляют по фор-
мулам
(3.25)
(3.26)
где Ан и Ае- в X.
Пример
Антенна “волновой канал”
имеет угла раскрыва аЕ = 58 °, и
ан = 83 °. Необходимо получить
систему из двух расположенных
одна над другой антенн (два эта-
жа). Чему должно быть равно
расстояние между этажами?
Из рис. 3.19. получаем коэф-
фициент усиления G = 7,7 дБ. Для
этого значения найдем из рис
3.21. эффективную площадь А =
0,8ЛЛ
Следовательно размер Ап эф-
фективной площади = 1,2Х
Рис. 3.22. Оптимальное расстояние
между антеннами с учетом их эффек-
тивных площадей.
•4.=2^Ж1-“1-2х(з27)
Оптимальное расстояние меж-
ду этажами равно таким образом
1,2Х.
56
4. Формы вибраторов
Благодаря изменению формы
можно изменять свойства полу-
волнового вибратора. Это каса-
ется в первую очередь входного
сопротивления и ширины поло-
сы пропускания. Иногда можно
получить наряду с желаемыми
электрическими качествами так-
же преимущества при механичес-
ком креплении как, например, в
случае с петлевым вибратором.
4.1. Петлевой вибратор
Петлевой вибратор образует-
ся при параллельном включении
двух проводников при малом
расстоянии D между ними
(П<0,05Х) (рис.4.1.).
Его диаграмма направленно-
сти соответствует в основном
простому полуволновому вибра-
тору, различие же заключается
прежде всего в более высоком
сопротивлении и относительно
большей полосе пропускания.
Коэффициент укорочения соот-
ветствует рис. 3.7.
При параллельном соедине-
нии двух одинаковых полуволно-
вых вибраторов, образующих
петлевой вибратор, антенный
ток, протекая по двум ветвям раз-
деляется на две части. Таким об-
разом , при той же мощности из-
лучения антенный ток петлевого
вибратора равен половине антен-
ного тока простого вибратора,
сопротивление излучения петле-
вого вибратора R" принимает
вид
Если для простого полуволно-
вого вибратора справедлива фор-
мула
P = R Г-
S S
то для петлевого
Л=«." (у)2
Рис 4.1. Петлевой вибратор
Так как в обоих случаях излу-
чаемая мощность одинакова,
можно сделать вывод , что
R^=R:'(i)2
57
^ = RS" T-
из этого следует
R "= 4 R .
s s
Таким образом, сопротивле-
ние излучения петлевого вибра-
тора в 4 раза больше сопротив-
ления излучения простого вибра-
тора и равно 240-280 Ом.
Разновидностью простого
петлевого вибратора является
двойной петлевой вибратор
(рис.4.2.). В случае когда диамет-
ры всех проводников одинаковы,
антенный ток в каждом вибрато-
ре равен одной трети общего ан-
тенного тока. Входное сопротив-
ление R"' двойного петлевого
вибратора при этом в 9 раз боль-
ше сопротивления простого по-
Рис 4.2. Двойной петлевой вибратор
луволнового вибратора ( около
540-630 Ом).
Для двойного петлевого виб-
ратора не имеет значения выбор
места подвода питания, см. Рис
4.2. а) и Ь), однако подключение
по схеме Ь) преимущественнее из
соображений механического зак-
репления.
В случае увеличения числа
подключаемых полуволновых
вибраторов суммарное сопротив-
ление изменяется по следующему
закону: при условии одинаковых
толщин проводников и расстоя-
нию между ними D< 0,005А. ко-
эффициент умножения сопротив-
ления к равен квадрату числа
проводников п
к = п2.
Для петлевого вибратора из 3
проводников (двойной петлевой)
и= 3 и соответственно к =9, что
определяет сопротивление виб-
ратора примерно 9 х 60 = 540 Ом.
Дальнейшая часто используемая
возможность изменения входно-
го сопротивления заключается в
применении проводников разно-
го диаметра (рис.4.3.). Если диа-
метр верхнего неразорванного
вибратора d2 больше диаметра dx
нижнего вибратора, то входное
сопротивление увеличивается по
Рис .4.3. Петлевой вибратор с раз-
личными диаметрами элементов
58
сравнением с сопротивлением
обыкновенного петлевого вибра-
тора, и наоборот, если диаметр dx
больше, чем d2 то входное сопро-
тивление уменьшается. Эта пос-
ледняя зависимость входного со-
противления редко используется
на практике, так как в целях со-
гласования антенны с линией пи-
тания обычно необходимо увели-
чивать сопротивление.
В числовом выражении коэф-
фициент умножения, отнесенный
к простому полуволновому виб-
Рис 4.4. Входное сопротивление петлевого вибратора с различными диамет-
рами элементов, отнесенное к простому полуволновому вибратору. Пример
(обозначен пунктиром): djd=3, Dld = 6, что соответствует 6 кратному зна-
чению полуволнового вибратора (360-420 Ом).
0
59
Рис.4.5.Входное сопротивление двойного петлевого вибратора с
различными диаметрами проводников в отношении к полуволново-
му вибратору.
Пример (пунктирная линия). Dx/d^l,25, Did =6, что соответствует 16 крат-
ному увеличению значения полуволнового вибратора (960-1120 Ом).
ратору , получают по формуле
Робертса.
к=1+(-^-) (43.)
Под сопротивлением Z пони-
мают волновое сопротивление,
которое равно
Z = 276 1g^p (4.4.).
60
где D - расстояние между про-
водниками,
d - диаметр проводника
Z - волновое сопротивление,
Ом. •
Волновое сопротивление бу-
дет более подробно объяснено в
главе 5.1.1.
Для определения коэффициен-
та умножения справедливо также
формула
Также и для двойного петле-
вого вибратора справедливо из-
менение входного сопротивления
в зависимости от диаметров ра-
зомкнутого и неразомкнутого
проводника d2 Эта зависимость
представлена на рис 4.5.
Опираясь на формулы (4.3.) и
(4.5) получаем в этом случае со-
отношение
* = 1+(-^-)2 (4.6.)
Все петлевые вибраторы мо-
гут заземляться в середине нера-
зомкнутого проводника или не-
посредственно крепиться к метал-
лической мачте.
4.2. Волновой вибратор
Вибратор, электрическая дли-
на которого равна IX называют
волновым вибратором, (рис.4.6.)
хх
Рис.4.6. Волновой вибратор
Обе половины вибратора в
этом случае возбуждаются син-
фазно. Так как высокому напря-
жению соответствует небольшой
ток, то полное входное сопротив-
ление волнового вибратора на
зажимах относительно высокое.
Иногда волновой вибратор назы-
вают вибратором с питанием по
напряжению.
Входное сопротивление и ши-
рина полосы пропускания волно-
вого вибратора в большей мере
зависят от отношения ЛЛ/, чем у
полуволнового вибратора . Кро-
ме того, полоса пропускания все-
гда больше, чем у полуволново-
го вибратора при одном и том же
отношении kid. Кривые на
рис.4.7, показывают зависимости
входного сопротивления Ro и ко-
эффициента укорочения V от от-
ношения kid.
Входное сопротивление Ro
зависит также от расстояния
между правой и левой частями
вибратора. График для Rq тем
точнее, чем больше расстояние
X X соответствует диаметру про-
водника.
61
Рис 4.7. Входное сопротивление Ro и коэффициент укорочения V волнового
вибратора в зависимости от отношения Ud.
Коэффициент укорочения
волнового вибратора Ктакже от-
личается от коэффициента укоро-
чения обычного полуволнового
вибратора при одинаковом отно-
шении )Jd. Волновой вибратор
должен быть также в большей
степени укорочен, чтобы полу-
чить резонансную частоту.
Пример
Необходимо определить вход-
ное сопротивление и коэффици-
ент укорочения волнового вибра-
тора, изготовленного из алюми-
ниевой трубки диаметром 2 см
для/= 150 МГц, что соответству-
ет Х=200 см.
Отношение Х/t/ равно, таким
образом, 200/2=100. Из рис. 4.7.
находим, что входное сопротив-
ление Ro приблизительно равно
900 Ом, а коэффициент укороче-
ния Исоставляет 0,87.
Волновой вибратор нельзя
путать с волновым излучателем.
В случае волнового вибратора
обе его половины синфазно воз-
буждаются. Диаграмма излуче-
ния в этом случае в Е- плос/^сти
представлена на рис.4.8.а. Она
похожа на более узкую диаграм-
му направленности полуволново-
го вибратора ( угол раскрыва
65°.). Неразрывную волновую
62
антенну (излучатель), запитыва-
ют с конца проводника. (Так на-
зываемая антенна Цеппелин, см
главу 10.2.1). В этом случае узел
тока находится в середине антен-
ны (рис.4.8.в) и оба отрезка (от
середины) возбуждаются проти-
вофазно. Благодаря этому диаг-
рамма направленности приобре-
тает 4 главных лепестка, причем
лепестки наклонены к оси излу-
чателя под углом 54°. Коэффици-
ент усиления волнового диполя
составляет 1,8 дБ., коэффициент
усиления волнового излучателя
только 1,2 дБ.
Из-за относительно большой
широта пропускания волновой
вибратор применяется преимуще-
ственно в широкополосных ан-
тенных системах, при этом его
можно закреплять в обеих точках
Рис.4.8. Диаграммы направленности
и распределение тока на волновом
вибраторе и волновом излучателе,
а- волновой вибратор, главный ле-
песток направлен под 90 ° к оси виб-
ратора
b - неразрывный волновой излуча-
тель, главные лепестки направлены
под углом 54 ° к оси излучателя.
узлов напряжения. Однако на
практике отказываются от тако-
го закрепления в пользу крепле-
ния на изоляторах, чтобы умень-
шить потери, вызванные нерав-
номерным распределением на-
пряжения.
Увеличение расстояния XX ве-
дет к росту коэффициента усиле-
ния. Величина коэффициента
усиления может составить боль-
ше чем 3 дБ., если расстояние
между зажимами хх лежит в пре-
делах 0,2-0,6Х. Разумеется, увели-
чение коэффициента усиления
таким образом из соображений
механики едва ли можно.
4.3. Широкополосный вибра-
тор
Входное сопротивление полу-
волнового вибратора, находяще-
гося в резонансе активно. При
возбуждении вибратора частота-
ми отличными от частоты резо-
нанса появляются емкостные и
индуктивные составляющие.
Чем тоньше вибратор, тем
быстрее растут мнимые составля-
ющие и соответственно меньше
его полоса пропускания. Поэто-
му применяют вибраторы с ма-
лым отношением X/J ( так назы-
ваемые толстые вибраторы) если
хотят получить широкую частот-
ную полосу. Толстые вибраторы
изготавливают в виде полувол-
нового вибратора и волнового
вибратора.
63
Волновой диполь с точки зре-
ния полосы пропускания пред-
почтительнее, так как имеет по-
лосу в 1,3 раза больше, чем полу-
волновой вибратор. На толстом
вибраторе распределение тока не
имеет уже формы синусоиды, как
это представлено на рис 4.9. В
точках питания полуволнового
вибратора ток имеет относитель-
но большое значение, что объяс-
няет уменьшение входного со-
противления антенны и отноше-
ния k/d. Если полуволновой виб-
ратор изготовлен из толстых
труб или стержней, то сечения
стержней в точках питания обра-
зуют большую емкость. Поэтому
толстые стержни элементов виб-
ратора обычно в точках питания
имеют коническую форму, как
показано на рис 4.10а. Часто ко-
нус распространяют на всю ан-
тенную систему и тогда получа-
ется так называемый двойной
конусный вибратор (рис.4.10.Ь).
Входное сопротивление этого
вибратора зависит от угла О
(рис.4.11). Из-за большой поло-
сы пропускания такой вибратор
не особенно критичен к величи-
не коэффициента укорочения V.
Поэтому обычно рассчитывается
при значении V = 0,73.
Рис 4.9.Распределение тока на виб-
раторе
64
Малое входное сопротивле-
ние при небольшом коэффициен-
те усиления можно получить,
если конструкция вибраторы со-
держит по возможности большое
число отдельных стержней
(рис.4.10.с.), при этом сохраняют-
ся свойства двойного коническо-
го вибратора.
Рис 4.10. Варианты широкополосных
вибраторов.
А- толстый волновой вибрс юр из
цилиндрических стержней, сфор и-
рованных на концах в виде конуса,
Ь- двойной конический волновой
вибратор выполненный из жести,
с- двойной конический волновой
вибратор выполненный из стержней,
d- плоский вибратор “бабочка”.
Плоские широкополосные
волновые вибраторы изготавли-
ваются обычно из жести или про-
волоки и представляют треуголь-
ные крылья. Такая антенна назы-
вается “бабочка”.При этом для
расчета коэффициент укорочения
берут равным И= 0,73.
Широкополосные антенны
будут в дальнейшем подробно
описаны в главе 26.1.
Для приведенных широкопо-
лосных вибраторов относитель-
ная ширина полосы b зависит от
размеров и лежит в пределах 0,5-
0,8 /о. Для определения относи-
тельной широты полосы смотри
главу 3.1.4. и формулу (3.3.)
Угол в в град
Рис 4.11. Входное сопротивление Ro
двойного конического вибратора в
зависимости от угла 0
3 Антенны
5. Питание антенн
Максимальная мощность пе-
редается от генератора (конечная
ступень передатчика) к потреби-
телю (антенна ) если их сопро-
тивления равны.
Коэффициент полезного дей-
ствия передачи мощности дости-
гает своего максимального значе-
ния, если потребитель имеет дей-
ствительное сопротивление. Это
значит, что входное сопротивле-
ние антенны не должно содер-
жать индуктивных и емкостных
составляющих, что имеет место
при нахождении антенны в резо-
нансе на частоте излучения.
Так как в большинстве случа-
ев между передатчиком и антен-
ной включена линия передачи
энергии (линия питания антен-
ны), то она должна быть так рас-
считана и сконструирована, что-
бы не нарушить согласование
между передатчиком и антенной.
Разумеется это справедливо и для
приемной антенны.
5.1. Линии передач
Линии передач предназначе-
ны для трансляции высокочас-
тотной энергии по возможности
без потерь и не должны при этом
сами излучать эту энергию. В ан-
тенной технике линии передач
представляют собой преимуще-
ственно два параллельных друг
другу проводника, свойства ко-
торых зависят фактически от гео-
метрических размеров сечения
этих проводников и вида диэлек-
трика между ними.
5.1.1. Волновое сопротивление
линии передач
Важнейшим электрическим
параметром линии передачи яв-
ляется ее волновое сопротивле-
ние, которое представляет соот-
ношение напряжения к току на
бесконечно длинном проводнике.
Линию передач можно пред-
ставить в виде соединения индук-
тивностей и емкостей, распреде-
ленных по длине линии передач
(рис. 5.1.)
Рис 5.1. Эквивалентная электричес-
кая схема двухпроводной линии пе-
редач.
66
Если не учитывать потерь в
линии, то волновое сопротивле-
ние Z определяется по формуле
г = л/ L/C (5.1.)
/
где Z - в Омах.
Z - действительная величина
и, следовательно, не зависит от
частоты и длины проводника.
Большая индуктивность и
меньшая емкость приводят к бо-
лее высокому волновому сопро-
тивлению. Практически это озна-
чает, что линия из тонких про-
водников ( большое L) при зна-
чительном расстоянии между
проводниками (небольшая С)
имеет большее волновое сопро-
тивление , чем линия из провод-
ников большего диаметра с мень-
шим расстоянием между провод-
никами. Волновоесопротивление
зависит поэтому в первую оче-
редь от размеров сечения линии
передачи.
В антенной технике находят
применение только два вида ли-
ний передач: двухпроводная ли-
ния, сечение которой приведено
на рис.5.2, и коаксиальная линия,
сечение которой приведено на
рис. 5.3.
Если предположить, что диэ-
лектриком между проводниками
служит воздух (диэлектрическая
проницаемость е=1), то можно
получить приближенные форму-
лы для расчета волнового сопро-
тивления Z:
Рис.5.2. Сечение двухпроводной ли-
нии
d
Рис.5.3. Сечение коаксиальной ли-
нии
а) в случае двухпроводной
линии (рис.5.2.)
или
(5.2.)
(53.)
Ь) в случае коаксиальной ли-
нии (рис.5.3.)
(5.4.)
или
(5.5.)
In- натуральный логарифм, 1g-
десятичный логарифм. Отноше-
ние D и d понятны из рисунков.
По графикам на рисунках 5.4.-
5.7. можно рассчитать приблизи-
тельно волновое сопротивление
линии передачи различных сече-
ний в случае, если диэлектричес-
кая среда - воздух.
у
67
Рис 5.4. Волновое сопротивление Z двухпроводной линии с воздушной изо-
ляцией в зависимости от расстояния между проводниками D и диаметра про-
Рис 5.5.Волновое сопротивление Z коаксиальной линии с воздушной изоля-
цией в зависимости от внутреннего диаметра внешнего проводника D и внеш-
него диаметра внутреннего проводника d.
68
лом внутреннем проводнике и квадратном внешнем проводнике.
Рис.5.7. Волновое сопротивление Zэкранированной симметричной двухпро-
водной линии с воздушной изоляцией.
69
5.1.1.1. Диэлектрические ха-
рактеристики высокочастотных
линий передач
Скорость распространения
электромагнитных волн зависит
от характеристик среды, в кото-
рой они распространяются. Если
радиоволна распространяется в
воздухе, то ее скорость распрос-
транения с= 3 -108 м/с.
Эта скорость определяется ди-
электрической постоянной возду-
ха ег, которая для воздуха и для
вакуума равна 1. Относительные
диэлектрические постоянные
других сред всегда больше 1.
Из выражения
ЗЮ8
С= j ег (5.6.)
можно видеть, что скорость
распространения с (м/с) в средах
с другими диэлектрическими по-
стоянными меньше.
Относительные диэлектричес-
кие постоянные различных изо-
ляционных материалов приведе-
ны в таблице 5.1.
Промышленно изготавливае-
мые высокочастотные линии со-
держат изолирующий материал
между проводниками. Диэлект-
рическая постоянная этого мате-
риала влияет на волновое сопро-
тивление линии , которое в этом
случае можно определить по ни-
жеследующим формулам:
а) в случае двухпроводной
линии
„ 120 . 2D
2=~р= 1п Т"
л/ £. а
или
276 . 2D
Z=TT’18“
(5.7.)
(5.8.)
в случае коаксиального кабе-
ля
60
или 1
1
1П“
(5.9.)
Z=>lgf-
N Е а
(5.10.)
Зная диэлектрическую посто-
янную материала изоляции мож-
Таблица 5.1. Диэлектрические посто-
янные различных изоляционных ма-
териалов
Изоляционный Диэлектр.
материал постоянная £
Аменит 3,5
Бакелит 4,0-4,6
Буна-каучук 3,7
Стекло 4,0-10
Слюда 4,0-8,0
Луполен 2,3
Миполам 3,6
Натуральный шелк 4,0-4,5
Пертинакс 5,0-6,5
Плексиглас 3,0-3,6
Полиизобутан 2,2-2,6
Полистирол 2,2-2,6
Поливинилхлорид 3,1-3,5
Техническая керамика 6,5
Высокочастотная керамика6,0
Стеатит 6,0
Стирофлекс 2,5
Полистирол 2,4
СВЧ керамика 6,3-7,5
70
но определить коэффициент уко-
рочения линии V. Его определя-
ют из скорости распространения
высокочастотного излучения
вдоль линии к скорости распрос-
транения в свободном простран-
стве, и , следовательно, V всегда
меньше 1. Его вычисляют по фор-
муле
Г=7Х (511>
Коэффициент укорочения по-
чти всегда приводится в паспор-
те на кабель. Его применяют в
качестве коэффициента умноже-
ния когда необходимо рассчи-
тать резонансную длину отрезка.
5.1.1.2. Определение волново-
го сопротивления простыми изме-
рениями
Волновое сопротивление
двухпроводной линии с воздухом
в качестве изолятора можно оп-
ределить путем замера емкости
на единице длины линии.
Для этого берут конечный от-
резок линии, измеряют его ем-
кость С в пикофарадах и вычис-
ляют емкость приходящуюся на
1 см. Волновое сопротивление Z
получают тогда с хорошим при-
ближением из формулы
Z= (5.12.)
Если имеется LC измеритель-
ный мост, то можно определить
волновое сопротивление любого
кабеля или двухпроводной ли-
нии. Для этого кабель или линию
растягивают на возможно боль-
шую длину и проводят измерение
С при разомкнутых проводниках
на конце линии, а затем измеря-
ют L при замкнутых проводни-
ках на концах линии. Найденные
значения подставляются в фор-
мулу (5.1.). При этом надо заме-
тить, что в случае измерения
двухпроводных линии она не
должна лежать на земле.
5.1:2. Двухпроводные линии
передач
Минимальные потери можно
получит используя двухпровод-
ные линии с воздушным изолято-
ром. Поэтому часто радиолюби-
тели сами конструируют линии
передач, которые состоят из па-
раллельных проводников. Рас-
стояние между проводниками
поддерживается постоянным с
помощью распорок из высокока-
чественного материала (рис.5.8.).
Рис 5.8. Открытая двухпроводная
линия;
а) - конструкция,
Ь) - заделка распорки
71
При конструировании ис-
пользуют график рис. 5.4. для
определения расстояния между
проводниками D. Из конструк-
торских соображений волновое
сопротивление Z ограничивают
500-600 Омами. При малых зна-
чениях Z не гарантируется ста-
бильность линии из-за малого
размера распорок.
Предлагаемые промышленно-
стью плоские УКВ двухпровод-
ные линии с искусственным изо-
лирующим материалом дешевы и
легки (рис.5.9.).
Изоляционный материал Проводники
Рис 5.9. Плоская двухпроводная ли-
ния (УКВ двухпроводная линия)
Диэлектриком в большинстве
случаев служит полиэтилен. Вол-
новое сопротивление этих двух-
проводных линий 120, 240, и 300
Ом.
Современные плоские двух-
проводные линии имеют меньшее
затухание в сравнении с коакси-
альными кабелями. Однако они
в значительной степени подвер-
жены погодным условиям . Диэ-
лектрические свойства материа-
ла изменяются под воздействием
ультрафиолетового излучения
солнца.
Особенно большое влияние на
плоскую двухпроводную оказы-
вают дожди, туманы, иней. Тон-
кая пленка воды в этом случае
изменяет непредсказуемым обра-
зом волновое сопротивление и
кроме того вызывает дополни-
тельное затухание. Также изменя-
ется волновое сопротивление от
близости элементов зданий, ме-
таллических конструкций и т.д.
Не так подвержены погод-
ным условиям так называемые
симметричные трубчатые линии
(рис.5.10.). Так как обычно
трубка наполнена воздухом , то
Рис 5.10.Симметричные трубчатые
линии
трубчатые линии обычно имеют
меньшее затухание ,чем плос-
кие.
Экранированные симметрич-
ные двухпроводные линии при-
меняются редко (рис.5.11.). При
большей цене они имеют большее
затухание, чем неэкранирован-
ные двухпроводные линии. Не-
смотря на это они устойчивы к
климатическим влияниям и не
изменяют своих характеристик
от времени. Их можно использо-
вать независимо от наличия пред-
метов окружения .
72
Экранированные симметричные
двухпроводные линии изготавли-
ваются с волновым сопротивле-
нием 120-240 Ом.
Двухжильные симметричные
высокочастотные линии передач
стандартизированы в ГДР со-
гласно TGL 11 576. Сокращенные
обозначения типов линий обра-
зованы по рекомендации Интер-
национальной Электротехничес-
кой Комиссии (IEC). Они объяс-
няются в нижеследующих главах.
5.1.3. Коаксиальные линии пе-
редач
Коаксиальный кабель пред-
ставляет несимметричную линию
передач. Он состоит из внутрен-
него проводника, который зак-
лючен в изоляцию, внешнего про-
водника и внешней защитной
изоляции (рис. 5.12.).
Изоляционный
материал
Рис.5.1. Коаксиальный кабель, а -
обычный коаксиальный кабель
b - коаксиальный кабель с воздуш-
ными жилами в материале диэлект-
рика.
Внутренний проводник вы-
полнен обычно из медного про-
вода. В качестве внутренней изо-
ляции применяют высокочастот-
ные изолирующие материалы с
малыми потерями( полиэтилен,
полистирол и др.). Наряду с
обычным, существует также ко-
аксиальный кабель с изолято-
ром, внутри которого проходят
наполненные воздухом жилы
(рис.5.12. Ь.).
Обычный коаксиальный ка-
бель конструктивно более прочен
и менее подвержен воздействию
влажности.
Коаксиальный кабель с воз-
душными жилами имеет меньшее
затухание однако более подвер-
жен влиянию влажности. Особен-
но пригодны в качестве изоляции
пористые искусственные матери-
алы, которые объединяют пре-
имущества обоих видов коакси-
альных кабелей. Особенно ма-
лым затуханием отличается коак-
сиальный кабель, в котором в
качестве изолятора служит сви-
тый в спираль диэлектрический
шнур (рис.5.13), однако он в
большей степени уязвим при ме-
ханических воздействиях.
Рис. 5.13. Коаксиальный кабель со
свитым в спираль диэлектрическим
шнуром
Внешний проводник пред-
ставляет в большинстве случаев
73
оплетку из медных проводов. В
коаксиальном кабеле, предназ-
наченном для передачи больших
мощностей, оплетка выполнена
из скрученных медных лент.
Материалом для защитной
изоляции служит как правило
искусственный материал поливи-
нилхлорид. Ее основная задача
защитить кабель от влажности и
механических воздействий. Спе-
циальные кабели, например, для
прокладывания под землей, час-
то снабжают стальным покрыти-
ем, поверх которого проходит
еще одна изоляция из искусствен-
ного материала.
Для современных обычных
коаксиальных кабелей использу-
ют изоляционный материал, у
которых примерно равен £=2,3,
поэтому для определения волно-
вого сопротивления коаксиаль-
ного кабеля результат графика
рис.5.5. достаточно умножить на
,66. Коаксиальные кабе-
ли с воздушным диэлектриком
имеют в, в общем, коэффициент
укорочения 0,8-0,9. Иногда по-
падаются старые кабели с изоля-
цией из стеатита, который имеет
диэлектрическую постоянную
£=6,5.
В ГДР коаксиальные кабели
стандартизированы согласно
TGL 11575. Еще можно встретить
применение коаксиального кабе-
ля 60 Ом, однако интернацио-
нальные значения волнового со-
противления коаксиальных кабе-
лей 50 или 75 Ом.
5.1.4. Затухание в высокочас-
тотных линиях передач
Затухание в ВЧ- линиях пере-
дач, в отличии от волнового со-
противления и коэффициента
укорочения, зависит от частоты.
Если линия передач согласована
с нагрузкой, то потери в линии
передач в основном обусловле-
ны продольным сопротивление
линии и потерями в применяемом
изоляторе.
На высоких частотах про-
дольное сопротивление провод-
ника существенно больше чем
сопротивление постоянному току
из-за влияния скин-эффекта (про-
никновение тока на внешнюю
поверхность). Продольное сопро-
тивление проводника может быть
рассчитано приближенно по сле-
дующей формуле:
(5.13.)
R- Ом/км,/-МГц, rf- диаметр
проводника в см.
Сопротивление многожиль-
ных проводников возрастает на
0,25 значения сопротивления
гладкого провода, а для оплеток
коаксиальных кабелей- в 2-3 раза.
В паспорте на кабель почти
всегда приводится затухание для
целого ряда частот в Неперах на
километр (Np/км) или децибелах
на 100 метров (дБ/100м). По-
74
скольку радиолюбитель опериру-
ет с небольшими длинами линий
передач, то для него преимуще-
ственнее представление затуха-
ния в дБ/l 00м. В таблице 5.2. при-
ведены коэффициенты пересчета
быстро и просто определить в
процентах потери напряжения и
мощности при известном затуха-
нии.
Ниже приводятся два приме-
ра, поясняющие эту диаграмму.
различных единиц затухания.
Пример 1
Таблица 5.2. Таблица коэффициен-
тов перерасчета различных единиц
затухания.
Np • 8,686
dB • 0,1151
Np/км • 8,867
dB/ЮОм- 153
Np/км • 0,2645
dB/100 ft • 3,78
= dB
= Np
= dB/ЮОм
= Np/км
= dB/100 ft
= Np/км
Затухания в ВЧ линиях пере-
УКВ передатчик с выходной
мощностью 100 Вт питает антен-
ну на частоте 145 МГц через ко-
аксиальный кабель длиной 25
метров . Тип коаксиального ка-
беля 60-7-1, завод Kabelwerk
Vacha.
Для данного типа кабеля на
частоте 145 МГц приведено зату-
хание 10,5 Np/км, или соответ-
дач могут достигать существен-
ных значений, особенно в случае
передачи больших мощностей.
ственно 9,1 дБ/100м. Поскольку
нужна длина 25 метров, то фак-
тическое затухание составит 1/4
Рис 5.14. Диаграмма для расчета потерь напряжения и мощности в линиях
передач
75
= 2,3 дБ. Откладывая это значе-
ние на оси абсцисс рис.5.14, по-
лучаем из прямой мощности 60%.
То есть при затухании 2,3 дБ бу-
дем иметь только 60% первона-
чальной мощности, а 40% уйдут
в потери в коаксиальном кабеле.
При мощности 100 Вт в кабеле
потеряем 40% мощности .
Если бы в этом случае был
применен другой более каче-
ственный кабель, например, 60-
10-3, то отношение было бы луч-
шим. При затухании 1,1 дБ. Име-
ем для этого примера потери
только 22 Ватта.
Пример 2
Предположим, телевизион-
ный приемник связан с антенной
коаксиальным кабелем старого
типа 894.0 (завод Kabelwerk
Vacha). Антенна согласована для
приема 8 телевизионного канала
(3 диапазон) со средней частотой
200 МГц . На зажимах антенны
напряжение 500 мкВ.
Требуется определить напря-
жение на входе приемника.
Для указанного типа кабеля
на частоте 200 МГц дано затуха-
ние 18 Np/км. или 15,6 дБ/100м.
На длине кабеля 30 м затухание
примерно составит 15,6 х 3/100=
4.7дБ. Для значения 4,7 дБ нахо-
дим по графику напряжения рис.
5.14. величину 58%. Это соответ-
ствует потерям 42%. Это означа-
ет, что на входе приемника будем
иметь только 58% от напряжения
на зажимах антенны , 500 мкВ •
0,58 = 290 мкВ. Потери в кабеле
составят 210 мкВ. Поскольку ка-
бель старый, то получим еще
большее напряжение потерь.
Качественная плоская двух-
проводная линия передачи, на-
пример, типа 240А4-1, дает бо-
лее выгодные соотношения. Для
этой линии питания затухание
составляет на частоте 200 МГц
6,7 дБ/100м, что для 30 метров
соответствует примерно 2 дБ.
Согласно рис. 5.14. потери напря-
жения составят только 20%, т.е.
на входе телевизионного прием-
ника мы бы имели 400 мкВ.
Оба примера изображены на
рис. 5.14. пунктирными линиями.
Можно видеть, что особенно для
УКВ диапазона потери в линиях
передачи значительны. Поэтому
следует обращать внимание на
применение по возможности ко-
ротких и качественных линий
питания.
Из-за порой плохого согласо-
вания появляются дополнитель-
ные значительные потери излуче-
ния, которые складываются с по-
терями затухания в кабеле. По-
этому КПД антенны еще умень-
шается. Потери из-за плохого со-
гласования будут рассмотрены в
главе 5.2.2.
Таблицы с данными стандар-
тных ВЧ линий передач находят-
ся в Приложении.
76
5.1.5. Указания по применению
высокочастотных линий передач
Открытые двухпроводные ли-
нии применяют радиолюбители и
в настоящее время если необхо-
димы согласованные линии пере-
дач особенно в КВ диапазоне (см.
Главу 5.3.2.). По сравнению с
плоскими двухпроводными ли-
ниями они имеют выигрыш в
уровне затухания. Современные
материалы позволяет изготавли-
вать качественные распорки. Они
легки, имеют малые затухания и
легко обрабатываются. Длина
распорок колеблется от 5 до 15
см. С обычным в таких случаях
диаметром провода 2 мм можно
получить волновое сопротивле-
ние в пределах 480-600 Ом. Линии
с большим расстоянием между
проводниками имеют особенно
малые потери. Правда при час-
тотах около 28 МГц возникает
опасность, что широкие линии
сами начнут излучать. Это при-
ведет к дополнительным потерям
и помехам для приема радио и
телевизионного вещания. Опти-
мальное расстояние для КВ диа-
пазона составляет 10 см. Не сле-
дует экономить на количестве
распорок, чтобы линия при воз-
действии ветра оставалась кон-
структивно жесткой.
При использовании открытой
двухпроводной линии следует
обращать особое внимание на
расположение линии по отноше-
нию к водосточным трубам, дож-
девым стокам и другим протя-
женным металлическим предме-
там, находящимся поблизости. В
противном случае необходимо
устанавливать линию на рассто-
янии равным минимум 3 кратно-
му расстоянию между проводни-
ками.
Несколько менее известная, но
почти идеальная параллельная
линия передач представляет со-
бой 4 проводниковую линию пе-
редач. Она состоит из четырех
параллельных проводников, ко-
торые расположены по перимет-
ру обруча на одинаковом рассто-
янии друг от друга или в четырех
углах квадрата (рис.5.15.) Обру-
чи из изоляционного материала
имеют ту же функцию, что и рас-
порки. На концах линии провод-
ники соединяются между собой
попарно (al с а2, Ы с Ь2). Диа-
метр обруча обычно выбирают
также 5-15 см. Четырехпроводная
линия передач имеет меньшее
волновое сопротивление по срав-
нению с двухпроводной при оди-
наковом расстоянии между про-
водниками (Z лежит в пределах
180-280 Ом).
Такая линия имеет пре-
красную симметрию и малые по-
тери. На рис 5.15. приведена за-
висимость волнового сопротив-
ления четырехпроводной линии в
зависимости от диаметра провод-
ников и диагонального расстоя-
ния между проводниками.
77
Расстояние D в см
Рис.5.15. Зависимость волнового со-
противления Z четырехпроводной
линии в зависимости от диаметра
проводников и диагонального рас-
стояния D между проводниками
Прочие УКВ плоские двух-
проводные линии рекомендует-
ся использовать радиолюбите-
лю только в исключительных
случаях.
Коаксиальный кабель лучше,
но и дороже. На электрические
преимущества коаксиального
кабеля было уже указано. Его
следует применять в случае на-
личия воздействия факторов ок-
ружающей среды или проклад-
ки линии передачи под землей.
Следует избегать острых пере-
гибов коаксиального кабеля,
чтобы не повредить внутренний
проводник. Кабель с внутрен-
ним проводником в виде скру-
ченной из большого количества
медных проводников маленько-
го диаметра более гибок, одна-
ко имеет большее затухание,
чем одножильный.
5.1.6 Обозначение линий пе-
редач
Сокращенные обозначения
типов линий передач приведены
в 1ЕС-Публикации 78 . В этой
публикации первое число дает
волновое сопротивление в Ом. В
случае коаксиального кабеля сле-
дующая число обозначает диа-
метр диэлектрика, а последнее -
номер конструкторской разра-
ботки согласно IEC Рекоменда-
ций 96-2.
Пример
Тип кабеля 60-10-3 .
Это означает:
60 - волновое сопротивление
60 Ом
10 - диаметр диэлектрика
3 - номер конструкторской
разработки согласно IEC.
Если коаксиальный кабель
имеет внешнюю защиту, то к вы-
шеописанному обозначению при-
бавляется через точку:
.0 - конструкция без внешней
защитной оболочки
.3 - конструкция с защитной
оболочкой из пластмассы и арми-
рованием
.4 - конструкция с пластмассо-
вой защитной оболочкой, арми-
рованием и пластмассовой внеш-
ней защитной оболочкой
.40 - конструкция с пластмас-
совой защитной оболочкой, эк-
раном и внешней пластмассовой
защитной оболочкой
78
Для симметричных ВЧ линий
передач после числа волнового
сопротивления идет буква, харак-
теризующая форму сечения. Она
означает:
А - неэкранированная симмет-
ричная ВЧ линия передачи с тон-
кой диэлектрической перемыч-
кой между двумя изолированны-
ми проводниками.
В - неэкранированная симмет-
ричная ВЧ линия передачи с рав-
номерной толщиной диэлектри-
ка , в который заключены оба
проводника.
С - неэкранированная симмет-
ричная ВЧ линия передачи с
трубчатым диэлектриком.
D - экранированная симмет-
ричная ВЧ линия передачи
Также за буквой, обозначаю-
щей тип сечения неэкранирован-
ной симметричной ВЧ линии пе-
редачи, следует число, которое
дает расстояние между двумя
проводниками. В случае экрани-
рованной симметричной ВЧ ли-
нии передач далее идет, как для
коаксиального кабеля, диаметр
диэлектрика.
В конце идет число, характе-
ризующее внешнюю защитную
оболочку.
Пример
Дано обозначение ВЧ линии
передачи 300А7-1
300 - волновое сопротивление
300 Ом.
А - неэкранированная симмет-
ричная ВЧ линия передачи с тон-
кой диэлектрической перемыч-
кой между обоими проводника-
ми
7 - расстояние между провод-
никами 7 мм
1 - номер конструкторской
разработки
5.1.7. Линия передач с одним
проводником (Goubau - линия)
Для передачи ВЧ сигнала на
большие расстояния применяет-
ся часто однопроводная линия
передачи с малыми потерями, так
называемая Гоубау - линия , на-
званная по имени своего изобре-
тателя немецкого доктора Геор-
га Гоубау.
Она представляет собой толь-
ко лишь один проводник, покры-
тый слоем диэлектрика(рис 5.16.).
Рис 5.16.
В пространстве диэлектрика
концентрируется электромагнит-
ное поле. Известно, что скорость
распространения электромагнит-
ных волн в диэлектрике меньше,
чем в окружающем воздухе, по-
этому можно представить дей-
ствие окружающего диэлектрика
таким образом, что он удержива-
ет электромагнитное поле в сво-
ей толщине. Однако в диэлектри-
ке распространяется лишь очень
небольшая часть энергии поля,
вся остальная часть излучается в
воздушное пространство. В за-
79
висимости от конструкции линии
(диаметра металлического про-
водника, типа и диаметра окру-
жающего диэлектрика) вокруг
линии образуется “цилиндр”
электромагнитного поля, радиус
которого составляет 2-3 длины
волны. Напряженность поля
внутри этого цилиндра быстро
уменьшается с удалением от про-
водника. 90% всей энергии кон-
центрируется в пространстве ра-
диусом примерно 0,7 X от про-
водника. Передача энергии в ок-
ружающем проводник воздуш-
ном пространстве вперед (вдоль
проводника) происходит практи-
чески без потерь, поэтому линия
Гоубау имеет чрезвычайно малое
затухание. Условием применения
линии передачи Гоубау является
отсутствие в окружающем про-
водник воздушном пространстве
металлических и больших диэ-
лектрических предметов. Диа-
метр пространства, в котором
концентрируется больше 90%
всей передаваемой энергии назы-
вают граничным диаметром.
Линия передачи Гоубау долж-
на пролегать как можно прямее.
Допустимы отклонения от прямой
не более 20 град. Целесообразно
подвешивать ее на деревянных
столбах с перекладиной как на
рис. 5.17. На диэлектрических V-
образных шнурах линия подвеши-
вается к перекладине.
Гоубау линия представляет со-
бой несимметричную линию, по-
этому заделки концов для связи с
источником энергии выполняют
отрезками коаксиального кабеля.
При этом используют металличес-
кую воронку. (рис.5.18.). Оплет-
ку коаксиального кабеля припаи-
вают к воронке, центральный
проводник - к линии. Потери бу-
дут незначительные, ясли ворон-
ка достаточно большая. Хорошие
результаты можно получить, если
длина воронки примерно IX, а ди-
аметр Х/2.
Хорошо зарекомендовали
себя экспоненциальные воронки,
которые по сравнению с обычны-
ми коническими дают меньшее
Пайка внутреннего проводника
коаксиального кабеля с
проводником Гоубау-линин
Коаксиальный
кабель
Памка внешнем оплетки
коаксиального кабеля к воронке
Металлическая воронка
Гоубау-линия передачи
Рис.5.18. Согласование коаксиально-
го кабеля с Гоубау-линией передачи
80
Рис.5.19. Практическое применение
Гоубау - линии с экспоненциальны-
ми воронками
- линии с экспоненциальными
воронками. Эта линия служит
для передачи сигнала телевизион-
ного вещания для деревни, распо-
ложенной в неблагоприятных для
приема условиях. Приемная ан-
тенна находится на горе. Прини-
маемый сигнал усиливается ан-
тенным усилителем и передается
с помощью Гоубау - линии на
несколько телевизионных прием-
ников.
Показательно сравнение по-
терь в случае применения Гоуьау
- линий с прочими коаксиальны-
ми линиями и симметричными
двухпроводными линиями.
затухание. На рис.5.19, показано
практическое применение Гоубау
в Np/км
на частоте
200 МГц
0,25
0,6
0,7
0,92
Таблица 5.13. Значения затухания в
различных линиях передач.
Вид линии
передачи
Гоубау- линия
Диаметр внешнего
диэлектрика 25 мм
Диаметр внешнего
диэлектрика 10 мм
Диаметр внешнего
диэлектрика 8 мм
Диаметр внешнего
диэлектрика 0,92 мм
Коаксиальный кабель
Качественный коаксиальный
кабель,диаметр внешней
изоляции 22 мм 4,3
Хороший коаксиальный
кабель 9-15
Двухпроводная линия
(УКВ плоская ленточная)
экранированная,
симметричная 9-30
81
Из таблица видно преимуще-
ство Гоубау - линии, имеющей
наименьшие потери при переда-
чи ВЧ энергии.
Промышленностью ГДР вы-
пускаются два типа однопровод-
ных линий. Они служат преиму-
щественно для целей связи уда-
ленных на большие расстояния
коллективной телевизионной ан-
тенны и телевизионных приемни-
ков, расположенных в местах с
неблагоприятными условиями
телевизионного приема. Тип 2/5-
9109.0 применяется в нормальных
климатических условиях, тип 4/
10-9111/0 - в местностях, где воз-
можны сильные обледенения и
иней.
Данные этих однопроводных
линий приведены в таблице 5.4.
Приведенные табличные дан-
ные справедливы только для од-
нопроводных линий без учета
воронок. При влажности, льде
или инее затухание увеличивает-
ся. Завод изготовитель рекомен-
дует применять воронки с мак-
симальным диаметром конусной
части минимум 68% граничного
диаметра. В настоящее время
находятся в эксплуатации много-
численные Гоубау-линии , в ос-
новном в горных районах, пере-
крывая дальности до 20 км.
Особенно хорошо работают
Гоубау-линии для передачи энер-
гии между УКВ передатчиком и
антенной, находящейся на высо-
кой мачте. При малых стоимос-
тях в этом случае антенну можно
устанавливать на благоприятных
Таблица 5.4. Однопроводная линия завода VEB Kabelwerk Vacha
Однопроводная линия Тип 2/5-9109.0 Тип 4/10-9111/0
Проводник Медная проволока Медная проволока
2 мм диаметром 4 мм диаметром
Диэлектрик Полиэтилен Полиэтилен
Средние значения затухания на частотах 5 мм диаметром 10 мм диаметром
150 МГц 0,77 Np/км 0,53 Np/км
200 МГц 0,75 Np/км 0,63 Np/км
250 МГц 1,1 Np/км 0,76 Np/км
500 МГц Граничный диаметр на частотах 2,00 Np/км 1,40 Np/км
150МГц 2,3м 2,1м
200МГц 1,6м 1,5м
250МГц 1,3м 1,2м
500МГц 0,6м 0,56м
82
для приема высотах и передавать
от нее сигнал на многие тысячи
метров (рис.5.20.).
Чрезвычайно интересно
было бы использование Гоубау-
линии в качестве антенны. Од-
нако, если однопроводная ли-
ния длиной минимум 201 нахо-
дится поблизости от диэлектри-
ческих предметов, то наблюда-
ется почти полное поглощение
поверхностной волны. К таким
диэлектрикам относится , на-
пример, бетон, кирпичная стена,
глина, щебень или почва.
В большинстве случаев мате-
риалом изоляции Гоубау - ли-
нии является искусственные
композиции на основе полиэти-
лена. Для повышения его устой-
чивости старению и к солнеч-
ному ультрафиолетовому излу-
чению, материал окрашивали
добавлением сажи и наносили
дополнительное защитное по-
крытие от влияния погодных
условий. Это вело к некоторо-
му ухудшению диэлектрических
свойств полиэтилена и возрас-
танию потерь . Применение со-
временных технологий и мате-
риалов позволили создать одно-
проводные линии свободные от
этих недостатков.
5.2. Физические свойства высо-
кочастотных линий передач
Условием передачи макси-
мальной мощности является со-
гласованность мнимой части со-
противления генератора 7^ (на-
пример, выходной каскад пере-
датчика) и мнимой части сопро-
тивления потребителя Ra (напри-
мер, антенна). Линия передачи
должна также так же отвечать
условию согласования, при этом
ее волновое сопротивление Z
должно быть равно.
Гоубау-линия
Согласующая передающая воронка
Короткий отрезок коаксиального кабеля
Согласующая передающая воронка
Рис 5.20. Пример расположения Гоубау- линии
короткий отрезок
коаксиального кабеля
83
R. = Z=R^ (5.14)
В случае согласованной ли-
нии потери при передаче огра-
ничиваются только потерями на
активном сопротивлении медно-
го проводника и диэлектрически-
ми потерями.
5.2.1. Распределение напряже-
ния вдоль двухпроводной линии
передач
Если двухпроводную линию
нагрузить на ее конце нагрузоч-
ным сопротивлением Аа, которое
равно волновому сопротивлению
Z , то на этом сопротивлении R*
будет рассеиваться вся подводи-
мая по линии передачи мощ-
ность. При этом напряжение и
ток распределяются во всех точ-
ках линии передачи равномерно
и постоянно. Этот случай согла-
сования изображен схематически
на рис. 5.21.
Если отсоединить нагрузоч-
ное сопротивление, то это будет
соответствовать бесконечно
большому нагрузочному сопро-
тивлению (R, ©°)
Излученные передатчиком
волны не встретив сопротивления
Рис.5.21. Распре-
деление напряже-
ния в ВЧ линии
передачи в слу-
чае ее согласова-
ния с нагрузкой
(Я =Z)
будут отражаться обратно. Та-
ким образом возникают в линии
передачи излученная (падающая)
и отраженная волны . Наклады-
ваясь они образуют на длине 1
питающей линии максимумы и
минимумы напряжений, причем
на открытом конце линии пере-
дачи всегда минимум напряже-
ния, как это показано на рис. 5.22.
Рис 5.22. Распре-
деление напряже-
ния в двухпро-
водной линии пе-
редачи с откры-
тым концом
(Я~)
Это справедливо так же и для
распределения тока. На откры-
том конце линии ток не протека-
ет и его значение равно миниму-
му, таким образом минимуму на-
пряжения соответствует мини-
мум тока и наоборот. Поскольку
речь идет о волновом процессе,
то говорят что, напряжение и ток
имеют сдвиг по фазе равный 90°.
Максимумы и минимумы череду-
ются в соответствии с синусои-
дальным законом через Х/4. Это
распределение напряжения и тока
в линии передачи называют сто-
ячими волнами
Стоячие волны возникают в
линии передачи всегда, когда
есть отраженные волны. При
этом напряжение в каждой точке
линии будет равно векторной
сумме излученной (падающей) и
84
отраженной волны. Векторное
распределение напряжения соот-
носится с временном процессом
распространения электромагнит-
ной волны вдоль линии (см.
рис.1.1.). В соответствии с фазо-
выми соотношениями падающей
и отраженной волны образуется
распределение тока и напряжения
в стоячей волне. При этом мни-
мое (полное) сопротивление в
каждой точке питающей линии
равно отношению тока и напря-
жения.
Волновой процесс в линии пе-
редачи выражается через коэффи-
циент стоячей волны- (КСВ) s.
Он характеризует отношение
наибольшего значения напряже-
ния в данной линии передачи к
минимальному значению напря-
жения.
5= и /и. (5.15)
max min v 7
КСВ всегда меньше 1.
В случае согласования отра-
женная волна отсутствует, поэто-
му отсутствует и стоячая волна,
при этом 5=1.
Обратная величина коэффи-
циента стоячей волны определя-
ет коэффициент согласования т.
m=U IU. (5.16)
т всегда больше или равен 1.
Имеем таким образом про-
стые зависимости m-l/s, s-\lm.
Если замкнуть концы двух-
проводной линии передачи , то
минимум напряжения сместится
только лишь не АУ4 по отноше-
нию к открытому проводнику
(рис.5.23.).
Рис 5.23. Распре
деление напря
жения в двух
проводной ли
нии в случае ко
роткозамкнуто
го конца, R = О
Далее необходимо пояснить,
как происходит распределение
напряжения в случае, когда на-
грузочное сопротивление Ra
больше, чем волновое сопротив-
ление линии Z (рис. 5.24.а.). Те-
перь больше нет полного отра-
жения», так как часть энергии
потребляется нагрузочным со-
противлением ,и только часть
энергии, зависящая от величины
разницы Ra - Z ,будет отражать-
ся , вызывая стоячие волны. От-
ношение максимума напряжения
к минимуму (КСВ) в этом случае
меньше, чем в случае короткозам-
кнутого или открытого конца и
при этом уже не будет “нулей”
напряжения.
Случай, когда R<Z представ-
лен на рис 5.24.Ь. Можно видеть
что, здесь на конце линии присут-
ствует минимум напряжения,- в
отличие от максимума напряже-
ния для рис 5.24.а. Представление
о том, как велика отразившаяся
часть энергии дает коэффициент
отражения г. Он получается из
соотношения
R
—-1
Z
Г”3
Z
(5.17.)
85
или
R -Z
'= R+Z <518>
a
где Z - волновое сопротивле-
ние линии, Ra - нагрузочное со-
противление линии.
Если имеется чисто омическое
сопротивление Ra (нет мнимых
составляющих), то г - тоже дей-
ствительная величина. Знак поло-
жительный если R>Z, и отрица-
тельный, если R < Z.
7 а
Пример
Линия передачи с волновым
сопротивлением Z=240 Ом под-
ключена к антенне, имеющим
действительное сопротивление
на зажимах Яа=480 Ом. Коэффи-
циент отражения равен согласно
формуле (5.17.)
480 _ !
240
Таким образом амплитуда от-
раженной волны составляет 1/3
от падающей волны и имеет оди-
наковую полярность.( знак +,
/?>Z).
Если бы нагрузочное сопро-
тивление в этой линии было 60
Ом , то коэффициент отражения
составил бы
60 _ j
240 ’ _ 0,25 - 1 _ - 0,25
Г~ 60 + . “ 0,25 +1 1,25
240
В этом случае амплитуда от-
раженной волны равна 1/5 амп-
литуды падающей волны отрица-
тельный и имеет противополож-
ную полярность.
В заключение можно рассмот-
реть случай согласования, когда
R =Z=240 Ом.
240 j
240 ~ ^1-1 __0_ = п
240 + 1 1+1 2
240
Коэффициент отражения по-
казывает, что нет отраженной
волны и нет стоячей волны.
Между коэффициентами т, г,
s существует взаимосвязь:
Рис.5.24. Распределение напря-
жение в линии в отсутствия со-
/?e<z гласования
а - R>Z, b- R<Z
а ' а
86
rn = 777 (5.20.)
И
Если R < Z, то
а 7
J = -|- (5.22.)
IX
а
И
R
т = -у- (5.23.)
Если наоборот R>Z, то
R
* = -£- (5.24.)
и
Z
т = — (5.25.)
а
Если линия нагружена на чи-
сто мнимое сопротивление, кон-
денсатор или индуктивность, то
распределение напряжения в ли-
нии подобно случаю с откры-
тым или короткозамкнутым
концом, поскольку мнимое со-
противление не потребляет
энергии, а отражает ее. Кривая
напряжения смещается вдоль
линии так, что на конце линии
соотношение напряжения и
тока соответствует либо кон-
денсатору, либо емкости.
Сопротивление нагрузки час-
то имеет как действительную, так
и мнимую часть. Мнимая часть
обозначается символом X. Она
может иметь знак минус, если
речь идет о емкостном сопротив-
лении Ус, или плюс, если о индук-
тивном сопротивлении XL. Мни-
мые составляющие уменьшают
степень согласования, так как
вызывают отражение и, таким
образом, уменьшают КПД линии
передачи.
Мнимые составляющие вы-
ходного каскада передатчика
убирают специальными меропри-
ятиями. Мнимые составляющие
антенны проявляются, если ан-
тенна находится не в резонансе с
возбуждаемой ее частотой. В
этом случае антенну приводят к
резонансу либо изменением ее
размеров, либо компенсируют
имеющуюся емкостную составля-
ющую индуктивностью и наобо-
рот. Только в том случае, когда
мнимые составляющие устране-
ны или скомпенсированы, воз-
можно полное согласование.
5.2.2. Дополнительные потери
мощности из-за стоячих волн и
излучения линии передачи
С увеличением коэффициента
стоячей волны КСВ увеличива-
ются потери в линии. Они скла-
дываются с потерями от затуха-
ния в линии , которые были опи-
саны в главе 5.1.4. Потери, вызы-
ваемые рассогласованием мож-
но вывести используя формулу
(5.15.).
87
(1 + s)2
вдБ = 101^—----------- (5.26.)
45
При малых рассогласова-
ниях потери малы и ими можно
на практике пренебречь. Это по-
казывает диаграмма на рис 5.25.,
Рис.5.25. КПД передачи мощности в
зависимости от рассогласования
между генератором и потребителем
из которой видно , что при КСВ
= примерно 1,5 , КПД при пере-
дачи мощности примерно равен
95%.
Из рис. 5.26. можно опреде-
лить полные потери , которые
возникают в рассогласованной
линии передач. Предварительно
надо определить чистые неиз-
бежные потери в линии переда-
чи используя паспортные данные
на ту или иную линию передач.
На горизонтальной оси находят
точку, которая соответствует
значению затухания в дБ. Далее
идут наверх, до пересечения с
кривыми s коэффициента стоячей
волны. Точки пересечения дадут
значения дополнительных потерь
в дБ из за рассогласования в ли-
нии.
Рис. 5.26. Потери в
линии передачи при
рассогласовании
88
Пример
Передающая антенна питает-
ся через коаксиальный кабель
длиной 20 метров. Для данного
кабеля по паспортным данным
затухание составляет 10 Np/км.
Рассогласование определяется
КСВ и равно s= 3. Каковы об-
щие потери в дБ?
Потери в кабеле из-за затуха-
ния составят 10*20/1000 = 0,2 Np.
( 1 Np = 8,686 дБ)
0,2 Np = 8,686 х 0,2 = 1,75 дБ.
Чистые потери в кабеле соста-
вят 1,75 дБ.
Из кривой на рис 5.26 найдем,
что затухания в линии передач
1,75 дБ и 1 для значения КСВ 5=3
дополнительные потери, вызыва-
емые стоячими волнами, составят
0,75 дБ.
Общие потери составят таким
образом 1,75 + 0,75 = 2,5 дБ.
Из рис 5.25. видно, что КПД
такой антенны составит 55%.
Двухпроводные линии пере-
дач имеют также свойство сами
излучать энергию. Эта излучае-
мая энергия тоже идет в потери,
и, кроме того, может изменить
диаграмму направленности ан-
тенны и может оказывать силь-
ные помехи телевизионному и
радиовещанию.
Нежелательное излучение в
свою очередь также зависит от
степени рассогласования в линии
и увеличивается с увеличением
КСВ, однако излучает даже пол-
ностью согласованная линия .
Двухпроводная линия являет-
ся симметричной относительно
земли. Протекающие в проводни-
ках токи одинаковы по величине
и противоположны по направле-
нию, как и магнитное поле, воз-
никающее вокруг них. Если бы
проводники располагались
вплотную друг к другу, что на
практике не так, то их магнитные
поля бы компенсировались. Соб-
ственное нежелательное излуче-
ние линии растет с квадратом
расстояния между проводниками
и ростом рабочей частоты. Это
означает , что с ростом частоты
надо пытаться уменьшать рассто-
яние между проводниками в
двухпроводной линии передач.
Практические рекомендации
для самостоятельного конструи-
рования двухпроводных линий
передач уже были приведены в
главе 5.15.
Более благоприятны в отно-
шении нежелательного излучения
самой линии являются несиммет-
ричные коаксиальные кабели. Но
и в этом случае на внешнем про-
воднике коаксиального кабеля
могут появляться ВЧ волны, бла-
годаря которым коаксиальный
кабель также начинает излучать.
Электромагнитная волна на по-
верхности коаксиального кабеля
образуется в следствие несиммет-
рии, когда, например, симмет-
ричная антенна питается несим-
метричным коаксиальным кабе-
лем. Или тогда, когда вся систе-
89
ма антенна - коаксиальный ка-
бель находится в резонансе на
частоте возбуждения и поэтому
является совокупным излучате-
лем. Изменением длины коакси-
ального кабеля можно умень-
шить это явление.
5.2.3. Двухпроводная линия в
качестве элемента настройки
Как уже было установлено, в
линии передачи, которая нагру-
жена на сопротивление , равное
своему волновому сопротивле-
нию , возникают стоячие волны.
Они представляют собой мини-
мумы тока и напряжения , сдви-
нутые по фазе относительно друг
друга. Поэтому в каждой точке
линии передачи можно опреде-
лить мнимое сопротивление. Раз-
ница фазы между током и напря-
жением позволяет определить ,
наряду с действительной, так же
величину мнимой части сопро-
тивления, которая в зависимос-
ти от направления фазового сдви-
га может носить индуктивный
(XL) или емкостной характер (Ус).
На рис 5.27. приведены кри-
вые изменения мнимой части со-
противления короткозамкнутой
двухпроводной линии в зависи-
мости от длины линии в X.
При этом, как обычно, индук-
тивная часть располагается выше
нулевой линии, соответственно
емкостная - ниже. Если исходить
от замкнутого конца, то мнимое
сопротивление растет в индук-
тивную область и достигает на
удалении Х/4 почти бесконечной
величины. Здесь ему противосто-
ит равное большое емкостное со-
противление, поэтому можно
сказать, что в этой точке имеем
чисто активное сопротивление.
Можно также сказать, что на уда-
лении Х/4 от короткозамкнутого
конца мнимое сопротивление Хс
включено параллельно мнимому
сопротивлению XL. Такое вклю-
Р- параллельный резонанс R - последовательный резонанс
Рис.5.27. Мни-
мое сопротивле-
ние коротко-
замкнутой двух-
проводной ли-
нии передачи в
зависимости от
длины /, в X.
90
чение представляет известный
параллельный резонансный кон-
тур, а короткозамкнутый чет-
вертьволновый отрезок обладает
качествами параллельного резо-
нансного контура.
Емкостное мнимое сопротив-
ление в диапазоне Х/4-Х72 дости-
гает при ЛУ2 нулевого значения.
В этой точке имеем снова чисто
активное сопротивление, которое
правда равно по величине нулю
и здесь проявляются все свойства
последовательного резонансного
контура.
Далее кривые мнимого сопро-
тивления повторяются в одина-
ковой последовательности. Двух-
проводная короткозамкнутая
линия, таким образом, при при-
движении вдоль ее длины прояв-
ляет либо индуктивные либо ем-
костные свойства, становится
либо последовательным, либо
параллельным резонансным кон-
туром.
Аналогично ведет себя двух-
проводная линия передачи с от-
крытым концом, с тем только
отличием, что отношения мнимо-
го сопротивления сдвинуты отно-
сительно случая с короткозамк-
нутым концом на 90 °, (рис. 5.28.).
На открытом конце мнимое со-
противление приближается к бес-
конечности, которое достигает
нуля на удалении Л/4 от откры-
того конца. В этой точке линия
представляет последовательный
резонансный контур. Между Х/4
и Л/2 мнимое сопротивление име-
ет индуктивный характер, а в
точке Х/2 имеем параллельный
резонансный контур.
Отрезки линии передачи, ко-
торые используют в качестве
индуктивности, емкости или
контура, имеют обычно
длину < Х/4. Например если тре-
буется индуктивность, то при-
меняют замкнутый отрезок ли-
нии передачи < Х/4, если ем-
1 Р- параллельный резонанс R - последовательный резонанс
Рис.5.25. Мнимое
сопротивление
двухпроводной ли-
нии передачи ра-
зомкнутой на конце
в зависимости от
длины /, в 1.
91
кость- отрезок оставляют откры-
тым. Отрезок линии с замкнуты-
ми концами представляет парал-
лельный колебательный контур,
с открытыми- последователь-
ный.
Соотношения открытых и ко-
роткозамкнутых линий в другой
форме представлены наглядно на
рис 5.29.
Такие отрезки очень часто
применяются на практике. Как
будет в дальнейшем указано , их
можно применять для компенса-
ции мнимых составляющих со-
противления в несогласованной
линии передач или трансформа-
торов. Если отрезок линии ис-
пользуют в качестве мнимого со-
противления, то его значение оп-
ределяется его длиной и волно-
вым сопротивлением. Если пред-
положить , что линия передачи не
имеет или имеет очень малые по-
тери, то получим для коротко-
замкнутого отрезка индуктивное
мнимое сопротивление в Омах
yL = ZtanZ (5.27.)
Длина при этом получается в
угловых градусах.(см. Рис.1.1.).
Из этого отношения следует
еще один вывод: так как тангенс
45 ° = 1, то значение мнимого со-
противления XL в точке, удален-
ной от замкнутого конца на 45 °
(XZ8) равно волновому сопротив-
лению этой линии.
Аналогично получаем емкос-
тное сопротивление Хс открытой
линии из формулы
yc = ZcotZ (5.28)
Открытая на на конце линия |
электрическая Распределение напряжения электрическая
длина линии в линии проявление длина линии
Открытая на на конце линия
Распределение напряжения
в линии
Проявление
Рис.5.29. Соотношения открытых и короткозамкнутых линии передач с дли-
ной до А/2.
92
Видно, что на удалении Л/8 от
открытого конца также имеем
z=yc.
Эти формулы в диапазоне
<Л/4 наглядно представлены на
рис. 5.30.
Пример
Короткозамкнутый отрезок
линии с волновым сопротивлени-
ем Z= 400 Ом имеет электричес-
кую длину 1/12= 30 °. Определить
индуктивное сопротивление XL.
Исходя из точки 30 ° на оси
абсцисс до пересечения с кри-
вой получим значение ординаты
примерно 0,6. Отсюда получаем
Уь=400 • 0,6 =240 Ом. Если бы
линия была открытой , то полу-
чили бы A7Z =1,75 и соответ-
ственно Ус= 400 • 1,75 = 700 Ом.
Рис.5.30. Номограммы мнимого со-
противления короткозамкнутой и
открытой линии передачи (длина
меньше Х/4) в зависимости от волно-
вого сопротивления и длины линии
Разумеется можно использо-
вать приведенные кривые и на-
оборот- по заданному отноше-
нию Х/Z определять требуемую
длину отрезка.
Индуктивные и емкостные со-
противления определяются час-
тотой.
Они могут быть вычислены по
известным формулам
yL=coZ = 2^/L (5.29.)
И 1 1
Х^ = ~^С <5-30)
или взяты из соответствую-
щих номограмм (например ,рис.
6.19. и 6.20.)
5.3. Виды питания антенн
Поскольку в общем случае
антенна должна быть установ-
лена как можно выше, то как
правило, должна быть обеспече-
на передача энергии между пе-
редатчиком или приемником и
антенной на некоторое рассто-
яние. Только в некоторых слу-
чаях линия передачи не нужна,
например, карманных радио-
станциях или приемниках для
охоты на “лис”. Существуют
два вида питания антенн: с по-
мощью согласованной линии
передачи и с помощью настро-
енной линии передачи. В неко-
торых случаях целесообразно
применять комбинацию обеих
линий питания, в этом случае
говорят о смешанном питании.
93
Рис 5.31. Линия питания, Z= 300 Ом
виде примера на рис 5.31. приве-
дена самостоятельно изготовлен-
ная линия питания с волновым
сопротивлением 300 Ом.
5.3.2. Настроенные линии пере-
дач
В главе 5.2.3. уже было пока-
зано, как используют отрезок
линии в качестве настраиваемо-
го элемента. Из рисунков 5.27.
5.28, 5.29, можно в видеть, что
мнимое сопротивление согласо-
ванной линии в каждом узле на-
пряжения и тока действительно.
Узлы напряжения и тока обра-
зуются попеременно на рассто-
янии Х/4 по всей длине линии.
Поэтому линию называют на-
строенной если ее длина равна
или кратна Х/4 (2 • Х/4, 3 • Х/4 и
т.д.). Хотя в такой настроенной
линии образуются стоячие вол-
ны, сопротивление на входе и
на выходе линии действитель-
ны (имеют омическое сопротив-
ление).
На рисунке 5.32. представле-
но распределение напряжения и
тока в настроенной двухпро-
водной линии, имеющей длину
Х/2. Стрелки показывают, что
токи по обоим проводникам
протекают навстречу друг дру-
гу. Как уже упоминалось в этом
случае электромагнитные поля,
накладываясь, компенсируют
друг друга. Излучение тем мень-
ше, чем меньше расстояние меж-
ду проводниками и чем меньше
частота. Так как малому рассто-
янию между проводниками со-
ответствует малое волновое со-
противление, то можно в общем
предположить, что линия с ма-
лым волновым сопротивлением
95
5.3.1. Согласованная линия
передачи
Если выполнено условие урав-
нения (5.14.), то напряжение и
ток в линии распределяются в
соответствие с рис. 5.21. Так как
стоячих волн вообще не возника-
ет, то линия может быть любой
длины. Неизбежны только поте-
ри при затухании сигнала в ли-
нии передач, особенно в случае
применения коаксиального кабе-
ля. ( см. Главу 5.1.4.). В симмет-
ричных двухпроводных неэкра-
нированных линиях необходимо
учесть также незначительные по-
тери на излучение (см. главу
5.2.2.). Фактически точно согла-
сованная линия питания при про-
чих равных условиях имеет все-
гда самые малые потери при пе-
редаче мощности.
Небольшие рассогласования
всегда остаются, поэтому более
реально распределение напряже-
ния отражает рис 5.24. Для радио-
любительских условий допустим
КСВ s = 2.
Рассогласования на входе ли-
нии передачи за счет выходного
каскада передатчика всегда лег-
ко устранимы, для этого у радио-
любителя есть большой выбор
средств для точной резонансной
настройки выходного каскада,
которая будет более подробно
рассмотрена в главе 8. Труднее
или неудобнее, устранить рассог-
ласования непосредственно на
входе антенны. Это осуществля-
94
ется с помощью согласующих
или трансформирующих элемен-
тов, которые будут описаны в
главе 6. Настройка будет оконча-
тельной, когда будут устранены
все индуктивные или емкостные
составляющие. Они возникают
всегда, когда антенна находится
не в резонансе с частотой питаю-
щего сигнала . Как компенсиро-
вать эти составляющие также бу-
дет рассказано в главе 6.
В качестве согласованной ли-
ний передачи могут применяться
все двухпроводные линии пере-
дач, однако самым целесообраз-
ным является коаксиальный ка-
бель, который должен быть со-
гласован с симметричной антен-
ной с помощью согласующего
преобразователя, (см. Главу 7).
В диапазоне УКВ и ДМВ ра-
ботают исключительно с согласо-
ванными линиями. Для однопо-
лосных КВ антенн также можно
рекомендовать согласованные
линии питания как оптимальные.
Для многодиапазонных передаю-
щих антенн эти линии пригодны
только условно, поскольку, как
будет рассказано дальше, сопро-
тивление на зажимах антенны
меняется с появлением гармони-
ческих составляющих. Поэтому
точное согласование может быть
только на один любительский
диапазон. На всех других диапа-
зонах появляется рассогласова-
ние. Пути решения этой задачи
будут рассказаны в главе 5.3.3. В
Рис 5.32. Стоячие волны на парал-
лельных проводниках, электричес-
кая длина Х/2
на данной частоте излучает
меньше, чем с большим волно-
вым сопротивлением.
Из рис.5.32. видно, что вход и
выход линии длиной в половину
длины волны (Х/2) имеет одина-
ковые мнимые сопротивления.
То что напряжение перевернуто
на 180 ° не имеет для рассмотре-
ния значения. Из этих соображе-
ний можно сделать важный прак-
тический вывод:
В настроенной линии пита-
ния, имеющей электрическую
длину Х/2 или кратную целому
значению полуволн (2 • Х/2, 3 • X/
2), соотношение напряжения и
тока на конце линии равно это-
му соотношению на входе линии.
Это означает, что не требуют-
ся мероприятий по настройке и
приведению значения сопротив-
ления на антенных зажимах ан-
тенны к волновому сопротивле-
нию линии, так как независимо
от его величины, сопротивление
на зажимах антенны передается
в соотношении 1:1 началу линии.
И уже там его можно согласовать
простыми средствами с мнимым
сопротивлением выходного со-
противления передатчика (при-
емника).
а)- настроенная линия электрической длиной Х/2 , входное сопротивление
на зажимах антенны ZZ равно сопротивлению на входе линии питания Z'Z'
b) - тот же вибратор возбуждаемый сигналом удвоенной частоты. Перво-
начальный полуволновой вибратор превращается в волновой вибратор.
Электрическая длина линии становится равной IX. Сопротивление Z'Z' снова
соответствует ZZ.
96
С настроенной линией мож-
но использовать многодиапазон-
ную антенну, что невозможно с
согласованной линией. Рис 5.33.
приведен как раз этот случай.
Здесь представлен полуволно-
вой вибратор, резонансная часто-
та которого, например, 7 МГц.
Полуволновой вибратор возбуж-
дается через согласованную ли-
нию длиной Х/2. (рис.5.33а.). Со-
противление на зажимах антенны
ZZ, равное примерно 60 Ом, пе-
редается в соотношении 1:1 ко
входу линии питания Z'Z'ZZ=
Z'Z'. Этот же вибратор на удво-
енной частоте (14 МГц) превра-
щается в волновой вибратор с
большим входным сопротивле-
нием. (см. Главу 4.2.). Высокое
омическое сопротивление на вхо-
де антенны ZZ передается равной
величиной на вход линии пита-
ния, где его надо настроить с вы-
ходным каскадом передатчика.
Как уже известно, входное и
выходное сопротивление парал-
лельно расположенных провод-
ников действительно на электри-
ческой длине Х/4.(см. Главу
5.2.3.). Четвертьволновую линию
поэтому можно также применять
как настроенную линию. Распре-
Рис.5.34. Pac-
предел ен и е
тока и напря-
жения в А./4
двухпровод-
ной линии
деление тока и напряжения в этой
линии представлены на рис. 5.34.
Распределение тока и напря-
жения в этом случае обратны. Из
этого можно сделать заключение,
что высокое мнимое сопротивле-
ние на входе линии передается на
конец линии как низкое сопро-
тивление и наоборот.
Четвертьволновую линию по-
этому называют также четверть-
волновым трансформатором.
( см. главу 6). В четвертьволно-
вой линии играет большую роль
волновое сопротивление Z, так
как оно определяет отношение
трансформации согласно
Z = V ZE-ZA (5.31.)
ZE - входное мнимое сопро-
тивление линии,
ZA - выходное мнимое сопро-
тивление линии.
Для настроенной четверть-
волновой линии можно вывести
следующее правило:
В настроенной линии пита-
ния, имеющей электрическую
длину Х/4 или кратную нечетно-
му значению (3/4Х, 5/Д, 7/Д), соот-
ношение напряжения и тока на
конце линии обратно отноше-
нию ко входу линии . Происхо-
дит трансформация входного
сопротивления.
На рис.5.35. представлены ан-
тенны с четвертьволновой лини-
ей питания.
На рисунке 5.35а. показан по-
луволновой вибратор, у которо-
го низкое омическое сопротивле-
97
4 Антенны
2 Z s Пучность тока: низкое омическое сопротивление ZZ = Узел тока: высокое омическое сопротивление
2‘Z* - Узел тока: высокое омическое сопротивление ZZПучность тока: низкое омическое сопротивление
а) 11*17! b) n>ZZ
Рис 5.35: Вибраторы с настроенной А/4 питающей линией, а - полуволно-
вой вибратор, низкое омическое сопротивление ZZ на зажимах антенны со-
ответствует высокому омическому сопротивлению на конце линии питания
Z'Z', b - волновой вибратор, высокое омическое сопротивление на зажимах
антенны ZZ соответствует низкому омическому сопротивлению на конце
линии Z'Z'
ние ZZ на зажимах антенны со-
ответствует высокому омическо-
му сопротивлению на конце ли-
нии питания Z"Z!. На рис 5.35b
изображен волновой вибратор, у
которого высокое омическое со-
противление на зажимах антенны
ZZ соответствует низкому оми-
ческому сопротивлению на кон-
це линии Z'Z'.
Можно рассматривать линию
питания как неизлучающее про-
должение антенны. Линия пита-
ния и антенна должны быть как
единое целое в резонансе. При
этом излучающий и неизлучаю-
щий отрезок по отдельности мо-
гут быть не в резонансе, тогда как
вся система находится в резонан-
се. Поэтому можно при настрой-
ке устранять мнимые составляю-
щие через удлинение или укоро-
чение удаленного от антенны
конца питающей линии, а не из-
менением размеров антенны. На
практике это удлинение или уко-
рочение производят не механи-
ческим, а электрическим спосо-
бом с помощью подстроечного
элемента, обычно конденсатора
переменной емкости.
При этом надо установить,
есть ли на конце линии высокое
(узел тока) или низкое (пучность
тока) сопротивление. В случае
высокого сопротивления конден-
сатор включают параллельно в
контур ( Рис.5.36а.), а в случае
низкого - применяют последова-
тельное включение (рис. 5.36.Ь.)
На рис 5.36.с. представлена
схема универсального включения
настроечного конденсатора в
случае применения многодиапа-
зонной антенны. Кроме того
можно с успехом использовать
симметричные фильтры, речь о
которых пойдет в дальнейшем.
98
Рис 5.36. Схемы связей с линией пе-
редач
а)- схема связи линии передачи пе-
редатчиком при низком сопротивле-
нии в точках Z'Z' (связь по току),
Ь) - схема связи линии передачи с вы-
ходным каскадом передатчика при
высоком сопротивлении в точках
Z'Z' (связь по напряжению),
с)- универсальная схема связи.
4*
6. Согласующие и трансформирующие элементы
Согласующие и трансформи-
рующие элементы применяются
только в согласованных линиях
передачи, поскольку только в них
требуется согласование мнимого
сопротивления. В случае же на-
строенной линии сама линия
представляет трансформирую-
щий элемент.
Из электрических и механи-
ческих соображений всегда более
лучшим решением является не
применение дополнительных со-
гласующих элементов, к тому же
трансформирующие элементы
ограничивают полосу пропуска-
ния антенны. Поэтому надо ста-
раться всегда применять такие
конструкции антенн, у которых
входное сопротивление уже рав-
но волновому сопротивлению
предусмотренной линии переда-
чи. В УКВ диапазоне это относи-
тельно просто, так как в этом слу-
чае применяются вибраторы, у
которых всегда можно конструк-
тивными решениями обеспечить
требуемое сопротивление на за-
жимах. (см. главу 4.1.). В корот-
коволновом диапазоне, где ан-
тенны имеют внушительные раз-
меры, это сделать уже сложнее.
100
6.1. Дельта - образная схема
согласования (дельта- согласова-
ние)
Дельта -образная схема со-
гласования изображена на рис.
6.1. Она применяется для полу-
волнового вибратора в КВ диа-
пазоне в случае, если вибратор
надо согласовать с самодельной
двухпроводной линией передачи,
имеющей волновое сопротивле-
ние 400-600 Ом. С учетом распре-
деления напряжения и тока, а сле-
довательно и сопротивления, по
длине волнового вибратора, де-
лают два симметричных от сере-
дина вибратора отвода, в точках
подсоединения которых мнимое
Рис. 6.1. Дельта -образная схема со-
гласования
Рис.6.2. Т - образная схема согласования (Т - согласование).
а - практическая конструкция, b - конструкция подвижных хомутиков
сопротивление вибратора равно
волновому сопротивлению ли-
нии. • Вид этих отводов напоми-
нает большую греческую букву
дельта, что определило название
Дельта-согласование.
Подключение линии передачи
к вибратору оказывает влияние,
аналогичное удлинению провод-
ника антенны, т.е. сдвигает резо-
нансную частоту в сторону низ-
ких частот. Поэтому на частоте,
на которую был рассчитан виб-
ратор без дельта- согласования,
будут проявляться на входе ан-
тенны в большей или меньшей
степени индуктивные составляю-
щие сопротивления и, следова-
тельно, возникнут стоячие вол-
ны. КСВ можно уменьшить или
вообще устранить стоячие волны
, если изготовить антенный про-
водник несколько меньшей дли-
ны. Возникающие при этом емко-
стные составляющие сопротивле-
ния можно скомпенсировать бла-
годаря индуктивным составляю-
щим дельта- согласования.
Отношение Х/D в общем слу-
чае должно составлять примерно
1:1,25. При расчете согласования
линии питания 600 Ом с полувол-
новым вибратором можно ис-
пользовать следующие прибли-
женные формулы
3600
(6.1.)
- для коротковолновых ан-
тенн,
3450
f
(6.2.)
- для УКВ антенн,
z_ 4510
(6.3.)
X и D - в см,/- в МГц.
Дельта- согласование имеет
то преимущество, что проводник
антенны остается целостным, в
отличии от обычного полувол-
нового вибратора, и его можно
в середине просто крепить к ме-
таллическим конструкциям мач-
ты.
101
6.2. Т - образная схема согла-
сования
Т - образная схема согласова-
ния, представленная на рис 6.2.,
является следствием дельта- со-
гласования. Она представляет
жесткое воплощение дельта -об-
разной схемы согласования и по-
этому особенно пригодна в УКВ
диапазоне, где антенны изготов-
ляют преимущественно из метал-
лических трубок. В несколько
измененном и улучшенном вари-
анте эту схему применяют в КВ
диапазоне при изготовлении ан-
тенн с вращающейся диаграммой
направленности (гамма и омега
согласование).
Помимо небольшой экономии
материала Т- согласование не
имеет преимуществ в УКВ диапа-
зоне по отношению к простому
полуволновому вибратору. На-
оборот, возникают мнимые ком-
поненты сопротивления, которые
еще более увеличиваются из-за
близкого параллельного распо-
ложения согласующих элементов
к антенному проводнику. Прав-
да эти трудности можно устра-
нить как указывалось несколько
выше. Сопротивление на зажи-
мах антенны в случае Т- согла-
сования будет действительным,
если расстояние X (см. рис 6.2.)
равно У=0,4751, где I - длина виб-
ратора. При этом Z>=0,0331, d=d2
АЛ7=150. При этих условиях вход-
ное сопротивление антенны дей-
ствительно и равно примерно 650
Ом. Так как сопротивление на
зажимах полуволнового вибра-
тора равно 60-70 Ом, то по отно-
шению к Т-согласованию мы по-
лучаем увеличение сопротивле-
ния в 10 раз. Во всех других точ-
ках имеем мнимое сопротивле-
ние, которое можно компенсиро-
вать укорочением длины вибра-
тора, тогда можно обеспечить
действительное сопротивление
270-680 Ом.
При расстоянии X- 0,51 и при
выше оговоренных условиях име-
ем увеличение сопротивления в 6
раз, т.е. примерно 400 Ом. Необ-
ходимая в этом случае длина виб-
ратора может быть вычислена из
соотношения
/=1^50 (64)
где 7- в мм, а/- в МГц.
Для расстояния У=0,7 имеем
увеличение в 4,5 раза, т.е. сопро-
тивление 300 Ом, а расстояние 7
определяют по соотношению
, _ 130580 „ с .
7 j. (6.5.)
Для точной настройки антен-
ны необходимо предусмотреть
возможность некоторого изме-
нения расстояния X в небольших
пределах, как это показано на
рис. 6.2.
В случае применения Т- согла-
сования на высокочастотном
участке КВ диапазона конструк-
102
цию несколько изменяют, умень-
шая диаметр d2 и расстояние D.
(рис.6.3.) Если на практике необ-
ходимо получить входное сопро-
тивление антенны 300 Ом, то ди-
аметр выбирают d2= Hid', а рас-
стояние D= 4dv Расстояние X в
этом случае берут примерно 1/8,
что соответствует примерно 24%
длины /. Дополнительное укоро-
чение не делают, вместо него при-
меняют два компенсационных
конденсатора, которые включа-
ют последовательно в точках
питания антенны. По приближен-
ным оценкам максимальная ем-
кость каждого из конденсаторов
должна составлять 8 pF на 1 метр
длины волны. Для 80- метрово-
го диапазона, таким образом,
потребовалась бы емкость 80 pF.
Целесообразно устанавливать в
начале переменные конденсато-
ры и в дальнейшем заменять их
на постоянные после того как
будет измерено значение емкос-
ти. Для зашиты от влияния окру-
жающей среды конденсаторы не-
обходимо помещать герметич-
ную коробочку.
6.3. Гамма - образная схема
согласования (гамма согласова-
ние)
Гамма - образная схема согла-
сования применяется в диапазо-
не коротких волн, когда симмет-
ричный вибратор необходимо
питать непосредственно через
коаксиальный кабель. В этом слу-
Рис 6.3. Т - образная схема согласо-
вания с емкостной компенсацией
чае согласование сопротивления
происходит аналогично Т - со-
гласованию, хотя практически
это половинный Т - элемент. (
Рис. 6.4.). На первый взгляд это
решение кажется не лучшим, так
как обе половины вибратора воз-
буждаются неравномерно, одна-
ко, на практике эта схема себя
зарекомендовала очень хорошо и
даже иностранные промышлен-
ные компании, специализирую-
щиеся на изготовлении люби-
тельских антенн, очень часто
применяют эту схему согласова-
ния для антенн с вращающейся
диаграммой направленности.
Из-за малого расстояния меж-
ду вибратором и согласующим
гамма- элементом входное со-
противление на зажимах антенны
составляет 20-30 Ом и поэтому
легко согласуется с малым волно-
вым сопротивлением коаксиаль-
ного кабеля. Мнимые составляю-
щие также легко компенсируют-
ся с помощью емкости.
Для конструкции на рисунке
6.4. основные размеры гамма-
103
Рис 6.4. Гам-
ма - образная
схема согла-
сования для
коаксиально-
го кабеля
образной схемы согласования
приведены в таблице 6.1.
6.4. Омега- образная схема со-
гласования (омега-согласование)
Дальнейшей улучшенной раз-
работкой гамма- образной схемы
согласования является омега-
образная схема согласования
(рис. 6.5.). Она имеет то преиму-
щество в КВ диапазоне, что ис-
ключает необходимость передви-
гать при настройке хомутик, что
порой очень на практике неудоб-
но и опасно. В случае омега-со-
гласования хомутик остается не-
подвижным, его монтируют жес-
тко. Всю настройку производят с
помощью двух подстроечных
конденсаторов, которые распо-
лагаются в середине вибратора.
Еще одним преимуществом
гамма- образной схемы согласо-
вания является то, что длина со-
гласующей трубки составляет
только половину от длины гам-
ма- согласующего элемента.
Переменный конденсатор Ct
служит, как и в случае гамма-
согласования, чтобы компенси-
ровать мнимые составляющие
входного сопротивления, в то
время как С2 - выполняет функ-
цию передвижного хомутика. С
помощью этого конденсатора
можно значительно быстрее и
точнее выполнить настройку
Таблица 6.1. Размеры элементов гамма - образной схемы согласования
Длина L со гл асу ющ. трубки, (см) Расстояние D (см) Максимальная емкость С (pF) Отношение <Ы,
10-м диапазон 80 10 50 0,15..0,25
14-м диапазон 120 14 80 0,33
20-м диапазон 170 16 150 0,15
104
Рис.6.7. Применение омега- согласо-
вания в 5- элементной антенне “вол-
новой канал”
тенны и двухпроводной линии
передачи.
Эта трансформирующая ли-
ния может применяться для всех
симметричных антенн и всех ви-
дов симметричных линий пита-
ния при условии, что требуемое
волновое сопротивление Z мож-
но конструктивно выполнить.
Практически это возможно для
диапазона волновых сопротивле-
ний 50-600 Ом.
б.б.Четвертьволновый транс-
форматор
Между волновым сопротивле-
нием Z двух параллельных про-
водников длиной Х/4 , которые
имеют входное сопротивление ZE
и входным сопротивлением ZA
существует согласно формуле
(5.31.) зависимость
z= VzF • z.
Е А
Если видоизменить формулу,
то получим
Z=Z?!Z^ (6.6.)
Зная входное сопротивление
линии передачи и сопротивление
на зажимах антенны можно рас-
считать необходимое для согла-
сования волновое сопротивление
четвертьволнового трансформа-
тора.
На рис 6.8. изображено конст-
рукция четвертьволнового транс-
форматора для согласования ан-
Пример
Необходимо подвести пита-
ние к антенне, имеющей входное
сопротивление 120 Ом через сим-
метричную двухпроводную ли-
нию и волновым сопротивлени-
ем 280 Ом. Найти величину вол-
нового сопротивления четверть-
волнового трансформатора , не-
обходимого для согласования
антенны и линии передачи.
Рис. 6.8. Четвертьволновый транс-
форматор
106
Рис. 6.5. Омега - образная схема со-
гласования
полного входного сопротивления
антенны с волновым сопротивле-
нием коаксиального кабеля. Дан-
ные таблицы 6.1. действительны
и для омега- согласования с тем
лишь отличием, что длина L рав-
на половине значения гамма-
элемента. Емкость конденсатора
С2 должна приблизительно соот-
ветствовать:
10-м диапазон - 20 pF
15-м диапазон - 25 pF
20-м диапазон - 30 pF
Требования к конденсато-
рам С( и С2 по напряжению мо-
гут быть не высокие, так как на
зажимах антенны напряжения
невелики . В дальнейшем их за-
меняют на равные по емкости
постоянные конденсаторы, диэ-
лектрическая характеристика
которых не должна зависеть от
температуры (воздушные кон-
денсаторы), при этом конденса-
торы должны быть очень хоро-
шо защищены от атмосферных
воздействий.
Закрепление согласующего
элемента - трубки вблизи зажи-
мов антенны выполняют на изо-
ляторах. Это можно сделать
либо применив полностью диэ-
лектрическую распорку, либо
использовать хомутики, кото-
рые закрепляются на полоске из
изолирующего материала. При-
мером конструктивного реше-
ния закрепления омега - элемен-
та может служить рис.6.6. На
рис. 6.7.представлен случай ис-
пользования омега- согласова-
ния для 5 элементной антенны
“волновой канал”.
Критерием качества омега-
согласования является темпера-
турная стабильность применяе-
мых конденсаторов.
Хомутик
Вибратор
Коаксиал,
кабель :
Середина
резонатора
из жести
IQI
Металлическая
перемычка
с хомутиками
Коробочка
из диэлектрика
Трубка согласующего
элемента
Рис.6.6. Пример конструкции в случае применения омега - согласования
Я__Полоска изолирующего
материала
105
Z=a/120-280= 183 Ом
Из графика на рисунке 5.4.
для параллельной двухпровод-
ной линии с воздушным изолято-
ром находим, зная волновое со-
противление Z=183 Ом, отноше-
ние расстояния между проводни-
ками к диаметру проводников
2,5:1.
Если принять во внимание не-
сколько большие потери, то мож-
но изготовить четвертьволновый
трансформатор из обычной ВЧ
линии передачи, если ее волновое
сопротивление соответствует тре-
буемой величине. Если не соот-
ветствует , то можно использо-
вать параллельное включение
нескольких линий. Если , напри-
мер, требуется волновое сопро-
тивление 140 Ом , то его можно
получить включив параллельно
два Х/4 отрезка двухпроводной
плоской линии с волновым со-
противлением 240 Ом. Парал-
лельное включение 240- омной
линии с 300- омной дает волно-
вое сопротивление « 133 Ом. (па-
раллельное включение сопротив-
лений).
При этом надо обращать вни-
мание на то, чтобы оба парал-
лельно включенных отрезка ли-
нии не влияли друг на друга (на-
ходились на возможно большем
друг от друга расстоянии) и был
учтен коэффициент укорочения.
Коэффициент укорочения линии
можно определить из паспорт-
ных данных , который для плос-
ких двухпроводных линий с ис-
кусственным диэлектриком со-
ставляет примерно 0,82 (см. Таб
лицу 34.18 в приложении).
Недостатком четвертьволно-
вого трансформатора из плос-
кой двухпроводной линии явля-
ется невозможность корректи-
ровки при согласовании.
Для диапазона УКВ можно
рекомендовать конструкцию
четвертьволнового трансформа-
тора с изменяемым волновым
сопротивлением (рис.6.9.). Левая
трубка может передвигаться в
Рис.6.9.Конструкция четверть-вол -
нового трансформатора с перемен-
ным волновым сопротивлением.
а) вид спереди; Ь) вид сбоку; с) эскиз
крепления трубок
с)
107
двух поперечных щелях, сделан-
ных в диэлектрическом основа-
нии, Правая трубка жестко кре-
питься на основании и может зак-
репляться в трех положениях, для
чего предусмотрены отверстия в
правой части основания. Такое
крепление позволяет изменять
расстояние между трубками-про-
водниками как плавно так и скач-
кообразно. Трубки крепятся к
основанию на изолирующих
стойках, которые приспособлены
для закрепления трубок различ-
ного диаметра. Такая конструк-
ция позволяет изменять волновое
сопротивление в пределах 150-
500 Ом.
Четвертьволновый трансфор-
матор можно изготовить несим-
метричным и использовать его
тогда для согласования несим-
метричной антенны и коаксиаль-
ного кабеля. (Например, антенна
“гроунд-плейн”). Однако из-за
конструктивной сложности чет-
вертьволновые трансформаторы
из коаксиального кабеля в радио-
любительской практике не при-
меняются.
6.6. Четвертьволновый согла-
сующий шлейф
Удобным способом получе-
ния оптимального согласования
является применение четверть-
волнового согласующего шлей-
фа.
В первую очередь его приме-
няют для согласования коротко-
108
волновых проволочных антенн с
любыми симметричными линия-
ми питания. Однако его область
применения ограничена тем, что
он сужает частоту пропускания
антенны в определенных преде-
лах и поэтому его не применяют
для согласования с широкодиа-
пазонными антеннами.
В главе 5.2.3. уже были описа-
ны соотношения настроенной
двухпроводных линий передач и
установлено, что отрезок линии
длиной < Х/4 всегда обладает чи-
сто мнимым сопротивлением.
Это мнимое сопротивление име-
ет в случае короткозамкнутой
линии индуктивный характер
(XL), а в случае открытой линии
- емкостной характер (Ус).
Если подключить к линии
длиной Х/4 омическое сопротив-
ление ZA, значение которого
меньше чем волновое сопротив-
ление этой линии ZE, то на про-
тивоположном конце получим
сопротивление ZE = ЯЕ+УЕ, Этот
случай показан на рис. 6.10.Так
как ZA<ZS, то сопротивление ХЕ
носит индуктивный характер.
Чтобы бы сопротивление Zs
было действительным, необходи-
мо его мнимую составляющую
скомпенсировать равной по вели-
чине емкостной составляющей.
Это можно сделать если парал-
лельно включить емкость., как
это показано на рис. б.Ю.Ь.
Наоборот, если активное со-
противление нагрузки ZA больше
I
Рис 6.10. Компенсация индук-
1а тивной составляющей для линий
'X передач длиной < Х/4
“ir с а- эквивалентная схема для слу-
ЧаЯ ZA<ZS
Ь- компенсация индуктивности
ХЕ емкостью Хс
Рис 6.11. Компенсация емкост-
ной составляющей для линии пе-
редачи длиной < Х/4
а- эквивалентная схема для слу-
чая ZA>ZS
b-компенсация емкости ХЕ ин-
дуктивностью XL
чем волновое сопротивление Zs,
то тогда сопротивление ZE носит
емкостной характер и его емкос-
тная составляющая ХЕ должна
быть скомпенсирована индуктив-
ностью. (рис. 6.1 l.b.).
В случае компенсации полное
входное сопротивление будет
состоять только из действитель-
ной составляющей RE, ZE=RE. В
зависимости от длины линии его
значение может лежать между ZA
( в случае длина линии =0) и Z2S/
ZA ( в случае длины линии =А/4)
Четвертьволновый согласую-
щий шлейф является практичес-
ким воплощением этих результа-
тов.
На рисунке 6.12. к линии пи-
тания с волновым сопротивлени-
ем Zs подключена антенна с вход-
ным сопротивлением ZA, которая
представлена на рисунке сопро-
тивлением. Если сопротивления
Zs и ZA не равны, то согласова-
ние отсутствует и возникают сто-
ячие волны. КСВ определяется
отношением этих сопротивлений
*=ZA/ZS.
На удалении С от зажимов
антенны волновое сопротивление
линии передачи Zs соответству-
ет входному сопротивлению ан-
тенны ZA, но в этой точке имеет-
ся также и мнимая составляющая
сопротивления. Если скомпенси-
ровать в этой точке мнимую со-
Рис 6.12. Схема четвертьволнового
согласующего шлейфа.
а - открытый шлейф, ZA< Zs
b— короткозамкнутый шлейф, ZA>ZS
109
ставляющую с помощью чет-
вертьволнового согласующего
шлейфа, то сопротивление в этой
точке станет действительным,
будут соблюдены условия согла-
сования и исчезнут стоячие вол-
ны.
Если сопротивление ZA имеет
меньшее значение, чем Zs то при-
меняют открытый шлейф, ком-
пенсируя индуктивную составля-
ющую (рис.6.12.а.). Если, наобо-
рот, ZA больше чем Zcto приме-
няют короткозамкнутый шлейф,
компенсируя емкостную состав-
ляющую (рис.6.12.Ь.)
Правда сначала необходимо
установить, является ли сопро-
тивление ZA больше или меньше
Zs. Это всегда можно просто ус-
тановить, так как волновое со-
противление линии всегда извес-
тно. (см. Главу 5.1.1.), а входное
сопротивление антенны ZA для
обычных КВ антенн дано в опи-
саниях или его всегда можно с
достаточной степенью оценить.
Обычно на практике ZA<ZS (по-
луволновой вибратор), однако
для волнового вибратора или для
вибратора с питанием от конца,
входное сопротивление может
быть большим, ZA>ZS.
Расстояние С между зажима-
ми антенны и точкой подключе-
ния шлейфа и длина шлейфа В
зависят от волнового сопротив-
ления линии передачи Zs и от
соотношения Zs: ZA или коэффи-
циента стоячей волны s (КСВ).
Если волновые сопротивления
линии передачи и шлейфа равны,
то расстояние С для случая ZA>ZS
равно
tanC = (6.7.)
cotB = (6.8.)
V s
Если ZK<Z3 (открытый
шлейф), то расстояние С равно
cot С = VT"
(6.9.)
Рис 6.13. Расстоя-
ние С, Л и длина
открытого шлей-
фа В в зависимос-
ти от коэффици-
ента стоячей вол-
ны s. Длины при-
ведены в X
ПО
Длина в дробных частях от К
Рис. 6.14. Расстоя-
ние С и Л длина
короткозамкнуто-
го шлейфа В в за-
висимости от ко-
эффициента сто-
ячей волны s. Дли-
ны приведены в X.
и
tan В = (6.10.)
У 5
Здесь расстояние С выражает-
ся в угловых градусах. Для пере-
расчета служит соотношение
Длина в град.= 360- длина в X
(6.12.)
Вышеприведенные уравнения
представлены на рисунках 6.13. и
6.14. в виде графиков. По этим
кривым можно без больших ма-
тематических расчетов опреде-
лить расстояние С и длину шлей-
фа В, а также Л=С+В в зависи-
мости от коэффициента стоячей
волны s.
Напомним, что графики при-
ведены для случая, когда волно-
вые сопротивления линии переда-
чи и шлейфа равны. Кроме того
входное сопротивление антенны
не должно содержать мнимых
составляющих, что выполняется,
если антенна находится в резо-
нансе. Коэффициент укорочения
также должен быть учтен, кото-
рый для двухпроводной линии
передачи с воздушным изолято-
ром составляет 0,975. На этот
коэффициент необходимо умно-
жить определенные ранее длины
отрезков. В случае применения
других изолирующих материалов
для двухпроводных линий, коэф-
фициент укорочения берут из
паспортных данных на линию
передач.
Пример
Имеется полуволновой вибра-
тор для диапазона 40 м. Резонан-
сная частота 7025 кГц, соответ-
ствует примерно длине волны
42,7м. Входное сопротивление 65
Ом. Его необходимо согласовать
с помощью четвертьволнового
шлейфа согласовать с симметрич-
ной двухпроводной линией пере-
111
дачи типа 300А7-1 , имеющей
волновое сопротивление Zs= 300
Ом , коэффициент укорочения
К= 0,8. Шлейф изготавливается
из отрезка той же линии переда-
чи.
Сначала устанавливают, что
волновое сопротивление линии
Zs (= 300 Ом) больше, чем вход-
ное сопротивление антенны ZA
(=65 Ом).. Поэтому должен при-
меняться открытый шлейф и кри-
вые рисунка 6.13.
КСВ s получают из отношения
ZS/ZA = 300/65 =4,6. На верти-
кальной оси находят точку 4,6 и
по кривой С определяют длину
0,0681. Длину шлейфа В опреде-
ляют по точке пересечения с кри-
вой В, она равна 0,165Х. Суммар-
ная длина С+2?= 0,233Х Зная дли-
ну волны 42,7 м получаем
С=42,7 • 0,068= 2,9036 м,
В= 42,7 • 0,165 = 7,0455 м.
С учетом коэффициента уко-
рочения получаем
С= 2,9036 • 0,8 = 2,32288 м,
В= 7,0455 • 0,8 = 5,63640 м.
Таким образом будем иметь
согласование, если на расстоя-
нии 2,32 м от зажимов антенны
будет припаян к линии передачи
открытый шлейф длиной 5,64 м ,
изготовленный из той же линии
передачи.
Лучшие результаты можно
получить, имея прибор для изме-
рения КСВ. Тогда замеряют КСВ
в линии с подключенной антен-
ной без шлейфа. По измеренным
данным можно точнее опреде-
лить из графиков значения С и В.
Может показаться, что при
четвертьволновом согласующем
шлейфе на рис 6.12. и четверть-
волновом согласовании на рис
6.13. и 6.14. речь идет о двух раз-
личных видах согласования, на
самом деле имеется только не-
большие конструкторские отли-
чия, электрически оба вида вклю-
чения полностью равнозначны.
На рис. 6.15. приведены различ-
ные примеры применения чет-
вертьволнового согласования
которые полностью равнозначны
приведенным на рис.6.16. приме-
рам применения четвертьволно-
вого согласующего шлейфа. Со-
ответственно на рисунках: а-по-
луволновой вибратор, Ь- высоко-
омный волновой вибратор, с-
питаемый с конца вибратор, дли-
на которого может составлять
любое число полуволн.
Отрезок В должен отстоять от
линии передачи под прямым уг-
лом. По этой причине лучше при-
нимать решение о применении
шлейфа или четвертьволнового
согласования непосредственно
по месту установки антенны.
Во всех настроенных линиях
передач возникают стоячие вол-
ны. Поэтому, в целях избежания
больших потерь отрезки линии В
и С быть выполнены из возмож-
но толстого провода и линия
112
>. Пример примене-
вертьволнового со-
ния: а- полуволно-
ратор, b - волновой
>р, с- вибратор, пи-
с конца
(А ‘
Рис.6.16. Пример примене-
ния четвертьволнового со-
гласующего шлейфа: а- по-
луволновой вибратор, b -
волновой вибратор, с-
вибратор, питаемый с кон-
ца
иметь качественную изоляцию
проводников. Это особенно важ-
но, если отношение ZA:ZS очень
большое (большие стоячие вол-
ны). Однако при КСВ до 5 мож-
но применять тонкие проводни-
ки, при этом потери будут не осо-
бенно большими. В этом случае
можно так же применять обыч-
ные УКВ плоские линии.
С помощью четвертьволново-
го согласующего шлейфа можно
согласовывать антенны, сопро-
тивление на зажимах которых ZA
содержит мнимые составляющие.
Если сопротивление ZA комплек-
сное, то распределение тока и на-
пряжения в линии смещается в
зависимости от величины и ха-
рактера мнимой составляющей. В
этом случае узлы и пучности тока
и напряжения стоячих волн не
находятся больше на расстоянии
Х/4 от зажимов антенны, как в
случае с реальным сопротивлени-
ем антенны. Тогда надо найти с
помощью измерительного прибо-
ра первый отстоящий от зажимов
антенны узел или пучность тока,
и далее исходя из этой точки в
направлении к передатчика (при-
емника) отмерить расстояние С и
113
подпаять в полученной точке
шлейф длиной В. Если привязы-
ваются к узлу напряжения, то
расчеты Си В ведут по рис.6.13.,
если к пучности напряжения - то
по рис 6.14. Для радиолюбителей
не имеющих измерительных при-
боров этот метод не применим.
Обычно всегда пытаются настро-
ить антенну в резонанс и полу-
чить омическое сопротивление
антенны.
6.6.1. Несимметричный согла-
сующий шлейф
Если нужно согласовать не-
симметричную антенну питае-
мую с одного конца с помощью
четвертьволнового согласующе-
го шлейфа ,то лучшим решением
будет несимметричный коакси-
альный кабель. Коаксиальный
кабель устойчив к погодным из-
менениям и уменьшает паразит-
ное излучение самой линии пе-
редачи. Разумеется в этом случае
шлейф изготавливают из того же
коаксиального кабеля, что и ли-
нию передачи.
На открытом конце настроен-
ного антенного проводника дли-
ной Х/2 (или кратном Х/2) всегда
существует пучность (максимум)
напряжения. Поэтому сопротив-
ление на зажимах питаемой с кон-
ца антенны имеет очень большое
омическое сопротивление > 1000
Ом. Коаксиальный кабель, на-
оборот, имеет волновое сопро-
тивление примерно 60 Ом , т.е.
имеем ZA>ZS. Это означает, что
необходимо использовать корот-
козамкнутый шлейф и размеры С
и В выбирать из рис . 6.14. КСВ в
этом случае составит примерно s
= 20. В этом случае получаем при-
мерно С = 0,216 X, и В = 0,034 X.
Коэффициент укорочения для
коаксиального кабеля равен в
среднем 0,66. Окончательные раз-
меры отрезков С и В получим
умножая расчетные данные на
этот коэффициент.
Подключение шлейфа к ко-
аксиальному кабелю линии пере-
дачи выполняют аккуратно со-
гласно рис. 6.17. с последующей
изоляцией мест припаивания.
Лучший результат будет в случае
залитая мест пайки подходящим
клеевым составом ( например,
диозаном).Хорошим, но конст-
руктивно сложным решением,
является использование Т - об-
разного высокочастотного разъе-
ма.
Свободный конец шлейфа
можно свернуть кольцом. Пита-
ющий кабель можно проложить
не обращая внимания на окружа-
ющие предметы.
ZL-ZS
ZA>Z, Zl
Короткозамкнутый
конец ----------
Рис. 6.17. Коаксиальный четверть-
волновый согласующий шлейф
114
Также применяют коаксиаль-
ный кабель для согласования ан-
тенн типа “гроунд-плейн”, кото-
рые имеют сопротивление на за-
жимах примерно 30 Ом. Об этих
антеннах будет рассказано в гла-
ве 19.4.1.
6.7. Согласование при помощи
дискретных радиоэлементов
Аналог четвертьволнового
трансформатора может быть вы-
полнен из набора обычных кон-
денсаторов и катушек. Схема их
включения приведена на рис 6.18.
Если предположить, что со-
противление на зажимах антенны
ZA меньше, чем волновое сопро-
тивление симметричной линии
Zs, то необходимые значения ин-
дуктивного сопротивления кату-
шек XL можно вычислить по фор-
муле
L 2
Пример
Z =30 Ом, Z =300 Ом.
А ’ S
z
V 1
Если подставить данные при-
мера, то получим
Х = —= юо Ом
с -Гзоб
^Зо’1
Емкостное сопротивление
конденсатора должно быть 100
Ом.
Для определения значений ин-
дуктивностей в мкГ и емкости в
пкФ необходимо знать частоту. С
достаточной для практики точно-
стью результаты расчетов можно
получить используя номограммы
на рисунках 6.19. и 6.20.
Если, например, требуется ин-
дуктивное сопротивление XL = 45
Ом, то для диапазона волн 40 м
получим из рисунка 6.19. требуе-
мую индуктивность примерно 1
мкГ. Для емкостного сопротивле-
ния Ус= 100 Ом для того же диа-
пазона получим из рисунка 6.20.
емкость 225 пкФ. Этот пример
обозначен на рисунках пунктир-
ной линией.
30 ” 1
L 2
Антенна
Z,
= 15<9=45Ом.
То есть индуктивное сопро-
тивление катушек составляет 54
Ом каждая.
Емкостное сопротивление по-
лучают по формуле
ХЛ
*
. ! Вывод для
II подключения
X симметричной
линии пеРеДачи
Рис.6.18. Согласование с помощью
дискретных радиоэлементов
115
1000
Рис. 6.19. Индуктивное сопротивление XL и индуктивность катушки в зави
симости от частоты
Рис 6.20. Емкостное сопротивление Хс и емкость конденсатора в зависимос-
ти от частоты
Пример
К сожалению этот метод при-
меняют радиолюбители редко .
116
Он особенно хорош в КВ диапа-
зоне , где катушки и конденсатор
можно закрепить в герметичной
коробочке в непосредственной
a) ZT[Q)^[S]^[Q]
7 - -J7 .7 (7 Полное
4Г' ri-l'*-2 f£r~ сопротивление
, моста
3- элементная антенна оя _
волновой канал =ZU3l
Рис.6.21. Согласование с помощью
моста;
а- принципиальная схема,
Ь- практический пример.
близости от зажимов антенны, а
конденсатор можно использо-
вать подстроечный, используя
который можно получить пре-
красное согласование.
6.7.1. Согласующий мост
На рис. 6.21. представлена
мостовая схема согласования,
состоящая из дискретных кон-
денсаторов и катушек индуктив-
ности. Расчет ее достаточно
прост. Сперва рассчитывают
полное сопротивление моста ZT.
Оно рассчитывается по формуле
zT = V^z2
Так как ZT =УЬ=УС, то вели-
чина полного сопротивления ZT
представляет одновременно зна-
чение как для индуктивного со-
противления XL так и для емкос-
тного сопротивления Хс. Остает-
ся только определить величину
индуктивности и емкости на тре-
буемой частоте из номограмм рис
6.19. и 6.20.
Пример
Дана 3-элементная антенна
волновой канал для диапазона 20
метров с сопротивлением на за-
жимах Zj=20 Ом. Она должна
быть согласована с плоской двух-
проводной линией передачи, име-
ющей волновое сопротивление
Z2=240 Ом.
Рассчитаем полное сопротив-
ление моста
ZT= >/20240=70 Ом
так как ZT =УЬ=АГС, то индук-
тивное сопротивление Хс одной
катушки равно 70 Ом и емкост-
ное сопротивление Хс равно 70
Ом. Из рис.6.19.получаем, что для
20- м диапазона индуктивность
составит примерно 0,8 мкГ, а ем-
кость 170 пФ.
6.7.2. Трансформатор Зеефри-
да
Следующей схемой согласова-
ния, составленной из дискретных
радиоэлементов, является транс-
форматор Зеефрида. Его приме-
няют для согласования несиммет-
117
ричной антенны с несимметрич-
ным кабелем питания. Схема со-
стоит из двух одинаковых кату-
шек и одного конденсатора,
включенного как показано на рис
6.22.
Требуемое полное сопротив-
ление вычисляют по уже знако-
мой формуле
zt = a/z^
Полученное значение сопро-
тивления ZT представляет одно-
временно величину индуктивно-
го сопротивления XL и емкостно-
го сопротивления Хс. Индуктив-
ность катушек и емкость конден-
сатора в зависимости от часто-
ты можно определить из рисун-
ков 6.19. и 6.20.
Практический пример для
расчета и применения трансфор-
матора Зеефрида будет приведен
в главе 19.4.1. Здесь только надо
обратить внимание на то, чтобы
катушки по возможности не вли-
яли друг на друга.
6.8. Вспомогательные методы
согласования антенн
Для радиолюбителя, который
часто из- за отсутствия измери-
тельных приборов не может со-
гласовать свою антенну точно,
можно привести следующие реко-
мендации по корректировке со-
гласования и компенсации мни-
мых составляющих сопротивле-
ния.
Известен способ с помощью
емкостного движка, который раз-
мешается в необходимой точке на
плоской УКВ линии передачи
(рис.6.23.). Как видно из рисунка,
движок представляет собой поло-
су жести, которая загибается вок-
руг линии передачи, но ее не ка-
сается. Ширина полосы для диа-
пазона 100-150 МГц составляет
от 5 до 10 см. Этот емкостной
движок двигают вдоль линии пе-
редачи до получения максималь-
ного сигнала или качественной
картинки изображения на экране
телевизора. На этом месте дви-
жок закрепляют.
Другим методом, более трудо-
емким, является постепенное об-
резание сантиметр за сантимет-
ром линии питания, изготовлен-
ной немного длиннее расчетного
значения.
Следующим вспомогатель-
ным методом корректировки со-
гласования является включение
на входе приемника шлейфа, как
показано на рис.6.24. Отрезок
линии передачи делают несколь-
ко длиннее чем Л/4 и оставляют
118
К антенне
Рис. 6.24. Вспомо гател ьны й метод од
корректировки согласования
внизу открытым. Далее замыка-
ют два проводника в шлейфе в
разных точках пока не получат
более качественного приема. В
этой точке перемычка закрепля-
Эти вспомогательные методы
корректировки позволяют до-
биться более точного согласова-
ния и не заменяют согласование
антенны., так как стоячие волны
в линии передачи невозможно
устранить с помощью этих вспо-
могательных методов. Они при-
годны на уже настроенных лини-
ях. (см. Главу 5.3.2.)
Стоячие волны в правильно
согласованной параллельной
линии могут возникать из-за
окружающих предметов и про-
водников. Как раз в таких час-
то встречающихся случаях мо-
гут помочь описанные выше ме-
тоды.
ется.
7. Симметрирующие цепи
Почти все антенны, применя-
емые в диапазоне УКВ, симмет-
ричные. Поэтому для точного
согласования с линиями переда-
чи сами линии передачи должны
быть симметричными (плоские
ленточные кабели УКВ, экрани-
рованные двухпроводные линии,
двухпроводные линии с воздуш-
ной изоляцией). Однако во мно-
гих случаях в качестве линии пи-
тания симметричной антенны це-
лесообразно использовать коак-
сиальный кабель, который не об-
ладает симметрией. При питании
симметричной антенны по коак-
сиальному кабелю , даже при со-
впадении входного сопротивле-
ния антенны и волнового сопро-
тивления кабеля, антенна нагру-
жается кабелем несимметрично и
в результате возникают уравни-
вающие токи, протекающие по
внешней стороне оплетки кабеля.
Кабель питания начинает излу-
чать электромагнитные волны ,
что является паразитным излуче-
нием, искажающим диаграмму
направленности антенны.
Устройства, которые позволя-
ют подключать коаксиальный
кабель к входным зажимам ан-
тенны симметрично относитель-
но
но земли, называются симметри-
рующими устройствами.
7.1. Четвертьволновый сим-
метрирующий трансформатор
Классическим симметрирую-
щим элементом является чет-
вертьволновый симметрирую-
щий трансформатор, конструк-
ция которого показана на рис.7.1.
Подобная конструкция при-
меняется в основном в диапазоне
УКВ и ДМВ. Длина металличес-
кой трубы составляет 0,95-Х4.
Диаметр трубы не особенно кри-
тичен и лежит в диапазоне 25-40
мм. Кабель проходит через отвер-
стие в металлическом донышке,
которое соединяет низ внешней
трубы с оплеткой коаксиального
Изоляционная
герметизирующая
крышка
0,95-l/U
Металлическое дно,
припаянное к внешней
оплетке коаксиального
кабеля
D:d~3:l до 4; 7
х Кабель
питания
Ю...10Я
Рис.7.1. Четвертьволновый симмет-
рирующий трансформатор
кабеля. Защитное покрытие кабе-
ля снимают на длину Х/4 от мес-
та его подключения к антенне.
Верх трубы закрывают крышкой,
изготовленной из изоляционного
материала, в центре которой про-
сверливается отверстие для коак-
сиального кабеля. Для предотв-
ращения проникновения влагй
все щели в крышке должны быть
тщательно заделаны, для чего
можно, например, использовать
стружки из полистирола, раство-
ренные в хлороформе.
7.2. Симметрирующий транс-
форматор
Особенно простым, применя-
емыми так же и в диапазоне ко-
ротких волн, является симметри-
рующий трансформатор, изобра-
женный на рис 7.2.
Для изготовления такого
трансформатора требуется отре-
зок коаксиального кабеля с лю-
бым волновым сопротивлением
(длина 0,95- Х/4). Необходимо
только, чтобы диаметр отрезка
di*d2
X
Г— J
\ Расстояние
Припаять к оплетке
коаксиального кабеля
Рис 7.2. Симметрирующий транс-
форматор
Рис 7.3. Простая конструкция сим-
метрирующего трансформатора
кабеля был равен диаметру ос-
новного коаксиального кабеля.
Нижний конец четвертьволново-
го отрезка закорачивается и со-
единяется с оплеткой основного
кабеля. Расстояние X не критич-
но и может составлять от 2 до 4
см.
На рис 7.3. изображена более
простая конструкция рассматри-
ваемого симметрирующего
трансформатора, в которой вме-
сто отрезка кабеля используется
трубка, внешний диаметр кото-
рой должен быть равен внешне-
му диаметру коаксиального кабе-
ля.
7.3. Симметрирующий EMI-
шлейф
На рис.7.4, изображена конст-
рукция симметрирующего ЕМ1
(EMI - название английской
фирмы - разработчика) шлейфа,
который, как нетрудно видеть,
представляет собой разновид-
ность симметрирующего транс-
121
d,-d2
Припаять
к оплетке
кабеля
Расстояние
Х~2..Лст
Рис 7.4. Симметрирующий EMI -
шлейф
форматора, Конструкция , как
видно, несколько сложнее в изго-
товлении.
Коаксиальный кабель пита-
ния соответствующей длины (не-
сколько больше А/4) со снятой за-
щитной оболочкой пропускается
в левую трубку R{ и , таким об-
разом, обеспечивается контакт
между оплеткой кабеля и трубкой
Rr Центральный проводник ко-
аксиального кабеля через про-
ходной изолятор выводится из
трубки R{ и подсоединяется к к
трубке Rr Замыкающую пере-
мычку в нижнем конце шлейфа
делают обычно подвижной для
более точной настройки.
7.4. Четвертьволновый сим-
метрирующий шлейф
Очень простое симметрирую-
щее устройство представляет чет-
вертьволновый симметрирую-
щий шлейф, изображенный на
рис 7.5. Он состоит из замкнуто-
го на нижнем конце отрезка ко-
аксиального кабеля электричес-
122
кой длиной А/4. При расчете сле-
дует учитывать коэффициент
укорочения коаксиального кабе-
ля , который в среднем составля-
ет 0,66, т.е. следует брать отрезок
кабеля длиной (А/4)- 0,66. Рассто-
яние X между четвертьволновым
отрезком кабеля и кабелем пере-
дачи должно равняться по мень-
шей мере 5 см. В точке подклю-
чения к антенне коаксиальный
кабель и проводник симметриру-
ющего устройства соединяются
параллельно с перекрещиванием.
7.5. Симметрирующая цепь в
виде петли
До сих пор рассматривались
симметрирующие устройства,
которые не изменяли полного
сопротивления в точке питания
антенны, т.е. эти симметрирую-
щие устройства действуют как
трансформаторы с коэффициен-
том трансформации 1.
Симметрирующее устройство,
изображенное на рис 7.6. , обла-
дает так же способностью транс-
Рис 7.5.Четвертьволновый симметри-
рующий шлейф
Рис. 7.6. Симметрирующая схема в
виде полуволнового кольцевого
шлейфа
формировать полное сопротивле-
ние.
Кольцевой шлейф изготавли-
вается из того же кабеля, что и
основной коаксиальный кабель.
Его электрическая длина состав-
ляет Х/2, а геометрическая V • Л/
2, где V - коэффициент укороче-
ния. Как видно из рисунка оплет-
ка шлейфа соединяется с оплет-
кой кабеля питания.
Коэффициент трансформации
петлевого симметрирующего ус-
тройства составляет 1:4, т.е. с по-
мощью такого трансформатора
к антенне с входным сопротивле-
нием 240 Ом можно подключить
симметрично относительно зем-
ли коаксиальный кабель с волно-
вым сопротивлением 60 Ом. Так-
же можно, без каких либо изме-
нений, применять соотношения
сопротивлений 50/200, 70/280,
75/300.
Относительная полоса про-
пускания этого устройства b со-
ставляет примерно 0,3, что позво-
ляет хорошо использовать его
практически для всех радиолю-
бительских целей.
Шлейф может иметь не толь-
ко форму петли, его можно, на-
пример, сворачивать в несколько
витков.
У промышленных антенн
УКВ и ДМВ диапазонов входные
сопротивления почти всегда рав-
ны примерно 240 Ом. Эти антен-
ны запитывают либо прямо двух-
проводными симметричными ли-
ниями или применяют коаксиаль-
ный кабель с описанной симмет-
рирующей цепью в виде петли.
7.6. Симметрирующий транс-
форматор
Симметрирующий трансфор-
матор можно изготовить, соеди-
нив два отрезка линии передачи
одинаковой длины на одном кон-
це параллельно, а на другом пос-
ледовательно. При этом коэффи-
циент трансформации равен 1:4.
Рис.7.7. Симметрирующий транс-
форматор.
а- для плоской двухпроводной ли-
нии
Ь- для коаксиального кабеля
123
Волновое сопротивление линии
Z, из которой изготовлен транс-
форматор, при параллельном со-
единении преобразуется в Z/2 и
не обладает симметрией относи-
тельно земли; напротив, при пос-
ледовательном соединении линий
питания получаем сопротивление
2Z, симметричное относительно
земли. Длинй обоих отрезков ли-
нии составляет по 1:4. На рис.7.7.
показаны конструкции такого
симметрирующего трансформа-
тора, сделанные из ленточных и
коаксиальных кабелей.
Благодаря применению сим-
метрирующего трансформатора
можно порой решить сложные
проблемы при согласовании.
7.7. Симметрирующее устрой-
ство в виде катушки ленточной
двухпроводной линии
Намотанная в несколько вит-
ков согласно рис.7.8, ленточная
двухпроводная линия на боль-
ших частотах работает как дрос-
сель для несимметричных токов,
и не препятствует симметричным
токам. Намотанная в катушку
двухпроводная линия представ-
Рис.7.8. Катушка из ленточной двух-
проводной линии
ляет почти не зависящий от час-
тоты симметричный трансфор-
матор, занимающий мало места
и простой в изготовлении. Дли-
на намотанной в катушку линии
не критична, оптимально она
равна А/4 и может лежать в пре-
делах от '/|0 X и V8 X. Схема под-
ключения этой симметрирующе-
го устройства показана на
рис.7.9.
Рис. 7.9. Намотанная в катушку лен-
точная двухпроводная линия в каче-
стве симметрирующего устройства
Описанное симметрирующее
устройство не изменяет полное
сопротивление, т.е. его коэффи-
циент трансформации = 1. Это
значит, что волновое сопротивле-
ние линии передачи должно быть
равно полному сопротивлению
на зажимах антенны.
Возможности применения на-
мотанной в катушку двухпровод-
ной линии широки. Так можно,
например, симметричный полу-
волновой вибратор с сопротив-
лением на зажимах 60 Ом питать
несимметричным коаксиальным
кабелем волновым сопротивле-
нием 60 Ом.
124
7.7.1. Намотанная в катушку
ленточная двухпроводная линия в
качестве симметрирующего транс-
форматора
Если включить две катушки
изготовленных из свитых отрез-
ков двухпроводной линии по схе-
ме симметрирующего трансфор-
матора (рис.3.6.а.), то получим
одновременно характеристики
трансформатора с коэффициен-
том трансформации 4:1 и преоб-
разователь симметричный-не-
симметричный (и наоборот)
Кроме того, это устройство наря-
ду с малыми габаритами имеет
очень широкую полосу пропуска-
ния. (рис.7.10.).
Волновое сопротивление Z
двухпроводной линии этого
трансформируется на параллель-
но включенной стороне в Z/2, а
на последовательно в 2Z.
Применяя такой симметриру-
юще-согласующий трансформа-
тор можно подключить, напри-
мер, петлевой вибратор с сопро-
тивлением 240 Ом с коаксиаль-
2Z
симметр.
конец
Z. несимметр.
2 конец
Z— волновое сопротивление линии
Рис 7.10. Намотанная в катушку лен-
точная двухпроводная линия в каче-
стве симметрирующего и согласую-
щего трансформатора
Рис.7.11. Пример применения сим-
метрирующе-согласующего транс-
форматора
ным кабелем сопротивлением 60
Ом. (рис.7.11.). Волновое сопро-
тивление двухпроводной линии,
из которой изготовлены катуш-
ки, должно быть в этом случае
120 Ом.
Не составляет никаких труд-
ностей изготовить такой транс-
форматор из симметричной ли-
нии с волновым сопротивлением
120 ом (тип 120В1-1), который
можно также рекомендовать и
для применения в КВ диапазоне.
Промышленностью не осно-
ве этой схемы выпускаются мно-
го конструкций симметрирую-
щих трансформаторов, частот-
ный диапазон которых составля-
ет от 40 до 800 МГц с коэффици-
ентом стоячей волны s примерно
1,35 и средним затуханием 0,15
дБ. Эти конструкции были специ-
ально разработаны для согласо-
вания симметричных антенн с
нормированным входным сопро-
тивлением 240 Ом с коаксиаль-
ным кабелем 60 Ом.
Иногда эти трансформаторы
называют по имени своего изоб-
125
ретателя Гуанелла - преобразо-
ватели.
7.8. Двойной коаксиальноый
дроссель в качестве симметриру-
ющего устройства
При питании симметричных
антенн по несимметричному ко-
аксиальному кабелю без приме-
нения симметрирующих уст-
ройств, как уже указывалось
выше, возникает паразитное из-
лучение линии передачи (повер-
хностные волны). Это паразит-
ное излучение особенно велико
в тех случаях, когда кабель пи-
тания случайно оказывается в
резонансе по отношению к резо-
нансной частоте. Следует отме-
тить, что поверхностные волны
нельзя замерить с помощью
прибора для измерения коэффи-
циента стоячей волны.
Для широкодиапазонных ан-
тенн применение большинства
вышеописанных симметрирую-
щих устройств невозможно, так
как их свойства зависят от час-
тоты.
Для широкодиапазонных ан-
тенн диапазона коротких волн
симметрирование можно произ-
вести ,изготовив из коаксиаль-
ного кабеля катушку, конец ко-
торой подключают к антенне.
Коаксиальный дроссель с 10-12
витками диаметром 120 мм и
126
расстоянием 1-2 мм между вит-
ками обеспечивает в диапазоне
10,15 и 20 м значительное ослаб-
ление поверхностных волн.
Лучшие результаты дает
применение радиолюбительс-
кой конструкции- двойного ко-
аксиального дросселя, предло-
женного радиолюбителем
DL1UX. Конструкция и соеди-
нение дросселя с антенной пока-
заны на рис. 7.12. В этом случае
потребуется на 8 метров больше
коаксиального кабеля, чем
обычно. Двойной коаксиаль-
ный дроссель изготавливается
следующим образом: начиная с
конца коаксиального кабеля
делают 20 витков диаметром
100 мм. В середине дросселя, на
10 витке осторожно обнажают
внутренний проводник, и к
нему припаивают проводники
идущие к антенне, как показа-
но на рисунке. Внутренний про-
водник и оплетку свободного
конца кабеля соединяют и при-
паивают к оплетке основного
кабеля, причем точку припайки
необходимо найти так, чтобы
длина кабеля на участке 4 была
равна длине кабеля на уч^ 'тке
В.
Описанный двойной коакси-
альный дроссель полностью
свободен от поверхностных
волн, имеет максимальное вно-
a
b
Рис.7.12. Симметрирующая схема в виде двойного коаксиального дросселя
симое затухание по мощности
порядка 0,5 дБ. И обладает ши-
рокой полосой пропускания,
что позволяет использовать его
как симметрирующее устрой-
ство в трехдиапазонных корот-
коволновых антеннах.
8. Схемы связей линии передачи с выходным каскадом
передатчика
Чтобы обеспечить макси-
мально большую передачу мощ-
ности от оконечного каскада
передатчика к излучающей ан-
тенне необходимо соблюсти два
основных требования:
а- нагрузка (антенна), пере-
считанная к выходу линии пере-
дачи, должна представлять для
выходного каскада передатчика
чисто активное сопротивление
без индуктивных и емкостных
составляющих,
Ь- полное сопротивление на-
грузки должно быть согласова-
но с полным сопротивлением ге-
нератора.
Первое условие выполняется
в тех случаях, когда резонанс-
ная частота антенны точно рав-
на резонансной частоте выход-
ного контура передатчика (ге-
нератора). Так как между антен-
ной и выходным контуром пе-
редатчика обычно включается
линия передачи, то она не дол-
жна нарушать согласование ан-
тенны и выходного контура пе-
редатчика. Другими словами, в
настроенной линии передачи на
концах линии должны быть
узлы напряжений (пучности то-
ков), а в согласованной линии
128
передачи не должны возникать
стоячие волны.
Полное сопротивление вы-
ходного контура передатчика
обычно равно нескольким тыся-
чам Ом, а полное сопротивление
настроенной линии может быть
или высоким ( связь по напря-
жению) или низким (связь по
току). Волновое сопротивление
же согласованных линий, при-
меняемых в радиолюбительской
практике, колеблется от 50 до
600 Ом.
Согласование антенны с ли-
нией передачи было уже под-
робно рассмотрено в главе 5,
поэтому в дальнейшем будем
считать, что нагрузка (антенна)
для колебательного контура
выходного каскада передатчика
представляет чисто активное со-
противление., т.е. выполнено
условие “а”; Теперь надо поза-
ботиться о том, чтобы это ак-
тивное сопротивление было со-
гласовано с сопротивлен! "м ге-
нератора.
Простой способ согласова-
ния сопротивления нагрузки с
выходным контуром передатчи-
ка приведен на рис. 8.1. На прак-
тике эта схема не применяется,
Рис 8.1. Простая схема со-
гласования сопротивле-
ния нагрузки с выходным
контуром передатчика;
а- высокое сопротивление нагрузки (связь с антенной по напряжению)
Ь- низкое сопротивление нагрузки (связь антенны по току)
здесь она приведена для объяс-
нения принципа.
Для получения максимальной
выходной мощности каждая лам-
па выходного каскада должна
быть нагружена на определенное
полное сопротивление ZR. Это
сопротивление можно получить
зная анодный ток 7а и анодное
напряжение Ua.
для однотактной схемы
U
Z^Tt5 (81)
для двухтактной схемы
U
^ = 7^25 (82)
Если определенное полное со-
противление ZE должно 1эыть со-
гласовано с полным анодным со-
противлением ZR , то использу-
ют переводное соотношение и
u = (8.3.)
Используя это переводное со-
отношение можно определить
для схемы на рис. 8.1. число вит-
ков на катушке анодного конту-
ра, на котором необходимо сде-
лать отвод, чтобы достичь согла-
сования.
5 Антенны
Пример
В схеме на рис 8.1. сопротив-
ление ZR составляет 6000 Ом.
Катушка L выходного контура
имеет число витков л=20. Опре-
делить, при каком числе витков
катушки будут созданы условия
для согласования с полным со-
противлением нагрузки ZE = 60
Ом.
Переводное соотношение и
составляет в этом случае
л/6000/60 = 10. Число витков , на
которых будут созданы условия
для согласования n/u= 20/10= 2.
Следовательно, необходимо
отсчитать два витка от конца
катушки выходного контура и
сделать в этой точке отвод.
Максимум отбора энергии из
выходного контура можно оце-
нить по антенному измеритель-
ному прибору (измерителю тока),
включенному в цепь нагрузки.
Однако величину антенного тока
нельзя измерить таким образом,
так как распределение тока в ли-
нии связано с пучностями (мак-
симумами тока ) и узами (мини-
мумами) тока.
Описанную выше схему не ис-
пользуют по той причине, что все
129
высшие гармоники тока, имею-
щиеся к выходном контуре посту-
пают на нагрузку (антенну). Так
как в практике радиолюбителей
борьба с помехами телевидению
и радиовещанию занимает особо
важное место, то в дальнейшем
будут описываться только такие
схемы, которые обеспечивают
значительное подавление нежела-
тельного излучения.
Для правильного конструи-
рования схем связи с выходными
каскадами передатчика необхо-
димо еще упомянуть, что совре-
менные радиолюбительские пере-
датчики в большинстве случаев
работают с несимметричным низ-
коомным коаксиальным кабелем.
Это стало уже нормой на кото-
рую следует равняться.
8.1. Схемы связей выходных
каскадов передатчиков для антенн
с согласованными линиями пере-
дач
В современной радиолюби-
тельской практике в большинстве
случаев применяют согласован-
ные линии питания антенн, по-
скольку они меньше подвержены
влиянию телевизионного и ра-
диовещания.
Антенны УКВ делятся на две
группы по типу применяемых
линий питания: с коаксиальным
кабелем с волновым сопротивле-
нием между 50 и 75 Ом, преиму-
щественно 60 Ом, и с ленточны-
ми двухпроводными линиями с
волновым сопротивлением 240-
300 Ом. В коротковолновом диа-
пазоне применяются наряду с ко-
аксиальным кабелем также со-
гласованные открытые двухпро-
водные линии с волновым сопро-
тивлением от 300 до 600 Ом, по-
скольку имеют малые затухания
и одновременно дешевы.
8.1.1. Схемы связей выходных
каскадов передатчиков с коакси-
альной линией передачи
Самый простой вид связи ко-
аксиального кабеля с выходным
контуром передатчика представ-
лен на рис. 8.2.
При этой схеме добротность
контура должна быть не менее 10.
Индуктивное сопротивление ка-
тушки LK должно быть равно
волновому сопротивлению коак-
Рис.8.2. Схема связи коакси-
ального кабеля с выходным
контуром передатчика
а.- однотактная схема,
b - двухтактная схема.
130
сиального кабеля. Чтобы добить-
ся желаемой степени согласова-
ния катушка LK должна иметь
возможность перемешаться отно-
сительно катушки анодного кон-
тура LT и находиться ближе к ка-
тодной “холодной” части катуш-
ки Ат. Чтобы получить мини-
мальную емкостную связь необ-
ходимо их так сориентировать
друг относительно друга, чтобы
корпусная часть катушки LK
( подпаивается к оплетке коакси-
ального кабеля ) была со сторо-
ны А катушки анодного конту-
ра (рис.8.3.)
А
Рис.8.3.Улучшенная схема связи ко-
аксиального кабеля с выходным кон-
туром передатчика
В случае применения двухтак-
тной схемы катушка связи LK рас-
полагается в середине катушки LT
в точке, где катушка заземлена по
высокой частоте, при этом ори-
ентация катушки LK не имеет зна-
чения.
Ориентировочные Значения
числа витков катушки связи LK:
80- м диапазон 4-5 витков
40- м диапазон 3 витка
15- м диапазон 2 витка
Сложности при согласовании
можно уменьшить, включив пос-
ледовательно с катушкой связи
подстроечную емкость Ск.
Обычно добротность конту-
ров связи Q составляет 2-4. Чем
меньше добротность, тем более
жестким должно быть крепление
катушки LK к катушке LT и тем
более широкополосным будет
контур LK,CK. При добротности
Q=2 в большинстве случаев мож-
но добиться хорошего согласова-
ния при достаточно широкой по-
лосе. Большая добротность Q ве-
дет к тому , что связь легче
осуществить, однако полоса кон-
тура сужается и в случае измене-
ния частоты возможна корректи-
ровка емкости Ск.
В таблице 8.1. приведены мак-
симальные значения емкости Ск
отдельных диапазонов коротких
волн и распространенных коак-
сиальных кабелей и добротнос-
тью контура Q=2.
Индуктивность катушки LK
для резонансной частоты опреде-
ляют расчетным путем или по но-
мограмме.
Таблица 8.1. Значения емкостей для
добротности контура связи 2=2.
Любительской Емкость
диапазон конденсатора Ск, пФ
50 Ом 60 Ом 75 Ом
80-м 450 400 300
40-м 230 200 150
20-м 115 100 150
15-м 80 70 50
10-м 60 55 40
5‘
131
A
a)
Рис.8.4.Схема связи с ис-
пользованием р- фильтра,
а-емкостная связь
b-индуктивная связь
Практическая настройка ре-
ально нагруженного контура свя-
зи заключается в следующем.
Сначала катушку LK связывают
с катушкой LT слабо Колебатель-
ный контур выходного каскада
передатчика настраивается в ре-
зонанс конденсатором Ст (мини-
мум анодного тока)а затем, вра-
щая движек подстроечного кон-
денсатора Ск добиваются четко-
го увеличения анодного тока
лампы выходного каскада. Да-
лее, увеличивая степень связи ка-
тушки LK и LT с колебательным
контуром добиваются необходи-
мой настройки схемы связи, пос-
ле этого фиксируют положения .
Требования к конденсатору
Ск не высокие, поскольку разре-
шенные для радиолюбителей
мощности передачи достаточно
низкие.
Часто применяют в качестве
схемы связи так называемый я-
фильтр, который может быть
включен непосредственно в анод-
132
ный контур. Этот фильтр исполь-
зуется в качестве согласующего
трансформатора и одновременно
подавляет высокие гармоники в
спектре сигнала. Далее приведе-
ны несложные расчеты я- фильт-
ра.
8.1.1.1. Расчет р- фильтра.
На рисунке 8.4. изображенр-
фильтр, подключенный непос-
редственно в анодный колеба-
тельный контур передатчика.
Полное сопротивление ZR
можно рассчитать можно по фор-
муле (8.1.). Если фильтр включа-
ется непосредственно в анодную
цепь (в точку А), то полное со-
противление ZR должно быть
равно полному входному сопро-
тивлению фильтра Zr (рис.8.4.а.).
Но обычно подключение фильт-
ра делают через отвод от части
катушки выходного контура пе-
редатчика используя конденса-
тор связи (рис.8.4.а.), или исполь-
зуют индуктивную связь через
катушку связи LK (рис.8.4.b.).
Полное сопротивление Zx в этом
случае получают в зависимости
от передаточного отношения и из
формулы
ZR
Z =------“
(8.4.)
определяют емкость С3. Здесь Z2
представляет полное выходное
сопротивление фильтра и равно
волновому сопротивлению коак-
сиального кабеля.
Далее вычисляют индуктив-
ность катушки
Здесь пх и п2 число витков со-
ответствующих катушек.
При расчете фильтра жела-
тельно получить с одной сторо-
ны высокую добротность Q
( большое отношение L/C), а с
другой стороны, емкости конден-
саторов не должны быть слиш-
ком малыми, чтобы эффективно
подавлять высокие гармоники.
На практике обычно пригодны
значения 2=10-15.
Сначалы вычисляют емкость
С2 из
с=_е_
С2 (0Z,
где со=2я/=6,28/ , /- средняя
частота диапазона.
Можно пользоваться упро-
щенной формулой
2000
С2 f Z
(8.5.)
(8.6.)
С2- в пФ,/- в МГц, Z,- в кГц.
Из выражения
С I--------
q =^Z2/Z> (8.7.)
Из этой формулы можно по-
лучить упрощенную
13Z, 2Z1+coC,Z1Z2
L*~ f + 145
(8.9.)
где L2 в мкГ, Z, и Z2 в кОм, С2
в пФ,/в МГц.
Приближенная формула спра-
ведлива если Zx > 10 Z2, и Q < 10.
Для настройки фильтра следу-
ет придерживаться следующих
указаний.
Выходной колебательный
контур передатчика настраивают
емкостью С} в резонанс по мини-
муму анодного тока. Потом под-
ключают фильтр нагруженный
линией передачи с антенной. Ус-
танавливают С3 примерно в сере-
дину и вращая С2 добиваются
максимума анодного тока. Этот
процесс повторяют для другого
положения С3 до тех пор пока не
найдут такое их положение, при
котором анодный ток имеет са-
мое большое значение. При этом
процесс настройки считают за-
конченным.
133
редачи
а- обычная однотактная схема
Рис.8.5. Схемы связей
выходных каскадов
УКВ передатчиков с ко-
аксиальной линией пе-
Ь- улучшенная двухтактная схема
8.1.1.2. Схёмы связей выход-
ных каскадов УКВ передатчиков
с коаксиальной линией передачи
Схемы связей выходных кас-
кадов УКВ передатчиков с коак-
сиальной линией передачи не-
сколько отличаются от описан-
ных выше. Некоторые примеры
приведены на рис. 8.5.
Обычная и наиболее часто ис-
пользуемая схема приведена на
рис. 8.5.а. Она соответствует схе-
ме рисунка 8.3. Рис 8.5.Ь. изобра-
жает симметричную двухтактную
схему. В этой схеме параллельно
шлейфу связи включен дополни-
тельно конденсатор Ср, с помо-
щью которого и с помощью кон-
денсатора Cs можно скомпенси-
ровать мнимые составляющие
сопротивления.
В УКВ диапазоне (145 МГц)
начинает влиять емкость самой
лампы выходного каскада. По-
этому часто не удается получить
согласно рис.8.5.а. расчетные со-
отношения L/C в выходном кон-
туре лампы. Из-за этого влияния
не удается получить так же высо-
ких значений добротности Q вы-
ходного контура, поэтому катуш-
ка связи должна быть расположе-
134
на как можно теснее к катушке
контура лампы. В двухтактной
схеме влияние собственных емко-
стей меньше, так как они вклю-
чены в колебательную систему
последовательно.
Лучшую добротность и соот-
ветственно лучшие условия для
связи имеет схема на рис 8.6.
Она представляет собой пос-
ледовательный резонансный кон-
тур, состоящий из катушки ин-
дуктивности L и конденсаторов
Сти Сл, соединенных последова-
тельно. Анодное напряжение
подводится к центру катушки
индуктивности. Переменные кон-
денсаторы Ст и СА образуют ем-
костной делитель напряжения.
Изменяя емкости можно легко
добиться согласования волново-
го сопротивления кабеля с коле-
бательным контуром. Полное
сопротивление имеет место тог-
да, когда антенный ток достига-
ет максимального значения. Так
Рис.8.6. Схема свя-
зи выходного кас-
када УКВ передат-
чика с последова-
тельным колеба-
тельным контуром
как емкости Ст и СА входят од-
новременно в колебательный
контур, то после настройки свя-
зи следует настраивать колеба-
тельный контур в резонанс.
8.1.2. Схемы связей выходных
каскадов передатчиков с симмет-
ричными согласованными лини-
ями передач
По отношению к выходному
каскаду передатчика не имеет
значения какой вид симметрич-
ной двухпроводной линии пере-
дачи применяется: плоская УКВ
ленточная линия с волновым со-
противлением 240-300 Ом или
открытая двухпроводная линия с
волновым сопротивлением 400-
600 Ом.
Эти линии могут быть под-
ключены по обычной индуктив-
ной схеме. Так как волновое со-
противление 240-400 Ом уже до-
вольно большое, то число витков
катушки связи будет уже прибли-
жаться к половине числа витков
катушки анодного контура, по-
скольку в катушке связи индуци-
руется относительно малое значе-
ние напряжения и возникают
трудности при передаче доста-
точной мощности. Эти трудно-
сти можно избежать, если приме-
нить настроенный промежуточ-
ный контур. На рис.8.7.а. показа-
на схема его включения для од-
нотактного, а на рис. 8.7.Ь. для
двухтактного выходного каскада
передатчика.
Настройку производят в сле-
дующей последовательности. Ка-
тушки связи очень слабо связы-
вают катушками индуктивности
с помощью зажимов. Сначала
настраивают в резонанс выход-
ной контур передатчика, вращая
конденсатор Ст до получения
минимума анодного тока. Далее
сердечники катушек связей уста-
навливают в среднее положение
и вращают конденсатор СА до
получения максимального анод-
ного тока выходного каскада.
После этого снова подстраивают,
Рис 8.7. Схема связи вы-
ходного каскада передат-
чиков с симметричной
линией передач
а- однотактная схема
Ь- двухтактная схема
135
если необходимо, выходной кон-
тур в резонанс. Далее вращают
сердечники катушек связи, следя,
чтобы не сместилась частота ре-
зонанса выходного контура,
правда настройка сердечников не
оказывает большого влияния на
уход частоты. Настроена схема
или нет можно узнать по тому,
что изменение конденсатора СА
не изменяет больше частоту на-
стройки выходного контура, а
только лишь вызывает падение
анодного тока симметрично от-
носительно максимума тока на
резонансной частоте. При этом
согласование сопротивлений чи-
сто омическое.
Если не удается достигнуть
этого состояния, то изменяют
положение зажимов на катушках
индуктивности и процесс на-
стройки повторяют с самого на-
чала.
Линия связи между катушка-
ми может быть сколь угодно
длинной и изготовлена или из
ленточного двухпроводного ка-
беля или еше лучше, из коакси-
ального кабеля.
На рис 8.8. изображена улуч-
шенная схема с применением ко-
аксиального кабеля. Здесь дан-
ные выходного контура передат-
чика L2-C2 остаются такими же
как для рис.8.3.
Индуктивность Ly получают
из формулы
2ZK
Лз=-6ЖГ (810)
где LK - в мкГ, ZK- волновое
сопротивление коаксиального
кабеля между катушками, в Ом,
/- в МГц.
Пример
14 МГц,
ZK= 60 Ом
120
L~6,28-14 ~ 1,38 мкГ
Емкость конденсатора С3 рас-
считывают исходя из рабочей
частоты. Данные контура L- С4
приблизительно равны данным
выходного контура Lx-C.
Подключение симметричной
линии передачи к катушке L4 за-
висит от волнового сопротивле-
ния линии и лучше всего его про-
изводить с помощью рефлекто-
метра, который включается в ко-
аксиальный кабель связи. Вра-
щая сердечник катушки L4 и ем-
кости С3 и С4 пытаются достичь
коэффициента стоячей волны
Рис.8.8. Схема связи
для любой согласо-
ванной симметричной
двухпроводной линии
передачи
136
5= 1. Оптимальность нагрузки для
выходного каскада передатчика
определяет конденсатор Сг
На рис. 8.9. приведены схемы
связи для настроенных линий пе-
редачи, которые также годятся и
для согласованных симметрич-
ных линий передачи.
8.2. Схемы связи для антенн с
настроенными линиями передачи
с выходным каскадом передатчи-
ка
Перед тем как производить
подключение настроенной ли-
нии передачи к выходному кас-
каду передатчика необходимо
для начала установить, являет-
ся ли конец линии низкоомным
(пучность тока) или высокоом-
ным (пучность напряжения).
При связи по току применяют
последовательную схему пита-
ния согласно рис.8.9.а., а при
связи по напряжению парал-
лельную схему согласно рис.
8.9.Ь. Так как антенны с настро-
енными линиями передачи по-
чти всегда используются в каче-
стве многодиапазонных, то для
связи линии передачи рекомен-
дуется применять универсаль-
ную схему , показанную на
рис.8.9.с. Эта схема позволяет
осуществить как связь по току,
так и связь по напряжению осо-
бенно в сочетании с л- фильт-
ром для подавления высоких
гармоник. Поскольку настроен-
ные линии передачи в большин-
стве случаев симметричны отно-
сительно земли, то л- фильтр
должен быть так же симметрич-
ным. (рис.8.9.d.). Эта схема по-
зволяет настроить в резонанс
всю систему антенна-линия пи-
тания, что всегда необходимо
для многодиапазонных антенн.
Так как настроенные линии
передач симметричны относи-
тельно земли, то особенно просто
в этом случае установление свя-
зи с двухтактными выходными
каскадами передатчиков (рис.
8.10.а.)
Если хотят использовать од-
нотактный выходной каскад пе-
редатчика, то применяют схему
на рис. 8.Ю.Ь. Как видно из ри-
сунка, анодное напряжение под-
водится к середине катушки ин-
Рис.8.9. Схемы связи для
антенн с настроенными
линиями передачи с вы-
ходным каскадом пере-
датчика
а- связь по току, Ь- связь по напряжению, с- универсальная схема, d- сим-
метричный р- фильтр Коллинса
137
Рис 8.10. Схема связи
с настроенной лини-
ей передачи; а- двух-
тактный выходной
каскад, Ъ- однотакт-
ный выходной кас-
кад .
дуктивности выходного контура
и эта точна по высокой частоте
заземляется. При такой схеме
выходной контур однотактного
каскада становится симметрич-
ным относительно земли, но при
этом следует помнить, что ротор
настроечного конденсатора так-
же оказывается под напряжением
высокой частоты. По этому при
такой схеме целесообразнее ис-
пользовать сдвоенный конденса-
тор, роторы которого заземляют-
ся, а статоры соединяются с со-
ответствующими концами ка-
тушки индуктивности контура.
Индуктивную связь между ка-
тушкой индуктивности выходно-
го контура передатчика и катуш-
кой связи следует делать перемен-
ной. Иногда это условие трудно
выполнить конструктивно в вы-
ходном каскаде передатчика, по-
этому схему связи выносят за пре-
делы выходного каскада передат-
чика, соединяя ее с выходным
каскадом по линии связи, как
показано на.рис 8.11.
Эта линия связи может быть
выполнена из двух многожиль-
ных проводников с возможно
большим диаметром сечения, или
Рис.8.11. Схема связи с исполь-
зованием промежуточной линии
передачи (Link линия).
а- для двухтактного каскада пе-
редатчика
Ъ-для однотактного каскада пе-
редатчика
138
УКВ плоской двухпроводной ли-
нии или из коаксиального кабе-
ля. Длина этой линии не имеет
значения. На ее концах подклю-
чаются катушки связи, имеющие
обычно от 2 до 4 витков. Опти-
мальное значение числа витков
можно определить из формулы
где лк- число витков катушки
связи, п- число витков контур-
ной катушки, Z- волновое со-
противление промежуточной ли-
нии связи, Ом, ZR- Полное сопро-
тивление анодного контура.
Для многожильной промежу-
точной линии передачи из лит-
цендрата можно предположить
волновое сопротивление пример-
но 80 Ом.
Для промежуточной линии
питания можно очень просто до-
стигнуть необходимой степени
связи между выходным колеба-
тельным контуром и устройством
настройки линии питания антен-
ны. Промежуточная линия пита-
ния представляет согласованную
линию передачи, волновое сопро-
тивление которой согласовано с
полным сопротивлением устрой-
ства настройки. Кроме того про-
межуточная линия связи имеет
небольшое сопротивление и мо-
жет быть сколь угодно длинной
и практически не излучает. Это
случай смешанного питания, ко-
торый был рассмотрен в главе
5.3.2. Настроенная линия перехо-
дит в согласованную линию, что
удобно при прокладке линии от
антенны к передатчику.
Устройство настройки можно
разместить вблизи от антенны,
доступном для настройке месте.
При этом надо позаботится о за-
щите устройства от воздействия
погодных условий. Преимуще-
ства такой схемы велики по срав-
нению с небольшими неудобства-
ми при настройке, так как на-
строенная линия передачи с име-
ющимися в ней стоячими волна-
ми имеет в этом случае неболь-
шую длину и располагается вне
помещения с его сетевыми и про-
чими приборами, а согласован-
ная промежуточная линия пере-
дачи имеет низкое сопротивление
и создает небольшие помехи ра-
дио и телевизионному вещанию.
Настройку схемы на рис 8.11.
производят в следующей после-
довательности.
1 .Колебательный контур вы-
ходного каскада передатчика на-
страивается в резонанс при от-
ключенной нагрузке. При этом
можно уменьшить анодное на-
пряжение. Полученная настойка
не изменяется в ходе всей после-
дующей регулировки.
2 .При связи по напряжению
оба конденсатора Cs устанавли-
ваются на максимальную ем-
кость. Затем изменяют емкость
конденсатора Ср , пока оба из-
мерителя тока в антенне не п ока-
139
жут максимум тока. Антенный
ток в узле тока может быть
очень незначительным, поэтому
настройку можно произвести по
максимуму напряжения, исполь-
зуя в качестве индикатора нео-
новую лампочку, которую раз-
мещают вблизи конденсатора
Cs. Степень связи между катуш-
ками и емкость конденсатора Ср
следует изменять до тех пор,
пока оба измерителя тока в ан-
тенне не будут показывать рав-
ные максимальные значения.
При связи по току конденса-
тор С, устанавливают на мини-
мальную емкость. Затем изме-
няя степень связи между катуш-
ками и емкости конденсаторов
Cs добиваются максимального
показания ( одинакового для
обоих приборов) измерителей
антенного тока. Следует по-
мнить, что при связи по току
протекающий через приборы
ток может быть очень большим.
После достижения оптимума
в настройке схемы связи следу-
ет проверить настройку колеба-
тельного контура выходного
каскада, и при необходимости
настроить его.
Очень часто на практике в
качестве схемы связи применя-
ют п- фильтр, основные харак-
теристики которого были уже
оговорены в главе 8.1.1.1. Он
обладает следующими преиму-
ществами:
1- позволяет настроить в ре-
зонанс неточно изготовленную
антенну или линию передачи
2- с помощью к- фильтра
можно согласовать оптимально
с выходным каскадом передат-
чика практически любые антен-
ны и линии передачи, имеющие
различные полные сопротивле-
ния.
3- л-фильтр Коллинса пред-
ставляет собой полосовой
фильтр , который пропускает
все частоты, лежащие ниже ра-
бочей частоты , и ослабляет все
частоты, находящиеся выше ра-
бочей частоты передатчика. Та-
ким образом достигается эффек-
тивное подавление высших гар-
моник и тем самым значитель-
но сужается уровень помех теле-
видению и радиовещанию.
Следует однако оговориться,
что л- фильтр не может дать,
как часто думают, какого-то
сверхъестественно большого
подавления высоких гармоник.
Поэтому следует принимать все
необходимые меры в самой схе-
ме передатчика, а л- фильтр
рассматривать как цепь, кото-
рая осуществляет дополнитель-
ную фильтрацию высших гар-
моник.
Для антенн с настроенными
линиями передачи используют-
ся только симметричные л-
фильтры. На рис 8.12. изображе-
ны схемы соединения л- фильт-
ров с двухтактными выходными
каскадами передатчиков.
140
Рис. 8.12. Симметричный л- фильтр
Коллинсадля антенн с настроенны-
ми линиями передач,
а- емкостная связь
Ь- индуктивная связь
Если возникает необходи-
мость связать с симметричным п-
фильтром однотактный выход-
ной каскад передатчика, то он
симметрируется относительно
земли, как показано на рис 8.10.Ь,
и затем подключается к симмет-
ричному п- фильтру. Если же
симметрирование однотактного
каскада относительно земли по
каким-либо причинам нежела-
тельно, то выходной каскад свя-
зывается с п- фильтром индук-
тивно с помощью промежуточ-
ной линии питания, как показа-
но на рис 8.13.
При этом следует обратить
внимание, чтобы катушка связи
Ls была заземлена со стороны
конца, обращенным к концу А
катушки индуктивности выход-
ного контура передатчика. Связь
между катушками Lc и LK долж-
на быть сильной. Катушки ин-
дуктивности Lsh LK имеют обыч-
но 2-3 витка. Катушка LK равна
катушке Lc или имеет немного
больше витков. Катушки Lc и Ls
следует сделать подвижными, так
как часто за счет перемещения
катушек достигается улучшение
симметрии схемы. Конденсаторы
СЕ имеют емкость 2 х 300 пФ, а
конденсаторы СА 2 х 500 пФ. Же-
лательно, чтобы начальная ем-
кость этих конденсаторов была
по возможности меньше. Число
витков катушки La следует под-
бирать отдельно для каждого ди-
апазона. Например, для диапазо-
на 80 метров эти катушки изго-
тавливают из посеребренного
медного провода диаметром 3 мм
с числом витков, равным 30, и
диаметром витка 50 мм.
Настойка рассмотренной схе-
мы происходит следующим обра-
зом:
1- Выходной контур передат-
чика отключают от п- фильтра и
настраивают на рабочую часто-
ту передатчика. Предварительно,
если это возможно, напряжение
на аноде и экранной сетке лампы
выходного каскада понижают.
Далее эту настройку ни в коем
случае не изменяют.
2- тс— фильтр с подключенной
к нему линией передачи и антен-
ной связывают с выходным коле-
бательным контуром, который
при этом расстраивается относи-
тельно рабочей частоты пере-
141
датчика. Изменяя емкость кон-
денсатора СЕ добиваются вновь
настройки выходного колеба-
тельного контура на рабочую
частоту передатчика. Конденса-
тор СА находится при этом в
среднем положении.
3- Незначительно изменяя
емкость конденсатора СА, доби-
ваются увеличения анодного
тока, все время подстраивая
выходной контур передатчика с
помощью конденсатора СЕ. До-
биваются максимума тока в
обеих ветвях симметричного п-
фильтра. При этом можно счи-
тать настройку законченной.
При настройке новой антен-
ны или нового п- фильтра по-
вторяют пункты 1 и 2 при раз-
личном числе витков катушки
ЛА, найдя оптимальное значение
витков.
Если показания измерителей
тока в ветвях различны, то из-
меняют связь между п- фильт-
ром и выходным контуром до
тех пор , пока токи не выровня-
ются. Далее повторяют пункты
2 и 3 настройки.
8.3. Заключение
Часто согласованию линии
питания с выходным каскадом
передатчика уделяют меньше
142
Рис.8.13. Схема свя-
зи симметричного
л- фильтра с несим-
метричным конту-
ром выходного кас-
када передатчика
внимания чем согласованию ан-
тенны с линией передачи.
Это не правильно, посколь-
ку важность обоих мероприятий
имеет большое значение. Непра-
вильная связь линии передачи с
выходным каскадом передатчи-
ка ведет к большой потере мощ-
ности на лампе выходного кас-
када и выходу ее из строя.
Большое количество предла-
гаемых схем может запутать на-
чинающего радиолюбителя.
Чтобы облегчить ему выбор оп-
тимальной схемы согласования,
можно сделать следующие обоб-
щения:
а- Минимальные трудности
при монтаже и настройке мож-
но получить при согласовании
через коаксиальный кабель по
схеме приведенной на рис 8.3.
Ь- Если необходимо исполь-
зовать двухпроводную линию,
то применяют “стандартную”
схему на рис 8.8. Эта схема яв-
ляется универсальной и позво-
ляет согласовывать ненастроен-
ные линии питания, поскольку
она является схемой связи по на-
пряжению. При схеме связи по
току необходимо ввести после-
довательно 2 конденсатора Cs
(рис.8.11.) в промежуточный
контур.
Схему на рис 8.8. вообще мож-
но применять во всех случаях со-
гласования, соответственно пере-
строив промежуточный контур
L4-C4. Эта схема отвечает совре-
менной тенденции применять ко-
аксиальный кабель для связи
выходных каскадов передатчи-
ков с излучающей антенной.
Конечно оптимальным явля-
ется использование радиолюби-
телем измерителя коэффициента
стоячих волн (рефлектометр).
Простейшую схему этого прибо-
ра можно изготовить самостоя-
тельно (см. главу 31.2.). Схема на
рис.8.8, позволяет прибор изме-
рения КСВ включить непосред-
ственно в коаксиальный кабель
линии передачи и контролиро-
вать в процессе эксплуатации пе-
редатчика степень согласования.
9. Практика коротковолновых антенн
Перед начинающим радиолю-
бителем всегда стоит задача вы-
бора антенны из большого раз-
нообразия форм и характерис-
тик. Кто может дать тут ему со-
вет? В большинстве случаев он
идет к знакомому радиолюбите-
лю - коротковолновику, кото-
рый уже добился некоторого ус-
пеха. Но не во всех случаях пос-
ледний может дать правильный
совет, так как считает что его ан-
тенна является наилучшей.
Иногда даже старые волки
эфира считают, что существуют
чудо-антенны. В этом случае они
не отличаются от тех любителей,
которые покупают, например,
телевизионную антенну только
потому, что кто-то утверждал,
что эта антенна лучшая для при-
ема телевизионного сигнала.
Только тот, кто серьезно зани-
мался вопросами антенной тех-
ники ( например, главы! - 5) мо-
жет судить о степени пригоднос-
ти той или иной антенны.
Ниже приводится некоторая
систематизация многообразия
антенных конструкций .
Рассмотрим для начала боль-
шую группу полуволновых виб-
раторов. Они имеют электричес-
144
кую длину Х/2 и излучают пре-
имущественно перпендикулярно
к их продольной оси. К этим про-
стым антеннам принадлежат:
- Виндом - антенна
- антенны Уда-Яги (“волно-
вой канал”) полуволновой вибра-
тор со скрученной линией пита-
ния петлевой вибратор полувол-
новой вибратор с кабельной ли-
нией питания широкополосный
полуволновой вибратор
Сюда же можно условно отне-
сти многодиапазонные Цеппе-
лин-антенну, W3DZZ-aHteHHy,
G5RV- антенну и все прочие
многодиапазонные антенны.
Они все обладают примерно
одинаковыми характеристиками
и отличаются только видом пи-
тания и немного диаграммой
направленности. Если предполо-
жить, что все антенны оптималь-
но согласованы, то эффектив-
ность всех антенн одинаковая.
Поворотом в горизонтальной
плоскости можно изменять на-
правление диаграммы направ-
ленности в горизонтальной плос-
кости (Е-диаграмма), наклоном
в вертикальной плоскости мож-
но изменять вертикальный угол
возвышения.
Нежелательные искажения
диаграммы направленности про-
исходят из-за влияния близко
расположенных металлических
конструкций, крыш, телефонных
и силовых линий передач и т.д.
Низко установленная антенна
подвержена влиянию земной по-
верхности.
В отношении влияния на те-
левизионное и радиовещание
приведенные полуволновые излу-
чатели имеют существенные раз-
личия. Низкоомные и хорошо
согласованные антенны факти-
чески не причиняют помех теле-
визионному и радиоприему, а
если они есть, то эти высшие гар-
моники генерирует сам передат-
чик и тут с ними в первую оче-
редь необходимо бороться. Ос-
тавшуюся часть нежелательного
излучения берут на себя излуче-
ние открытых линиях передач.
Поэтому в густонаселенных рай-
онах следует применять в каче-
стве линии питания коаксиаль-
ный кабель, а также антенны
типа W3DZZ, полуволновой виб-
ратор со скрученной линией пи-
тания, петлевой вибратор, кото-
рые примерно равноценны.
Правда многодиапазонная ан-
тенна W3DZZ работает в 20-м,
15-м, и 10-м диапазоне с повы-
шенным коэффициентом усиле-
ния.
Соседнюю группу для полу-
волновых вибраторов образуют
проволочные антенны с длинным
проводом. Они представляют
группу антенн, которые состоят
из нескольких линейных длиной
7/2 проводов, при этом отдельные
провода возбуждаются противо-
фазно. С увеличением длины ан-
тенны диаграмма направленнос-
ти распадается на несколько
главных лепестков.
К этим антеннам принадле-
жат:
- длиннопроволочные антен-
ны
- многодиапазонная антенна
DL7AB
- V- антенна
- ромбические антенны
Эти антенны обладают уже
четко выраженной диаграммой
направленности и могут давать
хорошие результаты при 4 основ-
ных лепестках диаграммы на-
правленности. Кроме того они
имеют относительно большую
полосу пропускания и не критич-
ны к своим размерам.
Длиннопроволочные антенны
имеют небольшую стоимость, но
их монтаж требует большой пло-
щади, поэтому преимущества
этих антенн могут использовать
радиолюбители, живущие в сель-
ской местности. Рекомендуемой
формой является антенна V- об-
разная звезда как многодиапа-
зонная и имеющая почти круго-
вую диаграмму направленности.
Следующая группа - направ-
ленные рамочные антенны . Это
антенны имеют острую диаграм-
145
му направленности в направле-
нии, перпендикулярном плоско-
сти, в которой располагаются
элементы антенны. В данном
случае идет речь о комбинации
синфазно возбуждаемых полу-
волновых вибраторах, располо-
женных в вертикальной плоско-
сти друг над другом. Простей-
ший представитель этой группы
- два расположенных друг над
другом волновых вибратора.
Также к этой группе следует от-
нести Н- образную антенну,
W8JK, ZL, HB9CV. Все антенны
характеризуются излучением с
малым углом возвышения (угол
вертикального излучения), вы-
соким коэффициентом усиле-
ния, относительно малым мес-
том для монтажа и небольшой
стоимостью. Их недостатком
является то, что они излучают
только в одном направлении. В
этой группе можно рекомендо-
вать антенну Н-образная антен-
на (“Фаулер Хайнрих”), кото-
рая имеет двусторонюю диаг-
рамму направленности.
Примерно одинаковый коэф-
фициент усиления имеют на-
правленные вращающиеся ан-
тенны. Они имеет то неоцени-
мое преимущество, что с их по-
мощью можно устанавливать
связи со всех направлений и они
требует не много места. Сто-
имость изготовления довольно
высока, самая дешевая и при
этом эффективная форма антен-
ны - двойной квадрат, которая
с двумя элементами соответ-
ствует 3- элементной антенне
Уда-Яги.
Последней группой являют-
ся антенны с вертикальной по-
ляризацией, которые в качестве
простых вертикальных излуча-
телей занимают очень мало ме-
ста и имеют круговую диаграм-
му направленности. Самая изве-
стная и популярная- “граунд-
плейн”, которая несмотря на
свою круговую диаграмму на-
правленности при правильном
монтаже имеет плоскую диаг-
рамму направленности и хоро-
ший коэффициент усиления. В
сравнении с антенной “грауд-
плейн”,вертикальный полувол-
новой вибратор требует уста-
новки на удвоенную высоту.
При выборе антенны всегда
необходимо учитывать реаль-
ности, к которым следует отне-
сти:
1.Расположение на местнос-
ти, окружающую застройку зда-
ниями, положение и направле-
ние силовых линий передач и те-
лефонных линий.
Конкретную точку располо-
жения антенны, ее пригодность
и разрешение на установку ан-
тенны.
Расположение поблизости
молниеотводов, возможности
по заземлению.
146
2.Все расходы, связанные с
изготовлением (приобретени-
ем), установкой, заземлением и
пр.
3.Возможности приобрете-
ния материала для изготовления
4.Свой реальный потенциал
и навыки изготовителя. ‘
Из всего сказанного можно
установить, что особенно важно
и необходимо предварительное
планирование.
Описание практических кон-
струкций радиолюбительских
антенн, которое делается в следу-
ющих главах, имеет целью дать
радиолюбителю советы, реко-
мендации и помочь при выборе
наиболее рациональной антенны.
10. Конструкции антенн с полуволновым вибратором
В коротковолновой технике
антенны, в основе которых лежит
полуволновой вибратор, отлича-
ются лишь видом их питания.
Свойства полуволнового вибра-
тора были уже описаны в главе
3.1. В соответствии с его харак-
теристиками можно разделить
антенны на
- однодиапазонные антенны
- многодиапазонные антенны
- укороченные антенны
10.1. Однодиапазонные антен-
ны
Как видно из названия, одно-
диапазонные антенны пригодны
только для работы в одном лю-
бительском диапазон. Питание
осуществляется через согласован-
ную линию передачи, и поэтому
они не пригодны для возбужде-
ния на высоких гармониках .
10.1.1. Y- образная антенна
Так называемая Y-образная
антенна (Y- антенна ) является
полуволновым вибратором с со-
гласованной линией питания.
Подключение антенны произво-
дится как было уже указано в гла-
ве 6.1. с помощью дельта- согла-
148
сования. Длина вибратора равна
Х/2- И, где V- коэффициент укоро-
чения и может быть определена,
как и для всех полуволновых ан-
тенн, по формуле
, = 14г500 (101)
где /- частота в кГц, /- в мет-
рах
Расстояние X, м, между точка-
ми подключения согласующего
устройства к вибратору опреде-
ляется из
X = 36Q.00.... (102)
п . 45100 ( 1 n Э \
D- f
Рис 10.1. Y- образная антенна
Согласованная линия пере-
дачи произвольной длины
(рис. 10.1.) имеет волновое со-
противление 600 Ом и представ-
ляет собой двухпроводную ли-
нию с воздушной изоляцией.
Расстояние между проводника-
ми 150 мм, диаметр проводни-
ков 2 мм. Диаграмма направ-
ленности Y- антенны приведе-
на на рис 3.10.
10.1.2. Полуволновой вибратор
со скрученной линией питания
Полуволновой вибратор со
скрученной линией питания
представлен на рис 10.2. Скручен-
ная линия питания представляет
собой 2- жильный скрученный
кабель с резиновой изоляцией.
Подобные кабели широко приме-
няются в качестве сетевых кабе-
лей. Волновое сопротивление
этой линии передачи лежит обыч-
но в пределах 80-100 Ом. Затуха-
ние сигнала в этом кабеле, осо-
бенно для высокочастотных лю-
бительских диапазонов велико,
Рис 10.2. Полуволновой вибратор со
скрученной линией питания
поэтому эти линии передачи сле-
дует применять для антенн 80 и
40 метрового диапазона и делать
его по возможности коротким.
Меньшими потерями облада-
ет кабель из ПВХ изоляции не
скрученный, в котором провод-
ники расположены параллельно.
К тому же он менее родвержен
влиянию погодных условий, чем
кабель с изоляцией из резины.
Полуволновой вибратор име-
ет как известно волновое сопро-
тивление на зажимах примерно
65 Ом. Чтобы согласовать его с
более высоким сопротивлением
скрученного кабеля ветви вибра-
тора раздвигают друг относи-
тельно друга симметрично на не-
которое расстояние, пока в линии
передачи не исчезнут стоячие
волны.
10.1.3. Полуволновой вибратор
с питанием через коаксиальный
кабель
Для коротковолнового диапа-
зона коаксиальный кабель явля-
ется идеальной линией питания.
В простейшем случае к полувол-
новому вибратору можно под-
ключить коаксиальный кабель
любой длины, (рис. 10.3.). Внима-
тельный читатель заметит , что в
этом случае симметричная антен-
на питается несимметричным ко-
аксиальным кабелем. Однако
практика показывает, что осо-
бенно на коротких волнах это не
149
1U2500
Рис 10.3. Полуволновой вибратор с
питанием через коаксиальный ка-
бель 60 Ом
большой недостаток, поскольку
длина кабеля мала относительно
длины волны.
Из за отсутствия симметрии
диаграмма направленности будет
искажена. Симметрирование
производят добавлением симмет-
рирующих шлейфов ( глава 7.4.)
или применяют гамма- согласо-
вание (глава 6.3.)
10.1.4. Петлевой вибратор
В КВ диапазоне часто применя-
ется петлевой вибратор, который
имеет волновое сопротивление 240
Ом. К преимуществам петлевого
вибратора относятся его относи-
тельная широкополосность и воз-
можность питания ленточным ка-
белем любой длины. Петлевой
вибратор применяется исключи-
тельно как однодиапазонная ан-
тенна. Его коэффициент укороче-
ния равен 0,95 и поэтому он не-
сколько длиннее чем обыкновен-
ный вибратор(рис. 10.4)
Расстояние D между провод-
никами линии передачи составля-
ет
н_______0.95-Л/2
LF
УКВ плоская
двухпроводная
линия
передачи
Z= 24(1-280 Ом
Рис 10.4. Петлевой вибратор в каче-
стве коротковолновой антенны
20см для 3,5 МГц
15см для 7 МГц
10см для 14 МГц
8см для 21 МГц
5см для 28 МГц
Петлевой вибратор может
быть изготовлен из УКВ ленточ-
ного двухпроводный кабеля
(рис. 10.5.). При этом надо иметь
в виду следующие обстоятель-
ства: если рассматривать петле-
вой вибратор как параллельное
соединение двух полуволновых
вибраторов, то диэлектрическая
постоянная изоляционного мате-
риала ленточного кабеля не вли-
яет на коэффициент укорочения,
который равен 0,95, однако, с
другой стороны петлевой вибра-
тор можно рассматривать как
соединение двух короткозамкну-
Рис.10.5. Петлевой вибратор, изго-
товленный из ленточного кабеля
150
тых четвертьволновых линий,
как показано на рис 10.5.Ь. В этом
случае диэлектрическая постоян-
ная изоляционного материала
влияет на коэффициент укороче-
ния, который равняется при этом
V- 0,82. Если длина вибраторов,
образующих петлевой вибратор,
составляет (Х/2)0,95, то вибратор
настроен в резонанс, но составля-
ющие его четвертьволновые от-
резки слишком длинны, что при-
водит к появлению дополнитель-
ной реактивной составляющей.
Если же выбрать длину вибрато-
ра (Х/2)-0,82 , то антенна как из-
лучатель уже не настроена в ре-
зонанс и входное сопротивление
антенны будет комплексным.
Нам рис 10.5. показано, как мож-
но удовлетворить оба требова-
ния: геометрические размеры вы-
бираются равными (Х/2)0,95, а
на расстоянии (Х/2)-0,82 друг от
друга ленточный кабель замыка-
ют.
Антенны, изготовленные из
ленточных кабелей, особенно ча-
сто применяются в переносны
станциях, так как имеют неболь-
шую массу.
10.2. Полуволновой вибратор
для многодиапазонных антенн
Если возникает необходи-
мость питать полуволновой виб-
ратор с малыми потерями в ши-
роком диапазоне частот , то не-
обходимо применять настроен-
ные линии питания или исполь-
зовать комбинированные линии
питания.
,10.2.1. Антенна “цеппелин”
Классическая “цеппелин” ан-
тенна представляет собой про-
стой полуволновой вибратор,
который питается с одного кон-
ца через двухпроводную настро-
енную линию передачи.
(рис.10.6.).
Один провод линии передачи
подключается в вибратору, а вто-
рой изолируется от него. Длина
линии передачи должна состав-
лять Х/4 или быть кратной Х/4.
Если длина линии передачи рав-
на 2-Х/4, 4-Х/4,6• Х/4 и т.д., то есть
равна четному числу Х/4 , то на
входе и выходе линии соотноше-
ние распределения токов и напря-
жений одинаковое. Если же дли-
на линии равна нечетному числу
Х/4 , то соотношение токов и на-
пряжений на концах линии про-
тивоположное. На излучающем
конце всегда максимум (пуч-
ность) напряжения (см главу
5.3.2.),
Л/4 или
кратна Л/4
VK/2 или
кратна Х/2
хх>
Рис 10.6. Антенна “цеппелин”
151
Если питание вибратора осу-
ществляется по линии питания
длиной 2 Х/4, (четное число) то на
ее нижнем конце также имеется
пучность напряжения, и в этом
случае говорят о связи по напря-
жению. Если длина линии пере-
дачи равна нечетному числу А/4,
то при этом соотношение изменя-
ется, и хотя на излучающем кон-
це по-прежнему имеет место пуч-
ность, на нижнем конце линии
имеется узел напряжения (пуч-
ность тока). В этом случае гово-
рят о связи по току.
Полуволновая антенна “цеп-
пелин” рассчитанная на волну 80
м, одновременно может служить
и широкополосной антенной при
некоторых ограничениях, так как
на волне 40 м эта антенна рабо-
тает как волновая антенна , а на
волнах 20, 15, Юм- как вибра-
тор длиной 21,31 или 41 с питани-
ем на конце. Если длина линии
передачи составляет приблизи-
тельно 40 м, т.е. 2• А/4 для 80 м, то
на всех диапазонах имеет место
связь линии передачи по напря-
жению. Если линия передачи име-
ет длину 20 метров, что соответ-
ствует А/4 для 80 м, то на частоте
3,5 МГц имеет место связь по
току., а на остальных диапазонах
- по напряжению.
Связь настроенной линии пе-
редачи с выходным каскадом пе-
редатчика осуществляется всегда
с помощью схем связи, которые
были уже описаны в главе 8.2.
Целесообразно изготовлять
длину линии передачи не точно
равную А/4 или кратному значе-
нию Х/4, так как в этом случае
могут легко появиться нежела-
тельные синфазные волны по от-
ношению к земле, которые при-
водят к паразитному излучению
самой линии передачи. Для ши-
рокополосной антенны рекомен-
дуются длины линий между 12,5-
14 м. В этом случае паразитное
излучение минимально и линия
легко настраивается в резонанс
устройствами связи.
10.2.1.1 . Многодиапазонная
антенна “цеппелин”
Антенна, сконструированная
на основе приведенных выше со-
ображений приведена на рис 10.7.
Эта антенна для диапазонов
80, 40, 20, и 15м имеет связь по
току, а в диапазоне 10 м - по на-
пряжению и может также быть
выполнена с длиной вибратора
20,42 м, но при этом антенна не
работает в диапазоне 80м. Толь-
ко если конец линии передачи,
подключаемый к передатчику,
замкнут накоротко и связь с око-
Щ5т
(2&2т)
*OOfCO<
-Ьоо-
13,75т
X X
Рис 10.7. Многодиапазонная антен-
на “цеппелин”
152
Рис. 10.8. Антенна “цеппелин" с пи-
танием через согласованную линию
передачи
нечным каскадом осуществляет-
ся через я- фильтр, в этом случае
такая антенна может быть ис-
пользована и в 80 метровом диа-
пазоне в качестве простейшей L-
образной антенны.
Если антенна, питаемая с кон-
ца, используется только в одном
диапазоне, то имеет смысл под-
ключить к концу вибратора от-
резок двухпроводной линии и
питать антенну через согласован-
ную линию (см. Главу 6.6.) со-
гласно рис. 10.8. В качестве линии
питания в этом случае могут быть
как ленточные так и самодельные
двухпроводные линии передач.
10.2.1.2 . Двойная антенна
“цеппелин”
Как уже упоминалось, сим-
метричный вибратор с централь-
ным ( в середине вибратора) пи-
танием имеет наиболее чистую
диаграмму направленности.
Одна из таких антенн с централь-
ным питанием, применяемая на
всех КВ диапазонах, известна как
двойная антенна “цеппелин”,
(рис.10.9.)
Эта антенна может излучать
паразитные волны, синфазные
относительно земли, в случае,
если линия передачи и подклю-
ченная к ней половина вибрато-
ра составляют вместе Х/2 или дли-
ну, кратную Х/2. Поэтому следу-
ет избегать настройки антенны в
резонанс. В таблице 10.1. приве-
дены проверенные на практике
размеры многодиапазонных ан-
тенн этого типа. Для настройки
линии передачи и ее согласования
с оконечным каскадом передат-
чика применяются схемы, приве-
денные в главе 8.2. Наиболее ча-
сто применяемая связь с помо-
щью п- фильтра.
Если антенна применяется ис-
ключительно как однодиапазон-
ная, то ее можно согласовать с
помощью Х/4 шлейфа (глава 6.6.)
с согласованной линией переда-
чи сколько угодно большой дли-
ны. Следует иметь в виду, что
, Щ
12,80т или (12,95т)
23,60т №5т)
Катушка связи с передатчиком
Рис 10.9. Многодиапазонная антен-
на двойной “цеппелин” с централь-
ным питанием и настроенной лини-
ей передачи
153
если общая длина вибратора рав-
на IX или целому числу X, (пуч-
ность напряжения в точке пита-
ния), то применяется замкнутый
четвертьволновый шлейф, а если
длина вибратора равна Х/2 или
нечетному числу Х/2, то следует
использовать разомкнутый чет-
вертьволновый шлейф.
10.2.2 . Антенна “виндом”
Антенна “виндом” была на-
звана в честь ее изобретаталя ра-
диолюбителя W8GZ Лорена Вин-
дома. Она представляет собой по-
луволновой вибратор с согласо-
ванной однопроводной линией
питания сколь угодно большой
длиной.
Волновое сопротивление этой
согласованной однопроводной
линии в первую очереди зависит
от диаметра провода, а также в
большой степени определяется
окружающей обстановкой,
(дома, деревья и т.д.) При исполь-
Таблица 10.1 .Размеры для различных многодиапазонных антенн типа двой-
ная антенна “цеппелин”
Общая длина вибратора, м Длина настроенной линии передачи, м Диапазон Вид связи линии с передатчиком
41,15 12,80 80 По напряжению
40 По напряжению
20 По напряжению
10 По току
41,15 23,6 80 По напряжению
40 По напряжению
20 По напряжению
15 По напряжению
10 По напряжению
20,42 12,95 80 По току
- 40 По напряжению
20 По напряжению
15 По напряжению
10 По напряжению
20,42 19,95 80 По напряжению
40 По току
20 По напряжению
15 По току
10 По напряжению
154
зовании провода диаметром око-
ло 1,5-2 мм волновое сопротив-
ление линии передачи при усло-
вии хорошей “земли” равно при-
близительно 500 Ом .Линию пе-
редачи подключают к вибратору
таким образом, чтобы она оказа-
лась согласованной с входным
сопротивлением антенны. Точка
подключения линии передачи,
где входное сопротивление ан-
тенны равно 500 Ом, находится
на расстоянии примерно 0,18 1 от
конца провода и уточняется экс-
периментально по отсутствию в
линии питания стоячих волн.
Особенно важным для антен-
ны “виндом” хорошее заземле-
ние, так как земля является как
бы вторым проводником. Второе
условие - провод питания должен
подходить перпендикулярно к
проводнику антенны и острые
перегибы проводника не допус-
каются.
Расчетная длина полуволно-
вого вибратора /, м и расстоя-
ние точки подключения линии
передачи А, м, от конца полувол-
нового вибратора определяют по
формулам
;=!4в (|04)
и
А = .54000 .. (Ю.5.)
где/- в кГц
14
Любая длина
Рис. 10.10. Антенна “виндом”
При настройке можно вос-
пользоваться прибором для заме-
ра КСВ или высокочастотным
вольтметром, при этом измеряют
напряжение на отрезке однопро-
водной линии передачи. Согласо-
вание в линии будет, если во всех
точках отрезка напряжения будут
равны. При больших и средних
мощностях передатчика доста-
точна неоновая лампочка в каче-
стве индикатора, которая долж-
на светиться во всех точках линии
передачи с одинаковой интенсив-
ностью. Если провод линии пере-
дачи стыкуется непосредственно
к контуру передатчика через ем-
кость, то все высокие гармоники
попадают в антенну. Поэтому
всегда следует применять проме-
жуточный контур, как на рис
10.11. Еще лучше применять п-
фильтр (см. Главу 8.1.1.1.) соглас-
Рис.10.11 Антенна “виндом” с про-
межуточным контуром
155
Таблица 10.2. Данные промежуточного контура
Диапазон, м Емкость, пФ Индуктивность, мкГ Число витков Диаметр, мм
80 200 15 20 60
40 100 10 16 50
20 50 3,5 9 50
15 50 1,5 6 50
10 50 1,0 5 50
но рис. 10.14. Данные промежу-
точного контура приведены в
таблице 10.2.
Как в случае емкостной связи,
так и в случае применения про-
межуточного контура, следует
выбирать точку подключения
линии питания к полуволновому
вибратору таким образом, чтобы
обеспечить согласование волно-
вого сопротивления линии пере-
дачи с сопротивлением контура.
Поэтому сначала производят на-
стройку схемы связи с выходным
контуром, изменяя число витков
выходного промежуточного кон-
тура, от которого делают отвод,
или меняя настройку л- фильтра,
а потом производят перемещение
точки подключения линии к ан-
тенне, добиваясь устранения сто-
ячих волн.
На рис 10.12. приведена со-
ставленная на основе экспери-
ментальных данных диаграмма
размеров полуволнового вибра-
тора / и положение точки под-
ключения линии питания В отно-
сительно середины вибратора
для 80 м диапазона.
Пример
Определить для рабочей час-
тоты 3700 кГц длину антенны
“виндом” и точку подключения
линии передачи.
Рис. 10.12 Геометрическая длина антенны “виндом”для 80 м диапазона и рас-
стояние В точки подключения линии питания от середины вибратора в за-
висимости от частоты
156
-оо
Рис. 10.13 Связь антен-
ны “виндом” с оконеч-
ным каскадом передат-
чика с помощью проме-
жуточной коаксиальной
линии связи
Для частоты 3700 кГц длина
определяется по верхней шкале
номограммы (пример - пунктир-
ная линия) В данном случае она
составит 39,18 метров. Расстоя-
ние В от геометрической середи-
ны вибратора до точки подклю-
чения линии передачи определя-
ют из нижней шкалы. Оно состав-
ляет 5,38 метра.
157
Рассмотренная антенна “вин-
дом” применяется в основном в
тех случаях, когда передатчик
находится в непосредственной
близости от передающей антен-
ны. В случае, когда требуется
провести линию питания через
комнату и вообще, когда требу-
ется большая протяженность ли-
нии передачи, то для того чтобы
не появились стоячие волны и не
происходило изменение волново-
го сопротивления линии, исполь-
зуется всегда коаксиальная про-
межуточная линия связи (см.
Рис. 10.13.) Данные контура L3-C
определяются из таблицы 10.2. О
промежуточной линии связи
было подробно рассказано в гла-
ве 8.
10.2.2.1 . Многодиапазонная
антенна “виндом”
Многодиапазонная антенна
“виндом” была предложена ра-
диолюбителем VS1AA , которая
также называется компромисной.
Диаметр провода такой антенны
меньше диаметра провода линии
передачи, например, если провод,
из которого сделана антенна,
имеет диаметр 2 мм,то линия пе-
редачи -1 мм ( отношение диа-
метров 2:1) На рис 10.14 изобра-
жена такая компромисная антен-
на “виндом” со всеми необходи-
мыми размерами. Эта антенна
может использоваться во всех
любительских диапазонах, но
следует учитывать некоторую
158
неточность согласования и по-
этому следует всегда подстраи-
вать резонансную частоту с по-
мощью л- фильтра. Таким обра-
зом однопроводная линия пере-
дачи становится промежуточным
видом между согласованной и
настроенной линией передачи, но
это ни в коем случае не плохое
решение.
Многодиапазонная антенна
“виндом” работает в диапазоне
80 м как полуволновой вибратор,
диаграмма направленности пер-
пендикулярна оси излучателя. В
диапазоне 40 м работает как вол-
новой вибратор, в диапазоне 20
м на длине антенны умещаются
21, в диапазоне 15 м - 31, в диапа-
зоне Юм- 41. При этом диаграм-
ма направленности изменяется
соответственно рис 11.1.
Другая разновидность много-
диапазонной антенны “виндом”
показана на рис 10.5. У этой ан-
тенны длина линии питания дол-
жна быть 10-15 метров, а связь с
выходным каскадом передатчика
осуществляется также через л-
фильтр. В диапазоне 80 м эта ан-
тенна работает не как антенна
“виндом” - однопроводная ли-
ния в этом случае сама действует
как четвертьволновый вибра эр
относительно земли, малая про-
тяженность которого в некото-
рой степени компенсируется уд-
линяющей емкостью провода го-
ризонтального вибратора. В 40 м
диапазоне такая антенна имеет
диаграмму направленности в
виде восьмерки, а в диапазоне 20,
15 и 10 м (IX, 1,5Х и 2Х) диаграм-
ма направленности в горизон-
тальной плоскости соответству-
ет рис. 11.1.
10.2.3 . Согласованная двухди-
апазонная антенна
Двухдиапазонную антенну с
питанием через двухпроводную
УКВ плоскую линию предложил
радиолюбитель DL1BU
(рис. 10.16) . Эта антенна хоро-
шо согласуется у приведенными
размерами в диапазоне 40 м как
полуволновой вибратор, а в ди-
апазоне 20 м как волновой виб-
ратор. Антенну можно исполь-
зовать и в 10 м диапазоне, если
учесть некоторое рассогласова-
ние. Для этого обычно включа-
ют дополнительно л- фильтр
(рис.10.17).
Расчет точки подключения
линии питания к антенне произ-
водят по методике антенны “вин-
дом”. Мощность этой антенны
может быть равна мощности хо-
рошо согласованной антенне
“виндом”. Помехи для работы
ТВ и радиовещания от этой ан-
тенны меньше, чем от антенны
“виндом”.
10.2.4 . Согласованная четы-
рехдиапазонная антенна
Антенна, которая относитель-
но хорошо работает на четырех
диапазонах (рис. 10.17), так же
как и многодиапазонная антенна
“виндом” является компромисс-
ным решением: в линии переда-
чи всегда имеются более или ме-
нее выраженные стоячие волны,
что требует применения симмет-
ричного п - фильтра. Он однако
не устраняет стоячие волны,
сколько позволяет настроить всю
систему резонанс и создает для
передатчика чисто действитель-
ную нагрузку., поэтому говорят
о компромиссном питании.
Помехи, создаваемые четы-
рехдиапазонной антенной для
ТВ и радиовещания имеют тот же
характер, что и для антенны
“виндом”, хотя при работе с лен-
Рис 10.16 Двухдиапазонная
антенна с согласованной
линией питания 300 Ом
27,95т
УКВ ленточная двухпроводная
линия передачи 300 Ом
13,50т
Ьоо-
РИС. 10.17. Четырехдиапа-
зонная антенна с согласо-
ванной линией питания
точным УКВ кабелем помехи
меньше, чем у антенны “виндом”.
10.2.5 . Согласованный много-
диапазонный вибратор
В рассмотренных выше антен-
нах использовалась возможность
нахождения на антенном провод-
нике такой точки, которая для
нескольких диапазонов имеет
приблизительно одинаковое
полное сопротивление. В этой
точке проводник антенны разры-
вался и к ней подключалась ли-
ния питания с волновым сопро-
тивлением, приближенно равным
общему сопротивлению излуче-
ния антенны на нескольких диа-
пазонах.
Этот принцип можно исполь-
зовать при согласовании на не-
скольких диапазонах с помощью
четвертьволнового трансформа-
тора.
На рис. 10.18 представлен по-
луволновой вибратор с двухпро-
водной УКВ плоской двухпро-
водной линией питания и снаб-
женный открытым четвертьвол-
новым шлейфом. Если полувол-
новой вибратор находится в ди-
апазоне 80 м в резонансе, то в
диапазонах 40, 20 и Юм будет
также резонанс за счет гармоник.
Четвертьволновый открытый
трансформаторный шлейф для
диапазона 80 м представляет со-
бой одновременно для диапазо-
на 40 м - полуволновую линию,
для диапазона 20 м - волновую
линию и для 10 м - 21 линию. На
этом отрезке незамкнутого шлей-
фа необходимо найти точку, в
которой полное сопротивление
будет приблизительно равно 300
Ом для всех диапазонов. В эту
точку можно подключить длин-
Рис. 10.18. Согласованный многоди-
апазонный полуволновой вибратор
160
ную линию питания с волновым
сопротивлением 300 Ом и таким
образом согласовать антенну
примерно на все диапазоны. Те-
оретические расчеты и практика
показывают, что эта точка нахо-
дится на расстоянии одной трети
длины шлейфа от точек питания
полуволнового вибратора.
Шлейф и линию питания мож-
но изготовить из одного и того
же УКВ двухпроводного ленточ-
ного кабеля. В этом случае при
расчете длины необходимо
учесть коэффициент укорочения.
Для приведенных для рис.
10.19 размеров коэффициент сто-
ячей волны составляет в начале
диапазона 80 м (3500 кГц) 5=1,8,
и увеличивается к концу диапа-
зона до s= 4. В 40 м диапазоне
имеем очень хорошее согласова-
ние и s < 1,5. Также для диапазо-
на частот 14000-14200 кГц КСВ
составляет меньше 2. Бросается в
глаза то, что вибратор хорошо
работает и в 15 м диапазоне и
имеет КСВ не хуже чем 2,5.Для
диапазона 10 м КСВ составляет
в начале диапазона примерно 1,2
и далее растет с увеличением ча-
стоты до 2,5 .
Многодиапазонные антенны
являются всегда компромиссным
решением. Описанная антенна
обладает особенно хорошим ком-
промиссом.
10.2.6 . Многодиапазонная ан-
тенна с питанием через коаксиаль-
ный кабель
Многодиапазонная антенна с
питанием через коаксиальный
кабель представлена на рис.
10.19. В антенне для каждого ди-
апазона используется отдельный
полуволновой вибратор.
Недостатком антенны являет-
ся конструктивная сложность,
поэтому антенна редко изготав-
ливается самостоятельно. Про-
мышленные конструкции антенн,
работающие по этому принципу,
имеют специально изготовлен-
ный антенный металлический
проводник, который одновре-
менно выполняет задачу держать
короткие вибраторы. Последние
заключены в общий диэлектрик.
Рис. 10.19. Многодиапазон-
ная антенна с питанием через
коаксиальный кабель
6 Антенны
161
Как и для всех многодиапа-
зонных ангенн следует непремен-
но заботиться о применении л-
фильтра для фильтрации высо-
ких гармоник.
10.2.7 . Многодиапазонная ан-
тенна G5RV
Многодиапазонная антенна,
предложенная радиолюбителем
G5RV, получила широкое рас-
пространение вследствие просто-
ты конструкции и небольших
размеров. Однако не следует воз-
лагать слишком большие надеж-
ды на эффективность этой антен-
ны, так как она представляет со-
бой компромиссное решение и
дает усиление, не многим больше
усиления обычного полуволно-
вого вибратора ( в диапазоне 10
и 15 м). На рис 10.20 приведены
размеры антенны G5RV.
К точкам питания антенны
подключен отрезок открытой
двухпроводной линии длиной
12,9 м , что на волне 10 м состав-
ляет 5/4- X. Следует учесть коэф-
фициент укорочения . Волновое
сопротивление этой линии не
критично и может лежать в пре-
делах 300-400 Ом. Если приме-
нить УКВ ленточную линию пе-
редачи с Z=240 Ом, то потери в
линии несколько возрастут. С
учетом коэффициенты укороче-
ния длина этого отрезка из УКВ
кабеля типа 300 А7-1 составит
13,15 0,8 = 10,52 м.
В диапазоне 10 м антенна име-
ет длину 6-1/2 и, следовательно
питание осуществляется в пучно-
сти напряжения (высокое полное
сопротивление). Двухпроводная
линия питания длиной 5/41 транс-
формирует, как нам уже извест-
но, это высокое сопротивление в
низкое, и здесь уже находится
минимум напряжения. К концу
линии подключается низкоом-
ный коаксиальный кабель с вол-
новым сопротивлением 60 Ом и
этим достигается достаточно точ-
ное согласование.
В диапазоне 15 м длина виб-
ратора равна почти 21, согласу-
ющая линия имеет при этом дли-
ну несколько большую, чем 3/41.
Несмотря на большую длину со-
гласование все же достаточно
удовлетворительное.
Для длины волна 20 м обе
половины вибратора имеют вме-
сте длину, равную 1,51, и, следо-
вательно , в точках питания вход-
ное сопротивление антенны не-
большое. Так как согласующая
двухпроводная линия на волне 20
Рис 10.20. Многодиапазонная антен-
на G5RV
162
Ь2-С2 примерно 7050 кГц. Ка-
тушки имеют следующие конст-
руктивные данные: диаметр ка-
тушки 50 мм, длина катушки 80
мм, число витков 19. Настройку
на резонансную частоту 7050 кГц
производят с помощью гетеро-
динного индикатора резонанса
раздвигая витки катушек.
Особое внимание следует об-
ратить на заградительные кон-
туры. Они должны иметь высо-
кую добротность и температур-
ную стабильность. Необходимо
всегда учитывать, что загради-
тельный контур , который рабо-
тает на улице, всегда подвержен
воздействию резких изменений
температуры, что влияет на его
резонансную частоту. В против-
ном случае может оказаться, что
антенна будет работать только
на одних диапазонах, а на других
нет. Поэтому положительный
уход частоты за счет индуктивно-
сти необходимо скомпенсировать
подключением к катушке конден-
сатора с отрицательным темпера-
турным коэффициентом. Каче-
ство температурной стабилиза-
ции экспериментально проверя-
ют нагревая и охлаждая конту-
ры и контролируя резонансную
частоту.
На заграждающих контурах
действуют большие напряжения,
поэтому применяют конденсато-
ры с высоким рабочим напряже-
нием порядка 3 кВ. Сам конден-
сатор помещают в корпус из по-
листирола и хорошо герметизи-
руют. Хорошую индуктивность
можно получить используя посе-
ребренный провод диаметром
2мм. Весь контур целиком поме-
щают в герметичную коробочку
из диэлектрика. В качестве при-
мера конструкции служит рис.
10.22.
Для этого примера длина
плексигласового цилиндра равна
135 мм, внешний диаметр цилин-
Рис 10.22. Конструкция заградительного контура для многодиапазонной
антенны W3DZZ
164
м длиннее Л/2, то при этом имеет
место плохое согласование с 60-
омным коаксиальным кабелем,
что приводит в 20 м диапазоне к
появлению стоячих волн и поте-
рям.
В диапазоне 40 м вибратор
слишком длинный, чтобы быть
полуволновым и слишком корот-
кий , чтобы быть волновым. В
этом диапазоне согласующая ли-
ния действует как часть антенны
и соответственно удлиняет ее.
Такой вынужденный резонанс
плохо влияет на качество рабо-
ты в диапазоне 40 м.
В диапазоне 80 м антенна ра-
ботает еще хуже. Благодаря зна-
чительному рассогласованию
возникают очень сильные сто-
ячие волны.
Эта антенна должна, как и все
компромиссные антенны, согла-
совываться с выходным каскадом
передатчика через л -фильтр. В
этом случае ее можно использо-
вать для работы в диапазоне 10 и
15 метров.
10.2.8 . Многодиапазонная ан-
тенна W3DZZ
Многодиапазонная антенна с
согласованной линией передачи
из коаксиального кабеля, сконст-
руированная радиолюбителем
W3DZZ, заслуживает особого
внимания. Для радиолюбителей,
желающих иметь многодиапа-
зонную антенну с малыми поте-
рями, эта конструкция без сомне-
ния наиболее подходящая.(-
рис.10.21.)
Место, необходимое для раз-
мещения антенны небольшое, и в
диапазонах 10,15 и 20 м антенна
имеет хороший коэффициент уси-
ления по сравнению с полувол-
новым вибратором. Обычно при
соблюдении указанных на рисун-
ке размеров никаких корректиро-
вок не требуется.
Индуктивность катушек заг-
радительных контуров Zj и L2 по
8,3 мкГ, емкость конденсаторов
- по 60 пФ. Следовательно резо-
нансная частота контуров Lx-Cv
Рис. 10.21. Многодиапазонная антенна W3DZZ
6’
163
дра равен 65 мм, число витков
катушки 20, диаметр медного (без
лаковой изоляции) провода 1,5,
диаметр катушки 50 мм, С=60
пФ, Грез = 7,05 МГц.
Резонансные частоты много-
диапазонной антенны W3DZZ
равны 3,7 МГц, 7,05 МГЦ, 14,1
МГц, 21,2 МГц, 28,4 МГц. Антен-
на работает в диапазоне 80 м как
полуволновой вибратор. Общая
длина провода антенны 33,56 м.
Он слишком короток для полу-
волнового вибратора в диапазо-
не 80 м, но катушки Lx и Ь2з этом
случае являются удлиняющими и
резонансная частота приблизи-
тельно равна 3700 кГц.
В диапазоне 40 м оба контура
работают как заградительные с
резонансной частотой 7050 кГц.
Вследствие большого резонанс-
ного сопротивления этих конту-
ров для диапазона 40 м эффектив-
но действуют только участки с
длинами 10,7 м антенного прово-
да, т.е. й в 40 м диапазоне антен-
на работает тоже как полувол-
новой вибратор.
На волне 20 м электрическая
длина антенны равна 1,5Х, на вол-
не 15 м- 2,5Х, а на волне 10 м -
3,5Х. Для частоты 14 МГц кон-
денсаторы укорачивают электри-
ческую длину антенны, на час-
тотах 21 и 28 МГц индуктивнос-
ти удлиняют электрическую дли-
ну антенны. Во всех случаях на
входных зажимах антенны нахо-
дятся пучности тока, и поэтому
питание осуществляют низкоом-
ным коаксиальным кабелем с
волновым сопротивлением 60
или 75 Ом. При этом КСВ для
всех диапазонов не превышает 2.
Многодиапазонная антенна
W3DZZ может быть улучшена,
если применить вместо коакси-
ального кабеля симметричную
экранированную двухпроводную
линию с волновым сопротивле-
нием 120 Ом (тип 120D10-1). В
этом случае антенна будет сим-
метрирована и кроме того, со-
противление излучения в диапа-
зонах 20, 15, Юм (DX- диапа-
зон) равняется 120 Ом. КСВ ра-
вен примерно 1. При этом для
диапазонов 40 и 80 м КСВ не пре-
вышает 2.
Как видно из рисунка 10.21,
кабель питания должен подхо-
дить к проводнику антенны пер-
пендикулярно на отрезке мини-
мум 6 м. Это общее правило , ко-
торое распространяется на все
линии питания. Хотя кабель мо-
жет быть теоретически любой
длины, все же, как показали прак-
тические исследования, наилуч-
шие результаты достигаются ,
когда электрическая длина линии
передачи составляет 7-Х/2 для
частоты 28 МГц. (Так как длина
волны, соответствующая частоте
28 МГц, равна 10,6 м, а полувол-
ны - 5,3 м , то 7 полуволн равно
37,1 м ). С учетом коэффициента
укорочения коаксиального кабе-
ля геометрическая длина кабеля
165
равна 37,1 • 0,66- 24,49 м. Если
этой длины недостаточно, то она
может быть увеличена, но про
этом ее общая электрическая дли-
на должна равняться нечетному
числу полуволн: 9,11,13 и т.д.
Однако, это удлинение нежела-
тельно из-за появления на несим-
метричном коаксиальном кабеле
поверхностных волн и соответ-
ственно паразитного излучения.
Другим видом антенны
W3DZZ является антенна, имею-
щая общую длину излучателя
чуть меньше 17 м. Эта антенна
используется в диапазонах 40м,
20м, и Юм. (рис. 10.23.)
Отрезки провода антенны,
подключаемые к зажимам пита-
ния, равны по 5,08 м каждый, да-
лее следуют заградительные кон-
туры и внешние отрезки по 3,2 м
каждый. Каждый заградитель-
ный контур имеет резонансную
частоту 14,1 МГц и состоит из
катушки индуктивности 4,7 мкГ
и конденсатора 27 пФ. Катушки
в диапазоне 40 м действуют как
удлиняющие и, таким образом,
позволяют настроить антенну в
полуволновой резонанс, несмот-
ря на малую длину вибратора.
27pF
Рис. 10.23. Измененная антенна
W3DZZ
В диапазоне 20 м действуют
заградительные контуры и вне-
шние отрезки антенны не работа-
ют. Вибратор в этом случае со-
стоит только из внутренних от-
резков по 5,08 м каждый.
В диапазоне 10 м антенна
представляет собой вибратор с
длиной 2,5Х, и при этом катушки
индуктивности заградительных
контуров снова работают как
удлиняющие.
Питание и монтаж антенны
осуществляются аналогично тре-
бованиям антенны W3DZZ.
10.3. Антенны для диапазонов
80м и 40м с уменьшенными разме-
рами
Желание многих радиолюби-
телей получить антенну с хоро-
шими характеристиками ограни-
чено порой недостаточным мес-
том для монтажа этой антенны.
Если для антенн высокочас-
тотного любительского диапазо-
на еще порой можно найти место
на крыше дома, то для антенн 80
м диапазона, в котором как раз и
начинают молодые радиолюби-
тели свою деятельность, это явля-
ется проблемой. Но тот , кто за-
нимается антенной техникой ,
всегда при желании может найти
правильное решение. Общего
совета в этом случае не существу-
ет, так как местные условия мо-
гут быть всевозможными, одна-
ко в этом случае могут быть при-
166
менены для диапазонов 80 и 40 м
антенны с уменьшенными разме-
рами..
10.3.1. Двухдиапазонная Т-
образная антенна
Такая антенна, показанная на
рис. 10.24, имеет чрезвычайно
компактную конструкцию, но
несмотря на это она является эф-
фективной антенной для диапа-
зона 80м и 40м.
При работе в диапазоне 80 м
антенна действует как двухпро-
водный вибратор с вертикальной
поляризацией излучения, имею-
щий эффективную высоту 14. На
рис 10.25 приведены вертикаль-
ный четвертьволновый вибра-
тор, представляющий собой по-
ловину шлейфового вибратора, и
тот же вибратор только с той
Рис. 10.24 Двухдиапазонная Т- ан-
тенна
£=л/а
1.. ।
/•л/я
Ь]
Рис. 10.25. Т-образная антенна для
диапазона 80 м.
а- вертикальный Л/4 излучатель
Ь- уменьшение размеров в верти-
кальной плоскости при сохранении
А/4- резонанса.
разницей, что его верхняя поло-
вина сжата в вертикальном на-
правлении. Такой вибратор име-
ет Т- образную форму, и высоко-
частотная энергия излучается в
основном вертикальной его час-
тью, в то время как горизонталь-
ная часть служит в качестве ем-
кости по отношению к земле. В
качестве второй половины виб-
ратора служит его зеркальное
отражение в земле, так что для
этой антенны хорошее заземле-
ние играет решающую роль. При
изготовлении этой антенны необ-
ходимо внимательно ознако-
миться с главой 19.1.
При работе в диапазоне 40 м
вертикальная часть вибратора
имеет длину Л/4 и служит в каче-
стве согласующего трансформа-
тора для согласования низкоом-
ного коаксиального кабеля пита-
ния с высоким входным сопро-
167
тивлением горизонтальной части
антенны.
Длина отрезка L равна 10,65
м, и его конструкция такая же
как и конструкция шлейфового
вибратора. Расстояние между
проводниками некритично.
Вертикальный отрезок антенны
так же имеет длину 10,65 м, в
случае, если используется двух-
проводная линия питания с воз-
душной изоляцией и волновым
сопротивлением 300-500 Ом.
Если же применяется ленточный
кабель УКВ с волновым сопро-
тивлением 300 Ом (например,
тип 300А7-1) , то в этом случае
необходимо учитывать коэффи-
циент укорочения, равный 0,8 ,
таким образом имеем длину V
примерно 8,71 м. При такой
конструкции высота антенны
уменьшается почти не 2 метра,
что в некоторых случаях целе-
сообразно.
Так как в диапазоне 80 м ан-
тенна работает как Х/4 вибратор
с вертикальной поляризацией,
то необходимо, чтобы верти-
кальная часть была строго пер-
пендикулярна к поверхности
земли. Один проводник антен-
ны подключается к сети зазем-
ления непосредственно у повер-
хности земли, а второй конец -
к центральной жиле коаксиаль-
ного кабеля длина коаксиально-
го кабеля может быть любой и
проходить под поверхностью
земли.
10.3.2. Укороченный вибратор
для диапазона 80м и 40м
Часто возникают трудности
при размещении полуволнового
вибратора для диапазона 80м. В
таких случаях целесообразно ис-
пользовать удлиняющие катуш-
ки индуктивности, что позволя-
ет по мере надобности укорачи-
вать длину проводника антенны.
Чем ближе" располагается ка-
тушка индуктивности к пучнос-
ти тока в антенне, тем больше ее
укорачивающее действие. Ка-
тушку индуктивности помещают
в таком месте проводника антен-
ны, чтобы вибратор был настро-
ен в резонанс по отношению к
рабочим частотам, соответству-
ющим диапазонам 40 м и 80м.
При этом надо учитывать, что
антенна обладает более узкой
полосой пропускания для той ча-
стоты, на которой она больше
укорочена. Если в диапазоне 40
м ширина полосы пропускания
антенны полностью перекрывает
диапазон рабочих частот, так как
вибратор здесь имеет почти пол-
ную длину, то в диапазоне 80 м
ширина полосы пропускания со-
ставляет только 80 кГц вслед-
ствие того, что для этого диапа-
зона вибратор значительно уко-
рочен.
Любая конструкция антенны
с удлиняющими катушками име-
ет в своем составе три перемен-
ные величины: длину вибратора,
точку включения удлиняющей
168
Lf1,53m
Ц-Wm
Lr-1Q97m
120jiH 12tyH
Рис 10.26. Двухдиапазонный укороченный вибратор для диапазонов 40 и
80 м
катушки и ее индуктивность.
Практические эксперименты по-
казали, что для диапазонов 80 м
и 40 м наиболее целесообразно
применять удлиняющие катушки
с индуктивностью 120 мкГ. На
рис. 10.26 показан вибратор, раз-
меры которого рассчитаны для
телеграфной части диапазона 80
м, а в диапазоне 40 м этот вибра-
тор имеет полосу пропускания,
перекрывающую весь диапазон.
Общая длина этой двухдиапазон-
ной антенны 26 м., входное со-
противление 60 Ом, индуктив-
ность удлиняющих катушек 120
мкГ. Такая индуктивность может
быть получена при намотка 200
витков медного провода диамет-
ром 1 мм на цилиндр из изоляци-
онного материала диаметром 26
мм.
Если требуется в диапазоне 80
м сместить полосу пропускания в
высокочастотный конец диапазо-
на, то следует укоротить отрезок
L2 ( например, до длины 1,25 м).
На рис. 10.27. изображен уко-
роченный вибратор для диапазо-
нов 80 м, расположенный наклон-
но по отношению к поверхности
земли. Для его изготовления не-
обходимо иметь мачту высотой
около 7 м и четыре штанги высо-
той 1,5 м. Следует заметить, что
вибратор не разрывается в сере-
дине. Питание в этом случае осу-
ществляется через коаксиальный
кабель с дельта- согласованием,
(см. Главу 6.1.).
Резонансная частота этой ан-
тенны для диапазона 80 м лежит
в телефонной части диапазона
(около3700 кГц). Данные удлиня-
ющих катушек те же, что и для
антенны, изображенной на рис
10.26. Так как антенна находит-
ся в непосредственной близости
Рис. 10.27. Наклонный укороченный вибратор для диапазонов 80м и 40м
169
от земли, то ее резонансная час-
тота сильно зависит от проводя-
щих свойств земли и поэтому
окончательную настройку прове-
ряют по гетеродинному индика-
тору резонанса (ГИР). Обе ан-
тенны должны быть подсоедине-
ны к выходному каскаду передат-
чика через несимметричный 71-
фильтр. (см. Главу 8.1.1.).
При необходимости можно
нагрузить мачту еще дополни-
тельно наклонными вибратора-
ми для диапазонов 20 м, 15м или
10м или вертикальным излучате-
лем, который является хорошим
вариантом для высокочастотно-
го любительского диапазона.
10.3.3. Пирамидальная антен-
на
В время минимума солнечной
активности большинство связей
проводится в диапазоне 80 м , а
диапазоны 10 и 15 м используют-
ся довольно редко.
Рис. 10.28. Схематической изображе-
ние пирамидальной антенны
Однако для получения устой-
чивых дальних связей в диапазо-
не 80 м необходимо иметь хоро-
шую антенну, как известно, такая
антенна занимает очень много
места, так как полуволновой виб-
ратор имеет в диапазоне 80 м дли-
ну 40 м и должен быть подвешен
по меньшей мере на высоте 20 м
над поверхностью земли. Кроме
того, электрические свойства
этой антенны в значительной сте-
пени определяются близко распо-
ложенными к ней предметами.
При этом возникают неконтро-
лируемые изменения диаграммы
направленности, входное сопро-
тивление становится значительно
менее 60 - 70 Ом.
Чтобы избежать указанных
недостатков, можно использо-
вать пирамидальную антенну,
изображенную на рис 10.28.
Для сооружения такой антен-
ны необходима площадка разме-
ром 14 х 14 м и одна мачта высо-
той около 13 метров. Общая дли-
на проводника пирамидальной
антенны равняется 1 (для диапа-
зона 80 м). Антенный проводник
служит одновременно растяжка-
ми для мачты. Расположение про-
водника антенны и точек питания
показано на рис 10.29. Из рисун-
ка видно, что антенна состоит из
двух равносторонних треуголь-
ников, со стороной равной Х/6.
Антенна питается таким обра-
зом, что токи, протекающие в на-
клонных отрезках мачты, син-
170
Рис. 10.29. Схема расположения про-
водников для пирамидальной антен-
ны. (стрелками показано протекание
тока)
фазны (см. Стрелки), а в обоих
горизонтально расположенных
отрезках токи текут противофаз-
но, поэтому в точках А и В имеет
место пучность напряжения. От-
сюда можно заключить, что го-
ризонтально расположенные
проводники антенны лишь незна-
чительно влияют на излучение
антенны. Диаграмма направлен-
ности имеет максимум в направ-
лении A-В и минимум в перпен-
дикулярном направлении. Одна-
ко эти максимумы не сильно вы-
ражены, и можно считать, что
антенна одинаково хорошо излу-
чает во всех направлениях. Диаг-
рамма направленности антенны
и входное сопротивление пира-
мидальной антенны определяют-
ся в большой степени углом на-
клона проводников антенны, вы-
сотой мачты и проводящими
свойствами земли. Входное со-
противление лежит в пределах
60-100 Ом, что позволяет питать
антенну коаксиальным кабелем.
Эффективность действия ан-
тенны улучшается с увеличением
высоты мачты. Минимальная
высота мачты должна равняться
13 м, высота подвеса горизон-
тальных проводников - 3 м над
поверхностью земли.
Пирамидальная антенна об-
ладает достаточно выраженными
резонансными свойствами, но
так как ее питание осуществляет-
ся через согласованную линию ,
то настройка осуществляется не
с помощью устройств связи,
сколько изменением геометричес-
ких размеров антенны. Также
есть возможность в точках А и В
подключить шлейфы и, замыкая
их, регулировать в небольших
пределах длину проводника ан-
тенны. При этом справедливо
следующее правило: удлинение
размеров антенны на 45 см при-
водит к уменьшению резонанс-
ной частоты на 50 кГц. Это в об-
щем достаточно для настройки
антенны на резонансную частоту
3700 кГц.
С этой антенной можно хоро-
шо работать в телефонном диа-
пазоне 3600-3800 кГц. Для этого
антенну настраивают в резонанс
на частоте 3550 кГц. Для этого к
точкам А и В подключают с по-
мощью “крокодилов” отрезки
провода по 135 см каждый. Если
хотят получить очень хорошие
результаты настройки, то между
мачтой и точкой А (или В) про-
кладывают жесткий проводник в
изоляции, который через каждые
45 или 90 см его переламывают.
171
Перемыкая проводник перемыч-
ками можно изменять резонанс в
пределах 50-100 кГц. Усложнив
схему можно эти перемычки де-
лать дистанционно с помощью
реле. При этом надо иметь в виду,
что в точках А и В находятся мак-
симумы напряжения и следует
побеспокоиться об изоляторах.
Настройку антенны производят
по ГИРу.
Для приведенных на рис 10.30
размеров антенны резонансная
частота равна 3700 кГц. Коакси-
альный кабель должен быть дли-
ной Л/2. При коэффициенте уко-
рочения 0,66 геометрическая дли-
на коаксиального кабеля соста-
вит 26,75 м. Симметрирование
антенны не обязательно.
К положительным качествам
пирамидальной антенны также
следует отнести еще и то, что из-
за наклона проводников влияние
окружающих предметов, близко-
расположенных силовых и теле-
фонных линий передач суще-
ственно меньше, чем при, гори-
зонтальном полуволновом виб-
раторе.
10.4. Угловой вибратор с кру-
говой диаграмма направленности
Во многих случаях, как напри-
мер, для работы в 80 м диапазоне
или при радиовещании жела-
тельно иметь круговую диаграм-
му направленности в горизон-
тальной плоскости. Вертикально
расположенных вибратор имеет
Рис. 10.30. Монтаж и размеры пира-
мидальной антенны для резонансной
частоты 3700 кГц
именно такую диаграмму, но та-
кая конструкция совершенно не-
реальна в КВ диапазонах . Так ,
например, для диапазона 80 м
наименьшая высота подвеса та-
кого вибратора должна равнять-
ся 40 м. Линейные размеры излу-
чателя, например, для антенны
“граунд-плейн”, в этом случае
равняются минимум 20 м.
Значительно легче получить
приблизительно круговую диаг-
рамму направленности с помо-
щью горизонтально расположен-
ных проволочных антенн, специ-
альным образом изменяя их фор-
172
Рис 10.31. Диаграмма направленно-
сти в горизонтальной плоскости уг-
лового вибратора,
а- полуволновой вибратор, 1- рас-
тянутый полуволновой вибратор, 2-
2-135 ° угловой вибратор,3-90° уг-
ловой вибратор, 4-45° угловой виб-
ратор
Ь- волновой вибратор, 1- растяну-
тый волновой вибратор, 2- 135° вол-
новой угловой вибратор, 3- 90° вол-
новой угловой вибратор, 4- 45° вол-
новой угловой вибратор
му. Как видно из рисунка 10.31.,
диаграмма направленности гори-
зонтального полуволнового виб-
ратора изменяется по мере того,
как его половины располагают-
ся под все меньшим углом и при
этом диаграмма в форме восьмер-
ки полуволнового вибратора с ее
явно выраженными минимумами
напряжения постепенно изменя-
ется и переходит в более или ме-
нее круговую диаграмму направ-
ленности. Таким образом имеет-
ся возможность конструирования
углового вибратора, который
удовлетворял бы различным тре-
бованиям.
Небольшим недостатком уг-
лового вибратора является то,
что чисто круговая диаграмма
направленности не может быть
получена ни одним из углов рас-
крыва. Однако этот недостаток
не является существенным, так
как в практике радиолюбителей
вполне достаточно, чтобы диаг-
рамма направленности не имела
явно выраженных минимумов.
10.4.1. Волновой угловой виб-
ратор
Простая антенна, представля-
ющая волновой угловой вибра-
тор с углом 90° представлена на
рис 10.32.
Рис. 10.32. Волновой угловой вибра-
тор с круговой диаграммой направ-
ленности
173
Эта антенна имеет крестооб-
разную диаграмму направленно-
сти в горизонтальной плоскости,
имеет еще то преимущество, что
является многодиапазонной.
Проводник каждой стороны
вибратора имеет геометрическую
длину V-'kt'l (И- коэффициент
укорочения). При расчете можно
пользоваться таблицей 34.5.
Если размеры вибратора выб-
раны для диапазона 40 м , то эта
же антенна может работать как
полуволновой угловой вибратор
в диапазоне 80 м и имеет диаг-
рамму направленности, изобра-
женную на рис 10.31. аЗ., которая
хотя и не является круговой, все
же не имеет ярко выраженного
минимума излучения. Одновре-
менно эта антенна может исполь-
зоваться и в диапазонах 20, 15, и
10 м. В этих диапазонах антенна
работает как V- образная антен-
на с достаточно узкой диаграм-
мой направленности. В этих слу-
чаях основное излучение проис-
ходит в направлении раскрыва
вибратора.
При многодиапазонном ис-
пользовании этой антенны пита-
ние следует осуществлять по на-
строенной линии передач, а при
работе только в одном диапазо-
не целесообразнее использовать
согласованную линию питания с
согласованием при помощи чет-
вертьволнового шлейфа.
Существуют еще ряд антенн с
круговой диаграммой направ-
ленности в горизонтальной плос-
кости, которые в диапазоне КВ
достаточно громоздки. Их описа-
ние будет в объеме УКВ антенн.
11. Антенны в виде длинного провода
В радиолюбительской прак-
тике часто в качестве передаю-
щей антенны используется длин-
ный провод. Это значит , что
длинна антенны превышает дли-
ну волны рабочего диапазона и
антенна возбуждается на более
высоких гармониках. В зависи-
мости от типа питания, конструк-
ции и других отличительных при-
знаков различают V- антенну,
ромбическую антенну, Фукс- ан-
тенну и т.д. Все антенны подчи-
няются общим закономерностям,
о которых пойдет речь в этой гла-
ве.
Сооружение антенны в виде
длинного провода достаточно
просто и не требует больших зат-
рат. Она требует только много
места, так как от размеров антен-
ны зависит коэффициент усиле-
ния и острота диаграммы направ-
ленности.
При соответствующем выбо-
ре размеров и питании антенну в
виде длинного провода можно
использовать в качестве много-
диапазонной для КВ любительс-
кого диапазона.
Длина провода антенны опре-
деляется из формулы
1= (1LL)
где I - искомая длина, м
п- число полуволн на антен-
не,
/- резонансная частота , МГц
Основной лепесток диаграм-
мы направленности с увеличени-
ем длины провода все больше и
больше приближается к оси ан-
тенны. Одновременно увеличива-
ется и интенсивность излучения в
направлении основного лепестка
и растет число боковых лепест-
ков. На рис 11.1. изображены ди-
аграммы направленности антен-
ны в виде длинного провода в Е-
плоскости в зависимости от дли-
ны проводника.
Из рисунка видно одновре-
менно с увеличением основного
лепестка появление боковых ле-
пестков с увеличением длины
проводника. Такая многолепест-
ковость не является недостатком
антенн в виде длинного провода,
так как она все же сохраняет
удовлетворительную круговую
диаграмму, дающую возмож-
ность устанавливать связи почти
во всех направлениях. Кроме
того в направлении основного
175
о
о
Рис. 11.1. Диаграммы направлен-
ности в Е- плоскости горизон-
тально расположенной антенны
в виде длинного провода в зави-
симости от длины провода,
а- длина проводника = IX
Ь- длина проводника = 2Х
с- длина проводника = ЗХ
d- длина проводника = 4Х
е- длина проводника = 5Х
176
рис 11.2. Коэффициент усиления, сопротивление излучения и направление
основного лепестка диаграммы направленности антенны в виде длинного
провода в зависимости от длины вибратора.
Кривая I - Теоретический коэффициент усиления , дБ
Кривая II- Сопротивление излучения, измеренный в пучности тока, Ом
Кривая III- Угол главного максимума диаграммы направленности X
излучения достигается значитель-
ное увеличение коэффициента
усиления. Характерной чертой
этих антенн, особенно полезной
для связей на большие расстоя-
ния, является то, что они имеют
небольшие вертикальные углы
излучения ( углы возвышения ).
На рис 11.2. приведен график,
по которому можно определить
теоретическое усиление антенны
в дБ ( кривая 1), угол между на-
правлением основного излучения
и осью антенны (кривая 3), а так-
же изменение сопротивление из-
лучения антенны в зависимости
от длины антенны.
Пример
Требуется рассчитать и изго-
товить антенну в виде длинного
провода для любительского диа-
пазона 20 м. Местные условия
позволяют подвесить провод
длиной 85 м в направлении вос-
ток - запад.
Необходимо определить:
а- длину провода для 4Х ан-
тенны,
Ь- ожидаемый коэффициент
усиления в направлении главно-
го лепестка,
с- сопротивление излучения
и направления максимального
излучения.
177
Длина проводника определя-
ют по формуле (11.1.) Так как на
4Х антенне может разместиться 8
полуволн, то п= 8. Средняя час-
тота диапазона 20 м примерно
14,1 МГц. Тогда длина провода
150(8-0,05)
/=-----щ------- =84,57 м
Из рис 11.2. находим, что при
длине антенны 4Х (точка пересе-
чения с кривой I) следует ожидать
усиления антенны в направлении
главного максимума основного
лепестка около 3 дБ.
Сопротивление излучения при
этом 130 Ом (кривая II), а угол
между направлением основного
лепестка диаграммы направлен-
ности и продольной осью антен-
ны (кривая III) равен 26°.
Так как антенна подвешена в
направлении восток - запад, что
соответствует 270°, то как видно
из рассмотрения рис. 11.1.d., ос-
новные максимумы диаграммы
направленности имеют следую-
щие направления
270° + 26° = 296°
270° - 26° = 244°
90°+ 26°= 116°
90° - 26° = 64°
Далее по карте мира можно
определить те районы, с которы-
ми может быть достигнута наи-
более устойчивая связь при ис-
пользовании рассмотренной ан-
тенны.
Диаграммы направленности
на рис. 11.1 представляют собой
идеализированные теоретические
диаграммы и на практике всегда
претерпевают некоторые измене-
ния. Заметное изменение диаг-
раммы направленности происхо-
дит в случае, если антенна в виде
длинного провода питается не-
симметрично, например, с одно-
го конца. На рис 11.3. приведена
диаграмма направленности 2Х
антенны в виде длинного прово-
да в Е - плоскости с симметрич-
ным и несимметричным питани-
ем. При возбуждении антенны с
одного из ее концов (диаграмма
направленности изображена
штриховой линией) диаграмма
направленности так же становит-
ся несимметричной, причем мак-
симум излучения перемещается в
направлении открытого конца
360
180
-Симметричное питание
------Несимметричное питание
Рис. 11.3. Горизонтальная диаграм-
ма направленности антенны в виде
длинного провода длиной 2Х при
симметричном и несимметричном
питании антенны
178
антенны, а боковые лепестки ан-
тенны со стороны питания, ос-
лабляются. Подобная деформа-
ция происходит во всех антеннах
с несимметричным питанием.
Следовательно, антенна в виде
длинного провода дает основное
излучение в направлении откры-
того конца.
Дальнейшее изменение диаг-
раммы направленности происхо-
дит в случае, когда антенна либо
наклонена по отношению к зем-
ле, либо расположена над на-
клонным участком земли. Если
открытый конец антенны накло-
нен как показано на рис 11.4. то
в КВ диапазоне в направлении,
указанном стрелками могут быть
получены хорошие DX- резуль-
таты и установлены дальние свя-
зи.
При установлении связей на
большие расстояния особое зна-
чение имеет направление основ-
ного лепестка диаграммы на-
Рис 11.4. Наклоненный вибратор и
вибратор, расположенный над на-
клонной поверхностью земли
правленности антенны в верти-
кальной плоскости. От него зави-
сит дистанция “прыжков” при
отражении от ионосферы (см.
Главу 2.). Как уже упоминалось,
особенно благоприятным являет-
ся “плоское излучение”, т.е. ког-
да антенна имеет малый угол вер-
тикального излучения. Антенны
в виде длинного провода излуча-
ют как раз плоско, особенно ког-
да антенна подвешена на боль-
шом расстоянии от земной повер-
хности. Например, при высоте
подвеса 2Х вертикальный угол
излучения составляет 10°, а при
высоте 0,5Х - около 35°. При ма-
лых высотах подвеса антенны
уменьшение вертикального угла
излучения может быть достигну-
то, как уже отмечалось, за счет
наклона вибратора.
11.1. Многодиапазонная L-
образная антенна
Самая простая из антенн КВ
диапазона - L- образная антен-
на. По своему внешнему виду она
мало отличается от радиовеща-
тельных антенн средневолнового
диапазона, (рис. 11.5.)
Обшая длины L провода ан-
тенны до клеммы устройства со-
гласования должна составлять
Рис 11.5.L- образная антенна
179
Рис. 11.6. Влияние емкости за-
делки концов вибратора и
влияние на коэффициент уси-
ления вибратора
минимум Х/2- К, где V - коэффи-
циент укорочения. Эту антенну
можно использовать как много-
диапазонную, если она рассчита-
на как полуволновая антенна для
диапазона 80м. В этом случае
антенна представляет собой для
диапазона 40м - IX, для диапазо-
на 20 м - 2Х, для 15 м- ЗХ, и для
диапазона 10 м - 4Х антенну.
К сожалению, это не совсем
верно. Когда по формуле (11.1.)
определяется длина полуволно-
вого вибратора для частоты ре-
зонанса 3500 кГц, то геометри-
ческая длина составит 40,71 м.
Длина провода волнового вибра-
тора для гармоники 3,5 МГц
( частота 7 МГц) должна быть
равна, рассчитанная по этой же
формуле, 41,78 м. Волновой виб-
ратор получается короче на 1 м.
Эта разница характерна не толь-
ко для L- образных антенн,
сколько для всех антенн, возбуж-
даемых гармониками расчетной
частоты. Причина в этом - раз-
личный коэффициент укороче-
ния.
Коэффициент укорочения ан-
тенны сильно зависит от емкос-
ти заделки концов антенны (кра-
евой эффект). Емкость заделки
определяет емкостное укорачива-
ющие действие (рис. 11.6.) Это
влияние необходимо скомпенси-
ровать укорочением длины виб-
ратора. Из рисунка 11.6. видно,
что вибратор, на котором укла-
дываются несколько полуволн в
меньшей степени подвержен ем-
костному краевому эффекту, чем
полуволновой вибратор, и поэто-
му должен быть не так сильно
укорочен.
Поэтому для точно рассчитан-
ного на частоту 3500 кГц полу-
волнового вибратора его длина
для работы на более высоких гар-
мониках будет мала.
Частота Длина полуволно-
резонанса вого вибратора
3500 кГц = 0,5Х 40,71м
7000 кГц = 1,0Х 41,78м
14000 кГц = 2,0Х 42,32м
21000 кГц = 3,0Х 42,50м
28000 кГц = 4,0Х 42,60м
Из этого следует, что резонанс
вибратора на высоких гармони-
ках расположен не точно по от-
ношению к основной волне.
На практике антенна с длиной
проводника L=42,2 м является
достаточно хорошим компро-
миссным решением, так как в
180
этом случае резонансная частота
антенны расположена в DX - ди-
апазоне в пределах рабочей поло-
сы диапазонов 10, 15 и 20м (f со-
ответственно равна 14044 кГц,
21140 кГц, 28230 кГц.), в то вре-
мя как для диапазонов 40 и 80 м
такая антенна имеет длину боль-
ше необходимой.
Поскольку L- образная антен-
на излучает по всей своей длине,
включая подводящий проводник,
могут возникнуть сильные поме-
хи радиовещательным приемни-
кам. Избежать этого поможет л-
фильтр, включенный к выходно-
му каскаду передатчика согласно
рис. 11.7. О расчете этого фильт-
ра было рассказано в главе
8.1.1.1.
L- образная антенна в виде
длинного провода с л- фильтром
очень распространена и дает хо-
рошие результаты, при условии,
что 80% ее общей длины подве-
шены как можно выше и дальше
от окружающих предметов.
11.2. Антенна с промежуточ-
ным контуром (Фукс- антенна)
Антенна с промежуточным
контуром, Фукс- антенна, была
названа в честь своего изобрета-
теля австрийского радиолюбите-
ля Фукса и представляет обыч-
ную L- антенну , которая связа-
на с выходным каскадом передат-
чика определенным образом - че-
рез промежуточный контур, (рис
11.8.).
Связь промежуточного конту-
ра с колебательным контуром
оконечного каскада передатчика
индуктивная и осуществляется со
стороны “холодного” (лежаще-
го ближе к заземлению) конца
анодного контура выходного
Рис 11.8. Антенна с проме-
Рис 11.8. Антенна с проме-
жуточным контуром
181
каскада. Промежуточный контур
должен иметь высокую доброт-
ность, его характеристики приве-
дены в таблице 10.2. Даже при
небольших мощностях передат-
чика в промежуточном контуре
протекают большие токи и по-
этому для уменьшения потерь
катушка должна быть изготовле-
на из толстого медного провода
или трубки. Амперметр А дол-
жен быть высокочастотным теп-
лового типа. При необходимос-
ти в качестве индикатора можно
применить так же неоновую лам-
почку.
Резонансная частота контура
Л2-С2 соответствует рабочей ча-
стоте, длина провода антенны
вычисляется по уравнению
(11.1.). Антенна может использо-
ваться как многодиапазонная и
возбуждаться на высших гармо-
никах. В этом случае промежу-
точный контур должен перестра-
иваться на каждую из рабочих
частот.
Поскольку L- образная антен-
на и Фукс антенна излучают по
всей длине проводника, то осо-
бенно на подводящем проводни-
ке возникают потери за счет по-
глощения от близко расположен-
ных линий передач, здания, ме-
таллоконструкций. Помимо это-
го эти антенны создают более или
менее сильные помехи радиове-
щательным приемникам.
11.3. Многодиапазонная ан-
тенна DL7AB
Радиолюбитель DL7AB пред-
ложил довольно простой способ
для настройки антенн с длинным
проводом в резонанс для всех
любительских диапазонов. Ан-
тенна DL7AB работает по следу-
ющему принципу: в разрыв длин-
ного провода включается катуш-
ка индуктивности. Удлиняющее
действие катушки сказывается в
наибольшей мере, когда она на-
ходится в пучности тока и посте-
пенно уменьшается по мере при-
ближения к узлу тока. На рис.
11.9. показано распределение
тока по длине вибратора, имею-
щего длину Х/2 для диапазона 80
м и используемого в качестве
многодиапазонной антенны.
При включении в вибратор
удлиняющей катушки на рассто-
янии 2,5 м от конца вибратора в
Рис. 11.9. Распределение тока на многодиапазонном вибраторе
182
диапазоне 10 м эта катушка на-
ходится точно в первой пучнос-
ти тока и ее удлиняющее воздей-
ствие выражено наиболее сильно.
В диапазоне 15 м катушка индук-
тивности находится на некото-
ром удалении от пучности тока и
ее удлиняющее воздействие осла-
бевает. По мере увеличения рабо-
чей длины волны место включе-
ния удлиняющей катушки все
более и более сдвигается в сторо-
ну узла тока и одновременно
уменьшается ее действие в каче-
стве удлинителя электрической
длины антенны.
Если выбрать длину антенны
DL7AB равной 40 м, то для по-
луволнового вибратора она не-
сколько коротка, но хотя удлиня-
ющая катушка находится почти
в узле тока, все же ее действия
достаточно, чтобы электрическая
длина антенны была резонансной
для волны 80 м. В диапазоне 40 м
антенна короче требуемой резо-
нансной длины на 1,7 м, при этом
удлиняющая катушка находится
ближе к пучности тока и компен-
сирует укорочение. В диапазоне
20 м отличие геометрической
длины антенны от требуемой ре-
зонансной длины равно 2,3 м, а в
диапазоне 15 м - 2,6 м. Однако с
возрастанием частоты катушка
все ближе приближается к пучно-
сти тока и приводит антенну в
резонанс.
Точных данных о положении
удлиняющей катушки на провод-
Пример закрепления
катушки на изоляторе
Рис. 11.10. Многодиапазонная антен-
на DL7AB с линией питания по схе-
ме “циппелин”
нике антенны и ее величине быть
не может, поскольку каждая ан-
тенна имеет свои условия распо-
ложения, окружающую обста-
новку, влияние земли, свое влия-
ние оказывает конкретная линия
питания. Однако в некотором
приближении можно рекомендо-
вать данные удлиняющей катуш-
ки которые приведены на рис.
11.10.
Методику антенны DL7AB, с
помощью удлиняющей катушки
держать резонанс во всех диапа-
зонах, можно распространить на
все другие многодиапазонные
антенны. В качестве примера на
рис. 11.11 .приведена симметрич-
ная многодиапазонная антенна с
удлиняющими катушками, кото-
5 Витков ф50тщ
>
X X
Рис 11.11. Многодиапазонная антен-
на DL7AB с симметричным питани-
ем
183
Настроенная линия питания
Рис 11.12. Схематическое изображе-
ние V- образной антенны
рая работает в диапазоне 80 м как
волновой вибратор.
Преимуществом применения
удлиняющих катушек для много-
диапазонных антенн по методу
DL7AB является то, что на зажи-
мах антенны не возникают мни-
мые составляющие входного со-
противления. Поэтому можно,
несмотря на то что антенны ра-
ботают в широком диапазоне ча-
стот, применять согласованные
линии питания. Так как питание
для антенны DL7AB всегда пода-
ется в пучность напряжения (вы-
сокоомный вход), то необходимо
согласование входного сопротив-
ления антенны с волновым сопро-
тивлением линии передачи.
В радиолюбительской прак-
тике антенна DL7AB не нашла
широкого применения, однако
заложенные в ней идеи использу-
ются в современных конструкци-
ях многодиапазонных антенн.
184
11.4. V- образная антенна.
Расположением двух антенн в
виде длинного провода в форме
буквы V можно добиться сужения
главного лепестка диаграммы
направленности и увеличения
коэффициента усиления на 3 дБ
больше, чем у однопроводной
антенны в виде длинного прово-
да при условии, что угол раскры-
ва а выбран оптимальным (рис.
11.12.). С увеличением длины
проводника L увеличивается ко-
эффициент усиления в направле-
нии главного максимума диаг-
раммы направленности. Главный
лепесток расположен в направле-
нии раскрыва антенны и в про-
тивоположном направлении,так
как V- образная антенна являет-
ся бинаправленой. Оптимальный
угол раскрыва а зависит от дли-
ны провода L и уменьшается с ее
увеличением.
На рис 11.13 изображена зави-
симость коэффициента усиления
антенны в дБ и оптимальный угол
раскрыва а в зависимости от дли-
ны провода L и длины волны X.
V- образная антенна облада-
ет малым углом излучения в вер-
тикальной плоскости что позво-
ляет получать очень хорошие ре-
зультаты на высокочастотных
диапазонах 10, 15, и 20 м. Антен-
на имеет высокое входное сопро-
тивление, так как питание пода-
ется в пучность напряжения. Пи-
тание в большинстве случаев вы-
полняют с помощью настроенной
Рис . 11.13. Коэффициент усиления и оптимальный угол раскрыва V- образ-
ной антенны в зависимости от длины провода в X
линии передачи если антенну ис-
пользуют в качестве многодиапа-
зонной. Если применяется эксп-
луатация одном диапазоне, то
согласование линии передачи
производят с помощью замкну-
того четвертьволнового шлейфа.
При больших значениях длины
провода L сопротивление на
входных зажимах антенны при-
ближается к 600 Ом, и тогда V-
образную антенну можно напря-
мую питать согласованной 600
омной линией передачи.
V- образная антенна не очень
критична к длине провода £, ко-
торую можно вычислить по фор-
муле (11.1), поэтому она работа-
ет относительно в широкой поло-
се частот. Но при больших зна-
чения L она очень критична к
углу раскрыва а. Для диапазона
15 м ( £=4Х) оптимальные разме-
рами V- образной антенны:
£=63,05 м и а= 47°. При этом ко-
эффициент усиления составит 6,5
дБ. Одновременно с этой антен-
ной можно отлично работать в
диапазоне Юм (£=6Х). В диапа-
зоне 20м (£=ЗХ) коэффициент
усиления составит примерно 5
дБ. В диапазоне 10 и 20 м коэф-
фициент усиления имеет несколь-
ко меньшее значение из-за того,
что угол раскрыва уже не опти-
мален. В диапазоне 80 и 40 м ко-
эффициент усиления имеет ма-
ленькое значение.
11.4.1. Антенна V- образная
звезда
Если имеется достаточно мес-
та, то можно изготовить очень
эффективную антенну, представ-
ляющую собой комбинацию не-
скольких V-образных антенн,
которая хоть и не работает во
185
Рис. 11.14. Антенна V-
образная звезда с изме-
няемой диаграммой на-
правленности
Длина проводу
42.25 м каждый
К выходному
каскаду передатчика
Настроенная линия передачи
всех любительских диапазонах,
зато имеет большой коэффици-
ент усиления во всех направлени-
ях (Рис11.14.)
Конструкция антенны пред-
ставляет собой 10 м мачту, от вер-
шины которой протянуты под
углом 72°. друг к другу пять ан-
тенных проводов длиной 42,25 м.
(рис.11.14.а.). Другими концами
антенные проводники крепятся
через изоляторы к пяти внешним
мачтам, высота которых может
быть меньше основной мачты,
что благоприятно сказывается на
угле излучения в вертикальной
плоскости в сторону раскрыва,
где излучение становится более
плоским, в обратную же сторону
наоборот, этот угол излучения
увеличивается.
От верхушки мачты идут на-
строенные линии питания к уст-
ройству переключения. Эти про-
водники питания представляют
собой 5 отдельных проводников,
расстояние между которыми со-
ставляет 10-15 см. (рис.11.14.Ь.)
Каждый проводник линии пита-
ния припаивается к соответству-
ющему проводу антенны. Каждая
соседняя пара проводников ли-
нии питания представляет собой
настроенную линию питания.
Переключение на отдельную V-
образную систему производят с
помощью 2 штекеров на устрой-
стве переключения.
В данном случае антенна V-
образная звезда состоит из 5 виб-
раторов, и соответственно мож-
но работать с 5 V- образными
антеннами с 10 направлений ( V-
образная антенна является би-
направленной), выбирая эти на-
правления переключением ан-
тенн. Ширина каждого лепестка
диаграммы направленности со-
ставляет примерно 36° и , следо-
вательно, вся антенная V- образ-
ная антенная система перекрыва-
ет угловой диапазон 360°. По-
186
скольку можно включить любую
пару проводников антенны, то
можно, особенно в 40 и 80 м диа-
пазоне пробовать получать ком-
бинации диаграмм направленно-
сти с особыми характеристиками
направленности.
Даже по отношению к враща-
ющимся антеннам хорошая ра-
бота антенны V-образная звезда
в диапазонах 40 и 80м делает ее
достаточно ценной. Конструкция
очень простая, не содержит доро-
гостоящих материалов, не боль-
шие работы по монтажу и на-
стройке.
При более длинных проводни-
ках антенны можно получить:
при длине провода 7Х -
угол раскрыва 51,5 °
при длине провода 8Х -
угол раскрыва 45 °
при длине провода 9Х -
угол раскрыва 40 °
Если отказаться от охвата
всех направлений, то можно уб-
рать несколько проводов, сохра-
нив при этом коэффициент уси-
ления. На рис 11.15 изображена
антенна, состоящая из 4 провод-
ников с длиной по ЗХ каждый для
25 м диапазона с углом раскрыва
60 °.
Можно рассчитать длину про-
вода и угол раскрыва многодиа-
пазонной антенны V- образная
звезда для диапазона 15 м. Так
как для питания многодиапазон-
Рис .11.15. Упрощенная антенна V-
образная звезда
ной антенны необходима настро-
енная линия питания, то неточно-
сти расчета длины проводников
и угла раскрыва можно всегда
скомпенсировать со стороны пе-
редатчика схемами связи. Длина
провода антенны в этом случае
вычисляется по формуле (11.1.)
11.4.2. Составная V- образная
антенна
Коэффициент усиления V-
образной антенны можно увели-
чить примерно на 3 дБ и при этом
не увеличить угол раскрыва ди-
аграммы направленности, если
одну V- образную антенну распо-
ложить над другой в вертикаль-
ной плоскости (рис. 11.16.). Мини-
мальное расстояние между этажа-
ми должно быть не менее Х/2 , а
это значит, что для КВ диапазо-
на высота конструкции получает-
ся слишком большой и очень ред-
ко применяемой.
187
Рис. 11.16. Составная =
V-образная антенна =
Питание антенны упрощается,
если расстояние между этажами
равно точно Х/2. Тогда оба V-
образных излучателя должны
возбуждаться синфазно. А/2- ли-
ния передачи трансформирует
сопротивление в соотношении
1:1, но вращает фазу на 180 °. Что-
бы оба этажа возбуждались син-
фазно надо скрестить провода 1/
2 линии передачи. Часто приме-
няют 2 горизонтальные V- образ-
ные антенны, расположенные ря-
дом друг с другом так, что они
образуют букву W. Кроме того,
можно позади V- образного из-
лучателя на расстоянии Х/4 уста-
новить V- излучатель в качестве
рефлектора, тогда диаграмма на-
правленности не будет бинаправ-
ленной, но при этом оба излуча-
теля должны запитываться со
сдвигом фазы 90°.
11.4.3. V- образная антенна с
тупым углом
Разновидностью V- образной
антенны является V- образная
188
антенна с тупым углом, иногда
называемая полуромбической.
(рис. 11.17.). Она применяется ред-
ко, так как ее длина в два раза
превышает длину обычной V-
образной антенны и имеет мень-
ший коэффициент усиления.
Тупоугольная антенна пита-
ется через настроенную “цеппе-
лин” линию питания. Оптималь-
ный угол а излома проводника
антенны зависит от длины прово-
да:
2Х- 110°,
ЗХ- 122°,
4Х- 130°,
5Х- 137°,
6Х- 140°,
7Х- 142°,
8Х- 144°,
9Х- 146°,
10Х- 147°
11.5. Открытая ромбическая
антенна
Если объединить две тупоу-
гольные V- антенны в одну кон-
струкцию, то получится ромби-
ческая антенна, которая имеет
больший частотный диапазон,
чем V-образная антенна.
На рис 11.18 схематически по-
казана простая открытая ромби-
ческая антенна. На одном конце
проводники не замкнуты, и это
отличает эту антенну от извест-
ной замкнутой ромбической ан-
тенны, которая будет описана в
главе 12. Как видно из рисунка,
открытая ромбическая антенна
бинаправленная. Она обладает
большим коэффициентом усиле-
ния по сравнению с V-образной
антенной. Например, для длина
проводника £=ЗХ ромбическая
антенна имеет коэффициент уси-
ления 8Ю5 дБ (см. Таб. И.1.), в
то время как V- образный излу-
чатель с Л=6Х (рис. 11.13.) имеет
теоретический коэффициент уси-
ления примерно 7,8 дБ. при оди-
наковых характеристиках прово-
да. Кроме того диаграмма на-
правленности ромбической ан-
тенны мало зависит от частоты.
В таблице 11.1 приведены дан-
ные зависимости оптимального
угла раскрыва а теоретического
коэффициент усиления от длины
L антенны по отношению к по-
луволновому вибратору как эта-
лонной антенне.
Тот факт, что изменение коэф-
фициента усиления и угла рас-
крыва ведет себя аналогично как
и для V- образной антенны, дает
основание заключить, что пра-
вильно рассчитанный V-образ-
ный излучатель может быть пре-
вращен в эффективную ромби-
ческую антенну простым двух-
кратным удлинением проводни-
ков, при этом коэффициент уси-
ления увеличивается на 3 дБ. По
отношению к V- образной антен-
не и расширяется полоса антен-
ны.
Таблица 11.1. Оптимальный угол
раскрыва теоретический коэффици-
ент усиления открытой ромбической
антенны в зависимости от длины L
проводника
Длина L, X Угол раскрыва,0 Теор.коэф. у си л. дБ
1,0 105 6,5
1,5 85 7,0
2,0 73 7,5
2,5 64 8,0
3,0 58 8,5
3,5 54 9,0
4,0 50 9,5
4,5 48 10,0
5,0 45 10,5
189
12. Апериодичные антенны
Антенны, которые нагруже-
ны сопротивлением называют
апериодичными или замкнутыми
антеннами, (рис. 12.1.). Значение
этого нагрузочного сопротивле-
ния должно быть равно волново-
му сопротивлению антенны ZA и
для рабочей частота быть оми-
ческим.
В антеннах, которые замкну-
ты на сопротивление , равное
своему волновому сопротивле-
нию не возникают стоячие вол-
ны в отличие от резонансных ан-
тенн. Энергия, подводимая к ан-
тенне, рассеивается на сопротив-
лении в виде тепловой энергии.
Теоретически апериодичные ан-
тенны можно рассматривать как
линию передачи, второй провод-
ник которой образует земля, и
которая замкнута на нагрузочное
сопротивление RL, равное волно-
вому сопротивлению линии пере-
дачи ZA. В этом случае стоячие
Рис. 12.1. Апериодические антенны
волны не возникают и ток во всех
точках линии имеет одинаковое
значение.
В общем, линия передачи зам-
кнутая на сопротивление, равное
волновому сопротивлению ли-
нии, не излучает, однако, если
оба проводника находятся на
большом расстоянии, то такая
система начинает излучать, и по-
этому может рассматриваться
как излучающая или приемная
антенна.
Входное сопротивление апе-
риодичных антенн не зависит от
частоты, поэтому эти антенны
имеют широкую полосу пропус-
кания и могут использоваться
как многодиапазонные.
12.1. Замкнутые антенны в
виде длинного провода
Диаграмма направленности
замкнутой антенны в виде длин-
ного провода примерно ^/ало-
гична диаграмме направлен^ ос-
ти обычной настроенной антен-
не в виде длинного провода с тем
лишь отличием, что отсутствует
задний лепесток диаграммы на-
правленности (направленный в
сторону зажимов питания антен-
190
Ь)
Рис. 12.2. Сравнение идеализирован-
ных диаграмм направленности
а- настроенная антенна в виде длин-
ного провода, длина 2Х,
Ь- замкнутая антенна в виде длин-
ного провода , длина 2Х.
ны) (рис. 12.2.), т.е. замкнутая ан-
тенна имеет только один главный
лепесток. В некотором приближе-
нии можно сказать, что энергия
излучения заднего лепестка рас-
сеивается на нагрузочном сопро-
тивлении.
Для замкнутой антенны в виде
длинного провода большое зна-
чение имеет проводящая способ-
ность земли, так как земля ис-
пользуется в качестве второго
проводника, однако, лучше все
же провести второй проводник
по поверхности земли.
Коэффициент усиления апери-
одичной антенны в виде длинно-
го провода увеличивается с рос-
том отношения длины провода к
X. Волновое сопротивление ан-
тенны зависит от диаметра про-
вода и от высоты подвеса антен-
ны над поверхностью земли и со-
ставляет в среднем 500-600 Ом.
Нагрузочное сопротивление так-
же должно быть равно этому зна-
чению. Мощность этого сопро-
тивления должна быть равна не
менее половины излучаемой
мощности.
Замкнутая антенна в виде
длинного провода не применяет-
ся в радиолюбительской практи-
ке, так как при равных размерах
другие апериодические антенны
показывают лучшие характерис-
тики.
12.2. Антенна T2FD
В качестве апериодичной ан-
тенны применяется часто шлей-
фовый вибратор, расположен-
ный под углом к поверхности
земли, известный под названием
T2FD. Иногда ее называют ан-
тенной W3HH, по имени ее изоб-
ретателя.
На рисунке 12.3. изображена
апериодичная антенна T2FD с
длиной Х/3 рассчитанная на при-
менение в низкочастотном диапа-
зоне. Антенна наклонена под уг-
Рис. 12.3. Антенна T2FD радиолюби-
теля W3HH
191
лом 30° к поверхности земли и
поэтому занимает сравнительно
не много места. Высота мачты
составляет Юм, высота опорно-
го шеста 1,85м.
Отличительной особенностью
этой антенны является то, что она
обладает большой полосой про-
пускания. Например, если рас-
считать антенну для низкой час-
тоты 7000 кГц, то при этом дли-
на антенны будет 14,35 м и антен-
на будет хорошо работать в диа-
пазонах 40, 20, 15, и 10 м. Антен-
на, рассчитанная для 80 м диапа-
зона хорошо работает в диапазо-
нах 40 и 20 м. Здесь идет речь не о
работе на гармониках, а о дей-
ствительной широте полосы про-
пускания. Антенна работает на
всех промежуточных любительс-
ким диапазонам частотах, что
делает ее пригодной для исполь-
зования не только как любитель-
ской антенны.
При наклоне 30° антенна не
имеет круговой диаграммы на-
правленности, но и не имеет ярко
выраженного направленного ле-
пестка. Диаграмма направленно-
сти имеет несколько широких ле-
пестков и много боковых лепест-
ков, поэтому она может пример-
но с одинаковыми результатами
работать со всех направлений.
Кроме того она может использо-
ваться так же и как приемная ан-
тенна.
Для абсолютного значения
коэффициент усиления антенны
T2FD нельзя дать конкретного
значения. Во многих случаях
были получены результаты, да-
ющие выигрыш по усилению в 2
раза по сравнению с согласован-
ным полуволновым вибратором.
Антенна на рис. 12.3. сконст-
руирована для диапазона 40 м и
имеет полосу пропускания от 7 до
35 МГц и с небольшими потеря-
ми может работать так же в 80 м
диапазоне.
Длина антенны L= Х/3 по от-
ношению к самой низкой рабочей
частоте
_ 100000
— г
(12.1.)
L в м,/- в кГц
Оптимальное расстояние D
составляет Х/100 и вычисляется
по формуле
D = 300000
(12.2.)
где D- в см,/- в кГц
Угол наклона антенны к по-
верхности земли составляет 30°,
но можно подвешивать с углом
наклона 40° или 20°.
В качестве линии передачи
можно использовать любую ли-
нию, имеющую волновое сопро-
тивление от 300 Ом до 6п0 Ом.
Особенно низкие потери в ли. чи
можно получить применяя сим-
метричную двухпроводную ли-
нию с воздушным изолятором.
Нагрузочное сопротивление -
один из самых важных элементов
192
антенны. Оно должно иметь
очень малую индуктивности и
емкость, поэтому обычные про-
волочные сопротивления здесь не
подходят. Мощность сопротив-
ления должна быть не менее 35%
мощности передатчика. При ис-
пользовании антенны только в
качестве приемной в качестве
нагрузочного сопротивления мо-
жет быть любой пленочный рези-
стор соответствующего номина-
ла.
Номинальное значение нагру-
зочного сопротивления должно
быть равно волновому сопротив-
лению линии передачи., но прак-
тические исследования показали,
что лучше выбирать значения
несколько большего, чем волно-
вое сопротивление линии переда-
чи
Волновое со-
противление
линии пере-
дачи Ом
600
450
300
Оптимальное
нагрузочное со-
противление
Ом
650
500
390
ной. линии питания и диапазонов
40 и 80 м число витков этой ка-
тушки примерно 6, для 20 м диа-
пазона - 3. Так как антенна T2FD
широкополосная, то надо поза-
ботиться о селективных схемах
связи. Схема связи на рис 8.8.
пригодна как для антенны T2FD,
так и для всех симметричных
линий передач.
Для соблюдения параллельно-
сти проводников применяют
обычно распорки из пропитанно-
го парафином дерева или диэлек-
трика.
12.3. Замкнутая V- образная
антенна
Замкнутую V- образную ан-
тенну применяют в форме распо-
ложенной в вертикальной плос-
кости тупоугольного V- образно-
го излучателя, о которой было
рассказано в главе 11.4.3. При
подключении к этой антенне на-
грузочного сопротивления полу-
чается схема на рис. 12.4.
Расположение антенны в вер-
тикальной плоскости имеет то
преимущество, что в этом случае
Не рекомендуется применять
линии передачи с волновым’со-
противлением менее 300 Ом, так
как это критично для нагрузоч-
ного сопротивления.
Согласованная линия переда-
чи может стыковаться с выход-
ным контуром передатчика через
катушку связи. Так для 600- ом-
Рис. 12.4. Замкнутая тупоугольная V-
образная антенна
7 А1 пенны
193
Рис 12.5. Замкнутая V- образная ан-
тенна.
необходима только одна мачта,
а нагрузочное сопротивление за-
земляется. При этом антенна име-
ет вертикальную поляризацию и
основной лепесток диаграммы
направленности направлен в сто-
рону конца с подключенным на-
грузочным сопротивлением.(рис
12.5.)
Как и для открытой тупоу-
гольной антенны оптимальный
угол раскрыва а определяется
длиной провода L и имеет рав-
ные значения с замкнутой верси-
ей этой антенны. Оптимальное
значение нагрузочного сопротив-
ления составляет примерно 600
Ом и должно быть равно волно-
вому сопротивлению антенны.
Так как волновое сопротивление
замкнутой антенны не зависит от
частоты, то полное сопротивле-
ние антенны на входных зажимах
равно 600 Ом и в широком диа-
пазоне частот имеет только дей-
ствительное значение.
Нормальная V-образная ан-
тенна также может быть выпол-
нена в апериодической форме,
приобретая при этом односто-
роннюю направленность и широ-
кополосность. Однако она редко
применяется в радиолюбительс-
кой практике, так как содержит
три мачты и два нагрузочных со-
противления. Трудность пред-
ставляет также заземление нагру-
зочных сопротивлений, находя-
щихся на мачтах.
Правда можно сделать “ис-
кусственную” землю (см.
рис. 12.5.). Она образуется, если
нагрузочные сопротивления
включить на расстоянии Х/4 от
концов проводов антенны. Но
при этом антенна, к сожалению,
становится снова частотнозави-
симой. Поэтому в этом случае
лучше наклонять антенну таким
образом, чтобы нагрузочные
сопротивления приближались к
земле. Величина нагрузочного
сопротивления на каждой ветви
V- образной антенны составля-
ет 500 Ом.
Недостатком V- образных
антенн является то, что они тре-
буют много места, а кто им рас-
полагает отдает предпочтение
ромбическим антеннам.
12.4. Замкнутая ромбическая
антенна
Замкнутая ромбическая ан-
тенны изображена на рис 12.6.
Антенна представляет собой
открытую ромбическую антенну,
концы которой замкнуты на на-
194
Рис. 12.6. Замкнутая ромбическая
антенна
грузочное сопротивление Я=750-
880 Ом с мощностью не менее
половины мощности передатчи-
ка. Антенна имеет односторо-
нюю эффективную диаграмму
направленности и чрезвычайно
широкую полосу пропускания.
Это значит, что антенна не кри-
тична к длине L стороны ромба.
Конечно при изменении частоты
несколько изменяется и форма
диаграммы направленности, так
как угол раскрыва р оптимален
только для определенной часто-
ты. Это справедливо и для коэф-
фициента усиления. Коэффици-
ент усиления увеличивается с уве-
личением стороны ромба L. Фор-
ма диаграммы направленности
определяется фактически углами
аир. Расположение антенны над
поверхностью земли должно со-
ставлять минимум Л/2.
Низкое расположение антен-
ны над поверхностью земли при-
водит особенно в КВ любительс-
ком диапазоне к нежелательному
подъему угла вертикального из-
лучения. При длинах L больше 6Х
диаграмма направленности
очень узкая и антенна в этом слу-
чае становится критичной к углу
раскрыва.
12.4.1. Питание ромбической
антенны
Лучшим решением для пита-
ния замкнутой ромбической ан-
тенны является симметричная
двухпроводная линия передачи с
воздушным изолятором, имею-
щая волновое сопротивление 600
Ом. Конечно можно питать ан-
тенну и с помощью других согла-
сованных линий передачи, одна-
ко следует заметить, что широко-
полосность антенны может быть
потеряна при применении час-
тотнозависимых согласующих
элементов.
Настроенная 600-омная ли-
ния передачи предпочтительнее
согласованной линии передачи,
так как работает с меньшими по-
терями и не требует больших зат-
рат при связи с выходным конту-
ром передатчика. Рекомендуемой
схемой связи является схема, при-
веденная на рис 8.8.
12.4.2. Нагрузочное сопротив-
ление
Нагрузочное сопротивление R
должно быть безиндуктивным и
безъемкостным. Если антенна
используется в качестве прием-
ной, то нагрузочное сопротивле-
ние может быть любое пленочное
7*
195
соответствующего номинала.
Для уменьшения емкости нагру-
зочное сопротивление разбивают
на равные части и включают пос-
ледовательно. Нельзя применять
проволочные сопротивления, так
как они имеют высокую индук-
тивность.
При больших мощностях пе-
редатчика нагрузочные сопро-
тивления имеют большие габари-
ты и к тому же дороги. Рекомен-
дуется применять только фабрич-
ные высокочастотные мощные
сопротивления. Величина нагру-
зочного сопротивления составля-
ет примерно 800 Ом, его разме-
щают в герметичном корпусе
вблизи излучающих концов ан-
тенны.
При грозе в каждой замкну-
той антенне в виде длинного про-
вода индуцируется значительный
ток, который может привести к
выходу из стоя нагрузочного со-
противления. Поэтому иногда
бывает лучше размещать нагру-
зочное сопротивление в доступ-
ном месте и соединять его с кон-
цами антенны длинной двухпро-
Рис 12.7. Ромби-
ческая антенна с
нагрузочным
сопротивлени-
ем, соединен-
ным с антенной
двухпроводной
открытой воз-
душной линией
передачи
водной линией передачи волно-
вым сопротивлением 700-800 Ом
согласно рис. 12.7.
Нагрузочное сопротивление
можно в этом случае сделать на
клеммах и отключать на время
грозы, как впрочем и всю антен-
ну.
Вместо дорогостоящих высо-
кочастотных нагрузочных сопро-
тивлений применяют также так
называемые нагрузочные линии
передачи. Они выполнены в виде
двухпроводной линии с расстоя-
нием между проводами 15 см, от-
личие заключается лишь в том,
что проводники выполнены из
высокоомной хром-никелиевой
проволоки диаметром 0,4-0,5 мм.
Длина такой нагрузочной линии
передачи должна составлять ми-
нимум 6Х по отношению к сред-
ней рабочей частоте. Концы этой
линии должны быть подключены
к нагрузочному сопротивлению,
мощность которого в этом случае
Рис 12.8. Замкнутая ромбическая ан-
тенна с нагрузочной линией переда-
чи
196
существенно меньше и составля-
ет примерно 710 часть мощности
передатчика, (рис. 12.8.)
12.4.3. Конструкция ромбичес-
кой антенны
Чтобы получить эффектив-
ную диаграмму направленности
без боковых лепестков и возмож-
но высокий коэффициент усиле-
ния, длина стороны ромба L и
угол раскрыва а должны нахо-
диться в определенной зависимо-
сти друг по отношению к другу,
которая представлена на рис.
12.9.
Угол возвышения (угол верти-
кального излучения) ромбичес-
кой антенны зависит от высоты
размещения антенны над повер-
хностью земли. Для получения
плоского излучения, особенно в
высокочастотном КВ диапазоне
высота подвеса антенны не дол-
жна быть меньше А/2. Антенна не
должна быть наклонена к повер-
хности земли, т.е. быть парал-
лельна ей.
При конструировании ромби-
ческой антенны всегда лучше
планировать расположение ан-
тенны по длине и ширине. В таб-
лице 12.1. геометрические данные
ромбической антенны для диапа-
зонов от 10 до 40 м. Длины при-
ведены из расчета середины час-
тотного диапазона. Для констру-
ирования широкополосных ан-
тенн сантиметровая точность не
обязательна. Мачты рекоменду-
ется расставлять немного далее
указанного расстояния, чтобы
сделать возможной небольшие
коррективы углов аир. Это осо-
бенно важно при больших значе-
ниях L , когда антенна становит-
ся критичной к углу а.
52 ДО 8ft 12 10ft 10.7 11,2 11,7 12,2 12ft 13ft
Коэффициент усиления в dB
Рис. 12.9. Оптимальные углы а и Р в зависимости от длины стороны ромба L
для замкнутой ромбической антенны
197
Таблица 12.1. Размеры ромбической антенны для любительских частотных
диапазонов __________
Длина стороны ромба, X Длина стороны ромба, в м Угол раскрыва а в° Угол антенны ₽ в° Длина антенны в м Ширина антенны в м Коэфф, усилен, в дБ
40-м диапазон
1,0 41,50 111 69 47,00 68,50 5,2
1,5 63,00 91 89 88,50 90,00 6,8
2,0 84,00 76 104 132,40 103,50 8,0
2,5 105,00 68 112 174,50 117,50 9,2
3,0 127,00 63 117 217,00 133,00 10,0
3,5 148,00 58 122 259,00 144,00 10,7
4,0 169,00 54 126 302,00 154,00 11,2
20 м диапазон
1,0 20,80 111 69 24,00 34,50 5,2
1,5 31,50 91 89 44,50 45,00 6,8
2,0 42,00 76 104 66,50 52,00 8,0
2,5 52,50 68 112 87,50 59,00 9,2
3,0 63,00 63 117 108,00 66,00 10,0
3,5 74,00 58 122 130,00 72,00 10,7
4,0 84,50 54 126 151,00 77,00 11,2
4,5 95,00 51 129 172,00 82,00 11,7
5,0 106,00 48 132 194,00 86,50 12,2
5,5 116,00 46 134 214,00 91,00 12,6
6,0 127,00 44 136 236,00 95,50 13,0
15-м диапазон
1,0 13,80 111 69 15,70 22,80 5,2
1,5 21,00 91 89 29,50 30,00 6,8
2,0 28,00 76 104 44,50 34,50 8,0
2,5 35,00 68 112 50,00 39,50 9,2
3,0 42,00 63 117 72,00 44,00 10,0
3,5 49,50 58 122 87,00 48,00 10,7
4,0 56,50 54 126 101,00 51,50 11,2
4,5 63,50 51 129 115,00 55,00 11,7
5,0 70,50 48 132 129,00 57,50 12,2
5,5 78,00 46 134 144,00 61,00 12,6
6,0 85,00 44 136 158,00 64,00 13,0
10-м диапазон
1,0 10,20 111 69 11,60 17,00 5,2
1,5 15,60 91 89 22,00 22,30 6,8
2,0 21,00 76 104 33,10 26,00 8,0
2,5 26,20 68 112 43,50 29,50 9,2
3,0 31,50 63 117 54,00 33,00 10,0
198
Таблица 12.1. (продолжение)
Длина стороны ромба, X Длина стороны ромба, в м Угол раскрыва а в° Угол антенны ₽ в° Длина антенны в м Ширина антенны в м Коэфф, усилен, в дБ
10-м диапазон
3,5 37,00 58 122 65,00 36,00 10,7
4,0 42,00 54 126 75,00 38,50 11,2
4,5 47,50 51 129 86,00 41,00 11,7
5,0 52,50 48 132 96,00 43,00 12,2
5,5 58,00 46 134 107,00 45,50 12,6
6,0 63,00 44 136 117,00 47,50 13,0
12.4.4. Широкополосность
ромбической антенны
Как видно из таблицы ромби-
ческая антенна может хорошо
работать как многодиапазонная.
Например, со стороной ромба
А=42м, имеем IX на 40м, 21 на
20м, ЗХ на 15м и 4Х на Юм. Угол
раскрыва а рассчитывается опти-
мально для 15 или 20 м диапазо-
на. Тогда для 10 м диапазона,
угол раскрыва немного большой,
и одновременно с узким основ-
ным лепестком диаграммы на-
правленности появятся неболь-
шие боковые лепестки и неболь-
шой задний лепесток. Это одна-
ко не приведет к существенному
уменьшению коэффициента уси-
ления в основном лепестке. Для
40 м диапазона угол раскрыва
будет немного меньше оптималь-
ного, основной лепесток немно-
го расширится, появятся также
задний и боковые лепестки.
Антенна имеет отличную по-
лосу пропускания в диапазоне
ссторон ромба от 21 до 63 м.
12.4.5. Специальные формы
ромбической антенны
Еще большую широкополос-
ность имеют ромбические антен-
ны с “толстой” стороной ромба,
(рис. 12.10.)
Соединяя параллельно 3 и бо-
лее проводников можно полу-
чить увеличение ширины пропус-
кания и одновременно уменьше-
ние входного сопротивления ан-
тенны до 600 Ом.
Рис. 12.10. Широкодиапазонная ром-
бическая антенна
199
Если соединяют несколько
одинаковых ромбических антенн
одна над другой, как показано на
рис 12.11 то получают еще боль-
ший выигрыш коэффициента
усиления и сужения основного
лепестка диаграммы направлен-
ности в Н плоскости. При этом
коэффициент усиления может до-
стигать 17 дБ.
Рис. 12.11. Составная ромбическа
антенна
13. Системы полуволновых вибраторов, возбуждаемые
синфазно
Полуволновой вибратор
представляет основной элемент
почти всех антенн. Его характе-
ристики известны, (см. главу 3).
Если включать комбинации не-
скольких полуволновых вибра-
торов, то можно получить почти
любую диаграмму направленно-
сти в сочетании с большим, по
сравнению с одиночным полу-
волновым вибратором, коэффи-
циентом усиления.
13.1. Линейно расположенные
вибраторы
Если расположить несколько
полуволновых вибраторов в ряд,
как показано на рис 13.1 .а, и воз-
будить их синфазно, то направ-
ление максимума излучения по
сравнению с одиночным полу-
волновым вибратором не изме-
нится, но значительно уменьшит-
ся ширина диаграммы направ-
ленности. Поэтому результирую-
щий коэффициент усиления будет
больше по сравнению с одиноч-
ным полуволновым вибратором.
На рис 13.1. показана система
из 4 расположенных в ряд полу-
волновых вибраторов возбужда-
емых синфазно. Токи протекаю-
щие по вибраторам одинаковы
по величине, направлению и
фазе. Используя систему в ряд
расположенных вибраторов мож-
но получить следующие значения
коэффициента усиления по срав-
нению с обычным полуволновым
вибратором:
а)
Четыре
полуволновых вибратора
одиночный
полуволновой вибратор
1g Л/2 ^,А/2 .
’•-‘"«"-•J L» L*.r *"**
в}
Ь)
Рис 13.1. Система
полуволновых виб-
раторов, располо-
женных в ряд.
а- вибраторы возбуждаемые синфазно, с малым расстоянием друг от друга
Ь- вибраторы возбуждаемые синфазно, с расстоянием V4X,
с- сравнение диаграммы направленности простого полуволнового вибрато-
ра (пунктир) с системой в ряд расположенных 4 вибраторов.
201
Рис. 13.2. Синфаз-
ное и противофаз-
ное возбуждение
вибраторов.
а- 2 полуволно-
вых вибратора
возбуждаются
синфазно.
Диаграмма
направленности,
коэффициент
усиления 1,8 дБ
Л/2
М2
изменение фазы
Ь)
М2 . М2
Ь- 2 полуволновых вибратора возбуждают-
ся противофазно (питание с конца).
с- волновой вибратор возбуждаемый с кон-
ца и синфазном возбуждении за счет вклю-
чения промежуточной Л/4 замкнутой линии.
Диаграмма
направленности,
коэффициент
усиления 1,8 дБ
Диаграмма
направленности,
коэффициент
усиления 1,2 дБ
Рис. 13.3. Примеры
синфазного возбуж-
дения системы виб-
раторов
а- три полуволно-
вых вибратора с
центральным пита-
нием (коэффициент
усиления 3,2 дБ)
Ь-четыре полувол-
новых вибратора с
центральным пита-
нием (коэффициент
усиления 4,3 дБ)
с- три полуволновых
но с питанием с конца ( коэффициент усиления 3,2 дБ)
2 вибратора 1,8 дБ
3 вибратора 3,2 дБ
4 вибратора 4,5 дБ
5 вибратора 5,4 дБ
6 вибратора 6,2 дБ
7 вибратора 6,9 дБ
8 вибратора 7,5 дБ
Дальнейшее небольшое увели-
чение коэффициента усиления
можно получить при увеличении
расстояний между вибраторами
до Л/4-Л/2, однако, в этом случае
труднее обеспечить синфазное
возбуждение всех вибраторов и
поэтому такая возможность
обычно не используется.
Простейшая вибраторная си-
стема представляет питаемый в
центре волновой вибратор. Для
него характерно наличие двух
202
полуволновых вибраторов воз-
буждаемых синфазно. (ри-
c. 13.2.а.) при этом коэффициент
усиления составляет 1,8 дБ. На
рис 13.2.Ь. изображен волновой
вибратор питаемый противофаз-
но (антенна “цеппелин” с питани-
ем с конца), при этом коэффици-
ент усиления составляет только
1,2 дБ а диаграмма направленно-
сти распадается на 4 лепестка.
Чтобы такой волновой вибра-
тор питаемый с конца возбудить
синфазно, нужно разделить по-
луволновые участки (см.
рис.13.2.с.) и в разрыв ввести фа-
зосдвигающий элемент. Этот эле-
мент представляет собой корот-
козамкнутый четвертьволновый
отрезок двухпроводной линии
который поворачивает фазу на
180°. Таким образом можно свя-
зывать любое количество полу-
волновых вибраторов, обеспечи-
вая таким образом их синфазное
питание.
Сопротивление излучения, за-
меренное в пучности тока, рас-
положенных в ряд синфазно пи-
таемых вибраторов увеличивает-
ся быстрее, чем у линейной антен-
ны с синфазным возбуждением
(антенна в виде длинного прово-
да). Для системы из 2 до 6 син-
фазно возбуждаемых вибраторов
справедливо правило, что сопро-
тивление излучения примерно
равно количеству полуволновых
вибраторов умноженному на 100.
На рис 13.3. приведены в ка-
честве примера несколько систем
полуволновых вибраторов.
Стрелками обозначены протека-
ющие фазовые токи. Для системы
на рис 13.3.а. питание произво-
дится в пучность тока, поэтому
сопротивление на зажимах антен-
ны равно сопротивлению излуче-
ния и составляет 300 Ом при ко-
эффициенте усиления 3,2 дБ. На
рис 13.3.b система питается в пуч-
ность напряжения, сответственно
сопротивление на входных зажи-
мах антенны высокое и может
составлять от 1000 до 6000 Ом
при теоретическом коэффициен-
те усиления 4,3 дБ.
Система полуволновых виб-
раторов может быть расположе-
на вертикально, как показано на
рис 13.3.с. Поляризация антенны
в этом случае вертикальная и ди-
аграмма направленности имеет
круговую форму в горизонталь-
ной плоскости. Из конструктив-
ных соображений питание такой
антенны осуществляют с нижне-
го конца, хотя центральное пи-
тание электрически более выгод-
ное. Короткозамкнутый Л/4 отре-
зок двухпроводной линии пово-
рачивает фазу на 180 °, и пред-
ставляет собой параллельный ре-
зонансный контур, включенный
между полуволновыми вибрато-
рами, (см.рис.5.28.). Одинаковое
действие вызывает открытый с
концов Л/2 отрезок двухпровод-
ной линии или заградительный
фильтр с большой добротностью,
как уже описывалось при рас-
смотрении антенны W3DZZ.
203
13.2. Составленные системы
полуволновых вибраторов (много-
этажные системы)
Если расположить горизон-
тальные полуволновые вибрато-
ры, возбуждаемые синфазно, па-
раллельно друг над другом в вер-
тикальной плоскости, то диаг-
рамма направленности такой си-
стемы в горизонтальной плоско-
сти останется такой же, как и оди-
ночного полуволнового вибрато-
ра, а в вертикальной плоскости
главный лепесток будет более уз-
кий. На рис 13.4. показана в ка-
честве примера система из 4 син-
фазно возбуждаемых полуволно-
вых вибраторов, расстояние меж-
ду этажами у которых > Х/2. Ря-
дом приведена диаграмма на-
правленности этой системы в Н
плоскости. Подобные системы
называют многовибраторными
системами.
Коэффициент усиления мно-
говибраторной системы зависит
от числа вибраторов и расстоя-
ния между этажами S. На рис
13.5. приведена зависимость ко-
эффициента усиления многовиб-
раторной системы, состоящей из
2 синфазно возбуждаемых полу-
волновых вибраторов, от рассто-
яния между этажами. Коэффици-
ент усиления такой системы уве-
личивается примерно на 1 дБ при
наращивании каждого этажа.
При оптимальном выборе рас-
стояния S увеличение составляет
1,5 дБ.
Как видно из рис .13.5 макси-
мальный коэффициент усиления
не соответствует расстоянию
между этажами 5=Х/2, однако
5=Х/2 предпочтительнее в дан-
ном случае из других электричес-
ких и конструктивных соображе-
ний. При двух вибраторах, рас-
положенных в два этажа, и рас-
Рис. 13.4. Этажное располо-
жение четырех синфазно
возбуждаемых полуволно-
вых вибраторов
204
Расстояние 5 в Л
Рис. 13.5. Максимальный коэффици-
ент усиления 2 этажной антенны из
двух полуволновых вибраторов в
зависимости от расстояния между
этажами 5
стоянии между этажами 5=Х/2 не
возникает боковых лепестков в Н
- плоскости диаграммы направ-
ленности. Они возникают при
увеличении расстояния S. Увели-
чение коэффициента усиления
обусловлено сужением угла рас-
крыва диаграммы направленно-
сти и появлением небольших бо-
ковых лепестков.
Чтобы синфазно возбуждать
многовибраторную систему су-
ществуют различные методы.
Самый известный - питание при
помощи настроенной Х/2 двух-
проводной линии. Незамкнутая
двухпроводная линия длиной Х/2
трансформирует сопротивление в
соотношении 1:1 и при этом по-
ворачивает фазу входного напря-
жения на 180 °. Если 2 параллель-
ных полуволновых вибратора с
расстоянием между этажами Х/2
связаны между собой через двух-
проводную линию длиной Х/2
(рис. 13.6.а.), то вибраторы воз-
буждаются противофазно, как
это видно из распределения то-
ков. Синфазное возбуждение бу-
Рис.13.6. Возбуждение двух параллельных вибраторов.
а- противофазное возбуждение двух параллельных вибраторов, расположен-
ных на расстоянии Х/2 друг от друга,
Ь- синфазное возбуждение двух параллельных вибраторов, расположенных
на расстоянии Л/2 друг от друга с помощью скрещивания соединительной
линии/
с- синфазное возбуждение двух параллельных вибраторов, расположенных
на расстоянии X друг от друга .
205
дет получено тогда, когда двух-
проводная Х/2 линия скрещена,
как это показано на рис. 13.б.Ь.
Если бы вибраторы были связа-
ны двухпроводной линией дли-
ной IX, то перекрещивания не по-
надобилось бы, так как отрезок
двухпроводной линии длиной IX
трансформирует сопротивление
1:1 без повороты фазы входного
сигнала, (рис.13.б.с).
Питание, подводимое к ниж-
нему вибратору удобно из конст-
руктивных соображений, но не
является лучшим решением, так
как представляет собой несим-
метричную схему питания, при
которой происходит небольшое
фазовое перераспределение токов
и напряжений в антенне и изме-
нение диаграммы направленнос-
ти в Н- плоскости (больший угол
возвышения), и кроме того до-
полнительно ведет к сужению
частотного диапазона.
Сопротивление излучения
двух размешенных параллельно
Рис. 13.7. Сопротивление излучения
двух размешенных параллельно друг
над другом вибраторов при синфаз-
ном питании в зависимости от рас-
стояния между этажами S
друг над другом вибраторов при
синфазном питании изменяется в
зависимости от расстояния меж-
ду этажами S. Как видно из
рис. 13.7. сопротивление излуче-
ния равно
при S=0,5 X 60 Ом
при S=0,72 X 45 Ом
при S=1 X 80 Ом
Многовибраторные системы
находят широкое применение в
УКВ диапазоне в виде много-
этажных параллельных вибрато-
ров. Имеющиеся при этом про-
блемы питания таких систем бу-
дут описаны в главе 23.1.
13.3. Групповые антенны
Комбинируя полуволновые
вибраторы в ряд, создавая мно-
гоэтажные группы можно дос-
тигнуть сужения диаграммы на-
правленности как в Е так и в Я
плоскостях. Такие многовибра-
торные системы называют еще
групповыми антеннами.
Групповые антенны являются
бинаправленными антеннами,
поэтому при необходимости их
снабжают активными и пассив-
ными рефлекторами, обеспечи-
вая одностороннее излучение,
этим обеспечивается выигрыш
коэффициента усиления пример-
но на 3 дБ. Если в качестве реф-
лектора используют рефлектор-
ную стенку, то коэффициент уси-
ления может достигнуть 7 дБ.
Разнообразные многовибратор-
ные антенны применяются из
206
Рис 13.8. Двойной вибратор с изменяемой диаграммой направленности.
а-двойной вибратор. Изменение диаграммы направленности производится
переключением линии питания в точках А и В.
Ь- диаграмма направленности двойного вибратора при синфазном возбуж-
дении (коэффициент усиления 2 дБ)
с-диаграмма направленности двойного вибратора при противофазном воз-
буждении (коэффициент усиления 1,2 дБ)
конструктивных соображений
только в УКВ диапазоне и будут
рассмотрены в главах, посвящен-
ных УКВ антеннам.
13.4. Практические конструк-
ции направленных проволочных
антенн
Очень распространено в КВ
диапазоне применение направ-
ленных проволочных антенн в
виде синфазно возбуждаемых
вибраторов. При этом применя-
ются как небольшой сложности
многоэтажные антенны, так и
размещенные в ряд. В основном
здесь пойдет речь об однодиапа-
зонных антеннах, поскольку мно-
годиапазонные антенны будут
всегда представлять компромисс-
ное решение.
13.4.1. Двойной вибратор
Простейший ряд вибрато-
ров образуют два синфазно воз-
буждаемых полуволновых вибра-
тора согласно рис. 13.8. Особен-
ностью является питание каждо-
го вибратора отдельной линией
передачи. Преимуществом явля-
ется то, что изменением полярно-
сти питания можно изменять ди-
аграмму направленности.
При синфазном возбуждении
обоих вибраторов диаграмма
направленности имеет форму,
как показано на рис. 13.8.Ь. пер-
пендикулярно к оси вибратора.
Коэффициент усиления при этом
составляет 1,8 дБ. С помощью
простого переключения полярно-
сти питания одного из вибрато-
ров на катушке связи, образует-
207
Рис 13.9. Двойной вибратор с повы-
шенным коэффициент усиления
ся диаграмма направленности все-
волнового вибратора (рис.13.8.с.)
с коэффициентом усиления 1,2 дБ.
Если увеличить расстояние между
вибраторами S как показано на
рис. 13.9., то при синфазном вклю-
чении коэффициент усиления уве-
личится:
при S=0,2 X 2,6 дБ
при S=0,3 X 3 дБ
при S=0,4-0,6 X 3,2 дБ
13.4.2. Антенна Франклина
Антенна Франклина получа-
ется, когда включают в ряд боль-
ше чем 2 полуволновых вибрато-
ра. Самое минимальное количе-
ство вибраторов - 3 (рис. 13.10.а.).
Сопротивление излучения
этой системы равно сопротивле-
нию на входных зажимах ( пита-
ние производится в пучность
тока) и составляет 300 Ом. Поэто-
му эта антенна может питаться
прямо через линию передачи с
волновым сопротивлением 300
Ом.
Средний полуволновой виб-
ратор имеет несколько большую
длину (L2), так как на него не рас-
пространяется концевой эффект.
Длина резонансного четверть-
волнового отрезка L3 не критич-
на, но при применении ленточно-
го УКВ кабеля необходимо
учесть коэффициент укорочения
V. Теоретический коэффициент
усиления антенны составляет 3,2
дБ, который обусловлен сужени-
ем диаграммы направленности в
Е- плоскости. Практические зна-
чения размеров L^LV L3 приведе-
ны в таблице 13.1.
Рис. 13.10. Антенна Франклина.
а- 3 - вибратора в ряд, коэффициент усиления 3,2 дБ,
Ь- 5 - вибраторов в ряд, коэффициент усиления 5,4 дБ,
208
Таблица 13.1.
Любит. Длина , Длина, , Длина.
диапазон А(м L2m
10 м 5,09 5,18 2,50
15 м 6,90 7,02 3,52
20 м 10,30 10,50 5,27
40 м 20,71 21,13 10,61
80 м 40,50 41,35 20,70
Если систему расширяют до 5
вибраторов, то коэффициент уси-
ления увеличивается до 5,4 дБ, и
сопротивление на входных зажи-
мах антенны увеличивается до
500 Ом.
Для практического примене-
ния было бы целесообразно ис-
пользовать эту антенну в верти-
кальном расположении. Тогда
она превратилась бы в отличную
вертикально поляризованную
антенну с круговой диаграммой
направленности в горизонталь-
ной плоскости, имеющую очень
маленький угол возвышения и
коэффициент усиления 5,4 дБ. К
сожалению такие размеры антен-
ны можно конструктивно выпол-
нить только в исключительных
случаях.
Антенна Франклина имеет
относительно широкую полосу
пропускания, приведенные в таб-
лице 13.1 размеры рассчитаны
для середины диапазона.
13.4.3. Н- образная антенна
(антенна “Фауль Хейнрих”)
По своему внешнему виду Н-
образная антенна представляет
Рис. 13.11. Н-образная антенна для
одного диапазона
букву Н, лежащую на боку,
(рис. 13.11.)
Легко видеть, что здесь идет
речь о многовибраторной систе-
ме с 2 вибраторами в ряд на каж-
дом из 2 этажей. Скрещенная ли-
ния связи обеспечивает синфаз-
ность возбуждения всех вибрато-
ров.
Питание в данном случае осу-
ществляется через согласованную
двухпроводную линию. Согласо-
вание линии питания с высоким
входным сопротивлением антен-
ны осуществляется с помощью
замкнутого А/4 шлейфа. (см. Гла-
ву 6.6.).
Диаграмма направленности в
горизонтальной плоскости соот-
ветствует диаграмме направлен-
ности волнового вибратора и
симметрична относительно оси
вибратора. Ширина основного
лепестка диаграммы направлен-
ности приблизительно равна 60°.
Вследствие многоэтажности уве-
личивается направленность диаг-
209
раммы направленности в верти-
кальной плоскости. Антенна
имеет довольно пологий угол
вертикального излучения, при
условии высокого ее размещения
над поверхностью земли, что
очень желательно для получения
дальних связей. Лучшие резуль-
таты получаю! при удалении от
земли нижнего этажа на Х/2, но и
при меньших расстояниях полу-
чают относительно хорошие ре-
зультаты.
Теоретический коэффициент
усиления Н- образной антенны
составляет 5,8 дБ. На практике
оказывается, что эта антенна ра-
ботает лучше, чем другие антен-
ны с этим коэффициентом усиле-
ния. Это объясняется пологим
вертикальным углом излучения
Н- образной антенны. В практи-
ке радиолюбителей всегда прият-
но сознавать, что твоя антенна
работает с углом раскрыва диаг-
раммы направленности 60° в двух
направлениях с коэффициентом
усиления 5,8 дБ.
Обычно расстояние между
этажами выбирается равным X/
2. При увеличении этого рассто-
яния коэффициент усиления уве-
личивается. В таблице 13.2 при-
ведены размеры вибраторов,
расстояние между этажами. И
теоретический коэффициент
усиления - образной антенны
для диапазонов 20, 15, и Юм, в
которых обычно получают
дальние связи.
Таблица 13.2. Размеры вибраторов,
расстояние между этажами и теоре-
тический коэффициент усиления Н-
образной антенны для диапазонов
20, 15, и Юм
Любит. Длина Расстояние Теор.коэф.
диап. /, м А, м усилния, дБ
20 м 20,60 10,50(7/) 5,6
7,95(7/) 4,3
15,90(7/) 6,3
15 м 13,90 7,10(7/) 5,6
5,33(7/) 4,3
10,70(7/) 6,3
10,25 5,30(7/) 5,6
4,00(7/) 4,3
7,95(7/) 6,3
Питание антенны можно при-
менять разнообразное. Недостат-
ком питания по схеме рис. 13.3.
являются несимметричные про-
цессы, вызывающие расширение
диаграммы направленности осо-
бенно в вертикальной плоскости.
Кроме того при питании через
настроенную линию потери все-
Рис. 13.12. Н- образная антенна с на-
строенной линией питания
210
Рис. 13.13. Н-образная антенна с цен-
тральным питанием
гда несколько больше, чем через
согласованную линию.
На рис 13.13 показана схема
симметричного питания обоих
этажей антенны. При таком пи-
тании отпадает необходимость
перекрещивания линии связи.
При центральном питании линия
связи между этажами разбивает-
ся на два четвертьволновых от-
резка. Таким образом можно
представить каждый этаж как
волновой вибратор с четверть-
волновым трансформатором,
(см.главу 6.5.). Допустим, вход-
ное сопротивление волнового
вибратора ZA = 4000 Ом (боль-
шое отношение АЛ/), а волновое
сопротивление шлейфа Z=600
Ом, то полное сопротивление на
входных зажимах антенны XX
(ZE) можно вычислить по форму-
ле (6.6.) получив
_ 6002 - ПЛ ГЛ
Z = —— - 90 Ом
Е 4000
Поскольку оба этажа подклю-
чены к входным зажимам антен-
ны параллельно, то волновое со-
противление согласованной ли-
нии питания должно быть не 90,
а 45 Ом, поэтому питание такой
антенны можно производить по
Рис. 13.14.Многодиапазонная Н-об-
разная антенна
коаксиальному кабелю волно-
вым сопротивлением 50 Ом.
На практике часто предпочи-
тают питание по настроенной
линии передачи, так как при этом
можно работать в нескольких
диапазонах.
Следует обращать внимание
при монтаже, чтобы линия пита-
ния подходила к зажимам антен-
ны XX под прямым углом на как
можно большем расстоянии.
Многодиапазонная Н-образ-
ная антенна приведена на
рис. 13.14. Ее размеры рассчитаны
для диапазона Ими она хорошо
работает в диапазонах 10, 15, и
20м. Питание этой антенны осу-
ществляется по настроенной ли-
нии передачи в сочетании с п-
фильтром в качестве устройства
связи.
13.4.3.1. Волновой угловой
вибратор
Если проводники Н- антенны
согнуть под углом 90° как пока-
211
Рис. 13.15. Двухэтажный угловой
вибратор с круговой диаграммой на-
правленности в Е-плоскости и ма-
лым углом возвышения
зано на рис 13.15. то получим дву-
хэтажный волновой угловой виб-
ратор, который очень интересен
из-за своих характеристик диаг-
раммы направленности.
Об угловом волновом вибра-
торе и его приближенно круговой
диаграмме направленности в Е-
плоскости уже было рассказано в
главе 10.4.1. Двухэтажный вол-
новой вибратор отличается тем,
что сохраняя круговую диаграм-
му направленности вибратор
имеет коэффициент усиления на
3 дБ больше. Кроме того он со-
храняет все характеристики Н-
антенны.
13.4.3.2. Антенна “двухсторон-
ний квадрат”
Простой, но мало известной
проволочной направленной ан-
тенной является антенна “двух-
сторонний квадрат”. Хотя по ха-
рактеристикам эта антенна не
похожа на Н-образную антенну
, все же она является ее разновид-
ностью. На рис 13.16 показана
электрическая схема антенны
двухсторонний квадрат. Все че-
тыре стороны квадрата имеют
длину Х/2. Распределение тока на
схеме показано стрелками. Мож-
но видеть, что прямоугольные
ветви квадрата возбуждаются
синфазно. При этом можно рас-
сматривать стороны Lx и Ь2 как
нижний этаж, а Е3 и Е4 как верх-
ний этаж. Таким образом прин-
цип работы и электрическая
структура не отличаются от Н-
образной антенны.
Коэффициент усиления антен-
ны “двухсторонний квадрат” не
превышает 4 дБ и немного мень-
ше, чем у Н- образной антенны а
Рис. 13.16. Распределение тока в ан-
тенне “двухсторонний квадрат”
212
Рис. 13.17. Конструк-
ция антенны “двух-
сторонний квадрат”
монтаж антенны требует высо-
кой мачты.
Конструкция антенны “двух-
сторонний квадрат” показана на
рис. 13.17 с размерами для резо-
нанса на частоте 10 м диапазона.
Антенна применяется в основном
в 10 м диапазоне, при этом необ-
ходимая высота мачты- 10 мет-
ров. В этом случае входные зажи-
мы антенны располагаются на
высоте больше Х/4 от земной по-
верхности, что отвечает требова-
нию минимального удаления ан-
тенны от поверхности земли рав-
ному Х/4.
Антенна питается в основном
по настроенной линии передач,
так как имеет высокое входное
сопротивление. Описываемые до
сих пор проволочные направлен-
ные излучатели имели двухсто-
роннюю диаграмму направлен-
ности. Концентрация излучаемой
энергии в каком-то одном на-
правлении приводит к значитель-
ному увеличению коэффициент
усиления антенны. Антенна, из-
лучающая в одном направлении,
называется однонаправленной.
Отношение мощности, излучае-
мой в главном направлении к
мощности, излучаемой в заднем
направлении будем называть об-
ратным ослаблением.
Описанная антенна “двухсто-
ронний квадрат” при наличии
пассивного рефлектора из бинап-
равленной превращается в одно-
направленную антенну “двойной
квадрат”. (Рис. 13.18.)
Питаемый элемент антенны
возбуждается через настроенную
двухпроводную линию передачи.
Пассивный элемент размещают
на расстоянии > Х/4 и с помощью
коммутационных элементов
обеспечивают его работу или в
Рис. 13.18. Антенна “двойной квад-
рат
213
качестве директора или в каче-
стве рефлектора.
Согласование пассивного
рефлектора осуществляют с по-
мощью LC контура, подключае-
мого к зажимам питания рефлек-
тора. Значения LC определяют
опытным путем. Целесообразно
стороны пассивного элемента
сделать несколько короче по
сравнению с сторонами вибрато-
ра.
Настройка
Настройка производится сле-
дующим образом: При разомкну-
том ключе S с помощью пас-
сивный элемент настраивается
как директор, т.е. так , чтобы ос-
новное излучение происходило в
направлении от вибратора к пас-
сивному элементу. Затем при зам-
кнутом ключе S с помощью С2
пассивный элемент настраивает-
ся как рефлектор, т.е. так, чтобы
направление излучения измени-
лось на 180°. Полученные на-
стройки конденсаторов фиксиру-
ются. Ключ S может быть выпол-
нен в виде реле с дистанционным
управлением.
Используя пассивный рефлек-
тор можно достичь увеличение
коэффициента усиления на ЗдБ.
Это значения справедливо и для
случая использования антенны в
качестве вертикально поляризо-
ванной.
Некоторые радиолюбители
модернизируют антенну “двух-
сторонний квадрат” , размещая
на той же мачте еще один “двух-
сторонний квадрат” под углом
90° к первому. Таким образом
они получают связи с направле-
ний, которые не могут быть дос-
тигнуты с помощью только одно-
го “двухстороннего квадрата”.
По этому принципу можно ис-
пользовать мачты антенн T2FD
(глава 12.2) или проволочной пи-
рамиды (рис. 10.30.) или мачты
антенн вертикальной поляриза-
ции.
13.4.3.3. Шестиэлементная ан-
тенна
Одним из вариантом Н- об-
разной ан±енны является бинап-
равленная антенна, образован-
ная шестью синфазно возбужда-
емыми полуволновыми вибрато-
рами, расположенными на двух
этажах. При прочих одинаковых
с Н- образной антенной характе-
ристиками, шестиэлементная ан-
тенна имеет более узкий основ-
ной лепесток диаграммы направ-
ленности в горизонтальной плос-
кости и коэффициент усиления 7
дБ.
Антенна изображена на рис
13.19. Нижние вибраторы долж-
ны находиться на расстоянии не
менее Х/2 над поверхностью зем-
ли. Размеры антенны, а также
модифицированной антенны
“штерба” приведены в таблице
13.3.
214
Входное сопротивление на
зажимах антенны составляет
240 Ом что позволяет питать ее
прямо двухпроводной УКВ
плоской линией передачи.
13.4.3.4. Антенна “штерба”
Другую модификацию Н-
образной антенны представляет
собой бинаправленная антенна
“штерба”. Радиолюбители ис-
пользуют эту антенну редко, так
как она требует много места при
монтаже и обладает очень узкой
диаграммой направленности,
что обуславливает ее примене-
ние в других радиоотраслях.
Антенна представляет собой
единый проводник, что позво-
ляет использовать ее в северных
районах, производя освобожде-
ние от льда с помощью пропус-
кания по проводнику сильного
электрического тока.
На рис 13.20.а. изображена
схема упрощенной антенны
“штерба”, которая соответству-
ет 4 элементной Н- образной
антенне. Коэффициент усиле-
ния простой антенны “штерба”
соответствует Н- образной ан-
тенне. Конструкция из 6 элемен-
тов приведена на рис 13.20.с. По
своим характеристикам она со-
ответствует шестиэлементной
антенне, правда имеет немного
больший коэффициент усиления
8 дБ.
Простая форма антенны
изображенная на рис.13.20.а.
имеет входное сопротивление
250 Ом, что позволяет питать
антенну с помощью ленточного
кабеля УКВ. Входное сопротив-
ление расширенных форм, на-
оборот, высокое, так как пита-
ние подводится в пучность на-
пряжения. Рекомендуется при-
менять настроенные линии пи-
тания, но еще лучше - замкну-
тый Х/4 трансформатор, кото-
рый позволяет согласовывать
любые линии питания. Еще про-
ще схема питания с конца, изоб-
раженная на рис 13.20.с. В этом
215
Рис. 13.20. Антенны типа “штерба”
а- простая форма, 4 элемента,
Ь- расширенная форма, 6 элементов с центральным питанием,
с- 6 элементная с питанием от конца.
216
Таблица 13.3. Размеры шестиэлемен-
тной антенны и антенны “штерба”
Рабочая Длина Длина L,
частота, м м
МГц
7,0 21,34 10,67
7,05 21,16 10,58
14,0 10,67 5,33
14,2 10,54 5,27
21,0 7,09 3,55
21,2 7,02 3,51
28,0 5,36 2,68
29,0 5,18 2,59
случае входное сопротивление
антенны равно примерно 300
Ом.
Практические размеры антен-
ны “штерба" приведены в табли-
це 13.1.
Антенны с расположением
элементов в одной плоскости,
которые были описаны в главе
13.4.3. в английской и немецкой
литературах обозначаются как
Curtain- антенны (антенна зана-
веска).
14. Направленные проволочные антенны, возбуждаемые в
противофазе
Параллельные вибраторы,
которые возбуждаются ВЧ тока-
ми, между которыми существует
сдвиг фазы, излучают преимуще-
ственно в направлении перпен-
дикулярном длине проводников.
Коэффициент усиления и диаг-
рамма направленности таких ан-
тенн зависит от расстояния меж-
ду параллельными элементами и
относительного фазового сдвига.
Самая известная форма этого
вида антенн - антенна “волновой
канал”, или антенна Yagi, назван-
ная именем ее изобретателя. На
рис. 14.1. изображена простейшая
система излучателей. Два вибра-
тора, расположенные на рассто-
янии Х/2 параллельно друг другу
связаны между собой двухпро-
водной линией передачи длиной
Х/2. Из распределения токов мож-
но видеть, что вибраторы А и В
возбуждаются противофазно.
Можно представить так, что виб-
А* Главное
^/направление
г излучения
^Линия питания
х антенны
Рис. 14.1. Возбуждение и распределе-
ние тока на противофазно возбужда-
емых вибраторах
218
ратор А работает по отношению
к вибратору В как рефлектор, и
наоборот. В зависимости от рас-
стояния S и фазовой разницы
суммарное излучение будет рав-
но или векторной разнице или
векторной сумме излучений от-
дельных вибраторов. В результа-
те формируется бинаправленная
диаграммы направленности
вдоль линии связи между вибра-
торами.
Изменение коэффициента уси-
ления двух параллельных вибра-
торов в зависимости от расстоя-
ния S представлено на рис. 14.2.
Теоретический максимум коэф-
фициента усиления 4,3 дБ соот-
ветствует расстоянию между виб-
Рис.14.2. Коэффициент усиления
двух параллельных вибраторов (0,5Х
и IX) возбуждаемых со сдвигом фазы
180° в зависимости от расстояния £
Рис. 14.3. Изменение сопротивления
излучения системы из двух парал-
лельных вибраторов (0,5Х и IX), пи-
таемых противофазно, в зависимос-
ти от расстояния £
раторами 0,15Х. Если применяют-
ся два волновых вибратора, то
коэффициент усиления увеличи-
вается на 1,8 дБ и составляет мак-
симум 6,1 дБ.
При рассмотрении изменения
сопротивления излучения в зави-
симости от расстояния S, пред-
ставленного на рис. 14.3. , можно
видеть, что для такой системы,
питание осуществляется в пуч-
ность тока и сопротивление из-
лучения очень мало, и составля-
ет 12-20 Ом при максимальном
коэффициенте усиления. Это ха-
рактеризуется большими токами
и напряжениями в линии питания
и соответственно большими по-
терями. Поэтому практическое
значение коэффициента усиления
меньше теоретического минимум
на 1 дБ.
Противофазно возбуждаемые
антенны обычно представляют
собой петлевые конструкции, ко-
торые отличаются только факти-
чески видом возбуждения элемен-
тов.
ь) wwwm
о - Изоляторы
• = Точка соединения
EZZZ3 = Распорка
Рис. 14.4. Направленная антенна
W8JK.
а- горизонтальная
Ь- вертикальная
с- примеры скрещивания линии свя-
зи между вибраторами.
219
Рис 14.5. Схема антенны
W8JK
а- 1 секция = 2 элемента
Ь- 2 секции = 4 элемента
с- 3 секции = 6 элементов
d- 4 секции = 8 элементов
14.1. Направленная антенна
W8JK
Очень распространенную про-
тивофазно возбуждаемую прово-
лочную направленную антенну
предложил радиолюбитель
W8JK (J.D.Kraus). На рис 14.4
представлена эта антенна в вари-
анте горизонтальной и верти-
кально поляризации. Направле-
ния главных максимумов излуче-
ния показаны на рис стрелками.
Конструкция антенны W8JK
может иметь различные размеры
и различные варианты питания,
но расстояние А составляет все-
гда от Л/8 до А/4 и фаза питания
всегда 180°.
Самая простая форма антен-
ны W8JK состоит из двух парал-
лельных полуволновых вибрато-
ров (рис. 14.5.а.). Следующей фор-
мой является параллельное со-
единение волновых вибраторов
(рис. 14.5 Ь.), которая обозначает-
ся как антенна W8JK с двумя сек-
циями. Конструкции с 3 и 4 сек-
циями обычно применяются ред-
ко (рис. 14.5.с и d).
В таблице 14.1 приведены
практические данные размеров
220
Таблица 14.1. Практические данные размеров антенны W8JK
Частотный Расстояние Шлейф
диапазон A L1 L2 L3 М D S В
кГц X м м м МММ м м
7000+
7150 0,125 5,28 10,36 18,29 16,05 2,69 1,22 7,93 1,22
14000+ 0,125 2,64 5,18 9,14 8,03 1,35 0,61 3,96 0,61
14350 0,15 3,18 5,18 9,14 7,70 1,63 0,61 3,66 0,61
0,20 4,24 5,18 9,14 6,96 2,18 0,61 3,05 0,91
0,25 5,29 5,18 9,14 6,30 2,69 0,61 2,44 1,22
21000+ 0,15 2,13 3,50 6,17 5,20 1,09 0,51 2,88 0,40
21450 0,25 3,55 3,50 6,17 4,26 1,82 0,51 2,06 0,80
28000+ 0,15 1,58 2,59 4,57 3,84 0,81 0,46 2,13 0,30
29000 0,25 2,64 2,59 4,57 3,15 1,35 0,46 1,52 0,60
29000+ 0,15 1,53 2,51 4,42 3,71 0,79 0,46 2,13 0,30
30000 0,25 2,54 2,51 4,42 3,05 1,32 0,46 1,52 0,60
антенны W8JK. Коэффициент
усиления этих антенн приведен на
рис 14.5.
Антенна W8JK с одной сек-
цией (расстояние А=Ч*Х) можно
использовать на второй гармо-
нике в качестве 2-секционной
антенны с расстоянием А равным
Х/4 . Если антенну питать через
настроенную линию передачи, то
ее можно использовать как мно-
годиапазонную для 4 гармоник.
Конечно, тогда расположенные в
ряд вибраторы не будут уже воз-
буждаться в фазе, а диаграмма
направленности будет многоле-
пестковой, как на рис 11.1 .а. Цен-
тральное питание антенн типа
W8JK в точках питания антенны
XX осуществляется в пучность
напряжения. Если хотят приме-
нить согласованную линию пита-
ния с малыми потерями, напри-
мер, двухпроводную линию 600
Ом, то используют четвертьвол-
новый шлейф в качестве согласу-
ющего трансформатора (глава
6.5.). Замкнутый шлейф подклю-
чают к антенным зажимам XX
(рис.14.6.). Данные размеров
шлейфа из 600-омной двухпро-
водной линии передачи приведе-
ны в таблице 14.1. в случае при-
менения коаксиального кабеля в
качестве линии питания согласу-
ющий шлейф рассчитывается для
Рис. 14.6. Со-
гласование
антенны
W8JK с по-
мощью Х/4
замкнутого
шлейфа
221
полного сопротивления в точках
ZZ 240 -300 Ом.( си. Главу 7.5.).
14.1.1. Антенна W8JK с элемен-
тами в виде шлейфа
Если антенну W8JK изгото-
вить с вибраторами в виде шлей-
фов, согласно рис. 14.7., то сопро-
тивление излучения становится
больше, а полоса пропускания
шире. В антенне протекают мень-
шие токи, по сравнению с обыч-
ной W8JK, и соответственно по-
тери будут меньше. При такой
шлейфовой форме антенны мож-
но достичь теоретического коэф-
фициента усиления. Антенна не
имеет резонанса на гармониках,
и поэтому используется только в
диапазоне, для которого она рас-
считана.
На рис 14.7. изображена кон-
струкция антенны с простым и
двойным шлейфом. Данные этих
антенн приведены в таблице 14.2.
При изготовлении антенны с про-
стым шлейфом необходимо при-
менять в качестве четвертьволно-
вой линии связи D плоскую двух-
проводную линию с волновым
сопротивлением 240 Ом. Данные
Рис.14.7. Антенна W8JK с
элементами в виде шлейфов
а- с простым шлейфом, ли-
ния связи D из ленточного
кабеля 240 Ом,
Ь- с двойным шлейфом, ли-
ния связи D из ленточного
кабеля 300 Ом
с- согласующий шлейф
222
Таблица 14.2. Размеры антенны W8JK с элементами в виде шлейфа
Диапазон МГц Расстояние А м Длины Шлейф S м
L м D м
7 6,61 19,61 8,74 10,50
14 3,53 9,80 4,37 5,25
21 2,30 6,56 2,90 3,53
28 1,55 4,73 2,17 2,55
таблица 14.2 приведены с учетом
коэффициента укорочения этой
линии V- 0,82. Каждая из этих
линий связи действует как чет-
вертьволновый трансформатор,
при этом одна из этих линий свя-
зи перекручена на 180°. (см. гла-
ву 6.5.). При этом полное сопро-
тивление на зажимах антенны XX
получается 500 Ом. Тогда антен-
на может запитываться линией
питания с волновым сопротивле-
нием 500 Ом. Если изготовить
линию D из 300-омного ленточ-
ного кабеля, то сопротивление на
входе антенны XX будет пример-
но 750 Ом. При питании антен-
ны с помощью коаксиального
кабеля четвертьволновый шлейф
подключают как показано на
рис. 14.7.с., а длину S шлейфа бе-
рут из таблицы 14.2. На провод-
никах шлейфа находят точки ZZ,
в которых мнимое сопротивление
составляет 240 Ом. Туда подклю-
чается полуволновой преобразо-
ватель и далее коаксиальный ка-
бель.
При изготовлении антенны с
двойным шлейфом (рис. 14.7.Ь.)
расчет ведут немного по другому.
Обе линии связи D, одна из кото-
рых перекручена, состоят из 300-
омных двухпроводных линий пе-
редачи. Коэффициент укороче-
ния V= 0,82 уже учтен в таблице
14.2. Тогда входное сопротивле-
ние антенны в точках XX равно
примерно 300 Ом и антенну мож-
но питать напрямую 300- омным
плоским ленточным УКВ кобе-
лем. Если линия связи D изготов-
лена из 240- омного ленточного
кабеля, то антенну питают 240-
омным кабелем. В обоих случаях
существует возможность питать
антенну в точках XX по коакси-
альному кабелю через полувол-
новой преобразователь.
14.2. Направленные антенны с
односторонней диаграммой на-
правленности
Если 2 параллельно располо-
женные друг по отношению к
другу полуволновых вибратора
возбуждаются одинаковыми по
величине, но разными по фазе
токами, то при определенном со-
четании расстояния между вибра-
торами и фазовой разнице диаг-
223
рамма направленности приобре-
тает одностороннюю форму.
Например, диаграмма направ-
ленности может принять форму
кардиоиды, если расстояние меж-
ду вибраторами равно V4X,a сдвиг
фазы 90°, такой же эффект про-
является при расстоянии и
45°, 1/8Хи 135°.
Желаемое смещение фаза по-
лучают на питаемом элементе
если второй элемент возбуждает-
ся через трансформатор, электри-
ческая длина которого соответ-
ствует требуемому смещению
(сдвигу) фазы (см.рис.1.1.). Если
проводник имеет электрическую
длину ’/4Х, то на нем можно по-
лучить сдвиг фазы 90°.
Два электромагнитных поля
от вибраторов, питаемых со сдви-
гом фазы 90° складываются век-
торно в пространстве таким об-
разом, что образуется однонап-
равленная характеристика диаг-
раммы направленности, при этом
угол раскрыва диаграммы на-
Рис.14.8. Диаграмма направленнос-
ти виде кардиоиды 2-полуволновых
вибраторов, расположенных на рас-
стоянии ‘/4Х, и возбуждаемых со
сдвигом фазы 90° виде кардиоиды.
правленности очень большой, а
задний лепесток диаграммы на-
правленности вообще отсутству-
ет(рис.14.8).
Типичным представителем
такого рода антенн является ан-
тенна ZL.
14.2.1. Узконаправленная ан-
тенна ZL
Эта антенна (см.рис.14.9.) по
внешней форме напоминает ан-
тенну W8JK, однако отличается
по принципу работы. Шлейфо-
вый вибратор R, служащий в ка-
честве рефлектора, на 5% превос-
ходит длину основного вибрато-
ра S. Расстояние между основным
вибратором и рефлектором рав-
няется 1/8. Перекрещивание со-
единительной линии связи, име-
ющей длину А/8, приводит к тому,
что рефлектор питается со сдви-
гом фазы 135° по отношению к
основному вибратору.
Направление главного макси-
мума изучения перпендикулярно
плоскости вибратора в сторону
Рис. 14.9. Узконаправленная антен-
на ZL
224
от рефлектрра. Коэффициент
усиления в прямом направлении
составляет примерно 5,5дБ, а об-
ратное ослабление примерно 20
дБ.
Входное сопротивление ан-
тенны 90 Ом, и поэтому питание
антенны может осуществляться
или с помощью коаксиального
кабеля с волновым сопротивле-
нием 70 Ом, или с помощью сим-
метричной экранированной
двухпроводной линии с волно-
вым сопротивлением 120 Ом, при
этом КСВ в линии имеет вполне
достаточное значение. Наилуч-
шим решением является питание
антенны через четвертьволновый
трансформатор (см. главу 6.5.)
изготовленный из 240-омной
плоской линии передач и далее
600 -омным двухпроводной ли-
нией.
Антенны с элементами в виде
шлейфа используют только как
однодиапазонные. При повороте
антенны вокруг своей горизон-
тальной оси можно изменить на-
правление излучения на 180°, од-
нако эта операция трудно выпол-
нима механически. Это легче сде-
Таблица 14.3. Размеры антенны ZL
лать при вертикальном располо-
жении антенны, в этом случае,
вращая антенну, можно получить
максимальное усиление во всех
направлениях.
Оба шлейфа антенны изготов-
ляют из обычного антенного ка-
натика и в КВ диапазоне рассто-
яние D равно приблизительно 20
см. Если допустимо незначитель-
ное уменьшение мощности , то
антенну можно изготовить из
обычного плоского ленточного
УКВ кабеля, учитывая при этом,
что в этом случае указанные раз-
мера нужно умножить на коэф-
фициент укорочения Е=0,82. Так
как при этом длина соединитель-
ной линии передачи тоже умень-
шится на 20%, расстояние между
вибраторами станет равным 1/10.
При этом так же изменится не-
много диаграмма направленнос-
ти и уменьшится входное сопро-
тивление антенны на примерно
60 Ом.
В таблице 14.3. приведены раз-
меры антенны ZL изображенной
на рис 14.9. В скобках приведены
размеры для антенны, изготов-
ленной из плоского УКВ кабеля.
Диапазон, МГц Расстояние А м Длина S м R м
7 5,16(4,23) 20,57(16,87) 21,70(17,80)
14 2,58(2,12) 10,30(8,45) 10,85(8,90)
21 1,72(1,41) 6,85(5,62) 7,24(5,94)
28 1,29(1,06) 5,09(4,17) 5,39(4,42)
8 Антенны
225
14.2.2. Антенна HB9CV
Разновидностью антенны ZL
является антенна HB9CV. Ее на-
зывают иногда швейцарской в
честь изобретателя швейцарца
Роумгартнера. Антенна пред-
ставляет собой 2-элементную
конструкцию^, которая по сравне-
нию с антенной ZL требует зна-
чительно меньше места для мон-
тажа и легче в изготовлении. Ан-
тенну изготовляют часто в виде
вращаемой конструкции из ме-
таллических трубок.
Электрическая схема антенны
HB9CV приведена на рис.14.10.
Антенна состоит из двух неоди-
наковых по длине вибраторов,
которые расположены на рассто-
янии Л/8 параллельно друг другу.
К обоим вибраторам подводит-
ся питание и, кроме того они свя-
заны между собой через излуче-
ние. Лучшие характеристики по-
лучаются при расстоянии между
вибраторами Х/8 и фазовом сме-
щении 225°. Перекрещивание фа-
зовой линии связи дает сдвиг по
фазе 180°, На длине этой линии
Х/8 получаем дополнительный
фазовый сдвиг 45° и, таким обра-
зом обеспечивается требуемое
фазовое смешение, необходимое
для возбуждения.
Одновременно с этим надо
получить между двумя элемента-
ми одинаковую разницу фазы за
счет завязки через излучение. ,
так как в противном случае связь
через излучение и связь через пи-
тание взаимно компенсируют
друг друга. Это требование ( как
и для антенны “волновой канал”
выполняют укорачивая директор
и удлиняя рефлектор. Длины эле-
ментов рассчитывают так, что
индуктивная составляющая реф-
лектора и емкостная составляю-
щая директора, с учетом мнимых
составляющих Е- образной схе-
мы согласования, взаимно ком-
пенсировали друг друга. Таким
образом достигают чистого ре-
ального сопротивления на вход-
ных зажимах антенны.
Оба элемента возбуждаются
через Т-образную схему согласо-
вания( или гамма- согласование)
и связаны фазовой линией пере-
дачи. Т-образное согласующие
звено включается в точки на эле-
Рис. 14.10. Антенна YB9CV
226
менте с соответствующим пол-
ным сопротивлением.
Обычно Т-звено и фазовая
линия изготовляется из металли-
ческих трубок.
К конструкции фазовой линии
связи предъявляются следующие
требования:
а- чтобы избежать излучения
фазовой линии передачи, рассто-
яние между проводниками дела-
ют 12-15 мм. Волновое сопротив-
ление этой линии при длине Х/8
не имеет большой роли.
Ь- Фазовые проводники дол-
жны иметь хорошую изоляцию,
чтобы избежать коротких замы-
каний. Расстояние от элементов
антенны может быть минималь-
ным, определяемым толщиной
материала изоляции.
с- электрическая длина фазо-
вой линии должна быть Х/8. Из-
вестно, что скорость распростра-
нения волны по изолированному
проводнику меньше скорости в
воздухе, поэтому необходимо
учесть коэффициент укорочения,
примерно 0,9 , при этом геомет-
рическая длина составит пример-
но 0,9V8.
С другой стороны размещение
Т- элемента в плоскости элемен-
тов приводит к увеличению рас-
стояния А. Практические экспе-
рименты показали, что 10% коле-
бания расстояния А между эле-
ментами не приводит к заметным
ухудшениям характеристик ан-
тенны.
При мощности передачи до
200 Ватт антенну HB9CV можно
питать с помощью обычного
УКВ плоского ленточного кабе-
ля с волновым сопротивлением
240-300 Ом. Часто применяют
коаксиальный кабель. В этом слу-
чае вместо Т- образной схемы
согласования применяют гамма-
образную схему, изображенную
нарис.14.10.с.
Если антенну HB9CV изготов-
ляют из провода, то необходимо
Таблица 14.4. Размеры антенны HB9CV для рисунка 14.10.
Диапазон 20 м 14150 кГц 15м 2120 кГц Юм 28500кГц
Длина
директора D 9,74 6,52 4,84
Длина
рефлектора R 10,60 7,08 5,26
Расстояние А 2,65 1,77 1,32
Размер TD 3,18/2,65/1,33 2,12/1,77/0,89 1,58/1,32/0,66
Размер TR 3,43/2,86/1,43 2,29/1,91/0,95 1,70/1,42/0,71
Расстояние cl 0,12 0,09 0,06
Все данные в метрах
8’
227
обращать внимание на следую-
щие моменты:
Так как антенна имеет низкое
сопротивление излучения, то
токи протекающие в антенне ве-
лики, и поэтому необходимо при-
менять по возможности толстый
провод с хорошей проводящей
способностью- Напряжения на
концах вибраторов также велики,
что требует хороших и достаточ-
но длинных изоляторов. Для про-
волочного варианта длины виб-
раторов должны быть несколько
длиннее, чем трубки: для рефлек-
тора 1,02Х/2, для директора -
0,94X72.
Если КСВ очень большой, то
пробуют изменять длину элемен-
тов, следя правда за тем, чтобы
розница между длинами рефлек-
тора и директора не превышала
8%.
Размеры антенны НВ9С из
жестких элементов для трех лю-
бительских диапазонов приведе-
ны в таблице 14.4.
В графах размеров TR и TD
стоят по три цифры. Это размеры
для входного сопротивления ан-
тенны соответственно 300 Ом(ри-
с. 14.10.а.), 150 Ом (рис. 14.10.Ь.) и 75
Ом(рис.14.Ю.с.).
Диаграмма направленности
антенны HB9CV в £-плоскости
имеет форму кардиоиды. Угол
раскрыва диаграммы направлен-
ности равен примерно 75°. Ослаб-
ление заднего лепестка 20 дБ и
сильно зависит от угла возвыше-
ния, на практике были получены
значения от 10 до 40 дБ. Для хо-
рошо рассчитанной и сконстру-
ированной антенны коэффици-
ент усиления может составить
5дБ.
14.2.3. Двухэлементная на-
правленная антенна с переключа-
емой диаграммой направленности
На рис 14.11 представлена
однонаправленная антенна с пе-
реключением диаграммы на-
правленности на 180°
Эта антенна состоит из двух
шлейфовых вибраторов равной
длины, расположенных на рас-
стоянии Х/4 друг от друга. К каж-
дому элементу подключен лен-
точный кабель УКВ равной дли-
ны. Обе линии передачи подклю-
чаются к шлейфовому вибратору,
имеющему электрическую длину
Х/4 и изготовленного из того же
кабеля.
При помощи двухполюсного
переключателя или соответству-
ющего реле точки соединения
линий передачи с Х/4 шлейфом
могут переключаться, и одновре-
менно подключаться к выходу
передатчика.
Принцип действия схемы ясен
из рис.14.11. Один из элементов
антенны, а именно тот, который
в данном случае служит вибрато-
ром, подключается непосред-
ственно к выходу передатчика.
Другой элемент питается по дру-
гой линии передачи и дополни-
тельному отрезку, имеющему
электрическую длину Х/4, обеспе-
чивая сдвиг фазы между рефлек-
228
Отрезок линии . ..
длиной Л/4
УКВ плоская
двухпроводная линия
передачи любой длины
любая длина,
Z=120-140 Ом
Рис.14.11. Двухэлементная
направленная антенна с пере-
ключаемой диаграммой на-
правленности
тором и директором 90°. Про-
стым переключением направле-
ние основного излучения может
быть изменено на 180°.
Волновое сопротивление ли-
ний передач, соединяющих ан-
тенны с переключателем должно
быть 120-150 Ом. Наиболее
подходящей является экраниро-
ванная симметричная двухпро-
водная линия с волновым со-
противлением 120 Ом. (Например
типа 120D10-1)
Коэффициент усиления антен-
ны примерно 4 дБ, Диаграмма
направленности представляет в
Е- плоскости кардиоиду, подав-
ление заднего лепестка в среднем
20 дБ. Эта система может приме-
няться также только для одного
диапазона. Размера антенны при-
ведены в таблице 14.5.
Таблица 14.5. Размеры двухэлементной направленной антенны с переклю-
чаемой диаграммой направленности
Диапазон МГц Длина L м Расстояние А м Длина Л/4 отрезка м
7 20,57 10,64 8,72
14 10,30 5,32 4,36 v=0,82
21 6,85 3,54 2,90
28 5,09 2,65 2,17
229
15. Направленные антенны с волновыми вибраторами
в виде шлейфа
Если горизонтальный шлей-
фовый (петлевой) вибратор рас-
тянуть в вертикальной плоско-
сти, то образуется квадрат с сто-
роной равной Х/4. Распределение
токов от такого деформирования
не изменится, однако изменится
диаграмма направленности и
уменьшится входное сопротивле-
ние на примерно 120 Ом.
Можно рассматривать обра-
зовавшийся квадрат как двухэ-
тажную антенну, с синфазно воз-
буждаемыми полуволновыми
вибраторами в каждом этаже. У
многоэтажных антенн сужается
диаграмма направленности в Н-
плоскости (см. Главу 13.2.), это
значит, что по сравнению с полу-
Рис. 15.1. Преобразование шлейфово-
го вибратора в квадрат
волновым вибратором коэффи-
циент усиления горизонтально
поляризованного квадрата на
рис 15.1. больше на примерно
1 дБ.
15.1 Антенна “двойной квад-
рат”
В 1948 году в радиолюбитель-
ской литературе появилось пер-
вое описание антенны “двойной
квадрат”, которая с тех пор заво-
евала заслуженную популярность
у большого количества радиолю-
бителей во всем мире.
На рис 15.2 изображена схема
антенны двойной квадрат в двух
видах, в которых она обычно
выполняется. Основным элемен-
том является вибратор в виде
проволочного квадрата с длиной
стороны Х/4 и общей длиной IX.
На расстоянии А от 0,08 до 0,2 X
помещается второй такой же
квадрат, снабженный дополни-
тельным четвертьволновым
шлейфом, благодаря которому
этот элемент действует как реф-
лектор.
Этот шлейф выполняет фун-
кции дополнительной индуктив-
ности, которая обеспечивает не-
230
Рис.15.2. Схема
антенны “двой-
ной квадрат”
обходимый для рефлекторного
действия фазовый сдвиг. Преиму-
щество шлейфа заключается в
возможности обеспечить сильное
подавление излучения заднего
лепестка, перемещая замыкаю-
щую перемычку на шлейфе.
Правда в последнее время реф-
лектор изготовляют из полнос-
тью замкнутого отрезка провод-
ника, так как в литературе содер-
жится точные справочные дан-
ные по длине сторон рефлекто-
ра.
Элементы квадрата распола-
гаются или вертикально, как на
рис. 15.2.а., или на одной сторо-
не квадрата, как на рис 15.2.Ь. Не
изменяя конструкции антенны,
только лишь перенося точку пи-
тания, можно добиться верти-
кальной или горизонтальной по-
ляризации поля. На рис 15.2. обе
антенны имеют горизонтальную
поляризацию.
Антенна “двойной квадрат”
излучает только в одном направ-
лении, т.е. обратное излучение
сильно ослаблено. Направление
основного излучения перпенди-
кулярно плоскости антенны и
направлению от рефлектора к
вибратору. Максимальный коэф-
фициент усиления составляет
6 дБ.
Практические значения , как
показали исследования (лит. 1.), в
среднем составляют 5дБ. При
расстоянии от рефлектора 0,15 X.
При этом угол раскрыва в гори-
зонтальной плоскости составля-
ет 86° при ослаблении заднего
лепестка 13 дБ . Сопротивление
на зажимах составляет 220 ом,
поэтому антенна может быть за-
питана прямо с помощью 240-
омной двухпроводной линией
передачи.
В другой литературе, при дли-
не стороны квадрата 70 см , ука-
зывается другое значение сопро-
тивления на зажимах антенны -
180 Ом, при этом подчеркивает-
ся, что это сопротивление меня-
ется лишь в незначительных пре-
делах при изменении расстояния
от рефлектора в диапазоне -0, 8-
0,2Х.
Различия в значениях сопро-
тивления следует искать в различ-
ном отношении <7/Х, элементов
антенн, которые были исследова
231
ны. В литературе указано, что
КСВ в линии питания на превы-
шает 1,7 при отклонении от ре-
зонансной частоты на +6%, что
позволяет сделать заключение,
что полоса пропускания антенны
“двойной квадрат” относительно
широкая.
Не оставляет сомнений, что
антенна “двойной квадрат” для
радиолюбительского движения
имеет такую же важность как и
3- элементная антенна “волновой
канал”. А в практическом ис-
пользовании имеет часто преиму-
щества. Так можно отметить, что
угол возвышения и угол раскры-
ва диаграммы направленности в
вертикальной плоскости у антен-
ны “двойной квадрат” меньше,
чем у антенны 3-элементный
“волновой канал” при одинако-
вой высоте размещения над по-
верхностью земли. Как показала
практика, дле установления даль-
них связей (DX-движение) антен-
на “двойной квадрат“ преимуще-
ственнее.
Многие радиолюбитель назы-
вают антенну “двойной квадрат”
королем антенн. Видимо по пра-
ву, так как эта антенна до сих пор
является единственной конструк-
тивно простой двухэтажной ан-
тенной структурой для КВ диапа-
зона (DX- диапазон), представ-
ляющей проволочную направ-
ленную антенну с малым углом
возвышения в вертикальной
плоскости.
15.1.1. Теория антенны “двой-
ной квадрат”
Антенну “двойной квадрат”
можно выполнить либо стоящей
на угле, либо стоящей на сторо-
не квадрата. Хотя обе формы
электрически равноправны,
больше находит применение фор-
ма антенны, как показано на рис,
15.2.Ь.
Как уже известно, элемент ан-
тенны представляет собой двухэ-
тажную систему, с синфазным
возбуждением обоих полуволно-
вых отрезков. В случае стоящего
на углу квадрата, точки пучнос-
тей тока расположены на рассто-
янии 0,35 X друг от друга (диаго-
нали), в то время как для “лежа-
щего” квадрата это расстояние
составляет 0,25Х. Оптимальное
расстояние больше Х/2, поэтому
для стоящего на углу квадрата
диаграмма направленности в вер-
тикальной плоскости должна
быть уже. Недостатком является
то, что в этом случае квадрат кре-
пится к горизонтальным перекла-
динам мачты в точках максиму-
ма напряжения, а это требует
применение очень качественных
высокочастотных изоляторов.
На рис 15.3. изображено рас-
пределение тока на элементах
квадрата, направление тока обо-
значено стрелками. В точках пи-
тания А действуют те же соотно-
шения, что и в случае полуволно-
вого вибратора. Вибратор пита-
ется в пучности тока, и обе его
половины возбуждаются синфаз-
но.
232
Рис. 15.3. Распределение тока в антенне “двойной квадрат”
а,с, - горизонтальная поляризация
b,d,- вертикальная поляризация.
Во внешних точках Ви D рас-
положены узлы тока, и в них про-
исходит изменение тока. При рас-
смотрении квадрата, изображен-
ного на рис. 15.3.а.и Ь., видно что
стороны А и С возбуждаются
синфазно, а стороны В и D - в
противофазе. Это означает что
на рис 15.3.а. поляризация гори-
зонтальная. На рис 15.3.Ь. пита-
ние квадрата осуществляется со
стороны вертикального элемента
квадрата, и обе вертикальные
стороны квадрата возбуждаются
синфазно, а горизонтальные сто-
роны - в противофазе, следова-
тельно, в данном случае поляри-
зация поля вертикальная.
При питании антенны “двой-
ной квадрат” в отношении поля-
ризации справедливо следующее
правило:
если питание антенны произ-
водится со стороны горизонталь-
ного элемента, то поляризация
поля горизонтальная,
если питание антенны произ-
водится со стороны вертикально-
го элемента, то поляризация
поля вертикальная.
Рассуждения о поляризации
поля становятся менее наглядны-
ми при рассмотрении квадрата
стоящего на угле. (рис. 15.3.с. и d).
Если обозначить направления
токов как показано на рис 15.4.,
233
Рис. 15.4. Поляризация поля излуче-
ния элемента антенны “двойной
квадрат”
то становится ясным, сто и в этом
случае поляризация поля квадра-
та, стоящего на одной из его вер-
шин, определяется вполне одно-
значно. Из рисунка видно, что
поля горизонтальных составляю-
щих всех четырех сторон склады-
ваются в фазе, а от вертикальных
составляющих находятся в про-
тивофазе Отсюда следует, что
поле излучения квадрата в этом
случае имеет горизонтальную по-
ляризацию. Если бы питание по-
давалось в точку В или D, то мы
получили бы вертикальную поля-
ризацию.
В середине стороны квадрата,
находящейся напротив точки пи-
тания, находится узел напряже-
ния, и поэтому эта точка может
быть заземлена. На рис. 15.5. по-
казано несколько вариантов пи-
тания, квадрата с заземлением
узла напряжения в случае гори-
зонтальной и вертикальной поля-
ризации.
С теоретической точки зре-
ния совершенно безразлично, к
какой точке подключать линию
питания, к точке А или С - в слу-
чае горизонтальной поляриза-
ции, или к точкам В и D - в слу-
чае вертикальной поляризации.
Место подключения линии пита-
ния на практике определяется из
конструктивных соображений. В
диапазоне УКВ обычно исполь-
Рис. 15.5. Схемы заземления элемента антенны “двойной квадрат”
а- горизонтальная поляризация,
Ъ- вертикальная поляризация.
234
Рис 15.6. Согласование элемента ан-
тенны “двойной квадрат” с помо-
щью Т и Гамма- образной схемы со-
гласования.
зуют полностью металлические
конструкции (Т-согласование,
гамма- согласование), при этом
точки А и С соединяют непосред-
ственно с металлической мачтой,
(рис. 15.6.).
Общая длина питаемого эле-
мента квадрата должна быть те-
оретически 1X. Для всех осталь-
ных вибраторов принимают в
расчет из физических соображе-
ний коэффициент укорочения
антенного проводника. В случае
антенны “двойной квадрат” ис-
следования показали, что общая
длина вибратора должна быть
несколько > 1, те существует “ко-
эффициент удлинения”. Это
справедливо для всех разновид-
ностей форм квадрата и всех ча-
стотных диапазонов. Авторы
книги установили, что общая
длина питаемого элемента квад-
рата должна быть > 1,02Х. В пер-
вых публикациях конструкции
антенны “двойной квадрат” эта
длина указывалась 0,97X, что яв-
ляется слишком малым значени-
ем, которое приводит к появле-
нию мнимых составляющих и со-
ответственно к стоячим волнам.
Устранение этих составляющих
можно производить с помощью
шлейфа, но этот путь имеет
смысл только тогда, когда хотят
получить лучшее согласование с
линией передачи. Однако надо
учитывать, что такие искусствен-
ные “удлинители” приводят к су-
жению полосы пропускания по
сравнению с квадратом, рассчи-
танным в резонанс. Расчет подоб-
ного квадрата производится по
следующим формулам :
Питаемый элемент
Общая длина ш=304,6// (15.1.)
или
длина стороны т=76,15// (15.2.)
Элемент рефлектора
Общая длина т=334// (15.3.)
или
длина стороны т=83,5// (15.4.)
Резонансная частота в МГц.
15.1.2. Практика антенны
“двойной квадрат"
У проволочной антенны
“двойной квадрат” существует
хорошая возможность корректи-
ровать настройку резонанса, (ри-
c. 15.7.а.). При этом общая длина
проводника выбирается несколь-
ко короче требуемой и по обе сто-
роны от точек питания включа-
235
4 «
Рис. 15.7. Способы корректировки
частоты резонанса антенны “двой-
ной квадрат”
ются изоляторы, которые пере-
мыкаются короткозамкнутыми
шлейфами. Удлиняя или укора-
чивая шлейфы добиваются точ-
ной настройки резонанса. На рис
15.7.Ь. показан этот же способ
корректировки, но с использова-
нием только одного шлейфа и
изолятора. Это справедливо так
же и для квадрата, стоящего на
угле. Корректировка частоты на-
стройки резонанса требуется в
практике радиолюбителей все-
гда, так как на высота размеще-
ния антенны над поверхностью
земли всегда ограничена, и всегда
существует влияние земли или
окружающих предметов. Чем
ниже расположена антенна, тем
больше сдвигается ее резонанс-
ная частота в сторону низких
частот и изменяется также вход-
ное сопротивление антенны на ее
зажимах.
В качестве средства настрой-
ки рефлектора всегда служит
шлейф как на рис. 15.2. Он пред-
ставляет собой отрезок двухпро-
водной линии с передвижной за-
мыкающей перемычкой . Часто
рефлектор изготавливают с раз-
мерами, равными размерам квад-
рата вибратора. В этом случае
настройку рефлектирующей спо-
собности производят передвиже-
Табл. 15.1. Размеры антенны “двойной квадрат” , приведенной на рис. 15.2.
и 15.8.
Диапазон 20-м 14100 кГц 15—м 21200кГц 10—м 29000 кГц
Длина стороны Is 5,40 3,60 2,62
Длина стороны /г 5,40 3,60 2,62
Длина шлейфа рефлектора 1,50 1,00 0,70
Резонансный рефлектор Длина стороны Zr 5,92 3,62 2,88
А=0,08Х 1,83 1,22 0,91
А=0,15Х 3,20 2,12 1,60
А=0,20Х 4,25 2,83 2,12
Все длины в метрах
236
нием перемычки по длине шлей-
фа. Правда с электрической точ-
ки зрения более благоприятно,
кода стороны квадрата рефлек-
тора на 5% длиннее сторон квад-
рата вибратора, при этом настро-
ечная линия может быть очень
короткая или вообще отсутство-
вать, при точном расчете длины
стороны рефлектора, в этом слу-
чае получают полностью замкну-
тый квадрат рефлектора.
В таблице 15.1 приведены раз-
меры антенны “двойной квад-
рат” которые уже были опробо-
ваны на практике, и в некотором
приближении не требуют средств
настройки резонанса.
Если же хотят получить пре-
красную настройку, то конечно
надо произвести частоты резо-
нанса, как показано на рис 15.7.
Антенна “двойной квадрат”
также должна размещаться как
можно выше над поверхностью
земли , хотя двухэтажный антен-
ны не так чувствительны к влия-
нию земли, как одноэтажные ан-
тенны. Для получения хороших
характериятик зажимы антенны
должны располагаться на высо-
те минимум Х/2. При высоте раз-
мещения IX и более влияние зем-
ли практически не сказывается.
Для КВ диапазона важны пре-
имущества, которые дает гори-
зонтально поляризованная ан-
тенна “двойной квадрат”. При
применении вертикально поля-
ризованной антенны преимуще-
ства теряются, так как теряется
малый вертикальный угол излу-
чения. При этом диаграммы на-
правленности антенны становит-
ся сильно зависима от от влияния
земной поверхности и , соответ-
ственно, от высоты размещения.
Несущая конструкция антен-
ны может быть выполнена в са-
мых разнообразных вариантах.
Однодиапазонная антенна “двой-
ной квадрат” для диапазонов 10
и 15 м можем иметь деревянную
несущую конструкцию из планок
и брусков (пропитанных в пара-
фине). Антенна в диапазоне 20 м
обычно имеет несущую конст-
рукцию , выполненную для
уменьшения массы и улучшения
механических свойств из бамбу-
ковых трубок. Различные вари-
анты выполнения несущих конст-
рукций будут описаны в разделе
18.8., в этой главе приводятся
только некоторые указания по
изготовлении.
На рис 15.8. изображена про-
стая конструкция антенны “двой-
ной квадрат” , стоящей на одной
из ее вершин. Такая же конструк-
ция может быть применена и для
антенны, стоящей на одной из
сторон. Для увеличения механи-
ческой прочности можно исполь-
зовать растяжки из синтетичес-
ких материалов. Если несущая
конструкция изготовляется из
бамбуковых или синтетических
трубок, то антенный провод мо-
жет укрепляться на них без изо-
ляторов.
237
Рис. 15.8. Пример
конструкции ан-
тенны “двойной
квадрат”
а- вид спереди
Ь- вид сбоку.
Диаметр антенного канатика,
который служит в качестве про-
водника, практически не имеет
значения. Из механических сооб-
ражений его диаметр выбирают
от 1,5 мм. Проводник не должен
быть в изоляции, подвод линии
питания к антенне будет рассмот-
рен в главе 18.8.
15.2. Кольцевой излучатель
Кольцевой излучатель отли-
чается внешне от антенны “двой-
ной квадрат” только тем, что
вместо квадратного элемента ис-
пользуется кольцеобразный про-
водник. (рис. 15.9.).
В различной литературе час-
то высказывается мнение, что та-
кой излучатель имеет круго-
вую поляризацию. Но при внима-
тельном рассмотрении описанно-
го выше принципа действия эле-
мента антенны “двойной квад-
рат” оказывается, что по отноше-
нию к излучаемой волне кольце-
вой излучатель имеет те же свой-
чтва, что и квадратный элемент
“двойной квадрат”. Это значит ,
что при питании в верхней или
Рис 15.9. Двухэлементный кольцевой излучатель для диапазона 10 м
238
нижней точке излучение имеет
горизонтальную поляризацию, а
при питании сбоку поляризация
вертикальная. В отношении ко-
эффициента усиления и потер.
Кольцевой излучатель соответ-
ствует примерно антенне “двой-
ной квадрат” при равном коли-
честве элементов. Однако вслед-
ствие того, что для кольцевого
излучателя необходима металли-
ческая трубка и при конструиро-
вании антенны возникают опре-
деленные механические трудно-
сти, эта конструкция не нашла до
настоящего времени широкого
распространения.
15.2.1. 2-элементный кольце**
вой излучатель
На рис 15.9. изображен двухэ-
лементный излучатель с размера-
ми, соответствующими диапазо-
ну 10 м. Рефлектор представляет
собой замкнутое кольцо, распо-
ложенное на расстоянии Х/4 от
излучателя, который разорван в
точках подключения линии пита-
ния. Входное сопротивление
примерно 75 Ом, верхняя несу-
щая траверса может быть метал-
лической и элементы антенны
могут крепиться к ней без изоля-
тора. В качестве нижней несущей
штанги используется обычно
пропитанная парафином дере-
вянная планка или трубка из син-
тетического материала. Коэффи-
циент усиления составляет при-
мерно 5 дБ.
На рис. 15.10 представлены
размеры антенны рассчитанной в
резонанс для диапазона 10 м. Для
перерасчета на другие частоты
можно применить следующие
формулы:
длина по периметру питаемо-
го элемента =307//
длина по периметру рефлекто-
ра = 329//
Длины - в м, частота - в кГц
15.2.2. 3-элементный кольце-
вой излучатель
На рис 15.10 изображена ан-
тенна, представляющая 3- эле-
ментный кольцевой излучатель
для диапазона 10 м.
Поскольку входное сопротив-
ление на зажимах антенны очень
маленькое, применяется омега-
образная схема согласования,
(см. главу 6.4.). Конструкция ан-
тенны почти полностью металли-
ческая, т.е. нижняя и верхняя тра-
версы могут быть изготовлены из
металла и элементы антенны кре-
пятся к ним без изолирующих
прокладок. Можно конечно при-
менить омега-образную схему
согласования и для 2- элемент-
ной антенны, в этом случае и эта
антенна может быть выполнена
полностью из металла.
Расстояние до рефлектора со-
ставляет примерно 0,21X, рассто-
яние до директора - 0,14Х.
Для расчета 3- элементной
антенны на другие частоты ис-
239
Рис. 15.10. 3-элементный кольцевой излучатель для диапазона 10-м
пользуют те же формулы, что и
для 2- элементной. Длину по пе-
риметру директора определяют
по формуле
289//. (15.7.)
Здесь идет речь о размере раз-
вернутого обруча. Можно ви-
деть, что и для кругового излуча-
теля длина развертки кольца из-
лучателя превышает IX.
15.3. Антенна G4ZU
Известным английским ко-
ротковолновиком Д. Бирдюм
G4ZU бала предложена антенна,
которая по конструктивному вы-
полнению похожа на антенну
“двойной квадрат”. Антенна
G4ZU отличается от антенны
“двойной квадрат” тем, что ее
рамки согнуты под углом 90 °. На
рис 15.11.а. показан один из эле-
ментов антенны. Такой V- образ-
ный элемент имеет почти такую
же диаграмму направленности,
что и обычный вибратор, одна-
ко в направлении раскрыва коэф-
фициент усиления несколько
больше. Для получения горизон-
тальной поляризации поля пита-
ние антенны производится со сто-
роны горизонтальных элементов,
причем безразлично, подается
питание сверху или снизу.
Согнутый подобным обра-
зом рефлектор (рис.15.1 l.b) рас-
полагают так, чтобы вершины
углов обоих элементов антенны
находились на расстоянии 25 мм.
Конструкция антенны G4ZU по-
казана на рис 15.11 .с.
Коэффициент усиления и ди-
аграмма направленности антен-
ны соответствуют почти антенне
“двойной квадрат” , имеет прав-
да на 0,5 дБ больше коэффици-
ент усиления по отношению к ан-
тенне “двойной квадрат” и боль-
шее ослабление заднего лепестка.
240
Рис. 15.11. Антенна G4ZU; а- элемент антенны, Ь- схема антенны, с- конст-
рукция антенны
Входное сопротивление антенны
примерно 60 Ом.
Преимуществом антенны
G4ZU является то, что она может
быть закреплена на одной несу-
щей мачте, а роль горизонталь-
ных несущих элементов выпол-
няют сами элементы антенны.
Вся система очень компактна и
имеет малое ветровое сопротив-
ление
Антенна G4ZU для диапазона
10 м максимальный размер (ра-
диус) примерно 1,3м, для диапа-
зона 15 м - 1,95 м, для диапазона
20 м - 2,6 м. Легкие металличес-
кие трубки нужны только для го-
ризонтальных элементов антен-
ны, имеющих длину А/8, а верти-
кальный элементы, имеющие
длину А/4, могут быть выполне-
ны из провода любого диаметра.
Для этого необходимо использо-
вать провода из того же матери-
ала, что и трубчатые элементы
антенны, чтобы между ними не
возникало электролитической
разности потенциалов.
Изоляторы, на которых кре-
пятся вершины углов элементов
241
к несущей мачте, не обязательно
должны обладать высокими диэ-
лектрическими свойствами, так
как в этих точках находятся ми-
нимумы напряжений. Вполне
пригодным может быть деревян-
ный изолятор, прокипяченный в
парафине. Так как в этой конст-
рукции в точках крепления ан-
тенны к несущей мачте могут воз-
никать механические напряже-
ния, то для их снятия мачту обыч-
но наращивают и к вершине кре-
пят оттяжки из синтетического
материала, которые поддержива-
ют горизонтальные элементы ан-
тенны и тем самым снимают
часть нагрузки. Общие длины
элементов соответствуют длинам
элементов антенны “двойной
квадрат”. В приведенном приме-
ре длина рефлектора равна дли-
не вибратора, а настройка реф-
лектора производится с помо-
щью двухпроводного шлейфа,
имеющего замыкающую пере-
мычку.
15.4. Антенна “швейцарский
двойной квадрат"
Рассматриваемая антенна
бала предложена и запатентова-
на швейцарским радиолюбите-
лем HB9CV.
Как видно из рис 15.12. антен-
на состоит из двух параллельных
квадратов со сторонами Х/4, рас-
стояние между которыми от
0,0075 до 0,1 X. Средние части го-
ризонтальных элементов согнуты
242
Рис. 15.12. Антенна “ швейцарский
двойной квадрат”
под углом 45°, и таким образом
обе средние точки каждой плос-
кости антенны крепятся к несу-
щей мачте.
В точке пересечения трубча-
тых элементов протекает макси-
мальный ток, и поэтому здесь
особенно тщательно должно
быть выполнено электрическое
соединение элементов антенны.
Так как напряжение в этой точке
минимально, то ее можно зазем-
лить, подсоединив к металличес-
кой мачте антенны.
Так как в пересекающихся от-
резках обоих уровней антенны
токи протекают в противофазе,
то проактически эти отрезки ан-
тенны не излучают.
Отличительным признаком
антенны “швейцарский двойной
квадрат” является питание, при
котором рефлектор возбуждают-
ся за счет связи с вибратором че-
рез излучение. Такой способ
комбинированного возбуждения
приводит к тому, что энергия
равномерно распределяется по
всем четырем элементам, и со-
противление излучения в этом
случае 30-40 Ом.
Питание антенной системы
можно подавать как через вер-
хнюю, так и через нижнюю
плоскость. Симметричная ли-
ния питания может быть согла-
сована с помощью двойной Т-
образной схемы (рис. 15.13.а.),
коаксиальный кабель - с помо-
щью двойной гамма-образной
схемы (рис. 15.13.Ь.) Кроме того,
из рис 15.13 видно, что что оба
элемента возбуждаются в про-
тивофазе. Особенно интересно
то, что для получения односто-
роннего излучения антенны в
данном случае не требуется
сдвига фазы 180 ° между обоими
квадратами антенны, так как в
этой антенне он получается ав-
томатически за счет 5% разни-
цы в в размерах обоих квадра-
тов. При этом меньший квадрат
является директором, а боль-
шой - рефлектором.
У двух непосредственно запи-
тываемых, электрически равно-
ценных квадратов увеличивается
индуктивная составляющая пол-
ного сопротивления для рефлек-
тора и емкостная составляющая
для директора. Это утверждение
подтверждается тем фактом, что
резонансная частота антенной
системы , измеренная со сторо-
ны линии передачи, лежит при-
близительно посредине между
собственными резонансными ча-
стотами рефлектора и директора.
При увеличении разницы в
линейных размерах рефлектора и
директора больше чем на 5% уве-
личивается ширина основного
лепестка диаграммы направлен-
ности , а при разнице меньше, чем
5% значительно увеличивается
уровень боковых лепестков диаг-
раммы направленности антенны.
Важно отметить, что при 5% раз-
нице в линейных размерах меж-
ду директором и рефлектором с
точки зрени потребления энергии
и связи с линией передачи эта ан-
тенна ведет себя приблизительно
так же, как и простой полуволно-
вой вибратор.
Практически проверенные
линейные размеры антенны
“швейцарский двойной квадрат”
следующие:
Рис. 15.13. Возбуждение
и питание антенны
“швейцарский двойной
квадрат”
а- Двойная Т- образная
схема согласования
Ь- двойная гамма-об-
разная схема согласова-
ния
243
периметр директора 1,092Х,
периметр рефлектора 1,158Х
расстояние между директором
и рефлектором О,О75-О,1Х.
Исходя из конструкторских
соображений выполняют рефлек-
тор и директор с одинаковой вер-
тикальной длиной элементов, а
горизонтальные элементы дела-
ют различной длины. Точки под-
ключения гамма и Т- образных
схем согласования выбираются
непосредственно при согласова-
нии линии передачи с антенной,
так как эти точки сильно зави-
сят от высоты расположения ан-
тенны над поверхностью земли,
окружающих предметов, конст-
руктивного выполнения антен-
ны. В таблице 15.2. приведены
практические значения размеров
антенны “швейцарский двойной
квадрат” для высокочастотных
радиолюбительских диапазонов.
Под высотой антенны пони-
мается длина вертикальных эле-
ментов антенны, под шириной -
P/Ж |1|| \р/г Рис15.14Диаг-
1\= *: // рамма направ-
/ / ленности ан-
/ тенны “швей-
---------------царский двой-
ной квадрат”
длина конструкции от одного
конца к другому в горизонталь-
ной плоскости (без учета сгибов
элементов антенны).
Диаграмма направленности
антенны “швейцарский двойной
квадрат”, приведенная на рис
15.14, повторяет диаграмму на-
правленности антенны HB9CV.
Угол раскрыва в горизонталь-
ной плоскости примерно 60°.
Минимум бокового излучения на
угле примерно 80°. Подавление
заднего бокового лепестка , как
и у антенны “двойной квадрат”,
в среднем 13 дБ.
Коэффициент усиления не-
сколько больше, чем у антенны
Таблица 15.2. практические размеры антенны “швейцарский двойной квад-
рат” для высокочастотных радиолюбительских диапазонов для рис 15.12.
Диапазон 20—м 14150 кГц 15-м 21200кГц 10—м 28500 кГц
Высота антенны 5,94 3,96 2,95
Ширина директора 5,64 3,76 3,09
Ширина рефлектора Расстояние 6,23 4,16 3,09
директор-рефлектор 2,12 1,41 1,05
Все размеры в метрах
244
“двойной квадрат” и составляет
6-7,9 дБ. Как и все двухэтажные
антенны, антенна “швейцарский
двойной квадрат” имеет то важ-
ное преимущество для использо-
вания ее при установлении даль-
них связей, что имеет малый и
плоский угол вертикального из-
лучения.
15.4.1. Указания при констру-
ировании антенны “швейцарский
двойной квадрат”
Вертикальные отрезки эле-
ментов антенны выполняют из
тонкого одножильного провода
или литцентрата. В качестве го-
ризонтальных элементов приме-
няют трубки из легких металлов,
которые могут выдержать возни-
кающие механические напряже-
ния. При необходимости мачту
удлиняют, и с помощью синте-
тических шпагатов делают под-
держивающие растяжки. Трубки
сгибают под необходимым уг-
лом, предварительно наполнив
из сухим песком и заткнув кон-
цы пробками. Трубки из твердых
или хрупких материалов в месте
сгиба необходимо для начала на-
греть, чтобы в этом месте они
приобрели пластичность.
На рис 15.15. показано не-
сложное конструкторское реше-
ние крепления антенны к мачте.
Отрезок прямоугольного уголко-
вого профиля легкого металла
закрепляется на мачте с помо-
щью ленточной металлической
Рис. 15.15. Крепление антенны к мач-
те с помощью уголкового профиля
стяжки, которая позволяет пере-
двигать уголок вдоль мачты.
Прямоугольный профиль обеспе-
чивает точное закрепление тру-
бочных элементов антенны под
углом 90° друг к другу с помо-
щью ленточных металлических
хомутов. Точка пересечения обо-
их диагональных трубок образу-
ет геометрический и электричес-
кий центр антенны. В этой точке
элементы антенны должны быть
электрически соединены между
собой и мачтой. При этой конст-
рукции хомуты крепления распо-
ложены несколько вне точки пе-
ресечения элементов. Поэтому
под хомуты следует подложить
погодоустойчивые изоляцион-
ные прокладки. Высокочастот-
ное напряжение в этих местах не-
большое, поэтому достаточно
тонкого слоя.
Более сложная конструкция
крепления антенны к мачте пока-
245
Рис. 15.16. Улучшенная конструкция
крепления антенны к мачте
зана на рис 15.16. При такой кон-
струкции нет необходимости
применять изоляторы в точках
крепления.
Конструкция системы пита-
ния приведена на рис 15.17. Для
изготовления элемента гамма и
Т-образной схемы согласования
наиболее пригоден отрезок про-
вода в ПВХ изоляции. Диаметр
провода примерно равен диамет-
ру провода линии питания. Нет
необходимости изготавливать
этот элемент из толстого прово-
да или даже трубок. Расстояние
между питающим проводом и
элементом антенны не критично.
Изоляторы применяются для
обеспечения параллельности
провода питания и элемента ан-
тенны.
Для настройки антенны по-
требуется волномер и прибор для
измерения КСВ. При первой на-
стройке устанавливают Т-образ-
ный элемент посредине между
сгибом 45° и концом трубы. В
линии передачи со стороны ка-
тушки связи передатчика изме-
ряют с помощью волномера ре-
зонансную частоту всей системы.
Отклонения от желаемого значе-
ния настройки корректируют с
помощью удлинения или укоро-
чения вертикальных проводов.
Поэтому обычно вертикальные
провода делают несколько длин-
нее необходимых. Для оконча-
тельной установки гамма или Т-
образного проводника использу-
ется прибор для измерения КСВ
в линии питания. Антенну воз-
буждают на частоте резонанса.
Перемещением точки подключе-
Рис. 15.17. Механи-
ческая конструкция
элемента Гамма-об-
разной схемы согла-
сования
246
ния Т- образного проводника
добиваются минимальных сто-
ячих волн в линии питания.Как
правило можно достигнуть зна-
чения КСВ = 1,2. Так как при на-
стройке резонансная частота ан-
тенны несколько изменяется на-
стройку производят методом
последовательных приближений.
В заключение подчеркнем
преимущества антенны “швей-
царский двойной квадрат”:
Механические преимущества
Конструкция полностью ме-
таллическая, вся антенная систе-
ма заземлена.
Отсутствуют вспомогатель-
ные распорки и растяжки.
Механическая стабиль-
ность обеспечивается благода-
ря креплению обоих квадра-
тов непосредственно к верти-
кальной мачте.
Малое ветровое сопротивле-
ние, устойчивость к порывам вет-
ра, снегу, льду.
Электрические
Простая схема питания антен-
ны.
Незначительные потери энер-
гии из-за распределения энергии
равномерно по 4 вибраторам и
применение трубок в точках про-
текания максимальных токов.
Небольшие потери энергии
из-за отсутствия изоляторов, так
как все точки антенны с высоким
напряжением находятся в про-
странстве
Могут быть использованы
любые линии и кабели питания.
247
16. Направленные антенны с пассивными элементами,
вращающиеся в горизонтальной плоскости
Радиолюбители используют
часто для получения дальних свя-
зей вращающиеся антенны, кото-
рые в общем случае изготавлива-
ют из легких металлических тру-
бок и, размещая на крыше зда-
ния, снабжают надежным пово-
ротным устройством. Для конст-
руировании такой антенны ра-
диолюбителю приходится стал-
киваться с очень широким кру-
гом вопросов, включая прочнос-
тные расчеты на надежность.
Полуволновой вибратор,
снабженный поворотным меха-
низмом уже можно рассматри-
вать как направленную антенну.
Так как полуволновой вибратор
имеет бинаправленную диаграм-
му направленности то достаточ-
но угла поворота антенны 180°,
чтобы работать со всеми сторо-
нами горизонта. Если полувол-
новой вибратор снабдить реф-
лектором, расположенным па-
раллельно на расстоянии пример-
но Х/4 от вибратора, то получим
двухэлементную направленную
антенну. Рефлектор представля-
ет собой простой стержень или
проволоку, которая на примерно
5% длиннее полуволнового виб-
ратора и никак не связана с виб-
248
ратором, а только лишь через из-
лучение. Такие элементы антен-
ны, к которым не подводится пи-
тание, и которые связаны только
через излучение, называют еще
пассивными или вторичными из-
лучателями.
Антенны с несколькими пас-
сивными элементами были опи-
саны в первый раз в 1926 году
японским профессором универ-
ситета в Токио S.Uda на японс-
ком языке, и немного позже его
коллегой Y.Yagi на английском
языке. Поэтому эти антенны на-
зывают антеннами Уда-Яги (В
России эти антенны известны под
названием <волновой канал>).
В зависимости от того с ин-
дуктивным или емкостным фа-
зовым сдвигом работает пассив-
ный элемент, его называют соот-
ветственно рефлектором (длин-
нее чем питаемый элемент) или
директором (короче чем питае-
мый элемент).
Выигрыш по мощности, кото-
рый получают с главного направ-
ления диаграммы направленнос-
ти, зависит от расстояния пассив-
ных элементов от питаемого эле-
мента (вибратора). Рис. 16.1. по-
казывает, как зависит на практи-
Расстояние до рефлектора У в Л
Рис. 16.1. Практическая зависимость
коэффициента усиления антенны,
состоящей из вибратора и пассивно-
го рефлектора от расстояния между
этими элементами
ке коэффициент усиления от рас-
стояния до рефлектора. Как вид-
но из рисунка максимальный ко-
эффициент усиления 4 дБ. прихо-
дится на расстояние между реф-
лектором и вибратором S =
0,231. Эта же зависимость коэф-
фициента усиления от расстояния
до директора представлена на
рис. 16.2. Максимум коэффици-
ента усиления 4,3 дБ. приходит-
ся на расстояние директора от
вибратора S = 0,1 IX.
В практике радиолюбителей в
большинстве случаев применяют
Расстояние до рефлектора £ в Л
Рис. 16.2. Практическая зависимость
коэффициента усиления антенны,
состоящей из вибратора и пассивно-
го директора от расстояния между
этими элементами
2- элементную антенну с одним
директором в качестве пассивно-
го элемента из-за незначительно-
го выигрыша в усилении, по срав-
нению с системой с одним реф-
лектором. Решающим же факто-
ром при выборе схемы с дирек-
тором является то, что директор
расположен ближе к вибратору и,
следовательно антенна получает-
ся компактнее, что особенно важ-
но в КВ диапазоне. Кроме того
директор на 10% короче рефлек-
тора.
Оптимальная длина пассив-
ных элементов зависит от их рас-
стояния от вибратора. Общая за-
кономерность, что рефлектор
должен быть тем длиннее, а ди-
ректор тем короче, чем больше
расстояние от вибратора. Зависи-
мость длины рефлектора от рас-
стояния до вибратора приведе-
на на рис. 16.3. Зависимость дли-
ны директора от расстояния до
вибратора - на рис 16.4.
Графики дают примерные
значения для случая максималь-
ного коэффициент усиления. Для
случая максимальной ширины
полосы пропускания или высоко-
го сопротивления излучения не-
обходимо использовать другие
зависимости
Входное сопротивление на за-
жимах питаемого элемента опре-
деляется длиной и расстоянием
до пассивных элементов. В об-
щем случае сопротивление излу-
чения и также входное сопротив-
249
Рис 16.3. Зависимость длины рефлек-
тора от расстояния до вибратора
Рис 16.4. Зависимость длины дирек-
тора от расстояния до вибратора
ление на зажимах тем меньше,
чем ближе расположены пассив-
ные элементы от вибратора. За-
висимости изменения входного
сопротивления полуволнового
вибратора от расстояния S меж-
Расстояние между „
элементами в Л
Рис. 16.5. Зависимости изменения
входного сопротивления полуволно-
вого вибратора от расстояния 5
между рефлектором (директором) и
вибратором
ду вибратором и рефлектором
или директором (пунктирная
кривая) приведены на рис. 16.5.
Эти графики дают представ-
ление о значении сопротивления
для случая максимального коэф-
фициента усиления антенны. Для
расстояния между элементами
меньше О, IX значение сопротив-
ления составляет меньше 15 Ом.
Это означает, что из-за больших
протекающих токов и соответ-
ственно потерь в проводнике те-
оретический коэффициент усиле-
ния не может быть получен. Од-
250
Рис. 16.6. Зависимость изменения ко-
эффициента усиления 3- элементной
антенны Уда-Яги от расстояния до
директора при неподвижном реф-
лекторе, расположенном на рассто-
янии 0,2Х от вибратора
повременно с этим, при уменьше-
нием расстояния между элемента-
ми уменьшается полоса пропус-
кания антенны до значений, при
которых резонансная частота
антенны становится сильно зави-
симой от размеров антенны. По-
этому преимущество отдается
относительно большим расстоя-
ниям между элементами, при ко-
тором в ущерб некоторому
уменьшению коэффициента уси-
ления получают относительно
большое сопротивление излуче-
ния (низкие потери), большую
ширину пропускания и не кри-
тичность к резонансу. При расче-
те антенны всегда можно найти
компромисс между необходимой
шириной полосы пропускания
антенны, требуемым сопротив-
лением излучения и относитель-
но небольшими расстояниями
между элементами. Таким обра-
зом уже для простых антенных
систем Уда-Яги имеется много
возможностей при расчете для
достижения оптимальных целей.
Для антенн КВ диапазона
применяют в основном антенны
с количеством пассивных элемен-
тов не более двух, которые в этом
случае состоят из питаемого виб-
ратора, рефлектора и директора.
Это минимальная конфигурация
антенны Уда-Яги , которую на-
зывают 3- элементная антенна
Уда-Яги.
Реально достижимый коэффи-
циент усиления 3- элементной ан-
тенны Уда-Яги может достигать
7дБ. В КВ диапазоне можно по-
лучить коэффициент усиления в
среднем 5,5-6,5 дБ. На рис 16.6.
зависимость изменения коэффи-
циента усиления 3-элементной
антенны Уда-Яги от расстояния
до директора при неподвижном
рефлекторе, расположенном на
расстоянии 0,2Х от вибратора.
При расчете оптимальных
размеров антенны Уда-Яги необ-
ходимо также учитывать измене-
ние резонансной длины вибрато-
ра в зависимости от расстояния
до пассивных элементов и их раз-
меров. Оптимальный размер виб-
ратора тем меньше, чем ближе
расположены к нему пассивные
элементы. На рис. 16.7. приведе-
на зависимость оптимальной
длина вибратора от расстояния
251
Рис. 16.7. Длина вибратора 3- эле-
ментной антенны Уда-Яги (волно-
вой канал) в зависимости от рассто-
яния до директора и рефлектора
до директора и рефлектора. В
этом случае график справедлив
также для максимального коэф-
фициента усиления.
16.1. Эффективность вращаю-
щихся направленных антенн
Когда говорят, что антенны
Уда-Яги (<волновой канал>) яв-
ляются наиболее эффективными
антенными системами, то это зву-
чит несколько парадоксально,
так как сама по себе конструкция
антенны требует значительных
расходов материала на несущую
мачту, поворотный механизм и
изготовление самих элементов
антенны.
252
Трехэлементная антенна Уда-
Яги в направлении основного
излучения дает коэффициент уси-
ления в среднем 6 дБ, что соот-
ветствует примерно 4- кратному
увеличению по мощности. На
практике это означает, что пере-
датчик мощностью 20 Вт с 3- эле-
ментной антенной Уда-Яги , в
точке приема, расположенной в
направлении основного излуче-
ния создает ту же напряженность
поля, что и передатчик мощнос-
тью 80 Вт с антенной в виде про-
стого полуволнового вибратора.
При определенных обстоятель-
ствах, на которых мы еще оста-
новимся, эта разница будет еще
больше. Каждый радиолюбитель
знает насколько дорого может
обходится повышение мощнос-
ти излучения с 20 до 80 Вт. Кро-
ме того увеличение мощности
передачи приводит к помехам те-
левизионному и радиовещанию
особенно в том случае когда при-
меняется простая слабонаправ-
ленная или круговой направлен-
ности антенна. Вес, объем, боль-
шие токи и анодные напряжения
являются также отрицательными
факторами повышения мощнос-
ти. Кроме того, передатчик мощ-
ностью 80 Вт с антенной в виде
полуволнового вибратора все
равно не даст такого же количе-
ства дальних связей, как передат-
чик мощностью 20 Вт, снабжен-
ный 3-элементной антенной
Уда-Яги.
Если сравнить диаграммы на-
правленности в вертикальной
плоскости обоих видов антенн,
расположенных на одинаковой
высоте над идеальной поверхно-
стью земли, то можно увидеть,
что полуволновой вибратор
большую часть энергии излучает
под крутыми углами вверх, в то
время как антенна Уда-Яги об-
ладает ценным для установления
дальних связей плоским излуче-
Рис. 16.8. Диаграмма направленнос-
ти в вертикальной плоскости
а- полуволновой вибратор
Ь- 3- элементная антенна Уда-Яги
нием (см главу 3.2.2.). На рис 16.8.
изображены в качестве примера
диаграммы направленности в
вертикальной плоскости полу-
волнового вибратора и 3- эле-
ментной антенны Уда-Яги, рас-
положенных на высоте 1,25Х от
поверхности земли. Число и углы
возвышения боковых лепестков в
обоих случаях одинаковы, одна-
ко для антенны Уда-Яги главная
часть излучения приходится на
малый угол вертикального угла
излучения (см. Так же рис 3.13),
что особенно благоприятно для
получения дальних связей.
Если направленную антенну
используют в качестве приемной,
то преимущества плоского и ма-
лого угла возвышения проявля-
ются еще в большей степени. На-
ряду с большим сигналом с ос-
новного направления главного
лепестка диаграммы направлен-
ности сигналы близлежащих ев-
ропейских станций ослабляются.
Это явление также можно объяс-
нить из диаграммы направленно-
сти в вертикальной плоскости.
Вертикальный угол падения рас-
положенных вблизи станций от-
носительно велик, в то время как
сигналы от станций, находящих-
ся на значительном расстоянии
от точки приема, имеют плоский
фронт и приходят под плоским
углом, (см главу 2). Из рис. 16.8
видно, что антенна Уда-Яги зна-
чительно усиливает сигналы,
приходящие под небольшими
253
углами и подавляет сигналы, при-
ходящие в место приема под
большими вертикальными угла-
ми. Узкая диаграхмма направлен-
ности в горизонтальной плоско-
сти обеспечивает качественный
прием сигналов только с направ-
ления главного лепестка диаг-
раммы направленности. Это об-
стоятельство имеет особенно
большое значение при современ-
ном переполнении любительских
диапазонов.
Старая истина радиолюби-
тельства <можно передавать
только на такое расстояние, с ко-
торого можно принимать> оста-
ется справедливой и в настоящее
время. Действительно, какая
польза в том, на передающей сто-
роне излучается мощный сигнал,
а ответ корреспондента не может
быть принят из-за помех? В этих
условиях часто отказываются от
сверхчувствительных и сверхиз-
бирательных приемников в
пользу хорошей направленной
антенны с приемником со сред-
ней чувствительностью . Узко-
направленная антенна позволяет
селектировать помехи только с
одного определенного направле-
ния.
Обратное ослабление при ис-
пользовании 3- элементной ан-
тенны в качестве приемной от 15
до 20 дБ при соотношении пря-
мого и бокового излучения по-
рядка 30 дБ.
Основным преимуществом
трехэлементной направленной
254
антенны с пассивными элемента-
ми является то, что питается
только один элемент. Вторым
преимуществом является воз-
можность изготовить антенну
полностью металлической, при
этом все элементы антенны и
мачта могут быть заземлены и
таким образом на антенне не на-
капливается статическое электри-
чество.
16.2. Горизонтальная двух эле-
ментная антенна
Горизонтальная 2- элемент-
ная антенна используется пре-
имущественно в диапазоне 20 м,
так как 3- элементные антенны в
этом диапазоне достаточно гро-
моздки. Такая антенны может
быть сконструирована в двух ва-
риантах: используется либо ком-
бинация вибратор-рефлектор,
или комбинация вибратор-ди-
ректор. На рис 16.9 изображена
схема 2- элементной направлен-
ной антенны, геометрические
размеры которой приведены в
таблице 16.1.
’ Главное
/направление
I
I
(Длина директора D
I* I П —-----------
Директор/ ||
Несущий Расстояние
элемент q । д
Вибратор
</|-|— .fr—.......... 1
/ * I Длина вибратора S
0-трубки
Рис. 16.9. Схематическое изображе-
ние 2- элементной направленной ан-
тенны
Угол раскрыва в горизонталь-
ной плоскости этой антенны со-
ставляет примерно 75°, в верти-
кальной плоскости примерно
130°, при этом предполагается,
что антенна расположена на
большой высоте над поверхнос-
тью земли. В близи поверхности
земли, что наиболее часто случа-
ется при использовании КВ диа-
пазона, диаграмма направленно-
сти антенны изменяется, как
было указано в главе 3.2.2.1.
С размерами антенны, приве-
денными в таблице 16.1. можно
получить коэффициент усиления
около 4 дБ, при этом ослабление
заднего излучения составляет от
7 до 15 дБ в зависимости от угла
падения принимаемого излуче-
ния. Резонансную частоту выби-
рают таким образом, чтобы в те-
леграфной области диапазонов
15,20 и 40 м коэффициент стоячей
волны (КСВ) в согласованной
линии питания антенны не пре-
вышал значения 1,3. Это значе-
ние увеличивается при приближе-
нии к высокочастотному концу
диапазона до 1,7. Конструкция
антенны для 10 м диапазона с ре-
зонансной частотой 28500 кГц
имеет в диапазоне 28000-29000
кГц КСВ <1,3, который возрас-
тает при приближении к высоко-
частотному концу диапазона
(29700 кГц) до 2. При расчете на
200 кГц - телеграфный участок 10
м диапазона (28000-28200 кГц)
можно получить КСВ в согласо-
ванной линии питания 1,2. Если
применяют антенну в телефон-
ном участке 10 м диапазона
(28200-29700 кГц) то ее расчет
Таблица 16.1. Размеры 2-элементной направленной антенны, изображен-
ной на рис. 16.9
Диапазон 40 м 20 м 15 м
Резонансная частота 7050 кГц 14150 кГц 21200 кГц
Длина S 20,53 м 10,24 м 6,83 м
Длина D 19,37 м 9,66 м 6,34 м
Расстояние А 5,18 м 2,59 м 1,70 м
Диаметр d 50 мм 35...40 мм 25 мм
Сопротивление излучения 18 Ом 18 Ом 18 Ом
Диапазон 10 м 10 м 10 м
Резонансная частота 28500 кГц 28100кГц 29000кГц
Длина 5 5,03 м 5,16 м 4,95 м
Длина D 4,66 м 4,86 м 4,58 м
Расстояние А 1,28 м 1,31 м 1,26 м
Диаметр d 35...40 мм 25 мм 35...40 мм
Сопротивление излучения 20 Ом 18 Ом 20 Ом
255
производят на частоту середины
диапазона. КСВ в этом случае на
границах диапазона не превысит
значения 1,6.
Приведенные данные табли-
цы справедливы в том случае,
если антенна находится над по-
верхностью земли не менее Х/2. В
этом случае ошибка резонансной
частоты не превысит 50 кГц. При
размещении антенны на рассто-
янии меньше, чем Х/2 резонанс-
ная частота будет значительно
меньше вследствие емкостного
влияния земли. В этом случае, к
прихмеру, вместо расчетной резо-
нансной частоты 21200 кГц фак-
тическая резонансная частота со-
ставит примерно 20800 кГц. Как
уже ранее указывалось, низкое
размещение антенны приводит к
увеличению угла вертикального
излучения и, таким образом,
ухудшает условия для получения
дальних связей.
Непредвиденные искажения
диаграммы направленности ан-
тенны вызывают часто находя-
щиеся поблизости отражающие
или поглощающие предметы: се-
тевые линии передач, телефон-
ные линии, мачты ЛЭП, молни-
еотводы и т.д. В большинстве
случаев эти предметы вызывают
помехи, когда эти объекты нахо-
дятся в главном лепестке диаг-
раммы направленности. В зави-
симости от вида и удаления до
этих объектов формируется опре-
деленный сектор углов с ухуд-
шенными условиями приема.
256
Следует также еще упомянуть
влияние диаметра трубок антен-
ны как на резонансную частоту
антенны, так и на полосу пропус-
кания антенны. Применение тон-
ких трубок требует небольшое
удлинению элементов антенны,
при этом полоса пропускания
антенны становится меньше.
Применение толстых трубок тре-
бует небольшого укорочения
трубок, и приводит к увеличе-
нию полосы пропускания. Это
обстоятельство необходимо учи-
тывать, если применяемые труб-
ки отличаются от рекомендуе-
мых в таблице по диаметру боль-
ше, чем на 50%.
16.3. Горизонтальная 3-эле-
ментная антенна.
Улучшение характеристик 2-
элементной направленной антен-
ны можно получить, если доба-
вить к ней еще один пассивный
элемент - рефлектор.
Такая 3- элементная антенна
Уда-Яги еще не представляет
больших трудностей при изго-
товлении, обладая хорошими ха-
рактеристиками.
На рис 16.10 приведено схема-
тическое изображение 3- элемен-
тной антенны, а в таблиц^ 16.2.
приведены размеры этой антен-
ны для диапазонов 10, 5 и 20м.
Антенна, рассчитанная для
диапазона 15 м, имеет КСВ в со-
гласованной линии питания на
краях диапазона не более 1,6. Для
Главное
(направление
Длина директора D
I— j П
Директор/ I]
, Длина вибратора S
X
I । Hi I
Вибратор/ .4^ Несущий
* элемент
И
Длина рефлектора R
^трубки Рефлектор
Рис. 16.10. Схематическое изображе-
ние 3- элементной антенны Уда-Яги
диапазонов 10 и 20 м даны не-
сколько размеров, в зависимости
от целей применения, и которые
отличаются расположением резо-
нансной частоты внутри диапазо-
на. Для 3- элементной антенны
справедливы все объяснения от-
носительно высоты расположе-
ния и угла возвышения, что и для
2- элементной антенны.
Коэффициент усиления 3- эле-
ментной антенны составляет при-
мерно 6,5 дБ, при обратном ос-
лаблении от 15 дБ и выше. Угла
раскрыва в среднем: в горизон-
тальной плоскости - 65°, в верти-
кальной плоскости - 110°. На
практике, из-за влияния поверх-
ности земли диаграммы направ-
ленности антенны в вертикаль-
ной плоскости всегда имеет боко-
вые лепестки, (см. главу 3.2.2.1.).
Если антенна рассчитывается
для 20 м диапазона с резонансной
частотой 14150 кГц, то КСВ в со-
гласованной линии внутри теле-
графного участка диапазона со-
Таблица 16.2. Размеры 3-элементной направленной антенны Уда-Яги, изоб-
раженной на рис. 16.10
Диапазон 20 м 20 м 15 м
Резонансная частота 14150 кГц 14050 кГц 14250 кГц
Длина 5 10,19 м 10,26 м 10,12 м
Длина D 9,58 м 9,69 м 9,52 м
Длина R 10,79 м 10,87 м 10,72 м
Расстояние А 3,02 м 3,04 м 3,00 м
Диаметр d 35...40 мм 35...40 мм 35...40 мм
Сопротивление излучения 20 Ом 20 Ом 20 Ом
Диапазон 15 м 10 м 10 м
Резонансная частота 21200 кГц 28200кГц 29000кГц
Длина 5 6,83 м 5,13м 4,99 м
Длина D 6,40 м 4,71 м 4,51 м
Длина R 7,22 м 5,46 м 5,31 м
Расстояние А 1,98 м 2,00 м 1,95 м
Диаметр d 25 мм 35...40 мм 35...40 мм
Сопротивление излучения 20 Ом 22 Ом 22 Ом
9 Антенны 257
ставит менее 1,4 дБ, который уве-
личивается по мере приближения
к высокочастотному концу диа-
пазона до 1,8.
Антенна, рассчитанная для
телеграфного диапазона (резо-
нансная частота 14050 кГц) име-
ет КСВ меньше 1,2. При эксплу-
атации этой антенны в высокоча-
стотном участие диапазона КСВ
составит 2,5.
Конструкция с резонансной
частотой 14250 кГц имеет во всем
телефонном участке диапазона
КСВ равный менее 1,3, который
возрастает до 2 если антенна экс-
плуатируется так же на низких
участках диапазона.
Для 10 м диапазона, антенна,
рассчитанная для работы в теле-
графном участке диапазона
(28200 кГц) имеет максимальный
КСВ равный 1,3, который не из-
меняется и на краях диапазона.
Если же взята за основу резонан-
сная частота 29000 кГц , то на
краях телефонного участка диа-
пазона КСВ в согласованной ли-
нии передачи не превысит 1,8. Он
возрастает с приближением к
низкочастотному концу диапазо-
на (28000 кГц) до 2.
16.4. Питание вращающихся
направленных антенн
Все рассмотренные в этой гла-
ве антенны имеют сопротивление
излучения примерно 20 Ом. В
этом случае прямое питание виб-
ратора антенны невозможно, так
258
как невозможно изготовить ли-
нию передачи с таким низким
волновым сопротивлением. По-
скольку из конструктивных сооб-
ражений лучшим решением явля-
ется вибратор не разорванный в
середине, то такие средства со-
гласования как четвертьволно-
вый трансформатор не подходят.
В случае применения Т-образной
схемы согласования требование
непрерывности вибратора мож-
но выполнить. (см. главу 6.2.).
По этим причинам для пита-
ния направленных вращающихся
антенн был бы целесообразен
коаксиальный кабель в сочета-
нии с Т-образным согласующим
элементом в сочетании четверть-
волновым цилиндром или другой
симметрирующей схемой. Но
этот путь связан с большими ма-
териальными затратами.
Наиболее рациональным спо-
собом согласования является
применение гамма-образной схе-
мы согласования (см. главу 6.3.),
или ее упрошенной формы - оме-
га- образной схемы (глава 6.4.).
Несмотря на свою простоту, Гам-
ма- образная схема является
очень удобной с механической и
электрической точек зрения и
позволяет согласовать любую
направленную антенну с непре-
рывным вибратором с любым
коаксиальным кабелем. Гамма
образная схема согласования
была приведена на рис.6,3. , ее
размеры приведены в таблице 6.1.
Данные из этой таблицы можно
непосредственно применить для
расчета вращающихся направ-
ленных антенн с передаточным
соотношением по сопротивле-
нию 1:3. Омега-образная схема
согласования, длинна согласую-
щей трубки которой в два раза
меньше, чем в Гамма- образной
схеме, приведена в главе 6.5. на
рис 6,5 и рис.6.6. Кроме того, в
случае применения омега- образ-
ной схемы согласования возмож-
ности по настройке антенны
больше.
16.5. Несущая конструкция
антенны
Конструирование полностью
металлической антенны подразу-
мевает применение полуволново-
го вибратора без разрыва в его
геометрической середине так,
чтобы его можно было бы кре-
пить непосредственно к металли-
ческим несущим элементам. Та-
кая конструкция направленной
антенны имеет много преиму-
ществ: она не имеет изоляторов,
согласуется с коаксиальным ка-
белем, относительно легкая и об-
ладает стабильностью. Един-
ственная проблема - достаточно
длинная и легкая несущая труба-
траверса. Закрепление элементов
антенны на несущей траверсе
производят с помощью угольни-
ков и ленточных стяжек (хому-
тов), при этом следует избегать
применять сверление элементов.
На рис 16.11. приведен пример
крепления поперечного элемента
антенны к несущей траверсе без
применения сверления. Если при-
меняются железные элементы
крепления, то необходимо обес-
печить их хорошую защиту от
коррозии.
Промышленностью Германии
выпускаются специальные антен-
ные держатели (рис. 16.12.) в двух
модификациях: для диаметра
траверсы 42 мм (1,5 дюйма) и 70
мм (2,5 дюйма), которые снабже-
ны антикоррозионным покрыти-
ем и очень удобны для закрепле-
ния элементов антенны.
В случае необходимости еще
большей стабильности антенны,
например, для устранения прови-
Рис 16.11. Конструк-
ция крепления эле-
ментов антенны к не-
сущей траверсе
9*
259
Рис. 16. ^.ан-
тенный дер-
жатель
сания элементов антенны, приме-
няют специальные шнуры, из
прочного, устойчивого к погод-
ным изменениям изоляционного
материала диаметром около 2,5
мм.
16.6. Закрепление направлен-
ной антенны на мачте
В качестве несущей мачты
обычно применяется стальная
труба подходящего диаметра, к
которой крепиться фланец. На
рис. 16.13. показана верхняя часть
несущей мачты, с навинченным
на нее фланцем. Фланец должен
иметь как можно большую по-
верхность, к которой приварива-
ется П- образный желоб из лис-
тового железа. Эта конструкция
служит для крепления с помощью
двух болтов траверсы антенны .
Такая конструкция имеет то
преимущество, что полностью
смонтированную направленную
антенну можно поднимать на
мачту в вертикальном положе-
нии до тех пор, пока просверлен-
ное в центре тяжести траверсы
отверстие не совпадет с с отвер-
стием в крепежном желобе. Затем
антенна закрепляется на одном
болте, как показано на рис 16.14.
Затем антенну разворачивают и,
установив в горизонтальном по-
ложении, закрепляют с помощью
второго болта. При необходимо-
260
сти ремонтных работ отворачи-
вают один болт, и приводят ан-
тенну в вертикальное положение.
16.7. Деревянная конструкция
несущего элемента антенны
Во многих случаях радиолю-
бители вынуждены отказываться
от металлической конструкции и
изготавливать несущий элемент
антенны из дерева. Для этих це-
лей следует использовать хорошо
выдержанную безсучковую дре-
весину (ель, сосна). На рис. 16.15
изображена конструкция несуще-
го элемента антенны, выполнен-
ная из дерева.
Крепление элементов антенны
к деревянной несущей конструк-
ции производится с помощью не-
больших установочных изолято-
' Вибратор
Рис. 16.15. Конструкция деревянной травер-
сы для двухэлементной направленной ан-
тенны
261
ров, намотанных под хомутами
крепления . В середине располо-
жен брус из особо прочной дре-
весины, предназначенный для
крепления к несущей мачте. Для
увеличения механической проч-
ности конструкцию иногда оби-
вают полосами жести , а для пре-
дотвращения гниения древесину
пропитывают. Для заземления
все элементы связывают в геомет-
рической середине между собой
и соединяют электрически с ме-
таллической мачтой.
17. Направленные антенны с пространственно
укороченными элементами
Направленные антенны с
уменьшенными размерами при-
влекают повышенный интерес у
тех радиолюбителей, которые из-
за недостатка места не могут кон-
струировать нормальные направ-
ленные антенны. Существует до-
статочно большое количество
конструкций антенн, с более или
менее сильно укороченными раз-
мерами элементов, в жаргоне на-
зываемых карманными антенна-
ми.
В принципе любая антенна
может быть укорочена, если со-
блюдено условие, что потери в
индуктивности и емкости, обус-
ловленные укорочением, ком-
пенсированы другими средства-
ми таким образом, что сохраня-
ется первоначальная резонансная
частота антенны. В большинстве
случаев геометрическое укороче-
ние элементов антенны компен-
сируют с помощью катушек ин-
дуктивности, которые включают
в место пучности тока, или в не-
посредственной близи от этого
места. Реже применяют емкост-
ные нагрузки, которые включают
в виде пластин или других струк-
тур на концах вибратора в месте
пучности напряжения.
Надо сказать, что укорочение
длины излучателя всегда в боль-
шей или меньшей степени ухуд-
шает качество антенны, прежде
всего это сказывается на умень-
шении коэффициента усиления и
сужении полосы пропускания ан-
тенны. Ширина полосы пропус-
кания и сопротивление излучения
антенны уменьшаются по квадра-
тичному закону в зависимости от
степени укорочения. Это означа-
ет, что, например, укорочение
вибратора на 2/3 своей первона-
чальной длины ведет к уменьше-
нию сопротивления излучения и
ширины полосы пропускания на
примерно 4/9 первоначального
значения.
Падение коэффициента усиле-
ния объясняется тем, что отрезок
излучающего проводника заме-
няется катушкой индуктивности,
которая излучает в пространство
много меньше чем отрезок про-
водника. Поэтому совокупная
интенсивность электромагнитно-
го поля укороченной антенны
меньше, и соответственно мень-
ше эффективность антенны. В
случае приемной антенны, антен-
ный элемент может воспринять
только ту энергию его окружа-
263
ющего поля, которая соответ-
ствует его эффективной площа-
ди. Так как укорочение элемен-
тов антенны равнозначно умень-
шению ее эффективной площади,
то принятая антенной энергия
будет меньше.
Уменьшение эффективной
площади антенны связано с
уменьшением сопротивления из-
лучения. Из-за этого так же
уменьшается полоса пропуска-
ния и возрастают потери (боль-
шие токи!). У направленных ан-
тенн с пассивными элементами
сопротивление излучения изна-
чально мало, а укорочение может
уменьшить его до 5 Ом, при этом
сопротивление потерь реально
может составить также 5 Ом, т.е.
КПД антенны только 50%. Что-
бы эти потери свести к как мож-
но меньшим значениям необхо-
димо изготавливать удлиняющие
катушки с чрезвычайно высоким
качеством. Так как катушки раз-
мещаются в максимуме тока, а в
условиях малого сопротивления
излучения, через них протекает
особенно большие токи, то ка-
тушки изготавливают большой
проводящей поверхностью и из
материала с очень хорошими
проводящими свойствами. Не
много пользы, если катушку сме-
щают в сторону от пучности
тока. В этом случае ее укорачи-
вающее действие уменьшается,
что ведет к увеличению числа
витков, что в конечном итоге
опять ведет к потерям.
264
Включение удлиняющей ка-
тушки ведет к перераспределе-
нию тока и напряжения в антен-
не, что сказывается отрицатель-
но на направленности антенны.
Единственная характеристика ,
которая остается неизменной у
укороченной антенны это обрат-
ное ослабление. В случае если
требуются малые размеры и хо-
рошие пеленгационные характе-
ристики, то здесь у простран-
ственно укороченные антенны
имеют преимущества (например,
для <охоты на лис>) . Также в
случае необходимости иметь пе-
редвижную КВ антенну применя-
ют укорачивающие катушки.
Удлиняющие катушки можно
с успехом заменять на линейные
удлиняющие элементы, как , на-
пример в антенне фирмы Ну-
Gain для 40 м диапазона
(рис. 17.1.). Благодаря введению
удлиняющих шлейфов, состоя-
щих из 2 мм медной проволоки,
общая длина полуволнового виб-
ратора для диапазона 40 м соста-
вила вместо 20,5 м примерно 13,5
м . Это составляет 65% нормаль-
ной длины. Удлиняющие шлей-
фы вносят относительно мень-
шие потери, чем удлиняющие ка-
тушки и меньшее падение сопро-
тивления излучения. Для укоро-
ченной 2- элементной антенны с
удлиняющими шлейфами макси-
мальный коэффициент стоячей
волны во всей полосе 40 м диа-
пазона не превышает 2.
13,46 т
Рис. 17.1. Укороченный
полуволновой вибратор
для диапазона 40 м с уд-
линяющими шлейфами
Укорачивающие емкости при-
меняют преимущественно для из-
лучателей, расположенных вер-
тикально за счет емкостного вли-
яния крыши. Для горизонтально
расположенных направленных
антенн они применяются редко,
так как они нагружают конструк-
цию антенны на концах элемен-
тов.
17.1. Антенна VK2AOU с уко-
роченными размерами
Радиолюбителем VK2AOU
бала предложена 3- элементная
направленная антенна для диапа-
зона 20 м с уменьшенными раз-
мерами.
По сравнению с обычной кон-
струкцией 3- элементной антен-
ны Уда-Яги эта антенна занима-
ет площадь 32 м2 вместо 65 м2.
Если сравнивать эту антенну с 2-
элементной направленной антен-
ной, то при примерно одинако-
вом коэффициенте усиления ан-
тенна VK2AOU имеет несколько
меньшую полосу пропускания,
однако большее обратное ослаб-
ление. На рис 17.2. приведено схе-
матическое изображение антен-
ны VK2AOU с необходимыми
размерами.
При настройке резонансной
частоты используют волномер,
при этом антенна должна нахо-
диться на своей штатной высоте.
Работы по настройка антенны ,
находящейся на мачте , прово-
дить очень неудобно, поэтому
при настройке антенны VK2AOU
ее сперва размещают на высоте
1,8 м от поверхности земли. Само
сабой разумеется, что при на-
стройке на этой высоте надо учи-
тывать емкостное влияние земли.
В случае хорошо проводящей по-
верхности земли получается сме-
шение частоты примерно 300 кГц
в сторону уменьшения. При не
столь хорошей проводящей спо-
собности земли это смещение бу-
дет меньше. Резонансная частота,
измеренная гетеродинным инди-
катором резонанса,должна в
этом случае быть примерно:
для директора - 15,20. МГц,
для вибратора - 13,9 МГц,
для рефлектора - 13,40 МГц.
При настройке следует замы-
кать катушки элементов, кото-
рые в данный момент не настра-
иваются, чтобы устранить воз-
можность их влияния на настра-
иваемый элемент.
После проведенной таким об-
разом грубой настройке перехо-
дят к точной настройке . Антен-
на возбуждается от передатчика
на частоте , равной резонансной
частоте вибратора, которая при
265
1,53т
2,75т
Рефлектор
3,65т
f-13,65 MHz
Рис. 17.2. 3- элементная антенна VK2AOU с укороченными размерами для
диапазона 20 м.
Размеры удлиняющих катушек
Ld- 9 витков , длина катушки 6,5 см, диаметр катушки 6 см.
Ls- 11 витков , длина катушки 8 см, диаметр катушки 6 см.
Lr- 10 витков , длина катушки 7,5 см, диаметр катушки 6 см.
LK- 3 витка , длина катушки 5 см, диаметр катушки 10 см.
(Катушка LK намотана свободна поверх катушки Ls)
Материал катушек: А1 или Си или посеребренный медный провод 0>3мм,
для катушки LK - только медный или посеребренный медный провод.
настройке вблизи поверхности
земли равна 13,9 МГц. Одновре-
менно на возможно большем уда-
лении от антенны помещается
простой измеритель напряженно-
сти поля. Незначительно изменяя
размеры директора и рефлекто-
ра и их удлиняющих катушек, до-
биваются наибольшего излуче-
ния в прямом направлении и мак-
симального обратного ослабле-
ния. Необязательно выполнять
элементы антенны в виде телеско-
пической конструкции, так как
так как при настройке эффект
уменьшения длины можно дос-
тичь за счет изменения размеров
катушек (растягивая или сжимая
витки катушки).
Размеры антенны, приведен-
ные на рис 17.2. апробированы на
практике. При незначительном
уменьшении удлиняющих кату-
шек можно увеличить длину эле-
ментов антенны, при этом коэф-
фициент усиления несколько уве-
личится а полоса пропускания
расширится, и наоборот. Однако,
если длина отдельного элемента
антенны будет меньше 2,50 м, то
усиление антенны резко снизит-
ся.
266
Диаметр трубок обычно ра-
вен 2(МС мм и определяется в ос-
новном механическими сообра-
жениями. Диаметр элементов ан-
тенны не сильно влияет на харак-
теристики антенны и полностью
учитывается при настройке ан-
тенны.
Удлиняющие катушки долж-
ны обладать высокой добротно-
стью. Они обычно изготавлива-
ются из алюминиевого провода
без изоляции диаметром не менее
3 мм. Витки катушки не касают-
ся друг друга. Посеребренный
медный провод больше подходит
с электрической точки зрения, но
при этом труднее обеспечить
соединение медного провода с
алюминиевой трубкой, которое
не будет подвергаться коррозии
при длительной эксплуатации.
Под воздействием влаги такое
соединение приводит к появле-
нию разности потенциалов и кор-
розии в месте контакта. Катуш-
ка связи Лк, которая располага-
ется над катушкой Ls, можем
быть выполнена из медного про-
вода, так как она соединяется с
медной жилой и оплеткой коак-
сиального кабеля линии питания.
Питание вибратора с помо-
щью индуктивной связи с лини-
ей передачи позволяет согласо-
вывать антенну с любым типом
линии передачи, имеющим любое
волновое сопротивление. Катуш-
ка связи, с подключенным к ней
кабелем питания, вносит некото-
рое реактивное сопротивление в
удлиняющую катушку вибратора
и приводит, следовательно, к не-
большому смещению резонанс-
ной частоты. Поэтому следует
производить набольшую под-
стройку вибратора после под-
ключения к нему линии питания.
Размеры катушки связи, приве-
денные VK2AOU, относятся к
ленточному кабелю или коакси-
альному кабелю с волновым со-
противлением 70 Ом и могут
быть оставлены без изменения
для коаксиального кабеля с вол-
новым сопротивлением 60 Ом.
Если в качестве линии питания
используется двухпроводный
ленточный кабель с волновым
сопротивлением 240 Ом, то чис-
ло витков катушки связи следует
увеличить. Незначительно изме-
няя размеры катушки связи, мож-
но добиться уменьшения КСВ до
1,3. Реактивная составляющая
сопротивления, обусловленная
индуктивной связью, может быть
скомпенсирована с помощью
конденсатора переменной емко-
сти, включенного как показано
на рис 17.3. В этом случае КСВ
может быть уменьшен почти до
Рис. 17.3. Улучшенная схема индук-
тивного согласования
267
Катушка связи 2...4 витка
Рис. 17.5. 2-элементная направленная антенна W8YIN с укороченными раз-
мерами
нанса резонансные частоты эле-
ментов. Если, например, питае-
мый элемент настроен на часто-
ту 14100 кГц, то директор должен
быть настроен на частоту 15400
кГц.
Эта антенна мало находит
применение на практике, и толь-
ко в силу своего хорошего обрат-
ного ослабления, так как имеет
очень небольшой коэффициент
усиления за счет очень сильного
укорочения.
Растягивая витки спиралей
можно несколько увеличить ко-
эффициент усиления антенны.
Рис. 17.6. Общий вид направленной укороченной антенны W8YIN
269
своего идеального значения, рав-
ного 1.
Все элементы антенны крепят-
ся на несущей траверсе с помо-
щью изоляторов. В качестве тра-
версы может хорошо служить де-
ревянная траверса, изображенная
на рис. 16.15. На рис. 17.4. изобра-
жена конструкция крепления эле-
ментов антенны на несущей тра-
версе при помощи двух брусков
из изоляционного материала.
Высверленное в центре брусков
отверстие смеет диаметр, равный
диаметру элементов антенны.
Для того, чтобы элементы антен-
ны лучше держались в изолято-
рах, из в местах крепления обер-
тывают несколькими слоями по-
лиэтиленовой пленки, или анало-
гичным изоляционным материа-
лом. Всего для 3- элементной
антенны требуется 12 штук изо-
ляторов. длина траверсы в этом
случае составит 4,3 м.
Отверстие залить
герметизирующим компаундом
Рис. 17.4. Поперечный разрез крепеж-
ного элемента антенны, выполнен-
ного из изоляционного материала;
Диаметр d соответствует диаметру
элемента
17.2. Антенна W8YIN с укоро-
ченными размерами
Эта антенна представляет со-
бой 2- элементную антенну для
диапазона 20 м , элементы ко-
торой выполнены в виде спира-
лей. Каждый элемент имеет дли-
ну 2,55 м . На рис. 17.5. приве-
дено схематическое изображе-
ние антенны с размерами, на
рис. 17.6. - общий вид антенны.
Спирали наматываются на тон-
кую несущую штангу и при по-
мощи изоляционных распорок
крепятся на ней. Для получения
стабильности антенны и мень-
ших потерь, спираль необходи-
мо изготавливать из толстой
проволоки. Из соображений
экономии веса предпочтитель-
нее алюминий, так как проводя-
щая способность не на много ус-
тупает меди. Диаметр проволо-
ки в этом случае 4-6 мм.
Расстояние между элементам
составляет 0,1Х, т.е.205 см. Пас-
сивный элемент работает как ди-
ректор, при этом размеры вибра-
тора и директора равны. Незна-
чительно изменяя размеры ка-
тушки директора, добиваются
желаемого действия пассивного
элемента в качестве директора..
Связь вибратора с коаксиальным
кабелем индуктивная через ка-
тушку связи.
Для предварительной на-
стройки антенной системы необ-
ходимо установить с помощью
гетеродинного измерителя резо-
268
17.3. Укороченная антенна
<удочка> для диапазона 10 м
Эта антенна представляет со-
бой особо легкую конструкцию,
работающую по принципу антен-
ны W8YIN.
На пруты из стеклопластика
наматывается спираль элементов
антенны. Для 2-элементной на-
правленной антенны, изображен-
ной на рис. 17.7. , рассчитанной
на резонансную частоту 29 Мгц
длина прутов составляет 2,0 м.
На пруты с равномерным шагом
наматывается медная проволока
0 2 мм, для вибратора наматы-
вается по 2,2 метра провода на
каждый прут, для рефлектора -
по 2,5 метра провода на каждый
прут. Провода рефлектора соеди-
няют в геометрической середине.
Полное сопротивление антен-
ны на зажимах питания состав-
ляет 60 Ом и может напрямую
питаться с помощью коаксиаль-
ного кабеля с волновым сопро-
тивлением 60 Ом.
Настройку производят с по-
мощью гетеродинного индикато-
ра резонанса. Если частоту необ-
ходимо понизить, то витки спи-
рали сдвигают в пучности тока
(середина элемента антенны). В
случае увеличения частоты - на-
оборот раздвигают. Рефлектиру-
ющее действие настраивают на
излучающей антенне, передвигая
витки спиралей в пучности тока
на элементах антенны до тех пор,
пока не получат по индикатору
напряженности поля лучших зна-
чений основного и обратного
излучения.
Поскольку укорочение антен-
ны небольшое и составляет4/., то
характеристики антенны близки
к 2-элементной антенне полной
длины. Правда из-за применения
тонкого антенного проводника
потери будут относительно высо-
кими, а полоса пропускания уже.
X X
60S
Рис. 17.7. Антенна с укороченными
размерами <удочка> для диапазона
10 м
270
18. Многодиапазонные вращающиеся направленные
антенны
Для того, чтобы работать в
каждом из DX-диапазонов с на-
правленной вращающейся антен-
ной, необходимо для каждого ди-
апазона иметь отдельную антен-
ну. Не каждый радиолюбитель
может это себе позволить. Поэто-
му , естественно, велись поиски
такого конструктивного реше-
ния, которое позволило бы одну
и туже антенну направленную
антенну использовать в двух или
трех любительских диапазонах и
такие решения были найдены.
Различают два полностью
различных вида многодиапазон-
ных направленных антенн.
Первая группа представляет
собой совмещение на одной не-
сущей конструкции нескольких
антенн для различных диапазо-
нов. В этой группе подразделяют
конструкции, которые питаются
по одной линии питания, и кон-
струкции (большинство), кото-
рые питаются по своим собствен-
ным линиям питания. Типичным
представителем этой группы яв-
ляется антенна 3- диапазонный
<двойной квадрат>.
Вторая группа многодиапа-
зонных направленных представ-
лена антеннами, которые образу-
ют единую антенную систему, ко-
торая имеет колебательных кон-
туров и несколько резонансных
частот (мультирезонансные или
мультидиапазонные антенны).
Обе группы имеют как недостат-
ки, так и преимущества.
Антенны первой группы не-
сколько бесформенны. Однако,
если идет речи о квадратных ан-
теннах, они представляют собой
относительно простые проволоч-
ные конструкции, с хорошей эф-
фективностью во всех диапазо-
нах и легко настраиваются. При
самостоятельном конструирова-
нии радиолюбители отдают
предпочтение представителю
этой группы 3-диапазонной ан-
тенне <двойной квадрат>.
Мультирезонансные много-
диапазонные антенны требуют
как правило высоких материаль-
ных затрат и электрической точ-
ности. В общем случае эффектив-
ность такой антенны соответ-
ствует эффективности однодиа-
пазонной антенны полной длин-
ны, но только для одного диапа-
зона. На других диапазонах мощ-
ность мультирезонансной систе-
мы в большей или меньшей сте-
пени ниже. В антеннах второй
271
группы применяются часто , как
уже описывалось в главе 17, уд-
линяющие катушки, линейные
удлиняющие элементы и загради-
тельные контуры. Мультидиапа-
зонные антенны всегда являются
компромиссными, и имеют боль-
шие потери, однако часто эти
антенны являются единственным
решением, обеспечивающим по-
лучение дальних связей в услови-
ях ограниченного места для мон-
тажа антенны. Опытные радио-
любители знают, что не столь
важен высокий коэффициент уси-
ления сколько хорошая диаграм-
ма направленности антенны, об-
ладающая малым углом верти-
кального излучения.
18.1. 3-диапазонная вращаю-
щаяся направленная антенна
G4ZU
3-диапазонная направленная
антенна, предложенная радиолю-
бителем G4ZU, с точки зрения
конструкции, простоты настрой-
ки и получаемого усиления явля-
ется пожалуй самым простым ре-
шением мультирезонансной ан-
тенны. Эта антенна выпускается
в Англии фабричным способом и
нашла очень широкую популяр-
ность среди радиолюбителей.
18.1.1. Питаемый элемент
В этой антенне применяется
метод питания, который не свой-
Рис. 18.1. Двухпроводная линия передачи длиной 20 м.
а- при возбуждении в диапазоне 20 м
Ь- при возбуждении в диапазоне 15 м
с- при возбуждении в диапазоне 10 м
272
ственен прочим антеннам Уда-
Яги,- возбуждение вибратора по
настроенной линии передачи.
Чтобы понять принцип работы
такой антенны рассмотрим рас-
пределение тока на длине 20 м
отрезка двухпроводной линии,
(рис. 18.1.). Как видно из рисунка,
при резонансной длине волны 20
м в линии укладывается две по-
луволны, при длине волны 15м-
три полуволны, при 10м - четы-
ре полуволны.
Возникающая небольшая не-
точность в размерах, необходи-
мых для получения резонанса в
линии, легко устраняется с помо-
щью универсального прибора
настройки. Если на верхнем кон-
це линии отогнуть под прямым
нансное распределение тока в
линии не изменится, на разверну-
тые отрезки линии образуют сим-
метричный вибратор, излучаю-
щий электромагнитные волны
(рис. 18.2.). На рис. 18.1 и рис. 18.2.
распределение токов приведено
несколько не точно: в нижнем
конце линии в действительности
никогда нет узла тока, но с по-
мощью настроечного устройства
вся антенная система может быть
настроена в резонанс и поэтому
для лучшего понимания было
сделано это допущение. Из рис
18.2. видно, что резонанс дости-
гается во всех случаях, несмотря
на то, что сама развернутая часть
линии не настроена в в резонанс
с несущей частотой. Можно ска-
Рис. 18.2. Вибратор, полученный из 20 метровой линии передачи за счет от-
гиба верхних концов на 3,5 м в горизонтальное положение.
а- возбуждение на длине волны 20 м (14 МГц)
Ь— возбуждение на длине волны 15 м (21 МГц)
с- возбуждение на длине волны 10 м (28 МГц ).
273
ственно при этом следует учиты-
вать уменьшение излучаемой
мощности, особенно если согну-
тый участок двухпроводной ли-
нии меньше, чем Л/2.
На практике длину трубок, из
которых изготавливается вибра-
тор, принимают 3,65-3,85 м, и
следовательно сам вибратор име-
ет размеры, соответствующие
размерам вибратора, работаю-
щего в диапазоне 15 м длина на-
строенной линии передачи со-
ставляет при этом около 16,5м.
Линия питания должна иметь
незначительные потери, ее волно-
вое сопротивление может нахо-
диться в пределах 300-600 Ом.
Поэтому рекомендуется двухпро-
водная линия с воздушным изо-
лятором. Возможно питание и че-
рез ленточный УКВ плоский ка-
бель, в этом случае необходимо
учитывать коэффициент укоро-
чения, равный примерно 0,8. В
этом случае длина линии питания
составит примерно 13,50 м. Од-
нако применение УКВ кабеля
приводит к повышенным поте-
рям. Для перехода от вращаю-
щейся антенны к жестко смонти-
рованной линии питания обычно
применяют короткий отрезок
300-омного плоского ленточно-
го кабеля. Различие в коэффици-
енте укорочения и соответствен-
но длины отрезков линии пита-
ния можно компенсировать с по-
мощью устройства настройки.
Зависимость от длины настро-
енной линии в значительной сте-
пени уменьшается, когда нижний
конец линии питания соединяет-
ся с выходным контуром передат-
чика с помощью симметричного
л-фильтра согласно рис. 18.3.
274
Этот фильтр не только служит
для настройки линии, но и подав-
ляет высшие гармоники рабочей
частоты. Подавление высших
гармоник имеет особое значение
при использовании многодиапа-
зонных антенн.
На рис 18.3. показан питае-
мый элемент направленной ан-
тенны G4ZU с его механическим
креплением и линией передачи.
Его длина составляет немного
больше чем V, X для 15 м диапа-
зона, в 10 м диапазоне он имеет
длину укороченного волнового
вибратора, а в 20 м диапазоне ра-
ботает как укороченный полу-
волновой вибратор. Полное со-
противление на зажимах XX име-
ет поэтому на разных диапазонах
различные значения и содержит
мнимые составляющие. Поэтому
применяют настроенную линию
передачи.
18.1.2. Пассивные элементы
многодиапазонных антенн
На рис 18.4. показан директор
антенны, который снабжен удли-
няющей катушкой в сочетании с
открытым четвертьволновым
отрезком двухпроводной линии.
Этот директор может работать
одновременно в 15 и 10 м диапа-
зоне. Длина директора рассчиты-
вается для 10 м диапазона, и со-
ставляет 4,9 м. Удлиняющая ка-
тушка Ld, находящаяся в геомет-
рической середине директора,
расширяет действие директора на
15 м диапазон. Для того, чтобы
катушка не сказывалась при ра-
боте в 10 м диапазоне, параллель-
но катушке включают открытый
четвертьволновый шлейф, элект-
рическая длина которого рассчи-
тана для частоты 28 МГц.
Как видно из рис.5.25, откры-
тый Х/4 шлейф работает как пос-
ледовательный резонансный кон-
тур. Как известно, для своей ре-
зонансной частоты он имеет не-
значительное сопротивление, в
то время как для остальных час-
тот контур заперт. Поэтому этот
контур можно рассматривать как
шунтирующий элемент на своей
резонансной частоте, который
устраняет удлиняющее действие
катушки Ld на частоте 28 МГц,
Рис. 18.4. Пассивный элемент много-
диапазонной антенны
а- директор для диапазонов 10 и
15 м
Ь- рефлектор для диапазонов 10,15
и 20 м
275
12cm
Резонанс на частотах
22150 кГц и 29900 кГц
— Шлейф:
300-омнри УКВ
ленточный кабель,
примерно 180 см
Рис. 18.5. Директор антенны G4ZU
так как подключен параллельно
ей. На частоте 15 м диапазона
наоборот, открытый шлейф име-
ет длину < Л/4 и влияет только как
емкость, которую нужно учиты-
вать при расчете удлиняющей
катушки. Таким образом Х/4
шлейф работает как автомати-
ческий селективный переключа-
тель, который позволяет рабо-
тать директору в двух частотных
диапазонах.
Аналогичное действие прояв-
ляет замкнутый отрезок двух-
проводной линии, длина которо-
го <Л/4 (см рис.5.29.). В этом слу-
чае мы получаем директор антен-
ны G4ZU, изображенный на рис
18.5.
На рис 18.4.Ь. изображен реф-
лектор длиной примерно 7,1 м ,
который в сочетании с четверть-
волновым шлейфом, рассчитан-
ным для диапазона 20 МГц рабо-
тает в 15 м диапазоне. Удлиняю-
щая катушка LK рассчитана для
диапазона 20 м. Как описано
выше, удлиняющая катушка шун-
тируется на частоте 21 МГц чет-
вертьволновым шлейфом. При
возбуждении на частоте 14 Мгц
удлиняющая катушка лишь на-
гружается емкостью открытого
шлейфа. Хотя для диапазона 28
МГц рефлектор имеет слишком
большую длину, его свойства
рефлектора не пропадают и для
этого диапазона. Рефлектор мо-
жет быть не обязательно настро-
ен, достаточно, если он будет
электрически длиннее, (пример:
рефлекторная стенка).
Но в данном случае существу-
ет возможность настроить реф-
лектор для диапазона 28 МГц как
двойной рефлектор. С этой це-
лью, как показано на рис. 18.4.,
параллельно удлиняющей катуш-
ке подключается подстроечный
конденсатор. В этом случае, чет-
вертьволновый шлейф (F =20
МГц) работает как индуктив-
ность на частоте 28 МГц, так как
его электрическая длина для этой
частоты < 1/4. Эта индуктивность
включена параллельно индуктив-
ности удлиняющей катушки, и
совместная индуктивность имеет
малое значения, поэтому под-
строечным конденсатором мож-
но получить резонанс на частоте
28 МГц, и тогда для каждого ди-
апазона рефлектор будет настро-
ен. Но от такого способа на-
стройки обычно отказываются
из-за его относительной сложно-
сти, так как при этом нужно так-
же изменять удлиняющую катуш-
ку. Выигрыш от настройки реф-
лектора обычно не очень значи-
тельный по сравнению со слож-
ностью работ.
355cm
Резонанс на частотах
13500 кГц и 20300 кГц
12cm
«130cm
355cm
Шлейф:
300-омныи УКВ ленточный кабель,
примерно 300 см длины
Для рефлектора также можно
применить вместо открытого
шлейфа - короткозамкнутый
шлейф, при этом мы приходим к
схеме антенны G4ZU, изобра-
женной на рис. 18.6.
Длина шлейфа составляет
примерно 130 см, резонансная
частота 13,5 МГц, шлейф снаб-
жен короткозамыкающей пере-
мычкой для настройки.
Длина открытого четверть-
волнового шлейфа, рассчитанно-
го на частоту 20,3 МГц, соответ-
ствует 3,7 м. Если для открытого
шлейфа применяется 300-омный
УКВ плоский кабель, то учиты-
вается коэффициент укорочения
0,8-0,82, и в этом случае длина
шлейфа составит примерно 3 м.
Для изготовления шлейфов могут
использоваться и другие типы
линий передачи, но обязательно
необходимо учитывать коэффи-
циент укорочения. Настройку
Рис 18.6. Рефлектор антенны
G4ZU
проводят по гетеродинному из-
мерителю резонанса (ГИР).
Сказанное выше справедливо
и для двух- диапазонного дирек-
тора на рис 18.5. В этом случае
для короткозамкнутого шлейфа
получаем для частоты резонанса
22,15 МГц длину шлейфа 40 см,
а для открытого шлейфа для час-
тоты 29 МГц длина шлейфа дол-
жна быть Л/4. Так как директор
для диапазона 10 м немного ко-
роток, то чтобы обеспечить об-
щую резонансную частоту 29,9
МГц четвертьволновый шлейф
должен быть укорочен. Длины
шлейфа выбирается 180 см, а с
учетом коэффициента укороче-
ния - 225 см.
18.1.3. Общая схема направ-
ленной антенны G4ZU
На рис 18.7. изображена об-
щая схема антенны G4ZU.
277
В данной конструкции попе-
речные несущие трубки монтиру-
ются на расстоянии 12 см друг от
друга и служат одновременно для
образования замкнутых шлейфов
для рефлектора и директора.
Питаемый элемент изолируется
от несущих трубок как показано
на рис. 18.3., рефлектор и дирек-
тор непосредственно связаны с
несущими трубками. Разумеется
можно использовать деревянную
несущую конструкцию, и в этом
случае шлейфы изготавливаются
из трубок, которые крепятся на
деревянной траверсе или из лен-
точного УКВ кабеля. Открытые
шлейфы могут либо свободно
свисать вниз, либо помещаются
внутрь полых трубок с целью за-
щиты от метеоусловий. Есте-
ственно настройка тогда должна
производиться тогда, когда ли-
нии уже находятся внутри тру-
бок.
В 20 м диапазоне директор не
работает и антенна представляет
собой укороченную 2- элемент-
ную направленную антенну. Так
как расстояние до рефлектора
составляет только примерно 710
X, то настройка антенны пред-
ставляет трудности - коэффици-
ент усиления и ширина пропуска-
ния антенны значительно хуже,
чем для 2-элементной антенны
полных размеров.
В диапазоне 15 м работают все
три элемента антенны. Расстоя-
ния между элементами нормаль-
278
ны, характеристики антенны со-
ответствуют полной 3-элемент-
ной антенне Уда-Яги с коэффи-
циентом усиления примерно 6 дБ.
Еще лучшие характеристики
антенна G4ZU имеет в диапазо-
не 10 м, так как в этом диапазоне
она работает с удлиненными эле-
ментами. Коэффициент усиления
может составлять 7 дБ. Настрой-
ка в диапазонах 10 и 15 м не так
критична, как для диапазона
20 м.
18.1.4. Практическая конст-
рукция 3-диапазонной антенны
G4ZU
На рис 18.9 приведены прак-
тические размеры антенны
G4ZU. Конструкция с этими раз-
мерами изготовлялась серийно и
хорошо зарекомендовала себя в
работе.
Для большей механической
прочности каждая половина ан-
тенны составлена из двух метал-
лических трубок, одна из кото-
рых имеет больший, а другая
меньший диаметр. При этом ди-
аметр более тонкой трубки вы-
бирают таким, чтобы она теле-
скопически вдвигалась внутрь
трубки с большим диаметром.
При такой конструкции, кроме
уменьшения массы, уменьшается
ветровое сопротивление конст-
рукции и достигается большая
стабильность. Антенна обладает
следующими размерами:
Aj ,АЭ - длина каждой дюрале-
вой трубки 125 см, 0 18 мм, тол-
щина стенки 1 мм.
Aj ,А^ - длина каждой дюрале-
вой трубки 125 см, 0 22 мм, тол-
щина стенки 2 мм.
ВрВ2- длина каждой дюрале-
вой трубки 175 см, 0 18 мм, тол-
щина стенки 1 мм.
СрС<- длина каждой дюрале-
вой трубки 200 см, 0 22 мм, тол-
щина стенки 2 мм.
Dj ,D<- длина каждой дюрале-
вой трубки 185 см, 0 18 мм, тол-
щина стенки 1 мм.
ЕГЕ^- длина каждой дюрале-
вой трубки 200 см, 0 22 мм, тол-
щина стенки 2 мм.
FpF,- длина каждой дюрале-
вой трубки 368 см, 0 30 мм, тол-
щина стенки 2 мм.
Все три элемента посредине
разорваны, и директор с рефлек-
тором присоединяются к попе-
речным несущим трубкам . Виб-
ратор изолируется от них как по-
казано на рис 18.9. В качестве
крепежа служит - U- образная
алюминиевая шина, толщиной 3
мм, имеющая длину 70 см, к ко-
торой с помощью подходящих
установочных изоляторов кре-
пятся элементы антенны.
Несущая траверса состоит из
двух дюралевых трубок, каждая
из которых имеет длину 368 см.
Центр тяжести всей конструкции
лежит на расстоянии 170 см от
конца антенны со стороны дирек-
279
Рис. 18.8. Конструкция
антенны направлен-
ной трехдиапазонной
антенны G4ZU
тора, и в этой точке антенна кре-
питься к мачте. Два подвижных
замыкающих хомута образуют
на из поперечных несущих тру-
бок необходимые отрезки замк-
нутых четвертьволновых шлей-
фов. Открытые отрезки шлейфов
располагаются внутри полых
трубок (рис. 18.10.Ь.). Прочие
конструктивные размеры показа-
ны на рис 18.9. и рис. 18.10.
Для настойки рассматривае-
мой антенной системы необходи-
мо обязательно иметь ГИР. Пос-
ле закрепления антенны, откры-
тые четвертьволновые шлейфы
располагаются внутри трубок
траверсы, а около концов трубок
траверсы располагается гетеро-
динный индикатор резонанса и
определяется резонансная часто-
та открытых шлейфов. Для шлей-
фа директора резонансная часто-
та должна быть точно 28 МГц, а
для шлейфа рефлектора - 21
МГц. После необходимых кор-
ректировок, которые осуществ-
ляются укорочением или удлине-
нием шлейфов, концы трубок за-
делываются с помощью неболь-
280
Трубки несушей траверсы
— U-образная шина
30x50x30 мм, 3 мм толщина,
70 см длина
а) Установочные изоляторы w
Шлейф из лентзчного УКВ кабеля
Короткозамыкающий длиной 210 мм,
подвижный хомутик волновое сопротивление 300 Ом
fns21MHz
Сторона директора
Сторона рефлектора
20,55 MHz
fns 13,95MHz
fns 28MHz Шлейф из ленточного УКВ кабёля
длиной 210 мм, волновое сопротивление 300 Ом
Щ
Рис. 18.10. Конструкция и настройка пассивных элементов антенны.
а- конструкция рефлектора и директора
Ь- расположение открытых шлейфов в трубках траверсы.
ших деревянных пробок и герме-
тизируются герметиком. Затем к
несущей траверсе крепятся эле-
менты антенны. Для исключения
коррозии, все винты и гайки дол-
жны быть кадмированы или
оцинкованы. Для того, чтобы
избежать возникновения механи-
ческих напряжение, рекомендует-
ся подкладывать в точках креп-
ления небольшие кожаные шай-
бы. Концы ленточных четверть-
волновых шлейфов, выступаю-
щие из несущих трубок надежно
соединяют электрически с реф-
лектором и директором соответ-
ственно . Затем вся антенная сис-
тема размещается горизонтально
на высоте 2 метра над поверхно-
стью земли. ГИР располагают
около подвижных короткозамы-
кающих хомутиков. С помощью
передвижения этого хомутика
добиваются резонанса со сторо-
ны директора на частоте 20,55
МГц, со стороны рефлектора -
13,95 МГц. На этом грубая на-
стройка антенны заканчивается и
антенна закрепляется на свое
штатное положение на мачте. С
помощью простейшего измерите-
ля напряженности электромаг-
нитного поля производят точную
настройку, в незначительных
пределах передвигая короткоза-
мыкающие хомутики.
4 Не надо производить никаких
настроечных работ с вибрато-
ром, так как он сам по себе не
настроен на на рабочую длину
волны, а представляет собой
часть настроенной линии переда-
281
Особенность здесь заключает-
ся в том, что открытые четверть-
волновые шлейфы выполнены из
коаксиального кабеля и помеще-
ны в трубки элементов антенны
(однако это необязательно).
Траверса может быть выпол-
нена из дерева твердых пород, а
вместо подходящих изоляторов
использованы самодельные
(рис.17.13.). На рис 18.14 изоб-
ражено практическая конструк-
ция средней части рефлектора и
директора. Катушка наматывает-
ся на поверх цилиндра из диэлек-
трика, к которому крепятся обе
половины элемента антенны.
На рис. 18.15 представлен об-
щий вид антенны G4ZU, пред-
ложенный радиолюбителем
DM2AKN.
Двойная траверса
Рис. 18.13. Конструкция крепления
элементов антенны
Катушка
Точки подключения
диэлектрика
катушки к алюминиевому .
элементу следует
тщательно защитить 1
от влаги I''—- Шлейф из
I коаксиального кабеля
kjr открытый
Рис 18.14. Конструкция средней час-
ти элемента антенны G4ZU
Рис. 18.15. Общий вид антенны G4ZU
радиолюбителя DM2AKN.
Эта конструкция весит при-
мерно 15 кг. Обе поперечные не-
сущие трубки расположены на
расстоянии 175 см, и следователь-
но, могут использоваться в каче-
стве замкнутых четвертьволно-
вых шлейфов, однако в данном
случае они служат только для
получения механической ста-
бильности. Дополнительную
прочность конструкции придают
многочисленные растяжки. Для
закрепления элементов использо-
ваны промышленно выпускае-
мые крепежные узлы. Открытые
шлейфы не различимы: они вве-
дены внутрь трубок несущей тра-
версы.
18.2. 3-диапазонная антенны
VK2AOU
Пассивные элементы антен-
ны G4ZU имеют две резонанс-
ные частоты. Радиолюбителю
VK2AOU удалось, с помощью
283
Стрелочный измерительный прибор
Рис. 18.11. Устройство настройки ан-
тенны G4ZU
LpL, - по 4 витка медного провода
0 1,5 мм
L3- 3 витка медного провода 0 1,5
мм
Катушки намотаны на оправке диа-
метром 40 мм с зазором между вит-
ками.
чи. Линия передачи представля-
ет собой двухпроводную линию
передачи с воздушным изолято-
ром, с волновым сопротивлени-
ем 450 Ом и длиной от 11,6 до 12
м. На рис 8.11 приведено устрой-
ство настройки линии, которое
хорошо работает при подключе-
нии к несимметричному низко-
омному выходу передатчика.
18.1.5. Модифицированная ан-
тенна G4ZU
Как уже отмечалось, замкну-
тый шлейф можно заменить на
директоре и рефлекторе эквива-
лентной катушкой индуктивнос-
ти. В этом случае потери будет
больше, однако в этом случае не-
сущую траверсу можно изгото-
вить из дерева. Такая модифици-
рованная антенна показана на
рис 18.12.
282
экспериментов , ввести еще
один колебательный контур и ,
таким образом добиться резо-
нанса в трех диапазонах. При
этом третий колебательный
контур может бать как последо-
вательным так и параллельным.
На рис. 18.16 изображена схе-
ма 2-диапазонного элемента ан-
тенны G4ZU с параллельным
резонансным контуром. На рис
18.16.Ь. к этому параллельному
контуру присоединяется парал-
лельно последовательный коле-
бательный контур, который и
дает желаемый резонанс. Этот же
эффект может быть достигнут за
счет последовательного включе-
ния двух параллельных колеба-
тельных контуров, как показано
на рис 18.16.С. Все емкости так-
же могут быть выполнены незам-
кнутых отрезков шлейфов, а ин-
дуктивности - виде короткозам-
кнутых отрезков шлейфов, но на
-----х х>-------
а) 1_||_
Рис. 18.16. Схема трех диапазонных
элементов
практике чаще используются
конденсаторы переменной емко-
сти и катушки индуктивности.
Предварительный расчет значе-
ний индуктивностей и емкостей
не производится, так как все из-
менения в их значениях для како-
го то элемента, сказываются на
параметрах всей антенной систе-
мы. Обычно значения L и С оп-
ределяются экспериментально.
При этом используется ГИР.
Радиолюбитель VK2AOU
предложил 3-элементную антен-
ну, в которой во всех трех диапа-
зонах работают все три элемента
антенны, а питание осуществля-
ется по согласованной линии пе-
редачи, имеющую любую длину.
Для предложенной антенны
необходимы две линии питания:
одна осуществляет питание ан-
тенны в диапазоне 10 м, а другая
- в диапазонах 15 и 20 м. Данные,
приведенные VK2AOU достаточ-
но полные и точные для того,
чтобы при тщательном исполне-
нии получить желаемые резуль-
таты.
Антенна VK2AOU является
типичным представителем груп-
пы мультирезонансных укоро-
ченных антенн и возникла на ос-
нове антенны VK2AOU с укоро-
ченными размерами (см. главу
17.1.).Размеры элементов и рас-
стояния между ними остаются без
изменений, только вместо удли-
няющих катушек включены па-
раллельные резонансные конту-
284
ры. Конструкция антенны приве-
дена на рис 18.17.
18.2.1. Размеры элементов ан-
тенны VK2AOU
Антенна имеет следующие
размеры и величины элементов:
Директор
Катушка L} - 4 витка, длина
катушки 4,5 см, 0 4 см,
Катушка Л, - 6 витков, длина
7 см, 0 4 см.
Конденсатор С} - среднее зна-
чение около 65 пФ,
Конденсатор С2 - среднее зна-
чение 100 пФ.
Питаемый элемент
Катушка L3 - 5 витков, длина
катушки 5 см, 0 4 см.
Катушка L*-7 витков, длина
катушки 4,5 см, 0 4 см.
Катушка Лк1- 2 витка поверх
катушки L3 (катушка связи для
диапазона 10 м при питании по
коаксиальному кабелю с волно-
вым сопротивлением 60 Ом.)
Катушка - 3 витка поверх
катушки Л4 (катушка связи для
диапазонов 15 и 20 м при пита-
нии по коаксиальному кабелю )
Конденсатор С3 - среднее зна-
чение 62 пФ,
Конденсатор С4 среднее значе-
ние 85 пФ.
Рефлектор
Катушка L5 -6 витков , длина
катушки 4,7 см, 0 4 см
Катушка L6 - 8 витков, длина
катушки 6 см, 0 4 см.
Конденсатор С5 среднее значе-
ние примерно 60 пФ
Конденсатор С6 - среднее зна-
чение 70 пФ.
Длина выводов катушек со-
ставляет по 5 см, у конденсаторов
по 10 см.
Данные катушек при-
ведены для случая когда питание
производится с помощью коакси-
ального кабеля с волновым со-
противлением 60-70 Ом. Для
использования других линий пи-
тания число витков этих катушек
должно быть соответственно уве-
личено.
Обе катушки каждого элемен-
та должны как можно меньше
оказывать влияние друг на дру-
га, поэтому оси катушек распо-
лагают перпендикулярно друг
другу, как показано на рис 18.17.
Катушки изготавливаются из
алюминиевой проволоки 0 4 мм.
(см. Главу 17.1.). В конструкции
применены в качестве элементов
дюралевые трубки 0 21 мм .
18.2.2. Настройка 3-диапазон-
ной антенны VK2AOU
В первую очередь настраива-
ются отдельные элементы с помо-
щью гетеродинного индикатора
резонанса на заданные резонан-
сные частоты. При грубой на-
стройке связь ГИР с катушкой
элемента может быть сильной, а
при последующей настройке ее
необходимо ослабить, чтобы по-
285
Рис 18.17. 3-диапазонная антенна VK2AOU
лучить острый пик резонансной
характеристики.
Три резонанса возбуждаемого
элемента соответствуют необхо-
димым рабочим частотам. Обыч-
но они выбираются посредине
рабочего диапазона частот: 14,14
Мгц, 21,2 МГц, 28,5 МГц.
Рефлектор настраивается на
частоты, на 5 % меньше: 13,45
Мгц, 20,14 МГц, 27,07 МГц.
Частоты резонанса директора
на 4% выше резонансных частот
излучателя: 14,72 МГц, 22,05
МГц, 29,65 МГц.
Эти частоты справедливы для
антенны, находящейся на своей
штатной высоте на мачте.
Однако предварительная на-
стройка может производиться и
на небольшом расстоянии от зем-
ли, но при этом необходимо учи-
тывать емкостное влияние земли,
приводящее к смещению резо-
нанса в сторону более низких ча-
стот. По данным VK2AOU, при
настройке антенны на диапазон
14 МГц на расстоянии 2 м от зем-
ли смещение резонансной часто-
ты равняется 350 кГц. Таким об-
разом, при настройке вблизи по-
верхности земли следует настра-
ивать элементы антенны на более
низкие частот. Та например, виб-
ратор необходимо настраивать
на частоты 13,85 МГц, 20,9 МГц,
28,2 МГц. То же самое справед-
ливо и по отношению к пассив-
ным элементам. Можно рассчи-
тывать, что при такой грубой
настройке, в рабочем поло.^нии
антенны на мачте частоты бу, ут
приближены к необходимым.
Настройка с помощью изме-
нения размеров катушек доволь-
но некритичная. Большие катуш-
ки L^,L4,L6 влияют в первую оче-
редь на резонанс на частоте 14
286
МГц. Подсоединенные к ним
конденсаторы ЛЭ,Л4Л6 особенно
сильно влияют на резонанс на
частоте 21 МГц, хотя их измене-
ние приводит к незначительному
влиянию на резонанс на частоте
14 МГц. Малые катушки ЛрЛ3,Л5
в основном влияют на резонанс
21 МГц, а конденсаторы LpLvL5
особенно сильно влияют на на
настройку элементов в диапазо-
не 28 МГц. Регулировка конден-
саторов очень чувствительна,
особенно конденсаторов С5 и С6.
Поэтому в качестве настроечных
конденсаторов необходимо ис-
пользовать конденсаторы пере-
менной емкости или подстроеч-
ные конденсаторы с воздушным
диэлектриком. Для защиты от
воздействия метеоусловий реко-
мендуется помещать контура в
герметичную пластмассовую ко-
робочку.
После того, как антенны на-
строена с помощью ГИР, перехо-
дят к настройке антенны с под-
ключенной к ней линией переда-
чи. Для этого антенна возбужда-
ется через линию питания от пе-
редатчика. Затем, используя про-
стейший измеритель напряжен-
ности поля настраивают антенну
по максимуму излучения в глав-
ном направлении и максимуму
обратного ослабления.
В первую очередь антенна на-
страивается в диапазонах 14 и 21
МГц. Это делают осторожным
изменением емкости конденсато-
ров. Изменение настройки диапа-
зона 20 м вызывает изменение
настройки и в диапазоне 15 м.
Когда достигнута необходимая
настройка, положение конденса-
торов фиксируется и в дальней-
шем не изменяется.
Настройка в диапазоне 10 м
заключается в основном в регу-
лировке емкостей конденсаторов
LVLVLS. Эта настройка довольно
некритичная, и максимум выра-
жен неярко. Ошибки при на-
стройке могут проявиться в пер-
вую очередь при настройке пас-
сивных элементов. Например,
если рефлектор <слишком корот-
кий^ а директор <слишком
длинный>, то может случиться
так, что директор станет рефлек-
тором и наоборот. Для исключе-
ния этого случая автор рекомен-
дует использовать одновременно
два измерителя напряженности
поля, расположенных в главном
и обратном направлении антен-
ны.
Определенное упрощение в
настройке достигается, если пи-
тать антенну с помощью настро-
енной линии передач, как антен-
ну G4ZU. (риС.18.3.). В этом слу-
чае требуется настроить в резо-
нанс только контуры рефлектора
и директора, а настройка в резо-
нанс вибратора осуществляется
за счет устройства настройки ли-
нии питания, расположен-
ного в ее нижнем конце.
Характеристики 3-диапазон-
ной антенны VK2AOU в диапа-
зоне 10 и 15 м примерно совпада-
287
ют с характеристиками 3-диапа-
зонной антенны G4ZU, они пре-
вышают их в 20 м диапазоне, так
как в этом случае работают 3 уко-
роченных элемента с очень ма-
лым расстоянием между элемен-
тами.
18.3. 3-диапазонная антенна
DL1FK
Антенна, предложенная ра-
диолюбителем DL1FK, отлича-
ется простотой конструкции и не-
сложностью монтажа. В отноше-
нии своих электрических пара-
метров эта антенны равноценна
описанной выше, однако отлича-
ется совершенно новой конструк-
цией пассивных элементов. Так
как речь идет о совершенно но-
вом решении многодиапазонной
антенны, остановимся на этой
конструкции подробнее.
18.3.1. Питаемый элемент
На рис 18.18 представлена
конструкция питаемого элемента
антенны DL1FK, которая в меха-
ническом отношении легче вы-
полнима, чем вибратор антенны
G4ZU. Питаемый элемент имеет
общую длину почти 8 м, и следо-
вательно, настроен на приблизи-
тельно на диапазон 15 м. Резо-
нанс в трех диапазонах достига-
ется с помощью настроенной ли-
нии питания с устройством на-
стройки, подключенным к концу
линии питания.
Размеры к рис. 18.18.
и— 200 см дюралевой трубки,
0 20 мм, толщина стенки 1 мм.
v- 100 см дюралевой трубки,
0 18 мм, толщина стенки 1 мм.
w— 20 см диэлектрическая
трубка, 0 16 мм, толщина стен-
ки 2-4 мм.
х- 60 см дюралевой трубки,
0 10-12 мм, толщина стенки 1
мм.
у- один виток провода, 0 10
мм, Ж алюминиевого провода 2-
4 мм.
Z- Поперечная траверса, U-
образного профиля, длина 130
см.
L- Катушка, намотанная на
участке w, 6 витков, катушки
0 3 см, длина катушки 10 см,
диаметр алюминиевого провода
3-6 мм.
Толщина стенок трубок 1 мм
Рис. 18.18. Питаемый элемент 3-диапазонной антенны DL1FK
288
вполне достаточна. При констру-
ировании следует ориентиро-
ваться на имеющиеся в наличии
конструктивные материалы, тем
более, что указанные размеры
некритичны.
Несущая траверса антенны
представляет собой две парал-
лельные дюралевые трубки каж-
дая по 420 см, к которым при по-
мощи хомутиков прочно кре-
питься U- образные несущие
шины питаемого элемента. Если
элементы вибратора сильно про-
висают, необходимо использо-
вать растяжки. Вместо описанно-
го вибратора можно использо-
вать схемы питаемых элементов
описанных выше антенн (напри-
мер, VK2AOU или W2DZZ).
Важно, чтобы питаемый эле-
мент для волны 20 м имел наи-
меньшую электрическую длину
Х/2 , а для волны 10 м не более
1,2Х или(2 0,6Х). В некоторых
конструкциях это требование не
выполняется, и пучность тока,
вокруг которой образуется наи-
более интенсивное поле, находит-
ся тогда либо в линии питания,
либо в устройстве настройки ли-
нии передачи.
В диапазоне 10 и 15 м питае-
мый элемент образует два син-
фазно возбуждаемых полуволно-
вых участка (вибраторы, распо-
ложенные в ряд). Благодаря это-
му достигается для этих двух ди-
апазонов коэффициент усиления
составляет 1,8 дБ. Для 20 м диа-
пазона укороченный излучатель
немного хуже, чем полуволновой
вибратор полной длины.
Частотнозависимое электри-
ческое удлиняющее действие
обеспечивается с помощью удли-
няющих катушек L в сочетании с
проволочными шлейфами, рабо-
тающими как емкость.
18.3.2. Питание антенны
Настроенная линия питания
рассчитывается так, чтобы ни в
одном из трех диапазонов в ее
конце не находился бы максимум
тока или напряжения. В против-
ном случае в линии питания об-
разуются синфазные волны, и
линия питания начинает излучать
наравне с антенной. По данным
DL1FK, этим требованиям отве-
чает линия питания длиной 17,2
м, а так же линии длиной 12м и
23м.
Очень простая и гибкая линия
передачи может быть выполнена
из антенного канатика. Расстоя-
ние между проводниками 5 см
поддерживается с помощью диэ-
лектрических распорок. Для
того, чтобы укреплять распорки,
можно использовать трубки из
тростника или изоляционного
материала длиной 30-40 см, ко-
торые надеваются на проводни-
ки линии, как показано на рис
18.19.
Таким образом, линия пита-
ния становится к тому же изоли-
рованной по всей длине. Связь
10 Антенны
289
ЗО..Мст
Распорки
Антенный
канатик
—у---------
Трубки из
изоляционного
материала
Рис. 18.19. Линия питания
симметричной линии передачи с
выходным каскадом передатчика
выполняют по одной из схем,
приведенных в главе 8.2.
18.3.3. Пассивные элементы
Описанный выше вибратор
антенны, предложенный DL1FK,
действует по уже нам известному
принципу вибратора с настраи-
ваемой линией передачи. Напро-
тив, пассивные элементы этой
антенны принципиально отлича-
ются от пассивных элементов ан-
тенн, описанных выше. Резонанс
пассивных элементов для антен-
ны DL1FK на различных часто-
тах обеспечивается благодаря
совместному использованию ча-
стей элементов, расположенных
симметрично относительно сере-
дины элемента. Эти контуры
вследствие своей конструкции
имеют высокую добротность, и к
ним присоединяются также те
части элементов, которые нахо-
дятся вне резонансного контура.
На рис. 18.20 приведено изобра-
жение одного такого многодиа-
пазонного контура антенны,
предложенный DL1FK.
Он состоит, помимо собствен-
но элемента антенны, из двух из
290
двух линейных настроечных зве-
ньев иК„ которые позволяют
настроить резонанс на трех час-
тотах, передвигая хомутики и
и изменяя емкость конденсато-
ров Cj и С3.
Если сам элемент антенны
имеет размеры, рассчитанные на
средний рабочий диапазон , на-
пример 21 МГц (рекомендуется
выбирать его размеры несколько
больше расчетных), то при помо-
щи конденсатора Сэ осуществля-
ется укорочение электрической
длины элемента. Одновременно,
конденсатор С, и часть элемен-
та, расположенная между хому-
тиком S„ влияет на частоту на-
стройки элемента в низкочастот-
ном диапазоне, например в 14
МГц. Регулировка очень критич-
на. Элемент, настроенный в ре-
зонанс на 14 МГц обладает зна-
чительно большей избирательно-
стью по сравнению с обычным
элементом антенны в этом же ди-
апазоне. Звено К' с конденсато-
ром С} и хомутиками образует
резонансный контур одновре-
менно и в диапазоне 28 МГц. На-
Сг
Рис. 18.20. Схематическое изображе-
ние элемента 3-диапазонной антен-
ны DL1FK.
S{,S2- передвижные хомутики
СрС2- конденсаторы переменной
емкости 50 или 100 пФ.
Рис. 18.21. Пассивный элемент ан-
тенны DL1FK
Ср С, - фарфоровые кольца
В - мачта, высота 20 см. На-
верху мачты устанавливается
изолятор
F - конденсатор переменной
емкости 12-50 пФ.
стройка этого контура должна
производиться очень тщательно,
так как его можно ошибочно на-
строить таким образом, что эле-
мент будет в диапазоне 28 МГц
работать как волновой отрезок.
Такой волновой отрезок, из-за
поворота фазы на 2-180° не может
работать как пассивный элемен-
т.(оба полуволновых участка бу-
дут возбуждаться противофазно).
На рис 18.21 показана конст-
рукторское выполнение пассив-
ного элемента. Наиболее простая
конструкция получается в том
случае, когда его размер А соот-
ветствует 15 м диапазону. Если
антенные концы сильно провиса-
ют, их закрепляют с помощью
растяжек из антенного канатика,
которые крепятся к мачте В. Ан-
тенный канатик изолируется от
элемента антенны с помощью
фарфоровых колец и С,. Кро-
ме того растяжки служат пассив-
ным элементом для диапазона 10
м. Резонансный контур образо-
ванный хомутиками и и от-
резками трубки Е\ и Еэ, настраи-
вается с помощью конденсатора
переменной емкости F на диапа-
зон 20 м.
D^-Хомутики, длиной 10
см, алюминий.
X - геометрическая середина
линейного элемента (в этой точ-
ке элемент может быть присоеди-
нен к металлической конструк-
ции).
Воздушный конденсатор пе-
ременной емкости Гпри средних
мощностях передатчика должен
иметь расстояние между пласти-
нами 0,5-1 мм. Конденсатор кре-
питься с помощью пластин из
диэлектрика к середине элемента.
Для предохранения от метеоусло-
вий конденсатор помещают в
герметичную пластмассовую ко-
робочку.
Общий вид антенны DL1FK
представлен на рис 18.22. Общая
длина несущей траверсы равна
4,2 м. Расстояние вибратор - ди-
ректор равно 160 см, вибратор-
рефлектор - 2,6 м. Антенна зак-
репляется на мачте в точке цент-
ра масс.
Небольшие отрезки антенно-
го канатика, из которого изго-
товлены оттяжки, находятся сна-
ружи фарфоровых колец (каж-
дый длиной 10 см.) и служат для
настройки элементов в диапазо-
не 10 м. При настройке эти отрез-
ки канатика укорачивают до тех
пор , пока не получат резонанс .
Для настройки антенны по-
10-
291
Директор
Линия питания
Вибратор
Рефлектор
Рис. 18 22. Направленная 3-диапа-
зонная антенна DL1FK
требуется гетеродинный индика-
тор резонанса и индикатор на-
пряженности поля. Сначала про-
изводят грубую настройку, при
этом антенну размещают гори-
зонтально на высоте 2 м от по-
верхности земли. Сначала произ-
водят временную настройку в ди-
апазоне 20 м. Затем, укорачивая
концы оттяжек настраивают ан-
тенну в 10 м диапазоне. При этом
необходимо оставить дополни-
тельно по 3 см к резонансной
длине канатика, чтобы скомпен-
сировать разницу между резонан-
сом антенны вблизи земли и в
рабочем положении на мачте.
Затем начинают укорачивать
длины самих элементов, таким
образом, чтобы он был настроен
в резонанс в диапазоне 15м. По
возможности, уже после монтажа
антенны на мачте, ее элементы
дополнительно подстраивают в
резонанс в диапазоне 20 м, при
этом надо следить за показания-
ми измерителя напряженности
поля, так как настройка очень
точная. Рекомендуется сначала
настроить рефлектор, а потом
директор на минимум обратного
излучения, так как он значитель-
но более выражен, чем максимум
в прямом направлении.
Резонансные частоты элемен-
тов антенны приведены в табли-
це 18.
При настойке в диапазоне 20
м следует обращать внимание на
то, что полное сопротивление на
зажимах антенны очень мало и
меняется в больших пределах при
Таблица 18
Директор Рефлектор
Длина элемента А 6,8 м
Расстояние между точкамиС, и С, 4,8 м
Длина^и^ 1,1м
7,4 м
5,00м
1,3 м
292
приближении директора к виб-
ратору. Если применяется откры-
тая двухпроводная линия, то со-
ответственно на до настраивать
одновременно и схему связи ли-
нии питания с выходным каска-
дом передатчика.
Принцип, заложенный в кон-
струкции пассивных элементов
антенны DL1FK, широко приме-
няется и в других конструкциях
антенн
18.4 . Направленная 3-диапа-
зонная антенна W3DZZ
Очень практичная и эффек-
тивная конструкция 3-диапа-
зонной направленной антенны
бала предложена радиолюбите-
лем W3DZZ, которая была раз-
работана на основе антенны
американского радиолюбителя
DL1AU. В этой конструкции не
используется никаких компро-
миссных решений, поэтому по
своей эффективности эта антен-
на равна трем отдельным антен-
нам Уда-Яги. Однако констру-
ирование этой антенны требует
высокого мастерства в изготов-
лении точных механических уз-
лов и значительного расхода
материалов.
18.4.1 . Принцип действия.
Принцип действия антенны
такой же, как и вседиапазонной
антенны W3DZZ, описанной в
главе 10.2.8. Еще раз остановим-
ся на основных моментах ее ра-
боты (рис. 18.23.)
Вибратор на рис 18.23.а. име-
ет размеры, соответствующие
длине волны 10 м. На его свобод-
ных концах расположены парал-
лельные колебательные контуры
LjCj и Л2С^, которые на своих
резонансных частотах представ-
ляют собой большие омические
сопротивления (при условии, что
добротность контуров достаточ-
но велика) и действуют как изо-
ляторы (заградительные фильт-
ры). Контуры настроены на ра-
Рис. 18.23. Элемент 3-диапазонной антенны W3DZZ
а- полуволновой вибратор для диапазона 10 м
Ъ- полуволновой вибратор для диапазона 15 м
с- Элемент 3-диапазонной антенны для диапазонов 10, 15 и 20 м.
293
бочую частоту 10 м , и поэтому
отрезки проводников, присое-
диненный к ним с наружной сто-
роны, не оказывают никакого
действия на резонанс в диапа-
зоне 10 м. Если вибратор воз-
буждается на частоте 21 МГц,
то контуры, не настроенные в
резонанс на эту частоту, уже не
являются заградительными
фильтрами для этой частоты, а
катушки Lj и L. данном случае
играют роль удлиняющих кату-
шек для диапазона 15 м. При
определенных размерах участ-
ков проводников В} и В\ они,
вместе с проводниками Ах и А2
и удлинительными катушками
Lj и L2, образуют полуволновой
вибратор для диапазона 21 МГц
без нарушения резонанса вибра-
тора в диапазоне 28 МГц. Так
как элемент антенны должен ра-
ботать еще и в диапазоне 15 м
(14 МГц), то к концам провод-
ников и В, присоединяются
два запирающих фильтра-
пробки £3С, и которые на-
строены на частоту 21 МГц.
На рис 18.23.С. показано, что
к точкам ZZ присоединяются
еще отрезки проводников и
Е^. Эти проводники, совместно
с катушками контуров LpL0,T3
и Л4 образуют полуволновой
вибратор для диапазона 14 м.
Таким образом, полуволновой
вибратор для диапазона 20 м
состоит из отрезков проводни-
ков A VA^BVB^E^E^ и катушек
LpL2,L3,L4. Конструкция, пред-
ставленная на рис 18.23.в. пред-
ставляет собой схему, настроен-
ную одновременно на три диа-
пазона частот.
Таким же образом выполня-
ются пассивные элементы ан-
тенны, только для пассивных
элементов резонансная частота
должны быть ниже для рефлек-
тора, и выше для директора,
чем резонансная частота вибра-
тора. Так как пассивные элемен-
ты возбуждаются не непосред-
ственно, то отпадает необходи-
мость разрывать проводник в
середине. В этой точке пассив-
ные элементы могут быть зазем-
лены.
На рис 18.24 представлена
схема 3-диапазонной антенны
W3DZZ в общем виде.
Бросается в глаза, что меж-
ду рефлектором и вибратором,
между директором и вибрато-
ром помешен еще один пассив-
ный элемент. Эти дополнитель-
ные пассивные элементы служат
рефлектором и директором ан-
тенны в диапазоне 10 м. Необ-
ходимость в этих элементах воз-
никает потому, что расстояние
между пассивными элементами
в антенне слишком велики для
диапазона 10 м. Таким образом
в диапазоне 10 м антенна рабо-
тает с 5 элементами, а ее коэф-
фициент усиления в этом диапа-
зоне составляет 7 дБ. В диапа-
зонах 21 и 14 МГц антенна ра-
294
Рис. 18.24. Схема 3-диапазонной антенны W3DZZ
ботает как 3 элементная и ее
коэффициент усиления для ди-
апазона 20 м составляет при-
мерно 5 дБ, а для диапазона 15
м - 6 дБ.
18.4.2 . Конструкция антенны
W3DZZ
Все катушки имеют по 5
витков посеребренного медного
провода 04 мм с внутренним ди-
аметром катушки 62 мм. Катуш-
ки имеют по 7 витков с таки-
ми же размерами. Емкость кон-
денсаторов С 25-29 пФ. Для заг-
радительного контура Lx С часто-
та настройки равна 28 МГц, а для
для контура L2C - 20,2 МГц. На-
стройка производится изменени-
ем размеров катушек таким об-
разом, при этом емкость конден-
саторов должна оставаться неиз-
менной. В конструкции антенны
W3DZZ в качестве конденсато-
ров используются емкости, обра-
зованные концами трубок эле-
ментов антенны. Трубки элемен-
тов антенны надеваются на ци-
линдр из изоляционного матери-
ала (рис. 18.25) и крепятся к нему,
поверх цилиндров располагают-
295
Металлические трубки элемента антенны
Стержень из полистирола
Рис. 18.25. Конструкция заг-
радительного фильтра
ся катушки. В качестве материа-
ла цилиндра можно использовать
текстолит, а еше лучше полисти-
рол. Такой конденсатор не изме-
няет своиз параметров в зависи-
мости от метеоусловий. Правда
его емкость составляет 15-20 пФ,
но остальную емкость образуют
сами трубки элементов антенны.
Наиболее пригодной схемой
питания является гамма- образ-
ная схема согласования (см. гла-
ву 6.3.), которая позволяет питать
антенну с помощью коаксиально-
го кабеля. Если гамма- элемент
настроен оптимально для 15 м
диапазона, то в диапазонах 10 и
20 м КСВ имеет еще вполне до-
пустимые значения.
Можно также использовать в
антенне W3DZZ вибратор от ан-
тенны DL1FK и питать его по
настроенной линии передач. В
этом случае положение резонан-
са можно регулировать с помо-
щью настроечного устройства,
установленного на конце линии
питания.
18.5 . Антенна Уда-Яги для ди-
апазонов 20 и 15 м с шахматным
расположением элементов
Антеннами с шахматным раз-
мещением элементов называют-
ся такие антенны, которые рас-
считываются на различные диа-
пазоны и размещаются на единой
антенной траверсе. При этом рас-
стояние между элементами обо-
их антенн выбирают такими, что-
бы обоюдное влияние двух ан-
тенн для двух диапазонов было
минимальным.
18.5.1 . 2-диапазонная антенна
KH6OR
Эта антенна, предложенная
радиолюбителем KH6OR, явля-
ется комбинацией мультирезо-
нансной антенны с антенной с
шахматным размещением пас-
сивных элементов.
Схема антенны приведена на
рис. 18.26.
Питаемый элемент имеет 2 за-
пирающих контура, подобно ан-
тенне W3DZZ, настроенные на
частоту 20,5 МГц. Конденсаторы
имеют емкость по 25 п. Обе ка-
тушки имеют по 6 витков алюми-
ниевого провода 0 3 мм. Диа-
метр катушек составляет 75 мм,
при этом витки равномерно рас-
пределены на длине 50 мм. В ан-
тенне является новым объедине-
ние двух диапазонов с помощью
параллельного включения двух
элементов гамма- образной схе-
мы согласования. При этом по-
лучается хорошее согласование
296
коаксиального кабеля при рабо-
те в двух диапазонах. Приведен-
ные на рисунке данные длины
гамма- элемента приближенные,
так как при окончательной на-
стройке они должны быть откор-
ректированы по минимуму сто-
ячих волн в линии питания. С
приведенными размерами питае-
мого элемента резонансные час-
тоты составляют 14,3 и 21,3 МГц.
Пассивные элементы имеют
полную длину и размещаются на
траверсе таким образом, чтобы
исключить взаимовлияние. Рас-
стояние до рефлектора составля-
ет для 20 м - 0,1247с, для 15 м-
0,1ЗХ. Расстояние до директора
для 20м-0,17Х, для 15м-0,19Х.
В совокупности длина несущей
траверсы получается равной 6,10
м. Разумеется, питаемый элемент
может быть заменен элементом
многодиапазонной антенны, при
этом необходимо правда следить,
чтобы питаемый элемент не был
слишком сильно укорочен. Так
как пассивные элементы имеют
полную длину, то укороченный
вибратор не сильно ухудшает ха-
рактеристики антенны. Наиболее
пригоден в качестве замены пи-
таемый элемент антенны DL1FK,
приведенный на рис 18.18. Суще-
ствует также возможность разме-
стить на несущей траверсе пас-
сивные элементы для диапазона
10 м, и в этом случае антенну
можно будет эксплуатировать в
10 м диапазоне.
Рис. 18.26. 2-диапазонная антенна KH6OR для диапазонов 20м и 15м.
а- общая схема, Ь- схема питаемого элемента
297
18.5.2 . 2-диапазонная антенна
W8FYR для диапазонов 20м и 15м
с шахматным расположением эле-
ментов
Антенна представлена на рис
18.27 и обладает следующими
особенностями: антенна разме-
щается на одной траверсе и со-
стоит из двух трех элементных
антенн Уда-Яги, которые пита-
ются каждая через свою схему
гамма- согласования.
Эта антенна может быть реко-
мендована тем, кто желая полу-
чить многодиапазонную антенну
располагает достаточным мес-
том для монтажа антенны и не
имеет недостатка в материалах.
По несколько увеличенным
длинам элементов видно, что по
сравнению с антенной KH6OR у
этой антенны резонансная часто-
та лежит ближе к телеграфной
части диапазона. Схема гамма-
согласования рассчитывается со-
гласно главе 6.3. Питание произ-
водится с помощью двух коакси-
альных кабелей. При желании
можно применить релейную схе-
му переключения, в этом случае
можно будет ограничиться пита-
нием по одному коаксиальному
кабелю.
18.6 . 2-диапазонные антенны
Уда-Яги для диапазона 15 и 10 м
с шахматным расположением эле-
ментов
Антенна представлена на рис.
18.28 и по своему принципу пол-
298
ностью соответствует антенне ,
приведенной на рис. 18.27.
Некоторыми особенностями
обладает антенна W4KFS на
рис. 18.29. В этой конструкции
достигается экономия одного
пассивного элемента, так как
расположенный в середине пас-
сивный элемент выполняет одно-
временно функции рефлектора
для 10 м и директора для 15 м
диапазона. В качестве рефлекто-
ра для 10 м диапазона этот эле-
мент конечно немного длинный.
Двойное использование элемен-
та обуславливает несколько дру-
гое расположение элементов и
другую длину несущей траверсы,
которая равна 6,05 м. Поскольку
компактная антенна на рис 18.28.
имеет примерно одинаковые ха-
рактеристики, то польза от при-
менения совмещенного пассивно-
го элемента не большая.
18.7 . Простые компромиссные
многодиапазонные антенны
Применяя даже простые ком-
промиссные многодиапазонные
антенны можно получить удиви-
тельно хорошие результаты, осо-
бенно если есть возможность раз-
местить эти антенны на большой
высоте. Далее описываются ряд
простых компромиссных много-
диапазонных антенн.
18.7.1 . 3-диапазонная антенна
Мария-Малука
Антенны этого вида распрос-
транены в латинской Америке и
получили название Мариа- Ма-
лука. Антенна работает в диапа-
f
Дир.Щ ^58 m
Рис. 18.27. 2-диапазонная на-
правленная антенна для диапа-
зона 15 и 20 м с шахматным
расположением элементов
t
Дир. 75 л?GWm
Вибр. _ 5,04л?^
Ют |г*Н[ [
Рефл.75л?
5.37т
Рефл.75/п
7,23 т
Рис. 18.29. 2-диапазонная направ-
ленная антенна W4KFC для диапа-
зона 10 и 15 м с шахматным распо-
ложением элементов
Рис. 18.28.2-диапазонная направлен-
ная антенна для диапазона 10 и 15м
с шахматным расположением эле-
ментов
Рис. 18.30. 3-диапазонная антенна Мариа-Малука
299
зоне 10, 15 и 20 м при этом пита-
емый элемент возбуждается через
настроенную линию передачи.
Антенна изображена на рис.
18.30. Она работает как 2-элемен-
тная направленная антенна для
диапазона Юм, при этом рассто-
яние до директора равно Х/6,а
пассивный элемент рассчитыва-
ется немного длиннее. Питаемый
элемент для 10 м диапазона пред-
ставляет собой удлиненный по-
луволновой вибратор, питание и
связь с передатчиком аналогич-
ны антенне G4ZU. В 15 м диапа-
зоне антенна работает как полу-
волновой вибратор полной длин-
ны с незначительным влиянием
директора, который для частоты
21 МГц слишком короток. В ди-
апазоне 20 м антенна действует
как укороченный полуволновой
вибратор. Директор также не
имеет сильного влияния, поэтому
эффективность в этом диапазоне
соответствует полному полувол-
новому вибратору.
Антенна возбуждается с помо-
щью симметричной линии пере-
дачи с волновым сопротивлени-
ем 300 Ом, при этом длина линии
может составлять 11,7м, 18,5м
или 23,55 м.
Антенна Мариа- Малука не
является высокоэффективной ан-
тенной. Она является все же ком-
промиссным решением антенны,
изготовленной с минимальными
затратами и средствами и кото-
рая может с успехом использо-
300
ваться для получения дальних
связей во всех трех диапазонах.
18.7.2 . Простые конструкции
2-диапазонных антенн
Простые конструкции 2-диа-
пазонных антенн представляют
собой полуволновой вибратор,
который имеет полную длину для
низкочастотного диапазона. Ди-
ректор антенны рассчитывается
на высокочастотный диапазон, в
котором антенна работает как 2-
элементная. Схема этой антенны
показана на рис 18.31, а конст-
рукция не отличается от антенны
Мариа-Малука.
При необходимости антенна
может быть построена для диапа-
зонов. При этом эффективность
антенны соответствует в первом
случае эффективности полувол-
нового вибратора, во втором слу:
чае - 2-элементной антенны. Раз-
меры этих конструкций антенн, в
соответствии с рис. 18.31. приве-
дены в таблице 18.2.
Дальнейшим развитием этих
простых конструкций является
введение третьего пассивного
элемента, как показано на рис
Рис. 18.31. Схема 1 -2-элементной ан-
тенны на два диапазона. (Размеры
приведены в таблице 18.2.).
Рис. 18.32. Схема 2-элементной на-
правленной антенны для 2-диапазо-
нов (размеры см. В таблице 18.2.).
18.32. В этом случае работают в
каждом диапазоне по два элемен-
та: в низкочастотном диапазоне
- полуволновой вибратор и реф-
лектор, в более высокочастотном
диапазоне - излучатель и дирек-
тор. Размеры этих антенн также
можно получить из таблицы 18.2,
при этом развитие антенны каса-
ется только лишь введения разме-
ров L3 и S3.
Оба вида антенн возбуждают-
ся с помощью настроенной 300-
омной линии передачи, при этом
настройка антенны производит-
ся с помощью подходящей схемы
связи с выходным каскадом пере-
датчика (см. главу 8.2). При этом
оказывается также возможным,
при соответствующей настройке
схемы связи, получить удовлетво-
рительную работу антенны и в
третьем диапазоне.
18.8 . 3-диапазонная антенна
“двойной квадрат”
Конструкция антенны “двой-
ной квадрат” (см. главу 15.1) осо-
бенно подходит для конструиро-
вания на ее основе многодиапа-
зонной антенны с шахматным
расположением элементов. Дли-
на стороны квадрата для диапа-
зона 20 м составляет 5 м, и не каж-
дый радиолюбитель может по-
зволить себе изготовление такой
объемной антенны, однако есть
много примеров трехэлементных
антенн “двойной квадрат”, обла-
дающих легкостью конструкции,
отличными характеристиками и
противостоящие очень сильным
порывам ветра. Вес антенны
“двойной квадрат” в случае при-
менения бамбуковых растяжек,
может достигать 20 кг.
Таблица 18.2. Размера простых 2-элементных антенн , приведенных на рис
18.31 и 18.32
Диапазоны 20+15м 15+10м 20+10м
Длина Lj (излучатель) 10,19 м 6,83 м 10,19 м
Длина Л2(директор) 6,40 м 4,57 м 4,57 м
Длина Л3(Рефлектор) 10,77 м 7,25 м 10,77 м
Расстояние 5, 1,70 м 1,27 м 1,27 м
Расстояние 3,05 м 1,70 м 3,05 м
301
Ниже описана трехдиапазон-
ная антенна ‘‘двойной квадрат”,
которую можно, при необходи-
мости переделать в 2-диапазон-
ную, отказавшись от 20 м диапа-
зона, получив при этом выигрыш
в эффективности в диапазонах 10
и 15 м.
Конструкция антенны несмот-
ря на кажущуюся простоту, вы-
зывает определенные трудности
при изготовлении.
Антенна представлена в об-
щем виде на рис 18.33.
Центр конструкции образует
металлическая труба, диаметром
40-60мм. К этой трубе, под угла-
ми, как показано на рис 18.34.
привариваются 8 уголков
(40x40x4 мм), каждый длиной 50
см, к которым крепятся бамбуко-
вые штанги. Изготовление этой
части антенны требует особой
Рис. 18.33. 3-диапазонная антенна
“двойной квадрат”
302
Рис. 18.34. Средняя часть 3-диапа-
зонной антенны “двойной квадрат”,
а- вид сбоку
Ь- вид сверху.
тщательности и точности, так как
определяет в основном конструк-
цию антенны и ее прочность.
Конец металлической трубы-
мачты удлиняется с помощью
трубы меньшего диаметра.
Бамбуковые трубки имеют
длину 4м каждый и должны
иметь толщину в середине не ме-
нее 3 см. Рекомендуется поверх-
ность бамбуковых трубок обра-
ботать наждачной бумагой и по-
крыть несколькими слоями водо-
стойкого лака, для защита от воз-
действия влаги. Без этих защит-
ных мероприятий бамбуковые
трубки в скором времени рас-
трескаются. Также не помешает
в каждом звене бамбуковой труб-
ки просверлить отверстие и мед-
ной проволокой несколько раз
обвязать каждое звено, запаяв
потом концы проволоки. Крепле-
ние бамбуковых трубок к сталь-
ным уголкам производится либо
с помощью проволоки, либо с
помощью полосок жести, при
этом концы бамбуковых трубок
следует обернуть изоляционной
лентой или другим материалом,
чтобы крепежная проволока не
врезалась в бамбук. Для того,
чтобы крепежная проволока не
съезжала, на поверхности уголь-
ников делают насечки. Посколь-
ку бамбуковые трубки являются
достаточно хорошими изолято-
рами и их длина велика, то антен-
ные проводники можно непос-
редственно крепить к ним.
Излучатель и рефлектор для
диапазона 20 м провода которых
являются внешними, следует осо-
бенно тщательно закрепить на
бамбуковых трубках, для чего
проводники дополнительно кре-
пятся крепежным проводом. При
желании, для крепления провод-
ников антенны к бамбуковым
трубкам можно применить изо-
ляторы.
18.8.1 . Элементы антенны
В качестве материала для из-
готовления антенны можно ис-
пользовать медный провод или
многожильный антенный кана-
тик с любым диаметром. Наибо-
лее целесообразно применение
медного провода диаметром 1,5-
2 мм. Для вибратора и рефлек-
тора в диапазоне 20 м необходи-
мо иметь примерно по 25 м про-
вода. Находят середину провода
и откладывают по 2,6 м вправо и
влево. Эта длина 5,2 м является
верхней горизонтальной сторо-
ной квадрата, которая закрепля-
ется на соответствующих бамбу-
ковых трубках. Затем закрепля-
ют боковые стороны квадрата и
в конце нижнюю горизонталь-
ную сторону, концы которой со-
единяются в геометрической се-
редине с зажимами питания ан-
тенны, расположенные на изоля-
торах. Остатки провода пока ос-
тавляют свободно свисающими.
Затем, таким же способом
монтируется провод для диапазо-
на 15 м (длина стороны 3,5 м) и
затем провод для диапазона 10
м(длина стороны 2,55 м).
Длина сторон рефлектора
точно равняется длине сторон
вибратора. Действие рефлектора
определяется отрезком коротко-
замкнутых двухпроводных шлей-
фов, подключенному к каждому
рефлектору на нижней стороне.
Эти короткозамкнутые шлей-
фы работают как электрические
удлинители элементов и сдвига-
ют их резонансную частоту в сто-
рону низких значений. Длина
шлейфа рефлектора:
для 20 м диапазона - 2,0 м
для 15 м диапазона - 1,5м
для 10 м диапазона - 1,0 м
Окончательная длина шлей-
фов определяется при настройке
антенны.
Расстояние до рефлектор оп-
ределяет входное сопротивление
антенны и коэффициент усиления
системы. Обычно расстояние
между вибратором и излучателем
303
Таблица 18.3. Сопротивление на входных зажимах антенны “двойной квад-
рат” в зависимости от расстояния до рефлектора.
Входное сопротивление, Ом Расстояние до рефлектора, X 20 м Расстояния на других диапазонах, м
15 м 10 м
52 0,11 2,34 1,56 1,77
60 0,13 2,76 1,85 1,38
70 0,17 3,62 2,41 1,80
72 0,18 3,83 2,56 1,91
75 0,20 4,25 2,84 2.12
выбирают так, чтобы получив-
шееся входное сопротивление
антенны было равно волновому
сопротивлению линии питания
антенны. Данные таблицы 18.3.
позволяют получить приближен-
но ожидаемое входное сопротив-
ление антенны на зажимах пита-
ния в зависимости от расстояния
излучатель-рефлектор.
Расстояние между рефлекто-
ром и вибратором рассчитывает-
ся перед тем, как приступают к
изготовлению основания антен-
ны, так как от этого будет зави-
сеть, под какими углами следует
приваривать угольники к опор-
ной трубе.
После того, как антенна пол-
ностью изготовлена, ее дополни-
тельно стабилизирут с помощью
растяжек, изготовленных из син-
тетических шнуров.
18.8.2 . Питание антенны
Так как входное сопротивле-
ние антенны колеблется в преде-
лах 45-75 Ом, то обычно антен-
304
ну питают с помощью коаксиаль-
ного кабеля.Как показал практи-
ческий опыт, в диапазоне корот-
ких волн симметрирование коак-
сиального кабеля не требуется.
Поэтому к точкам питания антен-
ны можно непосредственно под-
ключать коаксиальный кабель,
имеющий соответствующее вол-
новое сопротивление.
Обычный способ питания
трехдиапазонной антенны “двой-
ной квадрат” заключается в том,
для каждого диапазона использу-
ется свой собственный коакси-
альный кабель. Преимущества
такого решения ясны, однако та-
кой способ требует слишком
много коаксиального кабеля.
Если каждая антенная система
рассчитана таким образом, что
она имеет одинаковые условия
оптимального согласования с
линией передачи, то в этом слу-
чае питание может осуществлять-
ся с помощью одного коаксиаль-
ного кабеля (рис. 18.35.).
Этот кабель стыкуется с 15 м
вибратором, а связь с другими
3£2т(0,ПМ
а)
Рис. 18.35. Расположение и питание элементов антенны “двойной квадрат”,
а- вид на вибраторы спереди
Ь- вид на элементы антенны сбоку
ЖтМПА)
ШтПт)
рефлектора
вибраторами 10 и 20 м осуществ-
ляется с помощью отрезков двух-
проводной линии. В этом случае
при расчете необходимо учесть,
что резонансная частота вибра-
торов понижается и размеры
вибраторов должны в этом слу-
чае быть меньше. Это укорочение
электрической длины вибратора
может быть выполнено с помо-
щью конденсаторов.
3-диапазонная антенна
“двойной квадрат” предоставля-
ет очень широкое поле творче-
ства для радиолюбителей. Так,
например, можно укоротить 20-
м секцию антенны или попытать-
ся для 15- м вибратора получить
еще один резонанс в диапазоне 20
м. Однако всегда следует по-
мнить, что укорочение антенны
всегда связано с большим или
меньшим уменьшением коэффи-
циента усиления и сужением по-
лосы пропускания антенны.
18.8.3 . Настройка антенны
В первую очередь настраива-
ют питаемый элемент антенны на
требуемую резонансную частоту,
для чего используют измеритель
КСВ. Коаксиальный кабель при
этом подключается к настраива-
емому питаемому элементу. Эле-
мент возбуждают с помощью пе-
редатчика или измерительного
генератора и контролируют зна-
чение КСВ в линии питания. Ча-
стота, на которой значение КСВ
305
минимальна, является резонанс-
ной частотой. Необходимые кор-
ректировки резонансной частоты
выполняют удлиняя или укорачи-
вая длины сторон квадрата (на-
пример, как показано на рис
15.7.).
Далее настраивают рефлектор
по максимальному значению.
Обратного ослабления. Для это-
го используют простейший изме-
ритель напряженности поля, уда-
ленный от антенны на расстояние
около 50 м, и находящийся на
высоте, равной высоте рабочего
положения антенны. Антенну
“двойной квадрат” разворачива-
ют таким образом, чтобы реф-
лектор антенны был направлен
на измеритель напряженности
поля. Передвигая короткозамы-
кающий мостик на шлейфе виб-
ратора добиваются минималь-
ных показаний напряженности
поля. Это установка очень чув-
ствительна и требует вниматель-
ности. Так как настройка рефлек-
тора сказывается на резонансной
частоте вибратора, то рекоменду-
ется одновременно контролиро-
вать КСВ в линии передачи по
рефлектометру.
18.9 . 3-диапазонная антенна
CQ-PA “двойной квадрат"
Голландским радиолюбите-
лем РАОХЕ была описана в жур-
нале CQ-PA 3-диапазонная ан-
тенна “двойной квадрат”, кото-
рая имеет очень простую конст-
306
рукцию и является пожалуй луч-
шим исполнением антенны
“двойной квадрат”. Преимуще-
ство антенны CQ-PA заключает-
ся в том, что не требуются ника-
кие шлейфа настройки и рассто-
яние до рефлектора устанавлива-
ется оптимальным для всех диа-
пазонов так, что можно вообще
отказаться от процесса настрой-
ки антенны.
В качестве основания антенны
используется не сварная конст-
рукция из металлических угол-
ков, а конструкция из 2-щитов
фанеры толщиной 20 мм. Каж-
дый щит имеет посередине про-
рез длиной 150 мм и шириной 20
мм.(рис. 18.36.а.).
Эти прорезы должны быть
сделаны такими (с косыми края-
ми прорезов), чтобы при состав-
лении обоих щитов они распола-
гались относительно друг друга
под углами 105 и 75°. Из этой же
фанеры изготовляется прямоу-
Рис. 18.36. Конструкция основания
антенны CQ-PA “двойной квадрат”
а- отдельные шиты
Ъ- сборная конструкция
Стальной фланец
_____\_________
Ь) вид снизу вид сбоку
Рис. 18.37. Крепление крестовины на
несущей мачте.
а- основание крестовины
Ь- металлический фланец, приварен-
ный к трубе мачты
гольное основание размером
242x184 мм. Изготовленный та-
ким образом остов антенны при-
клеивается и укрепляется винта-
ми. Затем крестовина и основа-
ние несколько раз пропитывают-
ся льняной олифой и покрывает-
ся масляным лаком несколькими
слоями. Если есть возможность,
то лучше изготовить эту конст-
рукцию из стеклопластика или
другого толстого материала, не
подверженного влиянию метео-
условий.
Затем основание крестовины
крепиться к фланцу несущей мач-
ты (рис. 18.37.), который пред-
ставляет собой стальной круг
0 180 мм, приваренный к несу-
щей трубе мачты антенны. Кре-
пеж производится с помощью
винтов диаметром 5 мм. Рекомен-
дуется для изолировать металл
фланца от основания крестовины
с помощью прокладок из стек-
лотекстолита.
Конструкция мачта представ-
ляет собой водопроводную тру-
бу диаметром 1,5 дюйма (38 мм).
Мачта состоит из нескольких ча-
стей по 3 м каждая. На концах 3-
метровых труб нарезается резьба,
позволяющая наращивать мачту,
состыковывая части друг с дру-
гом. Последняя часть заканчива-
ется приваренным фланцем, ко-
торый дополнительно укрепляет-
ся тремя консолями.
Затем к крестовине крепятся
восемь бамбуковых трубок дли-
ной по 4,5 м каждая. Трубки ук-
репляются на крестовине с помо-
щью 16 U-образных шпилек
(рис. 18.38.). Все металлические
детали крепления рекомендуется
покрыть антикоррозионным со-
ставом, кадмировать или оцин-
ковать.
Для наглядности на рис 18.38.
показано крепление только четы-
рех бамбуковых трубок, осталь-
ные крепятся аналогично с про-
тивоположной стороны. Особен-
но следует обращать внимание на
угол наклона трубок к вертика-
ли 52,5°. Шаблон этого угла лег-
ко получить. Для этого берут ку-
сок картона, отмечают на нем
угол между сторонами крестови-
ны 105° и делят его пополам
(105/2 = 52,5°).
С помощью этого шаблона
можно просто найти места свер-
ления крестовины под крепежные
307
шпильки. Внутренние шпильки
рекомендуется располагать на
некотором удалении от центра
крестовины, так чтобы остава-
лось место для завинчивания и
отвинчивания гаек. При крепле-
нии бамбуковых трубок, чтобы
шпильки не врезались в бамбук,
места под шпильками надо об-
мотать несколькими слоями изо-
ляционной ленты.
В качестве материала для из-
готовления элементов антенны
служит медный провод диамет-
ром 1,502 мм или антенный кана-
тик. Общая длина всех проводни-
ков элемента антенны примерно
100 м.
Так как вибраторы и рефлек-
торы имеют размеры, рассчитан-
ные в резонанс в соответствую-
щих диапазонах частот, то нет
необходимости ни в каких допол-
нительных устройствах регули-
ровки. Но при этом каждый виб-
ратор должен иметь самостоя-
тельную линию питания, поэто-
му к передатчику проводят три
308
коаксиальных кабеля, имеющих
волновое сопротивление 50-75
Ом.
Рефлекторы представляют со-
бой замкнутые проволочные
квадраты (рис.18.39.Ь.), в то вре-
мя как вибраторы разомкнуты на
нижней горизонтальной стороне
к геометрической середине.В ме-
стах разрыва подсоединяется ко-
аксиальный кабель питания.
Ниже приведены размеры эле-
ментов антенны для различных
диапазонов.
Диапазон 20 м
Вибратор: длина проводника
21,06 м. С учетом длин двух от-
резков по 5 см для крепления
проводников на изоляторах, об-
щая длина вибратора 20,96 м,
что соответствует стороне квад-
рата 524 см.
Рефлектор: длина 22,25 м.
Общая длина с учетом 5 см от-
резков для соединения и запай-
ки концов проводника - 22,20 м,
что соответствует стороне реф-
лектора 555 см.
Диапазон 15 м
Вибратор: длина проводника
14,34 м. С учетом длин двух от-
резков по 5 см для крепления про-
водников на изоляторах, общая
длина вибратора 14,24 м, что со-
ответствует стороне квадрата 356
см.
Рефлектор: длина 15,13м. Об-
щая длина с учетом 5 см отрезков
для соединения и запайки концов
проводника - 15,08 м, что соот-
ветствует стороне рефлектора 377
см.
Диапазон 10 м
Вибратор: длина проводника
10,66 м. С учетом длин двух от-
резков по 5 см для крепления про-
водников на изоляторах, общая
длина вибратора 10,56 м, что со-
ответствует стороне квадрата 264
см.
Рефлектор: длина 11,25 м. Об-
щая длина с учетом 5 см отрезков
для соединения и запайки концов
проводника - 11,20 м, что соот-
ветствует стороне рефлектора 280
см.
Отмеренные отрезки прово-
дов растягивают в длину и мар-
кируют места в которых элемен-
ты будут крепиться к несущим
бамбуковым трубкам. В этих ме-
стах к проводникам крепко при-
вязываются шнурки из синтети-
ческого материала, которыми в
последствии элемент антенны
будет крепиться к несущим труб-
кам. Расположение и размеры
элементов приведены на рис.
8.39.
Общая последовательность
изготовления антенны следую-
щая:
а- к крестовине, расположен-
ной на земле, крепятся четыре
бамбуковые трубки, направлен-
ные вверх. Трубки закрепляются
четырьмя дополнительными ди-
агональными растяжками.
Рис. 18.39. Элементы антенны “двойной квадрат”,
а- питаемый элемент, Ь- рефлектор
Ь)
555ст
309
Ь- к трубкам привязываются
горизонтальные стороны вибра-
тора и рефлектора. Проводники
подвешиваются к трубкам, обра-
зующим угол 75 °.
с- крестовина крепится к
фланцу 3- метрового отрезка
мачты и этот отрезок устанавли-
вается и закрепляется вертикаль-
но к поверхности земли.
d- к крестовине крепятся че-
тыре нижних бамбуковых труб-
ки, к которым привязываются
вертикальные секции элементов
антенны.
е- проводники, образующие
нижнюю сторону квадрата реф-
лектора - спаиваются, а в разрыв
между проводниками , образую-
щими нижнюю сторону вибрато-
ров вставляются изоляторы. Эти
изоляторы образуют точки пита-
ния антенны.
f-для усиления механической
прочности антенны и стабильно-
сти антенну укрепляют растяжка-
ми из синтетических шнуров. К
точкам питания подсоединяют
коаксиальный кабель с волновым
сопротивлением 50-60 Ом.
Таким образом монтаж трехэ-
лементной антенны “двойной
квадрат” заканчивается и остает-
ся только смонтировать ее на
крыше или поднять на высокую
мачту.
19. Антенны с вертикальной поляризацией
Во всех ранее описанных ан-
теннах основой антенны являлся
полуволновой вибратор с гори-
зонтальной поляризацией. Одна-
ко достаточно иметь длину излу-
чателя Х/4, чтобы получить при
условии хорошей проводящей
способности земли, простейшую
антенну вертикальной поляриза-
ции. В принципе, здесь идет речь
также о полуволновом вибрато-
ре, вторую половину которого
образует зеркальное отражение
проводника в хорошо проводя-
щей земной поверхности. Эту
простейшую антенну называют
часто антенной Маркони, рас-
пределение тока и напряжение на
которой приведено на рис. 19.1.
Четвертьволновый штырь,
расположенный над поверхнос-
тью земли, представляет собой
несимметричную антенну по от-
ношению к земле. Аналогично с
названием диполь (полуволновой
Рис. 19.1. Антен-
на Маркони. Рас-
пределение тока
и напряжения в
проводнике ан-
тенны
Рис. 19.2. Эквивалентная схема пол-
ного сопротивления антенны чет-
вертьволновый вертикальный
штырь над поверхностью земли
вибратор) его еще называют
иногда монополюсной антенной.
Эквивалентная схема полного
сопротивления четвертьволново-
го вертикального штыря на вход-
ных зажимах состоит из последо-
вательного включения сопротив-
ления излучения Rs, мнимого
сопротивления Xs (при резонан-
се равно нулю ) сопротивления
земли Rc (рис. 19.2.).
Из схемы следует, что мощ-
ность, подведенная к антенне рас-
ходуется на сопротивлении излу-
чения и сопротивлении земли. В
этом случае справедливо отноше-
ние
Pa = P(Rs+R) (19.1.)
где I- антенный ток на вход-
ных зажимах антенны.
Сопротивлении земли пред-
ставляет собой чистое сопротив-
ление потерь. Из этого следует
311
соотношение между мощностью
излучения PS(FRS) и мощностью
потерь PytPR) согласно
ps = pa - pv (19.2.)
Основное требование при эк-
сплуатации антенны Маркони
является поддержание сопротив-
ления земли ца очень маленьком
значении, чтобы получить макси-
мально большое отношение Rs/
Rc. Кроме сопротивления земли
на практике имеется еще потери
при излучении. Для начала рас-
смотрим влияние земли на свой-
ства четвертьволнового излуча-
теля.
19.1. Хорошее заземление
Большинство исследований
вертикально поляризованных ан-
тенн предполагают наличие иде-
альной земли, т.е. земли с сопро-
тивлением R= 0. Однако идеаль-
ной земли на практике не встре-
чается, а ее свойства и влияние
может быть учтено в виде соот-
ветствующих потерь.
Ошибкой является то мнение,
что хорошее заземление по фор-
ме молниеотводов является так-
же хорошим для заземления ан-
тенн с вертикальной поляризаци-
ей по высокой частоте. Молние-
отводы решают задачу глубоко-
го заземления, при котором энер-
гия молнии отводится через про-
водник большого сечения к глу-
боко расположенным водонос-
ным слоям земли. Когда речь
идет о поверхностном заземле-
нии, которое может рассматри-
ваться как заземление для верти-
кальных антенн, то здесь подра-
зумевается близлежащие слои
грунта. Лучшим заземлением для
вертикально поляризованных
антенн является комбинация по-
верхностного и глубинного за-
земления.
Сначала надо позаботиться о
глубинном молниеотводном за-
землении, которое для вертикаль-
ных антенн из соображений безо-
пасности обязательно.
Часто распространено среди
радиолюбителей мнение, что за-
земление с помощью подсоедине-
ния к водопроводной сети может
решить задачу как защитного так
и поверхностного заземления.
Это мнение ошибочно, так как
трубы часто изготавливают из
полиэтилена или используют при
прокладке труб антикоррозион-
ную изоляцию, кроме того под-
ключение к водопроводной зем-
ле вызывает трудности при
Рис. 19.3. Заземление с помощью тру-
бы
312
обеспечении хорошего длитель-
ного электрического контакта.
Удовлетворительное заземление
в этом случае можно получить
только при подсоединении к во-
допроводным трубам непосред-
ственно перед входом их в землю
Заземление с помощью труб
вбитых в землю может удовлет-
ворять только требованиям мол-
ниеотвода, причем эти трубы
должны доходить до глубинных,
водоносных слоев земли. При
этом достаточным заземлением
можно будет считать подсоеди-
нение к двум параллельно вби-
тым на расстоянии 2-3 м трубам.
В иностранной литературе часто
рекомендуется выкапывать вок-
руг заземляющей трубы канаву и
заполнять ее адсорбирующей
влагу солью.
Часто применяют поварен-
ную соль, сульфат магния или
сульфат меди. Соль, растворяясь
в воде улучшает электрическую
проводящую способность земли.
Количество соли 30-50 кг обеспе-
чивает длительность действия
заземления от 2 до 3 лет. Для тре-
бований заземления разработан
специальный стандарт TGL 200-
7051, определяющий общие пра-
вила и требования заземлений и
молниеотводов (см. Главу 33).
При излучении четвертьвол-
нового вертикального штыря
вокруг антенны образуется элек-
тромагнитное поле, силовые ли-
нии тока 7V которого приведены
Рис. 19.4. Протекание силовых линий
тока 7V в пространстве вокруг верти-
кальной антенны и конвекционных
токов 7к внутри земли
на рис. 19.4. При встрече с повер-
хностью земли токи снова воз-
вращаются к зажимам антенны в
виде конвекционных токов 7к.
В зависимости от свойств зем-
ли сопротивление земли Re более
или менее большое значение. Со-
ответственно конвекционные
токи образуют на распределен-
ном сопротивлении земли паде-
ние напряжения, которые приво-
дят к потерям и уменьшению эф-
фективности антенны. Вблизи
антенны плотность токов под
землей максимальна, и соответ-
ственно в этой области возника-
ют максимальные потери.
Распространенное внутри
земли сопротивление вызывает
кроме того ослабление и искаже-
ние электромагнитного поля
вблизи поверхности земли, что
приводит к искажению диаграм-
мы направленности вертикаль-
но- поляризованной антенны.
Рис 19.5. демонстрирует влияние
различной степени проводимос-
313
Рис. 19.5. Диаграмма направленнос-
ти в вертикальной плоскости чет-
вертьволнового вертикального шты-
ря для различной проводящей спо-
собности земли
а- идеальная Проводящая способ-
ность земли
Ь- хорошая проводящая способ-
ность земли
с- плохая проводящая способность
земли
ти земли на диаграмму направ-
ленности в вертикальной плоско-
сти. Пунктирная кривая а обра-
зует чистый полукруг - теорети-
ческая идеальная кривая для со-
противления земли равное нулю.
Кривая b представляет случай
нормальной или хорошей прово-
дящей способности земли. Кри-
вая с - случай с плохой проводя-
щей способностью земли.
Кривая с характеризуется зна-
чительными потерями и значи-
тельным увеличением нежела-
тельного вертикального угла из-
лучения (угла возвышения). Уже
из этого рисунка видно, насколь-
ко характеристики антенны Мар-
кони определяются проводимос-
тью земли.
Для характеристики проводя-
щей способности земли не суще-
ствует четких закономерностей.
Сырая земля или высоко лежа-
щих грунтовые воды не всегда
314
является признаком особенно
низкого сопротивления земли,
иногда сухие почвы обладают
значительно лучшей проводящей
способностью, чем влажные.
Вода, обладая высокой диэлект-
рической постоянной, уменьша-
ет фактически проникновение
токов через землю. Почвы с ра-
створенными солями или болот-
ные почвы обладают всегда луч-
шей проводимость. Хорошая
земля по высокой частоте подра-
зумевает наличие поверхностно-
го участка земли вблизи антенны
с хорошей проводящей способно-
стью. Углубленная в землю тру-
ба не может обеспечить этого ус-
ловия, это условие может обеспе-
чить только поверхностная сеть.
Эта поверхностная сеть изготав-
ливается из по возможности
большего количества и возмож-
но длинных металлических про-
водников, который веером расхо-
дятся от основания антенны в
разные стороны под поверхнос-
тью земли на глубине 20-50 см.
Радиальная прокладка провод-
ников соответствует распростра-
нению высокочастотных токов
внутри поверхности земли.
Радиовещательные передат-
чики средневолнового диапазона
работают всегда с вертикальны-
ми антеннами и используют в ка-
честве заземления поверхност-
ную сеть из 120 равномерно рас-
положенных радиальных про-
водников. Замеры показали, что
при использовании 60 проводни-
ков потери увеличиваются на 7 %,
а при 30 проводников - на 11 %.
В КВ диапазоне обходятся мень-
шим количеством проводников,
однако общее правило заключа-
ется в том, что меньшие потери
получают при большем количе-
стве заземляющих проводников.
Как правило поверхностную за-
земляющую сеть объединяют с
глубинной для получения мало-
го сопротивления и защиты от
попадания молнии.
Для вертикального излучате-
ля в КВ диапазоне заземляющая
сеть должна состоять из минимум
6 расположенных в земле провод-
ников. Длина каждого проводни-
ка должна составлять не менее X/
2 самой большой рабочей длины
волны. Проводники спаиваются
в центральной точке друг с дру-
гом и присоединяются к вкопан-
ной предварительно в этом мес-
те металлической трубе заземле-
ния. Так как в основании антен-
ны протекают большие токи, то
это основание выполняют обыч-
но в виде большой металличес-
кой пластины. Материал провод-
ников обычно оцинкованная же-
лезная или медная проволока.
Легкие металлы не применяют,
так как они быстро разрушают-
ся коррозией. В качестве элемен-
тов защиты от молнии лучше все-
го подходят оцинкованный уго-
лок 30x3,5 мм или оцинкованные
прутья 0 10мм.
Эффективность вертикальной
антенны очень сильно зависит от
качественного исполнения зазем-
ляющей сети и можно без преуве-
личения сказать , является клю-
чом к успеху.
19.2. Основные характеристи-
ки четвертьволнового вертикаль-
ного излучателя
Так как длина (или высота)
четвертьволнового вертикально-
го штыря составляет только по-
ловину полуволнового вибрато-
ра, то его эффективная высота
также составляет половину
Н = -^—=—— (19 3)
efr 2л 6,28 U '
или если выразить длину вол-
ны через частоту, то
Общие положения о эффек-
тивной высоте антенны были
даны в главе 3.1.6.
Понятие эффективной высоты
применяют, когда хотят вычис-
лить сопротивление излучения
антенны Rs.
/?s=1579 -(-y£U) (19.5.)
Из этой формулы получается,
что сопротивление излучения
четвертьволнового вертикально-
го штыря составляет примерно 40
Ом. Согласно последней теории
315
Е, Зигеля точное значение Rs=
36,6. Ом при предположении, что
четвертьволновый штырь распо-
ложен непосредственно над зем-
ной поверхностью.
Входное сопротивление Rc
(сопротивление на зажимах ан-
тенны) резонансного А/4 верти-
кального излучателя над землей
равно сумме сопротивления излу-
чения Rsn сопротивления потерь
R.
Re = Rs + Rv (19.6.)
Сопротивление потерь вклю-
чает все имеющиеся виды потерь.
Коэффициент укорочения V
четвертьволнового вертикально-
го штыря зависит от отношения
длина/диаметр 5 = Ltd штыря. L
и d имеют одинаковую размер-
ность (например, L в см, d в см),
Коэффициент укорочения V в за-
Рис.19.6. Коэффициент укорочения
V четвертьволнового штыря в зави-
симости от отношения L!d
висимости от отношения S-L/d
приведен на рис. 19.6.
Отношение Ltd определяет
также волновое сопротивление
штыревой антенны
ZA = 60In 1,15S; (19.7.)
где ZA в Ом.
Из этого соотношения следу-
ет, что сопротивление ZA антен-
ны тем меньше, чем меньше от-
ношение S-L/d. С другой сторо-
ны, нам уже известно, что “ши-
рокие” излучатели обладают
большей шириной полосы про-
пускания В, чем тонкие антенные
проводники, (см. главу 4.3.). За-
висимость между шириной поло-
сы пропускания и отношением Ы
d можно легко понять, если обра-
титься к понятию добротности
излучателя Q, которая определя-
ется отношением волнового со-
противления ZA антенны к ее
входному сопротивлению RE.
Z.
Q=—r~ (19.8.)
Так как полоса пропускания
равна, в Гц
с
то получаем
Rr
B=fm-----(19.10.)
Из последнего отношения
можно видеть, что полоса про-
пускания антенны прямо пропор-
циональна входному сопротивле-
316
нию Re и обратно пропорцио-
нальна волновому сопротивле-
нию антенны ZA. Так как ZA яв-
ляется функцией отношения S-LI
d(уравнение 19.7.) то следует, что
ширина полосы пропускания ан-
тенны с уменьшением Lid увели-
чивается.
19.3. Характеристики излуче-
ния вертикальных антенн
Диаграмма направленности
вертикально стоящего излучате-
ля в вертикальной плоскости
характеризуется очень малым уг-
лом вертикального излучения
при условии, что антенна распо-
ложена над поверхностью земли
с хорошей проводящей способно-
стью или имеет хорошую зазем-
ляющую сеть. В горизонтальной
плоскости вертикальный штырь
имеет круговую диаграмму на-
правленности.
На рис 19.7. представлены ди-
аграммы направленности в вер-
тикальной плоскости вертикаль-
но стоящего излучателя различ-
ной длины, расположенного над
Рис. 19.7. Диаграммы направленности в вертикальной плоскости вертикаль-
но стоящего излучателя различной длины, расположенного над землей с
хорошей проводимостью
317
землей с хорошей проводимос-
тью.
Для антенны четвертьволно-
вый вертикальный штырь вер-
тикальный угол раскрыва диаг-
раммы направленности лежит
между 10 и 55° и составляет при-
мерно 30 ° (рис. 19.7.а.). Для шты-
ря длиной 3/8Х угол раскрава ле-
жит между 8 и 40° и составляет
23°. (рис.19.7.Ь).
Для полуволнового штыря
длиной Х/2 угол раскрава лежит
между 5 и 35° и составляет уже
17°. (рис. 19.7.с). Наиболее час-
то применяемый излучатель
длиной 5/8Х имеет диаграмму на-
правленности с углом раскрыва,
лежащим в пределах от 3 до 27°
и составляющим только
12°.(рис. 19.7.d.). При дальней-
шем увеличении длины штыря
качество характеристик направ-
ленности начинает ухудшаться.
По сравнению с диаграммой на-
правленности в вертикальной
плоскости горизонтального из-
лучателя (рис. 3.12.), с точки
зрения вертикального угла рас-
крыва, вертикальный излуча-
тель имеет однозначное преиму-
щество, а следорательно, более
благоприятен для плоского рас-
пространения волн в ионосфере.
Это же справедливо и при срав-
нении с антенной Уда-Яги.
Решение о целесообразности
применения излучателей с верти-
кальной или горизонтальной по-
ляризацией излучения всегда
318
принимают с учетом многих об-
стоятельств, в том числе располо-
жения на антенны на местности
и ее возможностей. Вертикаль-
ный излучатель отвечает своей
цели, если он применяется над
свободной от окружающих пред-
метов и по возможности плоской
земной поверхностью. Это зна-
чит, что его нельзя использовать,
например в городских кварталах.
В тесно застроенных городских
кварталах вертикальный излуча-
тель следует выносить на как
можно большую высоту, чтобы
как можно больше уменьшить
влияние окружающей его обста-
новки. При этом надо также
“поднимать” заземляющую по-
верхность до уровня входных за-
жимов антенны, создавая таким
образом искусственную заземля-
ющую сеть в форме противовесов
(антенна граунд плейн). При этом
при размещении антенны надо
учитывать все окружающие ме-
таллические предметы и поверх-
ности, в виде металлических
крыш, водосточных труб и кар-
низов, молниеотводов, открытых
водопроводных сетей и т.д.
Существует мнение, что вер-
тикальный излучатель гик vo ра-
ботает как приемная антек та.
Это мнение базируется вероятно
на том факте, что вертикальный
излучатель имеет круговую диаг-
рамму направленности и с рав-
ным успехом принимает как по-
лезные сигналы, так и помехи от
электрических приборов и уст-
ройств.
Второй аргумент, который
выдвигается против вертикаль-
ных антенн основан на поляриза-
ции. Как известно большинство
радиолюбительских антенн явля-
ются антеннами с горизонталь-
ной поляризацией. Справедливо,
что антенна с вертикальной по-
ляризацией может принимать
сигнал от антенны с горизонталь-
ной поляризации с ослаблением
примерно на 3 дБ, по сравнению
с приемом от вертикально поля-
ризованной антенны. Однако
эти потери могут иметь место
только при прямом распростра-
нении радиоволн, на пример, в
случае поверхностных волн или
волн УКВ диапазона. В случае
работы в КВ диапазоне, при ис-
пользовании переотражений от
ионосферы и земной поверхнос-
ти, поляризация сигнала претер-
певает очень сильные изменения,
что в конечном итоге нельзя оп-
ределить первоначальную поля-
ризацию излученного сигнала.
19.4. Конструктивные формы
вертикальных антенн с круговой
диаграммой направленности.
Классическая антенна Марко-
ни не находит практического
применения по уже упомянутым
причинам. Предпочтение отдает-
ся вертикальным излучателям,
которые устанавливаются по
возможности высоко над повер-
хностью земли и у которых нату-
ральная заземляющая сеть заме-
няется на искусственную в виде
противовесов рядом с основани-
ем антенны. Эти противовесы
называют иногда радиальными,
так как они расходятся от осно-
вания антенны радиальными лу-
чами. Общая сеть противовесов
называется Граунд-плейн (с анг-
лийского: заземляющая плос-
кость), а в радиолюбительском
жаргоне вертикальная антенна с
заземляющей плоскостью назы-
вается Граунд-плейн антенной.
19.4.1. Антенна “Граунд-
плейн”
Схематическое изображение
антенны представлено на рис.
19.8. Радиальные лучи изготовля-
ются из возможно большего ко-
личества проводников длиной X/
4, которые расходятся горизон-
тально поверхности земли от ос-
нования антенны. Вблизи осно-
Рис. 19.8. Схематическое изображе-
ние антенны
319
свойствами, равными свойствам
Х/4 трансформатора.
Катушки и L3 имеют оди-
наковую индуктивность и распо-
ложены так относительно друг
друга, чтобы не было взаимовли-
яния. Рекомендуется изготавли-
вать катушки из толстого прово-
да, чтобы в последствии легче
было изменять индуктивность,
сдвигая или раздвигая витки ка-
тушки. В качестве конденсатора
целесообразно применять воз-
душный конденсатор перемен-
ной емкости.
Расчет схемы заключается в
обеспечении согласования волно-
вого сопротивления кабеля ZK с
входным сопротивлением антен-
ны ZA. Полное сопротивление
трансформирующего элемента
рассчитывают по уже знакомой
нам формуле (5.31.)
z =\г~гл
гр КА
так как
Z = coL =coL0 то,
ip 12’
Z = 106
соС
где со= 2л/= 6,28//-в МГц,
С в пФ, L в мкГ, Z в Ом.
Пример
Предположим входное сопро-
тивление антенны 32 Ом. Пита-
ние осуществляется с помощью
коаксиального кабеля с волно-
вым сопротивлением 60 Ом.
Z = "7з2 • 60 = 43,8 Ом
ф ’
(£>Ь=(лЬ = 43,8
Для рабочей частоты 14,15
МГц получим
43,8
Л|2~6,28 14,15
= 0,493 мкГ
величина емкости составит
-------102-------
43,8 • 6,28 14,15
= 257 пФ
(см. также рис. 6.19. и 6.20.)
Применяют переменный кон-
денсатор 300 пФ, чтобы можно
было учесть непредвиденные рас-
четом значения.
Катушки и конденсатор зак-
лючают в герметичную пластмас-
совую коробочку (рис.19.11.).
Настройку производят по реф-
лектометру, или при его отсут-
ствии с помощью измерителя на-
пряженности поля по максималь-
ной интенсивности.
Рис. 19.11. Размещение трансформи-
рующей схема в герметичной коро-
11 Антенны
321
вания антенны все радиальные
проводники соединяются друг с
другом, однако не соединяются
со штырем антенны. Минималь-
ное количество радиальных про-
водников - 4. Так как при резо-
нансе на концах радиальных
проводников имеется максимум
напряжения, то эти проводники
подвешиваются на изоляторах.
Входное сопротивление ан-
тенны “Грауд-плейн” мало и со-
ставляет примерно 36 Ом, что не
позволяет питать антенну напря-
мую через коаксиальный кабель.
Одним из часто применяемых ре-
шений согласования антенны с
коаксиальным кабелем является
опускание радиальных провод-
ников под углом примерно 135°
вниз. При этом входное сопро-
тивление антенны увеличивается
до 50 Ом. К сожалению это реше-
ние ведет к частичной потере ан-
тенной своего плоского излуче-
ния. Для того, чтобы согласовать
антенну с 60-омным коаксиаль-
ным кабелем потребуется опус-
тить радиальные проводники по-
чти вертикально, и в этом случае
антенна превращается в верти-
кальный полуволновой вибра-
тор.
Возможно хорошее согласо-
вание антенны “Граунд-плейн” с
помощью четвертьволнового
шлейфа (глава 6.6.). Вариант со-
гласования с помощью открыто-
го четвертьволнового шлейфа из
УКВ двухпроводной линии пока-
зан на рис. 19.9. Поскольку антен-
на “Граунд-плейн” представляет
несимметричную антенну, это
является еще одним преимуще-
ством питания антенны с помо-
щью коаксиального кабеля. Од-
нако изготовление коаксиально-
го шлейфа связано с трудностя-
ми, и кто не в состоянии изгото-
вить герметичную схему согласо-
вания с помощью отрезка коак-
сиального кабеля, тот должен от-
давать предпочтение схемам с
дискретными радиоэлементами.
Достаточно хорошую транс-
форматорную схему согласова-
ния предложил В.Зеефрид из
Дрездена (рис. 19.10.), которая
представляет собой Т-фильтр, со
Радиальные проводники
Рис. 19.10.Согласование антенны
“Граунд-плейн” с помощью транс-
формирующей схемы
320
Согласование с помощью ча-
стотнозависимых элементов все-
гда ведет к сужению полосы про-
пускания антенны. Поэтому все-
гда следует наперед решить, тре-
буется ли точное согласование с
ограниченной полосой пропуска-
ния( например, работа только в
телеграфном режиме), или широ-
кая полоса пропускания, но при
этом появятся стоячие волны в
линии передачи. Часто на прак-
тика антенна “Граунд-плейн”
питается напрямую с помощью
50-омного коаксиального кабе-
ля, в этом случае КСВ в линии
передачи составляет примерно
1,5.
Очень простым но несколько
дорогостоящим способом прямо-
го согласования является изго-
товление линии питания антен-
ны, состоящей из двух параллель-
но включенных коаксиальных
кабелей. Результирующее волно-
вое сопротивление такого вклю-
чения составляет примерно 38 Ом
для коаксиального кабеля типа
75 -4 -4, что очень близко к вход-
ному сопротивлению антенны
“Граунд-плейн”.
Чтобы получить четвертьвол-
новый трансформатор, можно X/
4 отрезок изготовить из коакси-
ального кабеля с волновым со-
противлением 50 Ом, а линию
питания антенны - из коаксиаль-
ного кабеля 75 Ом (см. главу 6.5.).
В этом случае входное сопротив-
ление антенны “граунд-плейн”
согласно уравнению (6.6.) соста-
вит 33,3 Ом. При применении
коаксиального кабеля с волно-
вым сопротивлением 70 Ом вход-
ное сопротивление составит 35,7
Ом, а для 60-омного кабеля -41,7
Ом. Все случаи дают хорошее со-
гласование, при условии что ан-
тенна настроена на резонансную
частоту.
19.4.1.1. Заземленная антенна
“Граунд-плейн”
Радиолюбитель DM2AXO
предложил оригинальное реше-
ние проблемы заземления антен-
ны “Граунд-плейн”, на что обыч-
но обращают мало внимания при
конструировании антенны.
Как известно, на нижнем кон-
це вертикального четвертьволно-
вого вибратора имеет место узел
напряжения (рис. 19.1.), что по-
зволяет непосредственно зазем-
лять основание вибратора без су-
щественного ухудшения характе-
ристик антенны. Это доказывают
полностью металлические УКВ и
телевизионные антенны, кото-
рые в минимуме напряжения со-
единяются с заземленной мачтой.
Чтобы обеспечить согласова-
ние заземленной антенны с коак-
сиальным кабелем, применяют
решение, аналогичное гамма- со-
гласованию (рис.6.4.), т.е. с помо-
щью передвижного движка нахо-
дят на вибраторе антенну точку,
полное сопротивление в которой
равно волновому сопротивлению
322
Рис.19.12. Заземленная антенна
“Г раунд-плейн”
Рис. 19.13. Измененная конструкция
заземленной антенны “Граунд-
плейн”
применяемого коаксиального ка-
беля (рис. 19.12.). Внешняя оплет-
ка кабеля заземляется.
Точное положение ползунка
обычно определяют эксперимен-
тально, его положение сильно
зависит от окружающей антенну
обстановки. Перемещая движок
определяют с помощью рефлек-
тометра минимальное значение
КСВ в кабеле питания. Точную
настройку производят с помо-
щью переменного конденсатора
С. Радиальные проводники, виб-
ратор и оплетка коаксиального
кабеля заземляется, таким обра-
зом обеспечивается одновремен-
но молниезащита и защита от
статических напряжений.
Несколько модернизирован-
ный вариант заземленной антен-
ны ”Граунд-плейн”представлен
на рис 19.13. В этом случае пере-
менный конденсатор С включен
непосредственно в разрыв цент-
рального проводника коаксиаль-
ного кабеля. Этим конденсато-
ром, емкостью 300-500 пФ, ком-
пенсируются возникающие при
введении схемы гамма-согласо-
вания индуктивные составляю-
щие. Конденсатор помещается в
герметичную пластмассовую ко-
робочку, которая крепиться на
движке гамма-элемента.
19.4.1.2. Вертикальная антен-
на с тремя радиальными провод-
никами
Исследования, проведенные
швейцарским радиолюбителем
НВ9ОР, показали, что с помо-
щью антенны “Граунд-плейн”
добиться определенных направ-
ленных характеристик в горизон-
тальной плоскости, если исполь-
зовать три радиальных провод-
ника, натянутых под углом 120 °
по отношению друг к другу в го-
ризонтальной плоскости и накло-
ненных под углом 45° вниз,
(рис. 19.14.).
Антенна излучает в горизон-
тальной плоскости в преимуще-
ственно в направлениях, указан-
ных на рис 19.15 стрелками и при
этом угол вертикального излуче-
ния составляет 6-7°. В этом слу-
чае благоприятный угол верти-
и-
323
Рис. 19.14. Антенна с тремя радиаль-
ными проводниками
Рис. 19.15. Диаграмма направленно-
сти антенны с тремя радиальными
проводами в горизонтальной плос-
кости
кального излучения 7° достига-
ется, если основание антенны на-
ходится на оптимальной высоте
над поверхностью земли. По дан-
ным автора антенны эта высота
составляет 6 м, при этом играет
роль уровень проводящей спо-
собности земли.
Число радиальных проводни-
ков при заданном угле наклона
45° влияет на входное сопротив-
ление антенны, которое составля-
ет 50-53 Ом. Это позволяет пи-
тать антенну напрямую через ко-
аксиальный кабель с волновым
сопротивлением 50 Ом. При ис-
пользовании 4 радиальных про-
водников, входное сопротивле-
ние антенны уменьшается до 44
Ом.
Эта антенна достаточно хоро-
шо зарекомендовала себя при эк-
сплуатации в различных райо-
нах.
19.4.1.3. Антенна “Граунд-
плейн” с несколькими проводни-
ками
Существует возможность уве-
личить полосу пропускания и
входное сопротивление антенны
“Граунд-плейн”, если изготовить
вибратор антенны в виде не-
скольких проводников, подобно
шлейфовым или петлевым виб-
раторам (рис. 19.6.)
Если проводники имеют оди-
наковый диаметр, то входное
сопротивление антенны на
рис.19.16 составляет 120 Ом.
Такую антенну удобно питать
с помощью экранированной
двухпроводной линии с волно-
вым сопротивлением 120 Ом (на-
пример, типа 120D10-1). Этот
Рис. 19.16. Двухпроводная антенна
“Граунд-плейн” проводников
324
шлейфовый вибратор представ-
ляет не что иное как четвертьвол-
новый трансформатор (см. главу
4.1.). Это означает что входное
сопротивление 30 Ом 1-провод-
ной антенны “Граунд-плейн”
трансформируется в соотноше-
нии 1:4 для 2- проводной антен-
ны “Граунд-плейн” в 120 Ом.
Поэтому следует ожидать от 3-
проводной антенны, изображен-
ной не рис. 19.17. входного со-
противления на зажимах XX ан-
тенны около 270 Ом, так как она
соответствует двойному шлейфо-
вому вибратору с коэффициен-
том трансформации 1:9. Это
справедливо при условии, что все
проводники имеют равные диа-
метры и отстоят от среднего про-
Рис.19.17. Трехпроводная антенна
“Граунд-плейн”
<4 dt
водника на одинаковом расстоя-
нии.
Следует знать, что для шлей-
фовых вибраторов можно полу-
чить меньшее значение транс-
формации сопротивления, чем
1:4. Это тот случай, когда диа-
метр одного проводника меньше,
чем другого, как показано на рис.
19.18.
Для этой антенны существует
хорошая возможность трансфор-
мировать входное сопротивление
антенны в диапазоне 60-120 Ом
и получить при этом хорошее со-
гласование с коаксиальный ка-
бель питания. Коэффициент
трансформации в точку питания
XX антенны зависит от отноше-
ния диаметров djd, проводников
и от отношения D/d^ расстояния
между проводниками D к диамет-
ру проводника dr В дополнение
к рис. 4.4. рисунок 19.19 дает ко-
эффициент трансформации со-
противления в зависимости от
вышеуказанных отношений диа-
метров Номограмма
справедлива как для простого
шлейфового полуволнового виб-
ратора, так и для вибратора на
рис 19.18.
Рис. 19.18 Двухпроводная антен-
на “Граунд-плейн” с различны-
ми диаметрами проводников
325
Рис. 19.19. Коэффициент трансфор-
мации входного сопротивления
шлейфового вибратора в зависимо-
сти от отношений djd} и Did, (пунк-
тиром приведен пример из главы
19.4.2.3.).
Пример
Необходимо рассчитать двух-
проводную антенну “Граунд-
плейн” с входным сопротивлени-
ем 60 Ом.
Предположим однопровод-
ная антенна “Граунд-плейн”
имеет входное сопротивление 30
Ом. Тогда двухпроводная антен-
на должна иметь коэффициент
трансформации равный 2. Это
обеспечивается, как видно из рис
19.19. при отношении Dld2 рав-
ным 7,5 и djdx равным 0,2 , или
при Did, равном 3 и djd} равном
0,34 ( на рис. 19.19. пример изоб-
ражен пунктирной линией). Вы-
бор того или иного варианта
обусловлен механическими сооб-
ражениями. Если, например, име-
ется для толстого проводника d{
металлическая трубка диаметром
10 мм, то тонкий проводник дол-
жен иметь диаметр d = 2 мм (dj
d} = 0,2) и расстояние D- 15 мм (DI
J2=7,5). В этом случае просвет
между проводниками составля-
ет 9 мм, что вполне выполнимо.
Если при отношении Dkl,-3 при
остальных равных условиях про-
свет составит 3,5 мм, то такое рас-
стояние практически трудно осу-
ществить.
19.4.1.4. Размеры простой ан-
тенны “Граунд-плейн”
Геометрические длины виб-
ратора и резонансные длины ра-
диальных проводников простой
антенны “Граунд-плейн” пред-
ставлены в таблице. 19.1. В таб-
лице даны длины элементов в за-
висимости от ширины любитель-
ского диапазона, таким образом
можно выбрать размеры элемен-
тов антенн при использовании ее
либо в телеграфном диапазоне,
или в середине полосы пропуска-
ния. Окружающие антенну пред-
меты могут сильно сказываться
на резонансных длинах элемен-
тов.
Радиальные проводники так-
же должны отвечать условиям ре-
зонанса и им необходимо уделять
не меньше внимания, чем провод-
нику излучателя. В большинстве
случаев их длину приходится в
значительной мере корректиро-
вать. Это объясняется близостью
земли или непосредственным со-
седством элементов зданий. По-
326
Таблица 19.1. Размеры нормальной антенны “Граунд-плейн”
0 элемента Любительские диапазоны
10 м 15-м 20—м 40м
28,3 28,8 21,1 21,2 14,05 4,15 7,075
МГц МГЦ МГц МГц
2мм 259 254 347 346 522 518 1037
6мм 258 253 346 345 521 517 1036
10 мм 258 253 345,5 344 520 516 1035
20 мм 257 252 345 343 519 515 1032
40 мм 255 250 344 342 517 513 1030
этому они в большей или мень-
шей степени подвержены емкос-
тному влиянию , что вызывает
смещение резонанса в область
низких частот. Это вызывает не-
обходимость соответствующего
укорочения радиальных провод-
ников.
Радиолюбителем DL6DO
была предложена методика до-
полнительной корректировки
длины проводников антенны
“Граунд-плейн”. Для ее осуще-
ствления необходимы высокоча-
стотный измерительный мост и
гетеродинный индикатор резо-
нанса.
Процесс настройки
Сначала все без исключения
радиальные проводники отклю-
чаются от общей для них точки.
Затем два провода, расположен-
ные друг против друга и имею-
щие каждый длину Х/4 , подсое-
диняются к высокочастотному
мосту, образуя таким образом,
полуволновой вибратор с вход-
ным сопротивлением 73 Ом. Сле-
довательно, сопротивление мос-
та так же должно быть равно 73
Ом. Высокочастотный мост под-
ключается к ГИР и определяется
резонансная частота, которая в
большинстве случаев лежит вне
расчетного диапазона. Далее
корректируется длина обоих ра-
диальных проводников. После
этого переходят к следующей
паре радиальных проводников,
пока не подключая уже настроен-
ную пару к общей точке. После
того , как все радиальные про-
водники настроены таким обра-
зом, их снова соединяют в общей
центральной точке и на этом за-
канчивается грубая настройка.
Для точной настройки отклю-
чают от общей точки один ради-
альный проводник и подключа-
ют в разрыв высокочастотный
измерительный мост. Затем с по-
мощью ГИР определяется резо-
нансная частота и удлинением
или укорочением корректирует-
ся длина проводника. Затем эту
операцию проводят последова-
тельно с каждым проводником,
отсоединяя его от общей точки.
В этом случае сопротивление
моста будет уже не 73 Ом, а 30-
327
60 Ом. После правильной на-
стройки радиальных проводни-
ков можно приступать к настрой-
ке четвертьволнового излучателя
на рабочую частоту используя те
же приборы настройки.
Проведя настройку по опи-
санной выше методике можно
быть уверенным в хорошей рабо-
те вашей антенны “Граунд-
плейн”.
19.4.1.5. Удлиненная антенна
“Гpay н д-п л ейн ”
При увеличении длины вибра-
тора антенны “Граунд-плейн”
более Л/4 увеличивается также и
входное сопротивление антенны.
Это увеличение можно предста-
вить таким образом, что пуч-
ность напряжения (минимум на-
пряжения) с увеличением длины
вибратора смещается вверх по
проводнику излучателя от зажи-
мов антенны. Увеличивающееся
напряжение в сочетании с умень-
шающимся током приводят к ро-
сту сопротивления на зажимах
антенны.
При соответствующем удли-
нении излучателя можно полу-
чить входное сопротивление ан-
тенны равное волновому сопро-
тивлению применяемого коакси-
ального кабеля и таким образом
решить проблему прямого согла-
сования. Однако в этом случае из-
лучатель больше не настроен в
резонанс и в линии питания бу-
дут возникать стоячие волны,
328
обусловленные наличием индук-
тивных составляющих удлинен-
ного излучателя.
Чтобы компенсировать эти
составляющие, в точке питания
антенны включают конденсатор,
емкостное сопротивление кото-
рого соответствует индуктивной
реакции за счет удлинения излу-
чателя. При этом входное сопро-
тивление антенны снова стано-
вится реальным.
Схема удлиненной антенны
“Граунд-плейн” представлена на
рис. 19.20. Емкость С представ-
ляет переменный конденсатор
простой конструкции, так как в
месте его подключения отсут-
ствуют высокие напряжения, од-
нако следует обращать внимание
на качество контактов конденса-
тора, поскольку через него про-
текает большой высокочастот-
ный ток.
Обычно конденсатор заклю-
чается в герметичную коробочку
и привинчивается к основанию
вибратора. Крепежные винты
служат одновременно для обеспе-
Рис. 19.20. Удлиненная антенна “Гра-
унд-плейн”
чения контакта конденсатора с
вибратором. Коаксиальный ка-
бель вводится в коробочку и его
центральная жила припаивается
к выводу ротора переменного
конденсатора. Внешняя оплетка
коаксиального кабеля соединяет-
ся с радиальными проводниками.
Очень важно, чтобы влага не
проникала под изоляцию коакси-
ального кабеля, так как в против-
ном случае он становится совер-
шенно непригодным в качестве
линии передачи. После настрой-
ки переменный конденсатор мо-
жет быть заменен постоянной ем-
костью.
Радиальные проводники уд-
линенной антенны “Граунд-
плейн” располагают строго гори-
зонтально, причем применяется
обычно провод или антенный
канатик диаметром 2 мм. Резо-
нансные длины удлиненной ан-
тенны “Граунд-плейн” приведе-
ны в таблице 19.2.
Таблица 19.2. Размеры удлиненной антенны “Граунд-плейн’'
Диаметр Длина вибратора Длина
вибратора при волновом сопротивлении рад. проводника С, пФ
коаксиального кабеля (0 2 мм)
52 Ом 60 Ом 70 Ом 75 Ом
см см см см см
Резонансная частота 7050 кГц (диапазон 40 м)
2 1186 1240 1299 1311 1040 250
6 1185 1239 1298 1310 1040 250
10 1183 1236 1295 1307 1040 250
20 1177 1230 1288 1300 1040 250
40 1164 1217 1275 1286 1040 250
Резонансная частота 14100 кГц (диапазон 20 м)
2 593 620 652 658 520 150
6 591 619 651 656 520 150
10 590 618 650 655 520 150
20 588 615 647 653 520 150
40 576 602 634 640 520 150
Резонансная частота 21100 кГц (диапазон 15 м)
2 396 414 434 440 349 130
6 395 413 432 439 349 130
10 391 409 427 434 349 130
20 387 405 423 430 349 130
40 383 401 419 425 349 130
Резонансная частота 28100 кГц (диапазон 10 м)
2 297 311 326 329 262 100
6 294 308 322 325 262 100
10 292 305 320 323 262 100
20 289 302 316 319 262 100
40 284 297 311 314 262 100
329
Удлиненную антенну “Гра-
унд-плейн” можно легко настро-
ить на максимуму излучения.
При этом необходимо только на-
строить антенну вращением кон-
денсатора С с помощью рефлек-
тометра на минимум стоячих
волн в линии передачи.
19.4.1.6. Укороченная антенна
“Граунд-плейн”
Часто невозможно использо-
вать антенну “Граунд-плейн” с
полной длиной излучателя, на-
пример для диапазона 40 или 80
м. Эти же трудности возникают
при монтировании антенны на
подвижных объектах, автомаши-
нах, поездах и т.д. В этих приме-
няют вертикальный излучатель
короче, чем Л/4.
Укороченная антенна не нахо-
дится больше в резонансе с рабо-
чей частотой и ее входное сопро-
тивление на зажимах имеет емко-
стную составляющую. Эти емко-
стные составляющие сопротивле-
ния компенсируются специально
вводимой индуктивностью, кото-
рая приводит входное сопротив-
ление снова к реальному значе-
нию.
Эту функцию индуктивности
выполняет катушка индуктивно-
сти, которую так же называют
удлиняющей катушкой. Схема
укороченной антенны “Граунд-
плейн” с удлиняющей катушкой
приведена на рис. 19.21.
Удлиняющая катушка сильно
ухудшает эффективность антен-
Рис. 19.21. Укороченная антенна
“Граунд-плейн”
ны и должна применяться толь-
ко в исключительных случаях.
Это объясняется тем, что сама
катушка не излучает, а укорочен-
ный проводник антенны облада-
ет меньшим КПД по сравнению
с излучателем полной длины.
Благодаря Скинн-эффекгу (зате-
кание ВЧ токов на внешнюю оп-
летку коаксиального кабеля в
случае несимметричных антенн)
потери от применения удлиняю-
щей катушки еще увеличиваются.
Таким образом КПД, например,
автомобильных антенн составля-
ет < 10 %. Для максимального
уменьшения этих потерь доброт-
ность Q удлиняющей катушки
должна быть очень высокой. В
этом случае катушка представля-
ет собой резонансную структуру
с очень узкой полосой пропуска-
ния. Укороченные антенны все-
гда представляют собой компро-
миссные решения между полосой
пропускания и КПД антенны.
При конструировании укоро-
ченных антенн трудность пред-
ставляет изготовление высоко-
330
добротных катушек индуктивно-
сти. Настройка же антенны не
представляет большого труда. С
помощью ГИР, поднесенного к
удлиняющей катушке, устанавли-
вается резонансная частота излу-
чателя. Перемещая движок А на-
ходят место, при котором резо-
нансная частота соответствует
рабочей частоте. После этого
подключается внутренний про-
водник коаксиального кабеля к
движку В и система запитывает-
ся от передатчика. Минималь-
ный КСВ в линии определяют с
помощью рефлектометра, пере-
мещая движок В.
19.4.1.7. Антенны “Граунд-
плейн” нагруженные емкостью
Конструктивную высоту ан-
тенны также можно уменьшить,
если свободный конец излучате-
ля нагрузить емкостью. Эта ем-
кость может быть образована
либо отдельным проводом, либо
плоской металлической поверх-
ностью, как показано на
рис. 19.22.
Размещение такой конструк-
ции на конце излучателя в точке
максимума напряжения образует
дополнительную емкость по от-
ношению к земле, которая умень-
шает резонансную частоту антен-
ны. Это означает, что укорочен-
ный излучатель можно с помо-
щью нагрузочной емкости приве-
сти к резонансу. Такое решение
не является компромиссным. Та-
кие антенны с емкостной нагруз-
кой на конце обладают даже бо-
лее высоким сопротивлением из-
лучения, чем ненагруженные, и
соответственно большую эффек-
Рис. 19.22. Распространенные формы емкостных нагрузок вертикальных из-
лучателей
331
тивность. Правда при больших
нагрузочных емкостях диаграм-
ма направленности антенны не-
много искажается и возникают
трудности с установкой такого
вида нагрузочных емкостей.
Вертикальные антенны с на-
грузочной емкостью на конце из-
лучателя применяются как пра-
вило при работе в 40 и 80 м диа-
пазонах. Применение емкостных
нагрузок бывает часто оправда-
но не только для антенн типа
“Граунд-плейн”, но и всех дру-
гих, имеющих излучающий ко-
нец.
19.4.2. Вертикальный полувол-
новой излучатель и вибраторные
ряды
Для работы в диапазонах
10,15 и 20 м, т.е. в диапазонах, в
которых получают дальние свя-
зи, часто оказывается возможно
использовать только вертикаль-
ный излучатель, разместив его на
высоте Л/2 или более. При этом
обычно используют деревянную
мачту, которая дает электричес-
кие преимущества, и на которой
можно легко закрепить прово-
лочные проводники.
19.4.2.1. Полуволновой верти-
кальный вибратор
Как и все вертикальные антен-
ны вертикальный полуволновой
вибратор характеризуется малым
углом вертикального излучения,
332
(I в mt f в MHz)
Рис. 19.23. Вертикальный полуволно-
вой вибратор
который уменьшается по мере
увеличения высоты размещения
вибратора. Вобщем случае верти-
кальный полуволновой вибратор
представляет собой конструк-
цию, изображенную на рис. 19.23.
Если используется деревянная
мачта, то проводники могут быть
выполнены из провода. Нор-
мальный полуволновой вибра-
тор можно питать напрямую с
помощью коаксиального кабеля
60 Ом, при этом коаксиальный
кабель должен подходить к оси
вибратора под прямым углом на
возможно большем расстоянии.
Нижняя половина вертикального
полуволнового вибратора долж-
на быть изготовлена, особенно
это касается полуволновой виб-
ратор из трубок, несколько коро-
че, чем верхняя, так как больше
подвержена емкостному влия-
нию земли. Очень хорошим ре-
шением является вертикального
полуволнового вибратора явля-
ется коаксиальная антенна.
Коаксиальная антенна
На рис. 19.24 представлена ан-
тенна, представляющая верти-
кальный полуволновой вибратор
с элементами из трубок, харак-
терной особенностью которого
является питание антенны. Коак-
сиальный кабель с волновым со-
противлением 60 Ом пропущен
через нижнюю половину трубки
вибратора и подсоединяется к
зажимам антенны. Внешнюю
изоляцию коаксиального кабеля
снимают на участке, где кабель
а- конструкция
Ь- схема подключения к элементам
антенны
проходит внутри трубки. Этим
обеспечивается электрический
контакт. Внутренний проводник
коаксиального кабеля соединяет-
ся с верхней половиной вибрато-
ра. (см.рис.19.34.Ь)
Нижняя половина вибратора
играет здесь двойную роль. По-
мимо элемента излучателя, труб-
ка вибратора вместе с коаксиаль-
ным кабелем образует четверть-
волновую симметрирующую схе-
му(см. главу 7.1), благодаря ко-
торой на кабеле отсутствуют по-
верхностные волны и подвод ко-
аксиального кабеля к антенне ре-
шен очень просто.
На английском языке антенна
носит название Sleeve - антенна
(антенна рукав).
19.4.2.2. Вертикальный полу-
волновой вибратор, питаемый с
конца
В радиолюбительской прак-
тике часто питают вертикальный
полуволновой вибратор с конца,
при этом питание подается в мак-
симум напряжения. Так как пол-
ное сопротивление в этом месте
всегда высокое, необходимо его
или трансформировать или при-
менять настроенную линию пита-
ния.
Вертикальная антеннна “цеп-
пелин ”
На рис 19.25. представлена
антенна вертикальный “цеппе-
333
Рис 19.25. Вертикальный полуволно-
вой вибратор с питанием типа “цеп-
пелин”
лин”, который питается с помо-
щью настроенной линии пита-
ния.
Если антенна работает как
полуволновой резонатор и нахо-
дится непосредственно над по-
верхностью земли с хорошей про-
водящей способностью, то диаг-
рамма направленности антенны
будет соответствовать рис 19.7.С.
Изменение диаграммы направ-
ленности от высоты расположе-
ния вертикального полуволново-
го вибратора представлены на
рис. 3.16.
Как известно, при питании
антенны с помощью настроенной
линии передачи, резонансная
длина антенны излучающей час-
ти антенны не критична, так как
излучатель и линия питания об-
разуют единую систему, находя-
щуюся в резонансе. На практике
антенну с настроенной линией
питания настраивают в резонанс
с помощью устройства связи,
при этом возможна работа вер-
тикального излучателя, питаю-
щегося с конца, как многодиапа-
зонной антенны. Более подробно
об этом было рассказано в главе
19.4.3.
J- образная антенна
Особенно хорошая схема пи-
тания вертикального полуволно-
вого вибратора получается, если
к высокоомному нижнему концу
излучателя подключается замк-
нутый четвертьволновая линия, и
на длине линии ищется точка, в
которой сопротивление равно
волновому сопротивлению кабе-
ля питания. Поскольку на длине
линии А/4 сопротивление изменя-
ется в пределах от десятков ты-
сяч Ом (в максимуме напряже-
ния) до нуля в короткозамкнутой
точке, то практически можно со-
гласовать любую линию питания
с любым волновым сопротивле-
нием. Антенна, согласованная
таким образом называется J- об-
разной антенной (рис. 19.26.).
Преимуществом такого спо-
соба питания является то, что
нижний замкнутый конец А/4 со-
гласующей линии может быть за-
землен и, кроме того, антенна мо-
жет служить одновременно хоро-
шим молниеотводом.
Оптимальное согласование
линии питания с антенной произ-
водится следующим образом: к
нижнему концу излучателя под-
носится неоновая лампочка. Да-
334
Рис. 19.26. Вертикальный полуволно-
вой вибратор, согласованный с по-
мощью четвертьволновой согласую-
щей линии (J-образная антенна)
лее перемещают точки подключе-
ния кабеля питания до тех пор,
пока не получат максимальную
интенсивность свечения неоно-
вой лампочки.
Длина излучателя с достаточ-
ной точностью рассчитывается
по формуле
/=145000//
где /- длина в м/- частота в
МГц.
Четвертьволновая согласую-
щая линия рассчитывается по
формуле
/=73//.
Если применяют трубки с от-
носительно большим диаметром,
то расчет ведут по другой форму-
ле
/=71,25//.
Рекомендуется изготавливать
четвертьволновую согласующую
линию несколько большей рас-
четной длины, и использовать
подвижной замыкающий мостик.
Затем антенну пассивно возбуж-
дают с помощью поблизости рас-
положенной вспомогательной
антенны, подключенной к пере-
датчику. При этом кабель пита-
ния не подключается к четверть-
волновому отрезку линии согла-
сования. Изменяя положение за-
мыкающей перемычки добива-
ются максимального свечения
неоновой лампочки, располо-
женной у основания излучателя.
Таким образом, излучатель и со-
гласующая линия оказываются
настроенной в резонанс с рабо-
чей частотой. Затем передатчик
отключают от вспомогательной
антенны, а линию питания под-
ключают нормально к антенне.
Таким образом согласованный
излучатель является хорошей ан-
тенной для установления дальних
связей, особенно если она монти-
руется на большой высоте отно-
сительно земли.
Если J- образная антенна дол-
жна быть запитана с помощью
50-омного коаксиального кабе-
ля, то особенно простым решени-
ем будет схема, изображенная на
рис. 19.27.
В этом случае Л/4 линия замк-
нута на волновое сопротивление
коаксиального кабеля 50 Ом.
335
Рис. 19.27. J-образная ан-
тенна, возбуждаемая че-
рез коаксиальный кабель
с волновым сопротивле-
нием 50 Ом
Чтобы излучение Х/4 согласую-
щего отрезка было минималь-
ным, расстояние между излучате-
лем и согласующим отрезком де-
лают минимальным.
19.4.2.3. Вертикальные полу-
волновые ряды питаемые с конца
Где позволяют условия изго-
тавливать высокие антенны, при-
меняют с успехом вертикальные,
синфазно возбуждаемые ряды из
полуволновых вибраторов. На-
пример на деревянной мачте вы-
сотой 12 м можно укрепить 15- м
излучатель, который может еще
на три метра превышать высоту
мачты. Этот излучатель можно
эксплуатировать в диапазоне 10
м - как имеющий электрическую
длину 1,5Х, и в диапазоне 15 м-
как имеющий электрическую
длину IX. Если позаботиться о
синфазном возбуждении полу-
волновых отрезков, то получим
отличный излучатель с круговой
диаграммой направленности и с
хорошим коэффициентом усиле-
ния.
Хороший коэффициент уси-
ления является следствием ма-
лого угла раскрыва диаграммы
направленности в вертикальной
плоскости (см.главу 13.1.). Как
известно, расположенный не-
посредственно над поверхнос-
тью земли вертикальный излу-
чатель имеет плоское излуче-
ние. (рис. 19.28.). На практике
это приводит к тому, что коэф-
фициент усиления, например, 3-
элементного синфазно возбуж-
даемого ряда горизонтально
расположенных вибраторов (3,2
дБ) равен коэффициенту усиле-
ния вертикального ряда, состо-
ящего из 2- элементов, имею-
щих общую длину только 3/4Х.
Однако из-за неизбежных по-
терь вертикальный 2- элемент-
ный излучатель длиной 3/4Х име-
ет совсем немного меньший ко-
эффициент усиления, особенно
если антенна имеет хорошую за-
земляющую сеть.
Необходимый для синфазно-
го возбуждения сдвиг фазы обес-
печивается включением замкну-
тых четвертьволновых отрезков
двухпроводной линии.
На рис 19.28. представлена
диаграмма направленности в вер-
тикальной плоскости вертикаль-
ного ряда их 2- вибраторов, об-
щей длиной 3/4Х, расположенно-
го над хорошо проводящей по-
верхностью земли. Как видно из
рисунка, угол раскрыва составля-
ет примерно 20°, при этом угол
вертикального излучения состав-
ляет 10°.
336
Рис. 19.28. Диаграмма направленно-
сти в вертикальной плоскости верти-
кального ряда их 2- вибраторов, об-
щей длиной 3/4Х, расположенного
над хорошо проводящей поверхнос-
тью земли
19.5. Направленные антенны
вертикальной поляризации
Направленные антенны вер-
тикальной поляризации с пассив-
ными элементами применяются
радиолюбителями сравнительно
редко, хотя они обладают более
благоприятным, по сравнению с
антеннами горизонтальной поля-
ризации, плоским излучением и
более просты в изготовлении. Ог-
раниченность применения объяс-
няется высокой чувствительнос-
тью этих антенн к окружающей
обстановке, поэтому их применя-
ют как правило в сельской мест-
ности.
19.5.1. Двухэлементный верти-
кальный излучатель
В некоторых случаях бывает
возможно расположить на необ-
ходимом расстоянии от верти-
кального вибратора пассивный
элемент, в виде директора или
Рефлектор
или директор
Рис. 19.29. Вертикальный 2- элемен-
тная направленная антенна
рефлектора. В качестве носителя
может выступать, например, ра-
стущее неподалеку дерево,
(рис. 19.29.)
Пассивный элемент может ис-
пользоваться по желанию или в
качестве рефлектора или в каче-
стве директора. Д ля диапазона 10
м последний должен иметь дли-
ну 491 см. Если сделать переклю-
чатель, изменяющий длину на 541
см, то пассивный элемент будет
работать как рефлектор. При
этом главный лепесток диаграм-
мы направленность переключит-
ся в противоположную сторону
на 180°.
Схемы согласования для
рис. 19.29 могут быть самые раз-
нообразные для 2- элементных
антенн (см. главу 16.).
Пример вращающейся конст-
рукции 2- элементной направлен-
ной вертикальной антенны при-
веден на рис 19.30. В этой схеме
337
Рис 19.30.Вращающаяся конструк-
ция 2- элементной направленной
вертикальной антенны
наилучшим решением согласова-
ния антенны с коаксиальным ка-
белем является применение гам-
ма- образной схемы согласова-
ния. Элементы антенны крепят-
ся в своей геометрической сере-
дине без изоляторов.
19.5.2. Двухэлементная верти-
кальная направленная антенна со
сменными элементами
Антенна представляет интерес
своей конструкцией, предложен-
ной радиолюбителем PA0LU. С
электрической точки зрения, ан-
тенна представляет собой нор-
мальный 2- элементный направ-
ленный излучатель, состоящий из
вибратора и директора. Расстоя-
ние до директора 0,1 X. Коэффи-
циент усиления антенны пример-
но 3,5 дБ. Питаемый элемент вы-
полнен их 2-проводного плос-
кого кабеля УКВ, который замк-
нут на обоих концах. В геометри-
ческой середине один проводник
УКВ кабеля разорван, и в разрыв
подается питание антенны. Пита-
емый элемент работает, таким
образом, как шлейфовый вибра-
тор. Такое решение обеспечива-
ет входное сопротивление антен-
ны примерно 60 Ом и позволяет
питать антенну двухпроводной
симметричной линией передачи с
волновым сопротивлением 50-60
Ом. Автор применял для питания
антенны обычный сетевой скру-
ченный шнур. Директор изготов-
лен из антенного канатика.
Конструкция антенны пред-
ставлена на рис 19.31.
Вибратор и директор съемные
для каждого из трех рабочих ди-
апазонов. Они закрепляются с
помощью карабинов, которые в
свою очередь закреплены на изо-
ляторах.
Резонансная длина вибратора
рассчитывается по формуле
/=140,8//
где / в м,/- в МГц.
Для диапазонов 20, 15, и 10 м
получаются длины соответствен-
но 10м, 6,67м и 5,03м. Директо-
ры короче вибраторов на 5%.
В качестве горизонтальной
траверсы служат две деревянные
рейки длиной по 2,2 м каждая. На
рейках закреплены по 6 колец на
каждой, для подсоединения эле-
ментов антенны. Расстояние меж-
ду кольцами и составляет
214 см, эти кольца служат для
338
Рис 19.31. Вертикальная 2- элемент-
ная направленная антенна со смен-
ными элементами
крепления элемента 20-м диапа-
зона. Расстояние между кольца-
ми и В2 равно 144 см, и служат
для крепления элемента 15-м ди-
апазона, и соответственно коль-
ца Cj и С2 - для 10-м элемента
(расстояние 108 см).
При изменении рабочего час-
тотного диапазона необходимо
просто сменить элементы антен-
ны, обращая при этом внимание
на правильность подключения к
кольцам соответствующего диа-
пазона.
Если существует возможность
так подвесить антенну, чтобы
она могла поворачиваться вок-
руг вертикальной оси, то полу-
чим очень простую, но вместе с
тем эффективную вращающую-
ся направленную антенну. Не-
сложность изготовления этой ан-
тенны в сочетании с быстротой
смены элементов и хорошими ха-
рактеристиками позволяют дос-
тигнуть хороших результатов
при эксплуатации.
19.5.3. Направленная антенна
с переключением диаграммы на-
правленности (антенна типа QH)
Эта вертикальная направлен-
ная антенна является дальней-
шим развитием двухэлементной
вертикальной антенны. Она со-
стоит из вертикального вибрато-
ра и четырех пассивных элемен-
тов, расстояние до которых со-
ставляет 0,15Х от вибратора.
Электрические длины пассивных
элементов могут так переклю-
чаться, чтобы они могли действо-
вать в качестве директоров или
рефлекторов. Такое переключе-
ние позволяет изменять диаграм-
му направленности таким обра-
зом, что основным лепестком ди-
аграммы направленности можно
перекрыть все стороны горизон-
та. По своей эффективности эта
антенна соответствует 3- элемен-
тной антенне Уда-Яги Хотя из-
готовление такой антенны доста-
точно сложно, оно оправдано вы-
соким коэффициентом усиления,
достигающим при хорошей про-
водящей способности земли 6,5
дБ.
На рис 19.32. показан вид
сверху на антенну типа QH и
приведены диаграммы направ-
339
Рис. 19.32. Диаграмма направленности антенны с переключением основного
направления излучения( вид сверху).
ленности в горизонтальной плос-
кости при различных вариантах
переключения пассивных элемен-
тов. Основной лепесток диаграм-
мы направленности может быть
переключен по желанию на 8 на-
правлений, углы между которы-
ми равняются соответственно
45°. Если включены все пассив-
ные элементы (например, дирек-
торы), то диаграмма направлен-
ности будет круговой.
Вид сбоку антенны типа QH
изображен на рис. 19.33.а. Несу-
щая мачта не показана, чтобы не
усложнять чертеж.
Центральный питаемый эле-
мент может быть изготовлен как
Рис. 19.33. Антенна с переключени-
ем основного лепестка диаграммы
направленности; а- вид сбоку, Ь-
конструкция пассивного элемента
петлевой (шлейфовый) вибратор
(несколько большая полоса про-
пускания), так и как обычный
полуволновой вибратор. Вход-
ное сопротивление (пучность
тока) составляет 30-40 Ом.
В случае применения шлейфо-
вого вибратора согласование с
линией передачи осуществляется
соответствующим выбором диа-
метров проводников согласно
рис.4.4, при коэффициенте транс-
формации > 1:4, или согласно рис
19.19, при коэффициенте транс-
формации < 1:4. Для простого по-
луволнового вибратора наиболее
подходящей является схема гам-
ма- согласования. При возмож-
ности лучше пропустить коакси-
альный кабель питания через
трубку центрального элемента.
Все четыре пассивных элемен-
та разрываются посредине и в
месте разрыва подключается ус-
тройство, показанное на
рис. 19.33.Ь. При замкнутом клю-
че пассивный элемент работает
как директор, при разомкнутом
- как рефлектор. При выборе
коммутирующих реле, следует
обращать внимание на то, чтобы
контакты реле имели как можно
340
Таблица 19.3.
Диапазон Длина Расстояние Размеры
вибратора между пасс- А В С D
сив, элем.
20-м 1027 253
15-м 686 170
10-м 512 126
Все размеры в см.
меньшую емкость. Размеры ан-
тенны приведены в таблице 19.3.
Для настройки на максималь-
ное подавление обратного излу-
чения размер D выбирается не-
сколько больше приведенного в
таблице, а замыкающая перемыч-
ка делается подвижной. Сначала
настраивают длину D для рабо-
ты пассивного элемента в каче-
стве рефлектора, потом настраи-
вают, при замкнутом переключа-
теле, работу директора. Процес-
сы настройки повторяют не-
сколько раз методом последова-
тельных приближений, получая
оптимальное согласование..
19.6. Многодиапазонные ан-
тенны вертикальной поляризации
Существуют различные мето-
ды, обеспечивающие эксплуата-
цию антенны с вертикальной
поляризацией в качестве много-
диапазонной. Если речь идет о
антеннах типа “Граунд-плейн”,
то работу ее в нескольких диапа-
зонах можно обеспечить путем
изменения длины излучателя при
помощи, например, релейной
коммутации. Эта конструкция
460 10 40 90
307 7 27 60
230 5 20 45
будет описана в следующей гла-
ве. Работу антенны в нескольких
диапазонах несложно обеспе-
чить применяя ЫС- элементы, с
помощью которых удлиняют или
укорачивают антенну. Однако
этот метод всегда связан с боль-
шими или меньшими потерями.
Можно также применить загра-
дительные контуры по примеру
антенны W3DZZ (см. Главу
10.2.8.). Заградительные контуры
включаются в разрыв проводни-
ка и действуют как автоматичес-
кие переключатели, обеспечивая
работу антенны в нескольких ди-
апазонах. Однако такие схемы
являются достаточно конструк-
тивно сложными, поэтому как
правило используются только
при промышленном производ-
стве антенн.
19.6.1. 3-диапазонная пере-
ключаемая антенна “Граунд-
плейн”
Антенна для трех любительс-
ких диапазонов изображена на
рис. 19.34. и представляет антен-
ну “Граунд-плейн”, в которой
используется переключение дли-
341
Рис. 19.34. Антенна “Граунд-плейн”
с переключаемыми элементами для
трех диапазонов
ны излучателя антенны с помо-
щью двух переключателей. Тре-
бования к переключателям
предъявляются высокие: помимо
хороших электрических характе-
ристик они должны быть герме-
тичны, чтобы исключить влияние
метеоусловий. Все размеры при-
ведены на рис. 19.34.
Резонанс в диапазоне 20-м
получают, замыкая оба переклю-
чателя 1 и 2. В этом случае эффек-
тивная длина антенны составля-
ет 5,05 м, при условии что труб-
ка излучателя антенны имеет ди-
аметр 40 мм. Если переключатель
2 разомкнут, то антенна имеет ре-
зонанс в диапазоне 15 м и имеет
эффективную длину 3,4 м. Для ра-
боты в 10-м диапазоне необходи-
мо разомкнуть оба переключате-
ля, при этом возбуждается толь-
ко нижний отрезок излучателя
длиной 2,5 м. Радиальные про-
водники отведены вниз, чтобы
повысить входное сопротивление
антенны, в этом случае антенну
можно напрямую питать с помо-
щью коаксиального кабеля 50
Ом.
Следующая форма 3- диапа-
зонной переключаемой антенны
“Граунд-плейн4’ приведена на
рис 19.35.
В этой схеме переключатель
находится в легкодоступном ме-
сте у основания антенны. Излу-
чатель, длиной 6-7 м не находит-
ся в резонансе, резонанс достига-
ется включением последователь-
ных резонансных контуров. На-
стройку производят с помощью
ГИР, для чего катушку прибора
подносят к каждой катушке кон-
Рис 19.35. Схема 3-диапазонной ан-
тенны “Граунд-плейн”
342
тура диапазонов 20, 15 и 10 м.
Емкость переменного конденса-
тора 100 пФ, а данные катушек
определяются опытным путем.
Рекомендуется за основу взять
следующие размеры: число вит-
ков - 15, диаметр намотки - 40
мм, медный провод диаметром
1,5-2,0 мм.
Для антенны на рис 19.35 при-
меняют радиальную сеть резо-
нансных проводников, изобра-
женную на рис. 19.36.
Радиальные проводники на-
страивают с помощью ВЧ моста
для замера сопротивлений и
ГИРа в резонанс, как было опи-
сано ранее.
Согласование антенны с коак-
сиальным кабелем достаточно
просто и сводится к поиску точ-
ки на каждой катушке, в которой
полное сопротивление антенны
равно волновому сопротивлению
кабеля питания. Для этого ВЧ
мост для замера сопротивлений,
Рис. 19.36. Расположение радиаль-
ных проводников
запитываемый с помощью ГИРа,
подключают между центральной
точкой радиальной сети провод-
ников и точкой на катушке. Ме-
тодом последовательных замеров
сопротивления находят на ка-
тушке точку, в которой сопро-
тивление равно значению волно-
вого сопротивления кабеля пита-
ния. Настройку производят
очень тщательно, предваритель-
но проверив калибровку ГИРа.
Очень ответственным элемен-
том является ВЧ переключатель,
который должен отвечать всем
электрическим и механическим
требованиям, и кроме того, быть
защищен от воздействия метеоус-
ловий. Возможно применение
других схем переключения, осно-
ванных, например, на реле.
Добротность катушек долж-
на быть высокой. Провод катуш-
ки лучше использовать с высокой
поверхностной проводящей спо-
собностью, так как катушка рас-
положена в максимуме тока.
19.6.2. 4-диапазонная антенна
“Граунд-плейн” без переключате-
лей
Антенна, которая не содержит
сложных и ненадежных ВЧ-пере-
ключателей, представлена на рис.
19.37. Она представляет собой
стабильно- закрепленную чет-
вертьволновый металлический
проводник-трубу, рассчитанную
в резонанс для диапазона 40 м.
Эта же труба образует несущую
343
мачту для крепления излучателей
для диапазонов 20 и 10 м. У ниж-
него основания антенны все три
излучателя электрически соеди-
нены между собой и соединяют-
ся с внутренним проводником ко-
аксиального кабеля с волновым
сопротивлением 50 Ом. Внешняя
оплетка коаксиального кабеля
соединяется с радиальной зазем-
ляющей сетью, имеющей по воз-
можности большое количество
проводников. Длина каждого
проводника заземляющей сети
равна 10,35 м. Для того, чтобы
выполнить условие согласова-
ния, радиальные проводники от-
клонены вниз под углом 135°
(см.главу 19.41.), а антенна рас-
полагается на высоте не менее не-
скольких метров над поверхнос-
тью земли.
Крепление труб излучателей
для диапазонов 10 и 20 м к цент-
ральной трубе производится с
помощью изолирующего держа-
теля (например, полистирол) со-
гласно рис. 19.37.Ь. У основания
этот держатель выполнен из ме-
талла.
Принцип работы этой антен-
ны “Граунд-плейн” достаточно
ясен: в диапазоне 40 м централь-
ный излучатель длиной 9,95 м.
Длина его несколько короче, чем
расчетное значение, так как его
относительно большой диаметр в
сочетании с двумя параллельны-
ми элементами излучателей вы-
зывают сильное укорочение.
Центральный излучатель являет-
ся одновременно 7Д- излучате-
лем для диапазона 15 м. В диапа-
зоне 10 и 20 м работают четверть-
Вертикальная
четвертьволновая труба
5
Изоляционный держатель
Коаксиальный
кабель
Наклонные
радиальные проводники
Рис. 19.37.4-х диапазонная антен-
на “Граунд-плейн” без переклю-
чателей.
а- конструктивная схема антенны
Ь- пример выполнения изоляци-
онных держателей
344
волновые параллельные излуча-
тели.
Как уже ранее указывалось,
оптимальной схемой размещения
вертикального излучателя, в слу-
чае отсутствия окружающих
предметов, является непосред-
ственное размещение над повер-
хностью земли, при этом ради-
альные проводники должны рас-
полагаться параллельно поверх-
ности земли. Входное сопротив-
ление антенны в этом случае со-
ставляет примерно 30 Ом. Если
хотят разместить 4-диапазонную
антенну непосредственно над по-
верхностью земли, то можно ис-
пользовать описанный в главе
19.4.1.5. принцип удлиненной ан-
тенны “Граунд-плейн”.
Для этого излучатели для 10 и
20 м удлиняют примерно на 5/16Х,
а с помощью включения последо-
вательного конденсатора, соглас-
но рис. 19.20, снова укорачива-
ют примерно на ’/4Х. При этом
точка питания как бы перемеща-
ется в область более высоких
Рис. 19.38. 4-диапазонная антенна
“Граунд-плейн” с питанием через
коаксиальный кабель
сопротивлений и уже не состав-
ляет трудность согласовать ан-
тенну с коаксиальным кабелем.
Все необходимые данные по раз-
мерам можно получить в табли-
це 19.2.
Конструкция антенны пред-
ставлена на рис. 19.38.
Излучатель диапазона 40 м на
удлинен из механических сообра-
жений, он включается обычным
для ант антенны “Граунд-
плейн” способом согласно
рис. 19.13. Питание центрального
излучателя осуществляется через
гамма-образную схему согласо-
вания. Два остальных параллель-
ных излучателя удлиняют соот-
ветственно табл. 19.2. а далее
включают укорачивающие пере-
менные конденсаторы. Все эле-
менты, кроме роторов конденса-
торов, изолированы друг от дру-
га. Роторы конденсаторов соеди-
нены друг с другом и с внутрен-
ним проводником коаксиально-
го кабеля. Оплетка кабеля под-
ключается к заземленному концу
центрального излучателя, в эту
же точку подсоединяется ради-
альная или заземляющая сеть
проводников. В качестве трубы
для изготовления 40-м излучате-
ля используют газовую трубу,
длина которой над поверхностью
земли должна составлять 9,9 м.
Трубу заделывают в землю с по-
мощью бетонной подушки. Оба
параллельных четвертьволновых
излучателя закрепляются с помо-
щью изолирующих держателей в
345
непосредственной близости от
поверхности земли. Такая конст-
рукция антенны является одно-
временно и хорошим молниеот-
водом.
19.6.3. Вертикальная многоди-
апазонная антенна T2FD
Хорошие результаты можно
получить так же и с антенной
T2FD, изображенной на рис.
19.39. Антенна работает в диапа-
зонах 10,15 и 20 м и по высоте не
превышает 7,5 м.
Как указывает автор, антенна
также может работать в диапазо-
не 40 и 80 м, однако, разумеется,
с худшими результатами. Таким
образом эту антенну можно рас-
сматривать как вседиапазонную.
При этом антенна не нуждается
в заземляющей сети.
Если замыкающее сопротив-
ление равно 390 Ом (его мощ-
ность должна быть равна не ме-
нее 73 мощности передатчика), то
входное сопротивление антенны
равно 300 Ом и питание можно
осуществлять напрямую с помо-
щью УКВ ленточной двухпро-
водной линии питания, например
типа 300А7-1. Более детально о
конструировании такого вида ан-
тенн см. Главу 12.2.
19.6.4. Многодиапазонные ан-
тенны “Граунд-плейн” с переклю-
чаемыми удлиняющими катушка-
ми
Многодиапазонные антенны
типа “Граунд-плейн” часто при-
меняют с удлиняющими катуш-
ками или, иногда, с укорачиваю-
щими конденсаторами. Если ра-
бочая частота передатчика мень-
ше, чем резонансная частота Х/4-
излучателя, то возникает емкос-
тная составляющая входного со-
противления антенны, которую
компенсируют индуктивными
элементами, получая в конце кон-
цов, реальное сопротивление на
зажимах антенны (излучатель
слишком короток). Если рабочая
частота передатчика больше, чем
резонансная частота Л/4- излуча-
теля, то Л/4- излучатель слишком
длинен, т.е. он имеет индуктив-
ную составляющую сопротивле-
ния, которую компенсируют ем-
костными элементами (укорачи-
вающие емкости).
346
Длина излучателя в град
Рис. 19.40. График изменения мни-
мой составляющей входного сопро-
тивления вертикального излучателя,
расположенного над идеальной по-
верхностью земли, в зависимость от
длины излучателя, выраженной в
град (1Х=360°, Х/4=90°)
На рис 19.40 для ориентиро-
вочного представления приведен.
Длина излучателя выражена в
угловых градусах, при этом
1Х=360°. График построен для
отношения Did- 1000. При увели-
чении диаметра (уменьшение DI
d), мнимая составляющая сопро-
тивления уменьшается и наобо-
рот.
Из графика видно, что отсут-
ствие мнимой составляющей, т.е.
резонансная частота Х/4- излуча-
теля, проявляется при его длине
примерно 87°, т.е. меньше, чем
90°. Это объясняется влиянием
коэффициента укорочения излу-
чателя, который определяется со-
отношением D/d. При длине из-
лучателя больше 87° мнимое со-
противление будет индуктивным,
(излучатель слишком короток),
при меньше 87° - емкостным (из-
лучатель слишком длинный).
Для того, чтобы получить ре-
зонанс в укороченной или удли-
ненной антенне, сначала опреде-
ляют из рис. 19.40. приближенно
мнимое сопротивление, а затем
из рис. 6.19. определяют индук-
тивность удлиняющей катушки,
или из рис 6.20 емкость укорачи-
вающего конденсатора, соответ-
ствующие необходимой частоте
резонанса антенны. Поскольку
расчет приближенный, катушки
и конденсаторы должны позво-
лять изменять в некотором диа-
пазоне свои значения.
На рис 19.41 представлен гра-
фик зависимости сопротивления
излучения вертикального излуча-
теля над идеальной поверхнос-
тью земли в зависимости от дли-
ны излучателя.
При длине излучателя равной
Х/4 (90°) сопротивление излуче-
ния равно 36,6 Ом и возрастает
при Х/3 (120°) до 100 Ом, а при
Х/6 (60°) уменьшается до 13 Ом.
При сильном укорочении (<60°),
например, для автомобильных
антенн, сопротивление излучения
очень мало, сто можно видеть из
рис. 19.41 .Ь.
Как уже было сказано (см.
Уравнение 19.6.), входное сопро-
тивление излучателя RE равно
сумме сопротивления излучения
347
а} Длина излучателя в град Ь) Длина излучателя в град
Рис. 19.41. График зависимости сопротивления излучения вертикального из-
лучателя над идеальной поверхностью земли в зависимости от длины излу-
чателя в град.
а-для длин 50-140°, Ъ- для длин меньше 60°.
Rs и сопротивления потерь Ry.
^e=^s+^v
На практике это равенство
сводится к тому, что при одина-
ковом сопротивлении потерь Rv,
КПД (эффективность) антенны
тем меньше, чем меньше сопро-
тивление излучения. Рассмотрим
это на примере.
Пример
Вертикальный излучатель,
расположенный на земле имеет
длину ’/р = 30°. Емкостная состав-
ляющая сопротивления на зажи-
мах антенны компенсирована
индуктивностью удлиняющей
катушки, таким образом, что ан-
тенна находится в резонансе.
Согласно рис. 19.41. сопротив-
ление излучения для длины из-
лучателя 30° составляет R=3 Ом.
С помощью ВЧ моста для заме-
ра сопротивлений был произве-
348
ден замер входного сопротивле-
ния излучателя, которое состави-
ло ЛЕ= 10 Ом. Следовательно по-
лучаем сопротивление потерь
Av= 7 Ом.
КПД антенны h определяется
по формуле
В нашем случае КПД антенны
составляет
П=3/10=0,65 или 65 %.
Если бы длина излучателя со-
ставляла 60°, то при одинаковом
Rv получили бы сопротивление
As= 13 Ом и КПД равный Т| = 0,65
(65%).
Если вертикальный излуча-
тель настроен с помощью удли-
няющих катушек (укорачиваю-
щих конденсаторов) в резонанс,
то входное сопротивление RE ре-
ально. Это легко контролирует-
ся с помощью ГИР (рис.19.42.а.),
измерительная катушка которо-
го подносится к удлиняющей ка-
тушке антенны.
Если стоит задача согласовать
входное сопротивление RE излу-
чателя с волновым сопротивле-
нием Z кабеля питания, то снача-
ла определяют величину сопро-
тивления Re с помощью ВЧ мос-
та для измерений сопротивлений
(см. главу 31.), так как расчет в
этом случае дает только прики-
дочные значения сопротивления
потерь.
ВЧ мост включается как пока-
зано на рис. 19.42.Ь. вместо кабе-
ля питания. Мост запитывается
соответствующей резонансу час-
тотой. Иногда бывает, что нуль
моста не четко выражен. Тогда
помогает включение безиндук-
тивного сопротивления величи-
ной < 2000 Ом.
Рис. 19.42. Измерение электрически
удлиняющей катушки.
а- измерение резонансной частоты с
помощью ГИРа
Ь— Измерение входного сопротивле-
ния с помощью ВЧ моста
Рис. 19.43. Реактивный трансформа-
Если величина сопротивления
Re мало отличается от значения
Z , то не стоит принимать меры
для согласования и излучатель
можно питать напрямую. Во всех
других случаях применяют реак-
тивно-трансформирующую L-
образную схему согласования,
изображенную на рис. 19.43.
Большая часть сопротивления
определяется параллельной со-
ставляющей и обозначается
Rpar, соответственно меньшая
часть, включенная последова-
тельно, обозначается R
9 ser
Если входное сопротивление
антенны RE имеет большее значе-
ние, чем волновое сопротивление
кабеля питания Z, то предпола-
гается R = R , а антенна под-
Е par’
ключается к точке А. Если Z>RE
то входное сопротивление вклю-
чают перед Араг, а антенна под-
ключается к точке В( Re= R^).
Остается рассчитать значения
индуктивного сопротивления
и емкостного сопротивления X
г par
Для этого сначала определяют
добротность Q
Q = yj^L-i (19.12.)
К
349
Отсюда получаем индуктив-
ное сопротивление X
X = Q + R (19.13.)
ser ser v 7
и индуктивное сопротивление
X
par
R
X = (19.14.)
par Q v 7
Пример
Предположим, входное со-
противление вертикального из-
лучателя Re равно 10 Ом, а пита-
ние необходимо осуществлять с
помощью 50-омного коаксиаль-
ного кабеля.
В этом случае RE<Z, поэтому
R = R и Z= R .
Е ser par
Поэтому антенна подключа-
ется к точке В, а коаксиальный
кабель к точке А.
Согласно уравнения (19.12.)
получаем
и соответственно
^=2-10=20 Ом
X = 50/2=25 Ом.
par
Теперь можно воспользовать-
ся рис.6.19, для определения по
индуктивному сопротивлению
Х^г значения индуктивности ка-
тушки, а по рис 6.20. определить
величину емкости конденсатора,
по известному значению индук-
тивного сопротивления X =25
г par
Ом.
Если диаграмм недостаточно,
то можно воспользоваться более
точными формулами
X
£ = 0,159-----у— (19.15.)
и
Л /
par J
где L в мкГ, С в пФ, X в Ом.
Описанный способ реактив-
ного трансформатора можно с
успехом применять для всех не-
симметричных вертикальных из-
лучателей и использовать также
для многодиапазонных переклю-
чаемых антенн с удлиняющими
катушками. В случае многодиа-
пазонных антенн сложно дать од-
нозначного рецепта расчета,
слишком много переменных надо
учитывать, однако согласование
с помощью реактивного транс-
форматора легко достичь при
практической настройке, исполь-
зуя ГИР, ВЧ мост для измерения
сопротивлений, рефлектометр.
Длину многодиапазонного
излучателя выбирают обычно
между 5 и 10 метрами ( как пра-
вило 7 м). Использование меха-
нических переключателеГ связа-
но с большими потерями и м<х ой
надежностью, поэтому предпоч-
тение отдается многодиапазон-
ным безпереключательным кон-
струкциям антенн, как например
рис. 19.38. В случае автомобиль-
ных и мобильных антенн пред-
350
почтение отдают, наоборот, уд-
линяющим катушкам в сочета-
нии с реактивным трансформато-
ром.
19.7. Антенна DDRR
Эта необычная антенна верти-
• калькой поляризации была пред-
ложена радиолюбителем
W6UYH и носит название DDRR
(Directional Discontinuity Ring
Radiator). Иногда эту антенну на-
зывают Ни1а-Ноор-антенной
или просто круговой антенной.
Конструкторская схема антен-
ны DDRR, приведена на рис.
19.44.
Антенна представляет собой
диск из жести, который выполня-
ет функцию заземляющей сети,
над которым на расстоянии Н=
0,007Х (соответствует 2,5°) распо-
лагается антенный проводник в
виде обруча. Обруч в одном ме-
сте разомкнут, а один конец об-
руча в месте разрыва изогнут и
соединен электрически с заземля-
ющим диском (точка В). Рассто-
яние в месте разрыва обруча со-
Коаксиальный кабель
питания
Рис 19.44. Схема антенны DDRR
ставляет А. Второй конец обру-
ча соединяется с заземляющим
диском через конденсатор пере-
менной емкости Сг Оптималь-
ный диаметр обруча D = 0,078X,
что соответствует периметру об-
руча не многим менее А/4. Таким
образом с учетом коэффициента
укорочения и емкостной нагруз-
ки получается четвертьволновый
резонатор.
Для того, чтобы можно было
согласовать антенну на несколь-
ких резонансных частотах, длину
обруча выбирают несколько ко-
роче требуемой, а точную на-
стройку производят с помощью
конденсатора Сг Конденсатор
включен в точку максимума на-
пряжения, что предъявляет к
нему высокие требования по на-
пряжению.
При питании антенны DDRR
с помощью коаксиального кабе-
ля используют гамма-образную
схему согласования, для чего оп-
летку кабеля соединяют с зазем-
ляющим диском, а внутренний
проводник соединяют с точкой
на обруче, в которой полное со-
противление равно волновому
сопротивлению коаксиального
кабеля. Эта схема позволяет со-
гласовывать любой коаксиаль-
ный кабель с любым волновым
сопротивлением.
DDRR антенна имеет круго-
вую диаграмму направленности
в горизонтальной плоскости. В
вертикальной плоскости угол
351
вертикального излучения тем
меньше, чем больше диаметр за-
земляющего диска по отноше-
нию к диаметру D излучателя,
при этом растет соответственно
и эффективность антенны. Увели-
чению эффективности антенны
способствует подключение к за-
земляющему диску радиальных
проводников возможно больше-
го количества. Следует обращать
внимание на качество электри-
ческого контакта при подключе-
нии радиальных проводников к
диску.
DDRR антенну можно ис-
пользовать в качестве многодиа-
пазонной. Если, например, антен-
на оптимально согласована для
диапазона 10 м (15 м), то она бу-
дет работать и в диапазоне 15 м
(20 м), при этом следует учиты-
вать некоторое падение эффек-
тивности антенны.
Размеры антенны DDRR при-
ведены в таблице 19.4. В таблице
не указан диаметр заземляющего
диска, который должен быть не-
сколько больше диаметра излу-
чателя.
Таблица 19.4.
Начальную настройку антен-
ны производят с отключенным
кабелем питания. С помощью ге-
теродинного индикатора резо-
нанса (ГИР), измерительная ка-
тушка которого подносится к
отогнутому в сторону диска уча-
стку обруча, измеряют резонанс-
ную частоту. Корректировку ча-
стоты до необходимой произво-
дят вращением подстроечного
конденсатора Сг
Далее переходят к согласова-
нию антенны с кабелем питания.
Для этого антенна возбуждается
на необходимой частоте через
подсоединенный коаксиальный
кабель. Измерительным прибо-
ром является рефлектометр, с
помощью которого на поверхно-
сти обруча находят точку, при
подключении к которой внутрен-
него проводника коаксиального
кабеля в самом кабеле возника-
ют минимальные стоячие волны.
На этом настройка закончена.
Изменение частоты внутри диа-
пазона осуществляют изменени-
ем емкости конденсатора Ср при
этом рефлектометр остается под-
Любительский диапазон D Размеры антенны
н А d X С1в пФ
80м 5485 610 300 120 155 100
40м 2745 305 150 60 80 75
20 м 1375 152 75 25 40 50
15 м 1015 114 50 12 30 35
Юм 685 76 50 10 15 25
352
ключенным к кабелю питания,
являясь контрольным прибором
для индикации частоты резонан-
са.
Разумеется, конденсатор
должен быть хорошо защищен от
влияния метеоусловий, для этого
его следует поместить в герметич-
ную коробочку. Неплохим реше-
нием является дистанционное уп-
равление вращением якоря кон-
денсатора, с помощью диэлект-
рических шнуров или электричес-
кой системы управления.
Для изготовления обруча из-
лучателя используют медную или
алюминиевую трубу, можно ис-
пользовать также другие сечения
профилей. В качестве временно-
го решения можно использовать
внешнюю оплетку толстого коак-
сиального кабеля, правда при
этом возрастут потери, за счет
того, что оплетка коаксиального
кабеля свита из нескольких мед-
ных проводов.
Если предполагается эксплуа-
тировать антенну в двух диапа-
зонах, то максимальная емкость
переменного конденсатора
должна быть примерно в 5 раз
превышать значение емкости,
указанной в таблице 19.4, чтобы
обеспечить резонанс и в более
низкочастотном диапазоне. Если
же предполагается работа толь-
ко в одном диапазоне, то диаметр
трубки d излучателя можно
уменьшить, что приведет к суже-
нию полосы пропускания, одна-
ко с помощью конденсатора С,
можно всегда осуществить необ-
ходимую частотную корректи-
ровку. В случае использования
антенны DDRR в качестве при-
емной, сужение полосы пропус-
кания является преимуществом,
так как позволяет селектировать
зеркальные станции и перекрест-
ную модуляцию.
В таблице 19.4 под высотой Н
понимается минимальная высота
антенны над поверхностью зем-
ли. Увеличение высоты Н ведет к
увеличению эффективности ан-
тенны. Расстояние X дает при-
мерное представление о нахожде-
нии точки оптимального согла-
сования на обруче излучателя.
Это расстояние зависит от высо-
ты Н, диаметра проводника об-
руча J, волнового сопротивления
кабеля и проводящей способнос-
ти земли, диаметра заземляюще-
го диска. Поэтому это расстояние
не подлежит расчету и может
быть определено только опыт-
ным путем.
Эксперементальные исследо-
вания показали, что DDRR ан-
тенна имеет коэффициент усиле-
ния примерно на 2,5 дБ хуже, чем
у четвертьволнового вертикаль-
ного излучателя полной длины.
Для случая размещения антенны,
например на больших плоских
крышах, и при эксплуатации ее
особенно в низкочастотных диа-
пазонах, эта антенна является
идеальным решением. Очень
12 Антенны
353
удобна эта антенна при примене-
нии ее в мобильном варианте,
например, для диапазонов 10 и 15
м, так как роль заземляющего
диска в этом случае играет кры-
ша транспортного средства. В
этом случае антенна не является
помехой при въезде в гараж и не
служит источником опасности.
Кроме того при быстрой езде ан-
тенна не подвержена вибрации от
воздействия набегающего потока
воздуха.
Эта антенна запатентована
фирмой Нортроп и поставлена в
массовое производство.
20. Выбор подходящей коротковолновой антенны
Перед начинающим радиолю-
бителем всегда стоит в начале
задача из большого многообра-
зия антенных конструкций выб-
рать оптимальную, которая об-
ладает хорошей эффективностью
в сочетании с малыми потерями.
Начинающему радиолюбителю
можно порекомендовать начать
с конструирования приведенных
ниже антенн, так как именно они
предназначены для описанных
целей и проверены на практике.
Излучатель с круговой диаг-
раммой направленности - обла-
дает малым углом вертикально-
го излучения и требует малой
площади для монтажа. Применя-
ется в диапазонах 10,15,20 и 40 м.
Основная антенна - типа “гра-
унд-плейн” (критерии примене-
ния состояние земли, отсутствие
окружающих предметов)
Вседиапазонная антенна - об-
ладают не сильно выраженной
диаграммой направленности и
небольшим коэффициентом уси-
ления в DX-диапазонах. Реко-
мендуемые антенны: W3DZZ,
T2FD (критерии применения: за-
мыкающее сопротивление)
Направленный излучатель -
обладает небольшими потерями
в сочетании с большим коэффи-
циентом усиления. В качестве
двухстороннего направленого
излучателя для диапазонов
10,15,20 и 40 м рекомендуется Н-
образная антенна “Fauler
Heinrich” (критерием примене-
ния является высота размещения
антенны)
Направленный вращающейся
вседиапазонный излучатель -
обладает очень высоким коэффи-
циентом усиления, может рабо-
тать со всех направлений. Реко-
мендуется в качестве многодиа-
пазонной антенна V- образная
звезда (критерии применения:
большая площадь для размеще-
ния).
Направленный вращающейся
излучатель с большим коэффици-
ентом усиления для диапазонов
10,15 и 20м. Рекомендуются:
HB9CV, 3- элементная антенна
Уда-Яги (волновой канал),
“двойной квадрат”.
Для диапазона 80 м трудно
указать какую либо антенну, ко-
торая давала бы устойчивую ра-
боту при установлении дальних
связей, так для этого диапазона
необходимая длина проводника
излучателя обычно очень велика.
12*
355
Часто применяют горизонталь-
ный длинный провод, или, кто
может себе позволить, применя-
ет V образную антенну. Однако
в большинстве случаев отдают
предпочтение вседиапазонной
антенне W3DZZ, которая “еще
тянет’’ и в 80 метровом диапазо-
не.
20.1. Лучшие антенны для ус-
тановления дальних связей
Долголетняя практика радио-
любителей позволяет сделать сле-
дующие выводы относительно
антенн, наиболее пригодных для
проведения устойчивых дальних
связей (согласно журналу QST,
январь 1964г.):
Самая лучшая антенна - ан-
тенна “двойной квадрат”
Широко распространена 3-
элементная однодиапазонная ан-
тенна Уда-Яги.
Максимальные DX-результа-
ты дают вращающиеся направ-
ленные антенны
Неподвижные антенные сис-
темы, включая вертикальные из-
лучатели, дают сравнительно
плохие результаты.
Высота размещения антенны
играет большую роль, чем тип
антенны.
Хорошо выбранное место
размещения антенны (например,
хорошая поверхностная прово-
димость земли, хорошие топогра-
фические условия) может в зна-
чительной степени уменьшить
356
недостатки, связанные с типом
антенны.
Как уже отмечалось ранее,
антенна “двойной квадрат”явля-
ется наилучшей антенной для ус-
тановления дальних связей. Это
утверждение основано на практи-
ческих результатах, показываю-
щих, что при работе на большие
расстояния антенна “двойной
квадрат” является предпочти-
тельнее антенны Уда-Яги, Это
обусловлено прежде всего тем,
что антенна “двойной квадрат”
представляет систему излучате-
лей, располагаемых в несколько
этажей в вертикальной плоско-
сти, и, следовательно, вертикаль-
ный угол излучения такой систе-
мы значительно меньше, чем вер-
тикальный угол излучения антен-
ны Уда-Яги, расположенной в
одной плоскости. Как уже ранее
говорилось, уменьшение верти-
кального угла излучения приво-
дит к перекрытию большего рас-
стояния при меньшем числе пере-
отражений от F2 - слоя. При этом
электромагнитные волны мень-
шее число раз проходят через
нижние, поглощающие слои
ионосферы и поэтому обладают
большей интенсивностью на
больших расстояниях по сравне-
нию с электромагнитными вол-
нами, излученными под более
крутыми углами.
Для достижения устойчивых
связей в DX диапазонах большое
значение имеет также высота
размещения антенны над повер-
хностью земли и место располо-
жения антенны. Как видно из ри-
сунка 3.12., при высоте размеще-
ния горизонтально поляризован-
ной антенны равной ’/4Х или
кратной нечетному числу (3/4Х,
5/4Х, и т.д.), большая часть элект-
ромагнитной энергии излучается
под большими вертикальными
углами, тогда как при высоте
размещения антенны 7Д и крат-
ному четному числу (IX, 1,5Х, и
т.д.) излучение происходит под
малыми вертикальными углами,
что благоприятствует проведе-
нию дальних связей. Это относит-
ся правда к идеальному состоя-
нию земной поверхности, на ко-
торые на практике радиолюби-
тель не может рассчитывать. В за-
висимости о проводящей способ-
ности земли мнимая земля лежит
выше или ниже реальной земной
поверхности. Эффективная высо-
та антенны, как функция длины
волны, сильно подвержена вли-
янию проводящей способности
поверхности земли. При плохой
проводящей способности земли
мнимая поверхность земли нахо-
дится на десятки метров ниже
уровня настоящей поверхности
земли. Промежуточные слои зем-
ли с плохой проводящей способ-
ностью воздействуют на электро-
магнитные волны как диэлект-
рик, в котором теряется большая
или меньшая часть электромаг-
нитной энергии волн. Такие не-
благоприятные условия места
расположения антенны могут
быть улучшены только создани-
ем по возможности более боль-
шой поверхностной заземляю-
щей сети, что, для антенн верти-
кальной поляризации, например,
вообще является необходимым
условием.
20.2. Определение коэффици-
ента усиления антенны
Коэффициент усиления антен-
ны представляет собой теорети-
ческое относительное понятие,
характеризующее только, на-
сколько больше интенсивность
излучения данной антенны в на-
правлении основного максимума
диаграммы направленности по
отношению к эталонному излуча-
телю. Часто случается, что опе-
рируют понятием “коэффициент
усиления” без указания эталон-
ной антенны. В качестве эталон-
ной антенны чаще всего выступа-
ет полуволновой вибратор, одна-
ко могут использоваться элемен-
тарный вибратор или сферичес-
кий излучатель (см.главу 3.2.3.2.).
В зависимости от эталонной ан-
тенны значения коэффициента
усиления могут отличаться до
2,15 дБ. Если, например, в иност-
ранной литературе приведен ко-
эффициент усиления 3- элемент-
ной антенны Уда-Яги равный 9
дБ, можно сказать, что это зна-
чение приведено по отношению
к сферическому излучателю. По
отношению к обычному полувол-
новому вибратору коэффициент
357
усиления этой антенны составит
6,85 дБ.
Ошибочны также бывают
способы, с помощью которых
измеряют коэффициент усиле-
ния. Это утверждение особенно
справедливо для радиолюби-
тельских измерений в КВ диапа-
зоне, так как для точного опре-
деления коэффициент усиления
требуются средства, которыми
радиолюбитель порой не обла-
дает. Поэтому радиолюбители
исходят обычно из сравнитель-
ных оценок, которые были уже
получены на практике, что ве-
дет к неточному определению
коэффициента усиления.
Радиолюбитель, даже если он
в состоянии определить точно
коэффициент усиления своей ан-
тенны, расположенной в конк-
ретной точке, получит величину,
которая всегда будет отличаться
от замеренной в промышленных
условиях. Промышленные изме-
рения основываются на опреде-
ленных, приближенных к идеаль-
ным, условиях, которые радио-
любитель, конечно не может
обеспечить.
Эти соображения надо учи-
тывать при оценке той или иной
антенны с точки зрения величи-
ны ее коэффициента усиления.
21. Ультракоротковолновые антенны
Радиолюбители используют
УКВ антенны, когда работают в
2-м любительском диапазоне
волн (144-146 МГц), который
расположен между диапазонами
УКВ радиовещания и Ш-м теле-
визионным диапазоном. Поэто-
му радиолюбительские антенны
в этом диапазоне имеют те же
формы, которые отличаются
только размерами. Например,
для диапазона 2 м можно приме-
нить телевизионную антенну, со-
ответственно пересчитав ее резо-
нансную частоту и размеры, все
остальные характеристики ан-
тенны не изменяются. Таким об-
разом радиолюбитель может ис-
пользовать многочисленные про-
мышленные разработки в облас-
ти телевидения. К этому относят-
ся также монтажные детали, ка-
бельные разъемы, элементы дер-
жателей и пр., которые промыш-
ленно изготавливаются и облада-
ют антикоррозионным покрыти-
ем.
Конечно,требования предъяв-
ляемые к телевизионным антен-
нам и к радиолюбительским ан-
теннам диапазона 2 м различны:
телевизионные антенны рассчи-
тывают и конструируют так, что-
бы они имели возможно боль-
шую полосу пропускания и вход-
ное сопротивление 240 Ом, узкую
диаграмму направленности в го-
ризонтальной плоскости, малые
боковые лепестки и большое об-
ратное ослабление. В случае ан-
тенн 2 м диапазона, наоборот,
требуется относительно узкая
полоса пропускания примерно 2
МГц, которая достигается без
принятия специальных мер. Ра-
диолюбитель не связан входным
сопротивлением антенны 240 Ом,
а для нормальной эксплуатации
вполне допустимы боковые лепе-
стки не очень высокое обратное
ослабление. Для радиолюбителя
большее значение имеет узость
диаграммы направленности в
вертикальной плоскости.
21.1. Поляризация УКВ - ан-
тенн
В коротковолновом диапазо-
не поляризация антенны не име-
ет решающего значения, так как
вследствие неравномерного пере-
отражения в ионосфере первона-
чальная поляризация радиоволн
не сохраняется.
Наиболее распространенны-
ми являются горизонтально по-
359
ляризованные антенны (горизон-
тальные излучатели). Почти все
УКВ радиолюбительские стан-
ции, УКВ радиовещательные
станции (II диапазон), большая
часть телевизионных передатчи-
ков в диапазоне III и диапазоне
1V/V оснащейы горизонтально
поляризованными антеннами.
Вертикальную поляризацию ис-
пользуют небольшая часть теле-
визионных передатчиков в 1 ди-
апазоне и почти все мобильные
УКВ станции (полицейские и
др.). Круговая или элиптическая
поляризация используется в ра-
диоастрономии.
Ниже описываются УКВ ан-
тенны с горизонтальной поляри-
зацией, т.е. с горизонтальным
расположенными элементами.
Эти же антенны могут использо-
ваться в качестве антенн верти-
кальной поляризации, если ан-
тенну развернуть так, чтобы ее
элементы располагались верти-
кально. В этом случае всегда на-
рушается в некоторой степени
диаграмма направленности ан-
тенны, так как начинают влиять
металлическая мачта-носитель и
другие рядом расположенные
вертикально стоящие металли-
ческие предметы. Поэтому обыч-
но антенну с вертикальной поля-
ризацией устанавливают на гори-
зонтальной опорной траверсе.
Кроме того, на диаграмму на-
правленности влияет различное
удаление половин элементов ан-
тенны от поверхности земли.
360
21.2. Рекомендации при монта-
же и применению антенн УКВ ди-
апазона
УКВ антенны размещаются
также на возможно большем рас-
стоянии от поверхности земли.
Это требование легко выполняет-
ся для УКВ антенн, так как необ-
ходимая минимальная высота оп-
ределяется рабочей частотой ан-
тенны. Антенна 2 м диапазона,
размещенная над поверхностью
земли на высоте 10 м, имеет уже
высоту 5Х. Если бы антенну КВ
диапазона потребовалось разме-
стить на высоте 5Х, то для этого
необходима высота 100 м!
Антенны УКВ следует разме-
щать выше окружающих ее пред-
метов (здания, провода) на 2-ЗХ,
но не стоит стремиться к чрезмер-
ному увеличению высоты распо-
ложения антенны, так как в этом
случае усложняется конструкция
антенны, а практического выиг-
рыша в дальности радиосвязи
почти не достигается. Уже при
высоте расположения антенны 2Х
над земной поверхностью или
крышей здания можно считать, в
случае горизонтально- поляризо-
ванной антенны, что диаграмма
направленности соответствует
теоретической.
В любительском 2-м диапазо-
не, очень широко распростране-
ны антенны Уда-Яги, преимуще-
ства которых заключаются в не-
сложности изготовления в соче-
тании с малыми затратами. При-
меняются так же широко много-
вибраторные групповые антен-
ны, их еще называют фазовыми
антеннами, которые более слож-
ны в изготовлении, однако обла-
дают большей полосой пропуска-
ния и обеспечивают желаемую
диаграмму направленности. По-
пулярны многоэтажные антенны
Уда-Яги горизонтальной поля-
ризации, обеспечивающие увели-
чение коэффициента усиления за
счет сужения диаграммы направ-
ленности в ^-плоскости. Много-
этажные антенны Уда-Яги име-
ют те же свойства, что и много-
вибраторные антенны. Для твор-
ческих радиолюбителей суще-
ствуют целый ряд специальных
форм УКВ антенн, однако их
применение не дает особенно
больших преимуществ.
21.3. Оптимальный выбор
УКВ антенны
Начинающий радиолюбитель
в своей практике должен руко-
водствоваться принципом “от
простого к сложному”. Лучше
изготовить с помощью относи-
тельно простых средств эффек-
тивную многоэлементную УКВ
антенну, вместо того чтобы кон-
струировать сложную, с высоким
коэффициентом усиления и узкой
диаграммой направленности ан-
тенную систему, которая впос-
ледствии может оказаться не-
практичной или неэкономичной.
Работа радиолюбителя в 2-м
диапазоне существенно отличает-
ся от работы в КВ диапазоне.
Если в КВ диапазоне почти все-
гда можно установить радио-
связь, то в 2-м диапазоне эту
связь можно установить только в
определенные часы с одной или
несколькими станциями, при
этом дальности при благоприят-
ных обстоятельствах могут со-
ставлять только 100-200 км . На
большие число радиосвязей мож-
но рассчитывать только при хо-
рошем состоянии тропосферы
или в случае проведения соревно-
ваний. Устойчивые связи на ука-
занных дальностях можно полу-
чить, в общем случае, используя
простые антенны, а сложные ан-
тенны с узкой диаграммой на-
правленности оказываются здесь
неудобны. Для УКВ- радиолю-
бителя всегда представляет инте-
рес установить контакт с новой
радиостанцией. Если новая ра-
диостанция имеет очень узкую
диаграмму направленности в го-
ризонтальной плоскости, то ве-
роятность обнаружить такую ра-
диостанцию мала, так как место
расположения радиостанции не-
известно. Работая с узкоугольной
диаграммой направленности
УКВ радиолюбитель должен мо-
жет быть 10 раз повторить сигнал
“общего вызова” при 10 различ-
ных положениях луча диаграммы
направленности, и при этом каж-
дый раз искать ответный вызов
361
во всем 2-м диапазоне. Тот кто
работал в 2-м диапазоне знает,
сколько труда, времени и настой-
чивости стоит эта работа. А если
оба партнера используют узко-
угольные антенны, то вероят-
ность их радиоконтакта еще
меньше. Гораздо быстрее и на-
дежнее устанавливать радиокон-
такты используя УКВ антенну с
широким углом раскрыва в гори-
зонтальной плоскости, при этом
желаемое увеличение коэффици-
ента усиления антенны достига-
ется сужением диаграммы на-
правленности в вертикальной
плоскости, для чего применяют
многоэтажные конструкции из
простых горизонтальных антенн.
Ширина полосы пропускания в
этом случае остается равной ши-
рине полосы пропускания про-
стой антенны.
Особенно важно вышесказан-
ное для участников соревнова-
ний, так как частое вращение ан-
тенны уходит очень много драго-
ценного времени. Как показыва-
ют результаты этих соревнова-
ний, радиолюбители с узкоуголь-
ными антеннам в горизонталь-
ной плоскости, несмотря на боль-
шой коэффициент усиления сво-
их антенн, имеют значительно
худшие результаты.
Таким образом малый гори-
зонтальный угол раскрыва диаг-
раммы направленности приносит
больше недостатков, чем преиму-
ществ. Многоэтажная антенна
Уда-Яги с коэффициентом уси-
ления, равным коэффициенту
усиления одноэтажной много-
элементной антенной Уда-Яги
имеет преимущества, так как ее
коэффициент усиления образует-
ся за счет сужения диаграммы
направленности в вертикальной
плоскости, тогда как для одно-
этажной многоэлементной антен-
ны Уда-Яги - за счет сужения в
горизонтальной плоскости.
Подводя итог вышесказанно-
му можно сделать следующие ре-
комендации для практического
использования УКВ антенн 2-м
диапазона:
В случае невысоких требова-
ниях к антеннам наиболее раци-
ональны антенны Уда-Яги, име-
ющие 3-6 элементов. Многоэле-
ментные антенны Уда-Яги с
большим коэффициентом усиле-
ния неэффективны из-за малого
угла раскрыва в горизонтальной
плоскости.
В случае высоких требовани-
ях к антеннам, наиболее целесо-
образны многоэтажные антенны,
составленные из простых антенн
Уда-Яги, которые при относи-
тельно широком угле раскрыва
диаграммы направленности в го-
ризонтальной плоскости имеют
хорошие эксплутационные ха-
рактеристики.
Многоэлементные высокоэф-
фективные антенны Уда-Яги ис-
пользуются в специальных целях,
например, при попытках уста-
362
новления дальних связей путем
отражения радиоволн от метео-
ритов.
Необходимо в заключение от-
метить, что высокоэффективной
2-м УКВ антенне должен соот-
ветствовать радиоприемник, об-
ладающий высокой чувствитель-
ностью и малым уровнем шума.
В случае, если Вы хорошо “слы-
шите” другие радиостанции, а
Вас слышат плохо, то необходи-
мо исследовать особенно тща-
тельно схему связи выходного
каскада передатчика с линией
питания антенны, при настройке
которой наиболее часто допуска-
ют ошибки.
22. Продольные излучатели 2- метрового диапазона
Антенные Системы, имеющие
в основе полуволновой вибратор,
й которые излучают в направле-
нии оси антенны, называют осе-
выми или продольными излуча-
телям. Антенны, которые излуча-
ют преимущественно в сторону,
перпендикулярной своей геомет-
рической оси, называют попереч-
ными излучателями. Типичным
представителем антенны про-
дольного излучения является ан-
тенна Уда-Яги (“волновой ка-
нал”). Поперечными излучателя-
ми являются вибраторные ряды
и на их основе сконструирован-
ные многовибраторные антенны.
22.1. Направленные антенны с
двумя элементами
Двухэлементную антенну, в
основе которой лежит полувол-
новой вибратор и элементы ко-
торой находятся в одной плоско-
сти, можно рассматривать как
граничный случай между про-
дольными и поперечными излу-
чателями.
При дальнейшем расширении
эта антенна превращается в ан-
тенну Уда-Яги. В УКВ диапазо-
не 2- элементная антенна состо-
ит в общем из полуволнового
364
вибратор и пассивного рефлекто-
ра. В таком исполнении коэффи-
циент усиления антенны достига-
ет 4 дБ по отношению к полувол-
новому вибратору (см.рис. 16.1.)
22.1.1. Двухэлементная антен-
на с пассивным рефлектором
На рис. 22.1. изображена схе-
ма 2- элементной антенны с пол-
ностью металлической конструк-
цией.
Питаемый элемент представ-
ляет собой петлевой вибратор.
Рефлектор располагается на рас-
стоянии примерно О,ЗХ от вибра-
тора, которое выбирается таким
образом, чтобы входное сопро-
тивление антенны составляло 240
Ом. Поэтому антенну можно пи-
тать прямо с помощию соответ-
ствующего УКВ ленточного ка-
Рис.22.1. Схема 2- элементной антен-
ны для диапазона 2 м
беля. Для всех антенн, имеющих
входное сопротивление 240 Ом,
можно применять коаксиальный
кабель с волновым сопротивле-
нием 60 Ом, если использовать
подключенный к входным зажи-
мам антенны шлейф -симметри-
рующий трансформатор (см.гла-
ву 7.5.). Симметрирующий транс-
форматор представляет собой
частотнозависимую схему, но для
работы в 2-м диапазоне его при-
менение не приводит к ощутимо-
му сужению полосы пропуска-
ния.
Для элементов антенны, при-
веденной на рис.22.1, диаметр не
является критичнььм и может со-
ставлять 5-10 мм. Диаграмма на-
правленности имеет в горизон-
тальной плоскости (^-плоскость)
угол раскрыва примерно 75°, а в
вертикальной плоскости пример-
но 140°. Коэффициент усиления
не превышает 4 дБ, а обратное ос-
лабление составляет примерно 7
дБ. Элементы антенны в геомет-
рической середине крепятся на-
прямую к выполненной из метал-
ла траверсе антенны.
22.1.2. Антенна HB9CV для
диапазона 2 метра
Антенна HB9CV также имеет
два элемента, при этом рефлек-
тор является также питаемым
элементом и расположен на рас-
стоянии V8X от вибратора. Таким
образом длина этой антенны
мала и составляет примерно 250
Переменный Л/777”
конденсатор
направленности
Траверса
фб... Ютт
X] к внутреннему
проводнику
коаксиального кабеля
<2 *2 к оплетке
» коаксиального
' £ кабеля
С
Рис.22.2. Антенна HB9CV для диапа-
зона 2 м.
а- схема антенны
Ь- схема для подключения коакси-
ального кабеля
мм, что позволяет использовать
ее на мобильных средствах. Тео-
рия этой антенны была подроб-
но описана в главе 14.2.2.
На рис 22.2. изображена схе-
ма антенны HB9CV для диапазо-
на 2 м.
Антенна с приведенными на
схеме размерами может питаться
прямо с помощью 60-омного ко-
аксиального кабеля. Переменный
конденсатор совместно с гамма-
элементом схемы согласования
компенсирует индуктивную со-
ставляющую входного сопротив-
ления. При согласовании антен-
ны с кабелем питания вращени-
ем конденсатора с помощью реф-
лектометра устанавливают мини-
мальный уровень стоячих волн в
кабеле питания. Далее можно
365
заменить переменный конденса-
тор на постоянный с емкостью,
равной значению емкости пере-
менного конденсатора, найден-
ной при согласовании (ориенти-
ровочно 12 пФ).
Оба элемента гамма-образ-
ной схемы согласования, а также
линия связи меркду ними изготов-
ляется из медной проволоки диа-
метром 2 мм, которая может
быть в изоляции. Следует обра-
щать внимание, чтобы зазор меж-
ду элементами антенны и линией
связи был не менее 4 мм. Диаметр
элементов антенны составляет
бмм+20%.
Диаграмма направленности в
Е-плоскости представляет карди-
оиду с углом раскрыва пример-
но 75°. Антенна характеризуется
большим обратным ослаблени-
ем, что позволяет рекомендовать
ее в качестве хорошей пеленгаци-
онной антенны, например, для
“охоты на лис”. Коэффициент
усиления может достигать 5 дБ.
Небольшие габариты, расходы
материала создают этой антенне
преимущества по сравнению с 3-
х элементной антенной Уда-Яги.
22.2. Антенна Уда-Яги
Антенны Уда-Яги (“волновой
канал”) были уже описаны в гла-
ве 16 для применения в КВ диа-
пазоне. Все сказанное выше,
включая рекомендации по монта-
жу и применяемому материалу,
справедливо и для применения
366
этих антенн и в УКВ диапазоне.
Коэффициент усиления, входное
сопротивление, полоса пропуска-
ния, диаграмма направленности
антенны Уда-Яги зависит от раз-
меров элементов, расстояния
между элементами и диаметра
элементов антенны. Даже при 3-
элементной антенне существуют
большие возможности по измене-
нию характеристик антенны, а с
ростом числа элементов эти воз-
можности умножаются. Даже
до настоящего времени не уда-
лось охватить все возможности
многоэлементных антенн Уда-
Яги, несмотря на многочислен-
ные теоретические и эксперимен-
тальные исследования.
Однако существует некоторые
общие правила, которое позволя-
ет систематизировать длины эле-
ментов и расстояние между эле-
ментами и устанавливает при-
ближенно закономерности, как
изменяются характеристики ан-
тенна в зависимости от измене-
ния длины и расстояния между
элементами.
В некотором приближении
можно сказать, что длина реф-
лектора должна быть на 5 %
больше длины питаемого элемен-
та, при этом длина рефлектора
зависит от расстояния рефлекто-
ра до питаемого элемента и от
отношения Did. В общем справед-
ливо, что для малых расстояний
между рефлектором и питаемым
элементом длина рефлектора
должна быть больше. Оптималь-
ным расстоянием, с точки зрения
величины коэффициента усиле-
ния , является расстояние до реф-
лектора 0,12-0,15Х. Однако при
таких расстояниях до рефлекто-
ра сильно уменьшается сопротив-
ление на зажимах питаемого эле-
мента и увеличивается полоса
пропускания. Поэтому обычно
выбирают расстояние до рефлек-
тора равным 0,2-0,ЗХ, при кото-
ром входное сопротивление
уменьшается незначительно.
Применение нескольких настро-
енных рефлекторов не приносит
ощутимой пользы.
Наоборот, применение не-
скольких настроенных директо-
ров увеличивают направлен-
ность антенны и соответственно
коэффициент усиления. Для 3-
элементной антенны с одним ди-
ректором с точки зрения макси-
мального коэффициента усиле-
ния оптимальным является рас-
стояние до рефлектора 0,25 X и
расстояние до директора 0,15-
0,25Х. При этом оптимальная
длина элемента директора со-
ставляет 0,43-0,46Х. Здесь также
существует правило, что малому
расстоянию до директора (0,15Х)
должна соответствовать большая
длина директора (примерно
0,46Х) и наоборот. В случае при-
менения нескольких директоров
их длины уменьшаются по мере
удаления от питаемого элемента.
Все длины пассивных элементов
и расстояния между ними сказы-
ваются на резонансной длине пи-
таемого элемента.
Обычно антенны Уда-Яги
имеют полностью металличес-
кую конструкцию. Это означает,
что все элементы антенны кре-
пятся в их геометрической сере-
дине (минимум напряжения) пря-
мо на металлической траверсе без
изоляторов. Такая конструкция
имеет механическую стабиль-
ность и преимущества при защи-
те от молнии.
Диаметр несущей траверсы
немного влияет на ширину поло-
сы пропускания антенны и выби-
рается обычно 15-30 мм для при-
веденных ниже антенн, если о нем
нет указания. При больших диа-
метрах траверсы элементы антен-
ны должны быть немного увели-
чены. Материал и сечение тра-
версы не имеют существенного
значения и определяются , в пер-
вую очередь, прочностными со-
ображениями. Также могут с ус-
пехом применяться траверсы из
дерева или синтетического мате-
риала.
Горизонтальная антенна Уда-
Яги крепиться к металлической
мачте за траверсу, в точке цент-
ра тяжести антенны. Многоэле-
ментные длинные антенны долж-
ны иметь дополнительные рас-
порки. Вертикально- поляризо-
ванные антенны Уда-Яги крепят-
ся с помощью горизонтально
расположенной трубы.
367
Для изготовления элементов
антенны обычно используются
металлические трубки, другие
профили применять не рекомен-
дуется. Лучшим материалом яв-
ляется алюминий, который обла-
дает хорошей проводимостью,
легок и не подвержен коррозии.
Сплавы легких металлов склон-
ны к коррозии и их необходимо
защищать от внешних условий.
Это относится и к трубкам из
меди или стали, которые покры-
вают лаком или наносят серебря-
ный слой, с целью защиты от об-
разования оксидной пленки и
придания лучших проводящих
свойств. Оксидный слой, обладая
полупроводниковыми свойства-
ми, снижает поверхностную про-
водимость проводника на высо-
кой частоте.
Ниже будут приведены разме-
ры и характеристики целого ряда
антенн Уда-Яги для резонансной
частоты 145 МГц (середина 2-м
диапазона), которые были опро-
бованы на практике. Точки ми-
нимума напряжения, в которых
происходит заземление элемен-
тов, отмечены на схемах. Все раз-
меры приведены в мм.
22.2.1. Антенны Уда-Яги с тре-
мя элементами
На рис 22.3. приведена схема
3- элементной антенны Уда-Яги,
которая характеризуется боль-
шой полосой пропускания.
Эта антенна имеет входное
сопротивление 240 Ом и может
Переменный А7777?
конденсатор
Ь)
направленности
0*1
Траверса
фБ...10тт
Xj к внутреннему
проводнику
коаксиального кабеля
<2 *2 к оплетке
» коаксиального
~ £ кабеля
Рис. 22.3. Схема 3-элементной антен-
ны Уда-Яги с большой полосой про-
пускания
бать напрямую запитана с помо-
щью соответствующего УКВ
ленточного кабеля. Антенна мо-
жет быть запитана также через
симметрирующий трансформа-
тор.
Характеристики антенны
Диаметр элементов - 5-10мм
Входное сопротивление 240 Ом
Длина антенны 580 мм
Коэффициент усиления 5 дБ
Заднее ослабление ~ 14 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а £) -70 °
Вертикальный угол
раскрыва (а н) -110°
(горизонтальная поляризация)
3- элементная антенна Уда-
Яги с оптимальными размерами
для получения максимального
коэффициента усиления приведе-
368
Рис. 22.4. 3- элементная антенна Уда-Яги с небольшой полосой пропуска-
ния и большим коэффициентом усиления.
а- схема антенны, входное сопротивление 70 Ом.
Ь- конструкция питаемого элемента для входного сопротивления 240 Ом.
на на рис. 22.4. Несмотря на при-
менение петлевого вибратора,
входное сопротивление антенны
составляет 60 Ом. Коаксиальный
кабель можно подключить с по-
мощью симметрирующей схемы,
описанной в главе 7. Входное со-
противление можно увеличить до
240 Ом, если петлевой вибратор
изготовить с элементами различ-
ного диаметра (рис.22.4.Ь.)
Характеристики антенны
Диаметр элементов - 5-8мм
Входное
сопротивление 70 или 240 Ом
Длина антенны 830 мм
Коэффициент усиления 6 дБ
369
Заднее ослабление ~ 15 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а £) =65°
Вертикальный угол
раскрыва (а я) =95 °
(горизонтальная поляризация)
22.2.2. 6- элементная антенна
Уда-Яги
На рис 22.5 представлена схе-
ма 6-и элементной антенны Уда-
Яги с большим коэффициентом
усиления, полоса пропускания
которой охватывает 2 м диапа-
зон. Входное сопротивление ан-
тенны составляет 70 Ом и может
быть увеличено до 240, если при-
менить петлевой вибратор, изоб-
раженный на рис.22.4.Ь, изменив
длину вибратора на 946 мм.
Характеристики антенны
Диаметр элементов - 6-8 мм
Входное
сопротивление 70 или 240 Ом
Длина антенны 1500 мм
Коэффициент усиления 8,5 дБ
Заднее ослабление = 17 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а £) =55 °
Вертикальный угол
раскрыва (а н) =70 °
(горизонтальная поляризация)
22.3. Многоэлементные (длин-
ные) антенны Уда-Яги
При рассмотрении многоэле-
ментных антенн Уда-Яги антен-
ну условно делят на три зоны:
возбуждающий центр, переход-
ная зона и проводящая волновая
система (рис.22.6.)
В возбуждающем или излуча-
ющем центре расположены пита-
емый элемент, рефлектор, а так-
же элементы, увеличивающие
полосу пропускания антенны
(так называемые компенсацион-
ные элементы). Возбуждающий
центр определяет в основном ве-
личину входного сопротивления
антенны.
В примыкающей к излучаю-
щему центру переходной зоне на-
ходятся один или несколько ди-
ректоров, задача которых заклю-
чается оптимально согласовать
возбуждающий центр с волновой
проводящей системой.
Волновая проводящая систе-
ма определяет фактически диаг-
рамму направленности многоэле-
ментной антенны Уда-Яги. Как
показывают исследования, эле-
менты волновой проводящей си-
стемы не влияют существенно на
входное сопротивление и шири-
ну пропускания антенны.
Рис.22.6. Деление мно-
гоэлементной антенны
Уда-Яги на зоны
370
Расстояние между директора-
ми в проводящей системе может
достигать 0,35Х. При дальнейшем
увеличении этого расстояния до
0,4Х коэффициент усиления ан-
тенны резко падает. При боль-
ших расстояниях между директо-
рами в проводящей системе пер-
вый директор в переходной зоне
располагается очень близко
(0,1X) к питаемому элементу и ан-
тенна становится очень критич-
ной к размеру этого первого
директора и расстоянию до него.
Коэффициент усиления мно-
гоэлементной антенны Уда-Яги
определяется в первую очередь
длиной антенны, отнесенной к
рабочей частоте. В случае опти-
мального расположения элемен-
тов антенны по ее длине коэффи-
циент усиления может достигать
значений, приведенных на графи-
ке рис. 22.7.
Рис.22.7. Коэффициент усиления
многоэлементной антенны Уда-Яги
в зависимости от длины антенны в к
при оптимальном расположении эле-
ментов и оптимальных размерах (по
отношению к полуволновому вибра-
тору)
Из графика видно, что не
имеет большого смысла делать
длину антенны больше чем 2,5Х,
так как при больших длинах рост
коэффициента усиления незначи-
телен по отношению к затратам.
Принцип конструирования
многоэлементных антенн Уда-
Яги заключается в том, что на
большой длине антенны директо-
ры располагаются на возможно
большем расстоянии друг от дру-
га в проводящей системе. Это
позволяет упростить и облегчить
конструкцию, одновременно по-
лучая значение коэффициента
усиления, равное антенне Уда-
Яги с нормальным расположени-
ем элементов. Особенно критич-
на установка директоров в пере-
ходной зоне, поэтому при конст-
руировании антенны Уда-Яги
следует обращать особое внима-
ние точности изготовления эле-
ментов и их расположению.
22.3.1. 5- элементная антенна
Уда-Яги с оптимальным коэффи-
циентом усиления
Эта легкая и эффективная ан-
тенна, предложенная радиолюби-
телями DM2BUO и DM2BWO,
изображена на рис.22.8.
Особенностью этой антенны
является, что она состоит только
из директоров. Директоры обес-
печивают такое усиление, что
роль рефлектора уже незначи-
тельна. Антенна рассчитана на
371
Характеристики антенны
Диаметр элементов 4-6 мм
Диаметр траверсы 20 мм
Входное сопротивление 240 Ом
Длина антенны 4150 мм
Коэффициент усиления =13,5 дБ
Заднее ослабление Горизонтальный угол =19 дБ
раскрава (а £) =35°
Вертикальный угол раскрыва (а я) =40°
(горизонтальная поляризация)
Рис.22.9.9- элементная антенна Уда-
Яги радиолюбителя DL6WU
а- конструктивная схема антенны
b- Т- образная схема согласования
питаемого элемента
Рис.22.10. Обший вид 9-элементной
антенны Уда-Яги, изготовленной
радиолюбителем DM3ZSF. Внизу
расположена нормальная 5-элемен-
тная антенна Уда- Яги.
22.3.3. 10- элементная антен-
на Уда-Яги
10- элементная с большим ко-
эффициентом усиления узкопо-
лосная антенна Уда-Яги пред-
ставлена на рис 22.11.
Антенна имеет длину 1,8Х, что
несколько короче, чем 9- элемен-
тная антенна. Эту антенну мож-
но считать переходной от антенн
с максимальным расстоянием
между директорами и нормаль-
ным расстоянием между дирек-
торами.
Приведенные на рис.22.11,
размеры справедливы в случае
использования металлической
траверсы диаметром 20 мм. В
этом случае также возможно пи-
тание антенны с помощью Т-
образной схемы согласования.
Более благоприятным все же ва-
риантом, было бы применение
питаемого элемента, приведенно-
го на рис. 22.1 l.b. Он представ-
ляет собой петлевой (шлейфо-
373
вый) вибратор с различными ди-
аметрами элементов, который
увеличивает входное сопротивле-
ние до 240 Ом и позволяет напря-
Рис.22.11. 10- элементная антенна
Уда-Яги
а - конструктивная схема
Ь- питаемый элемент
Рис.22.12. 10-элементная антенна
Уда-Яги радиолюбителя ОЕ2ВМ
мую подключать УКВ плоскую
линию питания с волновым со-
противлением 240 Ом.
На рис. 22.12 представлена
фотография изготовленной ра-
диолюбителем ОЕ2ВМ по приве-
денным выше размерам 10-эле-
ментная антенна Уда-Яги. Ан-
тенна имеет Т-образную схему
согласования и диаметр пассив-
ных элементов 3 мм. Тонкие пас-
сивные элементы облегчают кон-
струкцию и уменьшают ветровое
сопротивление антенны.
В небольших пределах воз-
можна подстройка Т- образного
элемента. Изменяя в небольших
пределах расстояние до первого
директора можно осуществлять
корректировки характеристик
антенны.
Характеристики антенны
Диаметр
элементов 4 мм (3-5 мм)
Питаемый элемент
см. рис 22.1 l.b.
Диаметр металлической
траверсы 20 мм
Входное сопротивление 240 Ом,
симметрии.
Длина антенны 3630 мм
Коэффициент усиления ~ 12,5 дБ
Заднее ослабление ~ 19 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а Е) =37°
Вертикальный угол
раскрыва (а я) =43 °
(горизонтальная поляризация)
374
Рис.22.8.5- элементная антенна Уда-
Яги
а- конструктивная схема антенны
Ь- схема питаемого элемента
входное сопротивление 130-150
Ом для облегчения создания на ее
основе многоэтажной антенны.
Для получения другого входного
сопротивления можно использо-
вать Т- образную схему согласо-
вания. Но это рекомендуется де-
лать только в том случае, если
имеется соответствующая изме-
рительная аппаратура дляч на-
стройки.
Характеристики антенны
Диаметр питаемого
элемента (медная трубка) 9 мм
Диаметр директоров
(алюминиевая
трубка) 8,5 мм(7-10 мм)
Диаметр
траверсы 18 мм (до 50 мм)
Входное
сопротивление 130-150 Ом
Длина антенны 2150 мм
Коэффициент усиления 10,8 дБ
Заднее ослабление ~ 16,5 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а £) =44°
Вертикальный угол
раскрыва (а н) =50 °
(горизонтальная поляризация)
22.3.2. 9- элементная антенна
Уда-Яги
Разработанная радиолюбите-
лем DL6WU для 2-м диапазона
9- элементная антенна Уда-Яги
рассчитана на максимальный ко-
эффициент усиления и имеет дли-
ну примерно 2Х. На рис 22.9.
изображена конструктивная схе-
ма этой антенны , а на рис.20.10
представлен общий вид антенны,
изготовленной радиолюбителем
DM3ZSF. На рис 22.9.Ь. пред-
ставлена Т- образная схема со-
гласования с сопротивлением на
зажимах 240 Ом.
В небольших пределах воз-
можна подстройка Т- образного
элемента. Изменяя в небольших
пределах расстояние до первого
директора можно осуществлять
корректировки характеристик
антенны.
372
22.3.4. 11- элементная антен-
на Уда-Яги
Эта антенна является приме-
ром применения современных
знаний в области конструирова-
ния антенн (рис.22.13.). В антен-
не применены относительно тол-
стые пассивные элементы, а про-
сой петлевой вибратор без допол-
нительных согласующих элемен-
тов имеет входное сопротивление
240 Ом. Ширина полосы пропус-
кания антенны выходит за преде-
лы 2-м диапазона (примерно от
142 до 148 МГц). Антенна имеет
хороший коэффициент усиления
и хорошие электрические харак-
теристики, что позволяет особен-
но ее рекомендовать для изготов-
ления.
Рис.22.13. 11- элементная антенна
Уда-Яги
В небольших пределах воз-
можна подстройка Т- образного
элемента. Изменяя в небольших
пределах расстояние до первого
директора можно осуществлять
корректировки характеристик
антенны.
Характеристики антенны
Диаметр элементов 12 мм
Диаметр траверсы 15-30 мм
Входное сопротивление 240 Ом
Длина антенны 4125 мм
Коэффициент усиления = 12 дБ
Заднее ослабление =20 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а £) =38 °
Вертикальный угол
раскрыва (а н) =43 °
(горизонтальная поляризация)
22.3.5.24- элементная антенна
Уда-Яги подвесной конструкции
Конструкция такой экстре-
мально многоэлементной антен-
ны, имеющей длину 16 м и коэф-
фициент усиления 17 дБ, была
предложена радиолюбителем
DJ4OB. Элементы антенны кре-
пятся необычно, как показано на
рис. 22.14.а, на двух перлоновых
шнурах (0 1,5 мм, длина каждо-
го 16 м), которые расположены
на расстоянии 400 мм друг от дру-
га. Шнуры крепятся к деревян-
ным планкам, которые подвеши-
ваются на несущих мачтах.
Все пассивные элементы изго-
тавливаются из легких металли-
ческих трубок или прутков диа-
375
Рис.22.14. 24-элементная антенна Уда-Яги подвесной конструкции,
а- конструктивная схема
Ь- эскиз питаемого элемента
метром 3 мм крепятся к шнурам
с помощью коротких отрезков
провода или перлоновыми нит-
ками. Можно также просверлить
в пассивных элементах отверстия
0 1,8 мм и продеть через них пер-
лоновые шнуры.
Излучатель представляет со-
бой петлевой (шлейфовый) виб-
ратор с толстым непрерывным
проводником диаметром 8 мм и
длиной 998 мм (медная или алю-
миниевая трубка), на рассто-
янии 60 мм от которого распола-
гается тонкий нижний разорван-
ный проводник диаметром 2 мм.
Сопротивление такого шлейфо-
вого вибратора с элементами раз-
376
личного диаметра в 6,3 раза боль-
ше входного сопротивления по-
луволнового вибратора и равно
240 Ом. ( см. рис. 4.4.). Из этого
следует, что в случае использова-
ния в качестве питаемого элемен-
та полуволнового вибратора,
входное сопротивление антенны
будет равно 38 Ом.
Антенна крепиться между дву-
мя мачтами, причем мачта, рас-
положенная в направлении ос-
новного излучения, должна
бать изготовлена из дерева. Если
местные условия не позволяют
укрепить такую антенну, то мож-
но удалить несколько директо-
ров, незначительно уменьшив
таким образом коэффициент уси-
ления . При этом входное сопро-
тивление антенны незначительно
увеличивается.
Минимальное провисание ан-
тенны обеспечивают сильным
натяжением шнуров. Материал
шнуров должен быть выбран с
учетом того, чтобы исключить
провисание и растяжение шнуров
под влиянием времени или метео-
условий (например, стекловолок-
но).
Такая многоэлементная ан-
тенна может служить в основном
для проведения дальних связей в
одном направлении. Горизон-
тальный и вертикальный угол
раскрава антенны составляет
примерно 23°. Ширина полосы
пропускания соответствует поло-
се 2-м диапазона. Расстояния
между элементами антенны были
определены автором антенны в
ходе длительных эксперементов,
целью которого было получение
максимального коэффициента
усиления . При повторении ан-
тенны рекомендуется изменять
расстояния между элементами,
одновременно осуществляя кон-
троль по индикатору напряжен-
ности поля.
Эта антенна конечно мало
подходит для нормальной радио-
любительской практики. Однако
она может быть использована ра-
диолюбителями для специальных
целей, так как является очень не
дорогой.
22.4. Многоэтажные антенны
Уда-Яги
Как уже ранее говорилось,
длинные и многоэлементные ан-
тенны Уда-Яги мало пригодны
для радиолюбительской практи-
ки в 2-м диапазоне, так как име-
ют узкую диаграмму направлен-
ности в горизонтальной плоско-
сти. Если использовать много-
этажные антенны Уда-Яги, то
большой коэффициент усиления
достигается за счет сужения ди-
аграммы направленности в вер-
тикальной плоскости, при этом
сохраняется большой угол рас-
крыва диаграммы направленно-
сти, равный угле раскрыва оди-
ночной антенны, в горизонталь-
ной плоскости (см. главу 13.2.).
Таким образом многоэтажные
антенны объединяют в себе пре-
имущества относительно боль-
шого угла раскрыва в горизон-
тальной и малого угла раскрыва
в вертикальной плоскости диаг-
раммы направленности.
Для лаконичной характерис-
тики многоэтажных антенн не-
мецкие радиолюбители использу-
ют упрошенную терминологию.
Например, для характеристики
2- этажной, расположенной одна
над другой, 6- элементной антен-
ны Уда-Яги , говорят 6x6. Для
трех этажей: 6x6x6.
Четыре этажа 3- элементной
антенны Уда-Яги обозначаются
3 х 3 х 3 х 3.
377
Строго говоря, многоэтаж-
ные антенны принадлежат к
групповым (многовибраторным)
антеннам, так как под многовиб-
раторными антеннами понимает-
ся каждое антенное устройство,
которое состоит из объединения
нескольких одинаковых антен-
ных систем. В радиолюбительс-
кой же практике принято пони-
мать под групповыми антенна-
ми только те антенны, питаемый
элемент которых образует волно-
вой вибратор.
22.4.1. Расстояние между эта-
жами
Теоретически, выигрыш коэф-
фициента усиления от размеще-
ния второй антенны на втором
этаже составляет 3 дБ, при усло-
вии, что расстояние между этажа-
ми выдержано оптимально и ан-
тенны запитываются равномерно
и синфазно. На практике выиг-
рыш составляет несколько мень-
ше значение.
Расстояние между этажами
определяет максимальный коэф-
фициент усиление антенной сис-
темы и количество боковых лепе-
стков диаграммы направленнос-
ти, причем при увеличении коэф-
фициента усиления увеличива-
ются и боковые лепестки. Появ-
ление боковых лепестков ведет к
потерям энергии, поэтому на
практике ограничиваются выиг-
рышем коэффициент усиления
2,5-2,8 дБ. Если же рассчитыва-
378
ют антенну по минимальным бо-
ковым лепесткам, то ограничива-
ются выигрышем усиления в 1,5-
2,5 дБ. Для многоэтажных ан-
тенн вышесказанное также спра-
ведливо, поэтому реальный вы-
игрыш коэффициента усиления
от применения каждой пары эта-
жей составляет 2,4—2,7 дБ.
Пример
3- элементная антенна Уда-
Яги , изображенная на рис. 22.3,
имеет коэффициент усиления
5дБ, горизонтальный угол рас-
крыва 70°, вертикальный угол
раскрыва 110°. Рассчитать 2-
этажную антенну на основе этой
3- элементной антенны.
Коэффициент усиления двухэ-
тажной антенны составит 5дБ +
2,7 дБ = 7,7 дБ.
Угол раскрыва в горизонталь-
ной плоскости не изменится и
составит 70°.
Угол раскрыва в вертикаль-
ной плоскости, согласно рис. 3,19
составит примерно 68°.
Для дальнейшего увеличения
коэффициента усиления на 2,7
дБ, надо удвоить количество эта-
жей, это значит использовать 4
этажа (3 х 3 х 3 х 3). В этом случае
общий коэффициент усиления
равен 7,7 дБ + 2,7 дБ = 10,4 дБ.
Горизонтальный угол раскрыва
также не изменяется, а вертикаль-
ный угол уменьшится, согласно
рис.3,19 до 37°.
При определенных условиях
диаграмма направленности
многоэтажной антенны вычисля-
ется математически по известной
диаграмме направленности ос-
новной антенны. Для практичес-
кого применения, радиолюбите-
ля прежде всего интересует рас-
стояние между этажами при ко-
тором достигается максималь-
ный коэффициент усиления. По-
этому в дальнейшем влияние по-
являющихся боковых лепестков
будет рассматриваться только
тогда, когда они ведут к умень-
шению усиления антенны.
В главе 3.2.3.3 было уже рас-
смотрена зависимость эффектив-
ной площади каждой антенны и
коэффициента усиления. Если две
однотипные антенны с известной
эффективной площадью разме-
щают друг над другом, то макси-
мальный коэффициент усиления
будет в том случае, когда эффек-
тивные площади касаются друг
друга, но не пересекаются (см.
рис. 3.22.). Значение максималь-
ного Коэффициента усиления, в
этом случае, приближенно вы-
числяют по формуле (3,26).
Приблизительно можно опре-
делить расстояние между этажа-
ми антенны, соответствующее
максимальному коэффициенту
усиления по таблице 22.1.
Если конструируют много-
этажную антенну, используя в ка-
честве основной антенны много-
элементную длинную антенну
Уда-Яги, то расстояние между
этажами получают, умножая дли-
ну антенны на 0,75.
Таблица 22.1. Приблизительные зна-
чения расстояния между этажами д ля
получения максимального коэффи-
циента усиления многоэтажной ан-
тенны
Кол-во Расстояние между
этажей этажами в X
3 0,70
4 0,77
5 0,86
6 0,95
7 1,05
8 1,13
9 1,2
10 1,3
При определении расстояния
между этажами действует прави-
ло, что чем больше коэффициент
усиления основной антенны, тем
больше эффективная площадь
антенны и тем больше должно
быть расстояние между этажами
в многоэтажной антенне.
Если конструируют много-
этажную антенну из расчета ми-
нимальных боковых лепестков,
то расстояние между этажами вы-
бирают между 0,5Х для коротких
антенн (до 4 элементов) и 0,65Х
для 10-элементных антенн.
22.4.2. Питание многоэтажных
антенн Уда-Яги
Основным правилом для пи-
тания многоэтажных антенн яв-
ляется синфазность и равномер-
ность питания антенн всех эта-
жей. Для этого существуют две
возможности:
379
Возбуждение антенн с помо-
щью настроенных линий связи,
которые одновременно выполня-
ют функции трансформирующих
элементов и формируют на зажи-
ме питания многоэлементной ан-
тенны необходимое сопротивле-
ние.
Возбуждение антенн с помо-
щью ненастроенных линий связи,
которые не обладают трансфор-
мирующими свойствами.
Питание с помощью настро-
енных линий связи частично
было рассмотрено в главе 13.2.
для многовибраторных антенн,
для которых этот вид питания
является основным.
Для возбуждения многоэтаж-
ных антенн Уда-Яги ненастроен-
ные линии связи предпочтитель-
нее, так как в этом случае рассто-
яние между этажами можно уста-
навливать без излишних механи-
ческих трудностей. Кроме того
линии связи не зависят от часто-
ты и не ограничивают полосу
пропускания системы. На рис
22.15 приведен пример примене-
ния возбуждения антенны этим
методом.
гт
Рис.22.15. Синфазное возбуждение
двухэтажной антенны Уда-Яги с по-
мощью ненастроенных линий связи
Для применения этого метода
возбуждения должны быть со-
блюдены следующие требования:
Входное сопротивление от-
дельных систем должно бвть оди-
наковым (в примере оно состав-
ляет 240 Ом).
Волновое сопротивление ли-
ний связи должно быть равно
входному сопротивлению от-
дельной основной системы ( в
примере Z= 240 Ом.)
Длина линий связи £,+£, лю-
бая и может соответствовать лю-
бому расстоянию между этажа-
ми. Однако все идущие к цент-
ральным зажимам антенн линии
связи должна иметь равную дли-
ну (в примере Lx-L2 ).
Необходимый принцип син-
фазного питания будет соблюден,
если зажимы питания вибрато-
ров отдельных систем соединены
параллельно между собой( в при-
мере а с а, b с Ь).
На центральных зажимах пи-
тания входные сопротивления
обоих антенн включаются па-
раллельно, поэтому входное со-
противление многоэтажной ан-
тенны равно половине входного
сопротивления отдельной, со-
ставляющей ее антенны (в приме-
ре 120 Ом). В случае многоэтаж-
ной антенны, входное сопротив-
ление уменьшается в число раз,
соответствующее количеству со-
ставляющих антенн. Например,
для 4- этажной антенны, которая
составлена из антенн Уда-Яги с
380
Рис.22.16. 2- этажная антенна Уда-
Яги по схеме 6x6
аты
а)
Рис. 22.17. Питаемый элемент 2-
этажной антенны 6x6.
а- Питаемый элемент и Y- образная
линия питания
Ь- Половина питаемого элемента
с- Распределение тока на питаемом
элементе
сопротивлением каждой 240 Ом,
входное сопротивление составит
60 Ом. Таким образом можно пи-
тать антенну с помощью коакси-
ального кабеля через симметри-
рующий трансформатор (см. гла-
ву 7.).
Часто случается, что входное
сопротивление многоэтажной
антенны не соответствует вол-
новому сопротивлению кабеля
питания. В том случае исполь-
зуют известные схемы согласо-
вания, например, четвертьвол-
новый трансформатор, для по-
лучения желаемого сопротивле-
ния (см.главу 6).
Существующие другие мето-
ды возбуждения многоэтажных
антенн Уда-Яги бадут рассмот-
рены в главе 23.
Метод питания с помощью
ненастроенных линий связи по-
зволяет питать любые много-
этажные антенны Уда-Яги. Да-
лее будут описаны несколько
конструкций многоэтажных ан-
тенн с питанием через ненастро-
енные линии.
22.4.3. Двухэтажная антенна
Уда -Яги OH2EW по схеме 6x6
Двухэтажная антенна Уда-
Яги , изображенная на рис. 22.16,
была предложена радиолюбите-
лем OH2EW и имеет оригиналь-
ную схему питания, которая осо-
бенно популярна среди британс-
ких радиолюбителей.
На рис 22.17.а. представлен
отдельно питаемый элемент ан-
тенны, представляющий прямоу-
гольник с периметром 3048 мм.
381
Данная антенна предназначена
для работы в диапазоне 2 м, и
поэтому периметр соответствует
1,51, т.е. каждая половина прямо-
угольника имеет длину 0,751. При
этих условиях синфазное возбуж-
дение обоих этажей невозможно.
Принцип работы станет ясен,
если внимательнее рассмотреть
возбуждение верхней и нижней
половин прямоугольника с уче-
том Y- образной линии переда-
чи, изображенной на рис. 22.17.Ь.
Видно, что Y-образная линия
представляет длиной 570 мм( 2
проводника по 285 мм каждый)
представляет как раз недостаю-
щий до 11 четвертьволновый от-
резок. Так как Y- образная ли-
ния работает одновременно для
каждой половины прямоуголь-
ника, то питаемый элемент состо-
ит практически из 2 квадратов,
имеющих длину по IX. На
рис.22.17.с. показаны направле-
ния тока в проводниках питаемо-
го элемента. Из рисунка видно,
что горизонтальные проводники
питаемого элемента возбуждают-
ся синфазно.
Расстояние между этажами
составляет примерно 0,6Х (1144
мм) при длине траверсы IX соот-
ветствует увеличению коэффици-
ента усиления на 2,3 дБ.
Размеры элементов и рассто-
яние между ними приведены на
рис. 22.16, а размеры питаемого
элемента и Y-образной линии на
рис .22.17.
382
Пассивные элементы изготав-
ливаются из 5 мм прутков, а пи-
таемый элемент и Y- образная
линия питания - из прутков или
трубок диаметром 8 мм. В пред-
ложенной конструкции несущие
траверсы были изготовлены из
U- образного алюминиевого
профиля с размерами 20x20x2 мм.
Приведенные выше размеры тол-
щины элементов некритичны,
могут допускаться отклонения до
+20%.
Характеристики антенны
Диаметр элементов
см. текст
Диаметр металлической
траверсы 20-30 мм
Длина антенны 2100 мм
Расстояние между
этажами 1144 мм
Входное сопротивление 240 Ом
Коэффициент усиления = 12 дБ
Заднее ослабление =20 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а Е) =50°
Вертикальный угол
раскрыва (а н) =35 °
(горизонтальная поляризация)
Антенна может быть запита-
на с помощью симметрирующе-
го элемента напрямую через ко-
аксиальный кабель соотв' тству-
ющего волнового сопроти. те-
ния.
22.4.4. Двухэтажная антенна
Уда-Яги по схеме 4x4
На рис. 22.18. представлена
двухэтажная антенна, состоящая
из двух коротких 4- элементных
антенн Уда-Яги и питаемым эле-
ментом, принцип которого был
описан выше.
Питаемый элемент имеет та-
кие же размеры, как и у антенны
6x6. Размеры пассивных элемен-
тов и расстояние между ними ко-
нечно отличаются. Все особенно-
сти конструкции можно видеть из
рис. 22.18. Входное сопротивле-
ние 2-х этажной антенны состав-
ляет 75 Ом, что позволяет питать
ее через симметрирующее уст-
ройство напрямую с помощью
подходящего коаксиального ка-
беля.
Характеристики антенны
Диаметр элементов 6-8 мм
Диаметр металлической
траверсы 15-30 мм
Длина антенны 1230 мм
Расстояние между
этажами 1144 мм
Входное сопротивление 75 Ом
Коэффициент усиления =9 дБ
Заднее ослабление = 16 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а £) =60°
Вертикальный угол
раскрыва (а я) =55°
(горизонтальная поляризация)
22.4.5. 2-х этажная Уда-Яги
антенна DL3FM по схеме 4x4
Питание многоэтажных ан-
тенн с помощью ненастроенных
линий связи имеет только один
недостаток: эти линии как прави-
ло выполняются из УКВ ленточ-
ного кабеля с волновым сопро-
тивлением 240 Ом, который под-
вержен метеоусловиям и со вре-
менем теряет свои хорошие каче-
ства. Этим недостатком не обла-
дают настроенные линии связи.
В качестве примера этого ме-
тода возбуждения приведена ан-
тенна DL3FM по схеме 4x4 (рис.
22.19.).
Основой является 4- элемент-
ная антенна Уда-Яги, питаемый
элемент которой представляет
петлевой (шлейфовый) вибратор
Рис. 22.18. 2- этажная антенна Уда-Яги по схеме 4x4.
а- общий вид, Ъ- схема с размерами, с- эскиз питаемого элемента
383
Рис.22.19. 2- этажная Уда-Яги антенна DL3FM по схеме 4x4
с различными диаметрами эле-
ментов и входным сопротивлени-
ем 110 Ом. питание обоих антенн
осуществляется с помощью па-
раллельных проводников
рис.22.19, в качестве которых слу-
жат трубки.
Общая длина линии связи со-
ставляет 1/2, зажимы питания
расположены точно в геометри-
ческой середине этой полуволно-
вой линии, поэтому расстояние
от зажимов питания до каждого
этажа составляет Х/4. Трансфор-
мирующие свойства четвертьвол-
новой линии передачи были уже
объяснены в главе 6.5. Обе чет-
вертьволновых трансформирую-
щих линии связи подключены к
зажимам питания XX параллель-
но.
Так как входное сопротивле-
ние антенны каждого этажа рав-
но 110 Ом, а сопротивление на
зажимах антенны необходимо
получить 240 Ом, то волновое
сопротивление Z, согласно урав-
нению (5.31.) должно быть равно
7=У 110 480 = 230 Ом
Для случая параллельных
проводников, согласно рис 5.4.,
для волнового сопротивления 230
384
Ом отношение расстояния меж-
ду проводниками и диаметра
проводников Did составляет 3,5:1
при воздушном изоляторе. Если
для изготовления линии связи
используют, как предложено,
алюминиевую трубку 0 6 мм, то
расстояние между осями трубок
должно составлять 21 мм. При
диаметре трубки 10 мм расстоя-
ние должно составлять 35 мм.
Так как полуволновая линия
связи определяет расстояние
между этажами антенны равным
0,5Х, то это соответствует мини-
мальным боковым лепесткам при
среднем приросте коэффициенте
усиления.
Диаметр пассивных элемен-
тов антенны может быть 15-25
мм, дальнейшее увеличение ве-
дет к расширению полосы про-
пускания антенны. При приве-
денных размерах элементов, не-
смотря на частотнозависимые
трансформирующие элементы,
антенна обеспечивает перекры-
тие всего диапазона 2 м, без за-
метного падения амплитудной
характеристики на краях диапа-
зона.
Характеристики антенны
Диаметр элементов
Питаемый элемент
см. рис. 22.19.
Пассивные элементы 15-25 мм
Диаметр металлической
траверсы 20-30 мм
Длина антенны 1500 мм
Расстояние между
этажами 980 мм
Входное сопротивление 240 Ом
Коэффициент усиления =9,5 дБ
Заднее ослабление = 17 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а £) =58°
Вертикальный угол
раскрыва (а я) =54°
(горизонтальная поляризация)
В случае применения в каче-
стве линии питания коаксиально-
го кабеля рекомендуется исполь-
зовать симметрирующий транс-
форматор (см. главу 7.5.)
22.4.6. 4-этажная антенна
Уда-Яги по схеме 4 х 4 х 4 х 4
Если антенную систему 4x4,
описанную в главе 22.4.5, распо-
ложить сверху над такой же ан-
тенной системой 4x4, то полу-
чим в совокупности 16- элемент-
ную антенну из 4- этажей. Верти-
кальная высота такой антенны
для диапазона 2 м составит 3,35
м. В такой антенне объединяют-
ся преимущества антенны Уда-
Яги с преимуществами группо-
вых многовибраторных антенн
при минимуме механических зат-
рат.
Антенна 4x4, изображенная
на рис. 22.19. не претерпевает
изменений. Вторая антенна 4x4
располагается над первой на рас-
стоянии 1/2. На рис. 22.20.а. изоб-
ражены схематично только пита-
емые элементы антенных систем,
13 Антенны
385
Рис.22.20.4- этажная антенна Уда-Яги по схеме 4 х 4 х 4 х 4
а- питаемые элементы, Ь- вид сбоку на антенную систему
на рис. 22.20.Ь. показан общий
вид единой антенной системы
сбоку.
Для питания всего антенного
комплекса существует две воз-
можности:
Так как входное сопротивле-
ние антенны 4 х 4 в точках XX
равно 240 Ом, то можно объеди-
нить обе антенные системы УКВ
плоским кабелем любой длины с
волновым сопротивлением 240
Ом. В середине этой линии связи
располагают общие зажимы пи-
тания ZZ. Так как в этих точках
240- омные проводники включе-
386
ны параллельно, сопротивление
на зажимах ZZ равно 120 Ом, и
поэтому антенную систему мож-
но питать с помощью симметрич-
ной 120- омной линией передачи
(например, двухпроводная линия
тип 120D10-1) или трансформи-
ровать это сопротивление снова
в сопротивление 240 Ом с помо-
щью четвертьволнового транс-
форматора и использовать 240-
омный ленточный кабель УКВ.
Однако еще лучше использовать
симметрирующий трансформа-
тор и питать антенну с помощью
60-омного коаксиального кабе-
Рис.22.21. 4- этажная антенна Уда-
Яги по схеме 5 х 5 х 5 х 5 радиолюби-
теля DL6MH
между этажами 0,5-0,7 X, так как
высокоэффективные антенны
имеют большую эффективную
площадь. Для получения макси-
мального коэффициента усиле-
ния оптимальное расстояние
между этажами вычисляют по
формуле (3.25.).
Эффективную площадь А ба-
зовой антенны в X2 можно полу-
чить из рис.3.21 как функцию ко-
эффициента усиления. Так, на-
пример, 11- элементная антенна
Уда-Яги на рис.22.13 имеет коэф-
фициент усиления 12 дБ, соответ-
ствующий эффективной площади
2,ОХ2. Так как горизонтальный
угол раскрыва ан составляет 40°,
а вертикальный угол раскрыва ае
- 37°, то из уравнения (3.25.) мож-
но определить расстояние между
этажами S
но 11,5 дБ. Горизонтальный угол
раскрыва равен примерно 60°,
вертикальный угол раскрава ра-
вен примерно 32°. В качестве при-
мера на рис.22.21 представлена
конструкция 4- этажной антенны
по схеме 5 х 5 х 5 х 5 радиолюби-
теля DL6MH.
22.4.7. Многоэтажные антенны
Уда-Яги с большой длиной тра-
версы
С успехом можно также созда-
вать многоэтажные антенны на
основе длинных антенн Уда-Яги.
В этом случае не имеет большо-
го смысла делать расстояние
5=2 V
ЛОС£
2-40
3,14-37
= 2
« 1,68Х.
Таким образом, при расстоя-
нии между этажами равном 1,68 X
эффективные площади обоих ан-
тенн не перекрываются и выпол-
нятся условие максимального
коэффициента усиления.
Питание многоэтажной ан-
тенны Уда-Яги осуществляется
как обычно. Так как конструкция
получается объемной, то приме-
нение более двух этажей едва ли
388
целесообразно, поэтому схема
питания проста. Как уже говори-
лось, обе линии связи антенн с об-
щими зажимами питания ZZ ра-
ботают как четвертьволновый
трансформатор, поэтому их дли-
на может быть кратна Х/4, т.е.
3/4Х, 5/4Х, 7/4Х и т.д. по необходи-
мости.
В качестве примера рассмот-
рим питание 11- элементной ан-
тенны Уда-Яги , изображенной
на рис. 22.13. Как выше было ска-
зано, расстояние между этажами
для получения максимального
коэффициента усиления должно
быть равно 1,68Х. Если выбрать
расстояние до зажимов питания,
например, 3/4Х, то общая длина
линий питания составит 1,5 X, что
недостаточно (1,68Х), однако раз-
ницу можно выбрать, уменьшив
немного расстояние между эта-
жами, что не приведет к значи-
тельному уменьшению коэффи-
циента усиления, так как расчет
Рис.22.22. Возбуждение 2- этажной
длинной антенны Уда-Яги по схеме
11x11
расстояния между этажами явля-
ется приближенным.
Теперь необходимо опреде-
лить волновое сопротивление на-
строенных линии питания. Для
большей наглядности на рис
22.22. представлены оба питае-
мых элемента с рассчитанными
уже расстояниями.
Если каждая основная антен-
на имеет на своих зажимах пита-
ния XX входное сопротивление
240 Ом, а на зажимах всей систе-
мы ZZ требуется также сопро-
тивление 240 Ом, то волновое со-
противление линий связи должно
быть 340 Ом (Z='V240-480), при
этом отношение Did = 8,5:1. Если
для изготовления линий связи
используют трубки или прутки,
то при диаметре прутка 6 мм рас-
стояние между серединами прут-
ков должно быть 51 мм.
Подобная 2- этажная антенна,
в основе которой лежит 11- эле-
Рис. 22.23. 2- этажная антенна радио-
любителя DL6EK, имеющая в осно-
ве 5-элементную длинную антенну
Уда-Яги
389
ля. Волновое сопротивление под-
ключаемого к зажимам питания
ZZ четвертьволнового транс-
форматора составляет согласно
(5.31.)
Z= ^120-240= 170 Ом
Из рисунка 5.4. находим, что
в этом случае отношение Did рав-
но 2,2:1. Геометрическая длина
двухпроводной линии передачи в
изоляции составляет 0,98 Х/4, для
рабочей частоты 145 МГц длина
составит 510 мм. Монтаж линии
связи производят с использова-
нием диэлектрических пластин,
как показано на рис.22.20.Ь.
Трансформирующий элемент,
обеспечивающий входное со-
противление антенны снова 240
Ом, располагают между зажима-
ми ZZ и мачтой.
Возможно линию связи с вол-
новым сопротивлением 240 Ом
изготовить и самостоятельно на
основе открытой воздушной
двухпроводной линии передачи.
В этом случае соотношение Did
равно 3,8:1 (рис 5.4.) и конструк-
ция несколько усложняется. Ли-
нии питания и Ц тогда не будут
иметь сколь угодно большую
длину, а их длина составит 0,75Х
(или 74Х, или 3/4Х, или 5/4Х и т.д.)
для обеспечения работы чет-
вертьволнового трансформато-
ра. Полное сопротивление на за-
жимах питания ZZ, которые
объединяют обе 3/4Х линии пита-
ния, зависит таким образом от
волнового сопротивления этих
линий передачи. Поскольку необ-
ходимо получить на зажимах пи-
тания ZZ сопротивление 240 Ом,
и с учетом параллельного соеди-
нения линий передачи, сопротив-
ление, подлежащее трансформи-
рованию равно 480 Ом. Соглас-
но уравнению (5.31)
Z=^240-480 = 340 Ом
Из рис.5.4, для двух проводни-
ков с воздушной изоляцией для
волнового сопротивления 340 Ом
отношение расстояния между
осями проводников и диаметром
проводника Did равно 8,5:1. Эту
линию передачи сделать доста-
точно просто. Для рабочей час-
тоты 145 МГц (3/4Х = 155,3 см)
длины линий передачи и Ц с
учетом коэффициента укороче-
ния
/=/2=155,30,97=150,64 см
Вывод
Обе антенны Уда-Яги по схе-
ме 4 х 4 соединяются с общими
зажимами питания ZZ через
двухпроводные линии передачи
длиной 150 см. Линии передачи
имеют волновое сопротивление
340 Ом и обеспечивают входное
сопротивление на зажимах пита-
ния антенны ZZ равное 240 Ом.
Коэффициент усиления антен-
ной системы составляет пример-
13’
387
ментная антенна Уда-Яги, имеет
коэффициент усиления 14,5 дБ.
Горизонтальный угол раскрыва
остается неизменным, и равен
примерно 37°, в то время как вер-
тикальный угол раскрыва соста-
вит примерно 26°.
В качеств^ примера конструк-
ции на рис. 22.23 приведена 2-
этажная антенна радиолюбителя
DL6EK, имеющая в основе 7-
элементную длинную антенну
Уда-Яги.
22.4.7J. Двухэтажная антенна
5x5
Также хорошо зарекомендо-
вала себя в работе 2- этажная ан-
тенна, составленная из двух 5-
элементных антенн Уда-Яги
(см.рис.22.8.). Для этой антенны,
работающей в диапазоне 2 м и
рассчитанной на максимальный
коэффициент усиления, расстоя-
ние между этажами составляет
1,48Хили3060мм. Антенны, име-
ющие входные сопротивления
примерно 130 ом, связаны между
собой двухпроводной плоской
ненастроенной линией связи лю-
бой длины с волновым сопротив-
лением 120 Ом. Точно в середине
линии связи расположены зажи-
мы питания антенной системы,
сопротивление на которых со-
ставляет 60-65 Ом. Антенна пи-
тается с помощью коаксиально-
го кабеля через симметрирующий
элемент.
Характеристики антенны
Расстояние между
этажами 3060 мм
коэффициент усиления 13,5 дБ
Горизонтальный угол раскрыва (а £) =44°
Вертикальный угол раскрава (а я) =28°
23. Групповые многовибраторные антенны
Если речь идет об совместном
включении антенн одного типа в
антенную группу, то у радиолю-
бителей существуют различия в
терминологии. Они понимают
под групповыми антеннами все-
гда комбинацию элементарных
вибраторов (вибраторный ряд) с
вертикально расположенными
этажами вибраторов, при этом
подразумевается горизонтальная
поляризация (см. главы от 13.1.
до 13.3.). Простейшая групповая
антенна по их представлению
образует 2- этажная антенна, со-
ставленная из 2- волновых виб-
раторов (рис.23.1.), причем вол-
новой вибратор представляет
простейший вибраторный ряд
(два полуволновых вибратора,
составленных в ряд). Простейшее
параллельное соединение 2- вол-
новых вибраторов образует про-
стейшую антенную решетку.
В радиолюбительской прак-
тике ограничиваются как прави-
ло, даже в случае применения
больших антенных групп, приме-
нением антенных решеток. Это
означает, что применяются в ос-
новном горизонтальные волно-
вые вибраторы, составленные в
многоэтажные вертикальные
конструкции. В таких антенных
решетках, независимо от количе-
ства этажей, горизонтальный
угол раскрава диаграммы на-
правленности в горизонтальной
плоскости определяется исклю-
чительно применяемым вибра-
торным рядом. Так как после-
дний как правило состоит из
волнового вибратора, то гори-
зонтальный угол такой горизон-
тально поляризованной антен-
ной группы равен примерно 65°.
(см. главу 4.2.). В УКВ диапазо-
не, чтобы обеспечить односто-
ронность диаграммы направлен-
ности и соответственно увеличе-
ние коэффициента усиления та-
кой групповой антенны, ее снаб-
391
жают настроенными пассивными
полуволновыми рефлекторами
или реже ненастроенной рефлек-
торной стенкой. Благодаря это-
му горизонтальный угол раскры-
ва волнового вибратора и, соот-
ветственно, всей антенной груп-
пы уменьшается до 60°.
Из рисунка 23.1 видно, что
волновые вибраторы питаются в
максимум напряжения. Поэтому
их сопротивления на входных за-
жимах очень высоки и сильно
зависят от отношения k/d
(см.рис.4.7.). кроме того они за-
висят также от расстояния меж-
ду точками питания и от рас-
стояния между этажами, в случае,
если речь идет о антенных решет-
ках. Коэффициент укорочения
волнового вибратора также зави-
сит от отношения длины волны
к диаметру - Х/J, и может быть
определен из кривой на рис 4.7.
Высокое сопротивление вол-
нового вибратора в составе ан-
тенной решетки сказывается бла-
гоприятно на возможностях
согласования антенной решетки
с линией питания, так как при
параллельном включении не-
скольких волновых вибраторов
сопротивление на зажимах пита-
ния антенной решетки может
принимать значения, которые
позволяют питать антенну напря-
мую без применения элементов
трансформации. Недостатком
является то, что волновой вибра-
тор должен иметь хорошую изо-
392
ляцию на зажимах питания (мак-
симум напряжения). Это приво-
дит к тому, что в сырую погоду
на зажимах волнового вибрато-
ра могут возникать существен-
ные потери. Минимум напряже-
ния волнового вибратора распо-
ложен примерно на расстоянии
Х/4 от своих концов. В этих точ-
ках может быть осуществлено
крепление при варианте полнос-
тью металлической конструкции.
Так как распределение напряже-
ния на волновым вибраторе не
так равномерно, как на полувол-
новом вибраторе, то в теорети-
ческих точках минимума напря-
жений имеется все же напряже-
ние. Поэтому металлические дер-
жатели не рекомендуется приме-
нять, отдавая предпочтение дере-
вянным.
23.1. Питание групповых ан-
тенн
Рассмотрение вопросов пита-
ния и согласования групповых
антенн лучше рассмотреть на
примерах. На рис 23.2. изображе-
на групповая антенна, состоящая
из 4-этажей (4 параллельных вол-
новых вибратора) с двумя син-
фазно возбуждаемыми полувол-
новыми участками (волновой
вибратор) в каждом этаже.
Диаметр элементов равен 20
мм, а рабочая длина волны со-
ставляет 207 см. Следовательно
отношение k/d равно 2070:20 ~
100. Согласно рис.4.7, сопротив-
7Л-0Л7
180cm
Рис.23.2. Групповая антенна. Пита-
ние подводится от нижнего вибра-
тора Х4 к верхнему A'l
ление на зажимах каждого волно-
вого вибратора составляет при-
мерно 1100 Ом, коэффициент
укорочения равен ровно 0,87.
Тогда получаем геометрическую
длину волнового вибратора
2070,87 « 180 см.
Так как все четыре вибрато-
ра соединены параллельно, то
сопротивление в точках пита-
ния Х4 равно 1100:4 =275 Ом.
Общее питание антенны, таким
образом, может быть реализо-
вано с помощью симметричной
двухпроводной линии передачи
с волновым сопротивлением
240-300 Ом. Если хотят исполь-
зовать в качестве линии пита-
ния коаксиальный кабель , то
применяется симметрирующий
Х/4 трансформатор, который
одновременно осуществляет не-
обходимую трансформацию в
соотношении 4:1 и симметриро-
вание антенны. Недостатком
этой схемы подвода питания
является то, что отдельные эта-
жи возбуждаются не точно од-
новременно. Самый удаленный
(верхний этаж получает энер-
гию с некоторой временной за-
держкой по сравнению с пер-
вым этажом. Это приводит к
поднятию вертикального угла
излучения групповой антенны и
одновременно к сужению поло-
сы пропускания.
Более благоприятная с элект-
рической точки зрения схема цен-
трального питания представлена
на рис. 23.3.
Параллельная линия связи
между 2 и 3 этажами имеет длину
Х/2. Так как питание подается в
середину линии связи, то ее необ-
ходимо рассматривать как па-
раллельное включение 2-чет-
вертьволновых трансформато-
ров . Сопротивление в точках А
и В составляет 550 Ом и опреде-
ляется параллельным соединени-
ем 2-этажей. Если хотят полу-
чить входное сопротивление на
зажимах XX равным 240 Ом, то
каждый Х/4 трансформатор дол-
жен обеспечить трансформиро-
вание сопротивление 550 Ом в
480 Ом. Волновое сопротивление
линии связи A-В равно
393
Рис 23.3. Центральное питание груп-
повой антенны
Z=A/550 480=510 Ом.
придти к согласованию, так как
в большинстве случаев группо-
вую антенну снабжают рефлек-
торной стенкой, расстояние до
которой влияет на входное со-
противление антенны каждого
этажа.
Наиболее лучше решение при
питании групповой антенны
представлено на рис. 23.4.
От четвертьволновых транс-
форматоров в этом случае вооб-
ще отказываются и заменяют их
на участках XX-А и ХХ-В полу-
волновыми линиями передачи,
которые как известно трансфор-
мируют сопротивление в соотно-
шении 1:1. Сопротивление в точ-
ках А и В равно 550 Ом и следо-
вательно в точках XX будет рав-
но 275 Ом. Пренебрегая незначи-
Механическая конструкция
такой 510 - омной линии связи из
параллельного соединения тру-
бок представляется достаточно
сложной из-за большого рассто-
яния между трубками и разрывы
между половинами вибраторов в
точках А и В следовало бы уве-
личить, что недопустимо. Поэто-
му соединительную линию меж-
ду точками А и В изготавливают
с приемлимым расстоянием меж-
ду проводниками, а полученное
в результате входное сопротивле-
ние групповой антенны согласу-
ют с линией питания с помощью
Х/4 согласующего шлейфа. На
практике можно почти всегда
Рис. 23.4. Групповая антенна с ши-
рокополосной линией питания
394
тельными потерями можно в
этом случае использовать 240-
омную линию питания. Распреде-
ление тока в проводниках пока-
зывает, что проводники в линии
ХХ-А и ХХ-В могут не перекре-
щиваться. Волновоесопротивле-
ние этих линий некритично, так
как речь идет о настроенных ли-
ниях передачи электрической
длиной Х/2. Могут применяться
как линии передачи с воздушным
изолятором, так и УВ плоские
ленточные кабели, причем при
расчете следует учитывать коэф-
фициент укорочения.
На рис. 23.5. приведен пример
совершенно симметричной ши-
рокополосной линии питания
для групповой антенны.
В этом случае предполагается
наличие пассивной рефлектор-
ной стенки, расположенной на
расстоянии Х/4 от вибраторов.
Рис.23.5. Групповая антенна с симметричной широкополосной линией пи-
тания. Предполагается наличие рефлекторной стенки
395
b- 5-этажная антенная, входное сопротивление на зажимах питания XX =
*/5 сопротивления отдельного волнового вибратора
Поэтому входное сопротивление
антенны каждого этажа умень-
шается примерно до 900 Ом. По-
скольку используются только по-
луволновые линии, которые не
обладают трансформирующими
свойствами, то включение 4- па-
раллельных линий связи приво-
дит к сопротивлению на зажимах
XX равному 225 Ом. Как уже упо-
миналось, волновое сопротивле-
ние настроенных полуволновых
линий некритично, но при рас-
чете необходимо учесть коэффи-
циент укорочения (параллельная
линия с воздушным изолятором
У= 0,975, УКВ- ленточный ка-
бель И=0,8-0,84).
396
Этот вид питания позволяет ,
кроме того, установить опти-
мальное расстояние между эта-
жами, которое для случая макси-
мального коэффициент усиления
составляет примерно 0,7Х.
Если в групповой антенне
применяется нечетное число вол-
новых вибраторов, например 5
или 7 этажей, то описанные выше
схемы питания не применяются
из конструктивных причин
(рис.23.6.)
В этом случае питание пода-
ется прямо в средний вибратор.
Если входное сопротивление на
зажимах антенны XX плохо со-
гласуется для прямого питания,
то используют четвертьволновый
трансформатор.
Возбуждение отдельных эта-
жей в этом случае происходит не
одновременно, особенно при 5-
этажах. При этом приходится ми-
риться с некоторым искажением
диаграммы направленности в
вертикальной плоскости.
Большие системы групповых
излучателей объединяются из ма-
лых простых антенных групп, как
показано на рис. 23.7.
Питание сложных систем
обусловлено следующими пред-
положениями:
Отдельные группы должны
быть как конструктивно так и
электрически полностью иден-
тичны и иметь одинаковое сопро-
тивление на зажимах питания А,
В, Си D.
Двухпроводные линии связи
А-ХХ, В-ХХ, С-ХХ, D-XX дол-
жны иметь длину, кратную цело-
му Х/2 (обращать внимание на ко-
эффициент укорочения) и быть
точно равны между собой.
Линии связи не должны быть
перекрещены, т.е. следует сле-
дить за полярностью питания
вибраторов.
Сопротивление на зажимах
питания XX антенной системы
равно V4 входного сопротивления
каждой входящей антенной груп-
пы. Если, например, входное со-
противление в точках А, В, С, D
Рис.23.7. Симметричная схема питания сложной групповой системы с на-
строенными соединительными линиями связи.
Сопротивление в точках XX = ’/4 сопротивления каждой входящей антенной
группы.
397
равно 240 Ом, то сопротивление
на зажимах питания XX группо-
вой антенной системы будет рав-
но 60 Ом. Четыре линии связи
представляют собой настроен-
ные линии связи, их волновое со-
противление не имеет значения.
Эти линии связи позволяют раз-
мещать группы антенн на таком
удалении друг от друга, чтобы
обеспечить максимальный коэф-
фициент усиления антенной сис-
темы.
Существует однако другие
методы возбуждения, основан-
ные на использовании не настро-
енных, а согласованных линий
связи, которые имеют электри-
ческие и механические преимуще-
ства (рис.23.8.). Согласованные
линии связи ZpZ2,Z3,Z4 могут
иметь любую длину и не связаны
с длиной волны.
398
Для их применения требуется:
Отдельные группы должны
быть как конструктивно так и
электрически полностью иден-
тичны и иметь одинаковое сопро-
тивление на зажимах питания А,
В, CnD.
Волновое сопротивление ли-
ний связи ZpZ2,Z3,Z4 должно
быть равно сопротивлению на
зажимах питания A,B,C,B,D.
Линии связи не должны быть
перекрещены, т.е. следует сле-
дить за полярностью питания
вибраторов.
Так как в данном случае 4-
симметричных линии связи
включены параллельно, то вход-
ное сопротивление еа зажимах
питания XX всей антенной систе-
мы равно 74 волнового сопротив-
ления применяемых линий связи.
В случае применения отдель-
ных антенных групп с входным
23.3. Групповые антенны с
рефлекторными стенками
Рефлекторные стенки или ре-
шетки используются в диапазоне
дециметровых волн, так как в
диапазоне УКВ их конструирова-
ние затруднительно. Рефлектор-
ная решетка располагается поза-
ди излучающих элементов и дол-
жна по крайней мере на Х/2 пре-
восходить размеры вибраторов.
В противоположность одиночно-
му рефлектору, форма которого
подобна вибратору, рефлектор-
ная стенка имеет размеры, не за-
висящие от длины волны. Чтобы
уменьшить ветровое сопротивле-
ние, рефлекторную стенку изго-
тавливают из металлической сет-
ки. В этом случае следует следить,
чтобы размер ячеек был не боль-
ше чем Л/20.
Прутки или проводники, об-
разующие сетку антенной стенки,
должны быть параллельны эле-
ментам антенны. Рефлекторную
сетку из металлических прутков,
как показано на рис. 23.9. радио-
любители применяют редко, так
как она дорогая и не имеет осо-
бых преимуществ.
При расстоянии между реф-
лекторной стенкой и вибратора-
ми 0,65Х достигается максималь-
ный коэффициент усиления, но
при этом несколько ухудшается
обратное ослабление, так как при
таком расстоянии часть энергии
все же “обтекает” рефлекторную
стенку и излучается в обратном
Рис.23.9. 8-элементная групповая
антенна с рефлекторной стенкой ра-
диолюбителя DL6MH
направлении. Поэтому обычно
для упрощения механической
конструкции и увеличения обрат-
ного ослабления расстояние меж-
ду рефлекторной стенкой и виб-
раторами делается равным (0,1-
0,25Х). При уменьшении рассто-
яния до 0,2Х входное сопротивле-
ние изменяется незначительно,
однако при дальнейшем умень-
шении наблюдается сильное па-
дение.
При использовании настроен-
ного рефлектора в виде вибрато-
400
сопротивлением 240 Ом, линии
связи должны иметь волновое со-
противление 240 Ом. Тогда на
зажимах питания XX антенной
системы сопротивление составит
60 Ом, сто позволяет питать та-
кую антенную систему с помо-
щью коаксиального кабеля через
симметрирующий элемент или
использовать У4 трансформатор,
для преобразования сопротивле-
ния в другое значение.
С помощью логического при-
менения комбинаций настроен-
ных и согласованных линий свя-
зей можно синфазно возбуждать
сложные антенные решетки. Од-
нако следует указать на то, что
следует избегать по возможнос-
ти применять частотно зависи-
мые элементы, так как они огра-
ничивают полосу пропускания
антенны. Частотно зависимыми
являются все настроенные линии.
Конечно этот вопрос не так ва-
жен при конструировании узко-
полосных радиолюбительских
антенн, в отличии, например, от
телевизионных антенн.
23.2. Групповые антенны с
рефлекторами
При использовании рефлекто-
ров групповая антенна имеет од-
ностороннюю диаграмму на-
правленности и коэффициент
усиления антенны при этом уве-
личивается в среднем на 3 дБ.
Одновременно при использова-
нии рефлекторов уменьшается в
большей или меньшей степени
входное сопротивление всей ан-
тенной системы.
Обычно расстояние до реф-
лекторов составляет 0,1-0,251.
Если расстояние до рефлектора
равно 0,25Х, то входное сопро-
тивление уменьшается незначи-
тельно (около 20%), а при рассто-
янии 0, IX уменьшение сопротив-
ления составляет уже приблизи-
тельно 75% входного сопротив-
ления антенны без рефлектора.
Максимум коэффициента усиле-
ния антенны наступает при рас-
стоянии до рефлектора 0,15Х. В
диапазоне расстояний 0,1-0,251
коэффициент усиления изменяет-
ся только на 0,8 дБ.
Изменением расстояния до
рефлекторов можно дополни-
тельно корректировать входное
сопротивление групповой антен-
ны в небольших пределах.
Полуволновой рефлектор
предусматривается для каждой
половины волнового вибратора.
Неразрывный волновой отрезок
не годится, так как его нельзя воз-
будить синфазно. Геометричес-
кая длина полуволнового рефлек-
тора для диапазона УКВ может
быть рассчитана с достаточной
точностью по формуле
/=152000//, (23.1.)
где /- длина рефлектора
/- рабочая частота в МГц
Обычно рефлектор и вибра-
тор изготавливают из одного и
того же материала.
399
ра увеличение коэффициента уси-
ления антенны составляет 3 дБ,
При использовании антенной
стенки это увеличение составля-
ет 7 дБ. Еще больший прирост
усиления получается при исполь-
зовании угловых рефлекторных
стенок, параболических отража-
телей и других подобных форм.
23.4. Практические конструк-
ции групповых антенн
В течении многолетней радио-
любительской практики бала
найдена оптимальная для 2м ди-
апазона конструкция 16- элемен-
тной групповой антенны, кото-
рая очень широко распростране-
на в настоящее время. Не часто
конструируют 12-элементную
антенну. 24,32 или 48 элементные
антенны представляют также
редкие случаи, так как с увели-
чением числа элементов сильно
увеличивается материальные и
трудовые затраты при их изго-
товлении, ветровое сопротивле-
ние этих антенн большое, необ-
ходимо иметь очень стабильную
мачту, возникают сложности при
выполнении поворотного уст-
ройства.
23.4.1.12- элементная группо-
вая антенна
Как видно из рисунка 23.10.
12- элементная антенная группа
(решетка) состоит из 3- волновых
вибраторов с настроенными по-
Рис. 23.10.12-элементная групповая
антенна для диапазона 2 м
луволновыми рефлекторами, рас-
положенными на расстоянии Х/2
друг над другом на 3- этажах.
При расстоянии между реф-
лекторами и вибраторами 0,15Х
коэффициент усиления антенны
равен примерно 9,5 дБ. Сопро-
тивление на входных зажимах
составляет 240 Ом. Антенна име-
ет центральное питание и полосу
пропускания 15 МГц, что превос-
ходит полосу диапазона 2 м (2
МГц) в несколько раз. Линии свя-
зи между этажами перекрещены
и должны быть в точках перекре-
щивания хорошо изолированы
друг от друга. Поскольку в каче-
стве линий связи служат настро-
енные линии передачи с электри-
ческой длиной Х/2, то диаметр
проводников и расстояние меж-
ду проводниками в линии связи
не имеет значения, но диаметр
проводников должен быть не
401
слишком малым, так как в линии
возникают стоячие волны.
Следует по возможности точ-
но соблюдать при изготовлении
диаметры элементов, так как они
определяют входное сопротивле-
ние антенны. Элементы антенны
изготавливаются из алюминие-
вых прутков или трубок 0 6-10
мм, элементы линий связи также
изготавливаются из легких ме-
таллических прутков диаметром
3-6 мм. Следует обратить внима-
ние на то , что при контактах та-
ких материалов, как медь и алю-
миний в условиях сырости возни-
кают электролитические корро-
зионные процессы. Поэтому сле-
дует такие места тщательно изо-
лировать или покрыть лаком в
несколько слоев. Если применя-
ют медные проводники для эле-
ментов вибраторов, то элементы
линий связи также должны быть
Рис.23.11. Несущая конструкция для
12- элементной групповой антенны
а- механически прочная конструкция
Ъ- облегченная конструкция
из меди. Места соединений эле-
ментов пропаивают.
Обычное значение КСВ в ли-
нии питания антенны 1,5 может
быть несколько улучшено изме-
нением расстояния до рефлекто-
ров.
В качестве несущей конструк-
ции используют деревянный кар-
кас (рис. 23.11.) из хорошо про-
сушенной ели, пропитанный
льняной олифой.
Эта антенна может служить в
качестве основной групповой
антенны при создании согласно
указаниям главы 23.1. сложной
антенной системы с питанием че-
рез согласованные линии связи.
Характеристики антенны
Диаметр элементов 6-10 мм
Диаметр проводников
линии связи (некритичен) 3 мм
Высота антенны 2000 мм = 1X
Входное сопротивление
антенны 240 Ом
Коэффициент усиления ~ 9,5 дБ
Обратное ослабление ~ 14 дБ
Горизонтальный угол
раскрава(а £) ~ 60 °
Вертикальный угол
раскрыва(а я) ~ 50 °
23.4.2.16- элементная группо-
вая антенна
Если к трем этажам 12- эле-
ментной групповой антенны до-
бавит еще один этаж, то получим
16-элементную антенну (рис.
23.12.)
402
Рис.23.13. 16-элементная групповая
антенна радиолюбителя OE2JG
Характеристики антенны
Диаметр элементов 10 мм
(6-12 мм)
Диаметр проводников
линии связи (некритичен)З мм
Линия A-В: отношение
диаметр/расстояние 1:18
(Змм/54 мм)
Высота антенны Входное сопротивление 3000 мм
антенны 240 Ом
Коэффициент усиления =10,5 дБ
Обратное ослабление =14 дБ
Горизонтальный угол раскрава (а £) =60°
Вертикальный угол раскрыва(а н) =42°
В рассмотренных выше конст-
рукциях антенн расстояния меж-
ду этажами равнялось IX. Это
требование было необходимым,
так как линии связи между этажа-
ми имели фиксированную длину
равную Х/2. Однако максималь-
ной коэффициент усиления груп-
повая антенна имеет в том случае,
если расстояние между парал-
лельными полуволновыми и вол-
новыми вибраторами равно
0,65Х. Это расстояние изменяет-
ся в зависимости от числа эта-
жей:
2 этажа - расстояние
между этажами 0,65Х
3 этажа - расстояние
между этажами 0,75Х
4 этажа - расстояние
между этажами 0,80Х
5 этажа - расстояние
между этажами 0,83Х
6 этажа - расстояние
между этажами 0,86Х
8 этажа - расстояние
между этажами 0,90Х
При этом речь идет о прибли-
женном значении расстояний
между этажами. Так как рассто-
яние между этажами всегда мень-
ше IX, то соединительная линия
передачи между ними может
быть проведена двумя способа-
ми, как показано на рис. 23.14.
Вариант рис. 23.14.а. крепле-
ния соединительной линии име-
ет то преимущество, по сравне-
нию с рис.23.14.Ь., что в первом
случае двухпроводная линия пе-
редачи крепится в точках, отсто-
ящих от места ее подсоединения
к элементам антенны на Х/4 , т.е.
404
Рис.23.12. 16-элементная групповая
антенна
Такая антенна при неизмен-
ной ширине диаграммы направ-
ленности в горизонтальной плос-
кости имеет более узкую диаг-
рамму направленности в верти-
кальной плоскости. Коэффици-
ент усиления возрастает на 1 дБ
составляет 10,5 дБ .
Линия связи между вторым и
третьим этажами A-В не перекре-
щивается и образует уже извест-
ное нам параллельное соедине-
ние двух четвертьволновых
трансформаторов. Размеры этой
линии критичны, так как она осу-
ществляет согласование системы
излучателей и линии питания.
Если сопротивление в точках XX
составляет, как обычно, 240 Ом,
то линия связи А -В должна быть
изготовлена из проводников или
трубок с отношением диаметра
проводника к расстоянию между
осями проводников 1:18 (при ди-
аметре проводника 3 мм рассто-
яние между проводниками соста-
вит 54 мм). Если питание антен-
ны осуществлять с помощью 60-
омного коаксиального кабеля ,
то существуют две возможности:
- входное сопротивление 240
Ом согласуется с коаксиальным
кабелем с помощью симметриру-
ющего трансформатора (см.гла-
ву 7.5.),
- трансформируется само со-
противление линии связи А -В в
точках XX до значения 60 Ом,
при этом отношение диаметра к
расстоянию между проводника-
ми должно быть равно 3:1.
Хотя желаемое входное со-
противление получено, необхо-
димо симетрировать антенну с
помощью, например , симмет-
рирующего шлейфа. Коаксиаль-
ный кабель и симметрирующее
устройство должны быть по
возможности перпендикулярны
плоскости антенны таким обра-
зом, чтобы как можно меньше
влиять на линию связи А-В.
На рис 23.13 в качестве при-
мера приведена конструкция
16- элементной групповой ан-
тенны Указания по конструиро-
ванию, сделанные для 12-эле-
ментной антенны, остаются
справедливы.
403
Рис.23.15. Примеры конструкций групповых антенн
а - 48-элементная групповая антенна радиолюбителя DL6MH
(слева - 12- элементная групповая антенна)
Ь- 48~элементная групповая антенна радиолюбителя DL6MH
с- 48-элементная групповая антенна радиолюбителя DJ3EA
сопротивление достигает своего
минимального значения. Для
волновых вибраторов это соот-
ношение меняется на обратное:
при оптимальном расстоянии
между этажами наблюдается
увеличение входного сопротив-
ления.
На рис 23.5. приведены в ка-
честве примера радиолюбитель-
ские конструкции групповых
антенн.
406
в точках минимума напряжения.
Во втором случае соединитель-
ная линия передачи крепится к
несущей конструкции в точке 1
Х/2, т.е. в точке максимума на-
пряжения, что определяет боль-
шое количество качественных
опорных изоляторов. Следует
также учитывать коэффициент
укорочения, который для двух-
проводной линии с воздушным
изолятором составляет 0,975,
для линии, изготовленной из па-
раллельных металлических тру-
бок - 0,95. Если применяется
ленточный кабель УКВ или эк-
ранированная двухпроводная
линия, то коэффициент укороче-
ния составляет 0,66-0,82, что
позволяет располагать соедини-
тельные линии непосредственно
между этажами без дополни-
тельных креплений. В противо-
положность полуволновым со-
единительным линиям передачи,
соединительные линии передачи
длиной IX не надо перекрещи-
вать для обеспечения синфазно-
го возбуждения элементов ан-
тенны.
Если располагают полувол-
новые вибраторы друг над дру-
гом, то при оптимальном рас-
стоянии между этажами входное
405
24. Антенны Уда-Яги и групповые антенны для
диапазона 70 см
В УКВ диапазоне, в котором
для радиолюбителей выделен ди-
апазон 70 см, преимущественно
применяются длинные антенны
Уда -Яги. Применение особо
сложных антенн в этом диапазо-
не не оправдано из-за небольшо-
го количества устанавливаемых в
этом диапазоне связей. Поэтому
отдают предпочтение антеннам
Уда-Яги, которые при мини-
мальных затратах предоставляют
максимальный коэффициент уси-
ления. Малый угол раскрыва
этих антенн в этом случае не име-
ет не является недостатком, так
как при работе в 70 см диапазоне
позывные и местоположение
станций партнеров известны и
можно сориентировать антенну в
нужном направлении. Практи-
чески каждый 70 см радиолюби-
тель работает в 2-м диапазоне и
использует его для подготовки
связи в 70 см диапазоне.
В УКВ диапазоне сильно рас-
тут с увеличением частоты поте-
ри. Следует избегать применения
даже качественных изоляторов и
отдавать предпочтение воздуш-
ным изоляторам. Лини питания
должны быть как можно короче
и выбираться с минимальными
потерями.
При конструировании следу-
ет особо обращать внимание ,
чтобы не происходило искажения
электромагнитного поля за счет
рядом от антенны располагае-
мых металлических частей, что
приводит к существенному ухуд-
шению характеристик антенны.
Особенно это касается антенной
мачты, которая не должна прохо-
дить между элементами антенны
или сбоку от них. Эти два распро-
страненных ошибочных вариан-
та расположения и крепления
мачты показаны на рис. 24.1.а.
Длинные антенны Уда -Яги
закрепляют с помощью располо-
женного параллельного траверсе
антенны держателя, как показа-
но на рис. 24.1.Ь., при этом эле-
менты держателя должны подхо-
дить к траверсе антенны под пря-
мым углом. Наиболее лучшее с
электрической точки зрения ре-
шение крепления антенны к мач-
те приведено на рис.24.1.с. Ан-
тенны Уда-Яги диапазона 70 см
выполнены обычно полностью
из металла, нижеследующие при-
меры антенн приведены с учетом
этого.
407
Рис. 24.1. Закрепление УКВ антенн на мачте
а- неправильное закрепление, мачта проходит сквозь элементы с сбоку
Ь- Рекомендуемое закрепление длинных антенн,
с- Наилучший вариант закрепления
24.1. Широкополосная 4- эле-
ментная антенна Уда-Яги
Четырехэлементная антенна
Уда-Яги изображена на рис. 24.2.
и имеет полосу пропускания от
400 до 470 МГц.
Входное сопротивление ан-
тенны 240 Ом и в случае приме-
нения коаксиального кабеля дол-
жна быть согласована с помо-
щью симметрирующего транс-
форматора (см. главу 7.5.). Если
для изготовления петли транс-
форматора используют коакси-
альный кабель с коэффициентом
укорочения = 0,66, то геометри-
ческая длина петли составит 228
мм. Если применяют качествен-
ный коаксиальный кабель с ма-
408
Рис 24.2.4- элементная антенна Уда-
Яги для 435 МГц
лыми потерями (например, с воз-
душным диэлектриком, тип 60-7-
3.), то коэффициент укорочения
равен 0,77, и длина петли соста-
вит 266 мм. Симметрирующий
трансформатор не сильно огра-
ничивает полосу пропускания
антенны.
Характеристики антенны
Диаметр элементов 4—8 мм
Длина антенны 335 мм
Входное сопротивление
антенны (симметр.) 240 Ом,
Коэффициент усиления =6,5 дБ
Обратное ослабление = 14 д Б
Горизонтальный угол
раскрава (а £) =60°
Вертикальный угол
раскрыва (а н) =100°
24.2. 4-элементная антенна
Уда-Яги с гамма- образной схе-
мой согласования
Эта антенна предназначена
для прямого питания с помощью
коаксиального кабеля. При пита-
нии через гамма-образную схему
согласования образуется одно-
временно несимметричная схема
Рис. 24.3.4-элементная антенна Уда-
Яги с гамма- образной схемой согла-
сования
питания. Переменный конденса-
тор (максимальная емкость 6 пФ)
включен в разрыв внутреннего
проводника коаксиального кабе-
ля ц служит для компенсации ин-
дуктивной составляющей вход-
ного сопротивления, которое об-
разуется при применении гамма-
образной схемы согласования
(рис.24.3.)
Характеристики антенны
Диаметр элементов 8 мм
Диаметр траверсы 15 мм
Диаметр
гамма-элемента (CuAg) 2 мм
Длина антенны 365 мм
Входное сопротивление
антенны (несимметр.) 50-60 Ом
Подключение коаксиального ка-
беля:
Внутренний проводник после-
довательно с конденсатором
Оплетка подключается к сере-
дине элемента
Коэффициент усиления =6,5 дБ
Обратное ослабление «14 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а £) =60°
Вертикальный угол
раскрыва (а я) =100°
409
24.3. 6-элементная антенна
Уда-Яги для 435 МГц
Шестиэлементная антенна
Уда-Яги является промежуточ-
ной при переходе к длинным ан-
теннам Уда-Яги и обладает хо-
рошей эффективностью, а коэф-
фициент усиления составляет
примерно 9 дЁ. Антенну реко-
мендуется использовать в сочета-
нии коаксиального кабеля с сим-
метрирующим трансформато-
ром, как указано в главе 24.1.
Характеристики антенны
Диаметр элементов 6-10 мм
Длина антенны 590 мм
Конструкция питаемого
элемента см. рис. 24.7.Ь
Входное сопротивление
антенны( симметр.) 240 Ом
Коэффициент усиления =9 дБ
Обратное ослабление = 15 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а £) ~ 50°
Рис.24.4.6- элементная антенна Уда-
Яги
Вертикальный угол
раскрыва (а я) = 63°
24.4. 9-элементная антенна
Уда-Яги
На рис. 24.5. показана схема
антенны длинной антенны Уда-
Яги, длина которой чуть меньше
2Х. Эта антенна является доволь-
но узкополосной, хотя перекры-
вает весь диапазон 70 см, исполь-
зуемый в Европе. В этой связи
следует сказать, что радиолюби-
тельский диапазон лежит в об-
щем в диапазоне от 432 до 436
мм и реже до 438 МГц. Это явля-
ется следствием регионального
распределения частот, который,
согласно интернационального
Совещания в Брюсселе в 1959
году, для стран Европы, Европей-
ской части России, Африки (Ре-
гион 1) составляет диапазон 430-
440 МГц. С другой стороны пе-
редающие частоты определяют-
Рис. 24.5. Схема 9- элементной ан-
тенны Уда-Яги для 70 см диапазона
410
ся почти всегда троекратным ум-
ножением частот 2-м диапазона.
Так как доя Региона ! 2- м диа-
пазон частот составляет 144-146
МГц, то для 70-см диапазона по-
лучается диапазон 432-438 МГц.
Из этого следует, что при работе
в 70- см диапазоне следует отка-
заться от особо широкополосных
антенн.
Характеристики антенны
Диаметр элементов 4-6 мм
Длина антенны 1335 мм
Входное сопротивление
антенны(симметр.) 240 Ом
Коэффициент усиления == 11,5 дБ
Обратное ослабление «19 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а Е) =44°
Вертикальный угол
раскрыва (а н) «63°
24.5. 15- элементная длинная
антенна Уда-Яги радиолюбителя
DL0SZ
Антенна обладает коэффици-
ентом усиления 15,2 дБ и имеет
длину 4,35 X по отношению к ча-
стоте 435 МГц (рис.24.6.).
Питание антенны осуществля-
ется через упрощенную схему
гамма-согласования
(рис.24.6.Ь.). Антенна автора пи-
тается с помощью коаксиально-
го кабеля с волновым сопротив-
лением 52 Ом, однако ее можно
питать без каких либо конструк-
торских изменений с помощью
коаксиального кабеля 60 Ом, так
как переменный конденсатор 1-
8 пФ. позволяет осуществить в
этом случае точное согласование.
Конденсатор должен быть разме-
щен в герметичной коробочке
для защиты от метеоусловий.
411
На длине 15 см оголяется
внутренний проводник коакси-
ального кабеля и спаивается
вместе с медной проволокой ди-
аметром 1 мм. Далее оплетку
коаксиального кабеля припаи-
вают к геометрической середи-
не элемента питания, а пропаян-
ный внутренний проводник
припаивают к конденсатору.
Следует защитить от всепрони-
кающей влаги конец все элемен-
ты, включая конец коаксиаль-
ного кабеля.
Все директоры имеют длину
300 мм и состоят из дюралевых
прутков диаметром 4 мм. Тра-
верса антенны имеет длину чуть
менее 3 м и изготовлена из
стальной или дюралевой ста-
бильной трубы диаметром 10
мм. В траверсе просверлены от-
верстия для закрепления эле-
ментов антенны.
Характеристики антенны
Диаметр элементов
питаемый элемент и
рефлектор 6мм
директор 4 мм
Диаметр траверсы 10 мм
Длина антенны 2920 мм
Входное сопротивление антенны(симметр.) 50-60 Ом
Коэффициент усиления =15 дБ
Обратное ослабление =22 дБ
Горизонтальный угол раскрава (а £) =28°
Вертикальный угол раскрыва (а ) =30°
24.6. 18-диапазонная широко-
полосная антенна Уда-Яги
Эта современная антенна до-
казывает, что при широкой поло-
се, оптимальном коэффициенте
усиления, несмотря на большое
количество элементов входное
сопротивление может достигать
240 Ом. Антенна была разрабо-
тана для телевизионных нужд,
однако может быть использова-
на и радиолюбителями.
Все необходимые размеры ан-
тенны приведены на рис. 24.7.
Возможно укорочение, или
уменьшение числа директоров в
пределах волновой проводящей
системы (см. рис. 22.6.), при этом
входное сопротивление не изме-
няется. Возбуждающий центр и
переходная зона распространя-
ются до 3-го директора. Поэто-
му можно отбросить любое чис-
ло директоров, начиная с крайне-
го, при этом уменьшается толь-
ко лишь коэффициент усиления и
увеличивается вертикальный
угол излучения.
Характеристики антенны
Д иаметр элементов 6-10 мм
Длина антенны 3030 мм
Входное сопротивление
антенны(симметр.) ~ 240 Ом
Коэффициент усиления ~16дБ
Обратное ослабление ~ 24 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а £) ~ 25°
Вертикальный угол
раскрыва (а я) ~ 25°
412
тенна Уда-Яги для 70-см диапазона
а- конструктивная схема
Ъ- чертеж питаемого элемента
Питание производится коак-
сиальным кабелем через симмет-
рирующий трансформатор.
24.7.12- элементная групповая
антенна для 70-см диапазона
В диапазоне могут применять-
ся также и групповые антенны,
хотя из-за относительно боль-
ших механических затрат они ис-
пользуются относительно редко.
В диапазоне 70 см полоса про-
пускания групповой антенны со-
ставляет примерно 50 МГц.
Важно отметить, что на зажи-
мах питания антенны, или в точ-
ках соединения линий связи сле-
дует применять только воздуш-
ную изоляцию (максимум напря-
жения) и крепить антенну по ва-
рианту рис. 24.1 .с.
Размеры 12- элементной груп-
повой антенны приведены на рис.
24.8. Указания, приведенные в
главе 23 справедливы и для УКВ
групповых антенн.
Характеристики антенны
Диаметр элементов 3-5 мм
Диаметр линии связи 3 мм
(не критичен)
Высота антенны 680 мм
Входное сопротивление
антенны на зажимах XX
(симметр.) =240 Ом
Коэффициент усиления =9,5 дБ
Обратное ослабление = 14 дБ
Горизонтальный угол
раскрава (а £) =60°
Вертикальный угол
раскрыва (а н) «50°
_ R-3W ^10, ~ R-3W
Г~-----ТГ-------
$•315
Рис. 24.8 i 12-элементная групповая
антенна для 70-см диапазона
413
25. Антенны с круговой диаграммой направленности для
диапазонов УКВ и ДМВ
В некоторых случаях в диапа-
зонах УКВ и ДМВ используются
антенны с круговой или подоб-
ной кругу диаграммой направ-
ленности в горизонтальной плос-
кости.
Их изготовление не представ-
ляет проблем, так как каждый
вертикальный полуволновой
вибратор излучает перпендику-
лярно своей оси вертикально по-
ляризованные электромагнитные
волны и имеет круговую диаг-
рамму направленности в гори-
зонтальной плоскости. Такие
вертикальные излучатели ис-
пользуются часто в переносимых
и мобильных радиостанциях.
Даже в 2- м диапазоне некоторые
любительские радиостанции ра-
ботают из-за простоты с верти-
кально поляризованными антен-
нами, хотя в диапазоне УКВ это
исключение.
Изготовить антенну горизон-
тальной поляризации, обладаю-
щую точной круговой диаграм-
мой направленности, чрезвычай-
но сложно, тем более радиолюби-
телю. Однако часто полностью
круговая диаграмма направлен-
ности не требуется , и в общем
случае под круговым излучате-
414
лем понимают антенну, которая
излучает более или менее хорошо
во всех направлениях, при этом
диаграммы направленности не
должна иметь нулевых направле-
ний или четко выраженных мак-
симумов.
25.1. УКВ излучатели верти-
кальной поляризации
Антенны в виде вертикально-
го полуволнового вибратора,
шлейфового вибратора, "граунд-
плейн” антенна теоретически
имеют круговую диаграмму на-
правленности в горизонтальной
плоскости, однако в УКВ диапа-
зоне они обладают не всегда хо-
рошей эффективностью и КПД.
Это особенно касается вибрато-
ров с центральным питанием, у
которых питание необходимо
подводить перпендикулярно к
оси излучателя. Линия питания
искажает диаграмму направлен-
ности , что при увеличение час-
тоты проявляется все силы ее.
Несимметричность антенны при-
водит к появлению поверхност-
ных волн на коаксиальном кабе-
ле питания, вызывая потери из-
лучения и и увеличивая верти-
кальный угол излучения. Как из-
вестно, требуется плоское излуче-
ние, при котором главное излу-
чение должно происходить в пер-
пендикулярном вертикальной
оси антенны направлении. Таким
образом критерий кругового из-
лучения лежит в виде питания и
желательны такие антенны с та-
ким питанием, которые имели бы
низкие потери в сочетании с хо-
рошим согласованием и симмет-
рированием. Питание осуществ-
ляется в основном через коакси-
альный кабель.
25.1.1. Коаксиальная антенна
Эта антенна (рис.25.1.) с вер-
тикальной поляризацией может
быть с успехом использована в
качестве мобильной антенны (ав-
томобильная антенна). Эта ан-
тенна представляет знакомую
Диэлектрик
Медная трубка
В этом месте оплетка
коаксиального кабеля
припаивается к
металлу трубки
Внутренний проводник
коаксиального кабеля
Коаксиальный кабель
— 60 Ом
V
Рис.25.1. Коаксиальная антенна
нам антенну из главы 19.4.2.1. в
УКВ исполнении.
С коаксиального кабеля с мак-
симальным диаметром внутрен-
него проводника (тип 60-10-2,
внутренний 0 проводника 2,26
мм) снимают примерно на длине
Х/4 ( Х/40,97) внешнюю изоля-
цию, оплетку и внутреннюю изо-
ляцию, оставляя только голый
внутренний проводник. Коакси-
альный кабель пропускают через
медную трубку электрической
длиной Х/4 и припаивают к оплет-
ке коаксиального кабеля, как по-
казано на рис.25.1. Коэффициент
укорочения этой трубки 0,95.
Диаметр трубки может быть лю-
бам, позволяющим пропустить
через нее коаксиальный кабель.
Антенна представляет собой в
принципе обычный полуволно-
вой вибратор, нижняя половина
которого выполняет функцию
симметрирующего устройства.
Антенна обладает почти идеаль-
ным согласованием и плоским
круговым излучением.
При эксплуатации на автомо-
биле следует Х/4 участок внут-
реннего проводника коаксиаль-
ного кабеля заменить на гибкую
автомобильную антенну.
25.1.2. 5/8- X излучатель
При увеличении длины шты-
ревой антенны более 12 в диаг-
рамме направленности появля-
ются 2 дополнительных лепест-
ка, направленные под большим
415
углом к поверхности земли, и од-
новременно увеличивается ос-
новной лепесток диаграммы на-
правленности, направленный под
плоским углом к поверхности
земли. Как видно из рис. 19.7,
поверхностное излучение дости-
гает максимума при длине верти-
кального излучателя равной 5/8Х.
Коэффициент усиления при этом
составляет 3 дБ по отношению к
вертикальному полуволновому
вибратору (рис. 18.7.с и d.). Од-
нако 5/8Х не является резонансной
длиной антенны, поэтому 5/8Х из-
лучатель удлиняют с помощью
удлиняющей катушки до элект-
рической длины У4Х. Недостаю-
щая до длины волнового вибра-
тора длина 74Х в данном случае
добавляется за счет радиальных
проводников, как и в случае ан-
тенны “граунд-плейн”.
На рис. 25.2. изображена схе-
ма 5/8 А, штыревая антенна для ди-
апазона 2 м.
Общая длина вертикальной
части равняется 1215 мм, четыре
радиальных проводника имеют
длину 490 мм каждый. Удлиняю-
щая катушка индуктивности име-
ет 11 витков и изготовлена из
медного провода 0 1,6 мм. Дли-
на самой катушки равняется 38
мм и диаметр 6,35 мм.
Изменение резонансной час-
тоты может быть достигнуто за
счет изменения размеров катуш-
ки. Изменение резонансной час-
тоты в большом диапазоне мо-
Рис.25.2. Схема 5/8Х- излучателя для
диапазона 2 м
жет быть достигнуто добавлени-
ем или устранением витков ка-
тушки. В качестве мачты-носите-
ля хорошо использовать гибкий
прут из стекловолокна, в этом
случае удлиняющую катушку
можно намотать непосредствен-
но на материал мачты у ее осно-
вания. Антенна также пригодна
для использования в автомобиль-
ном варианте.
25.1.3. Диско - конусная широ-
кополосная антенна с круговой
диаграммой направленности
Следующим излучателем с
круговой диаграммой направ-
ленности, который имеет много
общего с коаксиальной антенной
и отличается широкой полосой
416
Рис.25.3. Диско-конусная антенна
пропускания является диско -
конусная антенна, (рис. 25.3.)
По сравнению с обычным вер-
тикальным вибратором коэффи-
циент усиления этой антенны
меньше на ЗдБ за счет малых раз-
меров. Это не удивительно, так
как антенна имеет очень широ-
кую полосу пропускания и с раз-
мерами, приведенными не рис.
25.3. имеет полосу пропускания
85-500 МГц.
Конус антенны и диск изго-
товлен из плоского листа меди,
однако могут применяться и дру-
гие материалы , к которым мож-
но припаивать проводники.
Толщина листа с электрической
точки зрения не имеет значения.
Внутренний проводник коакси-
ального кабеля питания с волно-
вым сопротивлением 60 Ом ого-
ляют на отрезке 100 мм и припа-
ивают к центру диска как пока-
зано на рис. 25.3. Диск крепиться
к конусу с помощью 3 или 4 дер-
жателей из диэлектрического ма-
териала.
Если требуется рассчитать
антенну на другой частотный ди-
апазон, то размер D конуса (рис.
25.4.) берут равным V4 макси-
мальной рабочей частоты. Диа-
метр диска равен 0,7£>.
Диапазон частот антенны ра-
вен примерно 1:8 (примерно 20 %
меньше) максимальной рабочей
частоты. За нижней границей ди-
апазона сильно растет КСВ в ка-
беле питания.
Характеристики антенны
сильно зависят от диаметра дис-
ка. При уменьшении диаметра
диска уменьшается полоса про-
пускания антенны и уменьшает-
ся вертикальный угол ихчучения
в направлении к конусу.
При соблюдении указанных
размеров КСВ в пределах диапа-
зона не превышает 1,5, однако в
зависимости от частоты меняет-
ся вертикальный угол излучения.
25.1.4. Антенна DDRR для ди-
апазона 145 МГц
Коротковолновую антенну
DDRR, описанную в главе 19.7,
можно использовать и в диапазо-
не УКВ. Используя таблицу 19.4.
и рис. 19.44. можно определить
размеры антенны для 2 м диапа-
зона:
Z)= 160 мм, Н> 15 мм, А= 10 мм,
d- 5-10 мм, С = 5 пФ.
Размеры приведены прибли-
зительные, так как они не явля-
ются критичными вследствие
14 Антенны
417
Длина Din cm
Рис.25.4. Диаграмма для
расчета размеров диско-
конусной антенны в зави-
симости от частоты
широкой полосы пропускания
антенны. Точку присоединения
внутреннего проводника коакси-
ального кабеля определяют экс-
периментально. Не следует эко-
номит на размере диска, который
определяет вертикальный угол
излучения антенны. Поэтому це-
лесообразно применять диск ди-
аметром > 500 мм.
25.1.5. Многоэтажные верти-
кально поляризованные антенны
Полуволновые элементы, об-
разующие ряд, могут быть распо-
ложены вертикально. При этом
образуется круговая диаграмма
направленности в горизонталь-
ной плоскости и малый угол рас-
крыва в сочетании с плоским из-
лучением в вертикальной плоско-
сти. Как следствие возрастает
коэффициент усиления по срав-
нению с одиночным вертикаль-
ным полуволновым вибратором.
Основным условием .является
синфазность возбуждения всех
элементов вертикального вибра-
торного ряда (см. главу 13.1.)
В качестве примера на рис.
25.5. показана вертикальная ан-
тенна для диапазона 2-м, которая
представляет собой 3 синфазно
возбуждаемых полуволновых
вибратора, расположенных в
ряд.
Антенна имеет центральное
питание и крепиться на деревян-
ной мачте. Линия питания долж-
на подходить перпендикулярно
к вертикальной оси антенны на
участке не менее чем М2 , в про-
тивном случае искажается диаг-
рамма направленности и возни-
кают стоячие волны в кабеле пи-
тания.
Синфазное питание полувол-
новых секций осуществляется с
помощью промежуточных замк-
нутых четвертьволновых шлей-
фов, которые вызывают сдвиг
418
Рис.25.5. Вертикальный ряд из 3-
вибраторов для диапазона 2-м.
а- схема конструкции
Ь- изготовление короткозамкнутого
шлейфа.
фазы на 180°. Короткозамкнутые
концы этих фазовых проводни-
ков расположены в точках мини-
мума напряжения и поэтому мо-
гут крепиться к мачте. Можно
изготавливать короткозамкну-
тые проводники как показано на
рис. 25.5.Ь., что значительно уп-
рощает изготовление антенны.
Сами элементы крепятся к дере-
вянной мачте с помощью изоля-
торов, причем можно применять
14*
простые изоляторы, если они раз-
мешаются в точках минимума
напряжения (геометрическая се-
редина вибратора).
Материалом для изготовле-
ния элементов может служить
алюминиевая проволока диамет-
ром 8-10 мм. В случае, если пре-
дусматривается изготовление
элементов по схеме рис. 25.5.К, то
общая длина заготовки составля-
ет 246 см.
Сопротивление на входных
зажимах антенны составляет 240
Ом, поэтому при питании с помо-
щью коаксиального кабеля сле-
дует предусмотреть симметриру-
ющий трансформатор.
Коэффициент усиления антен-
ны составляет примерно 3,2 дБ
Антенный ряд из 4-полувол-
новых вибратора представлен на
рис. 25.6. и отличается от 3- эле-
ментного ряда только видом пи-
тания.
Так как точки питания в гео-
метрической середине системы
имеют очень большое сопротив-
ление, лучше использовать на-
строенную линию питания, под-
ключив ее к точкам на проводни-
ке короткозамкнутого шлейфа, в
которых полное сопротивление
равно волновому сопротивлению
линии питания. Как известно,
полное сопротивление меняется
по длине шлейфа от нуля до сво-
его максимального значения.
В данном случае для симмет-
ричной 2-проводной симметрич-
ной 240- омной линии питания
419
Рис.25.6. Вертикальный ряд из 4- по-
луволновых вибраторов для 2-м ди-
апазона.
зажимы питания должны лежать
на расстоянии примерно 75 мм от
короткозамкнутого конца шлей-
фа.
Антенну можно питать также
и с помощью симметрирующего
трансформатора, как описано
было выше.
Коэффициент усиления 4-
элементного вертикального ряда
420
полуволновых вибраторов равен
примерно 4,5 дБ. При изготовле-
нии и монтаже антенны справед-
ливы все указания, что и для 3-
элементного ряда.
Из-за влияния краевого эф-
фекта внешние элементы 4- эле-
ментной и следующей 5- элемен-
тной антенны более короче, чем
внутренние.
Вертикальный 5- элементный
ряд из полуволновых вибрато-
ров, изображенный на рис. 25.7 ,
имеет теоретический коэффици-
ент усиления 5,4 дБ и малый угол
раскрыва диаграммы направлен-
ности в вертикальной плоскости.
В части схемы питания эта
антенна похожа а 3- элементную
антенну, однако есть некоторые
усовершенствования. В случае 3-
элементной антенны, при под-
ключении линии 240- омной пи-
тания прямо к зажимам антенны
(см рис. 25.5.), КСВ в линии пи-
тания может достигать 2. Для
уменьшения этого значения до
1,1 между зажимами питания ан-
тенны и линией питания включа-
ется четвертьволновый транс-
форматор с волновым сопротив-
лением примерно 330 Ом. При
этом диаметр полуволновых эле-
ментов должен быть 3-9 мм.
Четыре замкнутых четверть-
волновых шлейфа имеют диа-
метр проводников 2-6 мм (некри-
тично). Согласующий трансфор-
матор в точках питания должен
иметь отношение расстояние/ди-
аметр примерно 8:1, чтобы обес-
апазона
а- схема антенны
Ь- пример конструкторского испол-
нения.
лечить условие согласования.
Это значит, что для расстояния 25
мм, как на рис. 25.7.а., диаметр
провода дилжен быть равен 3 мм.
При выборе другого расстояния
соответственно надо изменить и
диаметр провода в соответствии
с отношением 8:1.
На рис. 25.7.Ь. приведен спо-
соб крепления антенне к мачте.
Замкнутые короткозамкнутые
шлейфы можно изготовить без
ухудшения электрических харак-
теристик в виде колец и исполь-
зовать их для крепления за мачту
антенны. Диаметр колец в этом
случае составляет примерно 160
мм.
25.2. Горизонтально поляризо-
ванные УКВ антенны с круговой
диаграммой направленности
Горизонтально поляризован-
ные антенны с круговой диаграм-
мой направленности заслужива-
ют особого внимания в тех слу-
чаях, когда требуется получение
как можно более круговой диаг-
раммы направленности, причем
получение такой диаграммой на-
правленности всегда связано с
потерями в направлении основ-
ного излучения.
Как известно, полуволновой
вибратор является двухсторон-
ней направленной антенной, с
направлением главного максиму-
ма перпендикулярно оси вибра-
тора. Когда вся мощность излу-
чается антенной равномерно по
всем направлениям, то эта равно-
мерность достигается за счет пе-
рераспределения мощностей
между основным лепестком диаг-
раммы направленности и мини-
мумами излучения. При этом
мощность излучаемая антенной
не теряется, а распределяется по
другим направлениям.
421
25.2.1. Кольцевой вибратор
Простая и надежная конст-
рукция кольцевого вибратора
применяется часто как всенап-
равленная антенна для мобиль-
ных станций. Диаграмма направ-
ленности кольцевого излучателя
не совсем круглая, она имеет фор-
му эллипса, коэффициент усиле-
ния кольцевого вибратора мень-
ше коэффициента усиления
обычного полуволнового вибра-
тора на 6 дБ, т.е. в точке приема
эта антенна дает в 2 раза меньшее
напряжение чем нормальный по-
луволновой вибратор.
Кольцевой вибратор изобра-
жен на рис. 25.8. со всеми необ-
ходимыми размерами. Примене-
ние гамма- образной схемы со-
гласования обеспечивает согла-
сование с коаксиальным кабелем
Рис.25.8. Кольцевой вибратор для
диапазона 145 МГц (Вид сверху)
волновым сопротивлением 60-70
Ом. Кроме того гамма элемент
делает ненужным разъединение
вибратора в точках питания, что
придает конструкции большую
стабильность. При этом оплетка
коаксиального кабеля соединяет-
ся с серединой вибратора, а внут-
ренний проводник с гамма-эле-
ментом.
Концы вибраторов не должны
соединяться. Расстояние между
концами должно быть не менее 30
мм, так как при меньшем рассто-
янии начинает проявляться емко-
стное влияние, что снижает резо-
нансную частоту и одновремен-
но изменяет входное сопротивле-
ние антенны.
Правда иногда специально
вводят емкостную нагрузку в
виде металлических пластинок на
концах вибраторов, сдвигая тем
самым резонансную частоту в
сторону низких частот и обеспе-
чивая таким образом меньшие
габариты антенны. Однако в
этом случае уменьшается эффек-
тивность антенны.
Сопротивление излучения
данной антенны составляет око-
ло 50 Ом. Так как на концах виб-
раторов находятся максимумы
напряжения, то неизбежны поте-
ри, особенно при сырой погоде,
снеге или инее. На рис 25.8. изоб-
ражена антенна в мобильном,
более стабильном конструкторс-
ком варианте. Однако, если допу-
стимы меньшие требования к ста-
бильности, то кольцевой излуча-
422
го вибратора максимумы диаг-
раммы направленности на 1 дБ
меньше, чем у полуволнового
вибратора, что соответствует
90% напряжения на входе прием-
ника. Минимумы напряжения,-
наоборот, исчезают, и в этих точ-
ках напряжения равняется 45%
напряжения в направлении мак-
симального излучения полу-
волнового вибратора.
В направлении основного из-
лучения согнутый петлевой виб-
ратор дает напряжение на входе
приемника в два раза больше,
чем кольцевой вибратор. В на-
правлении минимума излучения
он также дает напряжение не-
сколько больше по сравнению с
кольцевым вибратором. Следо-
вательно, кольцевой вибратор
следует применять только в слу-
чаях, когда требуется круговая
диаграмма направленности, в ос-
тальных случаях отдавая пред-
почтение согнутому петлевому
вибратору. На рис. 25.11. пред-
ставлен согнутый петлевой виб-
ратор, установленный на легко-
вом автомобиле.
Обычный полуволновой виб-
ратор, согнутый под углом 100°
обнаруживает точно такие же
характеристики направленности,
что и петлевой вибратор, однако
последний более предпочтителен
из-за большого входного сопро-
тивления равного 240 Ом. Если
возникает необходимость питать
петлевой вибратор с помощью
Рис. 25.11. Согнутый петлевой виб-
ратор в качестве автомобильной ан-
тенны.
коаксиального кабеля, то приме-
няют симметрирующий транс-
форматор в качестве устройства
согласования с несимметричным
коаксиальным кабелем, (см. гла-
ву 7.5.) или намотанную двухпро-
водную линию (см. главу 7.7.).
Можно изготовить согнутый
вибратор из неразрывного про-
водника и питать его с помощью
гамма-образной схемы согласо-
вания. В этом случае конструк-
ция получается наиболее ста-
бильной.
Так как диаграмма направ-
ленности согнутого вибратора
имеет выраженные максимумы
направленности, то говорят о
круговом излучателе с предпоч-
тительным направлением. Изме-
нение угла сгиба изменяет диаг-
424
Рис.25.9. Кольцевой вибратор. Усо-
вершенствованная конструкция
тель лучше изготавливать с воз-
душным изолятором между кон-
цами вибраторов, как показано
на рис. 25.9.
Кольцевые излучатели можно
располагать на два или более эта-
жах друг над другом. 4-этажная
конструкция имеет коэффициент
усиления равный нормальному
полуволновому вибратору в на-
правлении максимума. Питание
многоэтажных кольцевых вибра-
торов осуществляется по прави-
лам, указанным в главе 13.2.
В качестве мачты для мобиль-
ной конструкции может служить
трубка из стеклопластика, осо-
бенно удобная тем, что внутри
нее можно провести коаксиаль-
ный кабель питания.
На рис 25.10 изображены ди-
аграммы направленности раз-
личных типов антенн в £-плос-
кости. Из рисунка видно, что
кольцевой вибратор имеет наи-
более правильную круговую ди-
аграмму направленности.
О'
----Петлевой вибратор----Кольцевой
Уголковый вибратор вибратор
---- с углом Т00л
Рис.25.10. Диаграммы направленно-
сти в горизонтальной плоскости (по
DL1HM)
25.2.2. Согнутый петлевой виб-
ратор
Очень часто в качестве антен-
ны для мобильных радиостанций
применяют согнутый петлевой
вибратор, который представляет
собой обычный петлевой вибра-
тор, согнутый таким образом,
что его половина образуют меж-
ду собой угол 100°. Входное со-
противление петлевого вибрато-
ра при этом не изменяется и ос-
тается равным 240 Ом. Диаграм-
ма направленности в горизон-
тальной плоскости имеет форму
эллипса.
Как известно, обычный петле-
вой вибратор имеет диаграмму
направленности не отличающую-
ся от диаграммы направленнос-
ти полуволнового вибратора в
горизонтальной плоскости
(см.рис.10.). У согнутого петлево-
423
рамму направленности согнуто-
го вибратора в Е- плоскости. Как
видно из рис. 10.31.а, с уменьше-
нием угла сгиба диаграмма при-
ближается к круговой.
Ниже описываются вибрато-
ры* различной формы. В принци-
пе большого отличия характери-
стик от согнутого вибратора они
не имеют, при приблизительно
круговой диаграмме они имеют
лишь различное конструктивное
исполнение.
25.2.3. Крестообразный вибра-
тор
Крестообразный вибратор,
представляет собой два обычных
полуволновых или петлевых виб-
ратора, расположенных под уг-
лом 90° друг к другу (рис. 25.12.).
Такая конструкция антенны
имеет почти круговую диаграм-
му направленности.
Возбуждение вибраторов осу-
ществляется со сдвигом фазы 90°,
который достигается за счет
включения между обоими вибра-
Рис.25.12. Крестообразный вибра-
тор
торами шлейфов, (следует учи-
тывать коэффициент укороче-
ния). Шлейфы имеют электричес-
кую длину Х/4 и волновое сопро-
тивление, равное входному со-
противлению отдельного вибра-
тора, т.е. волновое сопротивле-
ние этих шлейфов должно рав-
няться 60 Ом в случае использо-
вания простых полуволновых
вибраторов и 240 Ом в случае
использования петлевых вибра-
торов.
Так как оба вибратора соеди-
нены параллельно, то сопротив-
ление антенны в точках питания
равно 30 Ом для простых полу-
волновых вибраторов и 120 Ом
для петлевых вибраторов. Из-за
сложности питания этой антенны
и также из-за того, что шлейфы
являются частотнозависимыми
элементами, крестообразная ан-
тенна применяется в редких слу-
чаях. Обычно предпочтение от-
дается согнутому петлевому виб-
ратору.
При создании многоэтажной
антенны, т.е. при расположении
нескольких крестообразных виб-
раторов друг над другом, круго-
вая диаграмма сохраняется. Ко-
эффициент усиления увеличива-
ется за счет фокусировки излуче-
ния в вертикальной плоскости.
Величина коэффициента усиле-
ния в значительной степени зави-
сит от расстояния между этажа-
ми. Для двухэтажной антенны
при расстоянии между этажами
425
0,5Z коэффициент усиления равен
примерно 1,2 дБ, а максимальное
значение составляет 1,4дБ при
расстоянии между этажами 0,67Х.
Четырехэтажная антенна дает
коэффициент усиления 2,5 дБ при
расстоянии между этажами 0,5Х.
При оптимальном расстоянии
между этажами равном 0,82Х уси-
ление равняется 3,7 дБ.
Многоэтажные крестообраз-
ные антенны применялись ранее
в качестве передающих антенн с
круговой диаграммой направ-
ленности в УКВ передающих ве-
щательных станциях.
25.2.4. Антенна Batwing или
“летучая мышь”
С английского языка слово
batwing переводится как летучая
мышь. Речь идет о крестообраз-
ной антенне, форма которой не-
сколько видоизменена для полу-
чения широкой полосы, сходство
которой с летучей мышью дало
антенне это название.
Фазы развития антенны пока-
заны на рис. 25.13.
Для придания обычному по-
луволновому вибратору широ-
кой полосы необходимо исполь-
зовать “толстые” проводники
или, например, придать полови-
нам вибратора треугольную фор-
му (рис.25.13.а.). Такая антенна
типа “бабочка” часто находит
применение в УКВ диапазоне в
качестве широкополосной антен-
ны. Ширину полосы пропуска-
ния антенны “бабочка” можно
еще расширить, если к зажимам
питания подключить 2 коротко-
замкнутых четвертьволновых
шлейфа, как показано на рис.
23.15.Ь. Следующая фаза разви-
тия показана на рис. 25.13.C., где
Рис. 25.13. Трансфор-
мация антенны типа
“бабочка” в антенну
“летучая мышь”
С)
426
треугольники превращаются в
прямоугольники, а два Х/4 шлей-
фа в шлиц длиной Х/2 между эти-
ми прямоугольниками. В середи-
не шлица находятся зажимы пи-
тания антенны. Стрелки разъяс-
няют протекание тока по повер-
хности элементов антенны. Для
того, чтобы выровнять распреде-
ление тока по поверхности обо-
их элементов и сгладить частот-
ную характеристику антенны,
форму прямоугольников изменя-
ют как показано на рис. 25.13.d.,
так что они начинают напоми-
нать крылья летучей мыши.В зак-
лючение металлическую поверх-
ность крыльев можно заменить
на сетку, для уменьшения ветро-
вого сопротивления. На рис.
25.13.е. показана конечная конст-
рукция антенны “летучая мышь”.
Этот вибратор, обладающий
входным сопротивлением 70 Ом,
является очень широкополос-
ным. Для того чтобы получить
приближенно круговую диаграм-
му направленности в горизон-
тальной плоскости крылья антен-
ны сгибают как у крестообразной
антенны под углом 90° и возбуж-
дают со сдвигом фазы 90°. Для
использования в промышленных
целях антенну делают много-
этажной, в этом случае она назы-
вается башенной антенной. Ба-
шенные антенны являются основ-
ными антеннами для телевизион-
ных и радиовещательных стан-
ций, в радиолюбительской же
практике они находят ограничен-
ное применение.
25.2.5. Антенна “мальтийский
крест”
Антенна “мальтийский крест”
представляет собой излучатель с
почти круговой диаграммой на-
правленности вследствие полной
своей симметрии и простым пи-
танием. По информации радио-
любителя OZ7IGY , антенна по-
казала отличные результаты при
работе в диапазоне 70 см
На рис. 25.14 изображена
принципиальная схема антенны
“мальтийский крест” и более из-
вестная, но и более сложная в из-
готовлении антенна “клеверный
лист”.
Антенна “мальтийский крест”
представляет собой четыре полу-
Рис. 25.14. Антенны “маль-
тийский крест” и “клевер-
ный лист”
427
волновых вибратора, располо-
женных под углом 90° друг отно-
сительно друга, между которы-
ми располагаются короткозамк-
нутые четвертьволновые линии.
Изображенные на рисунке стрел-
ками направления токов в вибра-
торах показывают, что каждый
вибратор возбуждается по отно-
шению к к противоположному
ему вибратору синфазно, а по
отношению к соседнему вибрато-
ру - противофазно.Благодаря
такому несинфазному возбужде-
нию (как и в случае крестообраз-
ного вибратора) достигается кру-
говая диаграмма направленнос-
ти в горизонтальной плоскости.
Все четвертьволновые линии
имеют подвижные короткозамы-
кающие мостики, которые позво-
ляют добиваться точного резо-
нанса антенной системы. Вслед-
ствие этого размеры внешних
элементов менее критичны, так
как всегда можно добиться резо-
нанса при настройке антенны,
передвигая короткозамыкающие
перемычки.
Так как Л/4 короткозамкнутые
линии представляют собой на-
строенные линии, то в этом
случае их волновое сопротивле-
ние не играет роли и ширина раз-
реза, которая образует четверть-
волновую линию, выбирается из
чисто механических соображе-
ний . Так ширина разреза 20 мм,
как показано на рис. 23.15. явля-
ется ориентировочной.
На рис. 25.15. приведены раз-
меры антенны “мальтийский
крест” для 70-см диапазона и для
2-м диапазона. Необходимо, что-
бы короткозамыкающие мости-
ки располагались по возможнос-
ти симметрично относительно
центра антенны, так как переме-
Рис 25.15. Размеры антенны “мальтийский крест” для диапазонов 432МГц и
145 МГц
428
щение одного мостика влияет не
только на параметры смежного с
ним вибратора, но и оказывает
влияние на характеристики всех
остальных вибраторов. Изменяя
положение замыкающих мости-
ков можно в известных пределах
изменять диаграмму направлен-
ности в горизонтальной плоско-
сти.
Как мы видели раньше, про-
стейшие антенны горизонталь-
ной поляризации с круговой ди-
аграммой направленности имеют
проигрыш в коэффициенте усиле-
ния по отношению к основному
излучению полуволнового виб-
ратора , равный 3-6 дБ (кольце-
вой вибратор - 6дБ, крестообраз-
ный вибратор - 3 дБ). Антенна же
“мальтийский крест” имеет про-
игрыш лишь 1 дБ, вследствие
большого числа образующих ее
вибраторов .
Линия питания подключается
к одной из четвертьволновых ли-
ний, по длине которой ищется
точка, в которой сопротивление
линии соответствует волновому
сопротивлению симметричной
линии питания. Для конструкции
антенны, рассчитанной на диапа-
зон 70 см, и волнового сопротив-
ления линии питания 240 Ом эта
точка удалена от короткозамыка-
ющего мостика на расстояние 100
см. Для конструкции для 2-м ди-
апазона эта точка находится при-
мерно в середине четвертьволно-
вой линии.
В качестве проводника для
элементов может быть использо-
ван 6 мм медный провод - для
антенны диапазона 70 см, и алю-
миниевый провод 8-12 мм для
антенны 2 м.
Рекомендуется применять
многоэтажную антенну “маль-
тийский крест”. Максимальный
коэффициент усиления достига-
ется при расстоянии между эта-
жами 0,7Х и составляет 3 дБ. На
рис. 25.16 приведена такая двухэ-
тажная антенна для диапазона
432 МГц.
Двухпроводная линия связи
между этажами имеет длину 500
мм и состоит из двух медных
проводников 03 мм, располо-
женных параллельно друг дру-
гу на расстоянии 20 мм . Такая
линия связи имеет волновое со-
противление примерно 300 Ом.
(см. рис. 5.4.). Длина этой соеди-
нительной линии на имеет осо-
бого значения, так как эта ли-
ния представляет собой не на-
строенную а согласованную ли-
нию. Точно в середине этой ли-
нии связи подключается корот-
козамкнутый шлейф, который
крепиться к несущей мачте ан-
тенны (см. рис. 25.16.). Питание
такой двухэтажной антенны
может быть осуществлено с по-
мощью 60-омного коаксиаль-
ного кабеля, который подклю-
чается к короткозамыкающему
шлейфу в точках, как показано
на рис. 25.16.
429
Рис. 25.16. Двухэтажная
антенна “мальтийский
крест” для диапазона
432 МГц
Все сказанное справедливо и
для антенны “клеверный лист”,
так как принцип обоих излучате-
лей одинаков.
25.2.6. Антенна большое “коле-
со” (The Big Wheel)
В диапазоне УКВ радиолюби-
тели работают почти исключи-
тельно с узконаправленными ан-
теннами, которые позволяют фо-
кусировать излучение в опреде-
ленном направлении. Направлен-
ность антенны позволяет при
приеме ослабить помехи с других
направлений и усилить желаемый
сигнал.
Однако направленные антен-
ны для 2-м диапазона имеют и
недостаток, так как не позволяет
в короткие рабочие вечерние
часы, когда наблюдается макси-
мум радиолюбительской актив-
ности, просканировать все на-
правления сторон горизонта.
Кроме того, в определенных на-
правлениях могут возникать хо-
рошие DX- возможности уста-
новления дальних связей, кото-
рые теряются.
Идеальной антенной для та-
ких случаев была бы горизон-
тально поляризованная антенна
с большим коэффициент усиле-
ния и круговой диаграммой на-
правленности.
Радиолюбителями W1IJD и
W1FVY бала разработана такая
антенна , которой было дано на-
звание “большое колесо”. Эта
антенна была апробирована в
качестве автомобильной антен-
ны и показала коэффициент уси-
ления 5,7 дБ относительно про-
стого крестообразного вибрато-
430
Рис. 25.17. Антенна “большое коле-
со”
ра или 2,7 дБ относительно полу-
волнового вибратора.
На рис. 25.17 изображена схе-
ма антенны “большое колесо”.
Она напоминает “мальтийский
крест”, который имеет только 3
лепестка. Отличие заключается в
виде возбуждения. В антенне
“мальтийский крест” излучаю-
щие элементы включены после-
довательно, а в антенне “большое
колесо” - параллельно. Благода-
ря этому входное сопротивление
антенны “большое колесо” мало.
Из рис.25.17 видно, что длина
одного лепестка по периметру
равна IX и для диапазона 2 м со-
ставляет 2050 мм. Каждый лепес-
ток согнут таким образом что
угол у его основания равен 100°.
Малый радиус, для диапазона 2-
м составляет 152 мм, а большой
радиус 610 мм.
Схема возбуждения антенны
приведена на рис. 25.18.
На длине примерно Л/4 два со-
седних лепестка имеют приблизи-
тельно параллельные стороны.
Так как токи в этих четвертьвол-
новых направлены встречно, то
эти участки не излучают (см. рис.
25.18. а.). На рис. 25.18.Ь. пока-
Рис. 25.18. Возбуждение и питание антенны “большое колесо”
а- распределение тока, Ь- схема подвода питания, с- шлейф
431
Пластина А
Скоба
Рис.25.19. Закрепление
элементов антенны
“большое колесо”
зано совместное электрическое
включение шлейфов лепестков
антенны. Все точки начала шлей-
фов, обозначенные А, объедине-
ны друг с другом. Также соеди-
нены друг с другом концы Е
шлейфов. Такое параллельное
включение шлейфов обеспечива-
ет синфазное возбуждение полу-
волновых отрезков (см. стрелки
на рис. 25.18.а.). Такое парал-
лельное включение обеспечивает
входное сопротивление антенны
порядка 10 Ом. Чтобы можно
было бы питать антенну с помо-
щью коаксиального кабеля, вол-
новые шлейфы немного укорачи-
ваются, а возникающие при этом
емкостные составляющие вход-
ного сопротивления компенсиру-
ются индуктивным шлейфом,
включенным в точки питания
антенны. Это вызывает смещение
значения полного сопротивления
в сторону больших значений и
позволяет, таким образом ис-
пользовать коаксиальный кабель
в качестве линии питания. Для
диапазона 2 м длина согласующе-
го шлейфа равна 127 мм. Если
предполагается использовать ан-
тенну в качестве автомобильной,
то длине согласующего шлейфа
лучше увеличить до 153 мм. Со-
гласующий шлейф, изготовлен-
ный из алюминиевой полоски 20
х 1,5 мм приведен на рис. 25.18.с.
Шлейфа элементов антенны
изготавливаются из алюминие-
вой трубки диаметром 8-10 мм.
Перед гибкой трубки наполняют
сухим песком и концы трубок
закрывают деревянными пробка-
ми. В этом случае при гибке не
будет искажен профиль трубок.
Достаточно сложным являет-
ся вопрос механического закреп-
ления лепестков антенны. Один
из вариантов приведен на рис.
25.19.
Крепление производится к
прямоугольной пластине разме-
ром 130 х 70 мм (рис. 25.19.а.),
которая сгибается под прямым
углом (пунктирная линия). Со-
гнутая часть служит для закреп-
ления конструкции к металличес-
кой мачте с помощью U- образ-
ных хомутов и заземляется. К
этой пластине Е привинчивают-
ся в точках Е все три шлейфовых
элемента, а также согласующий
шлейф своим коротким концом.
К этой же пластине припаивает-
432
ся оплетка коаксиального кабеля.
Вторая пластина А из изолирую-
щего материала закрепляется на
небольшом расстоянии над пла-
стиной Е. К этой пластине А кре-
пятся элементы антенны в точках
А , длинный конец согласующе-
го шлейфа и внутренний провод-
ник коаксиального кабеля и элек-
трически соединяются между со-
бой.
Антенна “большое колесо”
имеет большую полосу пропуска-
ния. Для диапазона 2 м КСВ в
диапазоне частот 142-150 МГц не
превышает!,5. Диаграмма на-
правленности имеет форму как
показано на рис. 25.20. и коэф-
фициент усиления в направлении
лепестков антенны может дости-
гать 3 дБ.
Отличные качества антенны
умножаются, если использовать
ее в качестве основы для двухэ-
тажной антенны. При оптималь-
ном расстоянии между этажами
равным 5/8 X коэффициент усиле-
ния увеличивается почти на 3 дБ,
при этом квази-круговая диаг-
рамма направленности в гори-
зонтальной плоскости не изменя-
ется.
Рис.25.20. Диаграмма направленно-
сти антенны “большое колесо”
Входное сопротивление ан-
тенны каждого этажа составляет
50 Ом, при объединении 2- эта-
жей входное сопротивление сис-
темы равно 25 Ом. Поэтому це-
лесообразно уже в линии связи
так трансформировать сопротив-
ление, чтобы на зажимах питания
снова стало полное сопротивле-
ние 50 Ом, что позволяют чет-
вертьволновые линии связи.
Каждый этаж должен быть снаб-
жен четвертьволновым транс-
форматором, который увеличи-
вает входное сопротивление с 50
Ом до 100 Ом, так как при парал-
лельном соединении это сопро-
тивление на общих зажимах пи-
тания снова составит 50 Ом. Вол-
новое сопротивление Я этой чет-
вертьволновой линии должно
быть равно согласно уравнению
(5.31.) _____
Z=^50 100 = 70 Ом.
Т.е. для этой линии может слу-
жить коаксиальный кабель с вол-
новым сопротивлением 70 Ом.
Можно применить и коаксиаль-
ный кабель с волновым сопро-
тивлением 75 Ом, в этом случае
сопротивление 50 Ом трансфор-
мируется в сопротивление 120
Ом, а входное сопротивление на
зажимах антенны составит 60 Ом.
На практике для изготовления
трансформирующей линии связи
используют кабели с волновым
сопротивлением 70 или 75 Ом,
электрическая длина которого
равна IX. В общем случае коэф-
433
фициент укорочения коаксиаль-
ного кабеля равен 0,66, а геомет-
рическая длина составляет
20700,66= 1365 мм. Это хорошо
согласуется с оптимальным рас-
стоянием между этажами, рав-
ным I * * * 5 */8Х. Но линия длиной IX не
трансформирует сопротивление.
Трансформирующими свойства-
ми обладают линии передачи
длиной 74Х и кратные нечетному
числу - 3/4Х,5/4Х,7/4Х и т.д. Однако
в этом случае есть простое реше-
ние: линию связи длиной IX де-
лят на отрезки 74Х и 3/4Х и в эту
точку подводят питание
(рис.25.21.).
Здесь надо обратить внима-
ние, что при таком питании вер-
хний этаж питается относитель-
но нижнего этажа со сдвигом
фазы равной 180°. Чтобы восста-
новить необходимую для пита-
ния многоэтажных антенн син-
Верхний этаж
8
1
Коаксиальная
линия связи
70 Ом (75 Ом)
§
Коаксиальный кабель
питания 59 Ом (60 Ом)
любой длины
I
•S
£
Нижний этаж
Рис.25.21. Возбуждение двухэтажной
антенна “большое колесо”. Размеры
приведены для частоты 145 МГц
фазность, схему питания одной из
антенн зеркально поворачивают,
т.е. начальная точка А становит-
ся точкой Е и наоборот
(рис.25.18.).
Полностью симметричнное и
синфазное возбуждение обоих
этажей можно обеспечит, если
линия связи будет иметь длину
1,5Х. Тогда при подаче питания
точно в геометрическую середи-
ну этой линии, электрическая
длина до каждого этажа составит
3/4Х, т.е. обеспечивается условие
трансформирования сопротивле-
ния. При коэффициенте укороче-
ния коаксиального кабеля рав-
ным 0,66 геометрическая длина
линии связи 1,5Х составит для
диапазона 2 м 3100 0,66= 2046
мм. При оптимальном расстоя-
нии между этажами 1300 мм ли-
нии связи придется изогнуть, что,
впрочем, удобно для крепления
коаксиального кабеля к мачте.
Как уже было сказано, при
объединении обоих этажей резо-
нансная частота всей системы
немного повышается.Чтобы ком-
пенсировать это явление оба со-
гласующих шлейфа увеличивают
до 152 мм.
Дальнейшее увеличение числа
этажей антенны “большое коле-
со” до 4 не целесообразно, так
как прирост коэффициента уси-
ления составляет менее 2 дБ.
В заключение следует сказать,
что одноэтажная антенна “боль-
шое колесо” является отличной
434
антенной с круговой поляризаци-
ей в случае ее мобильного ис-
пользования.
Двухэтажная антенна “боль-
шое колесо” представляет очень
хорошую антенну с горизонталь-
ной поляризацией и круговой
диаграммой направленности в
случае стационарного использо-
вания.
Антенна имеет широкую по-
лосу пропускания, доступна для
изготовления, некритична к раз-
мерам. При соблюдении указан-
ных размеров антенна не требу-
ет особой настройки.
25.2.7. Антенна “двойная спи-
раль”
Антенна “двойна спираль”
относится к классу спиральных
антенн и представляет собой
Зажимы
питания
SO Ом
Рис.25.22. Антенна
“двойная спираль” с
круговой диаграм-
мой направленности
очень эффективную горизонталь-
но поляризованную антенну с
круговой диаграммой направ-
ленности и с малым углом рас-
крыва в вертикальной плоскости.
Антенна имеет ряд преимуществ
по сравнению с другими антенна-
ми с круговой диаграммой на-
правленности, что объясняет ее
применение в передающих теле-
визионных и радиовещательных
станциях. Схематическое изоб-
ражение антенны приведено на
рис. 25.22.
Длина каждого витка спира-
ли антенны равна 2Х, что опре-
деляет диаметр спирали D рав-
ным 0,63Х. Шаг спирали равен
0,5Х. Зажимы питания антенны
находятся посредине. От середи-
ны, верхняя и нижняя спирали
имеют правую и левую намотку
по 5-10 витков каждая. Основное
излучение происходит в плоско-
сти, перпендикулярной оси ан-
тенны. Внутри спирали проходит
рефлектор в виде цилиндра диа-
метром 0,23Х, который одновре-
менно служит мачтой антенны.
Увеличение числа витков спира-
ли ведет к сужению полосы про-
пускания, обычное количество
витков 2 х 5.При этих данных
высота антенны равна 5Х, а ко-
эффициент усилештя составляет
примерно 7 дБ, входное сопро-
тивление составляет 50-100 Ом.
Кабель питания прокладыва-
ют внутри цилиндра рефлектора
до соединения с входными зажи-
мами питания антенны.
435
26. Специальные конструкции антенн для диапазонов
УКВ и ДМВ
Кроме традиционных антенн
Уда-Яги “волновой канал” и
групповых антенн применяются
особенно в диапазонах УКВ и
ДМВ другие специальные конст-
рукции антенн, которые пред-
ставляют прежде всего широко-
полосные антенны, антенны с
особой диаграммой направлен-
ности и щелевые антенны.
26.1. Плоские вибраторы и их
комбинации
Плоские вибраторы характе-
ризуются прежде всего широкой
полосой пропускания и малым
входным сопротивлением в ши-
роком диапазоне частот (см. гла-
ву 4.3.). Изготовление их не вы-
зывает сложностей и они часто
применяются как элементы слож-
ных широкополосных систем в
УКВ и ДМВ диапазонах.
26.1.1. Вибратор “бабочка”
На рис 26.1 изображена схема
вибратора “бабочка”, названно-
го так за сходство с крыльями
бабочки. В немецкой литературе
эта антенна больше известна под
названием Batwing.
436
1-0,7 bisOjM,
Рис.26.1. Вибратор “бабочка”
Антенна представляет собой
волновой вибратор, большая по-
лоса пропускания которого обес-
печивается большой площадью
элементов антенны. Обычно эле-
менты антенны изготавливают в
виде треугольников, экономя при
этом материал и одновременно
получая удобные выводы для
крепления входных зажимов ан-
тенны. Большой емкостной кра-
евой эффект обуславливает силь-
ное укорочение вибратора. Угол
у основания антенны а определя-
ет входное сопротивление, шири-
ну пропускания и коэффициент
укорочения волнового вибрато-
ра.
Для диапазона ДМВ часто из
конструктивных соображений
угол а принимают равным 30°, а
в диапазоне УКВ, напротив, из
соображений ширины полосы
пропускания этот угол выбирают
в диапазоне 60-80°.
Рис.26.2. Примерный
график зависимости
входного сопротивле-
ния антенны “бабоч-
ка” от угла а
Как видно из рис. 26.2. при
угле а= 30° входное сопротивле-
ние составляет примерно 350 Ом.
Длина вибратора равна пример-
но 0,8Х и относительная полоса
пропускания b= 0,65/т.
С целью снижения веса и вет-
рового сопротивления треуголь-
ные плоскости антенны обычно
делают из проволочной сетки
(см.рис.25.13.) или просверлен-
ных пластин.
Для оптимального угла а=
60-80° входное сопротивление
вибратора лежит в пределах 160-
200 Ом, а коэффициент укороче-
ния составляет примерно 0,73.
Мнимые составляющие входно-
го сопротивления и их изменение
от частоты пренебрежимо малы,
а длина X не критична из-за боль-
шой полосы пропускания антен-
ны.
Как известно, по отношению
к полуволновому вибратору ко-
эффициент усиления волнового
вибратора составляет 1,8 дБ. Из-
за своей широкой полосы про-
пускания волновой вибратор мо-
жет возбуждаться не только на
основной частоте, но и на ее гар-
мониках. Для более высоких ча-
Рис. 26.3. Коэффициент
усиления антенны “ба-
бочка” в зависимости от
частоты
437
стот электрическая длина вибра-
тора конечно больше, чем 1 X, по-
этому коэффициент усиления ра-
стет при увеличении частоты и
может составлять до 4дБ. В каче-
стве примера к вышесказанному
на рис. 26.3. приведена снятая
экспериментально зависимость
коэффициент усиления антенны
“бабочка” с углом ос= 70° и дли-
ной Х= 400 мм от частоты в диа-
пазоне 500-900 МГ.
Из рисунка видно, что полоса
пропускания антенны с углом 70°
у основания превышает границы
телевизионного диапазона ТУ ГУ.
26.1.2. Веерный вибратор
Характерными качествами
вибраторов с большой площа-
дью элементов обладает и веер-
ный вибратор, конструкция кото-
рого состоит из нескольких эле-
ментов в виде прутков, соединен-
ных как показано на рис. 26.4. в
виде веера. Веерный вибратор
может содержать два и более эле-
ментов, обладая легкостью и ма-
лым сопротивлением ветру.
С размерами, приведенными
на рис. 26.4., веерный вибратор
эквивалентен вибратору с цилин-
драми 070 мм в качестве элемен-
тов. Диаграмма направленности
веерного вибратора в горизон-
тальной плоскости уже не имеет
известную форму восьмерки, а
имеет несколько боковых лепес-
тков. Например, для телевизион-
438
Рис. 26.4. Веерный вибратор
Рис.26.5. V- образная веерная антен-
на (вид сверху)
ных каналов с 7 по 12 коэффици-
ент усиления составляет 2 дБ не
только в направлении перпенди-
кулярном оси антенны, но и с
других направлений тоже.
Существует простая возмож-
ность придания диаграмме на-
правленности веерного вибрато-
ра четкого одностороннего глав-
ного лепестка, которая заключа-
ется в том, что вибратор сгиба-
ют на подобии буквы V. Опти-
мальный угол раскрыва а, кото-
рый образуется при сгибе, зави-
сит от длины волны X (длины эле-
ментов) (см. главу 11.4.).
Изображенный на рис. 26.4.
веерный вибратор предназначен
для работы в III телевизионном
диапазоне имеет оптимальный
угол ос= 114°, при этом диаграм-
ма направленности имеет четкий
односторонний главный лепес-
ток (см.рис. 26.5.).
Эту V-образную веерную ан-
тенну можно использовать в ка-
честве приемной вспомогатель-
ми необходимыми размерами.
Как видно из рис. 26.6.а. антенна
представляет собой антенну “ба-
бочка” и состоит из двух равно-
сторонних треугольников с дли-
ной стороны 2,45 м. В Вершинах
треугольников расположены за-
жимы питания антенны XX. Кры-
лья “бабочки” согнуты под углом
60°, как показано на рис. 26.6.К,
а направление главного излуче-
ния соответствует биссектрисе
этого угла.
В конструкции, предложен-
ной радиолюбителем DL1FQ,
треугольные рамы были изготов-
лены из железных трубок и на
них была натянута оцинкованная
металлическая сетка с размером
ячеек 20 мм. На рис. 26.6.С пока-
зана конструкция этой довольно
громоздкой антенны.
На рис. 26.6.d. изображены
диаграммы направленности из-
лучения антенны и показаны по-
лучаемые коэффициенты усиле-
ния, измеренные DL1FQ На ча-
стоте 60 МГц диаграмма на-
правленности почти круговая,
но и в этом случае три основных
лепестка диаграммы направлен-
ности дают достаточно боль-
шой коэффициент усиления,
равный 7 дБ. В вещательном
диапазоне УКВ (90 МГц) в на-
правлении основного направле-
ния излучения коэффициент
усиления равняется 6 дБ, одна-
ко диаграмма направленности
имеет два ярко выраженных
минимума . В этом случае мож-
но рассчитывать на удовлетво-
рительное качество приема в
секторе 300°. Невероятно боль-
шое усиление 16 дБ достигается
в диапазоне 2 м (145 МГц) и в
диапазоне III телевизионного
канала. Такие высокие значения
коэффициента усиления, приво-
димые DL1FQ вызывают неко-
торые сомнения и должны быть
перепроверены.
На рис. 26.7. изображена кон-
струкция упрощенной рупорной
антенны радиолюбителя DL1FQ.
Рис. 26.7.Конструкция упрощенной
рупорной антенны радиолюбителя
DL1FQ
440
ной в 1,11 и III каналах ДМВ, так
как ее входное сопротивление
изменяется в зависимости от ча-
стоты в пределах 60-600 Ом и
имеет мнимые составляющие.
При работе в III телевизионном
диапазоне антенна имеет коэф-
фициент усиления отЗ,5 дБ (канал
5) до 5 дБ (каналы 8 и 9). С разме-
рами, приведенными на рис.
26.4., входное сопротивление ан-
тенны для каналов 8 и 9 прибли-
зительно реально и составляет
240-300 Ом. В диапазоне I и II
антенна имеет диаграмму на-
правленности, подобную диаг-
рамме направленности полувол-
нового вибратора.
26.1.3. Упрошенная рупорная
антенна
Описываемая широкополос-
ная антенна имеет много общего
с V- образной веерной антенной
и особенно пригодна для приема
всего спектра частот УКВ диапа-
зона с хорошим коэффициентом
усиления. Эта антенна в диапазо-
не от 50 МГц и до практически
конца ДМВ диапазона не имеет
провалов амплитудно-частотной
характеристики. Коэффициент
усиления растет с увеличением
частоты.
На рис. 26.6. изображена опи-
сываемая плоская антенна со все-
Рис.26.6. Упрошенная рупорная антенна.а- вид спереди, Ъ- вид сверху,
с- пример конструктивного исполнения, d-диаграммы направленности для
различных частот (по данным DL1FQ)
439
Она выполнена из 15 легких
алюминиевых трубок длиной 3 м
и диаметром 8 мм. Антенна пред-
назначена для приема УКВ веща-
тельных станций и, а также хоро-
шо работает в I телевизионном
диапазоне.
Разумеется, размеры антенны
могут быть увеличены или умень-
шены по желанию. Если, напри-
мер, требуется иметь почти кру-
говую диаграмму направленнос-
ти для приема УКВ радиовеща-
тельных станций, то длину сторо-
ны равностороннего треугольни-
ка уменьшают до 1,65 м. При
этом можно рассчитывать полу-
чить хороший коэффициент уси-
ления в диапазоне 2 м и в III те-
левизионном диапазоне.
У описываемой антенны с уг-
лом раскрыва 60° соотношение
стороны равностороннего треу-
гольника и рабочей волны равно
примерно 1:2. Это означает, на-
пример, что если антенна имеет
сторону, равную 3 м, то самая
низкая частота, на которой ан-
тенна должна удовлетворительно
работать равна 6 м (50 МГц).
Коэффициент усиления непре-
рывно растет с увеличением час-
тоты до тех пор, пока в диаграм-
ме направленности не начинают
появляться боковые лепестки.
Входное сопротивление ан-
тенны растет с увеличением час-
тоты с 300 Ом до 380 Ом, что по-
зволяет питать антенну с помо-
щью двухпроводной линии с
волновым сопротивлением 300
Ом. Наиболее низкими потерями
обладает самодельная двухпро-
водная линия передачи с воздуш-
ным изолятором и волновым со-
противлением 350 Ом.
При использовании рупорной
антенны в качестве передающей
следует учитывать, что вслед-
ствие ее широкой полосы все выс-
шие гармоники, имеющиеся в
контуре усилителя мощности пе-
редатчика, будут излучаться.
Поэтому надо обратить особое
внимание на подавление высоких
гармоник в выходном каскаде
передатчика.
26.2. Антенны с рефлекторны-
ми решетками
Рефлекторная стенка или ре-
шетка представляет собой до-
вольно громоздкое металличес-
кое сооружение, основная цель
которого, подобно зеркалу в оп-
тике, отражать электромагнит-
ные волны. При этом угол паде-
ния равен углу отражения. Отра-
жающая плоскость представля-
ет собой в общем виде металли-
ческую поверхность с хорошей
поверхностной проводящей спо-
собностью. (Идеальный случай -
бесконечно большая плоскость с
бесконечно большой проводя-
щей способностью).
Отражающая плоскость, об-
разованная металлической сет-
кой, имеет приблизительно оди-
наковые свойства, что и плоская
металлическая поверхность, если
441
размер ячейки сетки не превыша-
ет Х/200. Исследования показали,
что поверхность рефлекторов
может представлять сеть из па-
раллельных проводников, если
соблюдены определенные про-
порции между диаметром про-
водников, расстоянием между
проводниками и длиной волны.
Эти соотношения представлены
на рис. 26.8.
При применении диаметра
проводника меньше, чем показа-
но на рис. 26.8., как показала
практика, заметного ухудшения
эффективности рефлектора не
происходит. Поэтому, обычно,
для экономии материала и
уменьшения ветрового сопротив-
ления, расстояние между парал-
лельными проводниками в реф-
лекторной поверхности берут
примерно равным Х/20. Многие
радиолюбители используют в ка-
честве отражающей поверхности
рефлектора сетку, которую натя-
гивают на каркас рефлектора.
При натяжении следует обра-
щать внимание, чтобы грани ре-
0 0,1 0.Z 0,3 44 05 0,6
DIK
Рис.26.8. Диаметр проводника d и
расстоянием между проводниками D
в зависимости от длины волны X для
рефлекторных поверхностей
шетки были параллельны оси
главного излучателя.
Рефлекторы, изготовленные
их параллельных трубок находят
редко применение в радиолюби-
тельских конструкциях, т.к. они
дороги и не имеют преимуществ
по сравнению с конструкциями
на основе сетки.
Для размеров рефлекторной
поверхности справедливо следу-
ющее правило: размер рефлек-
торной поверхности должен пре-
вышать в каждом направлении
размер антенны минимум на Х/2.
Полуволновой вибратор, ко-
торый находится на расстоянии
Х/4 перед рефлекторной решет-
кой, имеет отношение интенсив-
ности излучения в главном на-
правлении по отношению к
интенсивности излучения в зад-
нем направлении (обратное ос-
лабление):
25 дБ при высоте
рефлектора 0,28Х,
38 дБ при высоте
рефлектора 2Х,
45 дБ при высоте
рефлектора 4Х.
Теоретический максималь-
ный коэффициент усиления 7 дБ
получается при расположении
полуволнового вибратора на рас-
стоянии 0,05Х перед рефлектор-
ной решеткой. Здесь предполага-
ется идеально большая и'беско-
нечно большая проводящая спо-
собность рефлекторной поверх-
ности. На практике же такие ма-
442
лые расстояния до рефлекторной
поверхности не применяются, так
как приближение излучателя к
рефлекторной решетке вызывает
потери энергии, кроме того, силь-
но уменьшается входное сопро-
тивление вибратора и его полоса
пропускания.
С точки зрения коэффициен-
та усиления, благоприятным яв-
ляется расстояние до рефлектора
0,1-0,35Х. При расстоянии 0,5Х
главный лепесток диаграммы на-
правленности распадается на два
лепестка. При дальнейшем увели-
чении расстояния до рефлектора
благоприятным является рассто-
яние 0,65-0,85Х, при котором ко-
эффициент усиления достигает
значения 5± 1 дБ в зависимости от
плотности и величины рефлек-
торной решетки. Оба этих благо-
приятных интервала используют-
ся в широкополосных антеннах с
рефлекторными решетками.
Еще большее значение коэф-
фициента усиления можно полу-
чить, если рефлекторная решет-
ка будет согнута под углом или в
виде параболы.
26.2.1. Широкополосные ан-
тенны с рефлекторными решетка-
ми
Плоские рефлекторные ре-
шетки применяются не часто в
диапазоне УКВ, большей частью
они распространены в диапазоне
ДМВ. Особенно пригодны реф-
лекторные решетки в сочетании
Рис.26.9. Простая широкополосная
антенна с рефлектором для диапазо-
на 450-500 МГц.(Расстояние до реф-
лектора 120 мм)
с широкополосными вибратора-
ми, так как в противоположность
к настроенным стержневым реф-
лекторам, рефлекторные решет-
ки не являются резонансными
элементами и таким образом не
ограничивают полосу пропуска-
ния антенны.
Вибратор “бабочка” в сочета-
нии с рефлекторной решеткой
часто применяется в телевизион-
ном диапазоне IV/V. В этом слу-
чае угол а вибратора стараются
сделать по возможности боль-
шим (60-70°), чтобы ограничить
рост входного сопротивления
вибратора при увеличении часто-
ты (см. главу 26.1.1.).
На рис. 26.9. приведена схема
широкополосной приемной ан-
тенны для диапазона 450-500
МГц, состоящей из широкопо-
лосного вибратора “бабочка”,
расположенного перед рефлек-
торной решеткой.
Расстояние вибратора от реф-
лекторной решетки равно 120 мм,
угол а вибратора составляет 70°,
входное сопротивление антенны
170 Ом.
443
Рис.26.10. График изменения коэф-
фициента усиления антенны “бабоч-
ка” с рефлекторной решеткой (рис.
26.9.) в зависимости от частоты
На рис. 26.10 представлен гра-
фик изменения коэффициента
усиления антенны по отношению
к настроенному полуволновому
вибратору в зависимости от час-
тоты в диапазоне частот 400-900
МГц.
Как видно из графика, антен-
на имеет коэффициент усиления
примерно 5 дБ для 21 канала и
примерно 10 дБ для 60 канала.
Если антенну питают с помо-
щью симметричной двухпровод-
ной линии, то КСВ в линии пере-
дачи не превышает 2. При приме-
нении в качестве линии питания
коаксиального кабеля для согла-
сования сопротивлений исполь-
зуют симметрирующий транс-
форматор, при этом полоса про-
пускания антенны несколько ог-
раничивается.
Если хотят получить входное
сопротивление антенны 240 Ом,
то угол а необходимо уменьшить
до 45°. При этом уменьшается
полоса пропускания антенны и
увеличивается рост входного
сопротивления от частоты.
444
26.2.2. Двухэтажные широко-
полосные антенны с рефлектор-
ной решеткой
Преимущества двухэтажных
антенн можно использовать и для
создания широкополосных ан-
тенн на базе волновых вибрато-
ров с рефлекторными решетками.
При объединении двух антенн на
двух этажах возникают только
проблемы, связанные с питанием,
так как возбуждение отдельных
этажей не должно ухудшать ши-
рокополосность антенны. Поэто-
му необходимо по возможности
избегать применение трансфор-
мирующих элементов и стре-
миться к согласованию сопротив-
лений.
При объединении двух волно-
вых вибраторов с входным со-
противлением каждого 480 (пред-
положим) Ом в 2- этажную ан-
тенну, входное сопротивление 2-
этажной антенны составит 240
Ом, что следует из параллельно-
сти включения вибраторов обо-
их этажей. В этом случае угол а
вибратора составит примерно
15°. Такой малый угол приведет
к значительному сужению поло-
сы пропускания антенны и к
сильной зависимости входного
сопротивления от частоты. По-
этому уменьшение угла а не яв-
ляется правильным решением.
Угол а обычно делают рав-
ным 50°, при этом входное сопро-
тивление на зажимах вибратора,
согласно рис. 26.2. равно пример-
но 240 Ом. При параллельном
включении двух вибраторов
входное сопротивление будет 120
Ом. Если питать 2- этажную ан-
тенну 240-омной линией пита-
ния, то КСВ в линии питания бу-
дет составлять около 2. Такое
компромиссное решение допус-
тимо в случае использования 2-
этажной антенны в качестве при-
Рис.26.11. Возбуждение 2-этажной
широкополосной антенны с рефлек-
торной решеткой.
а- угол а равен 50°, расстояние до
рефлектора равно 0,2Х
Ь— угол а равен 70°, расстояние до
рефлектора равно 0,15 А. (рефлектор
не показан)
емной и приведено на рис.
26.11.а.
Линия связи представляет
240-омную двухпроводную ли-
нию передачи любой длины, в
середине которой находятся за-
жимы питания антенны. Рассто-
яние до рефлекторной решетки
выбирают 0,2Х из расчета макси-
мальной рабочей частоты. Такое
расстояние влияет на уменьшение
входного сопротивления незна-
чительно.
Другой возможный вариант
представлен на рис. 26.1 l.b. В
этом случае угол а делают рав-
ным 70°, при этом входное сопро-
тивление отдельного волнового
вибратора равно примерно 170
Ом (см. рис.26.2.). Вибратор при-
ближают к рефлекторной стенке
на расстояние 0,15Х (из расчета
максимальной рабочей частоты),
что вызывает уменьшение вход-
ного сопротивления отдельного
этажа до 120 Ом и делает его не-
сколько частотнозависимым. В
этом случае оба этажа можно свя-
зать 120-омной линией связи. На
зажимах питания в середине ли-
нии получают симметричное со-
противление 60 Ом. В этом слу-
чае в качестве линии питания
можно использовать коаксиаль-
ный кабель с широкополосным
симметрирующим устройством
(см. главу 7.). Часто можно отка-
заться от симметрирующего уст-
ройства и питать антенну напря-
мую.
445
Рис.26.13. Широкополосная антенна
с уголковым рефлектором из метал-
лической сетки
Рис.26.14. Промышленная телевизи-
онная широкополосная антенна с
уголковым рефлектором для IV7V
диапазона
этом случае ширина L рефлекто-
ра должна быть равна 0,6Х.
Если рефлектор планируется
изготовить из стержней, как по-
казано на рис. 26.12.Ь., то рас-
стояние между стержнями долж-
но быть не более 0,1X. Однако на
практике применяются и боль-
шие расстояния. Если отсутству-
ют стержни, то может быть ис-
пользована медная проволока
диаметром 1-2 мм. С равным ус-
пехом может применяться, осо-
бенно для ДМВ диапазона, ме-
таллическая сетка. Пример такой
уголковой антенны приведен на
рис. 26.13.
В этом случае применяется
широкополосный вибратор, со-
гнутый так же как и рефлектор
антенны.
Образец промышленно изго-
тавливаемой приемной телевизи-
онной широкополосной антенны
с уголковым рефлектором для
диапазона IV/V приведен на рис.
26.14.
Коэффициент усиления этой
антенны составляет от 10 дБ (21
канал) до 12,5 дБ (55 канал). Об-
ратное ослабление антенны рав-
но примерно 25 дБ.
На рис. 26.15 приведены диаг-
раммы, которые характеризуют
коэффициент усиления и сопро-
тивление излучения уголкового
вибратора в зависимости от рас-
стояния до вибратора D. Для
сравнения на рис. 26.15.а. приве-
дены те же диаграммы для виб-
447
При расстоянии между этажа-
ми 1X коэффициент усиления 2-
этажной широкополосной антен-
ны с рефлекторной решеткой ра-
вен 9-12,5 дБ. Размеры рефлек-
торной решетки при этом долж-
ны быть не менее 2Х по высоте и
1X по ширине.
26.2.3. Вибратор с уголковым
рефлектором
Коэффициент усиления про-
стого вибратора значительно
увеличивается, если его размеща-
ют на биссектрисе угла согнутой
рефлекторной решетки. Посколь-
ку угол падения радиоволн равен
углу отражения, то большая
часть энергии волн отражается от
поверхности рефлекторной ре-
шетки. Уголковый рефлектор не
имеет точки фокуса, как напри-
мер параболический отражатель,
однако и с таким несовершенным
видом концентрации излучения
можно получить существенный
прирост коэффициента усиления.
Схема вибратора с уголковым
отражателем показана на рис.
26.12.
Как видно из рисунка, вибра-
тор находится на определенном
расстоянии D от угла сгиба реф-
лекторных плоскостей. Угол сги-
ба или угол раскрыва обознача-
ется через а. В большинстве слу-
чаев угол раскрыва а равен 90°,
реже 60°, и в исключительных
случаях 45°. Оптимальное рассто-
яние расположения вибратора
зависит от угла раскрыва а. Дли-
на стороны 5 уголкового рефлек-
тора должна быть не менее 2D,
увеличение длины S ведет к уве-
личению коэффициента усиления
антенны.
Если от антенны не требуется
большая полоса пропускания, то
в качестве вибратора применяют
обычный полуволновой вибра-
тор или петлевой вибратор. В
Рис. 26.12. Вибратор с уголковым отражателем,
а- вид сбоку, Ь- вид спереди
446
Рис. 26.15. Зависимость сопротивления излучения вибратора с уголковым
рефлектором от угла раскрыва а и расстояния между вибраторбратором и
рефлектором D.
а- полуволновой вибратор расположен перед плоской рефлекторной ре-
шеткой (угол раскрыва а = 180°)
Ь- полуволновой вибратор расположен перед уголковым рефлектором с уг-
лом раскрыва а = 90°
с- полуволновой вибратор расположен перед уголковым рефлектором с уг-
лом раскрыва а = 60°
d- полуволновой вибратор расположен перед уголковым рефлектором с уг-
лом раскрыва а = 45°
ратора с плоской рефлекторной
решеткой (угол раскрыва равен
180°).
Как видно из рис. 26.15.а. мак-
симальный коэффициент усиле-
ния равен почти 7,5 дБ при рас-
стоянии до вибратора 0,1X. Одна-
ко из-за низкого сопротивления
излучения равного 25 Ом и мало-
го расстояния до вибратора воз-
никают столь сильные потери,
что на практике этот коэффици-
ент усиления не может быть дос-
тигнут. Оптимальным расе эяни-
ем до вибратора является 0 2Х,
при этом коэффициент усиления
равен 6 дБ.
На рис.26.15.Ь. приведены
графики для угла раскрыва угол-
кового рефлектора а = 90°. Оп-
448
Таблица 26.1. Размеры антенн с уголковым рефлектором для диапазонов
145МГц и 435 МГц
Частотный диапазон, МГц 145
Угол раскрыва 90°
Длина стороны
рефлектора 5 >1370
Ширина рефлектора L > 1250
Расстояние до
вибратора D 683
Расстояние между
прутками рефлектора А <125
Коэффициент усиления, дБ 10
Входное сопротивление, Ом 60
145 60° 435 90° 435 60° 435 45°
>2060 >460 >700 >830
>1250 >420 >420 >420
1035 228 345 414
<125 <40 <40 <40
12,5 10 12,5 14,5
75 60 75 50
тимальное расстояние до вибра-
тора в этом случае равно О,ЗЗХ,
при котором коэффициент усиле-
ния составляет 10 дБ, а сопротив-
ление излучения равно примерно
60 Ом.
На рис.26.15.с, приведены гра-
фики для угла раскрыва уголко-
вого рефлектора а = 60°. Опти-
мальное расстояние до вибрато-
ра в этом случае равно 0,5Х, при
котором коэффициент усиления
составляет 12,5 дБ, а сопротивле-
ние излучения равно примерно 75
Ом.
Наибольший коэффициент
усиления имеет антенна с углом рас-
крыва а=45°( рис.26.15.(1).При оп-
тимальном расстояние до вибра-
тора 0,6Х коэффициент усиления
равен 14,5 дБ, при этом сопротив-
ление излучения равно 50 Ом,
что еще более выгодно из сооб-
ражений согласования.
Лучшим случаем всегда явля-
ется тот, когда входное сопро-
15 Антенны
тивление антенны совпадает с
волновым сопротивление кабеля
питания. В случае если это равен-
ство отсутствует, все приведен-
ные антенны можно питать с по-
мощью коаксиального кабеля с
использованием симметрирую-
щего шлейфа или трансформато-
ра. При желании можно питать
антенны с помощью 240-омной
линией передачи, в этом случае
обычный полуволновой вибра-
тор следует заменить на петле-
вой вибратор.
В таблице 26.1. приведены гео-
метрические размеры уголковых
антенн для диапазона 2 м и 70 см.
Обозначения относятся к рис.
26.12. Размеры приведены в мм.
26.3. Специальные конструк-
ции многоэлементных (длинных)
излучателей
Наиболее известная и самая
распространенная форма длин-
ного излучателя является антен-
449
ветствует антенне Уда-Яги дли-
ной ЗХ и с удвоенным числом эле-
ментов.
Согласно теории, удвоение
длины антенны и числа ее элемен-
тов приводит к увеличению коэф-
фициента усиления на 3 дБ. На
практике, из-за неизбежных по-
терь это увеличение составляет
2,5 дБ. Для конструкции антенны,
приведенной на рис. 26.17 это
увеличение составило 2,3 дБ.
В некоторых изданиях приво-
дятся явно завышенные 4—6 дБ
значения прироста коэффициен-
та усиления антенны обратного
излучения, по отношению к ан-
тенне Уда-Яги без рефлекторной
решетки. Авторами явно не учи-
тываются конечные размеры реф-
лекторной решетки.
В общем, размеры рефлектор-
ной решетки должны быть тем
больше, чем больше длина при-
меняемой Уда-Яги антенны.
Для определения оптималь-
ных размеров рефлекторной ре-
шетки для антенн обратного из-
лучения в зависимости от длины
антенны D можно воспользовать-
ся приближенной формулой
L = Vh5-Z) (26.1.)
где -L- размер стороны квад-
рата квадратной рефлекторной
решетки в X,
D- длина антенны Уда-Яги в X.
Для антенны обратного излу-
чения, приведенной на рис.26.16.
коэффициент усиления составля-
ет 14.5 дБ, угол раскрыва диаг-
раммы направленности в гори-
зонтальной плоскости 28°, в вер-
тикальной плоскости - 35°. При
этом рефлекторная решетка име-
ет размеры 21 х 21, а длина антен-
ны Уда-Яги, рассчитанной на
максимальный коэффициент уси-
ления составляет 1,52с.
Антенна Уда-Яги, при при-
ближении к ней рефлекторной
решетки изменяет свои резонан-
сные характеристики. Для того
чтобы вернуть антенне Уда-Яги
первоначальные характеристики,
изменяют размеры элементов
антенны, не изменяя расстояния
между элементами, при этом пи-
таемый элемент и рефлекторы
удлиняются, а директоры уко-
рачиваются.
Рис. 26.17. Пример конструкции ан-
тенны обратного излучения
451
на Уда-Яги “волновой канал”.
Существуют, однако, еще целый
рад антенных структур, частично
производных от антенны Уда-
Яги, которые сконструированы
по другому принципу. Ниже при-
водятся конструкции нескольких
известных антенн, применяемых
радиолюбителями.
26.3.1. Антенна обратного из-
лучения
Как видно из рис. 26.16 антен-
на обратного излучения пред-
ставляет собой комбинацию ан-
тенны Уда-Яги с рефлекторной
решеткой.
Ее принцип работы легко
объяснить для использования
антенны в качестве передающей.
Излученная вибратором элект-
ромагнитная энергия направля-
ется с помощью системы из трех
рефлекторов и волновой прово-
дящей системы из трех директо-
ров к рефлекторной решетке и
отражаясь от рефлектора излуча-
ется фокусированным лучом в
пространство. Так как электро-
магнитная волна два раза прохо-
дит структуру антенны Уда-Яги,
то антенна обратного излучения
эквивалентна длинной антенне
Уда-Яги удвоенной д лины. Если,
как на рис. 26.16. антенна обрат-
ного излучения имеет в основе
антенну Уда-Яги электрической
длиной 1,5Х, то по своим харак-
теристикам излучения она соот-
450
В радиолюбительских услови-
ях настройка антенны обратного
излучения едва ли возможна. Уже
из механических соображений
применение этой антенны оправ-
дано только в диапазоне 70 см.
При небольших потерях в коэф-
фициенте усиления лучше приме-
нять длинные антенны Уда-Яги.
Если есть возможность констру-
ировать большую рефлекторную
решетку, то лучше использовать
ее для изготовления двухэтажной
антенны, которая при приблизи-
тельно равном с антенной обрат-
ного излучения коэффициенте
усиления имеет большую полосу
пропускания и некритична к раз-
мерам.
Антенны обратного излуче-
ния были разработаны для при-
менения в качестве промышлен-
ных телевизионных приемных
антенн для IV/V телевизионного
диапазона.
26.3.2. Спиральная антенна
Спиральная антенна занима-
ет особое положение среди изве-
стных антенн, как антенна с
круговой или эллиптичной поля-
ризацией. В радиолюбительской
практике до сих пор антенна при-
менялась как экспериментальная,
так как лучшие качества антенны
раскрываются тогда, когда уста-
навливается связь со станцией,
оснащенной также антенной с
круговой поляризацией.
Круговая поляризация фор-
мируется в случае, если провод-
ник согнут в виток спирали, при
этом электрическая длина витка
должна быть равна IX, что соот-
ветствует с учетом коэффициен-
та укорочения диаметру витка
0,3 IX. Условием приближения
формы поляризации к круговой
является увеличение числа вит-
ков спирали. Простая спираль-
ная антенна с вышеуказанными
размерами излучает в две сторо-
ны в направлении оси спирали.
Излучение можно сделать одно-
сторонним и увеличить коэффи-
циент усиления антенны, если
использовать дисковый рефлек-
тор.
Схема спиральной антенны с
необходимыми размерами приве-
дена на рис. 26.18.
452
Спираль изображена на ри-
сунке упрощенно. Диаметр спи-
рали D- 0,31 X или при расчете
через частоту
D = 9300// (26.2.)
где D в см,/- МГц.
Зная диаметр спирали можно
определить длину витка спирали
Л = П-3,14 (26.3.)
К важным характеристикам
антенны принадлежит угол
подъема витков, который опреде-
ляет шаг спирали, спирали S.
Угол подъема спирали может ле-
жать в пределах 6-24°, однако на
практике используют угол подъе-
ма равный 14°, при котором на-
блюдаются наилучшие характе-
ристики антенны. Для угла
подъема 14° шаг спирали равен
0,24Х, или в расчете на частоту
S = 7200// (26.4.)
где S в см,/- в МГц
Диаметр дискового рефлекто-
ра выбирается небольшим, но
всегда большим 0,5Х, так как
уменьшение диаметра рефлекто-
ра влияет на входное сопротив-
ление спиральной антенны, а уве-
личение диаметра рефлектора
увеличивает обратное ослабле-
ние. Наиболее часто диаметр
рефлекторного диска выбирают
равным удвоенному диаметру
спирали антенны, т.е. 0,62Х. Фор-
ма рефлектора может быть как
дисковой так и квадратной. Из-
готавливают их обычно в диапа-
зоне ДМВ из жести, а в диапазо-
не УКВ в виде рефлекторной сет-
S-Диск из жести любого диаметра с
центральным отверстием для выво-
да линии питания
Рис.26.19. Упрошенный рефлектор
для спиральной антенны
ки или решетки, как показано на
рис. 26.19 и рис. 26.22.
Расстояние от рефлектора до
начала спирали целесообразно
устанавливать 0,1ЗХ или при рас-
чете через частоту
А = 3900// (26.5.)
где А-в см,/- в МГц.
Диаметр проводника спирали
должен быть равным 0,02Х.
При условии, что длина вит-
ка спирали антенны равна IX,
входное сопротивление Z спи-
ральной антенны с рефлектором
равно 136 Ом . При уменьшении
длины витка входное сопротив-
ление уменьшается, причем Z
сильно зависит от частоты. На-
оборот, если длина витка спира-
ли больше длины волны, то вход-
ное сопротивление не сильно из-
меняется от частоты. Если длина
витка спирали лежит в пределах
0,75-1,35Х, то для расчета вход-
ного сопротивления используют
приближенную формулу
Z= 136 L (26.6.)
где Z Ом, a L в X.
453
Антенна является несиммет-
ричной и питается обычно с по-
мощью коаксиального кабеля.
Низкое входное сопротивле-
ние спиральной антенны обус-
лавливает широкую полосу про-
пускания антенны. При Шаге
спирали 0,2421, что соответствует
углу подъема 14°, КСВ внутри
рабочего диапазона частот Х/1,6
не превышает 1,35.
Коэффициент усиления и угол
раскрыва диаграммы направлен-
ности спиральной антенны зави-
сят от числа витков п, длины вит-
ка L и шага спирали S, причем
коэффициент усиления уменьша-
ется прямо пропорционально
уменьшению числа витков п. Од-
ним из исследователей спираль-
ной антенны Краусом была пред-
ложена приближенная формула
для расчета коэффициента усиле-
ния спиральной антенны с круго-
вой поляризацией с углом подъе-
ма витков 12-15° и числом вит-
ков не менее 3-х
G= 15L2«S (26.7.)
где G в разах, L и 5 вХ.
Если представить формулу
для выражения коэффициента
усиления в децибеллах, то форму-
ла примет вид
G= lOlg-L2 л515 (26.8.)
где G в дБ, L и 5 вХ.
Также Краусом были пред-
ложена формула для расчета
угла раскрыва диаграммы на-
правленности (по половинной
мощности)
52
а=-----==- (26.9.)
Т-Удг S
где а в °.
В общем случае говорят о кру-
говой поляризации спиральной
антенны, хотя на самом деле по-
ляризация имеет эллиптическую
форму, которая приближается к
круговой с увеличением числа
витков п спирали. Соотношение
осей эллипса определяется по
формуле
2п + 1
*А =-----z----- (26.10.)
А 2п
Формула означает, что, на-
пример, отношение большой по-
луоси эллипса к малой полуоси
относится как 7:6 при числе вит-
ков спирали равном 3 и 14:15 при
числе витков 7.
Таблица 16.2. Коэффициент усиле-
ния и угол раскрыва спиральной ан-
тенны, изображенной на рис 26.18. в
зависимости от числа витков спира-
ли.
Число витков п Коэф, усиления дБ Угол раскрыва о
3 7,9 61
4 9,1 53
5 10,2 47
6 11,0 43
7 11,7 40
8 12,3 37
9 12,8 35
10 13,2 33
11 13,6 31,5
12 14,0 30
454
В таблице 26.2. приведена за-
висимость коэффициента усиле-
ния и угла раскрыва диаграммы
направленности спиральной ан-
тенны от числа витков спирали.
Расчет произведен на основании
формулы (26.8.) для 5=0,24Х,
Z)=0,31 X. Результат формулы
(26.8.) приведен по отношению
к изотропному сферическому из-
лучателю, в таблице 26.2. по от-
ношению к обычному настроен-
ному полуволновому вибратору.
При необходимости спираль-
ную антенну можно питать пря-
мо через коаксиальный кабель с
волновым сопротивлением 75
Ом, в этом случае КСВ в кабеле
питания на превысит 2. Однако
гораздо лучше точно согласовать
антенну с помощью коаксиально-
го четвертьволнового трансфор-
матора, представленного на рис.
6.8., который сначала надо рас-
считать по формуле (5.31.).
Например, спиральная антен-
на имеет входное сопротивление
ZA = 125 Ом, и должна питаться
через коаксиальный кабель с вол-
новым сопротивлением ZE= 60
Ом. В этом случае волновое со-
противление концентрического
четвертьволнового трансформа-
тора равно
Z= Z =^125-60
А Е
= л/125 -60 =86,6 Ом
Согласно рис. 5.5. для концен-
тричной линии передачи с воз-
душным диэлектриком отноше-
ние внешнего диаметра внутрен-
него проводника к внутреннему
диаметру внешнего проводника
составляет 1:4,4. Если взять за
основу внутренний одножиль-
ный проводник коаксиального
кабеля, равный 1,6 мм, то внут-
ренний диаметр трубки четверть-
волнового трансформатора со-
ставит 1,6-4,4= 8 мм.
На рис. 26.20 представлена в
качестве примера конструкция
согласующего четвертьволново-
го концентрического трансфор-
матора.
Длина линии с учетом коэф-
фициента укорочения составляет
0,24Х. При самостоятельном из-
готовлении такого согласующе-
го трансформатора часто быва-
ет проще внешний проводник де-
лать квадратного сечения. В этом
случае для волнового сопротив-
ления 87 Ом отношение D/d, со-
гласно рис. 5.6. составит 3,8:1.
На рис. 26.21. изображена
схема спиральной антенны, со-
гласованной с помощью кон-
центрического четвертьволно-
вого трансформатора и питани-
ем через коаксиальный кабель.
Для приведенных размеров
антенна имеет резонанс в 2 м ди-
апазоне. В скобках приведены
размеры антенны для 70 см диа-
пазона. Диаметр рефлектора ра-
вен IX может быть уменьшен до
0,63Х. Согласно таблицы 26.2. эта
антенна имеет коэффициент
усиления 11,7 дБ и угол раскры-
ва 40°.
455
Рис. 26.22. Спиральная антенна ра-
диолюбителя DL6MH
ревянной оправке. Крепление к
металлической мачте должно
быть только за заднюю часть
рефлектора. В этом случае вся
система будет механически неста-
бильна, поэтому часто антенну
закрепляют на деревянной мачте
в точке центра тяжести.
На рис. 26.22. изображена
сконструированная радиолюби-
телем DL6MH спиральная антен-
на, в которой применен рефлек-
тор с решеткой в виде паутины.
Конструктор отмечает особенно
чрезвычайную остроту диаграм-
мы направленности своей антен-
ны.
В случае приема антенной ли-
нейной поляризации волны с
круговой поляризацией и наобо-
рот, из падающей волны извлека-
ется только половина переноси-
мой энергии, что соответствует
потерям 3 дБ. Для спиральной
антенны с круговой поляризаци-
ей есть, однако, возможность
излучать и принимать линейно
поляризованную волну. Для это-
го две спиральные антенны, от-
личающиеся только тем, что на
одной антенне правая намотка
спирали, а на другой - левая,
объединяют в группу, как пока-
зано на рис. 26.23.а.
Если две спиральные антенны
расположены параллельно земле,
то образующаяся поляризация
|Направление
Линия питания 60 Ом
Рис. 26.23. Линейная поляризация,
получаемая с помощью двух спи-
ральных антенн с противоположной
намоткой.
а- параллельное включение антенн
Ь- последовательное включение ан-
тенн
457
b)
Рис. 26.20. Концентрический четвертьволновый согласующий трансформа-
тор для спиральной антенны.
а- продольный разрез трансформатора, Ь- поперечное сечение
50ст
МЫ
___________________________350ст
(TKfian)
Рис. 26.21. Схема спиральной антенны для диапазона 2 м, согласованной с
помощью концентрического четвертьволнового трансформатора. В скоб-
ках приведены размеры для диапазона 70 см.
Для изготовления проводника
спирали пригоден алюминиевый
провод диаметром 10 мм, кото-
456
рый используется для молниеот-
водов. Намотку спирали можно
осуществить на подходящей де-
горизонтальная. Если антенны
составлены в два этажа, то поля-
ризация вертикальная. Линейная
поляризация может быть достиг-
нута и при размещении спираль-
ных антенн одна за другой, как
показано на рис. 26.23.Ь. Это кон-
структорское решение применя-
ется редко из-за механических и
электрических сложностей.
Конструкция по схеме 26.23.а.
особенно интересна для примене-
ния в 70 см диапазоне. Парал-
лельное включение двух спираль-
ных антенн дает благоприятное
сопротивление 65-70 Ом, что по-
зволяет питать эту систему через
коаксиальный кабель напрямую,
без применения трансформирую-
щих элементов. При числе вит-
ков спиралей равном 6 и угле
подъема спирали 14° расстояние
между осями спиралей рекомен-
дуется применять 1,5Х. В этом
случае коэффициент усиления
равен примерно 14 дБ по отноше-
нию к полуволновому вибратору.
26.3.3. Логарифмически-пери-
одичные антенны
Под логарифмически-перио-
дичными антеннами (далее по
тексту логарифмические антен-
ны) понимают антенны, характе-
ристики которых изменяются
периодично по закону логариф-
ма частоты. Эти горизонтально
поляризованные являются антен-
ны являются относительно но-
вой разработкой широкополос-
ных направленных антенн, при-
меняемых в УКВ и ДМВ диапа-
зонах. Большая полоса пропуска-
ния в сочетании с большим коэф-
фициентом усиления всегда под-
разумевает сложность конструк-
ции антенны, поэтому для радио-
любителей логарифмически пе-
риодические антенны не пред-
ставляют большого интереса,
хотя иногда применяются в каче-
стве вращающихся антенн для КВ
диапазона. Напротив, в качестве
телевизионной антенны логариф-
мические антенны находят широ-
кое применение.
Характерным для логарифми-
ческих антенн является то (см
.рис. 26.24.), что она состоит из
большого количества элементов,
соединенных параллельно, при-
чем самый длинный элемент име-
ет длину А/2 из расчета Хтах, а са-
мый малый элемент А/3, из рас-
чета 1^. Вибраторы соединяют-
ся между собой перекрещиваю-
щейся четвертьволновой линией,
а линия питания подключается к
к самому короткому вибратору.
Образно говоря, в случае переда-
ющей антенны, волна длиной X
распространяется вдоль этой чет-
вертьволновой линии связи до
тех пор, пока не встретит вибра-
тор, длина которого соответству-
ет 73Х. Начиная с этого элемента
начинается активная зона антен-
ной структуры, которая распро-
страняется до элемента с длиной,
равной А/2. Внутри этой зоны вся
458
подводимая энергия излучается
антенной. Все остальные элемен-
ты вне этого сектора не задей-
ствованы при излучении. Но они
становятся активными, когда
длина волны изменяется таким
образом, что они попадают в со-
ответствующую этой длине вол-
ны зону.
Таким образом антенна мо-
жет быть рассчитана на любой
ширины частотный диапазон.
Ограничения составляют только
пространственный объём антен-
ны и механические трудности.
Кроме того, соотношение меха-
нических затрат к мощность ста-
новится тем не благоприятнее,
чем больше требуется полоса
пропускания антенны, так как
число неактивных элементов ан-
тенны по отношению к числу эле-
ментов находящихся в активной
зоне увеличивается с ростом по-
лосы пропускания.
Увеличение длины антенны не
увеличивает коэффициент усиле-
ния и влияет только на полосу
пропускания. Коэффициент уси-
ления логарифмической антенны
определяется углом раскрыва а и
фактором периода т. Этот фак-
тор получается (см. рис.26.24.) из
отношения расстояния до двух
соседних вибраторов (Rn+1)/Rn
или длин двух соседних вибрато-
ров (Ln+1)/Ln.
(R +1) (L +1)
(26.11.)
К Ь
п п
Период т может изменяться в
диапазоне 0,5-0,95, наиболее ча-
сто употребляющееся значение т
= 0,7. Для получения максималь-
ного коэффициента усиления и
обратного ослабления угол рас-
крыва а и период т должны на-
ходиться в определенном соотно-
шении друг к другу, которое
представлено на графике рис.
26.25.
В общем случае коэффициент
усиления тем больше, чем мень-
ше угол раскрыва а и чем боль-
ше фактор периода т. Коэффици-
ент усиления логарифмической
антенны, рассчитанной на макси-
мум коэффициента усиления по
459
Рис. 26.25. Зависимость
угла раскрыва а и перио-
да т для расчета макси-
мальных коэффициента
усиления и обратного ос-
лабления логарифмически
периодичной антенны
отношению к полуволновому
вибратору лежит в диапазоне 3
дБ, для периода т = 0,6 и 11 дБ,
для т= 0,95. Для коэффициент
усиления равного 11 дБ опти-
мальный угол а равный 5° прак-
тически нельзя реализовать, по-
этому обычно останавливаются
на значении коэффициента усиле-
ния равным 8,5 дБ.
Сопротивление RE на входных
зажимах логарифмической ан-
тенны также зависит от фактора
т и угла раскрыва а. Эта зависи-
мость представлена на рис. 26.26.
В общем можно сказать, что
входное сопротивление может
быть реализовано в пределах 50-
120 Ом. При этом входное сопро-
тивление периодически изменяет-
ся в зависимости от частоты. Для
оптимальных значений на рис.
26.25. входное сопротивление ле-
жит между 85 Ом, при т = 0,89, и
105 Ом, при т = 0,7.
“Лист” логарифмической ан-
тенна может иметь очень разно-
образные формы. Вибраторы
могут быть выполнены из жести
или проволоки, в виде меандра
или треугольников.
Пример логарифмически пе-
риодической антенны для частот-
ного диапазона 140-450 МГц со
всеми необходимыми размерами
приведен на рис. 26.27.
Рис 26.26. Сопротивление
Re на входных зажимах
логарифмической антен-
ны в зависимости от угла
раскрыва а при различных
значениях фактора т.
460
7&&0
Рис. 26.27. Размеры логарифмически периодической антенны для частотно-
го диапазона 140-450 МГц. На чертеже изображена только половина антен-
ны.
Необходимо изготовить два
таких “листа”, после чего пово-
рачивают один лист вокруг сво-
ей оси на 180°. Такая конструк-
ция не содержит перекрещиваю-
щейся четвертьволновой линий
связи, которая в данной конст-
рукции образована центральны-
ми элементами каждого “листа”,
которые прижаты друг к другу на
минимальное расстояние. Концы
друг от друга изолированных
центральных элементов (травер-
сы) образуют зажимы питания.
Входное сопротивление на за-
жимах симметричное и равно
приблизительно 70 Ом. Поэтому
антенну можно питать напрямую
с помощью любого коаксиально-
го кабеля с волновым сопротив-
лением 60 или 75 Ом. Для изго-
товления симметрирующего уст-
ройства есть простая возмож-
ность, показанная на рис. 26.28.а.
Коаксиальный кабель пропуска-
ется через трубку траверсы в на-
правлении к узкому концу антен-
ны. Далее оплетка коаксиально-
го кабеля припаивается к травер-
се, сквозь которую пропущен ко-
аксиальный кабель, а внутренний
проводник припаивается к дру-
гой траверсе. Эта конструкция,
предложенная радиолюбителем
K7RTY, имеет диаметр траверсы
12 мм и расстояние между травер-
сами 32 мм. Траверсы изолирова-
ны друг от друга тремя изолято-
рами, которые одновременно
определяют расстояние между
траверсами и их параллельность.
Длина каждой траверсы рав-
на 213 см. Элементы имеет диа-
метр 6 мм и соединяются с тра-
версой как показано на
рис.26.28.Ъ. и с.
Антенна была разработана
специально для диапазонов 2 м и
461
Рис. 26.28. Конструктивные подроб-
ности изготовления логарифмичес-
кой антенны, изображенной на рис.
26.27.
а- подсоединение кабеля питания
Ь- закрепление элементов с помо-
щью хомутов
с- закрепление элементов с помощью
резьбы
70 см. КСВ в кабеле питания ке
превышает 1,3. Коэффициент
усиления равномерен во всем ча-
стотном диапазоне 140-45- МГц
и равен 6,5 дБ.
Антенна рассчитана на мак-
симальный коэффициент усиле-
ния с оптимальными а = 20 ° и т
= 0,87. Особенно интересно то,
что антенна наряду с радиолюби-
тельским диапазоном может при-
нимать III телевизионный диапа-
зон.
На рис. 26.29. изображен один
“лист” очень простой логариф-
мически периодической антенны
с проволочными элементами
формой в виде треугольников.
Эта антенна питается напрямую
с помощью коаксиального кабе-
ля. В точках пересечения провод-
ников элементов с коаксиальным
кабелем элементы припаиваются
к оплетке коаксиального кабеля.
Внутренний проводник коакси-
ального кабеля оканчивается ме-
таллическим диском диаметром
0,06Х.
Высокий коэффициент усиле-
ния с большим входным сопро-
тивлением получают если два
“листа” антенны располагают в
форме буквы V. Для такой фор-
мы элементы антенны выполня-
ют в виде меандра или в виде тре-
угольников. Два одинаковых ли-
ста, развернутых на 180°, стыку-
ются друг с другом под углом у,
обычно равным 45°, как показа-
но на схеме рис. 26.31. При мень-
ших углах \|/ коэффициент усиле-
ния меньше, при больших углах
\|/ коэффициент усиления больше,
однако антенна получается гро-
моздкой.
Рис. 26.29. Простая логариф-
мическая антенна с питанием
через коаксиальный кабель
462
1
Рис. 26.30. Логарифми-
ческая антенна с элемен-
тами в виде меандра, а
= 60 °, т = 0,7, v = 45 °.
На рис. 26.30 изображен
“лист” антенны с элементами в
виде меандра с элементами, рас-
считанными на эксплуатацию в
диапазоне 48-230 МГц. В табли-
це 26.3. приведены размеры этой
антенны.
Рис. 26.31. Общая схема логарифми-
ческой антенны, “лист” которой
представлен на рис. 26.30. \|/ = 45 °.
Общая схема антенны пред-
ставлен на рис. 26.31.
На рис. 26.32. изображен при-
мер конструктивного выполне-
ния этой антенны.
Входное сопротивление ан-
тенны симметричное и равно
120-130 Ом. Для прямого пита-
ния -V образной антенны приго-
ден симметричная экранирован-
ная линия питания с волновым
сопротивлением 120 Ом, напри-
мер, типа 120 D 10-1.
Элементы антенны изготовля-
ются из легкого металла диамет-
ром 8-10 мм. В качестве связую-
щих элементы проводников мо-
жет служить алюминиевый про-
вод диаметром 1,5-3 мм. В каче-
стве траверсы “листа” могут слу-
жить как металлические трубки,
так и деревянные планки с сече-
нием 30x30 мм. Если использует-
ся деревянные планки, то потре-
буется еще изготовить металли-
463
Таблица 26.3. Размеры элементов логарифмической антенны, изображенной
на рис. 26.30.(Ширина пропускания равна 48-230 МГц)
Элемент 1 -3000 мм
Элемент 2-2120 мм
Элемент 3 -1500 мм
Элемент 4 -1060 мм
Элемент 5 -750 мм
Элемент 6 -530 мм
Элемент 7 -375 мм
Элемент 8 -265 мм
Элемент 9 -265 мм
Размер I -2600 мм
Размер II -1840 мм
Размер III -1300 мм
Размер IV -920 мм
Размер V - 650 мм
Размер VI - 460 мм
Размер VII - 325 мм
Размер VIII -230 мвд
ческую ленту, которая связывает
электрически середины элемен-
тов одного “листа”.
На основе логарифмической
антенны для диапазона 48-230
МГц, изображенной на рис. 26.30
можно изготовить более простую
конструкцию с примерно одина-
ковой эффективностью, с треу-
гольной формой элементов, как
показано на рис. 26.33. и 26.34.
Эти конструкции особенно инте-
ресны тем, что элементы антен-
ны могут быть выполнены из
медной проволоки, натянутой на
треугольный деревянный каркас.
В этом случае середины провод-
ников также соединяются элект-
рически медным проводом.
Плоскости каркасов соединяют
под углом \|/ = 45°, как и для ан-
тенны на рис. 26.31.
Антенна, изображенная на
рис. 26.33. имеет больший коэф-
фициент усиления, чем антенна
на рис. 26.34., так как последняя
имеет больший угол а и более
густую сеть проводников (т =
Рис. 26.32. Конструк-
ция логарифмической
V- образной антенны,
вид сбоку
464
a *75'
Рис. 26.33. Логарифмическая антенна с треугольными элементами, а = 60°,
т = 0,84, у = 45°.
0,71). Антенна может быть рас-
считана на любой частотный ди-
апазон, при этом длина самого
большого элемента должна быть
больше или равна X /2.
г max
На рис. 26.33 и втаблице 26.4.
приведены размеры логарифми-
ческой антенны с проволочными
элементами для диапазона частот
48-230 МГц
Таблица 26.4. Размеры логарифмической антенны с треугольными элемен-
тами, изображенной на рис. 26-33. (ширина полосы 28-230 МГц)
Элемент 1 -1560 мм Размер I -2370 мм
Элемент 2 -1280 мм Размер II -2000 мм
Элемент 3 -1080 мм Размер III -1680 мм
Элемент 4 -900 мм Размер IV -1400 мм
Элемент 5 -760 мм Размер V - 1185 мм
Элемент 6 -640 мм Размер VI - 1000 мм
Элемент 7 -540 мм Размер VII - 840 мм
Элемент 8 -450 мм Размер VIII -707 мм
Элемент 9 -380 мм Размер IX -600 мм
Элемент 10 -320 мм Размер X -500 мм
Элемент 11-270 мм Размер XI -420 мм
Элемент 12 -225 мм Размер XII -353 мм
Элемент 13-190 мм
Элемент 14 -375 мм
465
Рис. 26.34. Логарифмическая антенна с треугольными элементами, a = 75°,
т = 0,71, у = 45°.
В таблице 26.5 приведены раз-
меры антенны, изображенной на
рис 26.34 для того же диапазона
частот.
26.4. Щелевые антенны
Если в середине металличес-
кой пластины сделать разрез,
длина которого составляет Х/2, то
возникшую щель можно рассмат-
ривать как излучатель (рис.
26.35.). Эта щель, которая долж-
на иметь малую ширину относи-
тельно длины, возбуждается в се-
редине свои длинных сторон в
точках XX.
Щель имеет те же излучающие
свойства, что и полуволновой
вибратор только с обратным рас-
Таблица 26.5. Размеры логарифмической антенны с треугольными элемен-
тами, изображенной на рис. 26-34. (ширина полосы 28-230 МГц)
Элемент 1 -1750 мм
Элемент 2 -1240 мм
Элемент 3 -880 мм
Элемент 4 -900 мм
Элемент 5 -440 мм
Элемент 6 -310 мм
Элемент 7 -220 мм
Элемент 8-155 мм
Элемент 9 -110 мм
Элемент 10-176 мм
Размер 1-1850 мм
Размер II-1310 мм
Размер III -925 мм
Размер IV -655 мм
Размер V - 462 мм
Размер VI - 327 мм
Размер VII - 231 мм
Размер VIII -163 мм
466
V- коэффициент
укорочения
XX-точки питания
Рис. 26.35. Плоский щелевой излуча-
тель
пределением магнитных и элект-
рических компонентов, что изме-
няет плоскость поляризации из-
лучения. Вертикальная щель
излучает как горизонтально рас-
положенный полуволновой виб-
ратор, а горизонтальная щель
имеет вертикальную поляриза-
цию излучения. При очень тон-
кой щели полное сопротивление
в точках питания XX равно при-
мерно 485 Ом. Входное сопротив-
ление повышается с увеличением
ширины щели, что является об-
ратной зависимостью по отноше-
нию к увеличению площади эле-
ментов полуволнового вибрато-
ра.Чтобы получить резонанс,
щель укорачивают так же, как и
полуволновой вибратор, причем
широкая щель требует большего
укорочения, чем узкая.
Щелевой излучатель можно
было бы питать в точки XX с по-
мощью симметричной 500-ом-
ной двухпроводной линии пита-
ния, однако это неудобно, так как
для обоих проводников линии
требуется отношение расстояние/
диаметр примерно 30:1 (схм. рис.
5.4.).
Так как при приближении к
концам щели сопротивление
уменьшается, то перемещая точ-
ки питания к концам щели, полу-
чить меньшее входное сопротив-
ление, не изменив при этом суще-
ственно характеристик излучения
щели.
Аналогично полуволновому
вибратору, изменяя ширину щели
особенно на концах, можно изме-
нять полосу пропускания щеле-
вого излучателя.
Если щель выполнить в виде
шлейфового вибратора, как по-
казано на рис. 26.36, то вход-
ное сопротивление уменьшается
в 4 раза. Такую петлевую щель
можно возбуждать с помощью
коаксиального кабеля. С волно-
вым сопротивление 75 Ом. Как
видно, и в этом случае петлевая
щель ведет себе обратно по отно-
шению к нормальному вибрато-
ру. Если в случае петлевого виб-
ратора сопротивление увеличи-
вается, то в случае петлевой щели
сопротивление уменьшается.
Для промышленных целей ча-
сто используются щелевые антен-
Pp7V7777777/ZW/A
Рис.26.36. Петлевой щелевой излу-
чатель
467
ны в форме трубы, в основе ко-
торых лежит горизонтальная
щель, как показано на рис. 26.37.
Эта антенна с вертикально
расположенной щелью имеет го-
ризонтальную поляризацию име-
ет круговую диаграмму направ-
ленности и фокусирует луч в вер-
тикальной плоскости. Входное
сопротивление увеличивается
при увеличении размеров трубы
до 600-1000 Ом. Если несколько
щелей располагают друг над дру-
гом, то круговая диаграмма на-
правленности сохраняется, а вер-
тикальный угол раскрыва диаг-
раммы направленности уменьша-
ется. Конструкция антенны полу-
чается очень стабильной, так как
антенной служит сама траверса
антенны. Ветровое сопротивле-
ние очень маленькое и может
быть еще уменьшено, если щели
закрыть диэлектрической плен-
кой.
Характеристики излучения
можно в значительных пределах
изменять, что делает эту антенну
очень распространенной в УКВ
и ДМВ диапазонах.
X- X
Рис.26.37. Щелевая ан-
тенна в форме трубы
X х Линия / питания Z*500Q | /i-г/г |
Рис. 26.38. Рамочно-щелевая антен-
на
Если уменьшить металличес-
кую пластину, в которой сдела-
на щель, то в пределе можно по-
лучит узкую раму, см. рис. 26.38.,
которая однако обладает харак-
терными свойствами щелевого
излучателя. Такая рамочно-ще-
левая антенна не обладает супер
свойствами, как это описывается
в некоторых изданиях. Тщатель-
но проведенные замеры такой
рамочно-щелевой антенны пока-
зали, что ее характеристики при-
мерно совпадают с характеристи-
ками обычного полуволнового
вибратора. Кроме того входное
сопротивление антенны равно
примерно 500 Ом, что создает
дополнительные трудности с пи-
танием этой антенны.
Вышесказанное не значит, что
рамочная антенна не заслужива-
ет уважения, ее применяют охот-
но, например, в качестве элемен-
та возбуждения в 2- этажной ан-
тенне Уда-Яги (см. главу 22.4.3.
и 22.4.4.).
468
27. Антенны диапазона УКВ и ДМВ с формой антенн КВ
диапазона
Неправильно то предположе-
ние, что антенны КВ диапазона
не могут использоваться в УКВ
и ДМВ диапазонах. По законам
моделирования свойства антен-
ны не зависят от того, для како-
го диапазона частот рассчитана
антенна, поэтому можно без со-
мнений использовать любые
типы КВ антенн в УКВ диапазо-
не с равным успехом.
Для некоторых целей очень
выгодны могут быть V- образ-
ный излучатель и ромбическая
антенна. Они имеют преимуще-
ство в широкой полосе и недоста-
ток, что конструкция должна
быть вращаемой, что связано с
механическими трудностями.
Они применяются поэтому для
установления связей в ограничен-
ном секторе направлений. Также
они могут применяться как теле-
визионные приемные антенны.
Большое значение имеют в люби-
тельском УКВ диапазоне и антен-
ны “двойной квадрат” и кольце-
вой излучатель.
27.1. Двухэтажная V- образная
антенна для УКВ диапазона
На рис. 27.1 изображена схе-
ма двухэтажной V-образной ан-
тенны для УКВ диапазона 400-
800 МГц. Антенна пригодна для
приема 70 см любительского ди-
апазона и для всего телевизион-
ного диапазона IVTV.
Для изготовления антенны
требуется два алюминиевых
прутка длиной 355 см диаметром
10 мм. Они сгибаются в форме U
так, чтобы длина элементов со-
ставила 160 см. Потом обе части
составляют вместе под углом а =
50°, как показано на рис. 27.1.
Расстояние между вертикальны-
ми 35 см отрезками должно со-
ставлять 5 см. В геометрической
середине этих вертикальных от-
резков находятся зажимы пита-
ния антенны к которым подклю-
чается двухпроводная симмет-
ричная линия питания с волно-
Рис. 27.1. Двухэтажная V- образная
антенна для диапазона 400-800 МГц
469
Рис. 27.2. Коэффициент усиления
двухэтажной V- образной двухэтаж-
ной антенны, изображенной на рис.
27.1., в зависимости от частоты
вым сопротивление 240-300 Ом.
Для крепления антенны и элемен-
тов изготавливается деревянный
каркас.
На рис. 27.2. представлен гра-
фик изменения коэффициента
усиления в зависимости от час-
тоты по отношению к настроен-
ному полуволновому вибратору.
Из рисунка видно, что в пре-
делах 70 см диапазона коэффици-
ент усиления равен примерно 8
дБ, длина элементов антенны со-
ставляет для этого случая 2,ЗА,.
Для 21 телевизионного канала
(диапазон IV) коэффициент уси-
ления составляет 8,7 дБ, а для 50
телевизионного канала (диапа-
зон V) 12,2 дБ. Для этого макси-
мума коэффициента усиления
длина элементов составляет при-
мерно 3,8Х. На краю диапазона
(60 канал) коэффициент усиления
падает до 10,5 дБ.
Угол раскрыва а = 50° опти-
мален для длины элементов 3,8 А,
(см. рис. 11.13.), при этом макси-
мальный коэффициент усиления
расположен в диапазоне 700
МГц. Расстояние между этажа-
ми выбрано 35 см (А/2) из рабо-
ты в 70 см диапазоне. Из сообра-
жений максимальной полосы
пропускания расстояние между
этажами должно составлять
0,85А,тах. Поскольку антенна
представляет компромиссное ре-
шение, то внутри данного рабо-
чего частотного диапазона следу-
ет мириться с изменением вход-
ного сопротивления в зависимо-
сти от частоты и появлением в
диаграмме направленности боко-
вых лепестков.
27.2. Ромбические антенны в
диапазоне УКВ и ДМВ
В УКВ и ДМВ диапазоне мо-
гут быть с успехом применены в
качестве приемных антенн замк-
нутые ромбические антенны, ко-
торые имеют широкую полосу
пропускания и изготавливают-
ся из медной проволоки. Необ-
ходимое для их изготовления за-
мыкающее сопротивление, кото-
рое сложно приобрести для слу-
чая применения антенны в каче-
стве передающей, в случае прием-
ной антенны представляет пле-
ночное (не спиральное) мало-
мощное сопротивление.
Полоса пропускания ромби-
ческой антенны составляет отно-
сительно расчетной 40% в сторо-
ну верхних частот и 30 % в сто-
470
Рис. 27.3. Ромбическая антенна для
УКВ диапазона 130-260 МГц
Длина стороны ромба L
Рис. 27.4.Оптимальный угол а (или
Р) ромбической антенны в зависимо-
сти от длины стороны ромба L, в X.
рону нижних частот. Это значит,
что для расчетной частоты 140
МГц полоса пропускания состав-
ляет 88-196 МГц.
На рис. 27.3 изображена схе-
ма ромбической антенны для
расчетной частоты 185 МГц диа-
пазона УКВ . Антенна имеет по-
лосу пропускания 130-260 МГц,
что позволяет использовать эту
антенну для приема всего 2 м ди-
апазона и III телевизионного ди-
апазона.
Для стороны ромба L равно-
го 6Х оптимальным является угол
раскрыва у основания антенны а
= 44°. Зависимость изменения
характеристик антенны от углов
а или Р и стороны ромба L пред-
ставлена на рис. 27.4.
Для размеров, оптимально
рассчитанных согласно рис. 27.4.
коэффициент усиления ромби-
ческой антенны составляет при-
мерно 12 дБ по отношению к по-
луволновому вибратору.
Ромбическая антенна имеет
одностороннюю направленность
(см. главу 12.4). Замыкающее со-
противление не спиральное,пле-
ночное,угольное, малой мощно-
сти с номиналом 650 Ом (не кри-
тично).
К сожалению входное сопро-
тивление ромбической антенны
лежит в диапазоне 450-600 Ом.
Поэтому антенну эксплуатируют
с самодельной двухпроводной
линией питания. Можно исполь-
зовать 240- омный ленточный
УКВ кабель питания совместно с
широкополосным согласующим
трансформатором Коллинса.
Этот трансформатор представля-
ет собой несколько четвертьвол-
новых трансформаторов, вклю-
ченных последовательно. Для
согласования 600 - омного вход-
ного сопротивления антенны с
240 - омным волновым сопротив-
лением ленточного кабеля ис-
пользуется схема, приведенная на
рис. 27.5.
Применяются 4 ступени
трансформации: 600-480 Ом,
480-380 Ом, 380-3020м и 302-240
Ом. Благодаря этим мероприяти-
ям трансформатор Коллинса по-
лучает полосу частот 4:1. Отдель-
ные секции ZJ5 Z2, Z3 имеют раз-
личные волновые сопротивления
471
Did* 53 Ъ * | ,
D/db^ Z -.38QQ i । 1 \ Р
г,~зогя / । . |Д { \)
D/d-TZ }о D/d-23 |о Za-бЮЯ
- Г-ЛЛ-^'” J .4-Л/»-«»дт"1 "‘7 /
*4 / - 1 Л . ЛГУ)—
7.s-zw2
Рис. 27.5. Широкопо-
лосный согласующий
трансформатор Кол-
линса
и имеют длину А/4 по отношению
к средней частоте полосы пропус-
кания (расчетная частота).
В данном случае эта частота
равна 185 МГц, или длина волна
X = 1,62м. Длина четвертьволно-
вого трансформатора составит
400 мм. Для трансформаторов с
различным волновым сопротив-
лением на рис. 27.5. приведены
различные отношения расстоя-
ние/диаметр D/d, которые заим-
ствованы из рис. 5.4. К концу
трансформатора Zs может быть
подключена 240 омная линия пи-
тания.
Такие широкополосные
трансформаторы можно ис-
пользовать для любых необхо-
димых трансформаций сопро-
тивления и для любых частот,
пока получаемые волновые со-
противления конструктивно мо-
гут быть выполнимы. Чем боль-
ше используют секций трансфор-
матора, тем лучше частотные ха-
рактеристики трансформатора.
Коэффициент трансформации г
зависит от числа ступеней п и свя-
заны соотношением
г = п • V (27.1.)
ZS
где ZA - полное сопротивле-
ние на зажимах питания антенны,
Zs - желаемое сопротивление
на выходе трансформатора.
Для вышеприведенного при-
мера на рис. 27.5. имеем:
r = = >,26
Волновые сопротивления от-
дельных четвертьволновых
трансформаторов рассчитыва-
ют следующим образом:
Z, = Zs г = 240 1,26 = 320 Ом;
Z, = Z1- г = 302-1,26 = 380 Ом;
Z' = Z2 • г = 380 • 1,26 = 480 Ом;
Z3 = Zs • г = 480 • 1,26 = 604 Ом.
Простая ромбическая антенна
для ДМВ диапазона приведена на
рис. 27.6.
Антенна имеет угол раскрыва
у основания а = 50° и замкнута
на сопротивление 470 Ом. Это
относительно низкое сопротив-
ление выбрано из соображений
получить возможно низкое вход-
ное сопротивление антенны (400
Ом), что позволяет использовать
Рис. 27.6. Ромбическая антенна для
ДМВ диапазона 400-800 МГц
472
Рис. 27.7. Коэффициент усиления
ромбической антенны для диапазо-
на ДМВ в зависимости от частоты
симметричную 300-омную ли-
нию питания. При этом КСВ в
этом случае не превысит 2. Гра-
фик изменения коэффициента
усиления в зависимости от часто-
ты по отношению к полуволно-
вому вибратору представлен на
рис. 27.7.
Антенну можно расположить
в два этажа, подобно V- образ-
ной антенне на рис. 27.1., при
этом расстояние между этажами
должно составлять также 350 Ом.
В этом случае замыкающее со-
противление следует увеличить
до 600 Ом. На центральных зажи-
мах XX входное сопротивление
2-этажной антенны составит
240-300 Ом.
Ромбические антенны можно
использовать и в качестве пере-
дающих, однако при этом мощ-
ность замыкающего сопротивле-
ния должна быть не менее поло-
вины высокочастотной мощнос-
ти излучения передатчика.
27.3. “Двойной квадрат’9 для
диапазона УКВ
Преимуществами антенны
“двойной квадрат”, сыскавшими
ей большую популярность явля-
ются:
компактная конструкция,
применение простых проводов
вместо дорогостоящих трубок,
двух- этажность конструкции, с
узкой диаграммой направленно-
сти в горизонтальной плоскости.
Кроме того, в случае применения
антенны в качестве приемной,
она не чувствительна к искровым
помехам (по отношению к антен-
не Уда-Яги).
27.3.1. Простая антенна “двой-
ной квадрат99
Для мобильного варианта хо-
рошо подходит простая антенна
“двойной квадрат” изображен-
ная на рис. 27.8.
Рис. 27.8. Антенна “двойной квад-
рат” для диапазона 2 м
473
Современные исследования
показали, что резонанс излучате-
ля наступает при общей длине
питаемого элемента равной на
1,5% больше чем IX. Знание это-
го факта позволяет конструиро-
вать антенну в резонанс без ис-
пользования Дополнительных на-
строечных элементов.
Питаемый элемент антенны
“двойной квадрат” для диапазо-
на 2 м, изображенный на рис.
27.8., имеет общую длину 2108
мм, что соответствует длине сто-
роны квадрата 527 мм. Для этих
размеров резонансная частота
составляет 144,5 МГц. Общая
длина рефлектора равна 2312 мм
и сторона квадрата рефлектора
равна 578 мм. Рефлектор распо-
ложен на удалении 0,08Х или 178
мм от излучателя.
Входное сопротивление ан-
тенны составляет примерно 70
Ом. Коэффициент усиления 5 дБ,
обратное ослабление 13 дБ. КСВ
в линии питания не превышает
1,035 дБ не частоте 144,5 МГц и
увеличивается к высокочастот-
ной границе диапазона (146 МГц)
до 1,23.
Питание осуществляется через
70-омный коаксиальный кабель
(например, тип 70-10-1) с
симметрирующим устройством.
В качестве последнего может
быть применен симметрирую-
щий трансформатор (см. главу
7.2.). Возможно питание антенны
и через 60-омный коаксиальный
кабель, при этом значение КСВ в
линии питания немного увели-
чится.
Расчет антенны для другой
резонансной частоты в УКВ диа-
пазоне можно произвести по сле-
дующим формулам:
Питаемый элемент
(27.2.)
Общая длина = 304635 / f
(27.3.)
Длина стороны квадрата =
= 76150//
Рефлектор
(27.4.)
Общая длина =334000//
(27.5.)
Длина стороны квадрата =
= 83500//
Расстояние до рефлектора А
для входного сопротивления 70
Ом
= 25720// (27.6.)
Все длины в мм,/в МГц.
Входное сопротивление и ко-
эффициент усиления увеличива-
ются при увеличении расстояния
до рефлектора.
Максимум находится на рас-
стоянии 0,2Х. Более подробно об
антенне “двойной квадрат” мож-
но прочитать в главе 15.1.
27.3.2. Многоэтажная антенна
“двойной квадрат”
Описанную выше простую
антенну “двойной квадрат” мож-
но использовать в качестве осно-
474
вы для многоэтажной или сфор-
мированной в группу антенны.
Для многоэтажной антенны рас-
стояние между этажами на долж-
но быть меньше Х/2, а еще лучше
5/8Х. Синфазное питание много-
этажной и сформированной в
группу антенной системы было
описано в главе 23.1. На рис. 27.9.
описаны поэтому только допол-
нительные возможности пита-
ния. В данном случае антенна
рассчитана для питания через
УКВ ленточный кабель с волно-
вым сопротивлением 240 Ом.
Рис. 27.9. 2-этажная антенна “двой-
ной квадрат” для диапазона 2 м
Если необходимо, то можно
применить симметрирующее ус-
тройство в виде полуволновой
петлевой линии согласно главе
7.5. В этом случае систему мож-
но питать через 60-омный коак-
сиальный кабель любой длины.
Расстояние до рефлектора у
обоих антенн на обоих этажах
составляет А = 0,11X или 230 мм.
Это расстояние можно рассчи-
тать также по формуле
А = 33000// (27.7.)
А в мм, f в МГц.
Обе антенны соединены ли-
нией связи длиной 990 мм с вол-
новым сопротивлением 180 Ом.
Это сопротивление можно полу-
чит, если расстояние между про-
водниками линии связи D отно-
сится к диаметру проводников
d как 2,5:1 (см. рис. 5.4.). В сере-
дине линии связи находятся точ-
ки питания антенной системы,
входное сопротивление на кото-
рых равно 240 Ом, симметрич-
но.
Коэффициент усиления 2-
этажной антенны составляет 7,5
дБ по отношению к полуволно-
вому вибратору. Увеличение ко-
эффициент усиления связано с
сужением диаграммы направ-
ленности в вертикальной плос-
кости.
Антенна рассчитана на резо-
нансную частоту 144,5 МГц. Со-
противление излучения пере-
крывает весь диапазон 2 м в со-
отношении 1:1,2.
475
27.3.3. Антенная группа “двой-
ной квадрат” для диапазона 2 м
Антенная группа антенн
“двойной квадрат”, изображен-
ная на рис. 27.10., представляет
собой антенную систему, состав-
ленную из простых антенн “двой-
ной квадрат”, и имеющую высо-
кий коэффициент усиления при-
мерно 11 дБ. Рефлекторы не рис.
27.10 не показаны, не указанные
размеры соответствуют рис 27.9.
С технической точки зрения
интересно, что возбуждение всей
системы осуществляется через
отрезки коаксиальных кабелей с
волновым сопротивлением 75
или 50 Ом. Заделки отрезков ко-
аксиального кабеля потребуют
применения дорогостоящих Т-
элементов. При самостоятельном
изготовлении коаксиальных со-
единений следует обращать осо-
бое внимание на герметичность
Рис. 27.10. Схема антенной группы
“двойной квадрат” (рефлекторы не
показаны)
соединений, и защиту от метео-
условий.
Отдельные антенны “двойной
квадрат” идентичны представ-
ленной на рис. 27.8. антенне
“двойной квадрат”. Отличие со-
стоит только в расстоянии до
рефлекторов, которое составляет
230 мм. Входное сопротивление
антенной группы равно 75 Ом и
является симметричным. Для со-
гласования с несимметричным
коаксиального кабеля питания
потребуется симметрирующий
трансформатор (см. главу. 7.2.).
Точки питания 1-2 и 3-4 со-
единены с помощью линий пита-
ния длиной 1300 мм и с волновым
сопротивлением 75 Ом. (напри-
мер, тип 75-4-15 или 75-7-8).
Длина этих соединительной ли-
ний может быть любой, однако
не менее А/2, так как она опреде-
ляет расстояние между этажами.
В середине этих линий связи
полное сопротивление составля-
ет 37,5 Ом. Поэтому в качестве
дальнейшей соединительной ли-
нии используется четвертьволно-
вой трансформатор, который на
своем выходе должен иметь сно-
ва сопротивление 75 Ом. Этот
четвертьволновый трансформа-
тор изготавливается из отрезка
коаксиального кабеля с волно-
вым сопротивлением 50 Ом дли-
ной 0,66-А/4 или 345 мм (коэффи-
циент укорочения составляет
0,66).
Таким образом в точках Y
снова имеем сопротивление 75
476
Ом и эти точки можно связать
между собой 75-омным коакси-
альным кабелем любой длины.
Длина горизонтального участка
коаксиального кабеля выбрана
1300 мм, что соответствует рас-
стоянию между антеннами в го-
ризонтальной плоскости равно-
му IX. В середине горизонталь-
ной линии связи находится общая
точка питания всей антенной
группы, сопротивление которой
равно правда 37,5 Ом. Для пита-
ния антенной группы через 75-
омный коаксиальный кабель по-
требуется еще один четвертьвол-
новый трансформатор с волно-
вым сопротивлением 50 Ом дли-
ной 345 мм.
Таким образом, для изготов-
ления питающей сети антенной
группы потребуется 3 отрезка 75-
омного коаксиального кабеля
длиной по 1300 мм, и 3 отрезка
50-омного коаксиального кабеля
длиной по 345 мм.
Для обеспечения условия син-
фазности возбуждения очень
важно соблюсти правильность
соединения внутренних провод-
ников и оплеток коаксиального
кабеля согласно рис. 27.10. Для
этого надо взять за правило, что
внутренние проводники соединя-
ются только к левой части (или
только правой части) питаемых
элементов. Пайка всех элементов
и отрезков коаксиального кабе-
ля должна быть качественной,
места пайки следует покрыть во-
достойким лаком и герметизиро-
вать.
Полоса пропускания описан-
ной групповой антенны рассчи-
танной на резонансную частоту
144,5 МГц составляет прибли-
зительно 3 МГц. КСВ во всем
диапазоне частот не превышает
1,5. Обратное ослабление при-
мерно 18 дБ.
27.4. Кольцевой излучатель
для диапазона УКВ
Кольцевой излучатель являет-
ся производной антенной антен-
ны “двойной квадрат” и был опи-
сан как направленная антенна
для КВ диапазона в главе 15.2.
Трудности, связанные с изготов-
лением кольцевых элементов ан-
тенны, в УКВ диапазоне меньше.
С точки зрения электрических
характеристик, коэффициента
усиления входного сопротивле-
ния кольцевой излучатель соот-
ветствует полностью антенне
“двойной квадрат”, стоящей на
угле квадрата. Все сказанное об
антенне в главах 25.1 и 15.2. ос-
тается в силе и для УКВ диапазо-
на.
Для изготовления кольцевой
антенны пригоден алюминиевый
или медный провод диаметром
8-10 мм. Для защиты от метеоус-
ловий можно использовать про-
вод, пропущенный через поли-
хлорвиниловую трубку.
Уже один кольцевой питае-
мый элемент дает выигрыш по
усилению 1 дБ по сравнению с
полуволновым вибратором.
477
Входное сопротивление равно
110 Ом. Длина питаемого элемен-
та составляет 1,03Х.
Если на расстоянии 0,2Х от пи-
таемого элемента разместить
рефлектор, то коэффициент уси-
ления увеличивается на 6 дБ, а
входное сопротивление уменьша-
ется до 60 Ом. Иногда питаемый
элемент выполняют в виде двой-
ного кольца, т.е. в виде катушки
из 2 витков. В этом случае общая
длина проводника равна 2,02Х .
В этом случае, при расстоянии до
рефлектора 0,18Х можно полу-
чить хорошее согласование, если
использовать 2-проводную сим-
метричную линию питания с
входным сопротивлением 240-
300 Ом.
Кольцо рефлектор, которое в
обоих случаях состоит из одного
витка проводника, имеет общую
длину 1,08. Антенна критична к
настройке рефлектора, которая
является определяющей.
Для 3- элементного кольцево-
го излучателя в диапазоне УКВ
рекомендуется расстояние до ди-
ректора в пределах 0,12-0,15Х, а
расстояние до рефлектора 0,17-
0,22Х. Входное сопротивление 3-
элементной антенны составляет
примерно 30 Ом. В этом случае
целесообразно применять для
согласования с линией питания
омега- образную схему согласо-
вания. (см. главу 6.4.). Периметр
кольца директора равен 0,95Х
(рис. 15.9.,15.10).
Следующие формулы позво-
ляют рассчитать необходимые
размеры кольцевых антенн исхо-
дя из резонансной частоты в ди-
апазоне УКВ:
Периметр 5 питаемого эле-
мента
5=3100// (27.8.)
Периметр R рефлектора
R = 3280// (27.9.)
Периметр D директора
Z) = 2850// (27.10.)
Все длины в см,/в МГц.
Для 3- элементного кольцево-
го излучателя диапазона 2 м (ре-
зонансная частота 145 МГц)
имеем следующий размеры:
5=214 ст,
R= 226 ст,
D= 196 ст.
В качестве траверсы рекомен-
дуется использовать деревянные
планки. Пластмассовые обручи
хула-хуп могут быть также ис-
пользованы для защиты от метео-
условий проводников антенны.
478
28. Антенны для телевизионного приема
По желанию многих радиолю-
бителей в эту главу включены
описания различных простых ти-
пов телевизионных антенн. По-
скольку телевизионные антенны
во многом идентичны радиолю-
бительским УКВ антеннам, то
принцип работы не будет описы-
ваться.
Не зависимо от того, приме-
няется антенна в качестве прием-
ной или в качестве передающей,
она обладает одинаковыми ха-
рактеристиками. Такие характе-
ристики антенны как коэффици-
ент усиления, диаграмма направ-
ленности, входное сопротивле-
ние не изменяются от для прием-
ной и передающей антенны. Важ-
ным является также закон моде-
лирования, который гласит, что
антенна с известными характери-
стиками и размерами может быть
рассчитана на любую другую ча-
стоту без изменения ее основных
характеристик. Это позволяет,
например, телевизионную прием-
ную антенну пересчитать для
применения в 2 м диапазоне с со-
хранением всех ее свойств и ис-
пользовать в качестве переда-
ющей.
Однако следует учитывать,
что телевизионные антенны пре-
следуют другие цели, чем радио-
любительские антенны. Для ра-
диолюбительских антенн на пере-
днем плане стоит возможность
получения максимального коэф-
фициента усиления за счет пре-
имущественно сужения диаграм-
мы направленности в вертикаль-
ной плоскости. Для радиолюби-
тельских антенн достаточна по-
лоса пропускания в диапазоне 2
м - 2 МГц, в диапазоне 70 см - 4
МГц., они не требуют малого
угла раскрыва диаграммы на-
правленности в горизонтальной
плоскости, большого обратного
ослабления, допустимы боковые
лепестки.
Напротив, хорошие телевизи-
онные антенны, особенно для пе-
редачи цветного изображения,
требуют широкую полосу про-
пускания, узкую диаграмму на-
правленности особенно в гори-
зонтальной плоскости, чтобы из-
бежать боковых помех. Поэтому
радиолюбительские антенны не
подходят для приема телевизион-
ного сигнала.
479
Следует так же сказать, что не
существует “чудо-антенн”. Эф-
фективность антенны всегда свя-
зана со сложностью изготовле-
ния антенны. Простые антенны
не могут соперничать с многоэле-
ментными промышленно изго-
товленными антеннами. Коэффи-
циент усиления антенны всегда
зависит от размеров антенны.
Эта зависимость была уже объяс-
нена в главе 3.2.3.3.
Особенно это касается совре-
менных промышленных антенн
Уда-Яги “волновой канал”, изго-
товление которых контролирует-
ся стандартом. Самодельные ан-
тенны радиолюбителей едва ли
могут превысить по своим харак-
теристикам промышленные ан-
тенны. Бессмысленно изменять
или улучшать характеристики
промышленных приемных ан-
тенн конструктивными измене-
ниями. Это может касаться толь-
ко мероприятий по защите ан-
тенн от коррозии или перестано-
вок антенны в более благоприят-
ное место для приема.
Для приемных телевизионных
антенн Уда-Яги существует пра-
вило, что коэффициент усиления
по напряжению примерно соот-
ветствует корню квадратному из
числа элементов антенны. На-
пример, для 9- элементной антен-
ны Уда-Яги коэффициент усиле-
ния по напряжению равен 3, что
соответствует 9,5 дБ. Это значе-
ние хорошо соответствует прак-
тическому значению.
480
Следующее правило гласит,
что удвоение элементов антенны
дает прирост коэффициента уси-
ления на 3 дБ. Для длинных ан-
тенн Уда-Яги можно привести
зависимость коэффициента уси-
ления в зависимости от относи-
тельной длины антенны . Поня-
тие относительная длина антен-
ны характеризует длину антенны
Уда-Яги вдоль ее оси излучения
(длина траверсы) по отношению
к рабочей длине волны. На рис.
22.7. представлена зависимость
коэффициента усиления любой
антенны Уда-Яги в зависимости
от ее относительной длины.
При изготовлении телевизи-
онных антенн не имеет большо-
го смысла выбирать схемы с вы-
соким коэффициентом усиления
и достаточно узкой полосой про-
пускания. Эти антенны сильно
чувствительны к размерам, диа-
метрам элементов, диаметра тра-
версы. Правильней выбирать для
самостоятельного изготовления
типы антенн с широкой полосой
пропускания и некритичные к
размерам. Ниже приводятся теле-
визионные антенны, которые от-
вечают этому условию и реко-
мендуются для самостоятельного
изготовления. Все эти антенны
полностью металлические, т.е.
для их изготовления использует-
ся металлическая траверса, на
которую крепятся в своей сере-
дине элементы. Диаметр элемен-
тов равен, если это не оговари-
Таблица 28.1. Резонансные длины простого и пеблевого вибратора соглас-
но рис. 28.1. в зависимости от диаметра элементов.
Диапазон Длина L для диаметров элементов Расстояние
5мм 10мм 15мм D а
Диапазон 1 канал 2 2874 2855 2845 100 10...30
канал 3 2520 2500 2495 100 10...30
канал 4 2245 2230 2220 100 10...30
УКВ вещание 1535 1515 1510 100 10...30
(87,5-100 МГц) Диапазон III канал 5 800 790 780 50 10...30
канал 6 770 760 750 50 10...30
канал 7 740 730 725 50 10...30
канал 8 715 705 700 50 10...30
канал 9 690 680 675 50 10...30
канал 10 665 655 650 50 10...30
канал 11 642 632 628 50 10...30
канал 12 625 615 610 50 10...30
Все размеры в мм.
вается дополнительно, 8-10 мм.
В качестве материала использу-
ется трубки или металлические
прутки. Все антенны имеют гори-
зонтальную поляризацию.
В главе 33 приведены важней-
шие определения и рекоменда-
ции. Вопросы, связанные со стро-
ительством всегда лучше прояс-
нить со специалистом.
28.1. Одноэлементная антенна
Для хороших условий приема
часто бывает достаточен полу-
волновой вибратор, выполнен-
ный в простом виде или в форме
петлевого вибратора. Коэффици-
ент усиления этой антенны равен
0 дБ . Антенну используют в ка-
честве эталонной относительной
антенны при сравнении других
антенн.
Характеристики (приближен-
ные значения)
Коэффициент усиления ОдБ
Обратное ослабление 0 дБ
Входное сопротивление
простого полуволнового
вибратора 60 Ом
Входное сопротивление
петлевого полуволнового
вибратора 240 Ом
Угол раскрава диаграммы
направленности
в горизонтальной
плоскости 80°
Угол раскрава диаграммы
направленности
в вертикальной
плоскости 360°
16 Антенны
481
В таблице 28.1. приведены ре-
зонансные длины вибратора в
зависимости от диаметра d эле-
мента.
Данные относятся к рис. 28.1.
Петлевой вибратор можно пи-
тать с помощью двухпроводной
линии передачи с волновым со-
противлением 240 Ом.
Рис. 28.1. Схема с размерами одно-
элементного вибратора для таблицы
28.1.
28.2. 2-элементная антенна
Характеристики (приближен-
ные значения)
Коэффициент усиления 4 дБ
Обратное ослабление 8 дБ
Входное сопротивление
симметричное 240 Ом
Относительная длина
антенны О,ЗХ
Угол раскрава диаграммы
направленности
в горизонтальной
плоскости 75°
Угол раскрава диаграммы
направленности
в вертикальной
плоскости 140°
Схема антенны представлена
на рис. 28.2. Точками X обозна-
чены места крепления элементов
антенны к металлической травер-
се диаметром 20 мм±20% . Рас-
стояние D для диапазона I = 100
мм, для диапазона III = 50 мм,
расстояние а = 10-30 мм.
Рис. 28.2. Схема с размерами 2- эле-
ментной антенны. Величины разме-
ров приведены в таблице 28.2.
Таблица 28.2. Размеры 2- элементной антенны согласно рис. 28.2.
Диаметр элементов Канал 2 Диапазон I Канал 3 Канал 4
Длина L 4мм 2720 2425 2150
6мм 2700 2410 2140
10 мм 2680 2385 2120
15 мм 2650 2370 2110
Длина R 4мм 3030 2710 2400
6 мм ЗОЮ 2695 2390
10мм 2990 2665 2370
15 мм 2960 2650 2360
Расстояние А 1830 1640 1460
482
Таблица 28.2.(Продолжение)
Диаметр Диапазон III
элементов Канал 5-7 Канал 7-9 Канал 10-12
Длина L 4 мм 685 635 573
6мм 680 630 565
10 мм 665 615 557
15 мм 655 608 550
Длина R 4мм 875 812 735
6мм 870 808 727
10мм 853 793 717
15 мм 845 785 707
Расстояние А 390 365 330
Все длины в мм.
28.3. 3— элементная антенна
Характеристики (приближен-
ные значения)
Коэффициент усиления 5 дБ
Обратное ослабление 12 дБ
Входное сопротивление
симметричное 240 Ом
Относительная длина
антенны 0,25 X
Угол раскрава диаграммы
направленности
в горизонтальной
плоскости 70°
Угол раскрава диаграммы
направленности
в вертикальной
плоскости 120°
Схема антенны представлена
на рис. 28.3. Точками X обозна-
чены места крепления элемен-
тов антенны к металлической
траверсе диаметром 20 мм±20%.
Диаметр всех элементов 20
мм±20%. Расстояние d для диа-
пазона I = 100 мм, для диапазо-
на III = 50 мм, расстояние а = 10-
30 мм.
Рис. 28.3. Схема с размерами 3- эле-
ментной антенны. Величины разме-
ров приведены в таблице 28.3.
16-
483
Таблица 28.3. Размеры 3- элементной антенны Уда-Яги согласно рис. 28.3.
Диаметр Диапазон I
элементов Канал 2 Канал 3 ] Канал 4
Длина L 4мм 2850 2550 2265
6мм 2835 2535 2250
10 мм 2820 2510 2230
15 мм 2790 2495 2225
Длина R 4...8 мм 3400 3050 2715
10...15 мм 3360 ЗОЮ 2680
Длина D 4...8 мм 2510 2255 2010
10... 15 мм 2475 2215 1975
Расстояние A t 865 775 690
Расстояние 530 475 425
Диаметр Диапазон III
элементов Канал 5-7 Канал 7-9 Канал 10-12
Длина L 4мм 753 710 637
6мм 750 705 633
10мм 745 700 626
15 мм 730 685 615
Длина R 4...8 мм 870 810 725
10...15 мм 850 795 715
Длина D 4...8 мм 622 585 530
10...15 мм 615 575 515
Расстояние A j 236 220 200
Расстояние А, 185 172 156
Все размеры в мм.
28.4. 6- элементная Уда-Яги Угол раскрава диаграммы
антенна направленности
в горизонтальной
Характеристики (приближен- плоскости 55°
ные значения) Угол раскрава диаграммы
Коэффициент усиления 8 дБ направленности
Обратное ослабление 15 дБ в вертикальной
Входное сопротивление плоскости 73°
симметричное 240 Ом Схема антенны представлена
Относительная длина на рис. 28.4. Точками X обозна-
антенны 0,9Х чены места крепления элементов
484
антенны к металлической травер-
се. Диаметр всех элементов 10
мм±20% . Диаметр траверсы 20
мм. Расстояние d = 50 мм, рас-
ментной антенны. Величины разме-
ров приведены в таблице 28.4.
Таблица 28.4. Размеры 3-элементной
антенны Уда-Яги согласно рис. 28.4.
Д иапазон Ш
канал 5-8 канал 9-12
ДлинаL 735 645
Rwh&R 883 768
Длина Dx 628 546
Длина D2 638 564
Длина D3 622 542
Ддина D4 617 537
Расстояние A j 404 352
Расстояние 98 86
Расстояние А3 327 285
Расстояние А4 285 248
Расстояние А 311 271
Все размеры в мм
28.5. 9- элементная длинная
антенна Уда-Яги
Характеристики (приближен-
ные значения)
Коэффициент усиления 11дБ
Обратное ослабление 18 дБ
Входное сопротивление
симметричное 240 Ом
Относительная длина
антенны 1,6Х
Угол раскрава диаграммы
направленности
в горизонтальной
плоскости 40°
Угол раскрава диаграммы
направленности
в вертикальной
плоскости 50°
Схема антенны представлена
на рис. 28.5. Точками X обозна-
чены места крепления элементов
антенны к металлической травер-
се . Диаметр всех элементов 10
мм±20%. Д иаметр траверсы 20-
25 мм. Расстояние d = 50 мм, рас-
стояние а = 10-30 мм. (см. табли-
цу 28.5.).
Рис. 28.5. Схема с размерами 3- эле-
ментной антенны. Величины разме-
ров приведены в таблице 28.5.
485
Таблица 28.5. Размеры 3- элементной антенны Уда-Яги согласно рис. 28.5.
Принимаемые каналы
5 6 7 8 9 10 11 12
Длина L 762 734 707 682 661 637 613 597
Длина R 943 908 875 843 815 788 763 735
Длина Dx 689 663 639 616 595 575 557 539
Длина D2 678 652 628 606 585 566 548 531
Длина D3 672 647 623 601 580 561 543 526
ДлинаD4 661 636 612 591 571 552 534 518
Длина D5 650 625 602 581 561 542 525 509
Длина D6 638 614 590 571 551 533 516 500
Длина Z>7 627 603 581 561 542 523 507 491
Расстояние A 1 345 332 319 308 298 288 279 270
Расстояние А2 291 280 270 260 251 243 235 228
Расстояние А 3 427 410 395 381 368 356 345 334
Расстояние А4 331 318 307 296 286 276 268 260
Расстояние А 5 331 318 307 296 286 276 268 260
Расстояние А А 331 318 307 296 286 276 268 260
Расстояние Л7 331 318 307 296 286 276 268 260
Расстояние Я8 331 318 307 296 286 276 268 260
Все размеры в мм
28.6. Многоэтажные антенны
Коэффициент усиления дву-
хэтажной антенны, имеющей в
основе антенну рис. 28.1. -
рис. 28.3. увеличивается по
сравнению примерно на 2,8
дБ. При условии, что расстоя-
ние между элементами равно
Х/2.
Антенны на рис. 28.4. и рис.
28.5. также можно располагать
в два этажа, при этом рассто-
яние между этажами Х/2 уже
не является оптимальным.
Прирост коэффициента усиле-
ния в последних 2 случаях со-
ставляет 2-2,5 дБ.
Для многоэтажных антенн
угол раскрыва в горизонталь-
ной плоскости остается неиз-
менным, прирост коэффициен-
та усиления обеспечивается за
счет сужения вертикального
угла раскрыва. Подробности
можно прочитать в главе 22.4.
В таблице 28.6. приведены
длины полуволновых линий
связи между этажами для УКВ
телевизионных каналов.
486
Таблица 28.6. Длины Л/2 линий связи между 2 этажами согласно рис. 28.6.
Диапазон I
Канал 2 Канал 3 Канал 4
Длина L 3000 2620 2330
5 6 Диапазон Ш(Каналы) 7 8 9 10 11 12
Длина L 830 795 774 742 713 689 669 645
Данные линии: длина = Х/2 • Коэффициент укорочения, Волновое со-
противление линии = 240 Ом, Полное сопротивление Z, и Z2 = 240
Ом, Входное сопротивление на зажимах XX = 240 Ом, отношение
D/d = 9:1
Все размеры в мм
D/d*9:1
Рис. 28.6. Схема линии связи между
этажами. Размеры приведены в таб-
лице 28.6.
Если для линии связи выбра-
но соотношение D/d = 9:1, то на
входных зажимах питания антен-
ны XX сопротивление равно 240
Ом и симметрично. Если, напри-
мер, линия изготовлена из прово-
да диаметром 3 мм, расстояние
между осями провода должно
составлять 27 мм. В точках Zj и
Z2 линия связи соединяется с за-
жимами питания антенн.
28.7.12-элементная групповая
антенна
Характеристики (приближен-
ные значения)
Коэффициент усиления 9,5дБ
Обратное ослабление 14 дБ
Входное сопротивление
симметричное 240 Ом
Высота антенны 1,0Х
Угол раскрава диаграммы
направленности
в горизонтальной
плоскости 60°
Угол раскрава диаграммы
направленности
в вертикальной
плоскости 50°
Диаметр всех элементов со-
ставляет 6-8 мм. Диаметр про-
водников линии связи равен 3 мм
(диаметр не критичен). Схема
487
антенны приведена на рис. 28.7.
Более подробно об антенне мож-
но прочитать в главе 23.4.1.
Рис. 28.7. Схема 12- элементной
групповой антенны
Таблица 28.7. Размеры 12-и элемен-
тной групповой антенны на рис. 28.7.
для III телевизионного диапазона
Диапазон III
Канал 5-8 Канал 9-12
Длина L 708 620
Длина L 800 700
Расстояние AL 790 685
Расстояние ЯЛ 242 210
Все размеры в мм
28.8. УКВ антенны для телеви-
зионного приема
УКВ телевизионный диапа-
зон, спектр которого вмещает
длины волн от 64 до 38 см, позво-
ляет использовать антенны с вы-
соким коэффициентом усиления,
так как в этом диапазоне можно
конструировать компактные ан-
488
тенны с небольшими длинами
элементов.
В главе 3.1.6. была уже сказа-
но, что величина напряжения,
которое может сниматься с вход-
ных зажимов антенны в электро-
магнитном поле зависит от на-
пряженности поля и эффектив-
ной длины антенны. В случае по-
луволнового вибратора на на-
пряжение его входных зажимах
U можно определить по формуле
(з.н.)
X
U=E' 6,28
где U - напряжение на зажи-
мах антенны в мкВ, Е - напряжен-
ность электромагнитного поля в
месте расположения антенны в
мкВ/м.
Если предположить, что на-
пряженность поля в точке приема
для телевизионной антенны диа-
пазона I, канала 3 (X = 5,20м), рав-
на 3000 мкВ/м, то на входных
зажимах согласованного полу-
волнового вибратора можно по-
лучить напряжение 2484 мкВ
5 2
(Л = 3000- —------ ).
6,28 7
Если бы передатчик работал
в диапазоне III, канал 8 (X = 1,5
м), то при той же напряженности
поля в точке приема 3000 мкв/м
на входных зажимах резонансно-
го полуволнового вибратора при
прочих равных условиях име ли
бы напряжение только 717 мкВ.
( и = 3000--------).
6,28
И наконец при работе в диа-
пазоне IV, канал 30 (X = 0,55 м)
при прочих равных условиях в
точке приема, на входных зажи-
мах полуволнового вибратора
имели бы 263 мкв.
Отсюда следует, что для резо-
нансного полуволнового вибра-
тора с равной напряженностью
поля в точке приема, напряжение
развиваемое на входных зажимах
в I телевизионном диапазоне в 4
раза больше напряжения, разви-
ваемого в III телевизионном ди-
апазоне, и в 10 раз больше напря-
жения, развиваемого в IV телеви-
зионном диапазоне. Или други-
ми словами, резонансный полу-
волновой вибратор развивает в I
телевизионном диапазоне равное
напряжение, как направленная
антенна с коэффициентом усиле-
ния 12 дБ в III телевизионном
диапазоне, и как направленная
антенна с коэффициентом усиле-
ния 20 дБ в IV телевизионном
диапазоне при равных условиях
размещения антенн и равной на-
пряженности в месте приема.
Особенно интересны для в
этом случае широкополосные
антенны с рефлекторными решет-
ками, так как они позволяют по-
лучать достаточно высокий ко-
эффициент усиления, механичес-
ки стабильны и обладают плос-
кой конструкцией. Волновые
вибраторы типа “бабочка”, раз-
мещенные перед рефлекторной
решеткой, наиболее отвечают
этим требованиям, имеют сред-
ний коэффициент усиления и
очень широкую полосу пропуска-
ния в сочетании с компактными
размерами. Для радиолюбителей
эти широкополосные антенны
имеет еше и тот интерес, что по-
зволяют работать одновременно
и в 70 см радиолюбительском
диапазоне. Если же требуются
антенны для работы только в оп-
ределенном телевизионном УКВ
канале, то предпочтение отдает-
ся антеннам Уда-Яги, объеди-
ненным в группы. Эти антенны
предпочтительнее так же в усло-
виях боковых отражений и по-
мех. Подобные антенны выпуска-
ются промышленностью во мно-
гих модификациях. Подробное
описание Уда-Яги телевизион-
ных антенн УКВ диапазоне пред-
ставлено в литературе, которая
следует после этой главы.
28.8.1. Широкополосный вол-
новой вибратор типа “бабочка",
размещенный перед рефлекторной
решеткой
Простая форма волнового
вибратора типа “бабочка”с реф-
лекторной решеткой для диапа-
зона частот 450-900 МГц уже
была подробно описана в главе
26.2.1. (см. также рис. 26.9. и рис.
26.10.). Благодаря большому углу
а- антенна имеет очень большую
полосу пропускания и постоян-
ное входное сопротивление во
всей полосе пропускания.
489
Рис. 28.9. Широкополосная про-
мышленно выпускаемая антенна с
рефлекторной решеткой
28.8.2. Уголковая антенна для
телевизионного УКВ диапазона
Очень популярна эффектив-
ная уголковая антенна, изобра-
женная на рис. 26.14, которая так-
же выпускается промышленнос-
тью. Антенны этого типа были
подробно описаны в главе 26.2.3.
Широкополосная конструкция
для диапазона частот 470-790
МГц с согнутым угольником из-
лучателя, представлена на рис.
28.10. и соответствует конструк-
ции на рис. 26.13.
Ширина L рефлектора (см.
рис 26.23.) должна быть ~ 450 мм,
увеличение ширины рефлектора
Рис. 28.10. Уголковая широкополос-
ная телевизионная антенна диапазо-
на IV/V с питаемым элементом в виде
угольника
увеличивает обратное ослабле-
ние антенны.
Характеристики (приближен-
ные значения)
Коэффициент усиления 10-14 дБ
Полоса пропускания 470-790 МГц
Обратное ослабление >24 дБ
Входное сопротивление
симметричное 240 Ом
КСВ в линии питания,
не более 3
Другие данные см. главу 26.2.3.
Угол рефлектора а составля-
ет 60°. Для этого угла расстояние
D до излучателя равно 248 мм.
Длина стороны рефлектора
S > 500 мм. Для угла а = 60° мак-
симальный коэффициент усиле-
ния антенны составляет 12,5 дБ.
491
Рис. 28.8. Двухэтажная
антенна “бабочка” с реф-
лекторной решеткой для
телевизионного диапазо-
на IV/V
Двухэтажная конструкция
этой антенны, полоса пропуска-
ния которой охватывает весь
УКВ телевизионный диапазон,
изображена на рис. 28.8. Угол а
волновых вибраторов равен 50°,
расстояние до рефлекторной ре-
шетки равно 140 мм.
О свойствах антенны и конст-
рукции читатель может получить
информацию в главе 26.2. Вибра-
торы закрепляются перед решет-
кой на изоляторах. Если крепить
вибраторы в точках, как показа-
но на рис. 28.8. с помощью вин-
тов, то можно использовать без
ощутимых потерь металлические
держатели. В этом случае антен-
на полностью металлическая и ее
можно заземлять.
Характеристики (приближен-
ные значения)
Коэффициент усиления 9-12 дБ
Полоса пропускания 70-790 МГц
Обратное ослабление >20 дБ
Входное сопротивление
симметричное 240 Ом
КСВ в линии питания,
не более 2
Угол раскрава диаграммы
направленности
в горизонтальной
плоскости 50°
Угол раскрава диаграммы
направленности
в вертикальной
плоскости 40-70°
Расстояние до рефлектора 140 мм
Другие данные приведены в
главе 20.2.2.
На рис. 28.9. показан пример
промышленно выпускаемой ан-
тенны.
490
28.8.3. Другие конструкции
широкополосных телевизионных
УКВ антенн
Двухэтажная - образная ан-
тенна, которая бала уже описа-
на в главе 27.1., имеет прибли-
зительно одинаковые характе-
ристики, что и двухэтажная вол-
новая антенна типа “бабочка” с
рефлектором ( рис. 28.8.). Как
видно из рисунка 27.2. коэффи-
циент усиления антенны изме-
няется в во всем телевизионном
диапазоне IV/V от 9 до 12 дБ.
Дополнительно эта антенна мо-
жет быть использована для при-
ема УКВ радиовещания . Диаг-
рамма направленности V- об-
разной 2-этажной антенны име-
ет примерно круговую форму,
так как антенна представляет
собой согнутый волновой виб-
ратор (см. рис. 10.31.). КСВ во
всей частоте пропускания ан-
тенны не превышает 3 . Разме-
ры антенны приведены на рис.
27.1.
Следующей применяющейся
конструкцией для телевизион-
ного УКВ приема является уп-
рощенная рупорная антенна, о
которой шла речь в главе 26.1.3.
Если для антенны, приведенной
на рис. 26.6., длина стороны ру-
пора составит 800 мм (вместо
2,45 м), то антенну можно ис-
пользовать для приема IV диа-
пазона (канал 21) с коэффици-
ентом усиления 10 дБ. Коэффи-
циент усиления растет непре-
492
рывно при приближении к вы-
сокочастотному концу диапазо-
на до 15 дБ (канал 60 ). Рупор
должен быть при этом изготов-
лен из листового алюминия или
мелкоячеистой сетки. Угол рас-
крыва во всех случаях составля-
ет 60°. При расчете этой антен-
ны действует правило, что коэф-
фициент усиления увеличивает-
ся на 10 дБ при удвоении часто-
ты.
В некоторых случаях можно
использовать ромбическую ан-
тенну, изображенную на рис.
27.6. Как видно из рис.27.7, для
приведенных размеров стороны
ромба L максимум коэффициен-
та усиления антенны лежит в те-
левизионном УКВ диапазоне
(канал 50 ). При этом относи-
тельная длина стороны ромба
равна 4Х. С учетом диаграмм на
рис. 12.9. и 27.4. можно изготав-
ливать очень простые ромби-
ческие антенны . Особенно хо-
рошие результаты можно полу-
чить размещая ромбические ан-
тенны на двух этажах. Для диа-
пазона IV/V расстояние между
этажами должно составлять 800
мм, при этом прирост коэффи-
циента усиления составит 2,5
дБ. Для питания обоих этажей
используется 2-проводная ли-
ния связи с волновым сопротив-
лением примерно 500 Ом, в се-
редине которой расположены
входные зажимы питания антен-
ны. Входное сопротивление на
зажимах составляет 240-300 Ом.
28.9. Применение симметриру-
ющего полуволнового шлейфа для
телевизионных антенн при само-
стоятельном изготовлении
Симметрирующий полувол-
новой шлейф (см. главу 7.5.)
служит для согласования ан-
тенн, имеющих симметричное
сопротивление 240 Ом с несим-
метричным коаксиальным кабе-
лем питания 60 Ом.
Этот симметрирующий по-
луволновой трансформатор мо-
жет быть использован и для со-
гласования промышленных те-
левизионных антенн, имеющих
входное сопротивление 240 Ом,
с коаксиальным кабелем.
Симметрирующий полувол-
новой шлейф представляет со-
бой отрезок коаксиального ка-
беля электрической длиной Х/2
(рис. 28.11.), который трансфор-
мирует сопротивление в отно-
шении 4:1 (240 Ом а 60 Ом) и
одновременно превращает ан-
тенну из симметричной относи-
тельно земли в несимметрич-
ную.
Геометрическая длина отрез-
ка кабеля равна Х/2 • И, где V -
коэффициент укорочения при-
меняемого коаксиального кабе-
ля. Обычные коаксиальные ка-
бели имеют коэффициент уко-
рочения равный 0,66 . Коакси-
альный кабель с воздушным ди-
электриком обладает мини-
мальными потерями и имеет
коэффициент укорочения рав-
Рис. 28.11. Схема симметрирующе-
го полуволнового шлейфа. Размеры
приведены в таблице 28.8
ный 0,77 (тип. 60-7-3). Полувол-
новой шлейф является настро-
енной линией, поэтому он име-
ет относительно широкую поло-
су пропускания, что позволяет
использовать его для любого
телевизионного диапазона,
предварительно рассчитав на
шлейф на середину частотного
диапазона. Это справедливо
также и для телевизионного ди-
апазона IV7V.
В таблице 28.8. приведены
геометрические длины L полу-
волнового шлейфа для телеви-
зионных каналов при использо-
вании коаксиального кабеля с
коэффициентом укорочения
0,66 и 0,77.
493
Таблица 28.8. Геометрическая длина L полуволнового симметрирующего
шлейфа согласно рис. 28.11. в зависимости от телевизионных каналов.
Длина Lпри Канал 2 Диапазон I Канал 3 Канал 4
Г=0,66 2020 1770 1570
Г=0,77 3210 2000 1790
Диапазон И(Каналы)
5 6 7 8 9 10 11 12
И=0,66 562 541 521 502 485 470 454 440
И=0,77 654 617 604 582 562 539 527 512
Диапазон 1У/У(Каналы)
21-25 26-30 31-35 36-40 41-45 46-50 51-55 56-60
Г=0,66 202 186 173 162 152 143 135 128
К=0,77 235 221 202 188 177 167 158 149
Все размеры в мм
29. Радиолюбительские антенны на подвижных объектах
Временами встречаются пере-
носные и перевозные радиолюби-
тельские станции, которые меня-
ют свое местонахождение, с це-
лью поиска наилучших условий
для приема-передачи. Все боль-
ше появляется радиолюбителей,
которые размещают свои радио-
станции на автомобилях и приме-
няют мобильные антенны, чему
способствует быстрое развитие
полупроводниковой элементной
базы. Как правило эти радиолю-
бители используют для работы 2
м любительский диапазон, так
как в других КВ диапазонах не-
возможно изготовить эффектив-
ную мобильную антенну.
Следует упомянуть также не
в последнюю очередь спортив-
ную игру “охоты на лис”, кото-
рая в последнее время из игры
выросла в очень популярный вид
спорта, который сочетает техни-
ческое и спортивное мастерство.
Для этих случаев специаль-
ного применения требуется ан-
тенны, которые соответствуют
по своим техническим и конст-
руктивным характеристикам
предъявляемым к ним специаль-
ным требованиям.
29.1. Антенны для переносных
радиостанций
Радиолюбитель, обладающей
переносной радиостанцией, ме-
няет свое местонахождение с це-
лью поиска наилучших условий
распространения радиоволн. Та-
кие радиостанции могут встре-
чаться как в УКВ так и в КВ ди-
апазонах.
В КВ диапазоне хорошие ус-
ловия могут быть в местах с хо-
рошей поверхностной проводи-
мостью земли или свободные от
ближнего окружения. В КВ диа-
пазоне размещение радиостан-
ции на возвышенности или в го-
рах не улучшает условия распро-
странения радиоволн через
ионосферу.
Решающим при выборе места
размещения КВ радиостанции
является проводящая способ-
ность поверхности земли, особен-
но если радиостанция оснащена
вертикальной антенной. Так,
можно ожидать хороших усло-
вий излучения вблизи водных
массивов. Отдельные деревья или
лес не мешают работе в КВ диа-
пазоне, однако следует избегать
приближаться к линиям электро-
495
передач и большим металличес-
ким конструкциям.
В УКВ диапазоне, в котором
не используется отражения от
ионосферы, благоприятным ус-
ловием является как можно
более высокое размещение ра-
диостанции. В этом случае состо-
яние земной поверхности не име-
ет значения.
Для переносных радиостан-
ций годятся все обычные конст-
рукции КВ и УКВ антенн. При
конструировании антенны следу-
ет учитывать простоту установ-
ки и возможность транспортиро-
вания элементов антенны. Не
имеет смысла в КВ диапазоне
конструировать сложные антен-
ные системы, так как время ис-
пользования антенны в <поход-
ном варианте> не велико, отда-
вая предпочтение простым про-
волочным. L- образные или Т-
образные проволочные антенны
требуют для своей установки
только опорные элементы (дере-
вья). В местностях с хорошей
проводимостью поверхности
земли (побережье моря, болоти-
стые местности (см. также главу
19.1.), наиболее эффективен вер-
тикальный излучатель. Часто
можно используя дерево рабо-
тать с вертикальным или наклон-
ным четвертьволновым отрез-
ком провода, земляной конец ко-
торого, так же как и в случае при-
менения LhT образных антенн,
подключается к выходному кас-
каду передатчика с помощью
фильтра Коллинса. Наличие
большого количества провода и
фильтра Коллинса достаточно в
общем случае для работы с пере-
носной радиостанцией. Форма
антенны может быть определена
на местности, в зависимости от
конкретных условий места.
При работе в диапазоне 2 м и
70 см проблем не существует. С
наилучшим успехом могут при-
меняться разборные антенны
Уда-Яги всех размеров. В каче-
стве мачты достаточна 3- метро-
вая труба, которая может быть
изготовлена из отдельных отрез-
ков.
Для карманных радиостанций
малой мощности антенной слу-
жит четвертьволновый отрезок
провода, подключенный непос-
редственно к радиостанции. Для
получения больших дальностей
применяются легкие антенны
Уда-Яги (см. раздел. 22.2.) или
антенна HB9CV (см. главу
22.1.2.).
29.2. Коротковолновые авто-
мобильные антенны
Выбор конструкций КВ ан-
тенн для применения на автомо-
биле очень ограничен. В первую
очередь применяется укорочен-
ный четвертьволновый излуча-
тель. Для 10 м диапазона эта вер-
тикальная антенна имеет полную
длину 2,5 м. Применение в усло-
виях дорожного движения боль-
496
ших длин антенн с естественным
резонансом вызывает сложности.
В этом случае можно работать
только лишь с удлиняющими ка-
тушками, которые связаны, как
известно, с потерей эффективно-
сти , малой полосой пропускания
и сложностями с питанием.
29.2.1. Конструкции укорочен-
ных четвертьволновых излучате-
лей
Сложность представляет на-
дежное закрепление антенного
проводника, которое должно
быть эластичным, но не позво-
лять антенне раскачиваться во
время езды. Поскольку антенный
проводник в общем случае зак-
репляется только у основания, то
под воздействием потока возду-
ха антенный проводник испыты-
вает у своего основания изгиба-
ющий момент. Отсюда вытекает
требование, изготавливать ан-
тенный проводник с малым со-
противлением набегающему по-
току воздуха и толстым у осно-
вания, т.е. конической формы.
С одной стороны антенный
проводник должен быть механи-
чески стабилен, с другой сторо-
ны желательно иметь разборную
или съемную конструкцию, для
въезда, например, в гараж.
Для длин волн больше 10 м
используют всегда удлиняющие
катушки. Исходя из соображений
стабильности наиболее удобное
место для них - у основания ан-
тенны. Но с другой стороны в
этом месте максимальные поте-
ри, так как здесь находится мак-
симум тока. Сопротивление излу-
чения и КПД (эффективность)
антенны увеличиваются, если уд-
линяющую катушку смещают
ближе к верхушке антенны. Реко-
мендуется размещать катушку на
расстоянии 73 - V2 длины антен-
ного проводника от основания
антенны.
Наиболее оптимальным мес-
том закрепления вертикальной
антенны на автомобиле является
бампер или элементы его крепле-
ния. Это место является доста-
точно жестким и обладает хоро-
шим электрической связью с кор-
пусом автомобиля. Недостатком
этого места размещения антенны
является подверженность ее кор-
розии.
Рекомендуется у основания
антенного проводника приме-
нить пружину, например, пружи-
ну от сиденья мотоцикла, имею-
щую диаметр 30 мм и диаметр 6
мм. Антенна, снабженная пружи-
ной, испытывает значительно
меньшие напряжения , чем жест-
козакрепленная при езде по не-
ровной местности. Оптимальной
является пружина, при которой
автомобильная антенна имеет
период колебания 1 Гц. При этой
резонансной частоте антенна ос-
тается в относительно спокойном
состоянии при езде по неровной
местности.
497
Длина автомобильных КВ ан-
тенн составляет в общем случае
2,4-3,0 м. Традиционным матери-
алом для изготовления автомо-
бильной вертикальной антенны
является металлическая трубка.
Простой и недорогой является
антенна на основе тонкой состав-
ленной из нескольких отрезков
бамбуковой трубке-удочке, к ко-
торой крепится антенный про-
водник. Очень удобными являют-
ся стеклопластиковые телескопи-
ческие удочки, в этом случае ан-
тенный проводник прячется в
трубки удочки.
Однако как не хорошо выгля-
дит сконструированная автомо-
бильная антенна, она не отвеча-
ет своему назначению, если ее и
без низкий КПД ухудшен за счет
ошибочной конструкции.
29.2.2. Электрические свойства
укороченных вертикальных излу-
чателей
Наиболее благоприятной ча-
стотой, с точки зрения четверть-
волнового излучателя, установ-
ленного на автомобиле, является
10 м диапазон, так как позволяет
работать с антенной Маркони
длиной 4 м без удлиняющей ка-
тушки. Необходимый противо-
вес, или “земля” образуется в
этом случае металлическими ча-
стями автомобиля и их емкос-
тью относительно земли.
Электрические характеристи-
ки этой антенны описаны в главе
498
(29.1.)
19.2. Согласно уравнению (19.5.
сопротивление излучения As этой
антенны равно примерно 40 Ом.
Входное сопротивление антенны
Re равно сумме сопротивления
излучения As и общего сопротив-
ления потерь Ry. КПД антенны
(эффективность) тем меньше, чем
больше сопротивление потерь по
отношению к сопротивлению из-
лучения.
Rs
П Л5+Л
Предположим, сопротивле-
ние излучения As равно 36 Ом, а
общее сопротивление потерь Ry
равно 12 Ом. Тогда входное со-
противление антенны равно 58
Ом, а КПД антенны, согласно
уравнению (29.1.) равно
(3^2) “0,75., т.е. 75 %. .
Для автомобильных антенн
большая часть сопротивления
потери определяет потери в зем-
ле Rg. В случае антенны с удли-
няющей катушкой значительную
часть потерь определяет так же
потери Rl в удлиняющей катуш-
ке. Существуют так же диэлект-
рические потери Rd, обусловлен-
ные потерями в изоляторе креп-
ления антенны, и потери в про-
водника ЯА (см. уравнение (5.13.),
которые состоят из омических
потерь в материале проводника
с учетом частотно зависимого
скин-эффекта. Сопротивления
АаиЛо в общем случае малы по
сравнению c$G и и ими мож-
но пренебречь.
Эквивалентная схема укоро-
ченного четвертьволнового излу-
чателя приведена на рис. 29.1.
Укорочение излучателя отно-
сительно длины, соответствую-
щей четвертьволновому резонан-
су, вызывает появление в сопро-
тивлении излучателя емкостной
составляющей Хс. Эта емкостная
составляющая компенсируется
эквивалентной индуктивной со-
ставляющей XL, представленной
удлиняющей катушкой (УС=УЕ).
Поэтому антенна снова находит-
ся в резонансе, несмотря на уко-
рочение длины. Последовательно
с Уси XL включены сопротивле-
ние излучения 7?s и сопротивле-
ние потерь Ry, которое в свою
очередь состоит из сопротивле-
ния потерь в земле RG, сопротив-
ления потерь в катушке RL , со-
Рис.29.1. Эквивалентная схема уко-
роченного четвертьволнового излу-
чателя
противления диэлектрических
потерь Rd и сопротивления по-
терь в проводнике Ад.
В первую очередь интересна
зависимость сопротивления излу-
чения As от укорочения. Сопро-
тивление излучения становится
тем меньше, чем сильнее укора-
чивают излучатель. Эта зависи-
мость прослеживается так же в
уравнении Рюденберга (19.5.).
Механическое укорочение излу-
чателя означает одновременно
уменьшение эффективной высо-
ты антенны Яе(Т. Классическая
формула для сопротивления из-
лучения 7?s имеет вид
Н2
R. =-------- (29.2.)
s 312 7
где Н - антенная длина, выра-
женная в градусах.
Пример 1
Автомобильная антенна дли-
ной 3 м должна работать в диа-
пазоне 80 м. Как велико сопро-
тивление излучения?
Средняя длина волны диапа-
зона 80 м равна примерно 82 м =
360°. Для геометрической длины
антенны 3 м длина в градусах рав-
на 3-360/82= 13°.
Я= 13°., Я2 = 169, Rs = 169/312
= 0,54 ом.
Если бы эта антенна работа-
ла в 40 м диапазоне (X = 42,5 м),
то электрическая длина состави-
ла бы 25°, сто соответствовало бы
сопротивлению излучения 2 Ом.
499
Для 20 м диапазона сопротивле-
ние излучения составило бы 9 Ом.
Такое ничтожно малое сопро-
тивление излучения антенны в 80
м диапазоне имеет следствием
чрезвычайно низкий КПД антен-
ны. Если предположить сопро-
тивление потерь равным 12 Ом
(очень близкая к реальной вели-
чина), то согласно уравнению
(29.1.) для приведенного приме-
ра КПД антенны Т| равен 0,043,
или 4,3%. Это означает, что боль-
ше чем 95% ВЧ энергии передат-
чика превращается в бесполез-
ную тепловую энергию. При рав-
ных условиях, для 40 м диапазо-
на КПД равен 14,3%, для 20 м
диапазона - 43%. Этот пример
показывает, насколько важно
уменьшать до минимально воз-
можного сопротивление потерь.
Ошибке при монтаже (плохой
контакт или пайка) могут иметь
катастрофические последствия
для КПД антенны.
К сожалению нет практичес-
кой возможности уменьшить по-
тери за счет уменьшения сопро-
тивления потерь в земле RG. Как
показано на рис. 29.2., высокоча-
стотные токи /у протекают через
воздушное пространство, окру-
жающее антенну, и в виде конвек-
ционных токов возвращаются
к входным зажимам антенны,
(см. также рис. 19.4.). В случае ав-
томобильной антенны ВЧ токи
протекают частично через метал-
лический корпус автомобиля.
Так как размеры автомобиля, по
крайней мере для низкочастот-
ных любительских диапазонов,
является много меньше, чем Х/4,
то корпус автомобиля не может
рассматриваться как достаточ-
ный противовес, а служит толь-
ко как емкость по отношению к
земле. Измерения показали, что
для 3 м автомобильной антенны
в диапазоне 80 м значения сопро-
тивления потерь в земле равно в
среднем 10 Ом.
29.2.2.1. Удлиняющая катуш-
ка укороченного четвертьволново-
го излучателя
Укороченный относительно
резонансной длины четвертьвол-
новый излучатель имеет емкост-
ную составляющую Хс волново-
го сопротивления. Величина этой
составляющей может быть опре-
делена из отношения
где ZA в Ом, - волновое со-
противление штыря антенны со-
500
гласно уравнения (19.7.), Н -
длина штыря в угловых градусах.
Пример 2
Рассмотрим снова 3 м автомо-
бильную антенну для 80 м диапа-
зона, длина которой составляет
13°. Тангенс 13° равен 0,23087.
При диаметре штыря антенны
равным d- 10 мм и длине антен-
ны L = 3000 мм получаем отно-
шение L/d =300. Из уравнения
(19.7.) вычисляем волновое со-
противление ZA= 361/0,23087 =
1570 Ом. Для компенсации емко-
стного сопротивления Хс индук-
тивное сопротивление XL удлиня-
ющей катушки также должно
быть равно 1570 Ом и при этом
удлиняющая катушка должна
находиться в пучности тока у ос-
нования антенны.
Зная индуктивное сопротив-
ление XL катушки можно опреде-
лить индуктивность L катушки
по формуле
Г ; (29.4.)
2л/
где L- в мкГ,/- МГц.
Из рис. 6,19 можно опреде-
лить индуктивность катушки и
не прибегая к расчетам.
Для примера 2 индуктивной
составляющей YL= 1570 Ом соот-
ветствует индуктивность L = 68
мкГ на частоте 3,7 Мгц.
Добротность удлиняющей ка-
тушки Q должна быть макси-
мально возможной. Самодель-
ные катушки редко когда имеют
добротность выше 300. Катушка
с высокой добротностью должна
быть выполнена из толстого про-
вода с хорошей проводящей спо-
собностью и иметь оптимальную
форму. Существует правило, что
длина катушки должна относить-
ся к диаметру катушки как 2:1.
Сопротивление потерь в ка-
тушке Rl определяется уравнени-
ем
XL
Rl=—q~ (29-5.)
Если предположить доброт-
ность Q равной 300, то для при-
мера 2 рассчитанная удлиняющая
катушка с индуктивным сопро-
тивлением XL = 1570 Ом имеет RL
больше чем 5 Ом и существенно
уменьшает, таким образом КПД
антенны. Как уже было указано,
для повышения КПД антенны
удлиняющую катушку следует
размещать не у основания чет-
вертьволнового излучателя, а в
середине антенны. При таком
размещении сопротивление излу-
чения Rs увеличивается почти в
два раза, что приводит к увели-
чению эффективности антенны.
Размещение удлиняющей катуш-
ки в середине антенны снижает
механические напряжения в ка-
тушке и уменьшает вероятность
коррозии. Чтобы окружающие
детали автомобиля не снижали
добротность катушки, расстоя-
ние от них до катушки не долж-
501
но быть меньше 2 диаметров ка-
тушки.
Недостатки размещения удли-
няющей катушки в середине про-
водника антенны вызваны меха-
ническими причинами. Высоко-
качественные катушки, которые
рассчитаны на относительно
большие токи, ре могут быть вы-
полнены в миниатюрном испол-
нении и имеют большие размеры
и массу. Размещение такой ка-
тушки в середине антенны вызы-
вает большое напряжение в ма-
териале антенны у ее основания
при движении автомобиля. По-
скольку удлиняющая катушка
сама по себе не способствует из-
лучению, размещение ее у осно-
вания антенны более выгодно из-
за того, что излучающая часть
антенны приподымается над дем-
пфирующей и коррозионной об-
ластью вблизи корпуса автомо-
биля на длину катушки. Согласо-
вание низкоомной автомобиль-
ной антенны требует специаль-
ных согласующих устройств, ко-
торые лучше комбинировать со-
вместно в близи удлиняющей ка-
тушки. Окончательное решение о
месте размещения удлиняющей
катушки принимают после ана-
лиза всех преимуществ или недо-
статков конкретного автомобиля
и места размещения антенны.
Если же выбирается размеще-
ние удлиняющей катушки в сере-
дине антенны, то следует учиты-
вать , что катушка не находится
в максимуме тока и ее индуктив-
ность, рассчитанная для случая
размещения у основания антенны
уже является недостаточной. В
литературе 2 и 3 указывается, что
индуктивность катушки, в случае
размещения в середине провод-
ника антенны должна быть при-
мерно в два раза больше, чем ин-
дуктивность катушки, рассчитан-
ная для удлиняющей катушки у
основания этой антенны. После-
дние исследования показали, что
этот коэффициент умножения
равен 1,43. Для катушки, которая
удалена от основания антенны на
1/3 длины антенны, этот коэффи-
циент равен 1,16.
Четвертьволновый излуча-
тель с большим укорочением об-
ладает очень маленькой полосой
пропускания. Для 3 м излучателя
в диапазоне 80 м с расположени-
ем удлиняющей катушки у осно-
вания полоса пропускания со-
ставляет примерно 35 кГц, а при
расположении катушки в середи-
не антенны 25 кГц. Для настрой-
ки антенны в резонанс иногда
применяют катушки с подстроеч-
ным сердечником, однако это не
желательно, так как ведет к ухуд-
шению добротности катушки.
Согласно уравнению (19.9.)
ширина полосы пропускания
равна В- frcs / Q, где Q доброт-
ность катушки, которая вычисля-
ется как ZA / R-. - волновое
А Е А
сопротивление антенного про-
водника (см. уравнение 19.7.), ЯЕ
502
- входное сопротивление антен-
ны, которое, как известно, равно
сумме сопротивления излучения
7?s и сопротивления потерь Ry.
При подстановке формула для
полосы пропускания имеет вид
Re
(29-6)
29.2.2.2. Согласование укоро-
ченного вертикального излучате-
ля с линией питания
Входное сопротивление ЯБ
сильно укороченной автомо-
бильной антенны лежит как пра-
вило в диапазоне от 10 до 20 Ом,
причем часто преобладающую
часть этого сопротивления со-
ставляет сопротивление потерь.
Для случая диапазона 10 м, где
возможно применение излучате-
лей полной длины, входное со-
противление не превышает 40 Ом
при отсутствии радиальных про-
водников.
Питание автомобильных ан-
тенн всегда осуществляется через
короткий отрезок коаксиального
кабеля, обязательно согласован-
ный с входным сопротивлением
антенны. В общем, в качестве
схем согласования с четвертьвол-
новым излучателем подходят
ранее описанные в главе 19.4.1.
согласующие схемы. Если удли-
няющая катушка находится у ос-
нования антенны, то эту катуш-
ку можно одновременно исполь-
зовать как индуктивность связи.
Рис. 29.3. Простые схемы согласова-
ния антенны с коаксиальным кабе-
лем с использованием удлиняющей
катушки, расположенной у основа-
ния автомобильной вертикальной
антенны.
На рис. 29.3. представлены эти
случаи, идентичные по своему
принципу действия.
На рис. 29.а. изображен высо-
кочастотный трансформатор,
вторичная обмотка которого L2
представлена удлиняющей ка-
тушкой излучателя и числом вит-
ков п2. Количество витков пер-
вичной обмотки трансформато-
ра рассчитывают из отношения
и = п • л/ (29.7.)
где Zs- волновое сопротивле-
ние применяемого коаксиально-
го кабеля, (оЛ2 -индуктивное со-
противление катушки
На рис. 29.3.Ь. представлена
та же схема, только роль транс-
форматора выполняет высокоча-
стотный автотрансформатор.
Однако с точки зрения коэффи-
циента связи надежней работает
схема, приведенная на рис. 29.4.
В этой схеме колебательный
контур LS!CS имеет не большую
503
Рис. 29.4. Улучшенная схема согла-
сования вертикальной автомобиль-
ной антенны с коаксиальным кабе-
лем питания.
добротность на рабочей частоте
и является препятствием для из-
лучения высоких гармоник. Схе-
ма выполняет одновременно фун-
кцию согласования, путем транс-
формации волнового сопротив-
ления коаксиального кабеля Zs с
входным сопротивлением излу-
чателя Re. Емкость Cs рассчиты-
вают по формуле
109
С=--------,------ (29.8.)
2nf-^RE-Zs
где/- частота в кГц, RE - вход-
ное сопротивление излучателя, Zs
- волновое сопротивление кабе-
ля питания.
Индуктивность Ls определя-
ют по формуле
V я-z • ю3
Ь,=--------------(29.9.)
где F - частота в кГц.
Пример
Требуется согласовать на ре-
зонансной частоте 3700 кГц ав-
504
томобильную укороченную вер-
тикальную антенну, имеющую
входное сопротивление 7?s =20
Ом с коаксиальным кабелем пи-
тания с волновым сопротивлени-
ем Zs = 60 Ом.
Для схемы на рис. 29.4. рас-
считаем значения Cs и Ls:
109
S 6,28 -3700 • а/1200
109
=-----------= 1240 пФ
23236 -34,7
"71200 • 103
Ls~ 6,28 -3700
34700
23236 = 1б49мкГ
Воздушный конденсатор Cs
целесообразно сделать перемен-
ной емкости, чтобы иметь воз-
можность для корректировки.
Здесь речь идет о так называемом
трансформаторе Зеефрида (см.
главу 6.7.2.), в которой вторая
катушка Ls входит в состав удли-
няющей катушки Lv.
Следующая схема согласова-
ния показана на рис. 29.5.а. и со-
держит L- элемент.
В этом случае катушка Ls рас-
положена у основания антенны и
включена последовательно с рас-
положенной в середине удлиняю-
щей катушкой Lv, так что в сово-
купности индуктивность опреде-
ляется как Л5+Лу(рис. 29.5.Ь.).
Индуктивность катушки Ls в мкГ
определяют по формуле
л/ 16 (60- 16)- 103
Ls~ 6,28-3700
26500
23236
= 1,14мкГ
Рис. 29.5. Согласование коаксиаль-
ного кабеля питания с входным со-
противлением укороченной верти-
кальной антенны.
а- катушка Ls расположена у осно-
вания антенны
Ъ- катушка Ls объединена с удлиня-
ющей катушкой Lv.
ylRE(Zs-RE)- 10’
Ls=---------~f-----(29.10.)
где Re - входное сопротивле-
ние излучателя, Zs - волновое со-
противление коаксиального ка-
беля,/ - частота в кГц.
Для определения емкости кон-
денсатора Cs существует форму-
ла _____
2n/'Zs ^z Еа
С =-----------5----- (29.11.)
s 103
Пример
Следует рассчитать значения
Ls и Cs для схемы согласования
автомобильной антенны с 60 ом-
ным коаксиальным кабелем на
рис. 29.5.а. Резонансная частота
антенны 2700 кГц, входное со-
противление антенны 16 Ом.
6,28 -3700-60 V б0_ (б
103
1394160-0,6
103
=836 пФ
В этом случае конденсатор Cs
должен быть с воздушным изоля-
тором.
Для точного и правильного
согласования вертикальной авто-
мобильной антенны потребуется
гетеродинный измеритель резо-
нанса и волномер - прибор для
замера КСВ в линии питания. На
рис. 29.6. показана схема подклю-
чения этих приборов.
Процесс настройки
В начале отключают коакси-
альный кабель питания от антен-
ны и между конденсатором Cs и
б
Волномер f
ГИР
Рис. 29.6. схема подключения при-
боров
505
массой включают маленькую ка-
тушку из одного витка, которая
предназначена для соединения с
ГИР (гетеродинным индикато-
ром резонанса). С помощью ГИР
контролируют резонансную час-
тоту антенны и устраняют рас-
согласование изменением разме-
ров удлиняющей катушки Ly.
После этого подключают коакси-
альный кабель, возбуждают ан-
тенну на резонансной частоте от
передатчика и замеряют КСВ с
помощью волномера. После это-
го опять удаляют коаксиальный
кабель и изменяют немного ем-
кость конденсатора Cs в сторону
больших значений. Вызванное
этим уменьшение резонансной
частоты компенсируют измене-
нием размеров удлиняющей ка-
тушки Lv до первоначальной ча-
стоты. После этого снова под-
ключают коаксиальный кабель и
снова замеряют значение КСВ.
Если новое значение меньше ра-
нее замеренного, то выбранное
направление вращения конденса-
тора правильное и емкость кон-
денсатора вновь несколько уве-
личивают. Так поступают не-
сколько раз, методом последова-
тельного приближения достигая
минимальный КСВ в кабеле пи-
тания. После этого восстанавли-
вают прямую связь между кон-
денсатором Cs и массой. Вызван-
ное устранением катушки из од-
ного витка рассогласование уст-
раняют небольшой корректиров-
506
кой размеров катушки Ly по ми-
нимальному КСВ.
29.2.2.3. Размеры укороченных
автомобильных антенн
При определенных обстоя-
тельствах можно примерно оце-
нить величину удлиняющей ка-
тушки Lv в зависимости длину
излучателя. Эти размеры могут
носить только приблизительный
характер, так как не возможно
учесть все случаи конкретного
размещения антенны и влияние
окружающих частей автомобиля.
В таблице 29.1. приведены значе-
ния индуктивностей по отноше-
нию к вертикальному излучателю
с волновым сопротивлением ZA =
360 Ом, что соответствует диа-
метру проводника примерно 8
мм. Более тонкие антенные про-
водники требуют большую ин-
дуктивность удлиняющей катуш-
ки, более толстые - меньшую.
Катушки наматываются эко-
номно, с небольшим расстояни-
ем между витками равным при-
мерно диаметру провода. Высо-
кую добротность получают при
использовании посеребренного
медного провода, намотанного
на керамическом каркасе или
каркасе из полистирола. Если
посеребренный провод отсут-
ствует, то применяют медный
провод в лаковой изоляции по
возможности большого диамет-
ра. Для других диаметров кату-
шек остальные необходимые раз-
Таблица 29.1. Размеры укороченных автомобильных антенн , приведенных
на рис. 29.7.
Резонансная частота Рис. 29.7.а. Конструкция излучателя Рис.29.7.Ь. Рис.2.9.с. Рис.29.б.
3700 кГц Lv - 65 мкГ ~ 66 вит rf=l,5;Z)=50; L = 200 £v = 83 мкГ £v = 100 мкГ = 81 вит ~ 70 вит <7=1,5; £>=50; 7=1,0; D=60; £ = 200 £ = 150 £v = 118 мкГ = 88 вит 7=1,0; D= 50; £ = 200
7050 кГц Lv = 17 мкГ ~ 20 вит J=2,0; Z)=70; £ = 80 £v = 22 мкГ £v = 32 мкГ = 25 вит « 32 вит 7=2,0; £>=65; 7=1,5; £>=60; L = 100 L = 100 £v = 35 мкГ ~ 35 вит 7=1,5; D=60; £ = 110
14150 кГц £v = 3,3 мкГ = 10 вит J=2,0; Z>=60; £ = 75 £v = 4,7 мкГ £v = 7,0 мкГ == 11 вит ~ 13 вит 7=2,0; £>=70; 7=1,5; £>=60; L = 70 L = 60 £v = 8,0 мкГ ~ 16 вит 7=1,5; £>=50; £ = 50
21150 кГц £v = 0,7 мкГ ~ 5 вит J=2,0; £>=40; £ = 50 £v = 1,5 мкГ £v = 1,85 мкГ = 7 вит ~ 8 вит 7=2,0; £>=50; 7=2,0; £>=40; L = 60 L = 40 £v = 2,1 мкГ ~ 8 вит 7=2,0; £>=50; L = 50
Обозначения, приведенные в таблице:
d -диаметр провода, мм
D - Диаметр катушки, мм
L - длина катушки, мм
меры катушек при известной ин-
дуктивности можно получить из
радиолюбительской литературы,
часто в виде номограмм (напри-
мер, Elektronisches Jachrbuch
1966, номограмма N 3). На рис.
29.7. приведены длины излучате-
лей и положение удлиняющей
катушки по длине излучателя, ин-
дуктивности которых приведены
в таблице 29.1.
Для автомобильных антенн 10
м диапазона удлиняющие катуш-
ки не требуются, так как в этом
случае четвертьволновый резо-
нанс наблюдается при длине из-
лучателя примерно 2,5 м. При
длине излучателя 3 м уже появля-
ются индуктивные составляю-
щие, которые следует компенси-
ровать последовательным вклю-
чением конденсатора (см. главу
507
fl) b) c) d)
Рис. 29.7. Укороченные четвертьвол-
новые автомобильные излучатели (к
таблице 29.1.)
19.4.1.5.). Большие сложности
возникают при конструировании
удлиняющих катушек для авто-
мобильных укороченных верти-
кальных антенн особенно в диа-
пазоне 80 м. При этом не ограни-
чиваются рекомендованной “ав-
томобильной” частотой 3690
кГц. изменяя индуктивность Lvb
определенных пределах, так как
для 80 м диапазона полоса про-
пускания составляет примерно 30
кГц. Если не хотят трогать удли-
няющую катушку, то верхнюю
часть антенны делают телескопи-
ческой и настройку антенны на
резонансную частоту осуществ-
ляют изменением длины антенно-
го проводника. Полоса пропус-
кания вертикальной антенны ча-
сто бывает достаточной при ра-
боте в верхних частях любитель-
ского диапазона и от дополни-
тельной настройки при измене-
нии частоты можно отказаться.
Особые сложности возникают
при работе в нескольких диапа-
508
зонах. Наиболее целесообразно в
этом случае применять сменные
удлиняющие катушки или смен-
ные катушки вместе с верхней
частью излучателя и осуществ-
лять переключение диапазонов
при помощи реле.
29.2.2.4. Укороченные верти-
кальные антенны с распределен-
ной индуктивностью (спиральные
антенны)
Если витки удлиняющей ка-
тушки распределяют по всей дли-
не излучателя так что вся антен-
на состоит только из одной ка-
тушки, то несмотря на ничтож-
ную длину катушки, антенна бу-
дет находиться в резонансе. На-
мотанная виток к витку спираль-
ная антенна имеет однако чрез-
вычайно плохие излучающие ха-
рактеристики. Если катушку ан-
тенны растягивают до размеров
порядка укороченного четверть-
волнового излучателя, то ее ха-
рактеристики приближаются к
характеристикам излучателя с
обычной удлиняющей катушкой
и могут служить часто приемле-
мым решением автомобильной
антенны. В этом случае конструк-
ция спиральной антенны состо-
ит из провода, намотанного на
эластичный прут из стекловолок-
на или другого аналогичного
гибкого материала.
Оптимальной намоткой явля-
ется намотка по закону синусои-
ды, когда у основания антенны
витки расположены на большом
расстоянии друг от друга (боль-
шой угол подъема спирали), а по
мере приближения к вершине ан-
тенны шаг намотки уменьшает-
ся по синусоидальному закону.
При такой намотке происходит
оптимальное синусоидальное
распределение тока по длине
спиральной антенны, что дает ей
преимущество по сравнению с
простой вертикальной антенной.
Сопротивление излучения As спи-
ральной антенны примерно в 1,6
раз больше, что вызывает боль-
шее входное сопротивление ан-
тенны и и большую полосу про-
пускания. С другой стороны от-
носительно малый диаметр про-
водника антенны в сочетании с
большей длиной проводника
обуславливают повышенные по-
тери в проводнике.
Для спиральной антенны
самым благоприятным местом
размещения является металличес-
кая крыша автомобиля, так как
в этом месте излучатель располо-
Рис. 29.8. Спиральная антенна на
крыше автомобиля
жен над большой металлической
поверхностью и не подвержен
влиянию окружающих деталей.
Такая легкая антенна имеет зна-
чительно лучшие характеристи-
ки, чем вертикальная укорочен-
ная антенна с центральным рас-
положением удлиняющей катуш-
ки равной длины.
На рис. 29.8. изображена схе-
матически спиральная антенна
на металлической поверхности
(крыша автомобиля) с витком
для подключения ГИРа.
Число витков спиральной ан-
тенны, необходимое для резонан-
са, зависит от длины спирали,
шага, диаметра диэлектрическо-
го носителя (прута), и диаметра
провода спирали. Изготовление
диэлектрического носителя кону-
сообразной формы и неравно-
мерность намотки спирали дела-
ет невозможным расчет спираль-
ной антенны.
Намотка проводника антенны
по синусоидальному закону явля-
ется трудновыполнимой, поэто-
му часто наматывают такие ан-
тенны ступенями, как показано
на рис. 29.9. для спиральной ан-
тенны 15 м диапазона.
Антенна намотана на прутке
из стекловолокна длиной 1,35 м.
Ширина прутка у основания 10
м, у вершины 4 мм. Спираль на-
чинается с участка длиной 130
мм, на котором шаг спирали 25
мм. Шаг спирали меняется в сле-
дующих секциях на 12,6,3 мм. На
509
§
Виток
к витку
Шаг 3 мм
§
намотки и большим шагом на-
мотки. (рис. 29.10.).
На трубке из искусственного
материала внешним диаметром
30 мм и длиной 1,6 м наматыва-
ют 37 м медного провода диамет-
ра 0,6-0,8 мм по схеме, приведен-
ной на рис. 29.10 Ь. В качестве
трубки может служить отрезок
полиэтиленовой водопроводной
Шаг 6 мм
Шаг 12 мм
Шаг 25 мм
§
Рис. 29.9. Вертикальная автомобиль-
ная спиральная антенна для диапа-
зона 15 м
последнем отрезке спираль нама-
тывается в ряд без просвета меж-
ду витками. Общая длина медно-
го провода диаметром 0,8 мм
равна 12,45 м. Длина провода
несколько больше необходимой,
чтобы при настройке резонанса
можно было отматывать необхо-
димые витки при необходимости.
После настройки витки спирали
антенны закрепляются подходя-
щим лаком или клеем. Полоса
пропускания этой антенны со-
ставляет примерно 500 кГц и пе-
рекрывает рабочую полосу диа-
пазона 21 мГц.
Для 80 м диапазона хорошо
зарекомендовал себя другой вид
намотки, представляющей собой
чередование зон с малым шагом
Рис. 29.10. Спиральная антенна для
диапазона 80 м.
а- общий вид; Ь- схема намотков
510
трубы. Настройка осуществляет-
ся также отматыванием витков с
верхней части антенны. При на-
стройке можно также воспользо-
ваться другим способом. Если
необходима более высокая часто-
та, то зону с плотной намоткой
витков обматывают полоской
алюминиевой фольги. Если необ-
ходима более низкая частота, то
полоску алюминиевой фольги
заменяют на полоску из магнито-
фонной ленты.
Однако и для спиральных ан-
тенн справедливо правило, что их
характеристики тем лучше, чем
больше геометрическая длина
антенны.
29.3. УКВ автомобильные ан-
тенны
Для начала радиолюбитель
должен для себя решить, хочет
ли он для своей автомобильной
антенны применять горизон-
тальную или вертикальную по-
ляризацию. Как известно, в
УКВ диапазоне работают ис-
ключительно с горизонтальной
поляризацией. Вертикальную
поляризацию применяют толь-
ко тогда, когда предполагает-
ся работа только с определен-
ными, также вертикально поля-
ризованными станциями, или
когда, отказываясь от макси-
мальных дальностей, хотят ра-
ботать с незаметной антенной,
похожей на автомобильную.
29.3.1. УКВ автомобильные
антенны с вертикальной поляри-
зацией
Вопрос выбора места распо-
ложения антенны на автомобиле
является довольно сложным, так
как в общем существует правило,
что вертикальная антенна долж-
на располагаться над возможно
большой металлической поверх-
ностью. С электрической точки
зрения середина крыши автомо-
биля была бы лучшим местом ус-
тановки вертикальной антенны.
Однако не каждый радиолюби-
тель согласится просверливать
крышу своего автомобиля или
изменять его внешний вид. Со-
временные исследования показа-
ли, что крыша автомобиля явля-
ется не лучшим местом размеще-
ния антенны и с горизонтальной
поляризацией (литература 4).
УКВ вертикальная антенна, раз-
мещенная сбоку перед лобовым
стеклом автомобиля давала
большее напряжение при приеме
УКВ вещательных радиостанций
с горизонтальной поляризацией,
чем эта же антенна в середине
крыши автомобиля. Этот фено-
мен можно объяснить тем, что
первоначально горизонтальные
силовые линии искажаются в
близи металлических деталей ав-
томобиля таким образом, что
вблизи вертикального излучате-
ля проходят почти параллельно
ему и таким образом соответству-
ют его поляризации. Максималь-
511
ное напряжение на зажимах ан-
тенны при приеме было получе-
но при геометрической длине
вертикальной антенны равной
3//.
Сказанное выше для УКВ ан-
тенн, предназначенных для при-
ема вещательных станций, рас-
пространяется и на 2 м любитель-
ский диапазой без особых огра-
ничений. В этом случае и для вер-
тикальных антенн 2 м диапазона
наиболее благоприятным местом
размещения антенны является
место перед лобовым стеклом
автомобиля сбоку и могут с рав-
ным успехом применяться теле-
скопические антенны.
Столь любимый в КВ диапа-
зоне четвертьволновый штырь в
2 м диапазоне находит ограни-
ченное применение. Входное со-
противление антенны Маркони
лежит в пределах 30 Ом и сильно
зависит от формы и размеров
кузова автомобиля, причем эф-
фективная высота антенны мала,
а согласование антенны с коак-
сиальным кабелем вызывает
трудности.
Вертикальный полуволновой
излучатель с точки зрения
свойств при приеме и при пере-
даче работает значительно луч-
ше. В случае питания полуволно-
вого вибратора с конца входное
сопротивление излучателя со-
ставляет >500 Ом , а изолятор у
основания антенны должен быть
превосходного качества, так как
в этом месте находится максимум
напряжения.
Для 2 м диапазона самой эф-
фективной формой вертикально
поляризованной антенны явля-
ется часто 5/8Х. штыревая антен-
на. Хорошие результаты этой
антенны объясняются прежде
всего относительно большой
эффективной высотой этой ан-
тенны и малым углом излучения
в вертикальной плоскости. Не-
большим изменением длины из-
лучателя можно добиться вход-
ного сопротивления антенны
порядка 60 Ом, что легко сде-
лать в случае телескопической
антенны. Разумеется при гео-
метрической длине 5/8Х имею
щиеся емкостные составляющие
сопротивления должна быть
компенсированы индуктивным
сопротивлением удлиняющей
катушки. В зависимости от ве-
личины коэффициента укороче-
ния длина штыря 5/8Х излучате-
ля для 2 м диапазона лежит в
пределах 1100-1200 мм и может
быть достигнута на основе
обыкновенной телескопической
антенны. Удлиняющая катушка
должна иметь индуктивность
примерно 0,35 мкГ. Другие дан-
ные по этой рекомендуемой ан-
тенне приведены в главе 25.1.2.
В литературе описывается ж^ле-
скопическая антенна, которая
может работать в 2 м диапазо-
не или в качестве Х/4 излучате-
ля, или в качестве 5/8Х излучате-
ля.
512
29.3.2. УКВ автомобильные
антенны с горизонтальной поля-
ризацией
Горизонтально поляризован-
ные автомобильные УКВ антен-
ны должны иметь круговую ди-
аграмму направленности в гори-
зонтальной плоскости, чтобы
стабильно работать при различ-
ных положениях автомобиля.
Этому требованию не отвечает,
например, полуволновой вибра-
тор, который имеет 2-сторон-
нюю диаграмму направленности
в виде восьмерки с двумя “нуле-
выми” направлениями.
Разновидность полуволново-
го вибратора, кольцевой вибра-
тор, обладает круговой диаграм-
мой направленности, но имеет
коэффициент усиления во всех
направлениях на почти 6 дБ мень-
ше, чем полуволновой вибратор
в основном направлении. Не
смотря на это кольцевой излуча-
тель очень популярен прежде все-
го за то, что его незаметное раз-
мещение. Кольцевой вибратор
для диапазона 2 м был подробно
описан в главе 25.2.1.
Чтобы избежать применения
гамма-образной схемы согласо-
вания и придать антенне более
стабильную конструкцию, в 2 м
диапазоне кольцевой вибратор
часто изготавливают на основе
петлевого вибратора. Для этого
обычный Х/2 петлевой вибратор
сгибают в форме кольца так, что-
бы между концами вибратора
17 Антенны
оставалось расстояние примерно
50 мм. Если входное сопротивле-
ние обычного кольцевого вибра-
тора не превышает 50 Ом, то для
кольцевого петлевого вибратора
входное сопротивление пример-
но составляет 200 Ом. Если ис-
пользуется для питания 240 ом-
ная двухпроводная линия переда-
чи, то согласование достигается
выбором соответствующих диа-
метров элементов петлевого виб-
ратора (см. главу 4.1.). Соглас-
но рис. 4.3. и рис.4.4, коэффици-
ент трансформации 1:5 получает-
ся при отношении диаметров dj
равным 2 и отношении рассто-
яния к диаметру Did равным 9. С
помощью симметрирующего по-
луволнового петлевого шлейфа
согласно главе 7.5. кольцевой
петлевой вибратор можно питать
с помощью 60- омного коакси-
ального кабеля.
Хотя внешний вид кольцево-
го петлевого вибратора не столь
элегантен, он обладает лучшими
характеристиками излучения в 2
м диапазоне по сравнению с про-
стым кольцевым излучателем,
что доказывает рис. 25.10.
Угловой петлевой вибратора
также может с успехом приме-
няться в качестве автомобильной
антенны (см. главу 25.2.2.). Если
снабдить его гамма-образной
схемой согласования, то можно
применить в качестве линии пи-
тания коаксиальный кабель.
Следующими горизонтально
поляризованными антеннами с
513
круговой поляризации, заслужи-
вающими внимания при исполь-
зовании в автомобильном вари-
анте, являются антенна “маль-
тийский крест” (глава 25.2.5.) и
антенна “большое колесо”(глава
25.2.6.). Однако эти антенны име-
ют достаточно сложные формы и
не простые в изготовлении, по-
этому они применяются в специ-
альных случаях.
Часто используются в 2 м ди-
апазоне в качестве автомобиль-
ных также небольшие направлен-
ные антенны. Для практического
использования рекомендуется
антенна HB9CV, описанная в гла-
ве 22.1.2.
. Общим правилом для приме-
нения автомобильных антенн с
горизонтальной поляризацией в
2 м диапазоне является разме-
щение антенны на расстоянии не
менее 75 см от крыши автомоби-
ля, при этом не имеет значения
место закрепления антенной мач-
ты на автомобиле.
29.4. Антенны для “охоты на
лис”
В качестве антенн, применяе-
мых в игре “охота на лис” ис-
пользуют пеленгующие антенны,
которые позволяют однозначное
определение направления.
Соревнования проводятся в
80 м и 2 м любительских диапа-
зонах. Если в качестве антенн для
диапазона 2 м могот быть ис-
пользованы обычные антенны
Уда-Яги , то для 80 м диапазона
необходимы специальные пелен-
гующие антенны.
29.4.1. Пеленгующие антенны
диапазона 80 м
Для 80 м диапазона применя-
ются исключительно рамочные и
ферритовые антенны. Обе реаги-
руют на магнитные компоненты
электромагнитного поля, поэто-
му их называют также магнитны-
ми антеннами.
Простая рамочная пеленгую-
щая антенна представляет собой
вращающуюся рамку с верти-
кальной осью вращения, не кото-
рую намотано определенное чис-
ло витков провода. Форма рам-
ки бывает или квадратная или
круглая. Антенну можно пред-
ставить как большую катушку,
размеры которой по отношению
к длине волны очень малы. Маг-
нитная составляющая электро-
магнитного поля индуцирует в в
рамке напряжение, которое мак-
симально, если плоскость рамки
направлена на источник электро-
магнитной волны. Если плос-
кость рамки перпендикулярна
направлению распространения
радиоволны, то принимаемое
напряжение минимально.
На рис. 29.11. изображена ра-
мочная антенна в форме круга,
которая расположена в направле-
нии максимального принимаемо-
го от передатчика напряжения.
5.14
Направление
на передатчик
Направление
на передатчик
-------------
Рис. 29.11. Пеленгующая антенна в
форме круга при расположении в на-
правлении максимального принима-
емого от передатчика напряжения
Максимальное напряжение
получается и в случае, когда пе-
редатчик находится в противопо-
ложном (на 180°) направлении
(заштриховано). Диаграмма на-
правленности этой рамочной ан-
тенны показана на рис. 29.12.,
при этом рамка антенны показа-
на в виде сверху. Диаграмма на-
правленности представляет зна-
комую нам восьмерку, лежащую
на боку.
Эффективная высота рамоч-
ной антенны //е(Г площадью А
определяется числом витков в
рамке п согласно формуле
_ 2ппА
н^~ ~
(29.12.).
где Яс(Т в м, X в м, А в см2
Например, эффективная вы-
сота рамочной круговой антенны
диаметром 0,26 м и содержащей
5 витков (рамочная антенна Gera
1) для 80 м диапазона равна 0,021
м или 21 см. Поэтому развивае-
Рис. 29.12. Диаграмма направленно-
сти рамочной антенны
17
мое рамочной антенной при при-
еме напряжение Ц.очень малень-
кое. Благодаря включению на-
строечного конденсатора С (как
показано на рис. 29.11.) образу-
ется резонансный контур и если
он настроен в резонанс с прини-
маемой частотой, то принимае-
мое напряжение будет равно
Gres=G-e (29.13.)
где Q - добротность контура
рамочной антенны.
Входное сопротивление Rs
рамочной антенны также очень
мало и составляет
As= 640тГ*( ~^г)2 (29.14.).
Для улучшения направленных
свойств магнитные антенны
снабжают электростатическим
экраном, который для рамочных
антенн представляет медную или
из легкого металла трубку, в ко-
торой проходят витки рамочной
антенны. При этом экранирую-
щая трубка ни в коем случае не
должна представлять коротко-
замкнутый виток и должна быть
разорвана или в районе зажимов
питания (рис. 29.13.Ь.) или сверху
(рис. 29.13. а.).
515
Рис. 29.13. Рамочная круговая пелен-
гующая антенна с электростатичес-
ким экранированием.
а- разрыв экранирующей трубки с
противоположной стороны от зажи-
мов питания
Ь- разрыв экранирующей трубки в
районе зажимов питания антенны
Концы проводов, образую-
щие витки рамочной антенны,
выводятся из внутренней полос-
ти экранирующей трубки наружу
и к ним подключается настроеч-
ный конденсатор.
Современные приемники для
“охоты на лис” построены на
транзисторной элементной базе,
входное сопротивление которых,
как известно, относительно мало,
что требует согласования с высо-
ким сопротивлением антенного
контура. Это согласование вы-
полняют либо с помощью специ-
516
ального витка связи, либо дела-
ют отвод от первого витка со сто-
роны “холодного” (корпусного)
конца катушки антенны и в эту
точку подключают транзистор-
ный вход.
Подобные рамочные антенны
обладают хорошей пеленгующей
характеристикой, однако при
определении направления суще-
ствует неоднозначность, так как
диаграмма направленности име-
ет два максимума и два миниму-
ма. Однозначный пеленг возмо-
жен в том случае, если диаграм-
ма направленности будет не двух-
сторонняя, а будет иметь, напри-
мер, форму кардиоиды. Для оп-
ределения однозначного направ-
ления используют дополнитель-
ную антенну, в которой электри-
ческое поле наводит напряжение,
которое по величине и фазе рав-
но напряжению, индуцируемому
магнитным полем в рамочной
антенне. Суммируясь, эти напря-
жения превращают диаграмму
направленности из формы
восьмерки в форму кардиоиды с
наличием только одного “нуле-
вого” направления. Таким обра-
зом возможно однозначное опре-
деление направления. Вспомога-
тельная антенна представляет
собой вертикальный штырь дли-
ной Х/4. Для того чтобы длина
штыря не превышала 1 м его
снабжают соответствующей уд-
линяющей катушкой Lv. После-
довательно с удлиняющей катуш-
Рис. 29.14. Принципиальная схема
рамочной пеленгующей антенны с
вспомогательной антенной для диа-
пазона 80 м
кой включают переменное уголь-
ное сопротивление, движок кото-
рого выводят на переднюю па-
нель приемника. На рис. 29.14
изображена принципиальная схе-
ма рамочной пеленгующей ан-
тенны с вспомогательной антен-
ной.
Наряду с несколько громозд-
кими рамочными пеленгующими
антеннами применяются в диапа-
зоне 80 м ферритовые антенны,
которые имеют значительно
меньшие размеры. Как показано
на рис. 29.15 ферритовая антен-
KaTvmica Ферритовый
катушка стержень
((((((((((«(((в—^^^№
Рис. 29.15. Ферритовая антенна
на состоит из ферритового стер-
жня, на который намотана ка-
тушка.
Обычные ферритовые антен-
ны имеют диаметр ферритового
стержня 8-10 мм и длину от 65 до
200 мм. Оптимальное отношение
длины к диаметру равно 16-20.
Особенно пригоден для феррито-
вых антенн материал Manifer 240
с магнитной проницаемостью
ц = 120±20%, так как он облада-
ет хорошими характеристиками
в диапазоне 2-6 МГц. Феррито-
вые стержни из этого материала
поставляются длиной 160 и 200
мм при диаметре 10 мм.
Большое значение с точки зре-
ния добротности контура и эф-
фективности пеленгационной ха-
рактеристики имеет расположе-
ние катушки на ферритовом сер-
дечнике. Катушку располагают
обычно не в середине стержня, а
ближе к краю (рис. 29.15.) и на-
матывают на изолирующей про-
кладке толщиной примерно 1 мм.
Перемещением катушки вдоль
ферритового стержня добивают-
ся лучшей настройки. Требуемое
число витков п катушки по дан-
ной индуктивности рассчитыва-
ют с хорошим приближением по
формуле
n=k<L (29.15.)
где к - коэффициент сердеч-
ника (дается изготовителем стер-
жня), L - индуктивность в мкГ.
В качестве провода катушки
используют высокочастотный
литцендрат.
517
Эффективная высота ферри-
товой антенны ЯеП. определяется
по формуле
2nnq
=-----^не(т (29.16.)
где п - число витков, q - пло-
щадь сечения ферритового стер-
жня, см2, ц еП. -эффективная маг-
нитная проницаемость материа-
ла стержня, X - длина волны, м.
Диаграмма направленности
приемной ферритовой антенны
имеет форму известной восьмер-
ки с двумя нулевыми направлени-
Рис. 29.16. Диаграмма направленно-
сти ферритовой антенны
Рис. 29.17. Вращающаяся феррито-
вая антенна для диапазона 80 м с
электростатическим экраном.
1- ферритовый стержень
2- экранирующий цилиндр с про-
дольным разрезом
3- ось вращения
ями (рис. 29.16.), совпадающими
с осью ферритового стержня.
Направленность ферритовой
антенны также улучшается с по-
мощью электрического экрани-
рования, которое осуществляет-
ся с помощью тонкостенного ме-
таллического цилиндра, вдоль
оси которого должен быть раз-
рез, чтобы цилиндр не представ-
лял короткозамкнутый виток.
Расположение цилиндра показа-
но на рис. 29.17.
По чувствительности и пелен-
гующим свойствам ферритовая
антенна примерно соответствует
рамочной круговой антенне с
диаметром рамки равным длине
ферритового стержня. Так как
ферритовые стержни имеют дли-
ну не более 200 мм, то их прием-
ные свойства ограничены по
сравнению с рамочной антенной.
Несколько худшая чувствитель-
ность компенсируются больши-
ми преимуществами ферритовой
антенны, заключающиеся в ком-
пактности и простоте изготовле-
ния.
На рис. 29.18 приведена прин-
ципиальная схема ферритовой
антенны с вспомогательной ан-
тенной для устранения неодноз-
начности при определении пелен-
га.
Антенная катушка совместно
с переменным конденсатором
образуют резонансный контур,
который настроен на диапазон 80
м. Для диаметра стержня 10 мм
518
Вспомогательная
антенна
к приемнику
Рис. 29.18. Принципиальная схема
ферритовой антенны с вспомога-
тельной антенной
число витков антенной катушки
составляет 25-30. В качестве про-
вода используется высокочастот-
ный литцендрат. Переменный
конденсатор емкостью 6-30 пФ.
Катушка связи содержит 2 витка
и соединяется как правило через
разделяющий конденсатор с
входным транзисторным каска-
дом приемника. К катушке связи
через угольное сопротивление
R> 10 кОм присоединена удлиня-
ющая катушка Lv вспомогатель-
ной антенны. Часто эту удлиня-
ющую катушку вообще не ис-
пользуют. Если вспомогатель-
ную антенну изготавливают
съемной, то выключатель S так-
же не применяют. В качестве
вспомогательной антенны годит-
ся соответственно обработанная
велосипедная спица.
Подробные указания по кон-
струированию приемников для
“охоты на лис” с рамочными и
ферритовыми антеннами содер-
жатся в литературе в конце гла-
вы.
29.4.2. Пеленгующие антенны
для 2 м диапазона
Специальных конструкций
антенн для “охоты на лис”в 2 м
диапазоне до сих пор еще не из-
вестны, так как существует дос-
таточно большой выбор тради-
ционных направленных антенн 2
м диапазона , которые удовлет-
воряют всем желаниям в выборе
диаграммы направленности и
чувствительности. Преобладают
горизонтально поляризованные
3- элементные антенны Уда-Яги,
большее количество элементов
применяется редко. Эти короткие
антенны Уда-Яги были описаны
в главе 22.2. Часто довольствуют-
ся простыми 2-элементными ан-
теннами, включая специальную
антенну HB9CV (глава 22.1.) и
двойной квадрат (глава 27.3.).
Дополнения к конструкции для
определения направления не при-
меняются, так как названные ан-
тенные системы являются одно-
направленными.
К сожалению, с антеннами
Уда-Яги связаны сложности при
проведении соревнований в гус-
том лесу. Поэтому желательны
более компактные антенны, с
минимальной шириной пеленгу-
ющей антенны. Первым шагом
на этом пути могла бы стать ан-
тенна “двойной квадрат”, кото-
рая имеет ширину равную поло-
вине ширины антенны Уда-Яги.
Однако “двойной квадрат” име-
ет большую высоту.
519
Так как современные прием-
ники для “охоты на лис” в 2 м
диапазоне имеют очень большой
коэффициент усиления, то коэф-
фициент усиления пеленгующей
антенны стоит на втором месте.
На первом месте всегда стоит ос-
трота диаграммы направленнос-
ти. Исходя из этого факта следу-
ет применять: сильно укорочен-
ные элементы с удлиняющими
катушками. Это ведет к сниже-
нию коэффициента усиления, но
острота диаграммы направлен-
ности остается постоянной. Сле-
дует подумать над такими укоро-
ченными конструкциями для 2 м
диапазона, например на основе
рис. 17.5. или 17.6. Причем в ка-
честве каркасов катушек могли
бы выступать короткие трубки из
искусственного материала. Здесь
есть поле для творчества любите-
лей “охоты на лис”.
30. Подавление паразитных излучений
В параграфе 8 Правил по
борьбе с радиопомехами от 3
апреля 1959 года говорится , что
радиопомехи являются допусти-
мыми , если напряжение помех на
зажимах антенны не превышает
5 мкВ или если отношение полез-
ного напряжения к напряжению
помехи не менее приведенных
ниже значений:
Радиовещание с амплитудной
модуляцией
Напряжение сигнала
Напряжение помехи
^100 „
г =40 дБ
1
Радиовещание с частотной
модуляцией
Напряжение сигнала
Напряжение помехи
=20 дБ
Радиотелеграфия
Напряжение сигнала ^50 „ Л „
77—~ =34 дБ
Напряжение помехи 1
Телевизионное вещание
Напряжение сигнала ^200 „
77—L------------- ^——=46 дБ
Напряжение помехи 1
Согласно параграфа 9 Правил
по борьбе с радиопомехами для
эксплуатации приемопередатчи-
ка необходимо получить пись-
менное разрешение немецкой ра-
диослужбы по контролю радио-
помех, которая проверяет радио-
передатчик на соответствие ука-
занным выше нормам.
30.1. Общие законы при подав-
лении паразитных излучений
Радиолюбитель обязан эксп-
луатировать радиоаппаратуру,
которая не является источником
радиопомех. Сами антенные уст-
ройства не являются источника-
ми помех, так как не производят
электромагнитные колебания, а
только транслируют их. Это оз-
начает, что сама антенна или ко-
аксиальный кабель только тогда
излучают помехи, когда эту по-
меху генерирует передатчик. По-
этому борьба с помехами ведет-
ся всегда непосредственно в схе-
ме передатчика.
Источником помех в каждом
любительском передатчике явля-
ется в первую очередь все генера-
торы, которые на ряду с основ-
ной частотой генерируют целый
спектр напряжений более высо-
ких гармоник, а также суммато-
ры или смесители сигналов.
Очень сильные помехи могут со-
здавать неправильно рассчитан-
521
ные или настроенные выходные
каскады передатчика. Следую-
щим источником помех может
служить плохая сетевая фильтра-
ция или искрение.
Излучать радиопомехи может
не только антенна, но и передат-
чик, если он не достаточно экра-
нирован, а также проводники
плохого заземления.
В соответствие с тематикой
книги далее рассматриваются
только те мероприятия по подав-
лению радиопомех, которые про-
водятся непосредственно либо за
счет антенны, либо за счет вы-
ходных каскадов передатчика.
Эти мероприятия имеют успех
только тогда, когда основная
часть помех поставляется антен-
ным каналом. Этими мероприя-
тиями являются:
Экранирование блоков пере-
датчика и его хорошее заземле-
ние.
Фильтрация с помощью дрос-
селей всех выходящих из передат-
чика проводников.
Современные концепции кон-
струирования передатчиков.
30.2. Мероприятия по подавле-
нию радиопомех
При борьбе с радиопомехами
не существует простого правила,
так как пути распространения
помех до конкретного приемни-
ка с точки зрения места их воз-
никновения и формы возникно-
вения различны. Поэтому всегда
Рис. 30.1. Простой индикатор радио-
помех
для начала необходимо проана-
лизировать и попытаться устано-
вить частоту помехи и локализи-
ровать место максимального из-
лучения. Для этого хорошую
службу сослужит индикатор ра-
диопомех в виде детекторного
приемника, изображенный на
рис. 30.1.
Шкалу индикатора градуиру-
ют по эталонному генератору,
катушка связи Lk имеет число
витков, равное примерно 75 чис-
ла витков катушки . В качестве
диода годится любой германие-
вый высокочастотный диод.
Вспомогательная антенна имеет
длину примерно 25-30 см.
С помощью индикатора ищут
помеху вокруг выходного каска-
да передатчика, и если паразит-
ное излучение обнаружено, то
замеряют частоту и далее сравни-
вают с данными таблицы 34.4.,
чтобы таким образом получить
частоты гармоник. Частоты, ко-
торые не входят в этот гармони-
ческий ряд, вызваны самовозбуж-
дением самих выходных каскадов
522
Контур, настроенный на частоту
Рис. 30.2. Устранение высоких гар-
моник в выходном каскаде передат-
чика
передатчика или вызваны смеше-
нием частот сигналов. Частоты
паразитных излучений, исходя-
щие через антенну, в любом слу-
чае можно обнаружить на аноде
выходного каскада передатчика.
Если паразитные излучения
представляют собой гармоники
рабочей частоты, то частично эти
мешающие гармоники можно
отфильтровать включив в анод-
ную цепь выходного каскада па-
раллельный резонансный контур,
как показано на рис.30.2., настро-
енный на частоту мешающей гар-
моники.
Этот резонансный контур
грубо настраивается с помощью
ГИР, а точно настраивается пе-
ред началом эксплуатации пере-
датчика по минимальному излу-
чению помехи. Специалисты на-
зывают такой контур, настроен-
ный на паразитную частоту, заг-
раждающим фильтром. В двух-
тактных выходных каскадах заг-
раждающие фильтры должны
быть в каждой из анодных цепей.
Если спектр паразитных колеба-
ний широкий и представляет со-
бой множество высших гармоник
рабочей частоты, такой способ
фильтрации паразитного излуче-
ния не эффективен.
Высшие гармоники, имеющи-
еся в выходном контуре передат-
чика, в основном попадают в ан-
тенну* благодаря паразитным ем-
костным связям, которые всегда
имеют место между катушкой
связи и катушкой индуктивности
колебательного контура (рис.
30.3.)
Небольшие емкости витков
катушек для рабочей частоты
представляют собой большое со-
противление, а для высших пара-
зитных гармоник это сопротив-
ление уже невелико, и эти гармо-
ники попадают в антенну.
Для уменьшения паразитной
емкостной связи и , следователь-
но, для уменьшения паразитного
излучения, следует располагать
катушку связи как можно ближе
к “холодному” (корпусному) кон-
цу катушки выходного анодного
контура. Этот корпусной конец
катушки выходного контура дол-
жен быть минимально коротким,
т.е. соединен с шасси передатчи-
ка самым коротким путем. Для
этой цели особенно пригоден
ленточный медный проводник,
связь
Рис. 30.3. Емкостная связь в выход-
ном контуре
523
так как он имеет меныпую индук-
тивность. Если катушка связи
намотана поверх катушки выход-
ного контура, то “горячий” ко-
нец катушки связи должен быть
сориентирован к корпусному
концу катушки выходного коле-
бательного контура. Если ис-
пользуется промежуточная сим-
метричная линия связи с двухтак-
тным выходным каскадом (рис.
8.11.а.), то заземляется середина
катушки связи, если промежуточ-
ная линия связи изготовлена из
коаксиального кабеля и подклю-
чена к однотактному выходно-
му каскаду (рис. 8.11 .Ь.), то зазем-
ляется оплетка коаксиального
кабеля. В диапазоне УКВ катуш-
ка связи может быть сделана из
коаксиального кабеля как пока-
зано на рис. 30.4. Такая экрани-
рованная катушка связи обеспе-
чивает чисто индуктивную связь
без паразитных емкостных наво-
док.
С теми паразитными гармо-
никами, которые достигают ан-
тенны через внутренний провод-
ник коаксиального кабеля, мож-
но бороться сравнительно легко
с помощью фильтров или непос-
— Катушка связи
Ilf \ \ \ Оплетка коаксиального
[И IJ I кабеля спаивается
I'Л lij с внутренним проводником
Рис. 30.4. Экранированная катушка
связи
редственно в контурах связи. Од-
нако паразитные излучения мо-
гут достигать антенны и по оп-
летке коаксиального кабеля, по-
этому меры по устранению пара-
зитных индуктивных связей в
выходном колебательном конту-
ре должны сочетаться с мерами
по эффективному экранирова-
нию каскадов передатчика и не-
допущению появления гармоник
на поверхности коаксиального
кабеля.
Как правило контуры связи с
выходными каскадами передат-
чика, описанные в главе 8, сами
дают дополнительную эффектив-
ную селекцию высших гармоник.
Для исключения высших гармо-
ник и других паразитных сигна-
лов используются полосовые
фильтры, пропускающие без по-
терь и искажений отдельные ди-
апазоны частот и являющиеся
барьером для других частот.
Этим условиям удовлетворяют
пассивные фильтры, состоящие
из емкостей и индуктивностей,
имеющие в идеальном случае
только мнимую составляющую
сопротивления.
Переход из диапазона не про-
пускания в диапазон пропуска-
ния в идеальном случае быть
скачкообразный, но на практике
этот переход имеет более или ме-
нее крутой наклон, обусловлен-
ный потерями в элементах, обра-
зующих схему фильтра. Частота,
на которой происходит переход
524
из области пропускания фильтра
в область запирания, называется
критической частотой или гра-
ничной частотой. На граничной
частоте фильтра индуктивное со-
противление равно емкостному
сопротивлению
Поскольку мы рассматриваем
фильтры в части применения в
согласованных линиях передачи
ВЧ напряжений к антенне, то
включение фильтра не должно
нарушать согласование, а это
значит что полное входное и вы-
ходное сопротивление фильтра
должно быть равно волновому
сопротивлению линии питания Z.
Далее, симметричная линия пита-
ния требует применения симмет-
ричной схемы фильтра, в то вре-
мя как несимметричная относи-
тельно земли линия питания дол-
жна использоваться с несиммет-
ричным фильтром.
В соответствии с задачами
фильтрации различают следую-
щие типы фильтров:
фильтр нижних частот,
фильтр высоких частот,
полосовой фильтр,
полосовой заграждающей
фильтр.
При расчете фильтров приме-
няют следующие основополагаю-
щие для всей радиотехники фор-
мулы:
Круговая (циклическая) часто-
та
= (30.1.)
где л = 3,14 - постоянная, / -
частота,
Полное сопротивление (импе-
данс )
Z = -П7с (30.2.)
где L- индуктивность, С - ем-
кость,
Индуктивное сопротивление
*L = C0L (30.3.)
Емкостное сопротивление
Rc = l/(0L (30.4.)
Условие резонанса
(О L=l/co С (30.5.)
gr gr v '
Круговая частота граничной
частоты
cogr = 27^(30.6.)
Подстановкой одних уравне-
ний в другие получают новые
формулы, облегчающие расчет.
30.2.1. Фильтр низких частот
Фильтр низких частот, отно-
сительно граничной частоты /,
пропускает все частоты лежащие
ниже граничной частоты, и ос-
лабляет все частоты лежащие
выше граничной частоты. Про-
стейшие форма несимметрично-
го фильтра низких частот состо-
ит из последовательно включен-
ной индуктивности L и парал-
525
a)
2 2
с)
Рис. 30.5. Т-образные схемы фильт-
ров низких частот.
а- несимметричная схема с одной ин-
дуктивностью
Ь- несимметричная схема с двумя ин-
дуктивностями
с- симметричная схема
дельно включенной емкости С
(рис. 30.5.а.).
Фильтрующие свойства схе-
мы с одной индуктивностью по-
рой бывают недостаточны и по-
этому применяют так называе-
мую полную схему с двумя индук-
тивностями (рис. 30.5.Ь.) Если
фильтр рассчитан на полное со-
противление Z, например, 60 Ом,
то этот фильтр годится для вве-
дения в коаксиальную линию пи-
тания с волновым сопротивлени-
ем 60 Ом. (входное полное сопро-
тивление Zc = выходному полно-
му сопротивлению Za = волново-
му сопротивлению линии пита-
ния). На рис. 30.5.С. изображена
полная симметричная схема
фильтра низких частот, которая
применяется в двухпроводных
симметричных линиях питания.
Для расчета фильтра низких
частот используют уравнения,
вытекающие из уравнений (30.1.)
и (30.6.).
Z
Индуктивность L= —~— (30.7.)
1 *
Емкость С = -------— (30.8.)
со Z
gr
где L в Гн, Z в Ом, со^ в Гц, С
в Фарадах.
Чаше на практике применя-
ются для борьбы с паразитными
излучениями л- фильтры, или их
еще называют фильтры Коллин-
са, изображенные на рис. 30.6.
Для расчета этих фильтров спра-
ведливы также уравнения (30.7.)
и (30.8.).
С практической точки зрения
нет большой разницы между Т-
образными и л- образными
фильтрами. Волновое сопротив-
ление фильтра в диапазоне поло-
сы пропускания реально, но не
постоянно в зависимости от час-
тоты. Для Т- образной схемы
Рис. 30.6. л-образные фильтры ниж-
них частот.
а- несимметричный л- фильтр
Ь- симметричный л- фильтр
526
фильтра оно падает при прибли-
жении к граничной частоте, в то
время как у л- образного фильт-
ра оно растет. Поэтому для Т-
образной схемы номинальное
полное сопротивление фильтра
Zfi выбирается немного больше,
чем волновое сопротивление ли-
нии Zs. Для л- образной схемы
фильтра требуется, наоборот,
немного меньшее полное сопро-
тивление фильтра Zfi. Оптималь-
ные соотношения получаются
если:
для Т- образной схемы Zfi=
1,25 Zs,
для л- образной схемы Zfi= 0,8
Если хотят ввести Г-фильтр
в коаксиальную линию питания
с волновым сопротивлением 60
Ом, то полное сопротивление
фильтра должно быть Zfi=
1,26-60= 75 Ом. Это значение ис-
пользуется для расчета L и С.
Для тех же условий для л- образ-
ного фильтра Zfi= 0,8-60 = 48 Ом.
30.2.2. Фильтр высоких частот
Фильтр высоких частот про-
пускает все частоты выше гра-
ничной частоты f и ослабляет
все частоты, лежащие ниже гра-
ничной частоты. Отличие от схе-
мы фильтра низких частот заклю-
чается в том, что теперь конден-
сатор С стоит на пути передачи
сигнала, а индуктивность L
включена параллельно. Также
отличается в этом случае Т- об-
Рис. 30.7. Т- образные схемы фильт-
ров высоких частот
а- несимметричная схема с одной ин-
дуктивностью
Ь- несимметричная схема с двумя ин-
дуктивностями
с- симметричная полная схема
Рис. 30.8. л- образные схемы фильт-
ров высоких частот
а- несимметричная схема
Ь- симметричная схема
разная (рис. 30.7.) и л- образная
(рис. 30.8.) схема фильтра.
Фильтры высоких частот ве-
личины индуктивности и емкос-
ти рассчитывают по тем же урав-
нениям (30.7.) и (30.8.), что и для
527
30.2.3. Полосовой фильтр
фильтров низких частот. Также
справедливо Zfi=l,25-Zs - для Т-
образной схемы и Zfi = 0,8Zs -
для л- образной схемы. Для по-
давления паразитных излучений
в передатчиках фильтры высоких
частот не используются. Их при-
меняют часто на входах приемни-
ков, особенно телеприемников,
для защиты от помех радиолюби-
тельских передатчиков.
Рис. 30.9. Полосовые Т- образные и
я- образные фильтры
а- несимметричная Т- схема
Ь— несимметричная полная Т- схема
с- симметричная полная Т- схема
d- несимметричная полная я- схема
Как видно уже из названия,
полосовой фильтр пропускает
только определенный диапазон
частот, ограниченный частотами
fh ( высокая частота) и /( (низкая
частота).
Все частоты, лежащие выше fh
и ниже /t не пропускаются. Как
видно из рис. 30.9. полосовой
фильтр состоит из последова-
тельного резонансного контура
L -Cj и параллельного контура
L2-Cr Для расчета полосового
фильтра используется уравнение
(30.1.) отдельно для низкой гра-
ничной частоты (cot) и для вы-
сокой граничной частоты fh (coh).
Частоты fh и определяют так-
же середину полосы пропускания
полосового фильтра fm (com). Если
частоты coh, cot, com установлены,
то элементы схемы фильтра рас-
считываются по формулам:
L = —---------—
1 (ч-ч)
Z(coh-cot)
L~ a#
m
(Ч~Ч>
C| co2 Z
m
1
C~ Z(coh-cot)
(30.9.)
(30.10.)
(30.11.)
(30.12.)
где L в Гн, Z в Ом, co в Гц, С в
Фарадах.
Уравнения приведены для рас-
чета схем полосовых фильтров,
изображенных на рис 30.8.
528
Рис. 30.10. Полосовые заграждаю-
щие Т- образные и л- образные
фильтры
а- несимметричная схема Т- фильт-
ра
Ъ- несимметричная схема полного
Т- фильтра
с- симметричная полная Т- схема
d- несимметричная полная л- схема
30.2.4. Полосовой заграждаю-
щий фильтр
Полосовой заграждающий
фильтр не пропускает частоты
внутри полосы частот, ограни-
ченный частотами fh и Все ча-
стоты за пределами этого частот-
ного диапазона пропускаются.
На рис. 30.10. приведены схемы
полосовых заграждающих филь-
тров, образованных включением
параллельных и последователь-
ных резонансных контуров.
Для расчета полосовых заг-
раждающих фильтров справедли-
вы также уравнения с (30.9.) по
(30.12.). Расчет полностью оди-
наков с расчетом полосовых
фильтров.
Для полосовых и заграждаю-
щих фильтров также выполняет-
ся условие Zn=l,25 Zs - для Т-
образной схемы и Zfi = 0,8 Zs -
для л- образной схемы.
30.2.5. Конструкции антенных
фильтров
Самым любимым фильтром
для подавления паразитных излу-
чений у радиолюбителей являет-
ся тг-образная схема фильтра низ-
ких частот или фильтр Коллин-
са, который гарантирует во мно-
гих случаях достаточное подавле-
ние гармоник высших частот.
Описание фильтра и установка
была описана в главе 8.1.1.1.
Однако особенно при боль-
ших мощностях выходных мощ-
529
ностях передатчиков паразитные
колебания могут все же прони-
кать в антенну Для предотвра-
щения этого, при условии, что
коаксиальный кабель питания
хорошо согласован, можно при-
менить фильтр низких частот,
изображенный на рис. 30.11.
Фильтр представляет два пос-
ледовательно включенных согла-
сованных тс- фильтра, которые
подавляют вторую гармонику
примерно на 30 дБ, третью гар-
монику примерно на 48 дБ, и чет-
вертую примерно на 60 дБ. Тео-
ретически подавление высших
гармоник растет с порядком гар-
моники, однако на практике это
не так, так как на очень высоких
частотах не линейно изменяются
свойства элементов фильтра.
Фильтр размещают в полнос-
тью металлическом корпусе с пе-
регородкой внутри, разделяю-
щий две секции фильтра. Фильтр
размещают в непосредственной
близости от выходного каскада и
соединив с корпусом шасси пере-
Экранирующая перегородка
Рис. 30.11. Несимметричный тс-
фильтр для ослабления высших гар-
моник
датчика (нуль потенциала). В об-
щем случае такой фильтр рассчи-
тывается для каждого любитель-
ского диапазона, причем можно
сознательно пойти на ограниче-
ние полосы того диапазона, в
котором особенно сильно прояв-
ляются паразитные гармоники.
Затухание фильтра на рабочей
частоте (подавление сигнала ра-
бочей частоты) не превышает 0,5
дБ.
Для данных емкостей и индук-
тивностей, приведенных в табли-
це 30.1. , фильтр не требует осо-
бых настроек.
Все катушки изготовлены из
провода толщиной 2 мм с шагом,
позволяющим менять размеры
Таблица 30.1. Данные фильтра низких частот, изображенного на рис. 30.11.
Диапазон, м Емкость с,-с4 пФ Индуктивность Данные для L и £,
£i и £, мкГ Диаметр катушки мм Длина катушки мм Число витков
80 820 2,2 25 50 13
40 390 1,3 25 25 8
20 220 0,57 20 20 7
15 150 0,38 13 18 6
10 100 0,30 13 22 22
530
катушки при настройке фильтра.
Так как в распоряжении радио-
любителей редко бывает прибор
измерения индуктивности, то на-
стройку фильтра производят с
помощью ГИР, для чего для на-
чала замыкают оба конденсато-
ра С, и С3 накоротко. При этом
образуются два независимых па-
раллельных контура Cj-Lj и С-
L2, которые настраиваются с по-
мощью ГИР на рабочую частоту,
после чего перемычки убирают.
Конденсаторы должны быть с
малыми потерями. При мощнос-
ти передатчика 100 Вт, напряже-
ние в коаксиальном кабеле может
достигать 100 В . Для такого на-
пряжения достаточны керамичес-
кие конденсаторы с напряжени-
ем 350 В. При этом правда надо
быть уверенным, что в коакси-
альном кабеле питания отсут-
ствуют стоячие волны, так как в
противном случае появляются
пучности напряжений, которые
могут привести к пробою конден-
саторов.
На рис. 30.12. изображен
фильтр низких частот для, кото-
рым фирма Моторола снабжает
автомобильные передатчики ди-
апазона 30 МГц.
Секционная перегородка меж-
ду элементами фильтров отсут-
ствует, а чтобы исключить влия-
ние индуктивностей L} и Г2 друг
на друга, оси катушек сориенти-
рованы на 90° относительно друг
друга. Сопротивление 100 кОм,
Рис. 30.12. Компактный фильтр низ-
ких частот для КВ передатчиков ма-
лой мощности (£-!=£,= 2 витка мед-
ного провода 0 1 мм, намотанного
на оправке 0 6 мм).
0,5 Вт служит для снятия стати-
ческого напряжения с автомо-
бильной антенны.
Высоким требованиям подав-
ления паразитных излучений
удовлетворяет трех секционный
фильтр низких частот на рис.
30.13., предназначенный для КВ
передатчика, рабочая частота
которого около 30 МГц
Фильтр размещается в ме-
таллическом корпусе, состоя-
щем из 3 секций., Диапазон по-
давления начинается с частоты
35 МГц, т.е. фильтр эффектив-
но подавляет все мешающие
сигналы в диапазонах теле и
УКВ вещания, обеспечивая ос-
лабление на 60-70 дБ.
Аналогичная схема фильтра
приведена на рис. 30.14. Отличие
от рис. 30.13 заключается в том,
что в данном случае вместо па-
раллельных используются после-
довательные резонансные конту-
ры .
531
Рис. 30.13. Трехсекцион-
ный фильтр низких час-
тот с граничной часто-
той 35 МГц
а- несимметричная схе-
ма для 60- омного коак-
сиального кабеля
Ь- Симметричная схема
для 240- омной симмет-
ричной двухпроводной
линии питания.
Параллельные резонансные
контуры, включенные в цепь про-
хождения ВЧ сигнала, действуют
подавляя свою резонансную час-
тоту, т.е. они не пропускают сиг-
нал с частотой своего резонанса.
Последовательные резонансные
контуры шунтируют цепь про-
хождения сигнала, закорачивая
эту цепь на всех частотах, кроме
частоты своего резонанса. Прак-
тическое действие в обоих случа-
ях одинаковое. В таблице 30.2.
приведены данные элементов и
частоты настройки для схемы
фильтра , приведенной на рис.
30.14. Данные приведены для
часто используемых коаксиаль-
Рис. 3.14. Несимметричный 3 секци-
онный фильтр низких частот с гра-
ничной частотой 35 МГц
ных кабелей с волновым сопро-
тивлением 52, 60, и 75 Ом.
Все катушки изготавливаются
из медного провода 0 1,5-2 мм ,
намотанных на оправке 0 11 мм
таким образом, чтобы после сня-
тия катушек с оправки их внут-
ренний диаметр был равен 12-13
мм.
Для настройки фильтра по-
требуется ГИР с диапазоном ча-
стот 20-50 МГц. Сначала из
фильтра удаляются катушки L2 и
Л4, а вход Ze и выход Za фильтра
закорачивают на корпус. В этом
случае получаются три независи-
мых друг от друга параллельных
резонансных контура L-Cv L-
С4, L3-C2-Cy С помощью сжатия
и растяжения витков катушки
контур L-C} настраивается в ре-
зонанс на частоту настройки /р
приведенную в таблице 30.2. Так-
же поступают с контуром Т5-С4,
настраивая его на эту же частоту
/г Контур L3-C2-C3 настраивают
в резонанс на частоту /2. После
этого осторожно выпаивают ка-
532
Таблица 30.2. Данные элементов фильтра низких частот, изображенного на
рис. 30.14.
Полное сопротивление
фильтра Z=Ze=Za
52 Ом 600м 75 Ом
Емкость СрС4(пФ)
Емкость С2,С3(пФ)
Число витков катушки LVL5
Число витков катушки L^LA
Число витков катушки L3
Граничная частота / (мГц)
Частота настройки ^(мГц)
Частота настройки /2 (мГц)
Частота настройки /3 (мГц)
тушку Л3, не повреждая ее раз-
меров; одновременно убирают
замыкающие перемычки со вхо-
да и выхода фильтра и впаивают
катушки и Л4. Изменяя разме-
ры катушки L2 настраивают с
помощью ГИРа систему C-L-
L2-C7 в резонанс на частоту /
при этом настройка катушки
не изменяется. Так же поступают
с катушкой Л4, настраивая систе-
му C-L5-L-C3 также на частоту
/3. После этого катушка Л3 осто-
рожно возвращается на место и
фильтр готов к эксплуатации.
Окончательный контроль также
производят с помощью ГИРа,
при этом все без исключения ка-
тушки должны показывать резо-
нансную частоту примерно f =
36 МГц.
При работе передатчика диа-
пазона 2 м его паразитные гармо-
ники могут появляться в полосах
50 46 35
170 150 120
5 5'Л 6
8 9’ 11
9 107, 13
36 36' 36
44,4 45,5 47
25,5 25,4 25,2
32,5 32,2 31,8
частот 288-300 МГц, 432-438
МГц, 576-584 МГц и т.д. Соот-
ветственно могут быть помехи
телевизионному приему в диапа-
зоне IV/V (каналы 34, 35, 52, 53).
При применении в схеме передат-
чика умножителей сигнала, наря-
ду с рабочей гармоникой появля-
ется также целый ряд паразитных
гармоник, которые смешиваются
и усиливаются выходным каска-
дом. Поэтому необходимо также
часто снабжать фильтрами и
УКВ передатчики.
На рис. 30.15 показан двух
секционный фильтр низких час-
тот для 2 м передатчика с несим-
метричным и симметричным вы-
полнением.
Данные элементов фильтров:
СРС4 = 10 пФ, С2,С3 = 40 пФ;
LvL2 = 3 витка, 12,Л4 = 2 вит-
ка;
L3 = 5 витков.
533
Рис. 30.15. л- образная схема
фильтра низких частот для
передатчика диапазона 2 м.
а- несимметричный фильтр
для 60-омного коаксиально-
го кабеля
Ь- симметричный фильтр для
240-омной двухпроводной
линии питания.
Катушки изготовлены из мед-
ного провода 0 1 мм, намотан-
ного на оправке 0 5 мм. Процесс
настройки аналогичен описанно-
му для фильтра = 36 МГц, от-
личие заключаются в других час-
тотах настройки:
/ = 1600 МГц, частота на-
стройки /)= 200 МГц, частота на-
стройки / = 112 МГц, частота на-
стройки Д= 144 МГц.
Для диапазона УКВ нормы
паразитных излучений очень
строгие, так как в этом диапазо-
не работают помимо теле и УКВ
вещания еще многие очень важ-
ные службы, которым 2 м радио-
любительские станции могут ста-
вить помехи. Применение филь-
тров не всегда устраняют пара-
зитные излучения, так как на
УКВ и ДМВ частотах дискретные
катушки, образующие фильтр,
становятся сами источниками
паразитных излучений, и к тому
же в этих диапазонах трудно осу-
ществить точную настройку
фильтра средствами, которыми
обычно располагает радиолюби-
тель. Эти сложности отпадают,
если фильтр изготавливается в
коаксиальном исполнении, как
описано в литературе 1. Конст-
рукция фильтра в этом случае
получается очень компактная и
не требует настройки.
Простой коаксиальный
фильтр низких частот радиолю-
бителя DJ3QC представлен в раз-
резе на рис. 30.16.
Внешний проводник пред-
ставляет собой латунную или
медную трубу длиной 301 мм и
внутренним диаметром 20 мм.
Внутренний проводник имеет не-
сколько секций различного диа-
метра . На обоих секциях длиной
38,1 мм и диаметром 14,4 мм на-
деты втулки из подходящего изо-
ляционного материала, выполня-
ющие функции одновременно
диэлектрика и элемента крепле-
ния. В оригинале были примене-
ны тефлоновые втулки, но мож-
но использовать и другие матери-
алы, например, полиэтилен, по-
534
301
Рис. 30.16. Разрез коаксиального фильтра низких частот для передатчика
диапазона 2 м. Эквивалентная сзема фильтра. (Размеры в мм)
листирол, фторопласт. Фильтр
включается в разрыв 60-омного
коаксиального кабеля, который
на рис. 30.16 не показан.
На рис. 30.16 приведена так-
же эквивалентная схема коакси-
ального фильтра. Можно видеть
что каждая секция представляет
собой л- образный элемент. Все
распределенные индуктивности и
емкости частотнозависимы. Рас-
чет коаксиального фильтра про-
изводится на основе точной экви-
валентной схемы с помощью
ЭВМ.
Как видно из графика ослаб-
ления, приведенного на рис.
30.18., для схемы коаксиального
Рис. 30.17.а) разрез двойного л- образного коаксиального фильтра,Ь) раз-
рез тройного л- образного коаксиального фильтра
535
Рис. 30.18. Графи-
ки ослабления для
коаксиальных
фильтров для диа-
пазона 145 МГц
фильтра на рис. 30.16., подавле-
ние уже в III телевизионном ди-
апазоне составляет 8 дБ, 2-я гар-
моника (290 МГц) ослабляется на
20,5 дБ , 4-я гармоника ослабля-
ется на 33 дБ. Ослабление на ра-
бочей частоте составляет 0,1 дБ.
На рис. 30.17. показано, как
можно объединить несколько
коаксиальных фильтров. В этом
случае секции длиной 38.1 мм
объединяются. При объединении
коаксиальных фильтров увеличи-
вается подавление высших гар-
моник, как это показано на рис.
30.18. На рис. 30.17.а. приведен
разрез двойного, а на рис. 30.17.Ь.
- тройного тс- образного коакси-
ального фильтра.
Фильтры рассчитаны на рабо-
чую частоту 144 МГц и очень эф-
фективно подавляют паразитные
гармоники в IV и V телевизион-
ном диапазоне.
Подобные фильтры можно
изготовить и для диапазона 70
см, уменьшив все размеры филь-
тра в три раза.
Все фильтры работают эффек-
тивно только в том случае, если
их входное и выходное сопротив-
ления точно согласованы с вы-
ходным сопротивлением пере-
датчика или волновым сопротив-
лением коаксиального кабеля.
Одновременно это означает, что
антенна должна быть настроена
в резонанс и согласована с коак-
сиальным кабелем питания. Сто-
ячие волны в линии питания на-
рушают согласование и снижают
ослабляющее действие фильтров.
На склонность различных ан-
тенн к излучению паразитных
гармоник уже было указано при
рассмотрении видов антенн и их
питания. Справедливо общее
правило, что меньше паразитных
гармоник излучают хорошо со-
гласованные антенны с малым
входным сопротивлением. Для
точного согласования требуется
536
также симметрирование антен-
ны, если она питается с помощью
коаксиального кабеля.
При приеме часто проявляют-
ся искровые помехи. Эти помехи
вызываются не работой передат-
чиков, например искрением
трамблеров автомобилей, про-
мышленными установками или
грозовыми разрядами. Из-за
плохой селективности приемни-
ков, эти помехи могут полнос-
тью блокировать прием.
Иногда помехи приему вызы-
ваются из-за неудачного разме-
щения приемника вблизи мощ-
ных источников электрической
энергии, например, понижающих
трансформаторов линий электро-
передач. В этом случае помехи
могут происходить из-за навод-
ки на вход низкочастотного уси-
лителя приемника.
Если помехи проникают в
УКВ или телевизионный прием-
ник через антенну, то почти все-
гда помогает фильтр высоких
частот, который включается на
входе приемника. Можно приме-
нять как сменные , в зависимос-
ти от граничной частоты, филь-
тры, так и коротковолновые
фильтры, что более удобно.
Коротковолновый фильтр
высоких частот, действие этого
фильтра распространяется на те-
левизионный и УКВ вещатель-
ный прием, можно рассчитать по
уравнениям с (30.1.) до (30.8.),
при этом граничную частоту бе-
рут 35-45 МГц. На рис. 30.19
fgr- 45 MHz
Рис. 30.19. Практическая схема не-
симметричного фильтра высоких
частот для телевизионного приемни-
ка с коаксиальным кабелем питания.
Данные катушек: -по 7 витков
медного провода 01 мм, намотанно-
го на 6 мм оправке. Длина катушек
12 мм.
приведен такой несимметричный
фильтр с граничной частотой
=45 МГц, дающий хорошие ре-
зультаты на практике.
Фильтр может использовать-
ся совместно с коаксиальным ка-
белем волновым сопротивлением
от 50 до 75 Ом..
Для симметричных двухпро-
водных линий питания с волно-
вым сопротивлением 240-300 Ом
может быть использован фильтр
высоких частот, изображенный
на рис. 30.20. Граничная частота
этого фильтра также 45 МГц.
Схемы фильтров помешаются
в секционные металлические ко-
робочки. Большинство схем теле-
визоров не позволяют корпус ко-
робочки соединять с корпусом
телевизора, в этом случае это со-
единение делают через конденса-
тор примерно 1000 пФ.
Фильтр с более крутой харак-
теристикой ослабления и гранич-
ной частотой 36 МГц изображен
на рис. 30.21.
537
Рис. 30.20. Практическая схема сим-
метричного фильтра высоких частот
для телевизионного приемника с
ленточной линией питания.
Данные катушек: LpL3 - по 17 вит-
ков медного провода 0 0,5 мм, на-
мотанного на 6 мм оправке виток к
витку. Средний вывод от середины.
Катушка L2 - 12 витков медного
провода 0 0,5 мм, намотанного на 6
мм оправке виток к витку.
Рис. 30.21. Улучшенная схема филь-
тра высоких частот для телевизион-
ного приемника с питанием через
симметричный ленточный кабель.
Данные катушек: LpL3 - по 23 витка
медного провода 0 0,32 мм, намо-
танного на 6 мм оправке. Длина ка-
тушки 15 мм. Катушка L, - 14 вит-
ков медного провода 0 0,32 мм, на-
мотанного на 6 мм оправке . Длина
катушки 15 мм.
Этой схема также применяет-
ся для телевизионного приемни-
ка с входным сопротивлением
240-300 Ом. Данные катушек
приблизительные и уточняются
при настройке фильтра. На-
стройку производят с помощью
ГИРа . Соединенные параллель-
но L} и Ср а также L3 и С6 настра-
иваются на резонансную частоту
29 МГц. Не впаянная катушка Л2
совместно с параллельно подсо-
единенным конденсатором
С=100 пФ настраивается на час-
тоту 20 МГц. Таким образом под-
готовленные катушки покрыва-
ются лаком и впаиваются в схе-
му фильтра.
В диапазоне средних и длин-
ных волн помехой является ос-
новная рабочая частота люби-
тельского передатчика, поэтому
помочь приему может фильтр не
высоких а низких частот, кото-
рый ослабляет все частоты выше
1700 кГц. Подобный фильтр
изображен на рис. 30.22.
250pF MOpF 150рГ
fr - 1700kHz
Рис. 30.22. Фильтр низкой частоты
для вещательного приемника ДВ,
СВ.
Данные катушек: L}- 65 витков мед-
ного провода 0 0,65 мм, намотанно-
го на 38 мм оправке виток к витку.
Катушка L2 - 41 виток медного про-
вода 0 0,65 мм, намотанного на 38
мм оправке виток к витку. Следует
исключить влияние катушек друг на
друга.
538
Следует исключить влияние
катушек друг на друга, что дос-
тигается разворотом их осей на
90°. В некоторых случаях этот
фильтр работает лучше, когда
между выходом фильтра и вхо-
дом приемника включается
угольное сопротивление 400 Ом.
Само собой разумеется, что
фильтр не может использоваться
для КВ приемника, так как эти
частоты лежат в области ослаб-
ления.
Самые хорошие фильтры яв-
ляются бесполезными, если па-
разитное излучение проникает в
приемник не через антенну, а че-
рез недостаточно хорошо экра-
нированные входные каскады
приемника или другими путями.
В этом случае принимаются
меры на которых мы не будем
останавливаться, так как они
выходят за рамки темы этой
книги.
31. Измерительные приборы, применяемые в антенной
технике
Каждому радиолюбителю из-
вестно, что без измерительных
приборов самостоятельно изго-
товленный передатчик или при-
емник не может быть отлажен и
показать ожидаемые результаты.
К сожалению забывают это ут-
верждение тогда, когда это каса-
ется антенн, в то время как толь-
ко при точной настройке и согла-
совании с линией питания антен-
на может работать эффективно.
Нормальную работу антенны
можно обеспечить располагая
небольшим набором измеритель-
ных приборов. К сожалению,
промышленно изготавливаемые
точные измерительные антенные
приборы очень дороги и в боль-
шинстве случаев не достижимы
для обычных радиолюбителей.
Однако измерительные приборы
для согласования антенн, имею-
щие достаточную точность изме-
рения, можно изготовить само-
му, не используя дорогостоящих
специальных узлов. Это особен-
но справедливо для антенн, пи-
таемых с помощью коаксиально-
го кабеля, для настройки кото-
рых достаточный и необходимый
набор измерительных приборов
сводится к гетеродинному изме-
рителю резонанса (ГИР) и реф-
540
лектометру для измерения коэф-
фициента стоячей волны (КСВ) в
линии питания. Существует еще
целый ряд антенных измеритель-
ных приборов, которые упроща-
ют согласование антенны или
позволяют добиваться опреде-
ленных характеристик антенн.
Однако для нормальной настрой-
ки антенны без них можно впол-
не обойтись.
Ниже приводятся важнейшие
приборы и вспомогательные
средства для проведения антен-
ных измерений, которые можно
изготовить самостоятельно.
31.1. Гетеродинный индикатор
резонанса и другие подобные ре-
зонансные приборы
Простейший гетеродинный
измеритель резонанса (ГИР) дол-
жен всегда иметься под рукой
радиолюбителя и является основ-
ным измерительным прибором.
Его основное назначение - опре-
деление резонансных частот ко-
лебательных контуров, однако
его можно использовать и при
настройке антенн. Кроме того,
ВЧ генератор, входящий в состав
ГИРа, можно использовать для
питания высокочастотного мос-
Рис. 41.1. Схема ГИРа
та замера полных сопротивле-
ний.
Схема ГИРа изображена на
рис. 31.1. Схема состоит из про-
стого ВЧ генератора со сменны-
ми колебательными контурами.
В цепь сетки генератора подклю-
чен стрелочный микроампер-
метр, который в режиме генера-
ции показывает имеющийся се-
точный ток. Если измерительную
катушку ГИРа подносят к иссле-
дуемому контуру, то в случае на-
стройки исследуемого контура в
резонанс с частотой генератора
ГИРа, исследуемый контур начи-
нает “отсасывать” из измеритель-
ного контура энергию, что при-
водит к более или менее сильно-
му уменьшению сеточного тока,
которое регистрируется микро-
амперметром. Схемы ГИР приве-
дены во многих радиолюбитель-
ских изданиях и конструирова-
ние обычно не вызывает трудно-
стей. Ниже приводятся практи-
ческие схемы ГИР, на которых
для простоты не показаны схемы
тональных генераторов и пита-
ния. Ориентировочные данные
измерительного контура подроб-
но приведены в таблицах.
31.1.1. Одноламповые схемы
ГИР универсального применения
Для схем ГИР, приведенных
на рис. 31.2., применяется обыч-
ный генератор Колпица, преиму-
щество которого состоит в том,
Рис. 31.2. Для схем ГИР применяет-
ся обычный генератор Колпица
541
что не требуется катушки обрат-
ной связи, так применяется емко-
стная обратная связь. Измери-
тельная катушка не находится
под постоянным электрическим
потенциалом и не связана с ну-
лем потенциала схемы.
В схеме на рис. 31.2.а. в цепь
микроамперметра включено пе-
ременное управляющее сопро-
тивление 10 кОм, шунтирующее
измерительный прибор и таким
образом регулирующее его чув-
ствительность.
Подобная схема с улучшен-
ной регулирующей схемой при-
ведена на рис. 31.2.Ь. В этом слу-
чае напряжение на катоде выше
напряжения на сетке из-за
включения в цепь катода сопро-
тивления. Одновременно к сет-
ке подводится управляющее по-
ложительное напряжение с по-
тенциометра 10 кОм. Эта схема
позволяет регулирование на-
чальной установки большом
диапазоне. В качестве ламп при-
менятся миниатюрные радио-
лампы с большой чувствитель-
ностью.
На рис. 31.2.с. приведена
комбинированная схема, состо-
ящая схема из радиолампы и
транзистора в цепи регулирова-
ния.
Все приведенные схемы ГИР
на основе генератора Колпица
могут работать и во всем УКВ
диапазоне, при условии если при-
меняются короткие проводники
и указанные типы ламп. Так как
сеточные емкости изменяются
незначительно, то в этом случае
размеры измерительных кату-
шек, приведенные в таблицах
31.1. и 31.2. изменяются также
незначительно. Настроечная ем-
кость для таблицы 31.1. равна СА
= 2x140 пФ , а для таблица 31.2.
СА= 50 пФ. В последнем случае
требуется большее число смен-
ных катушек для перекрытия все-
Таблица 31.1. Размеры сменных катушек ГИР по схеме Колпитца. Настро-
ечная емкость 2 х 140 пФ.
Диапазон Число Диаметр медного Диаметр каркаса
частот витков провода катушки( с лак. изоляц.)
2 ...5 МГц 102 0,16 мм 19 мм
5... 14 МГц 26 0,3 мм 19 мм
14 ...37 МГц 8 0,5 мм 19 мм
37 ... 100 МГц 2 2,0 мм (посеребрен) 19 мм
(или без каркаса)
100... 250 МГц - петля длиной 38 мм с расстоянием между проводни-
ками 6 мм, 0 провода 2,0-2,5 мм, посеребрен.
542
Таблица 31.2. Размеры сменных катушек ГИР по схеме Колпинца. Настро-
ечная емкость 2 х 50 пФ.
Диапазон 1 частот I Число витков Диаметр медного Диаметр каркаса
провода катушки( с лак. изоляц.)
1,7 ... 32 МГц 195 0,16 мм 19 мм
2,7 ...5,0 МГц ПО 0,25 мм 19 мм
4,4... 7,8 МГц 51 0,25 мм 19 мм
7,5... 13,2 МГц 24 0,25 мм 19 мм
12... 22 МГц 21 0,50 мм 19 мм (длина катушки 20 мм)
20... 36 МГц 14 0,50 мм 19 мм (длина катушки 12 мм)
33... 60 МГц 8'Л 0,80 мм 19 мм {длина катушки 13 мм)
54... 99 МГц 3’/4 0,80 мм 19 мм
(длина катушки 8 мм)
190 ... 165 МГц - петля длиной 85 мм с расстоянием между проводни
ками 12 мм, 0 провода 2,0 мм, посеребрен
150 ... 275 МГц - петля длиной 32 мм с расстоянием между проводни
ками 6 мм, 0 провода 2,0 мм, посеребрен.
го диапазона, одновременно
улучшается точность считывания
показаний. Если не указанно до-
полнительно, то измерительные
катушки наматываются на поли-
стироловом каркасе диаметром
19 мм виток к витку.
31.1.2. Гетеродинный индика-
тор резонанса для ДМВ
На рис. 31.3. изображена схе-
ма ГИР на базе лампы 6CW4 (или
лампы ЕС86), работающая в ди-
апазоне частот до 700 МГц.
Переменная настроечная ем-
кость СА = 8 пФ включена пос-
ледовательно с емкостью лампы.
Необычно малое сопротивление
в цепи сетки 330 Ом уменьшает
перерегулирование генератора и
одновременно уменьшает чув-
ствительность ГИР. Поэтому в
этой схеме предусмотрен транзи-
сторный усилитель, как на схеме
31.2.С. Питание на анод и сетку
подается через ВЧ дроссели с ин-
дуктивностью примерно 22 мкГ.
Напряжение накала также пода-
ется на лампу, как обычно в схе-
мах ДМВ, через ВЧ дроссели
(0,82 мкГ). Измерительные ка-
тушки, которые представляют в
основном петлю, находятся под
постоянным напряжением, по-
этому для избежания непредна-
543
и ИГ7
меренных прикосновений, витки
катушек следует снабдить каче-
ственной изоляцией. Размеры ка-
тушек приведены в таблице 31.3.
Необходимо по возможности
использовать посеребренный
медный провод
31.1.3. Гетеродинный индика-
тор резонанса в комбинации с
вольтметром
Чтобы получить ярко выра-
женное отклонение простого
стрелочного индикатора ГИР,
измерительную катушку необхо-
димо очень тесно связать с иссле-
дуемым контуром. Такая тесная
связь однако вызывает увеличе-
ние ошибки измерения. Поэтому
более предпочтительны схемы с
повышенной чувствительностью.
На рис. 31.4. показана одна из
таких схем, собранная на двой-
ном триоде ЕСС82.
Схема на левой половине три-
ода представляет собой обычный
генератор Коллинца, в то время
как схема на правой половине
Таблица 31.3. Размеры катушек для гетеродинного индикатора резонанса
диапазона ДМВ, изображенного на рис. 31.3.
Диапазон частот Размеры, согласно рис. 31.3.
L S в d
270.. .. 325 МГц 70 мм 17,5 мм 13 мм 2,5 мм
315.. .. 375 МГц 80 мм — 13 мм 2,5 мм
370.. .. 460 МГц 50 мм — 13 мм 2,5 мм
415.. .. 515 МГц 42 мм — 13 мм 2,5 мм
445.. .. 565 МГц 32 мм — 13 мм 2,5 мм
545.. .. 730 МГц 13 мм — 13 мм 2,5 мм
544
триода представляет собой мос-
товой вольтметр, образованный
потенциометр Р1 в одном плече
моста и диодом в другом плече.
Изменение сеточного тока, обус-
ловленное “отсосом” энергии ис-
следуемым контуром в случае
резонанса, вызывает уменьшение
напряжения на резисторе R2, ко-
торое через сопротивление 100
кОм подается на сетку лампы
вольтметра. Мост вольтметра
выходит из равновесного поло-
жения и стрелка вольтметра от-
клоняется вправо.
Следующей чувствительной
схемой с еще меньшим числом
радиоэлементов является схема
на рис. 31.5.
Рис. 31.5. Чувствительный ГИР с уси-
лителем тока
В этом случае на левой поло-
вине двойного триода собран
усилитель постоянного тока,
при этом в качестве измеритель-
ного прибора выступает стре-
лочный вольтметр. Измеритель-
ный диапазон стрелочного
вольтметра должен соответ-
ствовать величине анодного на-
пряжения (например 250 В).
В этой схеме также резонан-
су исследуемого контура соот-
ветствует положительное откло-
нение стрелки вольтметра. В ка-
честве делителя напряжения
R^R, рекомендуется включить
при настройке потенциометр
200 кОм, чтобы в случае резо-
нанса установить стрелку воль-
тметра на значение, равное при-
мерно четверти или половине
всей шкалы вольтметра. После
этого следует замерить оммет-
ром величины сопротивлений
делителя и впаять их вместо по-
тенциометра.
Для обеих схем вольтметров
размеры катушек определяются
по таблицам 31.1. и 31.2.
18 Антенны
545
31.1.4. Транзисторный гетеро-
динный индикатор резонанса
Наряду с малыми размерами
транзисторный ГИР имеет осо-
бое преимущество, что он не
привязан к сетевому источнику
напряжения, что особенно важ-
но для антенных измерений. К
сожалению, транзисторный
ГИР имеет и существенный не-
достаток, заключающийся в
том, что с помощью транзис-
торного генератора нельзя пи-
тать ВЧ мост для измерения
полных сопротивлений, кото-
рый требует более мощного ВЧ
генератора.
На рис 31.6. изображена схе-
ма транзисторного ГИР для КВ
диапазонов, выполненная на
базе ВЧ транзистора GF131.
В схеме генератора также
используется емкостная обрат-
ная связь с коллектора на эмит-
тер транзистора, что позволяет
использовать катушку без тре-
тьего вывода. Выпрямленное
диодом напряжение подается на
базу транзисторного усилителя
ток, в коллекторной цепи кото-
рого включен стрелочный мик-
роамперметр с полным током
отклонения 100 мкА. При резо-
нансе в исследуемом контуре
транзисторный ГИР дает отри-
цательное отклонение стрелки
микроамперметра (100 мкВ -
полное отклонение). При пита-
нии 6 В ток потребления состав-
ляет 3 мА.
31.2. Направленный ответви-
тель и рефлектометр
Для измерения коэффициента
стоячей волны в линии питания
и ,следовательно, степени согла-
сования антенны с линией пита-
ния особенно пригодны направ-
ленный ответвитель и рефлекто-
метр, между которыми нет прин-
ципиальной разницы. Их приме-
няют исключительно в коакси-
альной технике и отличие заклю-
чается только в том, что рефлек-
тометр более удобен при эксплу-
атации.
Для самостоятельного изго-
товления этих приборов не тре-
буются специальные или дорогие
детали. Качественное изготовле-
Рис 31.6. Схема тран-
зисторного ГИР для
КВ диапазонов
546
ние гарантирует получение и в
диапазоне ДМВ достаточно точ-
ных измерительных результатов.
Как уже было сказано в гла-
ве 5.2. при неправильном согла-
совании линии питания с антен-
ной в линии питания возникают
стоячие волны, вызванные сло-
жением основных (прямых),
распространяющихся к антенне
волн, и части отраженных (об-
ратных) от антенны волн. На-
правленный ответвитель слу-
жит, в зависимости от направ-
ления его включения, для обна-
ружения основных или отра-
женных волн. Рефлектометр
представляет собой комбина-
цию двух направленных ответ-
вителей, и позволяет измерять
одновременно напряжение ос-
новных и отраженных волн.
В принципе, в случае направ-
ленного ответвителя, речь идет
о коротком коаксиальном от-
резке проводника, волновое со-
противление которого соответ-
ствует волновому сопротивле-
нию измеряемой линии переда-
чи. Во внутреннем пространстве
этого отрезка проводника рас-
положен параллельно внутрен-
нему проводнику измеритель-
ный шлейф, который снимает
напряжение основной или отра-
женной волны, в зависимости от
направления включения на-
правленного ответвителя.
Это ВЧ напряжение выпрям-
ляется диодом и подается на чув-
ствительный стрелочный индика-
тор.
На рис. 31 7 изображена схе-
ма подобного направленного от-
ветвителя .
Коаксиальный отрезок про-
водника состоит из внешнего
проводника AL и внутреннего
проводника IL, в пространстве
между которыми находится изме-
рительный проводник ML. Один
конец измерительного проводни-
ка соединен через сопротивление
Яа с внешним проводником AL,
а другой конец подключен через
выпрямительный диод к микро-
амперметру. Конденсатор Cs вы-
полняет фильтрующие функции,
сопротивление Я. служит для из-
менения чувствительности.
Если линия питания согласо-
вана плохо, то по внешней повер-
хности внутреннего проводника
IL протекает прямой ток от пе-
редатчика к антенне /h и обрат-
ный ток 7г, вызванный отражени-
ем волн от антенны. Так как токи
Ih и /. направлены встречно, то
суммарный ток /z = Ih - Что
касается напряжения, то наобо-
Рис. 31.7. Принципиальная схема на-
правленного ответвителя
18*
547
рот, высокочастотное напряже-
ние Uz между внешним проводни-
ком AL и внутренним проводни-
ком IL равно сумме напряжений
ц = uh + и.
Измерительный шлейф ML
имеет как индуктивную так и ем-
костную связьt внутренним про-
водником IL. Поэтому в напря-
жении U, часть напряжения и со-
ответственно, токи образованы
за счет емкостной связи и часть
за счет индуктивной. С одной
стороны напряжение Uz пред-
ставляет собой сумму напряже-
ний и нельзя сказать какая часть
напряжения вызвана прямыми и
какая обратными волнами. По
другому ведет себя высокочас-
тотный ток, вызванный в измери-
тельном проводнике ML за счет
индуктивной связи с внутренним
проводником IL. Его величина и
направление зависит от антенно-
го тока 4 = /h- /.• Поэтому за счет
индуктивной связи можно судить
о направлении тока Iz во внутрен-
нем проводнике. Так как в изме-
рительной цепи существуют од-
новременно токи вызванные за
счет индуктивной и за счет емко-
стной связи, то в зависимости от
их фазы ( в зависимости от на-
правления тока /г во внутреннем
проводнике) они или складыва-
ются или вычитаются.
При этом предполагается, что
расстояние и положение измери-
тельного шлейфа рассчитаны та-
ким образом, что в случае полно-
го согласования в линии питания
токи вызванные индуктивной и
емкостной связью равны по вели-
чине. В зависимости от полярно-
сти измерительного шлейфа или
направления включения направ-
ленного ответвителя эти токи
либо складываются либо вычита-
ются. При неправильном согла-
совании равенство этих токов
нарушается и при каждой поляр-
ности через измерительный при-
бор течет определенный разно-
стный ток, по величине которо-
го можно судить о степени согла-
сования линии питания.
31.2.1. Характеристики на-
правленного ответвителя
Под главным направлением
направленного ответвителя по-
нимают такое его расположение,
при котором измеряются прямые
волны от передатчика к антенне.
Напряжение отраженных волн
показывает направленный ответ-
витель если он включен в обрат-
ном направлении. В случае реф-
лектометра существуют две изме-
рительных ветви, которые без
переключения направления по-
зволяют определять напряжение
прямой и обратной волны.
Между измерительным шлей-
фом ML и внутренним проводни-
ком IL существует емкость С, а
между измерительным шлейфом
ML и внешним проводником A L
- емкость Са. Обе емкости обра-
548
зуют делитель напряжения, на
котором образуется напряжение
Ус
1 а
Коэффициентом связи на-
правленного ответвителя называ-
ют отношение снимаемого с из-
мерительного шлейфа напряже-
ния к имеющемуся напряжению
между внутренним проводником
и внешним проводником при со-
гласовании.
ак = UJUZ (31.2.)
Для измерений КСВ не нужно
знать точно значение коэффици-
ента связи ак. Это значение все-
гда меньше 1 и зависит от конст-
рукции направленного ответви-
теля, положения и размеров изме-
рительного проводника.
Самой важной характеристи-
кой направленного ответвителя
является коэффициент направ-
ленного действия (КНД) ad. Для
понимания этой характеристики
собирают схему, состоящую из
передатчика, направленного от-
ветвителя, включенного обратно,
а вместо антенны к направленно-
му ответвителю подключают эк-
вивалент нагрузки, волновое со-
противление которой равно вол-
новому сопротивлению направ-
ленного ответвителя. В этом слу-
чае существует согласование. Так
как в этом случае отраженные
волны отсутствуют, то измери-
тельная цепь направленного от-
ветвителя не должна показать
обратного напряжения. Однако
измерительный прибор показы-
вает напряжение ошибки Uf ко-
торое образуется из прямой вол-
ны и поэтому указывает на
несовершенство конкретного на-
правленного ответвителя. Это
напряжение ошибки выражают с
помощью коэффициента направ-
ленного действия ad
U< Ч 1
ad=u~ =7Г'~Т <313>
Чем больше коэффициент на-
правленного действия, тем боль-
ше ошибка измерения. Хорошим
направленным ответвителем счи-
тается ответвитель, у которого
КНД лежит в диапазоне 0,01-0,1.
У измерительных приборов само-
стоятельного изготовления КНД
часто больше. Причина объясня-
ется несовершенством самодель-
ных конструкций или ошибками
при конструировании. Плохое
обратное ослабление может быть
вызвано и другими причинами,
среди которых:
Измерительная частота (час-
тота передатчика) содержит
спектр высоких гармоник
Выход направленного ответ-
вителя подключен неправильно
Эквивалентное сопротивле-
ние для измерительной частоты
является мнимым.
Ошибки измерения могут так-
же получиться, если шкала изме-
549
рительного инструмента не про-
порциональна приложенному
напряжению. Вольтамперная ха-
рактеристика диода как известно
не линейная , поэтому шкала из-
мерителя также должна быть не-
линейной. Рекомендуется отка-
либровать стрелочный измери-
тель совместно с диодом исполь-
зуя постоянное напряжение. В
этом случае на шкалу можно на-
нести относительные единицы и
применять переводные таблицы.
На точность измерения КСВ
с помощью направленного ответ-
вителя или рефлектометра оказы-
вает влияние место включения
прибора. Из практических сооб-
ражений обычно применяют сле-
дующую цепь: Выходной каскад
передатчика - я- фильтр Кол-
линса -рефлектометр - линия
питания - антенна. Если антен-
на согласована с линией питания
неправильно, то отражающиеся
волны возвращаются через ли-
нию питания обратно к выходу
передатчика.
Поскольку линия питания об-
ладает потерями, то возвращаю-
щиеся волны на своем пути ос-
лабляются, а так как рефлекто-
метр находится почти в самом
конце этого пути, тот он будет
измерять ослабленные волны,
показывая при этом более благо-
приятные значения, чем на самом
деле. Если хотят провести точные
измерения, то включают рефлек-
тометр в непосредственной бли-
550
зи от антенны и правильной пос-
ледовательностью включения
будет: выходной каскад передат-
чика - я-фильтр Коллинса -
линия питания - рефлектометр
- антенна.
На практика пользуются так-
же номограммой, которая отра-
жает зависимость ослабления
обратной волны от затухания в
кабеле и величины КСВ. Эта но-
мограмма приведена на рис. 31.8.
Пример
Передающая антенна 2 м диа-
пазона питается через 60-омный
коаксиальный кабель длиной 25
м (тип 60-7-2). В начале кабеля
питания КСВ 5 составляет 2,0.
Определить действительный
КСВ Se на конце кабеля питания.
(Пример показан пунктиром).
В начале из паспорта на коак-
сиальный кабель типа 60-7-2-уз-
наем затухание в кабеле на час-
тоте 150 МГц, которое составля-
ет примерно 8 дБ/100 м. Для ка-
беля длиной 25 м суммарное за-
тухание составит 2 дБ. Для зна-
чения КСВ 5а=2 на ординате рис.
31.8. находят точку пересечения
с кривой затухания 2 дБ и для
этой точки находят на оси абс-
цисс действительный КСВ Se=
3,4. Пример приведен на рис.
31.8. пунктирной линией.
С помощью номограммы
можно оценить затухание коак-
сиального кабеля, если известны
значения Sa и Se.
Рис. 31.8. Коэффициент стоячей вол-
ны Sc на конце линии питания в за-
висимости от коэффициента стоячей
волны Sa в начале линии питания и
затухания в линии.
31.2.2. Схемы рефлектометров
и их практические конструкции
Простые направленные ответ-
вители не применяются в радио-
любительской практике, так как
при самостоятельном изготовле-
нии предпочтение отдается реф-
лектометрам, требующим не
многим более затрат и дающим
значительно большие удобства
при измерении. Общая принци-
пиальная схема рефлектометра
приведена на рис. 31.9. Все дру-
гие схемы и конструкции могут
быть приведены к этой принци-
пиальной схеме. Отличия заклю-
чаются преимущественно в кон-
струкции или небольших измене-
ниях в схеме измерительной цепи.
Ниже приводятся схемы и
конструкции многократно опро-
бованных радиолюбительских
рефлектометров, которые также
подробно описываются в приве-
денной в конце раздела литерату-
ре. С точки зрения точности по-
казаний радиолюбительские реф-
лектометры конечно не могут
конкурировать с промышленны-
ми, однако стоимость самостоя-
тельного изготовления не идет в
сравнение со стоимостью про-
мышленных приборов. Поэтому
для радиолюбительской практи-
ки вполне бывает достаточно,
если самодельный рефлектометр
только лишь показывает необхо-
димость принятия решения о
уменьшении КСВ в линии пита-
ния. К тому же, следует сказать,
Рис. 31.9. Принципиальная схема рефлектометра
551
что не все радиолюбительские
конструкции плохи. При каче-
ственной конструкции, основан-
ной на знаниях техники высоких
частот и точной калибровке ра-
диолюбительские конструкции
могут удовлетворять высоким
требованиям. Однако тот, кто не
ознакомился внимательно с
принципом работы и применени-
ем измерителя КСВ (глава 31.2.1.)
может даже с прецизионным
рефлектором получить неверные
показания.
31.2.2.1. Рефлектометр из ко-
аксиального кабеля
Несколько примитивный, но
очень распространенный индика-
тор стоячих волн можно изгото-
вить на основе коаксиального
кабеля. Этот рефлектометр де-
шев, быстр и прост в изготовле-
нии, в диапазоне КВ обладает
вполне достаточными для радио-
любительской практики резуль-
татами и особенно удобен при
постоянном включении в линию
питания. Схема рефлектометра
изображена на рис. 31.10.
В принципе речь идет о силь-
но упрощенном рефлектометре, в
котором даже сэкономлен один
из двух необходимых диодов.
Для изготовления требуется отре-
зок коаксиального кабеля длиной
160 мм с волновым сопротивле-
нием, равным волновому сопро-
тивлению предусмотренной ли-
нии питания(не обязательно
552
160
Рис. 31.10. Рефлектометр из коакси-
ального кабеля.
а- отрезок коаксиального кабеля
2- оплетка коаксиального кабеля
3- остаток внешней ПВХ изоляции
коаксиального кабеля
4- вывод оплетки
5- внутренний проводник коакси-
ального кабеля
6- изолированный провод под оп-
леткой коаксиального кабеля
g- Общая схема прибора
одинакового типа). Лучше ис-
пользовать толстый коаксиаль-
ный кабель, так как его легче об-
рабатывать. Сначала удаляют
внешнюю ПВХ изоляцию коак-
сиального кабеля на длине 140
мм, при этом на концах оставля-
ют по 10 мм (см. рис. 31.10.а.).
Следующий шаг требует некото-
рого терпения. Необходимо под
оплеткой коаксиального кабеля
пропустить тонкий изолирован-
ный провод, как бы второй внут-
ренний проводник. В большин-
стве случаев оплетку коаксиаль-
ного кабеля можно немного сдви-
нуть , что позволяет легче пропу-
стить изолированный провод.
Таким способом подготовлен-
ный кабель показан на рис.
31.10.а.
Далее отрезок коаксиального
кабеля сгибают в петлю и соби-
рают схему, как показано на рис.
31.1О.Ь. используя подходящие
ВЧ разъемы В} и и высокочас-
тотный переключатель с малыми
потерями. Сопротивление R =
30-150 Ом угольное, безиндук-
тивное. Целесообразно соста-
вить сопротивление R из несколь-
ких параллельных сопротивле-
ний, так как при этом уменьша-
ется индуктивность сопротивле-
ния. Диод G - обычный высоко-
частотный германиевый диод
типа ОА705. Фильтрацию высо-
кой частоты выполняет конден-
сатор С=2-5 пФ. Потенциометр
Р = 50-100 кОм ограничивает ток
микроамперметра, имеющего
ток полного отклонения 0,1-1
мА.
В схеме на рис. 31.10 приме-
няется в измерительной цепи
высокочастотный переключа-
тель, который позволяет отка-
заться от одного германиевого
Рис. 31.11. Варианты схемы рефлек-
тометра из коаксиального кабеля
диода. Однако проводники к
переключателю и сам переклю-
чатель вызывают вредные до-
полнительные индуктивности, с
которыми в КВ диапазоне еще
можно мириться.
В диапазоне УКВ такая кон-
струкция не употребляется, а ис-
пользуются более благоприятные
схемы на рис. 31.11., в измери-
тельной цепи которых находятся
только измерительный провод-
ник и замыкающее сопротивле-
ние. Позади диодов схема уже не
критична, так как проводит толь-
ко постоянный ток.
При рассмотрении схемы на
рис. 31.11.а. следует обратить
внимание, что для обоих измери-
тельных цепей общее замыкаю-
щее сопротивление R подключе-
но точно в геометрическую сере-
дину измерительного шлейфа. На
монтажной схеме рис. 31.12 это
сопротивление представлено в
553
Рис. 31.12. Монтажная схема рефлек-
тометра на рис. 31.11 .а.
виде двух сопротивлений по 120
Ом каждое, что в сумме при па-
раллельном включении дает 240
Ом.
При подключении сопротив-
лений R следует обращать внима-
ние на возможно более короткую
припайку выводов сопротивле-
ний к измерительному проводни-
ку и земле, что существенно вли-
яет на коэффициент направлен-
ного действия. Это касается так-
же германиевых ВЧ диодов, что-
бы устранить нежелательный их
нагрев. Впаивание ВЧ диодов в
схему следует проводить с ис-
пользованием пинцета в качестве
теплоотвода. Лучше применять
парные диоды, можно использо-
вать и другие типы ВЧ диодов,
отличные от указанных в схеме.
В качестве ВЧ разъемов можно
использовать телевизионные
разъемы. В качестве коаксиаль-
ного кабеля лучше всего исполь-
зовать 60-омный коаксиальный
кабель с воздушной изоляцией
типа 60-7-3.
В схеме на рис. 31.11 .Ь. приме-
няются два замыкающих сопро-
тивления R, по 60 Ом каждое.
Электрически эта схема соответ-
ствует схеме на рис. 31.9.
Настойка и калибровка реф-
лектометров будет рассмотрена в
главе 31.2.2.3.
31.2.2.2. Конструкции рефлек-
тометров с жесткими проводника-
ми
От рефлектометров на основе
коаксиального кабеля нельзя
ожидать высоких точностей из-
мерений, кроме того измеритель-
ный проводник, пропущенный
под оплеткой коаксиального ка-
беля трудно доступен при на-
стройке рефлектометра. Точны-
ми показаниями и лучшими воз-
можностями при настройке обла-
дают конструкции с жесткими
проводниками, которые с другой
стороны требуют больших меха-
нических затрат.
Одна из простейших конст-
рукций показана на рис. 31.13.
Основная коаксиальная ветвь со-
стоит из стержня или трубки
внутреннего проводника 1L диа-
метром 6 мм и внешнего провод-
ника A L, представляющего собой
две пластинки из жести длиной
200 мм и шириной 20 мм, нахо-
дящихся на расстоянии 16 мм па-
раллельно друг другу так, как
это показано на рис. 31.13.Ь. и
рис. 31.13.с. Полоски из жести
припаиваются к торцевым плас-
тинам, изготовленным тоже из
жести, на которых крепятся коак-
сиальные ВЧ разъемы В} и В,
554
Рис. 31.13. Рефлектометр и
внешним проводником из по-
лос
а- принципиальная схема
Ь- конструкция, вид сбоку
с- конструкция, вид с торца
Как видно из принципиаль-
ной схемы на рис. 31.13.а. в изме-
рительной цепи используются
два измерительных проводника
и Л/Л2, которые находятся
по обеим сторонам от внутренне-
го проводника (рис. 31.13.с.). Они
изготовлены из проволоки 0 1,6
мм, в качестве которой может
быть использована велосипедная
спица. Измерительные провод-
ники закреплены в держателях К
из изоляционного материала, ко-
торые обеспечивают необходи-
мую параллельность и расстоя-
ние от внутреннего проводника
примерно 6 мм. Держатели К из-
готовляются из изолирующего
материала типа полистирол или
фторопласт и придают жесткость
всей конструкции. Торцевые пла-
стины согнуты на краях, для того,
чтобы можно было к ним крепить
винтами внешний экранирую-
щий кожух.
Волновое сопротивление реф-
лектометра с приведенными раз-
мерами составляет 60 Ом. Длина
рефлектометра может быть уве-
личена или уменьшена в зависи-
мости от рабочей частоты. Чем
ниже рабочая частота, тем боль-
ше должна быть длина рефлекто-
метра, чтобы получить необходи-
мую для работы измерительной
цепи энергию. Если, например,
передатчик работает в 10 м диа-
пазоне, то достаточно мощности
1 Ватт, проходящей через глав-
ную цепь, если передатчик рабо-
тает в 80 м диапазоне, то эта мощ-
ность должна быть уже 8 Ватт.
Это различие обусловлено отно-
шением рабочей длины волны к
длине измерительного проводни-
ка. Поэтому увеличение напряже-
555
ния в измерительном цепи связа-
но с удлинением измерительного
проводника. При этом попереч-
ные размеры рефлектометра не
увеличиваются.
Одним из самых популярных
среди радиолюбителей рефлекто-
метров является вариант, изобра-
женный на рис. 31.14.
Внешний проводник главной
цепи согнут из медной пластины
в форме буквы U. В данной кон-
струкции применяется только
один измерительный проводник,
располагаемый с открытой сто-
роны внешнего проводника (см.
рис. 31.14.Ь.). Измерительный
проводник соединен с корпусом
(внешним проводником) в гео-
метрической середине через за-
мыкающее сопротивление R.
Таким образом из одного изме-
рительного проводника образу-
ются две измерительные цепи.
Сопротивление R угольное, по
возможности с меньшими индук-
тивными потерями и примерно
равно 60 Ом. Оптимальное зна-
чение этого сопротивления от
волнового сопротивления изме-
рительной цепи ML и определя-
ется отношением расстояние/ди-
аметр ILIDL или DJDr Измене-
нием сопротивления R получают
окончательную “чистовую” на-
стройку рефлектометра. Индук-
тивность сопротивления R явля-
ется основным критерием приме-
Рис. 31.14. Рефлектометр с U образным внешним проводником.
а- принципиальная схема; Ь- общий вид (без разъемов); с- сечение; d- чер-
теж стыковки коаксиального разъема.
Размеры в мм, чертежи не в масштабе
556
Внешний проводник может
быть изготовлен не изгибанием
медной пластина, а, например, из
аккуратно спаянных между со-
бой пластин фольгированного
стеклотекстолита толщиной 1,5-
2,0 мм.
Конструкции радиолюбитель-
ских направленных ответвителей
могут быть всевозможными, при
этом при конструировании сле-
дует придерживаться принципа:
не лучшее качество любой ценой,
а необходимое качество доступ-
ными методами.
31.2.2.3. Настройка и калиб-
ровка рефлектометров
Чтобы настроить рефлекто-
метр нужна реальная (активная)
нагрузка в виде сопротивления 60
Ом, подключаемого к антенному
выходу рефлектометра. Это со-
противление обеспечивает рассе-
ивание всей проходящей через
рефлектометр мощности прямой
волны и не создает отраженных
волн. Возникает согласование,
которое характеризуется значе-
нием КСВ 5=1, которое должен
показывать рефлектометр в ре-
жиме “отраженная волна”,т.е.
отсутствие напряжения в измери-
тельной цепи. По различным
причинам в радиолюбительских
рефлектометрах это напряжение
не равно нулю и его следует по-
пытаться настроить.
Нагрузочное сопротивление,
которое называют еще эквива-
лентной нагрузкой, должно рас-
сеивать в виде тепла всю подво-
димую от передатчика мощность.
Чтобы не применять мощные до-
рогостоящие ВЧ сопротивления
процесс настройки проводят при
пониженной мощности передат-
чика. Недорогое нагрузочное со-
противление можно изготовить
самостоятельно по примеру,
изображенному на рис. 31.16.
Нагрузочное сопротивление
представляет собой параллель-
ное включение четырех угольных
безиндуктивных пленочных со-
противлений по 240 Ом каждое,
спаянных на навинчивающейся
крышке коаксиального разъема.
Рис. 31.16. Небольшое нагрузочное
сопротивление для калибровки реф-
лектометра
558
нения этого рефлектометра на
высоких частотах. Поскольку
индуктивности при параллель-
ном сопротивлении уменьшают-
ся (закон Кирхгофа), то сопро-
тивление R обычно изготавлива-
ют из нескольких параллельно
включенных сопротивлений, на-
пример, четырех отдельных со-
противлений по 240 Ом/0,1 Ватт.
При этом необходимо, чтобы
выводы сопротивлений были воз-
можно короткими.
Механическая конструкция
рефлектометра приведена на рис.
31.14.Ь.
Для приведенных размеров
волновое сопротивление рефлек-
тометра равно 60 Ом. Диаметр
внутреннего проводника не реко-
мендуется брать менее 6 мм, так
как в противном случае возник-
нут трудности с установкой па-
раллельности и выдержкой рас-
стояний между ML и IL. Измене-
ние диаметров проводников ве-
дет к изменению расстояния а
стороны внешнего проводника и
расстояния с до внешнего про-
водника.
Для волнового сопротивления
60 Ом отношение Dt: а- 1:2,66;
D}:c= 1:1,41.
Для волнового сопротивления
50 Ом:
D}:a= 1:2,0; D(. с= 1:1,06.
Д ля волнового сопротивления
75 Ом:
D}:a= 1:2,9; с= 1:1,54.
Оба держателя К изготовля-
ются из изолирующего материа-
ла с малыми потерями типа пи-
акрил. Длина рефлектометра мо-
жет изменяться в широких преде-
лах в зависимости от рабочих
длин волн или от чувствительно-
сти стрелочного индикатора и в
общем составляет 150-300 мм.
Длина рефлектометра не влияет
на принципиальные функции
прибора.
Примером конструкторского
решения может быть рефлекто-
метр радиолюбителя DM2AEO
на рис. 31.15.
А-А
Рис. 31.15. Пример конструкции рефлектометра по схеме 31.14 (разработка
радиолюбителя DM2AEO)
557
Мощность такого нагрузочного
сопротивления определяется сум-
мой мощностей каждого отдель-
ного сопротивления. Чем больше
число образующих нагрузочное
сопротивление резисторов, тем
больше мощность рассеяния эк-
вивалентной нагрузки. Следует
следить за тем, чтобы выводы
сопротивлений были по возмож-
ности короткими. Результирую-
щая величина сопротивления на-
грузки всегда должна быть рав-
на волновому сопротивлению
рефлектометра.
Так как комплексные свой-
ства радиоэлементов увеличива-
ются с увеличением частоты, то
следует проводить настройку на
возможно большой частоте. На-
стройка в этом случае особенно
критична, но можно быть уверен-
ным, что на низких частотах бу-
дут достигнуты хорошие резуль-
таты. Рефлектометр для диапазо-
на 28 МГц должен работать так-
же и в диапазоне 145 МГц, на ко-
торой следует проводить на-
стройку.
Как уже говорилось, целесо-
образно провести предваритель-
ную калибровку измерительной
цепи с используемым ВЧ диодом
постоянным напряжением. Изме-
рительная цепь состоит из после-
довательно включенных диода,
стрелочного индикатора и потен-
циометра регулировки чувстви-
тельности, который перед нача-
лом калибровки ставят в поло-
жение соответствующее макси-
мальному замеряемому напряже-
нию . Затем напряжение линейно
уменьшают в и в десятичных еди-
ницах маркируют инструмен-
тальную шкалу. Эта новая шка-
ла аналогична характеристике
диода, особенно в ее начале.
Так как нельзя найти два дио-
да с одинаковой характеристи-
кой, то калибровку проводят все-
гда с диодом, предусмотренным
для цепи измерения отраженно-
го напряжения. Диод, стоящий в
цепи замера прямого напряже-
ния, должен быть парным или
иметь характеристику как можно
более близкую к диоду стоящему
в цепи замера отраженного на-
пряжения.
В главе 5.2. было ранее под-
робно рассказано о коэффициен-
те стоячей волны (КСВ) 5. Со-
гласно уравнению 5.15. КСВ оп-
ределяется как
5= U IU
max min
Так как в рефлектометре на-
пряжению соответствует на-
пряжение прямой волны Uh, а
напряжению i/min соответствует
напряжение обратной волны I/,
то можно записать
s= I U
Л г
В данном случае фактическая
величина напряжения прямой
волны не важна, так как регули-
рующим потенциометром всегда
устанавливают максимальное
отклонение стрелки измеритель-
ного прибора. Поэтому можно
559
принять Uh= 1. Измеряемое на-
пряжение Ц. составит тогда дроб-
ную часть от 1. В этом случае
1 + С/
г
Если шкала была предвари-
тельно откалибрована в десятич-
ных единицах, то этой шкале
можно в соответствии с уравне-
нием (31.4.) сделать следующую
привязку КСВ:
Шкала:
0 12 3 4 5 6 7
s: 1,01,2 1,51,9 2,3 3,0 4,0 5,7
8 9 10
9,0 19 оо
При калибровке шкалы мож-
но воспользоваться так же графи-
ком изменения КСВ s в зависимо-
сти от отношения напряжений
Uh/Ur, приведенным на рис. 31.17.
Рис. 31.17. График изменения КСВ 5
в зависимости от отношения напря-
жений UhIUr ( Uh всегда равно 10 де-
сятичным частям)
Из графика на рис. 31.17. мож-
но получить при необходимости
промежуточные значения КСВ.
Имея график под рекой, не обя-
зательно наносить шкалу в зна-
чениях КСВ, а работать с отно-
сительной десятичной шкалой.
Шкала будет тем равномер-
нее, чем более чувствителен при-
меняемый стрелочный мик-
роамперметр. Обычно применя-
ется микроамперметр с током
полного отклонения 100 мкА, но
могут применяться и другие, с
током отклонения до 1 мА. Но-
минал потенциометра В лежит в
пределах 50-100 кОм и зависит от
внутреннего сопротивления мик-
роамперметра.
Общие указания по настройке
рефлектометров
Процесс настройки начинают
с того, что к разъему В2 с антен-
ной стороны рефлектометра под-
ключают нагрузочное сопротив-
ление, а к разъему Вх подключа-
ют выход передатчика (через л-
фильтр Коллинса). Переключа-
тель на рефлектометре ставят в
положение “прямая волна”, пос-
ле чего включают передатчик и
изменяя схему связи передатчика
с линией питания устанавлива-
ют максимальное показание реф-
лектометра. Эта установка соот-
ветствует оптимальной нагрузке
передатчика. С помощью регули-
ровочного потенциометра уста-
навливают стрелку микроампер-
560
метра на максимальное деление
шкалы (10). Переключают пере-
ключатель на рефлектометре в
положение “обратная волна”,
стрелка микроамперметра долж-
на отклониться к нулевому зна-
чению, в идеальном случае пока-
зав значение 0. В большинстве
случаев остаточное напряжение
пытаются уменьшить, осторожно
передвигая точку подключения
диода D2 к измерительному про-
воднику. При качественном мон-
таже и реальном нагрузочном
сопротивлении это в большин-
стве случаев удается. Для рефлек-
тометра на основе коаксиально-
го кабеля возможность настрой-
ки на нуль очень ограничена. В
этом случае можно пытаться ма-
нипулировать с измерительным
проводником или с замыкающим
сопротивлением.
Если нулевая установка вы-
полнена, то рефлектометр пере-
ворачивают , подключая антен-
ный выход рефлектометра В2 к
передатчику, а выход В, к нагру-
зочному сопротивлению. Поло-
жение потенциометра Р не трога-
ют, а переключатель оставляют в
положение “обратная волна”,
хотя на самом деле он будет из-
мерять прямую волну. При той
же мощности передатчика мик-
роамперметр должен показать
максимальное деление шкалы.
Диод D} приобретает в этом слу-
чае функции обратного диода.
Далее, переключают переключа-
тель в положение “прямая волна”
и измеряют обратное напряжение
через диод D j. В этом месте, в слу-
чае, если стрелка измерительно-
го прибора не показывают значе-
ние 0, передвигают точку припай-
ки диода D} по измерительному
проводнику, добиваясь мини-
мальных показаний. На этом на-
стройка заканчивается и рефлек-
тометр возвращают в первона-
чальное положение.
Большой коэффициент на-
правленного действия ad харак-
теризуется тем, что при реальном
нагрузочном сопротивлении реф-
лектометр показывает большое
напряжение обратной волны. На
причины этого уже было указа-
но в главе 31.2.1. Частично уда-
ется уменьшить это напряжение
изменением сопротивления в из-
мерительной цепи или неболь-
шим изменением положения из-
мерительного проводника. Кро-
ме того, следует обращать внима-
ние на коаксиальные разъемы В1
и В2, на которых не должно про-
исходить скачкообразных изме-
нений волнового сопротивления.
Большое значение на величину
коэффициента направленного
действия имеет размещение эле-
ментов схемы относительно друг
друга.
Также надо упомянуть, что
диоды рефлектометра могут слу-
жить источниками высших гар-
моник. Их устраняют включая в
цепь после диода ВЧ дроссели и
561
конденсаторы. Достаточно бы-
вает также простого экранирова-
ния корпуса рефлектометра.
Рефлектометр является очень
важным прибором для радиолю-
бительской практики, позволяю-
щий производить настройку схем
связи передатчиков с линией пи-
тания, быстрый поиск резонанс-
ной частоты антенны по миниму-
му стоячих волн в линии, произ-
водить настройку элементов ан-
тенны контролируя увеличение
или уменьшение КСВ. Так как
рефлектометр обладает очень
малым ослаблением, его можно
включать постоянно в линию пи-
тания, контролируя уровень со-
гласования.
Рефлектометры можно ис-
пользовать и для симметричных
линий питания. В этом случае
необходимо только позаботить-
ся о симметрирующем устрой-
стве, которое включается между
выходом рефлектометра и лини-
ей питания.
31.3. Индикаторы стоячих
волн в симметричных линиях пи-
тания
Многие радиолюбитель воз-
буждают свои антенны с помо-
щью двухпроводных симметрич-
ных линий питания, причем час-
то используется обычный УКВ
ленточный кабель. Для индика-
ции КСВ в этих линиях питания
были разработаны простые кон-
тролирующие устройства, рабо-
тающие по принципу рефлекто-
метра, которые в общем не позво-
ляют производить замеры, но
позволяют делать оценку величи-
ны КСВ.
31.3.1. Двухламповый индика-
тор двухпроводных ленточных
линий питания (твин - лампа)
В этом простом приборе роль
индикаторов КСВ выполняют
миниатюрные лампочки накали-
вания. Электрическая схема и
конструкция показаны на рис.
31.18.
Петля связи представляет со-
бой отрезок такого же ленточно-
го кабеля, что и кабель линии
передачи. Длина отрезка не дол-
жна превышать Х/4; на практике
она выбирается равной Х/10 или
даже меньше. Оба конца отрезка
короткозамкнуты, а посередине
одна из жил разрывается, так что
петля связи представляет собой
как бы небольшой шлейфовый
вибратор. Проводники в месте
разрыва подключаются к двум
Рис. 31.18. Двухламповый индикатор; а- схема; Ь- конструкция
562
лампочкам накаливания, как по-
казано на рис. 31.18.а., средний
контакт лампочек спаивается
вместе и коротким проводником
соединяется с одним из провод-
ников линии. В качестве лампо-
чек накаливания используются
обычно лампочки 3,8 В / 0,07 А ,
так как нить накала этих лампо-
чек потребляет незначительную
энергию. Петлю связи следует
как можно ближе разместить к
ленточному кабелю и в таком
положении зафиксировать с по-
мощью изоляционной ленты.
Перед измерением мощность
передатчика следует уменьшить,
а затем увеличивать до наступле-
ния среднего свечения. Если при-
близительное согласование уже
достигнуто, то в этом случае лам-
почка 1 , расположенная в на-
правлении передатчика, светится
значительно ярче, чем лампочка
2. Последующая работы по со-
гласованию антенны должны
привести к тому, что лампочка 2
вообще не должна светиться, а
лампочка 1 светится ярко. При
этом в линии питания отсутству-
ют стоячие волны и степень со-
гласования ленточного кабеля с
антенной вполне достаточная.
Если мощность передатчика
недостаточная для для свечения
лампочек, то вместо лампочек
используют резисторы сопротив-
лением 500 Ом. Напряжение вы-
сокой частоты, падающее на этих
резисторах выпрямляется герма-
ниевыми диодами и после филь-
трации выпрямленное напряже-
ние измеряется чувствительным
микроамперметром. Согласова-
ние считается достигнутым, ког-
да напряжение на резисторе, рас-
положенном ближе к передатчи-
ку , будет примерно равно нулю.
31.3.2. Высокочастотные инди-
каторы стоячих волн
Описываемые ниже схемы ин-
дикаторов допускают уже чис-
ленные измерения стоячих волн.
Основным принципом является
измерения ВЧ напряжений в пре-
делах большого участка линии
питания и сравнение значений
напряжений и .
На практике такой способ
измерения оказывается менее
удобным, чем описанный выше
метод с двумя лампами накали-
вания. Это связано с тем, что для
осуществления измерения ВЧ на-
пряжения вдоль линии питания
необходимо сконструировать та-
кое устройство перемещения пет-
ли связи, чтобы эта петля все вре-
мя находилась в одинаковом по-
ложении по отношению к изме-
ряемой линии питания. Конст-
рукция этого устройства, напо-
минающее движок не логарифми-
ческой линейке, приведена на
рис. 31.19.
На рис. 31.19.а. изображена
электрическая схема петли связи,
индуктивно связанная с измеряе-
мой линией питания. ВЧ напря-
563
Рис. 31.19. Измеритель стоячих волн в симметричной двухпроводной линии
питания.
а- электрическая схема; Ь- конструкция, вид спереди; с- конструкция, вид
сбоку
жение выпрямляется германие-
вым диодом и после фильтрации
измеряется микроамперметром.
Так как вольтамперная характе-
ристика диода не линейна, то на
микроамперметр следует нанести
новую шкалу (см. главу
31.2.).Петля связи в этой схеме
меньше, чем в двухламповой схе-
ме, и в диапазоне КВ равна 5-10
см, а в диапазоне 2 м равна 2 см.
Индуктивность дросселей для
всех КВ диапазонов равна при-
мерно 0,5 мкГ. Для УКВ диапа-
зона эти дроссели можно изгото-
вить намотав 20 витков медного
провода на карандаш. В качестве
измерительного прибора не обя-
зательно использовать микроам-
перметр, а можно применить и
более грубый, с током полного
отклонения до 1 мА.
Петля связи состоит из одно-
го витка медного провода 0 1 мм,
утопленного в пластинке из по-
листирола. Для этого провод сна-
чала сильно разогревают, а затем
вплавляют в пластинку, как по-
казано на рис. 31.19.С. Направ-
ляющие для линии питания изго-
тавливают в другой пластине из
полистирола. Обе пластины кре-
пятся друг к другу так, чтобы лен-
точный кабель УКВ можно было
протаскивать между пластин,
при этом положение петли связи
относительно ленточного кабеля
не должно изменяться.
При ведении измерителя
вдоль ленточного кабеля он по-
казывает относительное значение
ВЧ напряжения. В случае согла-
сования в линии питания ВЧ на-
пряжение в каждой точке линии
питания одинаково. В случае на-
личия стоячих волн в линии пи-
тания существуют максимумы и
минимумы напряжения. По отно-
564
Рис. 31.20. Чувствительный индика-
тор стоячих волн
шению этих напряжений получа-
ют непосредственно значение
КСВ 5. В случае если сигнал пе-
редатчика содержит много выс-
ших гармоник, то результат изме-
рения может быть неправиль-
ный.
Более чувствительный изме-
ритель, работающий по этому же
принципу, но свободный от вли-
яния высших гармоник, пред-
ставлен на рис. 31.20.
В этой схеме петля связи со-
единена через отрезок ленточно-
го кабеля с катушкой Lx (1-2 вит-
ка). Катушка L, может относи-
тельно свободно перемещаться
по катушке Lv которая совмест-
но с конденсатором С образует
контур, настроенный на частоту
передатчика. Применение этого
индикатора аналогично описан-
ному выше.
Описанные измерители мож-
но использовать и для измерения
КСВ в самодельных двухпровод-
ных симметричных линиях лю-
бых волновых сопротивлений,
при этом потребуется только не-
сколько изменить конструкцию
измерителя.
31.4. Измерительная линия
Измерительная линия позво-
ляет не только устанавливать
КСВ в ВЧ линии передачи, но и
определять мнимую и действи-
тельную часть сопротивления
подключенного потребителя.
Для УКВ и ДМВ диапазонов из-
мерительная линия представляет
собой жесткий коаксиальный ка-
бель с точно известным волно-
вым сопротивлением. Во внеш-
нем проводнике измерительной
линии сделана продольная щель,
вдоль которой перемещается из-
мерительная головка с чувстви-
тельным емкостным зондом, ко-
торый снимает ВЧ напряжение
(рис. 31.21.).
Промышленные измеритель-
ные линии представляют собой
механически прецизионные при-
боры высокой точности измере-
ний. Цена таких приборов очень
высокая, поэтому эти приборы не
измерительная
головка
к объекту
измерения
Рис. 31.21. Схематическое изображение измерительной линии
565
Рис. 31.22. Трех- диодная измери-
тельная линия
используются радиолюбителями,
к тому же область применения
этих измерительных линий огра-
ничена УКВ и ДМВ диапазоном.
Упрощенная схема измери-
тельной линии представляет со-
бой линию, по длине которой
распределены несколько измери-
тельных зондов, как показано на
рис. 31.22.
Такая трех- диодная измери-
тельная линия изготавливается
для данной частоты диапазона
УКВ или ДМВ, поэтому область
применения этой линии особен-
но ограничен и три точки изме-
рения не дают достаточной точ-
ности. Индуктивность L образу-
ет вместе с емкостью диода резо-
нансный контур настроенный на
рабочую частоту.
Простейшая измерительная
линия из коаксиального кабеля,
имеющего волновое сопротивле-
ние, равное волновому сопротив-
лению исследуемого кабеля,
изображена на рис. 31.23.
Эта измерительная линия
представляет собой отрезок коак-
сиального кабеля длиной не ме-
нее 0,75Х, с которого на равных
расстояниях снята внешняя изо-
ляция и в этих местах сделан дос-
туп в виде отверстий к централь-
ному проводнику коаксиального
кабеля. В отверстия вставляется
и приклеивается полистироловая
трубочка или керамический стер-
жень с отверстием. Отрезок ис-
пользуется как часть линии пита-
ния между выходом передатчика
и кабелем питания.
ВЧ напряжения в точках изме-
рительной линии измеряют с по-
мощью высокочастотного лам-
пового вольтметра. Если напря-
жение во всех точках имеет раз-
личное значение, то в линии име-
ются стоячие волны, если напря-
жение во всех точках одинаковое,
то линия питания точно согласо-
вана с антенной.
31.5. Мостовые схемы в каче-
стве приборов согласования
Очень полезным и очень про-
стым в изготовлении инструмен-
том для согласования антенн яв-
Коаксиальный разъем
к кабелю питания
Коаксиальный разъем
к передатчику
0,751
Рис. 31.23. Простейшая измерительная линия
566
-----o/ffo--
Рис. 31.24. Принципиальная схема
высокочастотного измерительного
моста
ляется высокочастотный измери-
тельный мост, называемый еще
мостом Уитсона или антенноско-
пом. Принципиальная схема из-
мерительного моста представле-
на на рис. 31.24.
Мост запитывается высокоча-
стотным напряжением/ поэтому
все использующиеся в схеме ре-
зисторы должны иметь чисто ак-
тивные сопротивления. Сопро-
тивления Я] и R2 должны быть
равны друг другу с точностью 1%
или еще лучше, а значение этих
сопротивлений не имеет особого
значения. Мост находится в по-
ложении равновесия (нулевое
показание измерительного при-
бора) при выполнении следую-
щих условий:
= R,; : R^ = 1 : 1,
R=R- R.:R=l:l.
3 4’ 3 4
Если вместо R4 подключить
исследуемый образец, действи-
тельное сопротивление которого
требуется определить, а в каче-
стве R3 использовать безиндук-
тивное откалиброванное пере-
менное сопротивление, то нуле-
вое показание измерителя разба-
ланса моста будет достигнуто
при значении переменного со-
противления, равного действи-
тельному сопротивлению иссле-
дуемого образца. Таким образом
можно непосредственно изме-
рять входное сопротивление ан-
тенны. При этом надо помнить,
что входное сопротивление ан-
тенны реально только в случае,
когда антенна находится в резо-
нансе. Это значит что частота
питания измерительного моста
должна соответствовать резонан-
сной частоте излучателя. Кроме
того, мостовая схема может ис-
пользоваться для измерения вол-
нового сопротивления линий пе-
редачи или питания антенн и для
измерения коэффициента укоро-
чения.
31.5.1. Антенноскоп
На рис. 31.25 изображена мо-
стовая схема для проведения ан-
тенных измерений, разработан-
ная радиолюбителем W2AEF и
названная антенноскопом.
Приведенные значения для R j,
Rr С}, С2 могут иметь другие зна-
чения, например, 150 или 250 Ом,
важно только, чтобы они были
равны. Переменное сопротивле-
ние должно быть обязательно
безиндуктивное и не обязательно
высокой точности. Потенцио-
метр располагается в отдельном
отсеке корпуса антенносокопа,
при монтаже прежде всего следу-
ет следить, чтобы не возникало
567
Рис. 31.26. Антенноскоп радиолюби-
теля W2AEF
Одна из точек моста заземля-
ется и, следовательно, мост не-
симметричен относительно зем-
ли. Поэтому он подходит для из-
мерения несимметричных (коак-
сиальных) линий питания. Если
требуется использовать мост для
измерения симметричных линий
питания, то прибор не заземляет-
ся и удаляется от земли с помо-
щью подставки. Корпус прибора
в этом случае должен быть по-
крыт лаком или пленкой.
Антенноскоп может приме-
няться в диапазоне КВ и УКВ.
Граница его применения в диапа-
зоне УКВ зависит в основном от
конструкции и отдельных радио-
элементов, входящих в схему.
В качестве высокочастотного
генератора , возбуждающего из-
мерительный мост, вполне доста-
точно использовать ламповый
гетеродинный индикатор резо-
нанса. Для работы измерительно-
го моста требуется ВЧ мощность
примерно 0,2 Вт. Питание моста
лучше осуществлять с помощью
катушки связи (1-3 витка), при-
чем степень связи с катушкой
контура ГИР должна регулиро-
ваться так, чтобы при отключен-
ном испытуемом образце измери-
тельный прибор давал полное
отклонение. Следует учитывать,
что при слишком сильной связи
градуировка частоты ГИРа не-
сколько смещается. Чтобы не до-
пустить ошибок, рекомендуется
контролировать измерительную
частоту по откалиброванному
приемнику.
Проверка работоспособности
измерительного моста осуществ-
ляется подключением к измери-
тельному гнезду моста безиндук-
тивного резистора известного
сопротивления. Переменное со-
противление при условии балан-
са моста должно показать сопро-
тивление, равное подключенно-
му сопротивлению. Эта операция
повторяется для нескольких со-
противлений на нескольких час-
тотах. При этом выясняется час-
тотный диапазон работы антен-
носкопа. Вследствие того, что в
диапазоне УКВ элементы схемы
антенноскопа приобретают ком-
569
Рис. 31.25. Антенноскоп
а- общая принципиальная схема из-
мерительного моста
Ь- принципиальная схема радиолю-
бителя W2AEF.
R} = R2 = 200 Ом, С = С2 = 500 пФ, R3
- переменное сопротивление 500 Ом,
Rv - ограничивающее сопротивление
микроамперметра, М - стрелочный
магнитоэлектрический микроампер-
метр с током полного отклонения
200 мкА, D - германиевый диод.
паразитных емкостей между пе-
ременным сопротивлением и дру-
гими элементами в том числе и
корпусом. Для этого потенцио-
метр располагают на втулках из
диэлектрика некотором удалении
от корпуса, а шлиц удлиняют с
помощью трубки из полистиро-
ла. Корпус потенциометра не
должен касаться корпуса антен-
носкопа. Номинал потенциомет-
ра может уменьшен до 100 Ом
если работают преимущественно
с коаксиальнами кабелями, что
позволяет получить большую
точность при считывании пока-
заний.
Шкала потенциометра граду-
ируется по точному омметру.
При балансе моста сопротивле-
ние испытуемого образца будет
равно значению сопротивления,
нанесенному на шкалу потенци-
ометра.
Величина ограничивающего
сопротивления в цепи микроам-
перметра зависит от внутренне-
го сопротивления микроампер-
метра и от желаемой чувстви-
тельности прибора. Автором
прибора применен микроампер-
метр с током полного отклоне-
ния 0,2 мА, который может быть
заменен на микроамперметр с
током полного отклонения 0,05
или 0,1 мА.
К диоду не предъявляются
высокие требования. Подойдет
любой германиевый высокочас-
тотный диод, например типа ОА
705.
Проводники мостовой изме-
рительной схемы должны быть
как можно короче для уменьше-
ния их собственных индуктивно-
стей и емкостей, при конструиро-
вании прибора следует соблю-
дать симметрию в расположении
его деталей. Прибор заключает-
ся в кожух, разделенный на три
отдельных отсека, в которые по-
мещаются элементы антенноско-
па как показано на рис. 31.25.Ь.
и рис. 31.26.
568
плексный характер, баланс мос-
та становится неточным, и если в
диапазоне 2 м еще можно прово-
дить измерения, то в диапазоне 70
см данная схема моста совершен-
но непригодна.
Промышленно выпускаемые
измерительные мосты, благода-
ря качественной конструкции и
мерам по компенсации комплек-
сных сопротивлений, могут рабо-
тать до частоты 250 МГц.
31.5.2. Измеритель параметров
антенн и коаксиальных кабелей
Этот популярный измеритель
параметров антенн и коаксиаль-
ных кабелей представляет высо-
кочастотный измерительный
мост, который специально пред-
назначен для измерения входных
сопротивлений антенн и волно-
вых сопротивлений коаксиаль-
ных кабелей не превышающих
100 Ом, а также замера высоко-
частотных напряжений.
Схема измерителя приведена
на рис. 31.27.
Рис. 31.27. Измеритель параметров
антенн и коаксиальных кабелей
Корпус, в который помещает-
ся измерительная схема, разделен
также на три секции. В средней
секции располагается схема вып-
рямителя ВЧ напряжения на ВЧ
германиевом диоде. В качестве
переменного сопротивления ис-
пользуется безиндуктивный
угольный потенциометр 100 Ом.
При его установке следует руко-
водствоваться указаниями, при-
веденными в главе 31.5.1. Сопро-
тивления резисторов R} и R2 дол-
жны быть одинаковыми (40-80
Ом), безиндуктивными, с номи-
нальной мощностью 1 Ватт. Ог-
раничивающие сопротивления R4
и R5 представляют обычные ре-
зисторы 0,25 Вт, их значения для
микроамперметра с током полно-
го отклонения стрелки 0,1 мА со-
ставляют 15 кОм для R4 15 кОм
и для R5 7,5 кОм. Следует соблю-
дать соотношение резисторов R4
и R5, равное 2:1. Конденсаторы
CD} и CD2 - проходные конден-
саторы с емкостью примерно
1000 пФ. Шкала потенциометра
градуируется через каждые 10
Ом.
После монтажа схемы перехо-
дят к ее настройке. Для этого из-
мерительный вход прибора В2
нагружают безиндуктивным со-
противлением, например, 60 Ом.
Переключатель устанавливают в
положение “вольтметр”. На вход
питания подают ВЧ напряже-
ние от лампового ГИР. Для ВЧ
мощности 0,2 Ватт, которую мо-
570
жет отдавать генератор ГИР,
стрелка измерителя должна от-
клониться примерно на полови-
ну шкалы. Затем переключают
тумблер в положение “мост” и
вращают движок потенциометра,
добиваясь нулевого положения
стрелки индикатора. При балан-
се в мосту, значение потенцио-
метра должно соответствовать
значению измеряемого сопротив-
ления. Эта проверка должна быть
проведена для различных частот
и измеряемых сопротивлений.
После этого измеряемое со-
противление со входа удаляют,
а переключатель ставят в положе-
ние “вольтметр”. Индикатор
опять должен показать половину
шкалы. При переключении в по-
ложение “мост” индикатор дол-
жен показать полное отклонение
стрелки (отношение ограничива-
ющих сопротивлений 2:1). Если
стрелка отклоняется не полнос-
тью, изменением Я5 добиваются
полного отклонения. Этот про-
цесс повторяют и при коротко-
замкнутом измерительном входе
(потенциометр Ry не должен
стоять в нулевом положении). И
в этом случае при положении пе-
реключатель в положении “воль-
тметр” стрелка должна откло-
ниться на половину шкалы, а в
положении “мост” на полную
шкалу. Если это не происходит ,
то это значит, что резисторы
и R^ не точно равны между собой.
После этого переходят к ка-
либровке шкалы измерителя в
значениях КСВ. Движок потен-
циометра устанавливают на зна-
чение 60 Ом и к измерительному
входу подключают безиндуктив-
ное сопротивление так же 60 Ом.
Напряжение питания от генера-
тора ГИР устанавливают таким,
чтобы в положении “вольтметр”
индикатор показывал половину
шкалы. При переключении в по-
ложение “мост” стрелка индика-
тора должна прийти в нулевое
положение, что соответствует
значению КСВ s = 1. Далее начи-
нают подключать к измеритель-
ному входу различные другие со-
противления с известным сопро-
тивлением и отмечают на шкале
соответствующие им отклонения
стрелки индикатора. Движок
потенциометра при этом не тро-
гают. Если , например, подклю-
чено сопротивление 120 Ом, то
это соответствует КСВ s = 2, при
сопротивлении 240 Ом, значение
КСВ s= 4 и т.д. При достаточно
большом количестве сопротивле-
ний можно построить достаточ-
но точную калиброванную кри-
вую. В данном случае значения
КСВ наносятся непосредственно
на шкалу микроамперметра.
При практических измерени-
ях следует придерживаться следу-
ющих правил:
а- Потенциометр всегда сле-
дует устанавливать на ожидаемое
значение сопротивления.
Ь- Величина входного напря-
жения питания (установка в по-
ложении “вольтметр” на полови-
571
ну шкалы) должна проверяться
перед каждым замером.
с- При измерениях антенн ча-
стота питания должна соответ-
ствовать резонансной частоте
антенны
С помощью описанной выше
схемы измерителя можно решать
с достаточной точностью все за-
дачи, встающие перед радиолю-
бителем при согласовании КВ
антенн с линией питания.
31.5.3. Измерительный мост
для замера КСВ с постоянным
измерительным сопротивлением
Часто радиолюбителем для
питания своих антенн применяет-
ся только один тип коаксиально-
го кабеля, в большинстве случа-
ев с волновым сопротивлением
60 Ом. В этом случае потенцио-
метр мостового измерителя мо-
жет быть заменен безиндуктив-
ным постоянным резистором.
Такая схема немного ограничена,
однако надо учитывать, что для
диапазона УКВ сложно приобре-
сти потенциометр, сопротивле-
ние которого в диапазоне УКВ
носило бы еще действительный
характер. Напротив, качествен-
ный УКВ резистор с малыми по-
терями приобрести достаточно
просто.
На рис. 31.28 приведены две
схемы мостов для измерения сто-
ячих волн с постоянным измери-
тельным сопротивлением R^. В
зависимости от волнового сопро-
Рис. 31.28. Измерительные мосты
для замера КСВ с постоянным изме-
рительным сопротивлением
тивления распространенных ко-
аксиальных кабелей сопротивле-
ние Rz имеет значение 50, 60, 70,
или 75 Ом. Оно должно обладать
достаточной точностью, малой
индуктивностью и мощностью не
менее 0,5 Ватт. Все вышеописан-
572
ные указания по конструкции и
по настройке мостов справедли-
вы и для этих схем.
Ограничивающие резисторы
и R4 имеют одинаковые значе-
ния. Сопротивление их тем боль-
ше, чем больше чувствительность
микроамперметра. Все применя-
емые конденсаторы керамичес-
кие, примерно по 5000 пФ. Под-
строечное сопротивление Ak = 1
кОм необходимо только при пер-
вой настройке. Потенциометр Rc
регулирует чувствительность ин-
дикаторной цепи. Сопротивле-
ние помещают в отдельную
экранированную секцию, причем
его выводы между ВЧ разъемами
В1 и должны быть как можно
короче.
Сначала при свободном изме-
рительном разъеме В^ запитыва-
ют мост ВЧ напряжением через
входной разъем Вг Переключа-
тель ставят в положение “вольт-
метр” и потенциометром чув-
ствительности устанавливают
стрелку микроамперметра на
полное отклонение. После этого
переключатель ставят в положе-
ние “мост” и добиваются также
полного отклонения стрелки кор-
ректировкой подстроечного по-
тенциометра Ак. Далее переклю-
чатель ставят снова в положение
“вольтметр”, а на измерительном
разъеме В, ставят короткозамы-
кающую перемычку. При необхо-
димости, потенциометром Re
снова регулируют полное откло-
нение стрелки, при переключении
в положение “мост” это значение
должно сохраниться, в против-
ном случае сопротивления R} R,
не достаточно равны или суще-
ствует паразитная связь по высо-
кой частоте между плечами мос-
та. Эту настройку необходимо
провести на нескольких частотах
, включая минимальную и макси-
мальную рабочую частоту (на-
пример, 80 и 10 м диапазоны). По
полученным результатам можно
проанализировать возможные
ошибки. Если, например, значе-
ния сопротивлений R} и R, не до-
статочно равны, ошибки показа-
ний будут постоянны на всех ча-
стотах. Если ошибки показа-
ний на различных частотах раз-
личны, то можно предположить,
что элементы схемы моста распо-
ложены не благоприятным обра-
зом и есть паразитные индуктив-
ные или емкостные связи.
При конструировании ВЧ из-
мерительного моста следует со-
блюдать следующие общие пра-
вила:
а- элементы, образующие пле-
чи моста должны иметь как мож-
но короткие выводы.
Ь- сопротивления Az, R j ,R, сле-
дует располагать от окружающих
их металлических частей на рас-
стоянии не менее 2 диаметров
этих сопротивлений.
с- элементы, находящиеся под
ВЧ напряжением должны распо-
лагаться так, чтобы минимально
573
уменьшить индуктивное и емко-
стное влияние их друг на друга.
Для проверки балансировки
моста выполняют предваритель-
ные установки: при открытом
измерительном входе В3 устанав-
ливают чувствительность прибо-
ра по максимальному отклоне-
нию стрелки. После этого под-
ключают к измерительному вхо-
ду В^ безиндуктивное сопротив-
ление, равное сопротивлению Az.
При нахождении переключателя
в положении “вольтметр” стрел-
ка прибора должна показывать
полное отклонение, а в положе-
нии “мост” должна отклониться
на нуль. Если стрелка не полнос-
тью становится на нуль при раз-
ных частотах и имеет постоян-
ную ошибку, то это значит, что
сопротивление и подключен-
ное к измерительному входу со-
противление не точно равны
между собой. Если ошибка меня-
ется при изменении частоты, то
это значит, что есть паразитные
связи в схеме моста или сопротив-
ление R£ имеет индуктивность.
Если между показаниями
шкалы и ВЧ напряжением суще-
ствует пропорциональность и
максимальное значение шкалы 10
соответствует максимальному
напряжению, то КСВ s можно
определить, как было уже ранее
рассказано из рис. 31.17., в зави-
симости от величины отклонения
стрелки от нулевого значения
(положении переключателя
“мост”).
574
31.6. Измерители напряженно-
сти электромагнитного поля
Для окончательной настрой-
ки антенны и контроля ее харак-
теристик излучения служат про-
стые индикаторы напряженности
электромагнитного поля.
На рис. 31.29. приведены
принципиальные схемы несколь-
ких несложных индикаторных
приборов.
На рис. 31.29. изображена схе-
ма самого простого индикатора,
представляющая полуволновой
вибратор, в середине которого
включен полупроводниковый
германиевый диод. Параллельно
диоду подключается возможно
более чувствительный микроам-
перметр в качестве измеритель-
ного инструмента. Длина вибра-
тора может быть меньше Л/2, при
этом соответственно уменьшает-
ся чувствительность измеритель-
ной схемы. Если антенна имеет
горизонтальную поляризацию,
то измерительную схему также
следует располагать в горизон-
тальной плоскости на той же вы-
соте, что и исследуемая антенна.
Если антенна излучает в сторону
индикатора напряженности поля,
то стрелка микроамперметра от-
клониться на большее или ; мень-
шее значение, в зависимости от
мощности передатчика, чувстви-
тельности индикатора и от рас-
стояния до антенны. При работе
с этим индикатором потребуется
помощь еще одного человека.
Рис. 31.29. Индикаторы напряженности электромагнитного поля
Как видно из рис. 31.29.Ь. из-
мерительный прибор можно от-
делить от вибратора с помощью
скрученной двухпроводной ли-
нии передачи любой длины так ,
что показание индикатора мож-
но наблюдать не прибегая к по-
мощи посторонних лиц. Дроссе-
ли Dr} и Dr, в диапазоне КВ име-
ют индуктивность 1 мГ, а в диа-
пазоне УКВ имеют 5-8 витков
медного провода, намотанных на
карандаше, как оправке (не кри-
тично).
Схема на рис. 31.29.с. работа-
ет со шлейфовым вибратором.
Шлейфовый вибратор согласо-
ван с ленточным кабелем УКВ с
волновым сопротивлением 240-
300 Ом любой длины. Конец лен-
точного кабеля нагружают со-
противлением 240-300 Ом для
обеспечения согласования. Де-
тектирование ВЧ напряжения в
данном случае производится у
основания линии питания. Эта
схема особенно удобна для ис-
пользования в диапазоне УКВ,
так как в диапазоне КВ размеры
шлейфового вибратора доста-
точно большие.
Специально для диапазона
КВ годится схема на рис. 31.29.d.
В этом случае ВЧ напряжение
принимается вспомогательной
антенной снимается с дросселя
выпрямляется германиевым
диодом и выпрямленное напря-
жение подается через двухпро-
водную линию любой длины на
измерительный прибор. Схема
может быть заземлена. Большую
575
чувствительность получают, если
параллельно L, включают пере-
менный конденсатор, образую-
щий параллельный резонансный
контур. Колебательный контур
настраивают на рабочую часто-
ту передатчика антенны. В каче-
стве ВЧ диодов могут служить
любые типы германиевых ВЧ
диодов, например, ОА 705. К из-
мерительному прибору не
предъявляется высоких требова-
ний, единственно, полное откло-
нение должно быть < 5 мА.
С помощью описанных про-
стых приборов можно произво-
дить относительные измерения
напряженности поля и прибли-
женную оценку диаграммы на-
правленности и обратного ослаб-
ления у вращающихся антенн.
В некоторых случаях жела-
тельно иметь избирательные из-
мерители напряженности поля,
т.е. приборы, которые показыва-
ют напряженность поля после
предварительной настройки на
рабочую частоту. Эти приборы
объединяют в себе функции как
индикатора поля так и волноме-
ра. Очень простой адсорбцион-
ный волномер-индикатор поля
изображен на рис. 31.30.
Этот измерительный прибор,
несмотря на свою маленькую
чувствительность, может сослу-
жить радиолюбителю очень
большую службу. Катушка
образует совместно с конденсато-
ром С( колебательный контур.
576
Рис. 31.31. Избирательный индика-
тор напряженности поля
Для того, чтобы контур как мож-
но меньше шунтировался измери-
тельной антенной и германиевым
диодом, связь этого контура с со
схемой индикатора осуществля-
ется с помощью катушки связи
Л2, которая слабо связана с ка-
тушкой Lr При настройке конту-
ра С( на рабочую частоту, при-
бор дает ярко выраженный резо-
нансный максимум. Катушки
контура можно сделать сменны-
ми для перекрытия всех диапазо-
нов, а шкалу переменного кон-
денсатора отградуировать в зна-
чениях частоты. Величина кон-
денсатора С( для этой схемы
обычно выбирается около 50 пФ.
Для определения данных кату-
шек можно воспользоваться таб-
лицами 31.1. и 31.2. В качестве
стрелочного прибора можно ис-
пользовать микроамперметр с
током полного отклонения 1 мА.
Область применения прибора
очень многогранна. Если ^снас-
тить этот прибор вместо измери-
тельной антенны отрезком коак-
сиального кабеля, на конце кото-
рого находится петля связи, то
можно искать места паразитных
излучений в в отдельных каска-
дах передатчика. Эта же схема
может использоваться для нейт-
рализации оконечных ламп пере-
датчика. Если включить парал-
лельно измерительному прибо-
ру высокоомные головные теле-
фоны, то можно прослушивать
модуляцию собственного пере-
датчика.
Шкала ВЧ напряжения полу-
чается не линейной, а квадратич-
ной. Ее можно в большей степе-
ни выпрямить, используя более
чувствительный микроампер-
метр или включая последователь-
но с микроамперметром резис-
тор с большим сопротивлением
(10 кОм), но при этом уменьша-
ется чувствительность.
Для повышения чувствитель-
ности избирательного индикато-
ра напряженности поля исполь-
зуют однокаскадный транзистор-
ный усилитель. Пддобная схема
приведена на рис. 31.31.
Транзистор вызывает в зави-
симости от типа, 10 кратное уве-
личение тока, что позволяет ис-
пользовать недорогие мало-
чувствительные миллиампермет-
Рис. 31.31. Избирательный индика-
тор напряженности поля с транзис-
торным усилителем тока
ры. В схеме можно использовать
любой низкочастотный транзис-
тор и германиевый диод. В кол-
лекторе транзистора включена
мостовая измерительная схема,
позволяющая в отсутствии сигна-
ла устанавливать стрелку милли-
амперметра на нуль. Нулевой
баланс моста надо часто контро-
лировать, так как в зависимости
от температуры изменяются ха-
рактеристики транзистора.
Для схемы на рис. 31.32., ко-
торая может работать в 2 м диа-
пазоне, потребуется более высо-
кочастотный транзистор с
возможно маленьким обратным
током коллектора, например, тип
GF121.
Для того чтобы резонансный
контур LC не сильно шунтиро-
вался небольшим входным со-
противлением транзистора, базу
транзистора подключают к час-
ти витков катушки L ближе к ее
корпусному концу. Длина изме-
рительной антенны зависит от
длины волны и от величины на-
Рис. 31.32. Избирательный индика-
тор напряженности поля на ВЧ
транзисторе
19Антенны
577
пряженности электромагнитного
поля.
31.7. Простые устройства для
измерения ВЧ токов и ВЧ напря-
жений
В некоторых случаях, особен-
но при применении настроенных
линий питания, бывает желатель-
но замерять антенные ВЧ напря-
жения и токи. Измерения абсо-
лютного значения тока в антен-
не проводятся с помощью термо-
пары в сочетанием с чувствитель-
ным магнитоэлектрическим мик-
роамперметром или применяют-
ся специальные тепловые прибо-
ры. Однако такие приборы доро-
ги и, кроме того, чувствительны
к перегрузкам.
Обычно при настройке антен-
ны радиолюбителю нет необхо-
димости знать абсолютное значе-
ние антенного тока, а достаточ-
но использовать измерительные
схемы, которые позволяют опре-
делить при настойке максимум
антенного тока. В простейшем
случае между выходом передат-
чика и линией питания включа-
ется лампочка накаливания (на-
пример, лампочка подсвета шка-
лы) и максимум тока определяет-
ся по максимальному свечению
(рис. 31.33.).
Параллельно лампочке вклю-
чается сопротивление Rs, которое
одновременно защищает лампоч-
ку от перегорания и несколько
уменьшает вредную индуктив-
578
Рис. 31.33. Лампочка накаливания в
качестве индикатора антенного тока
а- для однопроводной линии
Ь- для двухпроводной линии
ность лампочки. Две лампочки,
включенные в симметричную ли-
нию питания (рис. 31 .ЗЗ.Ь.) кро-
ме того индицируют, что обе вет-
ви линии питания возбуждаются
примерно симметрично, (равно-
мерное свечение обоих ламп).
Изображенные на рис. 31.34.
измерители антенного тока отли-
Рис. 31.34. Измерители антенного
тока
а- схема со шлейфом связи
Ь- измерение падения напряжения
на низкоомном сопротивлении
с- ВЧ трансформатор
чаются только видом связи с ли-
нией питания и имеют большую
чувствительность, по сравнению
с лампами накаливания. Наряду
с этим появляется возможность
определять максимумы и мини-
мумы ВЧ напряжений в линии
питания. В качестве выпрямите-
лей ВЧ напряжения используют-
ся полупроводниковые германи-
евые диоды (например, ОА 625,
ОА 705 и др.).
Неоновая лампочка может
выступать в качестве индикато-
ра ВЧ напряжения. На рис. 31.35
показаны схемы подключения
неоновой лампочки в линию пи-
тания антенны.
При средних мощностях пере-
датчика достаточно просто при-
близить неоновую лампочку к
линии питания (двухпроводной
несколько витков
изолированного провода
Рис. 31.35. Индикатор напряжения
высокой частоты на неоновой лам-
почке
Рис. 31.36. Чувствительные схемы
индикаторов напряжений высокой
частоты
симметричной), чтобы лампочка
загорелась.
Очень высокой чувствитель-
ностью обладают схемы, приве-
денные на рис. 31.36. Величина
ограничивающего ток через мил-
лиамперметр сопротивления Rv
зависит от сопротивления милли-
амперметра и желаемой чувстви-
тельности .
Все применяемые в этих схе-
мах конденсаторы керамические.
Существует только один недоста-
ток применения диодов в антен-
ном контуре : Вследствие нели-
нейной характеристики диода
при выпрямлении ВЧ напряже-
ния возникают гармоники выс-
ших порядков в рабочей часто-
те, которые могут излучаться ан-
тенной и являться причиной по-
мех радиовещательному и теле-
визионному приему.
31.8. Эквиваленты нагрузки.
К важным вспомогательным
устройствам радиолюбительских
станций относятся эквиваленты
нагрузки, которые в своей про-
стейшей форме представляют чи-
сто омическое нагрузочное со-
противление. Величина сопро-
тивления эквивалента нагрузки
определяется величиной сопро-
тивления, при котором наступа-
ет согласование. В соответствии
с этим эквивалентной нагрузкой
для коаксиального кабеля с вол-
новым сопротивлением 60 Ом
является омическое сопротивле-
19’
579
ние 60 Ом, которое следует под-
ключить на конце кабеля. В этом
случае в линии наступает согла-
сование, которое характеризует-
ся отсутствием стоячих волн и вся
энергия передатчика рассеивает-
ся на эквивалентной нагрузке в
тепло. Если такой эквивалент
нагрузки подключают вместо ан-
тенны к линии питания, то иног-
да образно говорят об искусст-
венной антенне.
Эквивалентная нагрузка име-
ет многогранное применение. Ее
используют не только при на-
стройке передатчиков, но и для
замера мощностей и для калиб-
ровке антенных измерительных
приборов. Мощность нагрузоч-
ного сопротивления должна оп-
ределяться поставленной зада-
чей, в случае использования эк-
вивалента нагрузки в качестве
искусственной антенны, сопро-
тивление должно быть рассчита-
но на рассеивание всей подводи-
мой мощности передатчика. К
сожалению, мощные сопротивле-
ния с малой индуктивностью до-
роги и их сложно приобрести,
поэтому радиолюбитель может
ограничиться только комбинаци-
ями угольных безиндуктивных
сопротивлений, которые для ра-
диолюбительской практики
вполне достаточны.
Проволочные спиральные со-
противления совершенно не го-
дятся в качестве эквивалента на-
грузки из-за их высокой индук-
тивности.
580
Паразитная индуктивность
сопротивления уменьшается,
если сопротивления включаются
параллельно, при этом одновре-
менно увеличивается общая рас-
сеиваемая мощность. Правда при
этом одновременно суммируют-
ся и нежелательные емкости со-
противлений, которые можно, в
случае необходимости, компен-
сировать через соответствующую
индуктивность.
В качестве самых примитив-
ных, но часто применяемых ра-
диолюбителями, эквивалентов
нагрузки могут служить лампы
накаливания, которые подключа-
ются к выходному каскаду пере-
датчика. Конечно о реальности
этой нагрузки не может быть и
речи, не говоря о том, что сопро-
тивление лампы очень сильно за-
висит от температуры нити нака-
ливания. Отношение сопротивле-
ния холодной нити накала к со-
противлению горячей нити нака-
ла достигает значения 1:15!
Так как в распоряжении ра-
диолюбителя часто бывает набор
старых угольных сопротивлений,
то эквивалент нагрузки можно
собрать из параллельного вклю-
чения большого числа сопротив-
лений с мощностью каждого >0,5
Ватт. Так как эквивалент нагруз-
ки всегда применяется в сочета-
нии с коаксиальными линиями
передач, то общее сопротивление
преимущественно 60, реже 50, 70
или 75 Ом. Если имеется, напри-
мер, большое число сопротивле-
ний со значением 1,5 кОм и мощ-
ностью 1 Ватт, то можно полу-
чить сопротивление 60 Ом вклю-
чив 25 сопротивлений 1,5 кОм
параллельно (1500/60=25), при
этом мощность составит 25 Ватт.
Если имеется в распоряжении со-
противления с меньшими значе-
ниями, например, 150 Ом / 2 Ватт,
то можно использовать парал-
лельно-последовательное вклю-
чение. Например, 2 сопротивле-
ния последовательно в ряд (300
Ом) и пять таких рядов парал-
лельно (300 Ом / 5 = 60 Ом) при
мощность 10 4 2 Ватт = 20 Ватт.
Хорошим экранирующим
корпусом для эквивалента на-
грузки может служить жестяная
банка, например, из под красок.
На рис. 31.37. показан пример
монтажа комбинации сопротив-
лений вместе с коаксиальным
разъемом на крышке такой бан-
ки. При монтаже следует позабо-
титься о необходимой стабильно-
сти конструкции.
коаксиальный разъем
медные жилы
Рис. 31.37. Пример монтажа эквива-
лентной нагрузки
Рис. 31.38. Пример монтажа эквива-
лентной нагрузки с коаксиальным
расположением сопротивлений.
а- монтаж сопротивлений
Ь- схема отверстий под выводы со-
противлений на стеклотекстольто-
вой шайбе
Эта конструкция имеет то пре-
имущество, что внутрь банки
можно налить трансформатор-
ное масло (можно также жидкое
автомобильное), что увеличива-
ет мощность рассеяния сопротив-
лений примерно в 3 раза.
С электрической точки зрения
более удачной является конструк-
ция на рис. 31.38., которая отли-
чается коаксиальным расположе-
нием сопротивлений. Для фикса-
ции сопротивлений используется
стеклотекстольтовая шайба.
Если эквивалент нагрузки
имеет чисто активное сопротив-
ление, то легко можно рассчитать
отдаваемую передатчиком мощ-
ность. Для этого измеряют ВЧ
головкой лампового вольтметра
напряжение на внутреннем про-
воднике и рассчитывают мощ-
ность по формуле
и
Р = —^~ (31-5.)
Здесь Uerr- эффективное (дей-
ствующее напряжение). Если
581
производят замер максимально-
го напряжения U2 то мощность
рассчитывают по следующей
формуле
U2
(3L6)
Замеренная мощность вклю-
чает и гармоники. Для замера
мощности передатчика на рабо-
чей частоте потребуется селек-
тивный ламповый вольтметр.
31.9. Аттенюаторы
Аттенюаторами, которыми
радиолюбитель пользуется для
снятия антенных характеристик:
определении коэффициента уси-
ления и диаграммы направлен-
ности антенны (составление отче-
та), включаются в качестве пас-
сивных четырехполюсников меж-
ду измерительным объектом (на-
пример, антенной) и индикато-
ром (например, приемником ).
Ослабление аттенюатора обозна-
чается в дБ и может изменяться
либо непрерывно, либо ступенча-
то.
В соответствии с целью при-
менения различают симметрич-
ные и несимметричные аттенюа-
торы. При включению аттенюа-
торов в линию передачи они не
должны нарушать согласование.
Простые аттенюаторы осуществ-
ляют ослабление не более 20 дБ
(10 : 1). Для получения большего
ослабления включают несколько
аттенюаторов последовательно.
Значения отдельных аттенюато-
ров складываются.
В зависимости от вида схемы
включения образующих аттеню-
атор сопротивлений различают
Т- образную ил- образную схе-
мы аттенюатора (рис. 31.39.).
По эффективности эти схемы
идентичны, однако в общем л-
образная схема предпочтитель-
нее. Расчет отдельных сопротив-
лений, образующих схему атте-
нюатора, производят в соответ-
ствии с законом Кирхгофа. Для
симметричной Т- образной схе-
мы на рис. 31.39.а. по расчет ве-
дут формулам
Рис. 31.39. Аттенюатор
а- симметричная Т- образ-
ная схема
Ъ- несимметричная Т- об-
разная схема
с- симметричная л- образ-
ная схема
d- несимметричная л- об-
разная схема
582
= Z(a-1)
1 2(а+1)
2Za
(31.7.)
(31.8.)
где Z- входное и выходное со-
противление аттенюатора в Ом,
а - коэффициент ослабления (ча-
стность от деления входного и
выходного напряжения).
Для симметричной л- образ-
ной схемы на рис. 31.39.С. по рас-
чет ведут формулам
R,= Z(^4) (31.9.)
Для несимметричной Т- об-
разной схемы на рис. 31.39.Ь.:
_ Z(a-1)
1 а+1
(31.11.)
(31.12.)
Величина сопротивления R2
определяется по формуле (31.8.)
Для несимметричной л- об-
разной схемы на рис. 31.39.d.:
_ Z(<f-1)
R'- 2а
R2 получают из формулы
(31.16.).
При конструировании атте-
нюатора следует придерживать-
ся следующих правил:
Применяют безиндуктивные
сопротивления с мощностью 74,
78, или 710 от общей мощности
аттенюатора. Проволочные со-
противления исключены. Наибо-
лее пригодны специальные УКВ
сопротивления.
Проволока при монтаже не
применяется, монтаж ведут меж-
ду выводов сопротивлений, кото-
рые должны быть возможно ко-
роче. Каждый липший сантиметр
проводника несет ненужное ин-
дуктивное сопротивление в схе-
му.
Монтаж должен вестись так,
чтобы между сопротивлениями
не образовывалась паразитная
емкость, т.е. сопротивления дол-
жны располагаться по возможно-
сти под прямыми углами друг к
другу.
В антенной технике для целей
калибровки и сравнения имеют
смысл только несимметричные
аттенюаторы в применении с ко-
аксиальными кабелями. Сам ат-
тенюатор также должен быть эк-
ранирован.
Угольный пленочный не спи-
ральный резистор можно меха-
нически обработать таким обра-
зом, чтобы значение его сопро-
тивления в точности равнялось
требуемому. Для этого берут ре-
зистор со значением сопротивле-
ния несколько меньше требуемо-
го. Затем надфилем делают про-
дольную царапину на угольном
слое резистора. Значение сопро-
тивления контролируют измери-
тельным мостом сопротивлений.
При постепенном уменьшении
угольного слоя сопротивление
583
резистора увеличивается. Осто-
рожно работая надфилем дово-
дят значение сопротивления ре-
зистора точно до требуемого зна-
чения.
экранирующий корпус
/
коаксиальный разъем
Пример конструкции экрани-
рованного несимметричного л-
образного аттенюатора приведен
на рис. 31.40. Рекомендуется из-
готовить несколько аттенюа-
торов, с помощью включения
которых можно подобрать лю-
бое желаемое затухание.
Очень практичны переключа-
емые аттенюаторы , пример од-
ного из которых приведен на рис.
31.41. Принципиальная схема
этого аттенюатора приведена на
рис. 31.42.
Рис. 31.40. Пример конструкции не-
симметричного л-образного атте-
нюатора
Рис. 31.42. Принципи-
альная схема переклю-
чаемого аттенюатора
на рис. 31.41. (Показа-
ны только схемы для
положений переключа-
теля ОдБ, 1дБ, 2дБ.)
584
Таблица 31.4. Значения сопротивлений R} и R2 для несимметричного атте-
нюатора по я- образной схеме с волновым сопротивлением 60 Ом
Отношение дБ а Ом я2 Ом
1 1,122 6,9 1043
2 1,259 13,9 523
3 1,413 22 350
4 1,585 28,6 265
5 1,778 36,5 214
6 1,995 44,8 181
7 2,24 50 155
8 2,51 63,4 140
9 2,82 70 120
10 3,16 85 115
11 3,55 98 107
12 3,98 111,8 100,3
13 4,47 127,4 96,6
14 5,01 144 90
15 5,62 163,3 86
16 6.31 184,6 82,6
17 7,08 205,7 80
18 7,95 236 77
19 8,91 267 75
20 10,00 297 73,3
Керамический галетный пере- •
ключатель с 2-я направлениями
и 8-12 положениями устанавли-
вается в экранирующем корпусе
таким образом, чтобы между га-
летами можно было располо-
жить экранирующую перегород-
ку. Образуются, таким образом,
две экранированные секции. Эк-
ранирующая перегородка имеет
напротив каждого контакта пере-
ключателя отверстие для разме-
щения резистора Rr Оба сопро-
тивления R2 припаиваются к эк-
ранирующему корпусу аттенюа-
тора кротчайшим путем.
Для часто применяющегося
волнового сопротивления 60 Ом
приведены в таблице 31.4. значе-
ния сопротивлений и Я, для
значений ослабления от 1 до 20
дБ, рассчитанные по уравнениям
(31.12.) и (31.10.). Эти данные от-
носятся к несимметричной л- об-
разной схеме, изображенной на
рис. 31.39.d. Данные таблицы
справедливы как для постоянных
так и для переключаемых аттеню-
аторов.
Часто используются 60-ом-
ные аттенюаторы с плавной ус-
тановкой ослабления, выпускае-
585
Рис. 31.43. Измерительная схема
и* с постоянным источником на-
пряжения для проверки ослабле-
г ния аттенюатора
мые предприятием VEB
ELRADO под номером 0120.390-
0001. Максимальное ослабление
одного аттенюатора 5 дБ, при на-
ращивании нескольких аттенюа-
торов можно получить ослабле-
ние до 90 дБ. Однако такое высо-
кое ослабление в технике высо-
ких частот не мажет быть полу-
чено из-за просачивания ВЧ на-
Таблица 31.5. Напряжение Ud на выходе аттенюатора в зависимости от на-
пряжения Uc на входе в зависимости от величины ослабления в дБ. (для схе-
мы измерения на рис. 31.43.).
Ослабление дБ Входное напряжение и, В е’ Выходное напряжение и, В а’ Коэффициент m
0 6,0 6,0 1
1 6,0 5,35 0,891
2 6,0 4,77 0,795
3 6,0 4,25 0,708
4 6,0 3,79 0,631
5 6,0 3,37 0,562
6 6,0 3,01 0,501
7 6,0 2,68 0,447
8 6,0 2,39 0,398
9 6,0 2,13 0,355
10 6,0 1,90 0,316
11 6,0 1,69 0,282
12 6,0 1,51 0,251
13 6,0 1,34 0,224
14 6,0 1,20 0,200
15 6,0 1,07 0,178
16 6,0 0,95 0,158
17 6,0 0,85 0,141
18 6,0 0,76 0,126
19 6,0 0,67 0,112
20 6,0 0,60 0,100
Схема измерения и таблица справедливы для всех приведенных на
рис. 31.39 схем аттенюаторов.
586
пряжения в входа на выход ми-
нуя цепи аттенюаторов.
Управляемые аттенюаторы
являются частотнозависимыми и
поэтому должны быть откалиб-
рованы на рабочих частотах.
Простая схема для замера
постоянных и управляемых атте-
нюаторов на действующее ослаб-
ление приведена на рис. 31.43.
Выход аттенюатора нагружа-
ется на сопротивление равное
волновому сопротивлению атте-
нюатора. В качестве источника
напряжения служит источник
постоянного напряжения, напри-
мер 6 В. По отношению напряже-
ний на входе и выходе аттенюа-
тора судят о коэффициенте ос-
лабления аттенюатора.
В таблице 31.5. приведены
значения напряжения на выходе
аттенюатора UA в зависимости от
величины ослабления в дБ. Для
случая отличия U,k от 6В в табли-
це приведен коэффициент тп. На-
пряжение на входе аттенюато-
ра можно получить, умножая на-
пряжение на выходе Ua на это
коэффициент.
32. Антенные измерения в радиолюбительской практике
В промышленности антенные
измерения производятся с ис-
пользованием очень точных и
соответственно сложных измери-
тельных приборов. В радиолюби-
тельской практике антенные из-
мерения проводят с помощью
простых измерительных средств
самостоятельного изготовления,
преследуя цель получить не точ-
ные абсолютные показания, а от-
носительные показания, которые
позволяют в процессе настройки
судить о состоянии антенны.
Почти все современные согла-
сованные антенны питаются че-
рез коаксиальный кабель, и это
учтено в главе 31 при описании
измерительных приборов для са-
мостоятельного изготовления.
Если необходимо все же приме-
нить симметричную линию пита-
ния, то можно очень просто с по-
мощью симметрирующего шлей-
фа или свитой двухпроводной
линии (см. главу 7.5. и главу 7.7.)
выполнить симметрирование или
трансформацию сопротивления
и далее использовать имеющие-
ся измерительные приборы.
Для антенн, питаемых через
настроенные линии, применяют
специальные измерительные при-
боры, так как резонанс в антенне
588
в этом случае устанавливается со
стороны передатчика с помощью
схемы связи с выходным каска-
дам ( л- образный фильтр Кол-
линса) (см главу 8.2.).
Для антенн с согласованными
линиями питания для оптималь-
ной работы антенны незаменим
рефлектометр. Если рефлекто-
метр показывает отсутствие сто-
ячих волн в линии питания, то
можно продолжать дальнейшие
антенные измерения, так как от-
сутствие стоячих волн в линии
питания означает, что антенна
находится в резонансе и ее вход-
ное сопротивление равно волно-
вому сопротивлению линии пере-
дачи. Все остальные описанные в
главе 31. измерительные и инди-
каторные приборы являются до-
полняющими устройствами. Не-
которые их них также могут про-
водить измерения КСВ в линии
питания, другие позволяют опре-
делять ширину полосы пропуска-
ния или характеристики излуче-
ния антенны.
32.1. Измерение стоячих волн
с помощью рефлектометра
Схемы рефлектометров, опи-
санные в главе 31.2.2. имеют то
преимущество, что они могут
работать и на высоких частотах
включая 2 м диапазон и их мож-
но оставлять в линии питания для
длительного контроля за состоя-
нием согласования в линии пита-
ния. Ошибки измерения, связан-
ные с использованием рефлекто-
метров были подробно описаны
в главе 31.2.1.
Первая настройка антенны с
помощью рефлектометра менее
наглядна, чем например, с помо-
щью антенноскопа, так как реф-
лектометр показывает степень
рассогласования. Рефлектометр
не дает информацию, вызваны
стоячие волны за счет неправиль-
ного согласования входного со-
противления антенны с волно-
вым сопротивлением линии пита-
ния или они вызваны как след-
ствие отсутствия резонанса в ан-
тенне (наличие индуктивных и
емкостных составляющих вход-
ного сопротивления антенны).
Поэтому показания рефлекто-
метра контролируют, изменяя
частоту передатчика в сторону
больших, а затем в сторону мень-
ших частот от рабочей частоты.
Если КСВ в одном из направле-
ний уменьшается, то можно счи-
тать, что имеет место несоответ-
ствие резонансу и существуют
мнимые компоненты в точке пи-
тания. Для укороченного антен-
ного проводника характерно
уменьшение стоячих волн при
увеличении частоты и наоборот.
Если ни в одном из частотных
направлений не наблюдается
уменьшение значения КСВ, то
можно предположить, что вход-
ное сопротивление антенны ре-
ально, но оно не равно по вели-
чине волновому сопротивлению
кабеля питания. По показанию
индикатора рефлектометра мож-
но определить абсолютную вели-
чину рассогласования сопротив-
лений, но не направление (знак).
Если, например, в 60-омном ко-
аксиальном кабеле КСВ s = 2, то
входное сопротивление антенны
может составлять как 120 Ом так
и 30 Ом.
При применении рефлекто-
метра при настойке антенны сле-
дует сначала устранять имеющи-
еся мнимые составляющие вход-
ного сопротивления антенны и
только после этого производить
согласование сопротивлений.
Иногда требуется повторять пол-
ный процесс настройки, так как
изменение согласующих элемен-
тов могут вызывать потерю резо-
нанса антенны.
32.2. Применение высокочас-
тотных измерительных мостов.
Высокочастотные измери-
тельные мосты в форме антеннос-
копа, описанного в главе 31.5.1.
или в форме измерителя характе-
ристик антенн, описанного в гла-
ве 31.5.2. более универсальны чем
рефлектометр. Правда их приме-
нение в УКВ диапазоне уже огра-
ничено.
589
Высокочастотные измери-
тельные мосты применяются в
сочетании с ВЧ генератором,
обеспечивающим мощность вы-
ходного напряжения не менее 0,5
Вт. Можно использовать в каче-
стве генератора передатчик, если
уменьшить его мощность до 2 Вт.
Для уменьшения напряжения
можно использовать, например,
лампу накаливания. Как прави-
ло, в качестве генератора приме-
няется на практике генератор
лампового гетеродинного инди-
катора резонанса (см. главу
31.8.). Транзисторный ГИР не
может обеспечить необходимое
для работы измерительного мос-
та ВЧ напряжение. Неточности
частоты ГИР как правило не яв-
ляются большим недостатком,
так как их можно устранить, кон-
тролируя процесс настройки по
откалиброванному приемнику.
32.2.1. Определение резонанс-
ной длины и коэффициента укоро-
чения любых линий передачи
Геометрическую длину линии
передачи электрической длины
Х/2 можно точно определить с по-
мощью ВЧ измерительного мос-
та по следующей методике.
Не слишком короткий кусок
линии передачи закорачивается
на конце и свободно подвешива-
ется. Другой конец линии соеди-
няется с измерительным входом
В2 антенноскопа (рис. 32.1.).
Внутренний
проводник
соединяется с
внешним
проводником
изм ерит ел ьный
ВЧ мост
(антенноскоп)
Рис. 32.1. Схема измерения для оп-
ределения коэффициента укороче-
ния ВЧ линий передач
К входу В | антенноскопа под-
ключается катушка, содержащая
примерно 3 витка, которая связы-
вается с измерительной катуш-
кой гетеродинного индикатора
резонанса. Потенциометр антен-
носкопа должен стоять на нуле
(короткое замыкание). Стрелку
измерительного прибора моста
устанавливают на полное откло-
нение, после чего начинают осто-
рожно увеличивать частоту ГИР,
пока не получат первый “нуль”
моста. Полученная частота опре-
деляет электрическую длину от-
резка линии передачи. Далее рас-
считывают коэффициент укоро-
чения.
Пример
Отрезок коаксиального кабе-
ля показывает первый “нуль” на
частоте 30 МГц. Определить ко-
эффициент укорочения.
Частота 30 МГц соответству-
ет длине волны Юм, отсюда Х/2
= 5,0м. Коэффициент укорочения
v рассчитывают из отношения
590
геом.длина 3,30 Л
v =-------------= -777 = 0,66
электрич. длина э,0
Баланс измерительгого моста
наступает не только на частоте,
соответствующей Х/2, но и на
всех кратных частотах. Поэтому
для контроля можно использо-
вать второй “нуль”, который бу-
дет находиться на частоте 60
МГц. Для этой частоты электри-
ческая длина линии равна в точ-
ности IX.
Для определения геометричес-
ких длин линий передач целесо-
образно наперед знать, что коэф-
фициент укорочения коаксиаль-
ного кабеля примерно равен 0,66,
коэффициент укорочения ленточ-
ного кабеля УКВ примерно 0,82
и открытой двухпроводной ли-
нии передачи - 0,95.
Окончательная геометричес-
кая длина контролируется по ан-
тенноскопу на частоте, соответ-
ствующей Х/2. Свободный конец
линии передачи можно не замы-
кать накоротко, а нагружать бе-
зиндуктивным сопротивлением,
лежащим в пределах диапазона
измерения моста. В этом случае
при балансе моста потенциометр
моста будет показывать значение
нагрузочного сопротивления.
Часто требуется точно на-
строенный Х/4 отрезок линии пе-
редачи. Его геометрическая дли-
на также может быть измерена с
помощью ВЧ измерительного
моста, при этом свободный конец
измеряемого проводника остав-
ляют открытым. Изменяя часто-
ту от более низких значений к
более высоким, ищут так же пер-
вый “нуль” моста. Для этой час-
тоты длина линии точно равна X/
4. При открытом конце измеряе-
мой линии баланс моста наступа-
ет при нечетном числе Х/4 (3/4Х,
5/4Х,7/4Хит.д.).
С помощью четвертьволново-
го отрезка линии передачи мож-
но определить волновое сопро-
тивление линии передачи. Для
этого открытый конец Х/4 отрез-
ка измеряемой линии передачи
нагружают безиндуктивным, за-
ранее известным сопротивлени-
ем, например, 100 Ом, и опреде-
ляют показание моста при балан-
се. Это считанное значение со-
противление соответствует вход-
ному сопротивлению Ze чет-
вертьволновой линии, выходное
сопротивление четвертьволно-
вой линии равно значению нагру-
зочного сопротивления. Соглас-
но уравнения (5.31.) волновое со-
противление линии передачи
Z = ^Z Z
е а
Пример
Четвертьволновая линия пе-
редачи нагружена сопротивлени-
ем Za= 100 Ом. Измерительный
мост показал “нуль” при значе-
нии потенциометра Ze = 36 Ом.
Определить волновое сопротив-
ление четвертьволновой линии.
591
При подстановке данных зна-
чений сопротивлений в формулу
(5.31.) получим
Z = л/зб- 100 = 60 Ом.
Волновое сопротивление ли-
нии передачи равно таким обра-
зом 60 Ом.
Таким способом можно про-
верять и калибровать, например,
переменный четвертьволновый
трансформатор на рис. 6.9. или
полуволновой шлейф или иные
трансформирующие элементы.
32.2.2. Определение сопротив-
ления на входных зажимах антен-
ны
Измерительный вход антен-
носкопа R* подключается непос-
редственно к входным зажимам
антенны Z , как показано на рис.
32.2.а.
Если резонансная частота ан-
тенны равна рабочей частоте,
которую устанавливают гетеро-
динным индикатором резонанса,
то при этом значении будет на-
блюдаться четко выраженный
“нуль” измерительного моста
антенноскопа. Если “нуль” мос-
та не четко выражен, то это явля-
ется признаком мнимых состав-
ляющих входного сопротивления
антенны и антенна не находится
в резонансе. Тогда изменяя час-
тоту ГИР находят истинную час-
тоту резонанса, при которой
“нуль” моста четко выражен, и в
зависимости от знака ошибки
увеличивают или удлиняют про-
водник антенны, добиваясь резо-
нанса на рабочей частоте.
Порой бывает невозможно
или крайне неудобно проводить
измерения прямо у основания
антенны. В этом случае исполь-
зуют свойство линии передачи
длиной Л/2 (или кратной четно-
му числу Л/2), заключающееся в
том, что сопротивление, подклю-
ченное ее входу трансформирует-
ся в соотношении 1:1 на ее выход.
Волновое сопротивление линии
передачи при этом не имеет суще-
ственной роли (настроенная ли-
ния передачи), что позволяет
включить между вибратором из-
мерительным прибором линию
длиной Л/2 (2Л/2,ЗЛ/2,4Л/2 и т.д.),
Рис. 32.2. Схема изме
рения для определения
сопротивления Za на
входных зажимах ан-
тенны
а- прямое измерение
Ь- измерение с помо-
щью удлиняющей по-
луволновой линии пе-
редачи
592
как изображено на рис. 32.2.
Показания антенноскопа будут
такими же, как и при измерении
непосредственно у основания ан-
тенны. Точная геометрическая
длина отрезка линии передачи
длиной Х/2 измеряется так же с
помощью антенноскопа как опи-
сано в главе 32.2.1.
Измерение с помощью удли-
няющей линии рекомендуется
проводить особенно на высоких
частотах чтобы исключить влия-
ние близко расположенного к
антенне корпуса измерительного
прибора.
Гетеродинный индикатор ре-
зонанса должен быть связан с
антенноскопом индуктивно.
Если устанавливают, что показа-
ние антенноскопа зависят от из-
менения степени связи антеннос-
копа с ГИРом, то это значит, что
существует чрезмерная емкост-
ная связь. В этом случае помога-
ет более свободная связь измери-
тельной катушки ГИРа с катуш-
кой связи измерительного моста.
Связь между генератором и мос-
том должна быть такой, чтобы
при открытых измерительных
'{леммах R* антенноскопа стрел-
измерительного прибора по-
зывала полное отклонение,
м слабее связь между ГИР и
мерительным мостом, тем чув-
ствительней и точнее становится
схема замера сопротивлений.
Антенноскоп представляет
собой несимметричный прибор,
поэтому результаты измерений
будут справедливы только для
замера несимметричных сопро-
тивлений. Входное сопротивле-
ние симметричных антенн мож-
но замерять, если симметриро-
вать антенну с помощью, напри-
мер, полуволнового шлейфа (рис.
7.6.). Так как это устройство име-
ет еще и трансформирующие
свойства, обеспечивая трансфор-
мацию сопротивления в отноше-
нии 4:1, то показание антеннос-
копа необходимо умножать на 4,
чтобы получить входное сопро-
тивление антенны без симметри-
рующей петли. Если не хотят ис-
пользовать симметрирующую
петлю, то измерения проводят с
помощью Х/2 удлиняющей линии
передачи, которую свивают не-
сколько раз, как показано на рис.
32.3. Эта скрученная линия не-
сколько смягчает различие в сим-
метрии. Если у основания антен-
ны расположены согласующие
или трансформирующие элемен-
ты (Т, гамма или омега- образ-
ные схемы согласования), то ан-
тенноскоп замеряет трансформи-
Рис. 32.3.
2 0 Антенны
593
Рис. 32.4. Схема измерения антенны,
имеющей гамма образную схему со-
гласования
рованное этой схемой сопротив-
ление. На рис. 32.4. показана
С помощью антенноскопа
можно легко определить необхо-
димую точку подключения гам-
ма-элемента и настроить все дру-
гие схемы согласования.
Если производится замер
больших значений входных со-
противлений антенн, например, у
волнового вибратора, то измери-
тельного диапазона антенноско-
па не хватает. В этом случае ис-
пользуют четвертьволновую ли-
нию передачи (четвертьволно-
вый трансформатор) с известным
значением волнового сопротив-
ления (рис. 32.5.), которую вклю-
чают между антенной и антеннос-
копом.
Рис. 32.5. Схема измерения входно-
го сопротивления высокоомной ан-
тенны с помощью четвертьволново-
го трансформатора
Измерение дает входное со-
противление ZE четвертьволно-
вой линии. Так как волновое со-
противление четвертьволновой
линии известно то, то можно рас-
считать входное сопротивление
антенны ZA по уравнению (5.31.),
преобразовав его в форму
ZA = -^- (32.1.)
Пример
Ранее измеренная антенноско-
пом Х/4 линия передачи представ-
ляет собой ленточный кабель
УКВ с волновым сопротивлени-
ем Z = 240 Ом. Антенноскопом
было замерено значение сопро-
тивления ZE - 30 Ом. Подставив
значения в уравнение (32. Г.) по-
лучим входное сопротивление
антенны
2402
Z = - т;... = 1920 0м
А 30
Также и очень низкие входные
сопротивления антенн (< 10 Ом),
которые характерны, например,
для автомобильных антенн, мож-
но измерять антенноскопом. При
этом можно использовать также
схему измерения с помощью 60-
омной четвертьволновой линии
передач согласно рис. 32.5. Од-
нако много проще использовать
схему измерения, приведенную
на рис. 32.6. В этой схеме между
антенноскопом и антенной вклю-
чается безиндуктивное сопротив-
ление заранее известной величи-
ны Rn.
594
ч Антенна
Рис. 32.6. Схема измерения для заме-
ра очень низких значений сопротив-
ления на входных зажимах антенны
Антенноскопом замеряется
сумма сопротивлений Av+Za.
Входное сопротивление антенны
ZA получают вычитанием из за-
меренного значения известного
значения сопротивления Ry.
32.3. Измерения резонанса с
помощью гетеродинного измери-
теля резонанса (ГИР)
В этой главе описываются эф-
фективные методы определения
резонансной частоты антенн, ко-
торые дают также заключения о
их ширине полосы пропускания.
Быстро, но не очень точно,
;можно замерить частоту резонан-
са с помощью ГИРа. Так можно,
например, установить собствен-
ную резонансную частоту у реф-
лектора или директора коротко-
волновой антенны Уда-Яги
“волновой канал”.
В отличии от резонансного
контура с дискретными элемента-
ми (конденсатор, катушка), резо-
нанс в антенне может измеряться
и на гармониках основной часто-
ты. Антенны с большой полосой
пропускания нельзя измерять с
помощью ГИР, так как они не
показывают ярко выраженного
отклонения стрелки ГИР. Резо-
нансные измерения не широкопо-
лосных антеннах из практичес-
ких соображений вообще не про-
водятся. В случае , если они все
же требуются, используется ан-
тенноскоп, который позволяет
определить и полосу пропуска-
ния.
Для проведения резонансных
измерений линию питания антен-
ны удаляют, а входные зажимы
антенны перемыкают коротким
шлейфом из провода, как пока*
зано на рис. 32.7.а.
Измерительную катушку ГИР
связывают с этим шлейфом (пуч-
ность тока антенного проводни-
ка). Максимум тока расположен
всегда на расстоянии Х/4 от кон-
ца проводника настроенной ан-
тенны, т.е. в середине для полу-
волнового вибратора. Если в
виде исключения хотят провести
измерение в точке максимума
напряжения, то ГИР связывают с
антенным проводником с помо-
щью маленькой емкости Ск(рис.
32.7.Ь.). При этом следует учиты-
вать влияние емкости, чем мень-
ше емкость Ск, тем точнее изме-
рения.
Чтобы уменьшить влияние
корпуса прибора на измерения,
20*
595
ооо-
РиС. 32.7. Вид связи ГИРа с антенным проводником
а- прямая связь в пучность тока
Ь- емкостная связь по напряжению
с- индуктивная связь через промежуточную линию связи
используют промежуточную ли-
нию связи, как показано на рис.
32.7.С. Промежуточная линии со-
стоит из отрезка плоского кабе-
ля УКВ или свитой двухпровод-
ной линии, на обоих концах ко-
торого находятся катушки связи,
имеющие примерно по 3 витка.
Сперва связь с измерительной
катушкой ГИРа делают сильной
и определяют примерно резонан-
сную частоту. После этого уста-
навливают связь как можно бо-
лее слабой и определяют резонан-
сную частоту более точно. Окон-
чательное значение резонансно
частоты получают прослушива-
нием колебаний ГИРа с помо-
щью точно откалиброванного
приемника.
32.4. Проверка характеристик
направленных антенн
Даже для простого полувол-
нового вибратора необходимо
контролировать резонансную
частоту и степень согласования
его с антенной, тем более это важ-
но, если речь идет о направлен-
ной антенне. Если радиолюби-
596
тель позволил себе сконструиро-
вать, например, коротковолно-
вую антенну Уда-Яги, то уж он
обязан снять и проверить харак-
теристики излучения в условиях
реального расположения антен-
ны, ведь эти характеристики во
многом определяются конкрет-
ной высотой антенны, ее окру-
жением и состоянием земной по-
верхности. Это касается прежде
всего КВ антенн, которые нахо-
дятся на невысокой относитель-
но рабочей длины волны высоте
и подвержены влиянию окружа-
ющих предметов. Обусловлен-
ные этим изменения характерис-
тик излучения невозможно устра-
нить, но их можно измерить и
уменьшить целенаправленной
настройкой. Как провести эту
настройку с использованием из-
мерительных приборов, описан-
ных в главе 31, рассмотрим на
примере коротковолновой антен-
ны Уда-Яги. Для других типов
антенн это объяснение также
справедливо.
Для начала линию питания
отключают от антенны и соеди-
няют входные зажимы антенны с
помощью короткого шлейфа
(петли) (см. рис. 32.7.а.) и про-
водят замер резонансной часто-
ты с помощью гетеродинного
индикатора резонанса. На вхо-
де 3- элементной антенны Уда-
Яги существуют три резонанс-
ных частоты. Самый ярко выра-
женный резонанс принадлежит
собственно питаемому элемен-
ту. Менее выраженный резо-
нанс, частота которого распо-
лагается ниже, принадлежит
рефлектору, а выше располо-
женный - директору. Резонанс
питаемого элемента должен ле-
жать примерно в середине лю-
бительского диапазона. Резо-
нанс рефлектора должен нахо-
дится ближе к низкочастотному
концу диапазона, а директора -
ближе к высокочастотному.
Если это не так, то изменяют
длину пассивных элементов:
рефлектор удлиняют, а дирек-
тор укорачивают. Для направ-
ленных антенн, которые нахо-
дятся на небольшой высоте над
поверхностью земли, измерен-
ная резонансная частота лежит
как правило ниже расчетной. В
этом случае, если невозможно
выше поднять антенну, все эле-
менты антенны укорачивают с
обоих сторон, пока не получат
желаемый резонанс.
После первой пробной про-
верки, шлейф связи удаляют и
подключают антенноскоп через
полуволновый отрезок той же
линии передач, что и основная
линия питания, как показано на
рис. 32.2.Ь. Длина отрезка мо-
жет быть равна кратному числу
Х/2 и должна быть предвари-
тельно измерена, как описано в
главе 32.2.1. Потенциометр ан-
тенноскопа устанавливают на
значение волнового сопротив-
ления линии питания и изменя-
ют частоту ГИРа, пока не полу-
чат “нуль” моста. Частоту ГИРа
контролируют одновременно
по откалиброванному приемни-
ку. Полученная частота являет-
ся резонансной частотой антен-
ны.
Если стрелка антенноскопа
показывает не нуль а остаточ-
ное значение, то в этом случае
вращают потенциометр антен-
носкопа до тех пор, пока не най-
дут ярко выраженный “нуль”.
Эта точка соответствует резо-
нансной частоте антенны и од-
новременно определяет ее вход-
ное сопротивление.
Если разница сопротивлений
незначительная и нет никаких
трансформирующих элементов,
то можно сделать небольшие
корректировки длины директо-
ра. Если входное сопротивление
слишком низкое, то директор
немного укорачивают с обоих
сторон. Если входное сопротив-
ление слишком велико, то с из-
менением длины директора
надо быть осторожным, так как
597
собственный резонанс директо-
ра может выпасть за пределы
любительского диапазона.
Если используются схемы со-
гласования, типа Т-, гамма- или
омега - образной, то установка
необходимого входного сопро-
тивления и определение резонан-
сной частоты осуществляется с
помощью антенноскопа и обыч-
но не вызывает трудностей. Для
Т- образной схемы нужное вход-
ное сопротивление устанавлива-
ют передвигая хомутики по про-
воднику антенны, одновременно
компенсируя переменными кон-
денсаторами мнимые составляю-
щие сопротивления. Настойка
антенны на этом заканчивается.
33. Законные правила по установке антенн
Согласно немецким правилам
по строительству от 02.10.1958
года, опубликованном в сборни-
ке законов ГДР, публикация №.
287, в части строительства ан-
тенн предписывается обязатель-
ное получение разрешения у мес-
тных властей на их сооружение.
В §21 этих правил изложено,
что каждый , кто хочет постро-
ить антенну или модернизиро-
вать ее, должен подать заявку.
Для радиолюбителя важно также
знать, что даже установка мачты
из металла, бетонирование осно-
вания в землю или деревянный
каркас требует получения разре-
шения.
Согласно §22 все передающие
устройства, линии передачи и
мачты, включая фундамент, под-
держивающие конструкции дол-
жны быть зарегистрированы и на
них строительство должно быть
получено разрешение.
Местные власти согласно § 24
могут отказать в заявке на стро-
ительство или посчитать ее недо-
статочной, если цель возведения
противоречит значению и необ-
ходимости.
Заявка на получение разреше-
ния для сооружения антенны по-
дается в письменном виде и со-
гласно §28 правил и должна со-
держать в двойном экземпляре
следующие приложения:
1. План местности, на которой
предполагается размещение ан-
тенны в масштабе 1:500 (или в
большем масштабе, в зависимос-
ти от четкости плана), составлен-
ный инженерной измерительной
службой. Местные власти могут
посчитать этот план недостаточ-
ным и потребовать дополнитель-
ных уточнений.
2. Утверждение строительно-
архитектурного ведомства.
3. Подробные чертежи антен-
ны, составленные как правило в
масштабе 1:100.
4. Расчеты на прочность (рас-
четы в статике, указания по зак-
реплению)
5. Материалы о состоянии
грунта в месте установки антен-
ны (при необходимости).
Согласно §29 к заявке долж-
ны быть приложено подробное
описание необходимых строи-
тельных мероприятий, которое
включает:
1. Эскизы планируемых стро-
ительных мероприятий в произ-
вольном масштабе с указанием
599
целей и размеров мероприятий.
2. Эскиз местности с располо-
женной на ней антенной с указа-
нием размеров до уже существу-
ющих инженерно-технических
сетей, дорог, тротуаров, водо-
емов.
§ 27(1) Заявка с документами
и приложениями, согласно требо-
ваний § 28 и § 29, подается в ком-
мунальный совет города или об-
ласти в двух экземплярах.
(3) Для заявки предусмотрен
специальный бланк, который вы-
дается бесплатно в коммуналь-
ном совете. Формуляр аккурат-
но заполняется и подписывается
заявителем, также необходима
подпись изготовителя чертежей и
эскизов.
§ 30(1) Коммунальный совет
города или области проверяет
правильность чертежей местнос-
ти, спрашивает разрешения мес-
тного представителя и утвержда-
ет документы. После этого он от-
дает документы в городскую
организацию строительного над-
зора .
§ 31 (1) Городская организация
строительного надзора проверя-
ет полноту и правильность заяв-
ки и описания строительных ме-
роприятий и дает свое разреше-
ние, если:
Ь) есть подписи и разрешения
всех необходимых организаций
, с) удовлетворены требования
пожарной безопасности, защиты
окружающей среды, гигиены,
600
водного хозяйства, безопасности
движения, требований архитек-
туры
d) соблюдены все предписа-
ния по строительству.
(2) Рассмотрение заявки на
выдачу разрешения должно быть
выполнено в течение 30 дней со
дня поступления документов в
организацию строительного над-
зора. В случае отклонения заяв-
ки, причина должна быть пись-
менно подробно обоснована.
Если рассмотрение заявки в тече-
ние 30 дней не может быть выпол-
нено, податель заявки должен
быть об этом оповещен в пись-
менном виде с указанием причин
задержки.
Разрешение на строительство
антенны выдается в письменном
виде по специальной форме. Раз-
решение объясняет, что все име-
ющиеся документы рассмотрены,
соответствуют требованиям пра-
вил и не имеют возражений. В
разрешении также указывается,
что строительство и конструкция
соответствуют требованиям по-
жарной безопасности, защиты
окружающей среды, гигиены,
водного хозяйства, безопасности
движения, требований архитек-
туры и другим требованиям.
Стандарт ГДР на сооружение
приемных антенных устройств
TGL 200-7051
Стандарт ГДР от 01.01.65 г. на
сооружение приемных антенных
устройств определяет в основном
правила установки антенн на ме-
стности.
В главе 1 содержатся общие
требования, которые должны
быть соблюдены при. установке
антенны.
1.2. Антенны, устанавливае-
мые на крыше, не должны пре-
пятствовать доступу к дымовым
трубам и проведению работ по
их очистке. Минимальное рас-
стояние от верхней кромки тру-
бы до нижних элементов антен-
ны должно быть не менее 2 м.
1.3 Установка антенн на кры-
шах с мягкой кровлей недопусти-
ма.
1.4. Минимальный диаметр
растяжек и проводов должен
быть не менее 1 мм.
1.5. Элементы антенны, пита-
емые от силовой сети напряжения
(антенные усилители), не должны
служить источником пожара.
Глава 2 касается требований
к прочности закрепления антенн.
2.1.1. Антенна во всех своих
частях должна иметь достаточ-
ный запас прочности и ветроус-
тойчивости.
2.1.2. Расчет прочности ан-
тенн должен быть произведен со-
гласно VDE 0210/1.56 §15.
2.1.3. Для расчета антенных
конструкций, состоящих из мач-
ты длиной до 10 м и антенны, ди-
намический напор ветра должен
быть принят q= 70 кг/см2. Общая
ветровая площадь должна быть
не более 0,25 м2. Общая высота
размещения антенны над повер-
хностью земли (включительно ва-
риант размещения на крыше) не
должна превышать 40 м. В каче-
стве опор для установки антенн
не должны применяться трубы,
дымовые трубы, фабричные тру-
бы и мачты.
2.1.5. Содержит примеры рас-
чета мачты антенны.
2.1.6. Не должны применять-
ся в качестве мачты трубы, со-
ставленные с помощью резьбо-
вых муфт. Соединения мачты
должны быть застрахованы от
смещения или поворота.
2.1.7. В местностях с повышен-
ными ветровыми нагрузками и
сильным оледенением , должен
быть сделан соответствующий
расчет с учетом этих факторов.
2.2.4. При закреплении мачты
антенны к элементам здания, на-
пример к балке с помощью хому-
тов, длина участка закрепления
должна быть не меньше 10% всей
длины мачты, но не менее 75 см
для балки и 50 см для каменной
стенки.
2.2.5. Не допустимо закрепле-
ние мачты антенны и растяжек за
дымовые трубы.
2.2.6. Мачта антенны и рас-
тяжки должны закрепляться за
элементы здания, крыши имею-
щие гарантированную проч-
ность.
2.2.7. Расчет антенных про-
водников и растяжек должен
601
производиться из учета тройно-
го запаса прочности.
2.2.8. В главе приводятся при-
меры закрепления мачты антен-
ны и растяжек.
2.2.9. Провода и растяжки не
должны иметь узлов.
2.2.10. Растяжки должны быть
снабжены талрепами.
2.2.11. Применяемые изолято-
ры должны иметь соответствую-
щую механическую прочность
при закреплении проводов.
2.2.12. Применяемые металли-
ческие элементы антенны и узлы
крепления антенны должны
иметь антикоррозионное покры-
тие.
В главе 3.1. приводятся элект-
рический требования, предъявля-
емые к антеннам в части защи-
щенности от ударов молний.
3.1.1.1. Внешние антенны
а) Антенны, располагаемые
над строительными сооружения-
ми должны иметь молниеотвод,
согласно 3.1.2.2. Если антенна не
может быть из электрических со-
ображений заземлена, то она
должна быть соединена с молни-
еотводом через искровой разряд-
ник.
Ь) В случае если здание осна-
щено заземлением, то антенна
может быть подключена к зазем-
лению здания.
с) Если мачта антенны не ме-
таллическая, то в качестве мол-
ниеотвода используют стальной
602
провод диаметром не менее 3 мм
или медный провод сечением не
менее 3 мм2.
З.1.1.2. Внутренние антенны
3. 1.1.2.1. От заземления от сня-
тия атмосферных статических
напряжений можно отказаться, в
случае:
а) комнатных антенн и ан-
тенн, встроенных в прибор или
связанных с ним механически
Ь) антенн, расположенных под
металлической крышей здания
с) внешних антенн, располо-
женных ниже водоотводного же-
лоба минимум на 3 метра.
З.1.1.З. Прокладка линии пита-
ния антенны
Чтобы устранить вероятность
возможного распространения
тока молнии от линии передачи
антенны или проводников, под-
ходящих к антенне к заземлен-
ным частям здания через легко-
воспламеняющиеся элементы
здания, необходимо между вклю-
чить между проводниками антен-
ны и доступными заземленными
частями здания искровые разряд-
ники согласно 3.1.2.3. Разрядни-
ки должны иметь малое пробой-
ное напряжение и располагаться
вдали от легковоспламеняющих-
ся предметов..
Линия питания антенны дол-
жна быть проложена внутри зда-
ния таким образом, чтобы удов-
летворять требованиям пожар-
ной безопасности. Вокруг линии
питания не должны располагать-
ся легковоспламеняющиеся пред-
меты.
З.1.2.1. Заземление
3.1.2.1.1. В качестве заземле-
ния можно применять:
Ь) металлические трубы, со-
единенные , например, с сетью не-
изолированных водопроводных
труб. Не допускается использо-
вать газопроводную сеть.
с) проводники молниеотводов
d) арматурные каркасы желе-
зобетонных зданий
е) заземление электрических
низковольтных установок, при
этом подключение провода за-
земления антенны должно быть
непосредственно к клемме зазем-
ления. Нельзя подключать зазем-
ление антенны к заземляющему
проводнику установки.
3.1.2.1.2. При отсутствии за-
земления, перечисленного в
З.1.2.1.1., заземление должно
быть сделано самостоятельно.
З.1.2.2. Проводники заземле-
ния
Размеры проводников зазем-
ления должны быть не менее при-
веденных в таблице.
Ь) В качестве проводников для
заземления допустимо использо-
вать проводники от молниеотво-
Таблица. Минимальные размеры проводников заземления.
Материал снаружи здания Прокладка внутри здания Прокладка
Оцинкованная сталь Провод 0 8 мм Лента 20x2,5 мм Провод в пластмассовой изоляции, толщина изоля- ции 1 мм, 0 4,5 мм., 16 мм2 0 4,5 мм или 16 мм2
Медь Провод 0 8 мм Лента 7x3 мм Провод в пластмассовой изоляции, толщина изоля- ции 1 мм, 0 3,5 мм., 10 мм2 0 3,5 мм или 10 мм2
Алюминий Провод 0 10 мм Лента 25x4 мм Провод в пластмассовой изоляции, толщина изоля- ции 1 мм, 0 4,5 мм.,16 мм2 0 4,5 мм или 16 мм2
603
дов, металлические трубы и ме-
таллические конструкционные
элементы (уголки и т.д.).
3.1.2.2.2. Прокладка проводни-
ков заземления
а) Если на? крыше здания рас-
полагаются несколько антенн с
расстоянием между ними не бо-
лее 10 м, то проводники заземле-
ния можно соединять вместе. До-
пустим единый проводник зазем-
ления для всех антенн.
Ь) Прокладку проводника за-
земления необходимо произво-
дить по кротчайшему пути. Пред-
почтительна вертикальная про-
водка.
с) Прокладываемые провод-
ники заземления должны быть
хорошо видны. Недопустимо
прокладывать их в защитных
трубах. Исключение составляют
не толстые стены и перекрытия.
d) Проводники заземления
могут касаться деревянных эле-
ментов здания и легковоспламе-
няющихся предметов.
3.1.2.2.3. Соединение провод-
ников заземления
а) Следует по возможности из-
бегать соединения отдельных за-
земляющих проводников. Места
соединения проводников должны
быть расположены вдали от де-
ревянных частей и воспламеняю-
щихся предметов в легкодоступ-
ных местах.
604
с) Соединение проводников
заземления с водопроводной тру-
бой производится с помощью хо-
мутов, с площадью контакта не
менее 10 см2. Счетчики воды дол-
жны быть перемкнуты металли-
ческими перемычками.
d) В точках соединения дол-
жны применяться материалы,
электрохимическая разность на-
пряжений между которыми не
должна превышать 1,15 В.
3.1.2.3. Защита от перенапря-
жения
3.1.2.3.1. Расчет разрядников
а) Грубая защита. В качестве
грубой защиты от перенапряже-
ния могут служить различного
рода разрядники. Для расстоя-
ния между острыми металличес-
кими предметами 1 мм и относи-
тельной влажности 70% напряже-
ние пробоя составляет примерно
1000В. При сферической форме
предметов напряжение увеличи-
вается до примерно 3000 В.
Ь) В качестве точной защиты
используются промышленные
разрядники с напряжением про-
боя до 1000 В. Допустимо исполь-
зование одновременно грубой и
точной защиты.
с) Конструкция разрядников и
применяемые материалы не дол-
жны приводить к их возгоранию.
При расположении разрядников
в воздухе расстояние до деревян-
ных деталей не должно быть ме-
нее 10 см, а до легко воспламеня-
ющихся веществ - 60 см.
3.2. Защита от контакта с элек-
трическими установками
3.2.1. Расстояние до установки
3.2.1.1. Расстояние между про-
водящими частями антенны и
проводящими частями электри-
ческой установки, с рабочим на-
пряжением от 65 до 1000 В (эф-
фективное значение) относитель-
но земли должно быть не менее
10 см. Это расстояние касается
только электрической безопасно-
сти. Для уменьшения ВЧ помех,
следует стремиться к большим
расстояниям.
3.2.1.2. Для рабочих напряже-
ний свыше 1000 В расстояние
должно быть больше и определя-
ется стандартом VDE 0101/7/60.
4. Надежность эксплуатации
Антенные установки следует
содержать в состоянии, которое
соответствует описайным выше
требованиям. Все потенциально
опасные вопросы должны быть
решены.
Тяжелые и даже смертельные
несчастные случаи происходят
снова и снова при установке ан-
тенны и связаны с несоблюдени-
ем техники безопасности при вы-
полнении работ. Так, например,
при работе на крыше или мачте
антенны обязательно примене-
ние страховочных поясов и вере-
вок. Максимальная длина верев-
ки не должна превышать 8 м. Все
веревки должны быть проверены,
веревки с повреждениями долж-
ны быть заменены. Крепление ве-
ревок должно осуществляться
только к надежным элементам.
Запрещено крепление веревок к
оконным рамам, проводам, стек-
лам.
При работах не крыше или
мачте принять меры против воз-
можного падения инструментов.
Инструменты должны находится
в сумке, которая не должна под-
вешиваться во время работы за
элементы антенны, мачты или
удерживаться на коленях. После
окончания работ рабочее место
должно быть тщательно убрано
включая и обрывки использован-
ного провода.
Во время установки мачты
следует удалить всех лиц, не при-
нимающих участие в установке
мачты из области падения. Если
не предусмотрено другого зак-
репления, то мачту можно зако-
пать в землю на шестую часть ее
длины, но не менее, чем 1,6 м.
Место вокруг антенны следует
плотно утрамбовать. Мачту под-
нимают с помощью подъемных и
страхующих веревок.
При работах на мачте обяза-
тельно используют страховоч-
ный пояс и страховочную верев-
ку. Подъем на мачту всегда про-
изводят в присутствии человека.
605
осуществляющего страховку и
который, в случае несчастного
случая мог бы оказать помощь.
В случае плохой погоды все
работы на мачте откладывают.
Перед сооружением сложных
антенных устройств радиолю-
битель должен обратиться за со-
ветом и помощью в монтажное
управление, которое всегда даст
необходимую консультацию
или снаряжение.
Рост количества УКВ люби-
тельских и телевизионных ан-
тенн привел к росту поврежде-
ний зданий, вызванных попада-
нием молний в антенны. Иссле-
дование этих случаев позволи-
ло сделать вывод, что в боль-
шинстве случаев заземление или
совсем отсутствовало или со-
противление заземления было
слишком высоко. Многие ан-
тенны закрепляются без необ-
ходимых без знания даже основ-
ных правил.Такие антенны
представляют большую опас-
ность для уличного движения в
случае их падения с крыши зда-
ний.
При попадании молнии в та-
кую антенну , она распростра-
няется по линии питания внутрь
здания и ищет далее самый ко-
роткий путь к земле. Этот путь
как правило лежит через прово-
да сетевого напряжения или
другие металлические провод-
ники, при этом молния вызыва-
ет сильные разрушения и по-
вреждения и часто приводит к
сильным пожарам, а порой к
поражению электрическим то-
ком жильцов дома.
Радиолюбительские антенны
являются как правило само-
дельными. Установка антенны
часто проводится радиолюбите-
лем в одиночку или в присут-
ствии друзей или соседей под
ответственность радиолюбите-
ля. Поэтому порядочный и гра-
мотный радиолюбитель должен
строго соблюдать все правила
установки антенны, техники бе-
зопасности и предоставить со-
оруженную антенну для оценки
и проверки инспектирующему
специалисту.
34. Приложение
Таблица 34.1. Перерасчет частоты в длину волны и обратно
В каждой колонке приводится значение частоты в кГц и значение
длины волны в м.
240000 1,25 19000 15,789 15900 18,868 12800 23,437 9700 30,928
120000 2,5 18900 15,873 15800 18,987 12700 23,622 9600 31,250
60000 5,0 18800 15,975 15700 19,108 12600 23,810 9500 31,579
40000 7,5 18700 16,043 15600 19,231 12500 24,000 9400 31,915
30000 10,0 18600 16,129 15500 19,355 12400 24,193 9300 32,258
29500 10,17 18500 16,216 15400 19,480 12300 24,390 9200 32,608
29000 10,34 18400 16,304 15300 19,608 12200 24,590 9100 32,967
28500 10,51 18300 16,393 15200 19,737 12100 24,793
28000 10,71 18200 16,483 15100 19,867 9000 33,333
27500 10,91 18100 16,574 12000 25,000 8900 33,708
27000 11,11 15000 20,000 11900 25,210 8800 34,091
26500 11,32 18000 16,667 14900 20,134 11800 25,424 8700 34,483
26000 11,54 17900 16,760 14800 20,270 11700 25,641 8600 34,884
25500 11,76 17800 16,854 14700 20,408 11600 25,862 8500 35,294
25000 12,00 17700 16,949 14600 20,548 11500 26,087 8400 35,714
24500 12,24 17600 17,045 14500 20,690 11400 26,316 8300 36,145
24000 12,50 17500 17,143 14400 20,833 11300 26,549 8200 36,585
23500 12,77 17400 17,242 14300 20,979 11200 26,786 8100 37,037
23000 13,04 17300 17,431 14200 21,127 11100 27,027
22500 13,33 17200 17,442 14100 21,276 8000 37,500
22000 13,63 17100 17,544 11000 27,273 7900 37,975
21500 13,97 14000 21,428 10900 27,523 7800 38,461
21000 14,28 17000 17,647 13900 21,583 10800 27,778 7700 38,961
20500 14,63 16900 17,751 13800 21,739 10700 28,037 7600 39,474
20000 15,000 16800 17,857 13700 21,898 10600 28,302 7500 40,000
19900 15,075 16700 17,964 13600 22,059 10500 28,571 7400 40,540
19800 15,151 16600 18,072 13500 22Д22 10400 28,846 7300 41,096
19700 15,228 16500 18,182 13400 22,388 10300 29,126 7200 41,667
19600 15,306 16400 18,293 13300 22,556 10200 29,412 7100 42,254
19500 15,385 16300 18,405 13200 22,727 10100 29,703
19400 15,464 16200 18,519 13100 22,901 7000 42,857
19300 15,544 16100 18,633 10000 30,000 6900 43,478
19200 15,625 13000 23,077 9900 30,303 6800 44,118
19100 15,707 16000 18,750 12900 23,256 9800 30,612 6700 44,776
607
Таблица 34.1 .(продолжение)
6600 45,455 3600 83,333 1400 214,28 1100 272,73 790 379,75
6500 46,154 3500 85,714 1090 275,23 780 384,61
6400 46,874 3400 88,235 1390 215,$3 1080 277,78 770 389,61
6300 47,619 3300 90,909 1380 217,39 1070 280,37 760 394,74
6200 48,387 3200 93,750 1370 218,98 1060 283,02 750 400,00
6100 49,180 3100 96,774 1360 220,59 1050 285,71 740 405,40
1350 222,22 1040 288,46 730 410,96
6000 50,000 3000 100,00 1340 223,88 1030 291,26 720 416,67
5900 50,847 ‘ 2900 103,45 1330 225,56 1020 294,12 710 422,54
5800 51,724 > 2800 107,14 1320 227,27 1010 297,03 700 428,57
5700 52,631 2700 111,11 1310 229,01 1000 300,00
5600 53,571 2600 115,38 1300 230,77 690 434,78
5500 54,545 . 2500 120,00 990 303,03 680 441,18
5400 55,555 2400 125,00 1290 232,56 980 306,12 670 447,76
5300 56,604 2300 130,43 1280 234,38 970 309.28 660 454,54
520Q 57,692 2200 136,36 1270 236,22 960 312,50 650 461,54
5100 58,824 2100 142,65 1260 238,10 950 315,79 640 468,75
1250 240,00 940 319,15 630 476,19
5000 60,000 2000 150,00 1240 241,93 930 322,58 620 483,87
4900 61,224 1900 157,89 1230 243,90 920 326,09 610 491,80
4800 62,500 1800 166,67 1220 245,90 910 329,67 600 500,00
4700 63,830 1700 176,47 1210 247,93 900 333,33
4600 65,217 1600 187,50 1200 250,00 590 508,47
4500 66,667 1500 200,00 890 337,08 580 517,24
4400 68,182 1490 201,34 1190 252,10 880 340,91 570 526,32
4300 69,767 1480 202,70 1180 254,24 870 344,83 560 535,71
4200 71,429 1470 204,08 1170 256,41 860 348,84 550 545,45
4100 73,171 1460 205,48 1160 258,62 850 352,94 540 555,55
1450 206,90 1150 260,87 840 357,14 530 566,03
4000 75,000 1440 208,33 1140 263,16 830 361,45 520 576,72
3900 76,923 1430 209,79 ИЗО 265,49 820 365,85 510 588,24
3800 78,947 1420 211,27 1120 267,86 810 370,37 500 600,00
3700 81,080 1410 212,77 1110 270,27 800 375,00
Таблица 34.3. Радиолюбительские частотные диапазоны (Таблицу 34.2. см.
на стр. 612)
На конференции в Атлантик Сити в 1947 году радиолюбительс-
кие диапазоны в регионе I были разделены на:
3500 - 3800 кГц = 80 м диапазон (85,7 - 79,0 м)
7000 - 7150 кГц = 40 м диапазон (42,9 - 42,0 м)
14000 - 14350 кГц = 20 м диапазон (21,43 - 20,9 м)
21000 - 21450 кГц = 15 м диапазон (14,29-14,0 м)
608
28000 - 29700 кГц = 10 м диапазон (10,71 - 10,1 м)
144 - 146 кГц = 2 м диапазон (208,3 - 205,5 м)
420 - 460 кГц = 70 м диапазон (71,5 - 65,2 м)
1215 - 1300 кГц = 24 м диапазон (24,69 - 23,08 м)
2300 - 2450 кГц = 12 м диапазон (13,04 - 12,24 м)
В странах региона 1 границы диапазонов могут несколько отли-
чаться. Диапазон 160 м не приведен, так как он разрешен с ограниче-
ниями по мощности передатчика только в отдельных странах.
Таблица 34.4. Высшие гармоники частот любительских диапазонов
МГц 2 3 4 5 6 7 8 9 10
80 м 3,5 7,0 10,5 14,0 17,5 21,0 24,5 28,0 31,5 35,0
3,6 7,2 10,8 14,4 18,0 21,6 25,2 28,8 32,4 36,0
3,7 7,4 ИЛ 14,8 18,5 22,2 25,9 29,6 33,3 37,0
3,8 7,6 11,4 15,2 19,0 22,8 26,6 30,4 34,2 38,0
40 м 7,0 14,0 21,0 28,0 35,0 42,0 49,0 56,0 63,0 70,0
7,05 14,1 21,15 28,2 35,25 42,3 49,35 56,4 63,45 70,5
7,1 14,2 21,3 28,4 35,5 42,6 49,7 56,8 63,9 71,0
7,15 14,3 21,45 28,6 35,75 42,9 50,05 57,2 64,35 71,5
20 м 14,0 28,0 42,0 56,0 70,0 84,0 98,0 112,0 126,0 140,0
14,1 28,2 42,3 56,4 70,5 84,6 98,7 112,8 126,9 141,0
14,2 28,4 42,6 56,8 71,0 85,2 99,4 113,6 127,8 142,0
14,3 28,6 42,9 57,2 71,5 85,8 100,1 114,4 128,7 143,0
14,35 28,7 43,05 57,4 71,75 86,1 100,45 114,8 129,15 143,5
15 м 21,0 42,0 63,0 84,0 105,0 126,0 147,0 168,0 189,0 210,0
21,1 42,2 63,3 84,4 105,5 126,6 147,7 168,8 189,9 211,0
21,2 42,4 63,6 84,8 106,0 127,2 148,4 169,6 190,8 212,0
21,3 42,6 63,9 85,2 106,5 127,8 149,1 170,4 191,7 213,0
21,4 42,8 64,2 85,6 107,0 128,4 149,9 171,2 192,6 214,0
21,45 42,9 64,35 85,8 107,25 128,7 150,15 171,6 193,05 214,5
10 м 28,0 56,0 84,0 112,0 140,0 168,0 196,0 224,0 252,0 280,0
28,5 57,0 85,5 114,0 142,5 171,0 199,5 228,0 256,5 285,0
29,0 58,0 87,0 116,0 145,0 174,0 203,0 232,0 261,0 290,0
29,7 59,4 89,1 118,8 148,5 178,2 207,9 237,6 267,3 297,0
2 м 144,0 288,0 432,0 576,0 720,0 864,0 1008,0 1152,0 1296,0 1440,0
146,0 292,0 438,0 584,0 730,0 876,0 1022,0 1168,0 1314,0 1460,0
609
Таблица 34.5. Геометрическая длина вибратора для коротковолновых лю-
бительских диапазонов (в отношении к половине длине волны)
80 м диапазон 2,0 28,21 м 27,62 м
Л 3500 кГц 3600 кГц 3800 кГц 2,5 35,36 м 34,61 м
0,5 40,71 м 39,58 м 37,50 м 3,0 42,50 м 41,61 м
1,0 83,57 м 81,25 м 76,97 м 3>5 49,64 м 48,60 м
1,5 126,43 м 122,92 м 116,45 м 4,0 56,79 м 55,60 м
2,0 169,28 м 164,58 м 155,92 м 4,5 63,93 м 62,59 м
2,5 212,14 м" 206,25 м 195,39 м 5,0 71,07 м 69,58 м
з,о 255,00 м 247,92 м 234,87 м 5,5 78,21 м 76,57 м
6,0 85,36 м 83,57 м
40 и диапазон 6,5 92,50 м 90,56 м
Л 7000 кГц 7100 кГц 7,0 99,64 м 97,55 м
0,5 20,36 м 20,07 м 7,5 106,79 м 104,55 м
1,0 41,78 м 41,19 м 8,0 113,93 м 111,54 м
1,5 63,21 м 62,32 м 8,5 121,05 м 118,53 м
2,0 84,64 м 83,45 м 9,0 128,21 м 125,52 м
2,5 106,07 м 104,58 м 9,5 135,36 м 132,52 м
3,0 127,50 м 125,70 м 10,0 142,50 м 139,51 м
3,5 148,93 м 146,83 м
4,0 170,35 м 167,95 м 1U м диапазон
Л 28000 кГц 29000 кГц 29 700 кГц
20 м диапазон 0,5 5,04 м 4,96 м 4,75 м
Л 14000 кГц 14350 кГц 1,0 10,39 м 10,03 м 9,80 м
0,5 10,18 м 9,93 м 1,5 15,75 м 15,21 м 14,85 м
1,0 20,88 м 20,38 м 2,0 21,11 м 20,38 м 19,90 м
1,5 31,60 м 30,84 м 2,5 26,46 м 25,55 м 24,95 м
2,0 42,32 м 41,29 м 3,0 31,82 м 30,72 м 30,00 м
2,5 53,03 м 51,74 м 3,5 37,18 м 35,90 м 35,05 м
3,0 63,04 м 62,19 м 4,0 42,54 м 41,07 м 40,10 м
3,5 74,46 м 72,64 м 4,5 47,89 м 46,24 м 45,15 м
4,0 85,18 м 83,09 м 5,0 53,25 м 51,41 м 50,20 м
4,5 95,90 м 93,54 м 5,5 58,61 м 56,58 м 55,25 м
5,0 106,60 м 103,99 м 6,0 63,96 м 61,76 м 60,30 м
5,5 117,32 м 114,44 м 6,5 69,32 м 66,93 м 65,35 м
6,0 128,04 м 124,89 м 7,0 74,68 м 72,10 м 70,40 м
6,5 138,75 м 135,34 м 7,5 80,04 м 77,27 м 75,45 м
7,0 149,46 м 145,79 м 8,0 85,39 м 82,45 м 80,50 м
7,5 160,18 м 156,24 м 8,5 90,75 м 87,62 м 85,55 м
8,0 170,90 м 166,69 м 9,0 96,11 м 92,79 м 90,60 м
9,5 101,46 м 97,97 м 95,65 м
15 м диапазон 10,0 106,82 м 103,14 м 100,70 м
Л 21000 кГц 21450 кГц 10,5 112,18 м 108,31 м 105,76 м
0,5 6,78 м 6,64 м 11,0 117,53 м 113,48 м 110,81 м
1,0 13,93 м 13,64 м 11,5 122,89 м 118,66 м 115,86 м
1,5 21,07 м 20,63 м 12,0 142,61 м 137,62 м 134,38 м
610
Таблица 34.6. Формулы для перерасчета длин элементов , по отношению к
Л/2 и IX
Длина элемента нию к Л/2 по отноше- Длина элемента по отноше- нию к IX
2 150000 Я _ 130500 , 300000 261000
2 f 2 _ 148500 • 0,87 = 129000 1,02 = —— „ 297000 0,872 - . 258000
0,99 - j 147000 0,86 = —— 127500 0,992 = , 294000 0,862 = —у— 255000
0,98 - „„ 145500 0,85 = _ 126000 0,982 = —— ч 291000 0,852 = —у— . 252000
0,97« ? 144000 0,84 = —— . 124500 0,972 = , 288000 0,842 = -у- л 249000
0,96 - Л ' 142500 0,83 - 123000 0,962 = —— „ 285000 0,832 « -• у л 246000
0,95 = —-— 141000 0,82 - f 121500 0,952 = —у , 282000 0,822 = -у- 243000
0,94 = j. л 139500 0,81 = - - „ „„ 120000 0,942 = у . 279000 0,812 = — 4 240000
0,93 = —-— „ 138000 0,80 = 118500 0,932 = - — , 276000 0,802 = —-— Л , 237000
0,92 = f Л 136500 0,79 - 117000 0,922 = f . 273000 0,792 = —— 234000
0,91 = f 135000 0,78 = - у 115500 0,912 - f 270000 0,782 = -у- л 231000
0,90= f „ „ 133500 0,77 = f 114000 0,902 = —j— , 267000 0,772 - — , 228000
0,89 = j . „ 132000 0,76» 112500 0,892 *= ”-у , 264000 0,762 = у й 225000
v,88 ® " у 1 0,75 » Д&нныь в мм, частота в МГц. 0,882 = —у— 0,752 = ——
611
2
ю
м мГ ц М мГц М мГц м мГц
Ю.1 29.903 20,1 14,925 30.1 9.966 7 40,1 7.411.3
10.1 29,411 20.2 I4.C3I 30,2 9,9)3.7 40.2 7.462.6
ю.) 29,126 20.3 14,77» зо.з 9,901.0 40.3 7,444.0
10.4 29,146 20.4 14,706 30.4 9.161 3 40.4 7,423.*
ю.з 21.371 20.3 14,634 30.3 9.136.0 40,5 7,407 3
10.6 21,301 20.6 14,563 30.6 9.104.0 40.6 7,399.0
Ю.7 21,037 20.7 14,49) 10.7 9.772.0 40.7 7,)71 0
Ю.1 27.77» 20.» 14,42) 30,1 9.740.2 40,1 7.333.0
10.9 27,322 20.9 14,333 30.9 9,701.7 40.9 7.) 33.0
*1.0 27,273 21,0 14.2*5 31.0 9.677 4 41.0 7,317.5
**.* 27,027 21,1 14,21» 31.1 9,646 2 41,1 7,299.)
*1.2 26.716 21.2 14,131 31.2 9,615.1 41.2 7,2*1.3
и.з 26,349 21.3 14,013 31.) 9,514.7 41 3 7.263 I
11.4 26.316 21.4 14,019 31.4 9,554 0 41*4 7.246.3
н.з 26.067 21.3 13.954 31,3 9.523 1 41.5 7.22* I
11.6 23.162 21.6 13.119 31,6 9,493.6 41,6 7.211.3
Н.7 23,641 21.7 13.823 )*.7 9.46).7 41.7 7.194.2
II.* 23,424 21.1 13,761 )*.» 9,433.1 41.* 7,177.0
11,9 23,210 21,9 13,699 31,9 9.404.4 41,9 7,160.0
12.0 23,000 22.0 13.636 32,0 9.375.0 42,0 7,142.1
12.1 24,793 22,1 13.373 32.1 9,345.6 42.1 7.123.9
12.2 24,390 22,2 13.314 32.2 9,316 6 42.2 7.109 0
12.) 24,390 22,3 13,43) 32.3 9,21».0 42.) 7.092.2
12.4 24.193 22.4 13,393 32.4 9.259 2 42.4 7.073.3
12.3 24,000 22,3 13,333 32,3 9.230 1 42,3 7,03». •
12.6 23,109 22,6 13,274 32.6 9,202.4 42,6 7,042.2
*2,7 23,622 22,7 13,216 32.7 9.174.2 42.7 7.025.7
*2,1 23,4)7 22, • 13.131 32.1 9,146.4 42.* 7,009.3
12,9 23,256 22,9 13,100 . 32,9 9.11» 4 42.9 6.993.0
в.о 23,077 23.0 13,04) зз.о 9.091.0 43,0 6,976.7
3.1 22.901 23,1 12,917 33,1 9,063.4 43,1 6.960.5
13.2 22,722 23,2 12,931 33,2 9.036.0 43.2 6,944 4
13.3 22,336 23.) 12,675 зз.з 9.009.0 43,3 6.921.3
1),4 22,311 23.4 12,120 33.4 1,912.0 43,4 6,912.4
13.3 22,224 23.3 12,766 3),3 1.955.2 43,3 6,196.5
13.6 22,059 23.6 12.712 33.6 1.921.6 43,6 6.М0 7
13.7 21,891 23.7 12,651 33.7 •.902.0 43.7 6,165.0
13.» 21.739 23.» 12,605 33,1 1.175 4 43.» 6.149.3
13.9 21,313 23.9 12.353 33.9 1,149.6 43.9 6.833.8
14.0 21,429 24.0 12.300 34.0 1,123.4 44.0 6.11». 2
14.1 21,277 24.1 12.441 34,1 1,797.1 44.1 6.102.7
*4,2 21.127 24,2 12.397 34.2 1.771.» 44.2 6,717.3
*«.3 20,979 24.3 12,343 34.3 Ве746.4 44 J 6,772.0
14.4 20.133 24.4 12,295 34.4 1.72ОЛ 44 4 6.756.1
14.3 20.690 24,5 12,245 34.3 •.695.6 44,5 6,741.6
14.6 20Д4» 24.6 12,194 34,6 •«670.4 44,6 6.726.5
14.7 20.40» 24.7 12,146 34.7 1,643.6 44.7 6.7Ц.З
14.S 20.270 24,1 12.097 34.1 1.620.6 6.696.3
*4.9 20.134 26.9 12.04» 34.9 «,595.1 44 9 6.611.3
*3,0 20,000 25.0 12,000 35,0 1.371 4 43*0 6.666 7
Таблица 34.2. Перерасчет метров в МГц, диапазон от 10 м до 100 м (шаг 0,1 м)
М МН2 М мГц М мГц М мГц м мГц
50,1 3.911.0 60.1 4.991.7 70.1 4.279.6 80.1 3.745.1 90.1 3.J29.7
50.2 5,976.1 60,2 4,913.3 70,2 4.273.5 80.2 3,740 7 90.2 3,326,0
30.3 3.964.1 60,3 4,973.1 30,3 4.267 4 *0.) 3.735.9 90.3 3,322 2
50.4 5.953.7 60,4 4,966 9 70.4 4.261 4 •0.4 ).7)1 2 90.4 3,31» 5
50.5 5,940.6 60,5 4.95» 6 70.3 4.235 3 80.3 3.726.7 90.5 3.314.9
50,6 3.921.9 60,6 4,950.5 70.6 4.249.) •0 6 3.722.0 90.6 3,311.2
50,7 3.917.1 60.7 4,942.) 70,7 4.243 3 0*7 3.717.5 90.7 3.307.6
50,1 5,903.6 60.1 4.934.2 70.1 4.2)7 3 •о.» 3.712.9 90.8 3,303.9
30,9 3,193.9 40.9 4.926.1 70,9 4.2)1 ) •0,9 3.701.3 90,9 3,300.3
31.0 S.U2 5 61,0 4,918.0 71,0 4.225.) 1.0 3,703.7 91.0 3.296.7
SI.1 5.170.9 61.1 4,910.0 71.1 4.219.4 *1 1 3,699.2 91.1 3.293.1
31.2 5,159.4 61.2 4,902 0 7IJ 4.213.3 В1 2 3,694 6 91.2 3,289.4
31,3 5.147.9 61 л 4.194.0 71.3 4.207.6 *’) 3,690.0 91.3 3,283.8
51.4 5.131.0 61.4 4,116.0 71.4 4,201.7 • 1.4 3.615.5 91.4 3,282.2
51,5 5.125.1 61,5 4.878.0 >1.5 4.195.7 81.5 3,610.9 91.5 3.278 7
51.6 3.11 ).9 61,6 4.170.1 71,6 4.190.0 11 6 3.676.5 91.6 3.275.1
51.7 3,102 7 61,7 4,162.2 7|.7 4.114.1 • 1.7 3,672.0 91.7 3 271.3
31.8 5,791.6 61.1 4,854.) 71.8 4,171.3 1.1 3.667.5 91.8 3.268.0
31,9 5,710.) 61.9 4.146.6 71.9 4.172.5 <1.9 3.663.0 91.9 3,264 4
32.0 3,769.0 62.0 4.131.7 72.0 4.166.7 •2.0 3,651.6 92,0 3*260.8
32.1 5,751.1 62,1 4,830.9 72.1 4,160.1 2.1 3,654 1 92.1 3,257.3
32.2 5.747.1 62.2 4,82) 1 72,2 4,135.1 *2,2 3,649.7 92,2 3.253.8
57.3 5.736.1 62,3 4,813.3 72.) 4,149.4 *2,3 3.643.2 92,3 3,250.3
32.4 5.725.2 62.4 4.807.8 72.4 4.143.6 *2.4 3.6401 92,4 3,246.»
52,5 3.714 2 62.3 4.100.0 72.3 4.137.9 *2,3 3,636.4 3.243,2
32.6 5.70) 4 62.6 4.792.3 72,6 4,1)2 2 *2.6 3.63* 9 92,6 3,239.7
52.7 5.692.6 62.7 4.714.7 П.7 4,126.6 •2.7 3.627 3 92.7 3^236.2
52.1 5,612.1 62,1 4.777.0 72,8 4,120.9 • 2.8 3,62) 2 92.» 3,232 7
52,9 5,671.0 62,9 4.769.4 72.9 4.115 2 *2,9 3.618.8 92,9 3,229 2
33.0 3.660.0 69.0 4,761.9 73.0 4,109.6 *3.0 3.614 4 93,0 3,225.1
53.1 5,649.7 63.1 4.734.3 73.1 4.103.9 83.1 3,610 1 93,1 3,222 3
53.2 3.639.1 6Э.2 4.746.1 73,2 4,091.4 83,2 3,605 7 93.2 3,218.1
53.3 5.621.5 63,3 4,739.) 73,3 4,092 8 83,3 3.601.4 9).) 3,215.4
53.4 3,611.0 63.4 4,731.9 73.4 4,017 2 S3 4 3.597.1 93,4 3.211 9
Я.З 5,607.5 63.5 4,724.4 73.5 4,011.6 »)’з 3,592 7 93.5 3 201.6
33.6 5.597.0 63.6 4.716.9 73.6 4.076.1 3.6 3,588 5 9),6 3,205.1
33.7 3.516.6 63.7 4.709.5 73,7 4.070.6 83.7 3.384.2 93.7 3,201.7
5),» 5,576.2 6J.B 4,702.2 73.1 4,065 0 SJ 0 3,310 0 9).8 3,198.3
53.9 5.563 9 63.9 4.694.1 73.9 4.039.3 ЭЛ 3,375 7 9) .9 ),194.»
34.0 5,935.6 64,0 4,617.5 74.0 4.034 1 4.0 3.571.4 94.0 3.191.5
34.1 3,343.) 64.1 4,680.1 74.1 4.048 3 4.1 3,567.2 94,1 ),18* 1
34.2 5,535.0 44.2 4,672.1 74.2 4,043.2 •4 2 3,562.9 94.2 1,184.7
34.3 5.324.9 64.3 4,663.7 74.3 4.0)7 6 *4*3 3,531.7 94,3 3,181.4
54.4 3,314.6 64.4 4,651.) 74.4 4,0’7.) В4 4 3,334.5 94.4 3.171.9
34.3 3,504 3 64,9 4,631.1 74.3 4,926 8 В4.$ 3,350.) 94,5 3.174.6
54.6 3,494.5 64,6 4,644.0 74,6 4.021 5 S4.4 3.546.1 94.6 3.171.2
34.7 5,4»4.4 64.7 4.636.1 74.7 4.016 1 В4 7 3.541.9 »4.7 3,167.9
54.» 3.474.3 64.» 4,629 6 74.8 4.010 7 •4.*» 3,1)7.7 94.8 3,164.5
54.9 5 464 5 64.9 4.622 6 74,9 4.003 4 4,9 3.533.5 »4.9 3.161 2
» 0 5*454 6 65.0 4.615 4 75.0 6,000 6 •3.0 3.529.4 95.0
Ш1в ОШ51Ш ШО ОШ ОШ ОШ ШО ШО Шй
2222? 22222 2222? ?5*£2? 2222*2 2222*2 2222? 222?|
Шй Шй ЙШ Шй Шй Шй йШ Шй Шй ИШ
ssss*? Ss'ss? г222? 52222 зззз? г???? з2з*з*г з???? s*2s?? 22*2з*?
Шй Шй ИШ Шй ЙШ Шй ййнйй Шй Шй
s*2p?2* 222*5*2 5 5 s £з* 2*5*2*22 5*5*22*2 £25*22* s2? 2*2 2*22*2*1 5* 2 г* 2 2 2*2*22i*
Шй Шй ЙШ йШ Шн Шй ШИ ИШ Шй Шй
3 3*3 3*3* 3*3 3*3 3 3 3*3*2? 3*3*8?? 55*5*5*5* 55*5*5*3' 33*3'3’2 333?? 5 2 ? 5 2 ?????
Шй Шй ШИ ЙШ Шй Шй Шй Шй Шй Шй
зЗззй я???? з???з ?з*??£ з*?5*5*£ SS??? з2?й*2 2*2552 5*222*2 2* 2 2 il*
Шй Шй ЙШ ШИ Шй Шй йй! Шй Шй ШИ
3 3*3*3*? 3*3'3*3* 2 3 3*3*2 2 3 3*3*3 5* 3*5 3 5'3* 5 5’5*5? 33 ? 35 ЗЗЗ'ЗЗ 5??з*?* ????а
iiiii !Ш1 ОШ ОШ Шв! ОШ ОШ НШ ОШ ОШ
£2222 £2525 з*2*£?з* 2222s 5*2222 £*££££* г*22?2 2222* 22222 2222s*
ЙН’ ЙШ 5ИИ ИЙ1 mil ШН 2йй Шй 5ЙЙ ЙЙ1
я*й*£*й*2 22222 2?25£ 32222 2S222 22322 «2222 £3222 »*£*32£* 2222?
ши ши ЙЙ5 SHH 5НН ШЙ Й5Й Й1Й Й1Й ЙИ1
аигз iiiii iiiii iiiii iiiii iiiii iiiii iiiii iiiii
613
Таблица 34.7. Пересчет отношений напряжений, токов и мощности в Деци-
беллы (дБ)
дБ А и2 9 12 А Р1 дБ Ux h u2 ; 12 л Р1
-20 0,100 0,010 8 2,51 6,31
-19 0,112 0,013 9 2,82 7,94
-18 0,126 0,016 10 3,16 10,00
-17 0,141 0,020 11 3,55 12,59
-16 0,158 0,025 12 3,98 15,85
-15 0Д78 0,032 13 4,47 19,96
-14 0,200 0,040 14 5,01 25,12
-В 0,224 0,050 15 5,62 31,63
-12 0,251 0,063 16 6,31 39,8
-И 0,282 0,079 17 7,08 50,1
-10 0,316 0,100 18 7,95 62,1
-9 0,355 0,126 19 8,91 79,4
-8 0,398 0,158 20 10,00 100,0
-7 0,447 одоо 22 12,59 158,5
-6 0,501 0,251 24 15,85 251,2
-5 0,562 0,316 26 19,95 398,1
-4 0,631 0,397 28 25,12 631,0
-3 0,708 0,501 30 31,6 1000
-2 0,795 0,621 35 56,2 3165
— 1 0,891 0,794 40 100 10000
0 1,000 1,000 45 177,83 31620
1 1,122 1,259 50 316,23 10$
2 1,259 1,585 60 1000 10*
3 1,413 1,995 70 3162,3 107
4 1,585 2,512 80 10000 10®
5 1,778 3,163 90 31623 10*
6 1,995 3,980 100 10» ю»°
7 2,24 5,01
614
Таблица 34.8. Пересчет отношений напряжения, тока и мощности а Неперы
(Нп)
[Нп] и. h U2 : 4 Pi Pi [ДБ] [Нп] Ut h U2 : h Pi Рд [дБ]
0,0 1,0 1,0 0,0 2,2 9,025 81,45 19,1
0,1 1,105 1,221 0,87 2,4 11,02 121,50 21,0
0,2 1,221 1,492 1,74 2,6 13,46 181,3 22,6
0,3 1,350 1,822 2,61 2,8 16,44 270,4 24,3
0,4 1,492 2,226 3,47 3,0 20,09 403,4 26,1
0,5 1,649 2,718 4,48 3,2 24,53 601,8 27,8
0,6 1,822 3,320 5,21 3,4 29,96 897,8 29,5
0,7 2,014 4,055 6,08 3,6 36,60 1339 31,3
0,8 2Д26 4,953 6,95 3,8 44,70 1998 33,0
0,9 2,460 6,050 7,81 4,0 54,60 2981 34,7
1,0 2,718 7,389 8,69 4,2 66,69 4447 36,5
1,1 3,004 9,025 9,55 4,4 81,45 6634 38,2
1,2 3,320 11,02 10,4 4,6 99,48 9897 40,0
1,3 3,669 13,46 11,3 4,8 121,5 14770 41,7
1,4 4,055 16,44 12,2 5,0 148,5 22030 43,4
1.5 4,482 20,09 13,0 5,2 181,3 32860 45,2
1.6 4,953 24,53 13,9 5,4 221,4 49020 46,9
1Л 5,475 29,96 14,8 5,6 270,4 73130 48,6
1,8 6,050 36,60 15,6 5,8 330,3 109100 50,4
1,9 6,686 44,70 16,5 6,0 403,4 162750 52,1
2,0 7,389 54,60 17,4
1 Непер = 8,686 Децибелл, 1 Децибелл = 0,116 Непер
Таблица 34.9. Перерасчет Непер в Децибелл, Децибелл в Непер
Нп дБ Нп дБ Нп дБ дБ Нп дБ Нп дБ Нп
0,1 0,869 4,1 35,6 8,1 70,4 1 0,115 41 4,72 81 9,32
0,2 1,74 4,2 36.5 8,2 71,2 2 0,230 42 4,84 82 9,44
0,3 2,61 4,3 37,3 8,3 72,1 3 0,345 43 4,95 83 9,55
0,4 3,47 4,4 38,2 8,4 73,0 4 0,460 44 5,06 84 9,67
0,5 4,34 4,5 39,1 8,5 73,8 5 0,576 45 5,18 85 9,79
0,6 5,21 4,6 40,0 8,6 74,7 6 0,691 46 5,30 86 9,90
0,7 6,08 4,7 40,8 8,7 75,6 7 0,806 47 5,41 87 10,0
0,8 6,95 4,8 41,7 8,8 76,4 8 0,921 48 5,52 88 10,1
0,9 7,82 4,9 42,6 8,9 77,3 9 1,04 49 5,64 89 10,2
1,0 8,69 5,0 43,4 9,0 78,2 10 1,15 50 5,76 90 10,4
1,1 9,55 5,1 44,3 9,1 79,0 11 1,27 51 5,87 91 10,5
1,2 10,4 5,2 45,2 9,2 79,9 12 1,38 52 5,99 92 10,6
1,3 11,3 5,3 46,0 9,3 80,8 13 1,50 53 6,10 93 10,7
1,4 12,2 5,4 46,9 9,4 81,6 14 1,61 54 6,22 94 10,8
1,5 13,0 5,5 47,8 9,5 82,5 15 1,73 55 6,33 95 10,9
1,6 13,9 5,6 48,6 9,6 83,4 16 1,84 56 6,45 96 11,0
1,7 14,8 5,7 49,5 9,7 84,3 17 1,96 57 6,56 97 11,2
1,8 15,6 5,8 50,4 9,8 85,1 18 2,07 58 6,68 98 11,3
1,9 16,5 5,9 51,2 9,9 86,0 19 2,19 59 6,79 99 И,4
2,0 17,4 6,0 52,1 10,0 86,9 20 2,30 60 6,91 100 И,5
2,1 18,2 6,1 53,0 1(1,1 87,7 21 2,42 61 7,02 101 11,6
2,2 19,1 6,2 53,9 10,2 88,6 22 2,53 62 7,14 102 11,7
2,3 20,0 6,3 54,7 10,3 89,5 23 2,65 63 7,25 103 11,9
2,4 20,8 6,4 55,6 10,4 90,3 24 2,76 64 7,37 104 12,0
2,5 21,7 6,5 56,5 10,5 91,2 25 2,88 65 7,48 105 12,1
2,6 22,6 6,6 57,3 10,6 92,1 26 2,99 66 7,60 106 12,2
2,7 23,5 6,7 58,2 10,7 92,9 27 3,11 67 7,71 107 12,3
2,8 24,3 6,8 59,1 10,8 93,8 28 3,22 68 7,83 108 12,4 ,
2,9 25,2 6,9 59,9 10,9 94,7 29 3,34 69 7,94 109 12,5
3,0 26,1 7,0 60,8 11,0 95,6 30 3,45 70 8,06 110 12,7
3,1 26,9 7,1 61,7 11,1 96,4 31 3,57 71 8,17 111 12,8
3,2 27,8 7,2 62,5 11,2 97,3 32 3,68 72 8,29 112 12,9
3,3 28,7 7,3 63,4 11,3 98,1 33 3,80 73 8,40 113 13,0
3,4 29,5 7,4 64,3 11,4 99,0 .34 3,91 74 8,52 114 13,1
3,5 30,4 7,5 65,1 11,5 99,9 35 4,03 75 8,63 115 13,2
3,6 31,1 7,6 66,0 11,6 100,8 36 4,14 76 8,75 116 13,4
3,7 32,3 7,7 66,9 11,7 101,6 37 4,26 77 8,87 117 13,5
3,8 33,0 7,8 67,8 11,8 102,5 38 4,37 78 8,98 118 13,6
3,9 33,9 7,9' 68,6 11,9 103,4 39 4,49 79 9,09 119 13,7
4,0 34,8 8,0 69,5 12,0 104,2 40 4,61 80 9,21 120 13,8
616
Таблица 34.10. Телевизионные диапазоны в обоих немецких государствах и
в некоторых других европейских странах
Нормы согласно CCIR
Изображение: Негативная модуляция
Число строк: 625
Частота кадров: 25 Гц
Ширина видеодиапазона: 5 МГц
Звук: частотная модуляция
Ширина
передающего
канала: 7 МГц (6 МГц для канала 1)
Диапазоны частот:
Границы диапазона, МГц Канал изображения, МГц Канал звука, МГц Средняя длина, м
Диапазон I
Канал 1 41 • •47 41,25 46,75 6,80
Канал 2 47 • •54 48,25 53,75 6,00
Канал 3 54- •61 55,25 60,75 5,20
Канал 4 61 •68 62,25 67,75 4,65
Диапазон II
Канал 5 J74- • 181 175,25 180,75 1,69
Канал 6 181 188 182,25 187,75 1,63
Канал 7 188 - • 195 189,25 194,75 1,57
Канал 8 195 • •202 196,25 201,75 1,51
Канал 9 202 •209 203,25 208,75 1,46
Канал 0 209 •216 210,25 215,75 1,41
Канал 1 216 •223 217,25 222,75 1,37
Канал 2 223 • 230 224,25 229,75 1,33
Диапазон IV в см
Канал 21 470- •477 471,25 476,75 63
Канал 22 478- •485 479,25 484,75 62,5
Канал 23 486- 493 487,25 492,75 61
Канал 24 494. •501 495,25 500,75 60
Канал 25 502- •509 503,25 508,75 59
Канал 26 510 •517 511,25 516,75 58
Канал 27 518 •525 519,25 524,75 57,5
Канал 28 526- •533 527,25 532,75 56,5
Канал 29 534- 541 535,25 540,75 55,5
Канал 30 542- •549 543,25 548,75 55
Канал 31 550 •557 551,25 556,75 54
Канал 32 558 • •565 559,25 564,75 53
Кацал 33 566- •573 567,25 572,75 52,5
Канал 34 574- 581 575,25 580,75 51,5
617
Таблица 34.10. (продолжение)
Границы диапазона, МГц Канал изображения, МГц Канал звука, МГц Средняя длина, м
Канал 35 582 -589 583,25 588,75 51
Канал 36 590 -• 597 591,25 596,75 50,5
Канал 37 598 - 605 599,25 604,75 50
Диапазон V
Канал 38 606- 613 607,25 612,75 49
Канал 39 614 - 621 615,25 620,75 48,5
Канал 40 622 — 629 623,25 628,75 48
Канал 41 630 - 637 631,25 636,75 47
Канал 42 638 - 645 639,25 644,75 46,5
Канал 43 646 653 647,25 652,75 46
Канал 44 654 ••• 661 655,25 660,75 45,5
Канал 45 662 - 669 663,25 668,75 45
Канал 46 670 - 677 671,25 676,75 44,5
Канал 47 678 - 685 679,25 684,75 44
Канал 48 686 - 693 687,25 692,75 43,5
Канал 49 694 - 701 695,25 700,75 43
Канал 50 702 - 709 703,25 708,75 42,5
Канал 51 710-717 711,25 716,75 42
Канал 52 718 - 725 719,25 724,75 41,5
Канал 53 726 - 733 727,25 732,75 41
Канал 54 734 - 741 735,25 740,75 40,5
Канал 55 742 - 749 743,25 748,75 40,3
Канал 56 750 - 757 751,25 756,75 39,8
Канал 57 758-765 759,25 764,75 39,3
Канал 58 766 - 773 767,25 772,75 38,9
Канал 59 774 - 781 775,25 780,75 38,5
Канал 60 782 - 789 783,25 788,75 38,2
Канал 61 790 - 797 791,25 796,75 37,9
Канал 62 798 - 805 799,25 804,75 37,5
Канал 63 806- 813 807,25 812,75 37,1
Канал 64 814-821 815,25 820,75 36,8
Канал 65 822 - 829 823,25 828,75 36,4
Канал 66 830 - 837 831,25 836,75 36,1
Канал 67 838 - 845 839,25 844,75 35,7
Канал 68 846 - 853 847,25 852,75 35,4
618
Таблица 34.11. Телевизионные диапазоны в Советском Союзе и в некото-
рых других восточноевропейских странах
Нормы
Изображение: Негативная модуляция
Число строк: 625
Частота кадров: 25 Гц
Ширина видеодиапазона: 6 МГц
Звук: частотная модуляция
Ширина
передающего
канала: 8 МГц
Диапазоны частот согласно O1TR
Канал Несущая изображения, МГц Несущая звука, МГц Канал Несущая изображения, МГц Несущая звука, МГц
I 49,75 56,25 VII 183,25 189,75
II 59,25 65,75 VIII 191,25 197,75
III 77,25 83,75 IX 199,25 205,75
IV 85,25 91,75 X 207,25 213,75
V 93,25 99,75 XI 215,25 221,75
VI 175,25 181,75 XII 223,25 229,75
Таблица 34.12. Телевизионные диапазоны в Великобритании
Нормы
Изображение: Позитивная модуляция
Число строк: 405
Частота кадров: 25 Гц
Ширина видеодиапазона: 3 МГц
Звук: амплитудная модуляция
Ширина
передающего
канала: 8 МГц
Частотные диапазоны
Канал Несущая изображения, МГц Несущая звука, МГц Канал Несущая изображения, МГц Несущая звука, МГц
1 45,00 41,50 8 189,75 186,25
2 51,75 48,25 9 194,75 191,25
3 56,75 53,25 10 199,75 196,25
4 61,75 58,25 И 204,75 201,25
5 66,75 63,25 12 209,75 206,25
6 179,75 176,25 13 214,75 211,25
7 184,75 181,25 14 219,75 216,25
619
Таблица 34.13. Телевизионные диапазоны во Франции
Нормы
Изображение: Позитивная модуляция
Число строк: 819 (441 для канала 1)
Частота кадров: 25 Гц
Звук: амплитудная модуляция
Ширина
передающего
канала: 13,5 МГц (7,6 МГц для канала 1, 14.МГц
для канала 8)
Частотные диапазоны
Канал Несущая изображения, МГц Несущая звука, МГц Канал Несущая изображения, МГц Несущая звука, МГц
1 46,00 42,00 8 185,25 174,10
2 52,40 41,25 8А 186,55 175,40
3 56,15 67,30 9 190,30 201,45
4 65,55 54,40 10 199,70 188,55
5 164,00 175,15 11 203,45 214,60
6 173,40 162,25 12 212,85 201,70
7 177,15 188,30
Таблица 34.14. Частотные диапазоны во Франции
Нормы согласно CCIR (как для германских государств)
Частотные диапазоны
Канал Несущая изображения, МГц Несущая звука, МГц Канал Несущая изображения, МГц Несущая звука, МГц
А 53,75 59,25 Е 184,75 189,25
в 62,25 67,75 F 192,25 197,75
С 82,25 87,75 G 201,25 206,75
D 175,25 180,75 Н 210,25 215,75
Н1 217,25 222,75
620
Таблица 34.15. Диапазон УКВ радиовещания и его деление на каналы
Диапазон УКВ радиовещания распространяется для стран цент-
ральной Европы от 87,5 до 100 МГц, что соответствует длине волны
от 3,40 до 3,00 м. Диапазон разбит на 42 канала, который начинается
каналом с номером 2 и кончается каналом номер 43. Расстояние меж-
ду каналами составляет 300 кГц. Из-за постоянного растущей плот-
ности передатчиков, на конференции в Стокгольме в 1961 году было
принято новое разделение для диапазона УКВ радиовещания. Для
создания новых каналов расстояние между каналами было уменьше-
но до 100 кГц, что позволило увеличить число каналов до 124. Ста-
рые каналы сохранили свое обозначение. Так как под старым обо-
значением находятся три канала, то для их отличия стали применять
дополнительные значки.
Пример
Канал 24 - 94,2 МГц отныне разделен на
Канал 24° = 94,2 МГц
Канал 24- = 94,1 МГц
Канал24+= 94,3 МГц
Разделение каналов
Канал 2° = 87,6 МГц
Канал 2+ = 87,7 МГц
Канал 3” « 87,8 МГц
Канал 3° = 87,9 МГц
Канал 3+ = 88,0 МГц
Канал 4“ = 88,1 МГц
Канал 4° = 88,2 МГц
Канал 4+ = 88,3 МГц
Канал 5*" = 88,4 МГц
Канал 5° = 88,5 МГц
Канал 5+ = 88,6 МГц
Капал 6“ = 88,7 МГц
Канал 6° = 88,8 МГц
Канал 6+ = 88,9 MHz
Канал 7“ = 89,0 МГц
Канал 7° = 89,1 МГц
Канал 7+ = 89,2 МГц
Канал 8“ = 89,3 МГц
Канал 8° = 89,4 МГц
Канал 8+ = 89,5 МГц
Канал 9“ = 89,6 МГц
Канал 9° = 89,7 МГц
Канал 9+ = 89,8 МГц
Канал 10“ = 89,9 МГц
Канал 10° = 90,0 МГц
Канал 10+ = 90,1 МГц
Канал 11” = 90,2 МГц
Канал 11° = 90,3 МГц
Канал 11+ = 90,4 МГц
Канал 12“ = 90,5 МГц
621
Канал 12° в 96,6 МГц
Канал 13° = 90,9 МГц
Канал 14° » 91,2 МГц
Канал 15° = 91,5 МГи
Канал 16° — 91,8 МГц
Канал 17° = 92,1 МГц
Канал 18° = 92,4 МГц
Канал 19° = 92,7 МГц
Канал 20° = 93,0 МГц
Канал 21° = 93,3 МГц
Канал 22° = 93,6 МГц
Канал 23° » 93,9 МГц
Канал 24° = 94,2 МГц
Канал 25° = 94,5 МГц
Канал 26° = 94,8 МГц
Канал 27° = 95,1 МГц
Канал 12+ = 90,7 МГц
Канал 13“ = 90,8 МГц
Канал 13+ = 91,0 МГц Канал 14- = 91,1 МГц
Канал 14+ = 91,3 МГц Канал 15“ = 91,4 МГц
Канал 15+ = 91,6 МГц
Канал 16- = 91,7 МГц
Канал 16+ = 91,9 МГц Канал 17“ = 92,0 МГц
Канал 17+ = 92,2 МГц Канал 18- = 92,3 МГц
Канал 18+ » 92,5 МГц
Канал 19- = 92,6 МГц
Канал 19+ = 92,8 МГц Канал 20“ « 92,9 МГц
Канал 20+ = 93,1 МГц Канал 21“ = 93,2 МГц
Канал 21+ = 93,4 МГц Канал 22“ = 93,5 МГц
Канал 22+ = 93,7 МГц
Канал 23“ = 93,8 МГц
Канал 23+ = 94,0 МГц Канал 24“ = 94,1 МГц
Канал 24+ 94,3 МГц Канал 25“ = 94,4 МГц
Канал 25+ » 94,6 МГц
Канал 26“ = 94,7 МГц
Канал 26+ - 94,9 МГц Канал 27“ = 95,м ; Ч'ц
Канал 27+ = 95,2 МГц Канал 28“ = 95,3 МГц
622
Канал 28° = 95,4 МГц
Канал 28+ = 95,5 МГц
Канал 29" “ 95,6 МГц
Канал 29° S3 95,7 МГц Канал 29+ = 95,8 МГц Канал зо- — 95,9 МГц
Канал 30° = 96,0 МГц Канал 30+ = 96,1 МГц Канал 31- 96,2 МГц
Канал 31° а 96,3 МГц Канал 31+ = 96,4 МГц Канал 32- = 96,5 МГц
Канал 32° — 96,6 МГц Канал 32+ В 96,7 МГц Канал зз- 96,8 МГц
Канал 33° — 96,9 МГц Канал 33+ = 97,0 МГц Канал 34- SB 97,1 МГц
Канал 34° = 97,2 МГц Канал 34+ 97,3 МГц Канал 35- = 97,4 МГц
Канал 35° =3 97,5 МГц Канал 35+ S3 97,6 МГц Канал 36- SS 97,7 МГц
Канал 36° — 97,8 МГц Канал 36+ = 97,9 МГц Канал 37- SS 98,0 МГц
Канал 37° = 98,1 МГц Канал 37+ 3= 98,2 МГц Канал 38- а 98,3 МГц
Канал 38° — 98,4 МГц Канал 38+ SS 98,5 МГц Канал 39- 98,6 МГц
Канал 39° = 98,7 МГц Канал 39+ SS 98,8 МГц Канал 40" — 98,9 МГц
Канал 40° — 99,0 МГц Канал 40+ = 99,1 МГц Канал 41- SB 99,2 МГц
Канал 41° — 99,3 МГц Канал 41+ = 99,4 МГц Канал 42" а 99,5 МГц
Канал 42е = 99,6 МГц Канал 42+ SS 99,7 МГц Канал 43- 99,8 МГц
Канал 43е = 99,9 МГц
623
Таблица 34.16. Коаксиальный кабель изготовления VEB Kabelwerk Vacha
(ГДР)
Волновое сопротивление 50 Ом
Новое обозначение 50-2-1 50-3-1 50-7-2
Старое обозначение 3006.1 3007.1 3008.1
Внутр, проводник Медный многожильный
Диаметр внутр, проводника, 0,5 0,9 2,3
Диэлектрик* мм Полиэтилен
Диаметр, мм 1,5 2,95 7,25
Внешний проводник Медная оплетка
Защитная оболочка Поливинилхлорид
Внешний диаметр, мм 3,2 5,3 10,7
Волновое сопротивление,Ом 50+2 50+2 50+2
Коэффициент укорочения 0,66 0,66 0,66
Погонная емкость, пФ/м 10Q 100 100
Ослабление, дБ/100 м
10 МГц 8,2 4,5 2,1
100 МГц 28,5 15 . 6,5
200 МГц 43 22 9,5
500 МГц 70 35 17
Волновое сопротивление 60 Ом
Новое обозначение 60-4-1 60-7-1 60-7-2
Старое обозначение 025.1 046.1 037.1
Внутренний проводник, медь
одножильный +
многожильный + +
Диаметр внутр проводника, мм 1,0 1,5 1,5
Диэлектрик Полиэтилен
Диаметр, мм 4,1 6,6 6,6
Внешний проводник Медная оплетка
Защитная оболочка Поливинилхлорид
Внешний диаметр, мм 6,1 9,3 9,3
Волновое сопротивление, Ом 60+5 60+3 60+3
Коэффициент укорочения 0,66 0,66 0,66
Погонная емкость, пФ/м 85 85 85
Применяемый тип штекера 6000А/Т 6000В/Т 6000В/Т
6030А/Т 6030В/Т 6030В/Т
6088А/Т
Ослабление, дБ/100 м
10 МГц 3,5 1,9 1,9
100 МГц 13 7,5 6,5
624
200 МГц
500 МГц
17 11 9,5
30 19 16
Волновое сопротивление 60 Ом (продолжение)
Новое обозначение. 60-7-3 60-10-1 60-10-2
Старое обозначение Внутренний проводник, 030.1 медь 017.1 038.1
одножильный, многожильный + + +
Диаметр внутр проводника, мм Диэлектрик 1,78 2,3 Полиэтилен 2,26
воздушная прослойка
Диаметр, мм 6,6 10,0 10,0
Внешний проводник Медная оплетка
Защитная оболочка Поливинилхлорид
Внешний диаметр, мм 9,3 ‘ 13,7 13,7
Волновое сопротивление, Ом 60+5 60+5 60+3
Коэффициент укорочения 0,77 0,66 0,66
Погонная емкость, пФ/м 70 85 85
Применяемый тип штекера 6004А/Т 6007А/Т 6007А/Т
6034А/Т 6037А/Т 6037А/Т
6061А/Т 6064А/Т 6064А/Т
Ослабление, дБ/100 м 6091 А/Т 6092А/Т 6092А/Т
10 МГц 2,0 2,0 2,0
100 МГц 6,1 6,5 4,3
200 МГц 9,5 10,5 7,0
500 МГц 14,7 16,5 11,3
Новое обозначение 60-10-3 60-24-3 60-40-1
Старое обозначение 032.1 023.1 041.1
Внутренний проводник, одножильный медь трубка желоб
Диаметр внутр проводника, мм 3,2 7,5 14,0
Диэлектрик Полистирол Полистирол Поливинил- карбозол
Диаметр, мм 6,6 10,0 10,0
Внешний проводник Медная Медный Медный
оплетка желоб желоб
Защитная оболочка Поливинилхлорид
Внешний диаметр, мм 13,7 29,5 50,0
Волновое сопротивление,Ом 60+1 60+1,8 60+1,8
Коэффициент укорочения 0,88 0,835 0,93
Погонная емкость, пФ/м 63 64 60
21 Антенны
625
Применяемый тип штекера 6007А/Т 6016А/Т 17/46-041
6037А/Т 6064А/Т 6092А/Т 6040А/Т
Ослабление, дБ/100 м 10 МГц 1,1 0,4 0,27
100 МГц 3,5 1,3 0,87
200 МГц 5,2 1,8 1,4
500 МГц 8,7 2,4 2,2
Волновое сопротивление от 70 до 75 Ом
Новое обозначение 70-10-1 70-4-1 75-4-4
Старое обозначение 2008.1 2010.1 2016.1
Внутренний проводник, медь
одножильный + +
многожильный +
Диаметр внутр, проводника, мм 1,8 0,6 0,58
Диэлектрик Полиэтилен
Диаметр, мм 10,0 3,7 3,7
Внешний проводник Медная Медная Медная
оплетка оплетка оплетка
Защитная оболочка П оливинилхлорид
Внешний диаметр, мм 13,7 6,1 6,1
Волновое сопротивление,Ом 70+3 75+3 75+3
Коэффициент укорочения 0,66 0,66 0,66
Погонная емкость, пФ/м 75 67 67
Применяемый тип штекера
7503В/Т 7503В/Т
7515В/Т 7515В/Т
7530В/Т 7530В/Т
7531В/Т 7531В/Т
Ослабление, дБ/100 м
10 МГц 1,7 4,4 3,7
100 МГц 5,6 15,5 12
200 МГц 8,7 21,5 17
500 МГц 36,5 30,5
Новое обозначение 75-4-1 5 75-7-8 75-17-2
Старое обозначение 2017.1 2020.1 2021.1
Внутренний проводник, медь
одножильный + + +
Диаметр внутр, проводника, мм 0,68 1,13 2,7
626
Диэлектрик Полиэтилен
Диаметр, мм 4,6 7,25 17,3
Внешний проводник Медная Медная Медная
оплетка оплетка оплетка
Защитная оболочка Поливинилхлорид
Внешний диаметр, мм 7,8 10,7 22,5
Волновое сопротивление,Ом 75+6 75+3 75+3
Коэффициент укорочения 0,66 0,66 0,66
Погонная емкость, пФ/м 65 67 67
Ослабление, дБ/100 м
10 МГц 2,9 2,1 1,0
100 МГц 10,5 6,5 3,3
200 МГц 15 9,5 4,8
500 МГц 17 8,6
Примечание: данные типы штекеров могут быть заказаны в службе обеспе-
чения изделий машиностроения в Дрездене
2Г
Таблица 34.17. Экранированные симметричные двухпроводные линии из-
готовления VEB Kabelwerk Vacha (ГДР)
Волновое сопротивление от 120 до 240 Ом
Новое обозначение 120D10--1 240D6-1 240D10-3
Старое обозначение Внутренний проводник зозл 351.1 Два медных провода 357.1
Диаметр внутр, проводника, мм 2 х 1,4 2x0,4 2x0,5
Диэлектрик Полиэтилен Полистирол Полиэтилен с возд. прослойкой
Диаметр, мм 10,6 6,2 10,0
Внешний проводник Медная Медная Медная
Защитная оболочка оплетка оплетка Поливинилхлорид оплетка
Внешний диаметр, мм 14,0 9,0 13,7
Волновое сопротивление,Ом 120+12 240+24 240+20
Коэффициент укорочения 0,65 0,82 0,82
Погонная емкость, пФ/м Ослабление, дБ/100 м 40 18 18
10 МГц 2,1 4,3 3
100 МГц 6,8 15 9,5
200 МГц 9,6 21 15
Таблица 34.18. Симметричные двухпроводные линии передач (плоские ли-
нии) изготовления VEB Kabelwerk Vacha (ГДР)
Волновое сопротивление от 120 до 300 Ом
Новое обозначение 120В1-1 240А4-1 300А7-1
Старое обозначение 305.1 352.1 391.1
Два внутренних проводника, медь
одножильных +
многожильных + +
Диаметр внутр, проводника, мм 2 х 0,3 2x0,9 2x0,9
Диэлектрик Полиэтилен
Диаметр, мм 1,5 х 0,7 5,7 х 1,6 9x2
Волновое сопротивление,Ом 120+18 240+12 300+15
Коэффициент укорочения 0,75 0,80 0,802
Погонная емкость, пФ/м 38 16 13
Ослабление, дБ/100 м
10 МГц 1,5 0,87
100 МГц 4,3 3,5
200 МГц 6,7 5,9
500 МГц 12 9,5
628
Таблица 34.19. Коаксиальные кабели советского стандарта
Тип Волновое сопротивление, Ом Погонная емкость, пФ/м Диаметр внутреннего проводника мм 1 Внешний диаметр проводника мм Осла! 45 МГц бленне Hn/i 200 МГц км при 3000 МГц
РК19 50 115 0,7 34,6 230
РК 119 50 115 0,7 34,6 230
РКТФ 19 50 105 0,7 34,6 230
РК 55 50 ПО 0,9 28,8 196
РК 159 50 ПО 0,9 28,8 196
РКТФ 29 50 106 1,0 28,8 196
РК29 50 ПО 1,4 161
РК 129 50 ПО 1,4 161
РК 28 50 115 2,3 144
РК 128 50 115 2,3 144
РКТФ 47 50 106 2,5 17,3 127
РК 147 50 115 2,3 19,6 144
РК 47 50 115 2,8 19,6 144
РК 48 50 115 3,4 13,8 86,5
РК 148 50 115 3,4 13,8 86,5
РКТФ 48 50 106 3,6 13,8 104
РК61 50 115 4,5 15,0 4,6 127
РК6 52 101 2,6 9,0 6,0 86,5
РК 106 53 102 2,6 9,0 5,8 104
РКТФ 6 52 101 2,6 8,0 127
РКЗ 74 70 1,4 9,0 5,4 92
РК 103 74 71 1,4 9,0 5,8 104
РК4 74 70 1,4 9,0 8,0 ч 369
РК 104 74 71 1,4 9,0 8,1 104
РК 1 75 76 0,7 21,0 150
РК 101 75 76 0,7 21,0 150
РКТФ 75 70 0,8 21,0 150
РК 49 75 76 0,8 23,0 173
РК 149 75 76 0,8 23,0 173
РКТФ 49 75 70 0,9 17,3 144
РК20 75 76 1,1 17,3 127
РК 120 75 78 1,2 17,3 127
РКТФЗ 75 70 1,3 13,8 115
РКТФ 20 75 70 1,4 17,3 127
РК 160 75 75 2,0 13,0 104
РК62 75 70 2,2 15,0 4,0 92
РК8 75 68 2,7 18,0
РКТФ 56 77 50 0,6 5,0 Н,5 156
РК 156 83 48 0,6 4,0 10,4 150
РКТФ 50 100 37 0,3 6,0 9,2 115
РК2 100 57 0,6 16,1 98
РКТФ 2 100 50 0,7 17,3 127
РК50 150 27 0,3 6,0 8,5 97
РК 150 150 27 0,3 6,0 5,8 97
629
Таблица 34.20. Коаксиальные кабели американского стандарта
Волновое сопротивление, Ом .Погонная емкость, пФ/м Диаметр внутреннего проводника мм Внешний диаметр мм Ослабление Нп/км при
30МГц 100 МГц 500 МГц
RG-58/U 53,5 94 0,8 5 8,7 17,4 41,6
RG-55/U как и RG -58/U только с материалом внешней изоляции
RG-55/U из полиэтилена, диаметром 5,23 мм.
RG-5/U 52,5 94 1,3 8,5 5,6 11,0
RG-8/U 52 97 7x0,7 10 3,8 7,9 20,8
RG-14/U 52 97 2,6 14 2,8 5,3
RG-17/U 52 97 4,8 22 1,6 3,0
RG-19/U 52 97 6,35 28,5 1,25 2,57
RG-59/U 73 69 0,65 6,2 7,2 12,9 34,0
RG-6/U 76 66 0,72 8,5 5,3 11,0
RG-11/U 75 68 7x0,4 10 4,5 8,7 18,9
RG-13/U 74 68 7x0,4 10,7 4,3 8,3
RG-62/U 93 46 0,65 6,15 5,6 10,2
RG-71/U RG-71/U как и RG -62/U только с материалом внешней изоляции
из полиэтилена, диаметром 6,35 мм
RG-63/U 125 | 34,5 1 1 1 «
Таблица 34.21. Двухпроводные линии с диэлектриком, американский стан-
дарт
Тип Волновое R в Ом Коэфф, укорочения Диаметр проводника, мм Ослабление Нп/км при
7 МГц 30 МГц 150 МГц 400 МГц
14-080 75 0,68 7x0,32 7,9 15,8 35,9 53,8
14-023 75 0,71 7x0,7 1,9 5,7 18,5
14-079 150 0,77 7 х0,32 2,5 5,7 12,8 208
14-056 300 0,82 7x0,32 1,1 2,3 5,9 10,2
14-100 300 0,82 7x0,32 1,1 2,3 5,9 10,2
14-271 300 0,82 7x0,32 1,1 2,3 5,9 10,2
14-185 300 0,82 7x0,4 0,8 2,0 5,1 9,4
14-076 300 0,82 7x0,4 0,8 1,9 4,8 8,3
14-022 300 0,82 1,3 0,6 1,4 3,8 6,8
630
Таблица 34.22. Пересчет английских футов или дюймов в метры
Английский z/k фут *' 0" 1" 2" 3" 4" 5" 6" 7" 8" 9" . 10" И"
0 0,0000 0,0254 0,0508 0,0762 0,1016 0,1270 0,1524 0,1778 0,2032 0,2286 0,2540 0,2794 m
Г (“12") 0,305 0,330 0,356 0,381 0,406 0,432 0,457 0,483 0,508 0,533 0,559 0,584 m
Г (“24") 0,610 0,635 0,660 0,686 0,711 0,737 0,762 0,787 0,813 0,838 0,864 0,889 m
3'( - 36") 0,914 0,940 0,965 0,991 1,016 1,041 1,067 1,092 1,118 1,143 1,168 1,194 m
4'( = 48") 1,219 1,245 1,270 1,295 1,321 1,346 1,372 1,397 1,422 1,448 1,473 1,499 m
5'(“60") 1,524 1,549 1,575 1,600 1,626 1,651 1,676 1,702 1,727 1,753 1,778 1,803 m
6Z( “72") 1,829 1,854 1,880 1,905 1,930 1,956 1,981 2,007 2,032 2,057 2,083 2,108 m
Т ( = 84") 2.134 2,159 2,184 2,210 2,235 2,261 2,286 2,311 2,337 2,362 2,388 2,413 m
8' ( - 96") 2,438 2,464 2,489 2,515 2,540 2,565 2,591 2,616 2,642 2,667 2,692 2,717 m
9' ( - 108") 2,743 2,769 2,794 2,819 2,845 2,870 2,896 2,921 2,946 2,972 2,997 3,023 m
10'( - 120") 3,048 3,073 3,099 3,124 3,150 3,175 3,200 3,226 3,251 3,277 3,302 3,327 m
11'(-132") 3,353 3,378 3,404 3,429 3,454 3,480 3,505 3,531 3,556 3,581 3,607 3,632 m
124= 144") 3,658 3,683 3,708 3,734 3,759 3,785 3,810 3,835 3,861 3,886 3,912 3,937 m
13(= 156") 3,962 3,988 4,013 4,039 4,064 4,089 4,115 4,140 4,166 4,191 4,216 4,242 m
144=168") 4,267 4,293 4,318 4,343 4,369 4,394 4,420 4,445 4,470 4,496 4,521 4,547 m
154“ 180") 4,572 4,597 4,623 4,648 4,674 4,699 4,724 4,750 4,775 4,801 4,826 4,851 m
164-192") 4,877 4,902 4,928 4,953 4,978 5,004 5,029 5,055 5,080 5,105 5,131 5,136 m
174 = 204") 5,182 5,207 5,232 •5,258 5,283 5,309 5,334 5,359 5,385 5,410 5,436 5,461 m
184 = 216") 5,486 5)512 5,537 5,563 5,588 5,613 5,639 5,664 5,690 5,715 5,740 5,766 m
194 = 228") 5,791 5,817 5,842 5,867 5,893 5,918 5,944 5,969 5,994 6,020 6,045 6,071 m
20' ( - 240") 6,096 6,121 6,147 6,172 6,198 6,223 6,248 6,274 6,299 6,325 6,350 6,375 m
2Г(“252") 6,401 6,426 6,452 6,477 6,502 6,528 6,553 6,579 6,604 6,629 6,655 6,680 m
22' ( - 264") 6,706 6,731 6,756 6,782 6,807 6,833 6,858 6,883 6,909 6,934 6,960 6,985 m
23' (» 276") 7,010 7,036 7,061 7,087 7,112 7,137 7,163 7,188 7,214 7,239 7,264 7,290 m
24' ( = 288") 7,315 7,341 7,366 7,391 7,417 7,442 7,468 7,493 7,518 7,544 7,569 7,595 m
25' ( - 300") 7,620 7,645 7,671 7,696 7,722 7,747 7,772 7,798 7,823 7,849 7,874 7,899 m
264-312") 7,925 7,950 7,976 8,001 8,026 8,052 8,077 8,103 8,128 8,153 8,179 8,204 m
27' ( - 324") 8,230 8,255 8,280 8,306 8,331 8,357 8,382 8,407 8,433 8,458 8,484 8,509 m
28'( = 336") 8,534 8,560 8,585 8,611 8,636 8,661 8,687 8,712 8,788 8,763 8,788 8,814 m
29' ( = 348") 8,839 8,865 8,890 8,915 8,941 8,966 8,992 9,017 9,042 9,068 9,093 9,119 m
о\ 30'(=360") 9,144 9,169 9,195 9,220 9,246 9,271 9,296 9,322 9,347 9,373 9,398 9,423 m
1* _ 0,3048 м ; 1" = 0,02*4 *«• 1' - !*>"
Таблица 34.23. Пересчет дробных частей и десятичных значений дюйма в
миллиметр
в дюймах в мм в дюймах в мм
>/б4 - 0,015 0,396 33/64 - 0,516 13,096
Чзг = 0,031 0,793 *7/зЗ = 0,531 13,492
э/б4 = 0,047 1,190 3’/б4 = 0,547 13,890
*/1в - 0,063 1,587 ’/16 = 0,563 14,287
7б4 = 0,078 1,984 ’7б4 = 0,578 14,683
3/з2 - 0,094 2,381 ’7зз = 0,594 15,080
7б4 = 0,109 2,778 3’/б4 = 0,609 15,477
7в = 0,125 3,175 7. = 0,625 15,875
« 0,141 3,571 *7б4 = 0,641 16,271
»/*» - 0,156 3,968 31/зз - 0,656 16,667
*7м - 0,172 4,365 43/б4 = 0,672 17,064
716 - 0,188 4,762 "/14 = 0,688 17,462
13/б4 - 0,203 5,159 4’/б4 = 0,703 17,858
7з2 = 0,219 5,556 ”/зЗ = 0,719 18,255
13/64 = 0,234 5,952 47б4 = 0,734 18,652
74 = 0,250 6,350 »/« - 0,750 19,050
17/в4 = 0,266 6,746 47в4 - 0,766 19,446
9/зз - 0,281 7,143 ”/зз - 0,781. 19,842
^/б4 - 0,297 7,540 ”/б4 - 0,797 20,239
716 - 0,313 7,937 13/16 - 0,813 20,637
27б4 = 0,328 8,334 33/б4 - 0,828 21,033
х7зз - 0,344 8,730 27з» -0,844 21,429
23/б4 - 0,359 9,127 ”/б4 « 0,859 21,827
7s =0,375 9,525 7. - 0,875 22,225
а7б4 - 0,391 9,921 ”/б4 - 0,891 22,621
13/з2 = 0,406 10,318 ”/зз - 0,906 23,017
27б4 - 0,422 10,715 ”/«4 = 0,922 23,414
716 - 0,438 11,112 13/16 = 0,938 23,812
27б4 « 0,453 11,508 «/б. = 0,953 24,208
15/з2 = о,469 11,905 37зз - 0,969 24,604
31/б4 = 0,484 12,302 “/«4 = 0,984 25,002
72 «0,500 12,700 1 = 1,000 25,400
632
Таблица 34.24. Американские и английские обозначения проводов. Значе-
ния диаметров в дюймах и миллиметрах.
Американское обозначение проводов основано на стандарте фир-
мы Brown & Sharpe . При этом добавляется сокращение AWG
(American Wire Gauge).
В Великобритании имеется два стандарта для обозначений: BWG
(Birmingham Wire Gauge) и ISWG (Imperial Standart Wire Gauge) или
SWG. В этих стандартах также применяются для обозначения прово-
дов номера
Обозначение-№ AWG Диаметр в дюймах и в мм BWG Диаметр в дюймах и в мм ISWG (SWG) Диаметр в дюймах и в мм
0000 0,460 11,68 0,454 11,53 0,40 10,16
ООО 0,409 10,41 0,425 10,80 0,372 9,45
00 0,365 9,27 0,380 9,65 0,348 8,84
0 0,325 8,25 0,340 8,64 0,324 8,23
1 0,289 7,35 0,300 7,62 0,300 7,62
2 0,258 6,54 0,283 7,21 0,276 7,01
3 0,229 5,83 0,259 6,58 0,252 6,40
4 0,204 5,19 0,238 6,05 0,232 5,89
5 0,182 4,62 0,220 5,59 0,212 5,38
6 0,162 4,11 0,203 5,16 0,192 4,88
7 0,144 3,66 0,179 4,57 0,176 4,47
8 0,128 3,26 0,164 4,19 0,160 4,06
9 0,114 2,90 , 0,147 3,76 0,144 3,66
10 0,102 2,59 0,134 3,40 0,128 3,25
11 0,091 2,30 0,120 3,05 0,116 2,95
12 0,081 2,05 0,109 2,77 0,104 2,64
13 0,072 1,83 0,095 2,41 0,092 2,34
14 0,064 1,63 0,083 2,11 0,081 2,03
15 0,057 1,45 0,072 1,83 0,072 1,83
16 0,051 1,29 0,065 1,65 0,064 1,63
17 0,045 1,15 0,058 1,47 0,056 1,42
18 0,040 1,02 0,049 1,24 0,048 1,22
19 0,036 0,91 0,042 1,07 0,040 1,02
20 0,032 0,81 0,035 0,89 0,036 0,92
21 0,028 0,72 0,031 0,81 0,032 0,81
22 0,025 0,64 0,028 0,71 0,028 0,71
23 0,023 0,57 0,025 0,64 0,024 0,61
24 0,020 0,51 0,023 0,56 0,023 0,56
25 0,018 0,45 0,020 0,51 0,020 0,51
26 0,016 0,40 0,018 0,46 0,018 0,46
27 0,014 0,36 0,016 0,41 0,016 0,41
28 0,013 0,32 0,0135 0,356 0,014 0,38
29 0,011 0,29 0,013 0,33 0,013 0,35
30 0,010 0,25 0,012 0,305 0,012 0,305
31 0,009 0,23 0,010 0,254 0,011 0,29
633
Таблица 34.24 (продолжение)
Обозначение-]^ AWG Диаметр в дюймах и в мм BWG Диаметр в дюймах и в мм ISWG (SWG) Диаметр в дюймах и в мм
32 0,008 0,20 0,009 0,229 0,0106 0,27
33 0,007 0,18 0,008 0,203 0,010 0,254
34 0,0063 0,16 0,007 0,178 0,009 0,229
35 0,0056 0,14 0,005 0,127 0,008 0,203
36 0,0050 0,13 0,004 0,102 0,007 0,178
37 0,0044 0,11 - - 0,0067 0,17
38 0,0040 0,10 - - 0,0060 0,15
39 0,0035 0,09 — - 0,0050 0,127
40 0,0031 0,08 - - 0,0047 0,12
Литература
Книги, Журналы (в основном предназначены для радиолюбителей)
Amatereske Radio CQ CQ-PA DL-QTC Журнал SV AZARM, Прага Cowan Publishing Corp., New York 36, N.Y. Еженедельный журнал VRZA, Голландия Ежемесячный журнал DARS, издательство В. Кёрнера, Штутгард
Funkamateur Ежемесячный журнал радиолюбителей в ГДР, Немецкое военное издательство, Бер ЛИН
Old Man Орган союза швейцарских радиолюбителей коротковолновиков, USKA, Швейцария
Popular Electronics ZIFF-DAVIS Publishing Corp. Philadelphia 1 PA
QST American- Radio Relay League , West Hartford, Conn.
Radio Ежемесячный журнал советских радиолюби телей, издательство ДОСААФ, Москва
Radiomator i Ежемесячный журнал польских радиолюби телей, Варшава Krotkofalwiec Polski
RSGB- Bulletin Journal of the Radio Society of Great Britain, London, W.C.l
The Short Wave Magazine UKW-Berichte 73 Magazine Radio i Televisia The Short Wave Magazine Ltd. London, S. W. 1 OVSV, 73 Inc., Peterborough, N.H. Ежемесячный журнал болгарских радиолю бителей, София
Radiotechnika Ежемесячный журнал венгерских радиолю бителей, Будапешт
635
Содержание
Вступительное слово к 7 изданию------------------------- 5
1. Электромагнитные колебания---------------------------7
1.1. Электромагнитное поле--------------------------- 8
1.1.1. Электрическое поле-----------------------------9
1.1.2. Магнитное поле--------------------------------10
1.1.3. Зависимости между электрическим и магнитным полем - 10
1.1.4. Электромагнитное переменное поле--------------10
1.1.5. Плоские волны------------------------------- 12
1.1.6. Напряженность поля----------------------------12
1.1.7. Поляризация электромагнитных волн-------------13
1.1.8. Рефлексия, рефракция и дифракция--------------14
2. Распространение электромагнитных колебаний----------16
2.1. Атмосфера земли --------------------------------16
2.1.1. Тропосфера -----------------------------------16
2.1.2. Стратосфера-----------------------------------16
2.1.3. Ионосфера-------------------------------------17
2.2. Поверхностные и пространственные волны----------19
2.2.1. Распространение поверхностных волн------------20
2.2.2. Распространение пространственных волн---------20
2.3. Распространение коротких волн и их особенности---21
2.3.1. Распространение в 80 - метровом
любительском диапазоне--------------------------------23
2.3.2. Распространение в 40 - метровом
любительском диапазоне--------------------------------23
2.3.3. Распространение в 20 -метровом
любительском диапазоне--------------------------------24
2.3.4. Распространение в 15 - метровом
любительском диапазоне--------------------------------24
2.3.5. Распространение в 10 - метровом
любительском диапазоне--------------------------------24
2.4. Распространение ультракоротких волн и
их особенности---------------------------------------25
2.4.1. Квазиоптическое распространение
ультракоротких волн----------------------------------25
2.4.2. Дальний прием ультракоротких волн-------------25
636
2.4.2.1. Влияние тропосферы на распространение
ультракоротких волн----------------------------------26
2.4.2.2. Дальний прием через диффузное рассеяние-----27
2.4.2.3. Отражение ультракоротких волн от
метеоритных орбит------------------------------------28
2.4.2.4. Отражение ультракоротких волн от
полярного сияния--------------------------------------29
2.4.2.5. Отражение ультракоротких волн от нерегулярного
(спорадического) Е-слоя-------------------------------30
2.4.2.6. Отражение ультракоротких волн от
лунной поверхности и спутников-----------------------30
3. Принцип работы и свойства антенн--------------------32
3.1. Полуволновой вибратор (диполь)------------------32
3.1.1. Распределение тока и напряжения в полуволновом
вибраторе--------------------------------------------32
3.1.2. Полное сопротивление (импеданс) антенны-------34
3.1.3. Сопротивление излучения-----------------------35
3.1.4. Полуволновой вибратор как колебательный контур-36
3.1.5. Коэффициент укорочения------------------------38
3.1.6. Эффективная длина (эффективная высота)
полуволнового вибратора------------------------------39
3.2. Направленность и усиление антенн----------------40
3.2.1. Характеристики излучения----------------------41
3.2.2. Характеристики излучения полуволнового вибратора — 43
3.2.2.1. Влияние окружающих предметов на изменение
диаграммы направленности горизонтально
поляризованных антенн---------------------------------44
3.2.2.2. Влияние окружающих факторов на изменение
диаграммы направленности вертикально
поляризованных антенн--------------------------------48
3.2.3. Усиление антенны------------------------------49
3.2.3.1. Определение коэффициента усиления-----------50
3.2.3.2. Эталонные антенны---------------------------51
3.2.3.3. Зависимость между усилением и направленностью
антенны----------------------------------------------52
4. Формы вибраторов----------------------------------- 57
4.1. Петлевой вибратор-------------------------------57
4.2. Волновой вибратор-------------------------------61
4.3. Широкополосный вибратор-------------------------63
637
5. Питание антенн--------------------------------------66
5.1. Линии передач-----------------------------------66
5.1.1. Волновое сопротивление линии передач----------66
5.1.1.1. Диэлектрические характеристики высокочастотных
линий передач----------------------------------------70
5.1.1.2. Определение волнового сопротивления
простыми измерениями --------------------------------71
5.1.2. Двухпроводные линии передач-------------------71
5.1.3. Коаксиальные линии передач--------------------73
5.1.4. Затухание в высокочастотных линиях передач----74
5.1.5. Указания по применению высокочастотных
линий передач----------------------------------------77
5.1.6. Обозначение линий передач---------------------78
5.1.7. Линия передач с одним проводником
(Goubau - линия)-------------------------------------79
5.2. Физические свойства высокочастотных линий передач---83
5.2.1. Распределение напряжения вдоль двухпроводной
линии передач--------------------------------------------84
5.2.2. Дополнительные потери мощности
из-за стоячих волн и излучения линии передачи------------87
5.2.3. Двухпроводная линия в качестве элемента настройки — 90
5.3. Виды питания антенн-----------------------------93
5.3.1. Согласованная линия передачи------------------94
5.3.2. Настроенные линии передач---------------------95
6. Согласующие и трансформирующие элементы------------100
6.1. Дельта - образная схема согласования
(дельта-согласование) ----------------------------- 100
6.2. Т - образная_схема согласования (Т - согласование) - 102
6.3. Гамма - образная схема согласования
(гамма согласование)------------------------------------- 103
6.4. Омега- образная схема согласования
(омега-согласование)------------------------------- 104
6.5. Четвертьволновый трансформатор---------------- 106
6.6. Четвертьволновый согласующий шлейф------------ 108
6.6.1. Несимметричный согласующий шлейф------------------ 114
6.7. Согласование при помощи дискретных
радиоэлементов------------------------------------- 115
6.7.1. Согласующий мост---------------------------------- 117
6.7.2. Трансформатор Зеефрида---------------------- 117
6.8. Вспомогательные методы согласования антенн---------- 118
638
7. Симметрирующие цепи-------------------------------120
7.1. Четвертьволновый симметрирующий трансформатор -— 120
7.2. Симметрирующий трансформатор-------------------- 121
7.3. Симметрирующий EMI- шлейф----------------------- 121
7.4. Четвертьволновый симметрирующий шлейф----------- 122
7.5. Симметрирующая цепь в виде петли---------------- 122
7.6. Симметрирующий трансформатор-------------------- 123
7.7. Симметрирующее устройство в виде катушки
ленточной двухпроводной линии------------------------ 124
7.7.1. Намотанная в катушку ленточная двухпроводная
линия в качестве симметрирующего трансформатора---- 125
7.8. Двойной коаксиальный дроссель в качестве
симметрирующего устройства ------------------------ 126
8. Схемы связей линии передачи с выходным каскадом
передатчика---------------------------------------------130
8.1. Схемы связей выходных каскадов передатчиков
для антенн с согласованными линиями передач---------- 130
8.1.1. Схемы связей выходных каскадов передатчиков
с коаксиальной линией передачи----------------------- 130
8.1.1.1. Расчет л-фильтра---------------------------- 132
8.1.1.2. Схемы связей выходных каскадов
УКВ передатчиков с коаксиальной линией передачи---- 134
8.1.2. Схемы связей выходных каскадов передатчиков
с симметричными согласованными линиями передач----- 135
8.2. Схемы связи для антенн с настроенными
линиями передачи с выходным каскадом передатчика--- 137
8.3. Заключение-------------------------------------- 142
9. Практика коротковолновых антенн--------------------- 144
10. Конструкции антенн с полуволновым вибратором----- 148
10.1. Однодиапазонные антенны ----------------------- 148
10.1.1. У- образная антенна-------------------------- 148
10.1.2. Полуволновой вибратор со скрученной
линией питания--------------------------------------- 149
10.1.3. Полуволновой вибратор с питанием через
коаксиальный кабель---------------------------------- 149
10.1.4. Петлевой вибратор-------------------------- 150
10.2. Полуволновой вибратор для
много диапазонных антенн----------------------------- 151
639
10.2.1. Антенна “цеппелин” ----------------------- 151
10.2.1.1. Многодиапазонная антенна “цеппелин” ---- 152
10.2.1.2. Двойная антенна “цеппелин”-------------- 153
10.2.2. Антенна “виндом”-------------------------- 154
10.2.2.1. Многодиапазонная антенна “виндом”------- 158
10.2.3. Согласованная двухдиапазонная антенна----- 159
10.2.4. Согласованная четырехдиапазонная антенна-- 159
10.2.5. Согласованный много диапазонный вибратор-- 160
10.2.6. Мйогодиапазонная антенна с питанием через
коаксиальный кабель------------------------------- 161
10.2.7. Многодиапазонная антенна G5RV------------- 162
10.2.8. Многодиапазонная антенна W3DZZ------------ 163
10.3. Антенны для диапазонов 80м и 40м
с уменьшенными размерами-------------------------- 166
10.3.1. Двухдиапазонная Т-образная антенна-------- 167
10.3.2. Укороченный вибратор для диапазона 80м и 40м- 168
10.3.3. Пирамидальная антенна--------------------- 170
10.4. Угловой вибратор с круговой
диаграммой направленности------------------------- 172
10.4.1. Волновой угловой вибратор-------------------- 173
И. Антенны в виде длинного провода------------------ 175
11.1 . Многодиапазонная L- образная антенна---------- 179
11.2 . Антенна с промежуточным контуром
(Фукс- антенна)----------------------------------- 181
11.3 . Многодиапазонная антенна DL7AB------------- 182
11.4 . V- образная антенна------------------------ 184
11.4.1 . Антенна V- образная звезда------------------ 185
11.4.2 . Составная V- образная антенна------------ 186
11.4.3 . V- образная антенна с тупым углом----------- 188
11.5 . Открытая ромбическая антенна--------------- 188
12. Апериодичные антенны---------------------------- 190
12.1. Замкнутые антенны в виде длинного провода------ 190
12.2. Антенна T2FD-------------------------------- 191
12.3. Замкнутая V- образная антенна--------------- 193
12.4. Замкнутая ромбическая антенна--------------- 194
12.4.1. Питание ромбической антенны------------------ 195
12.4.2. Нагрузочное сопротивление----------------- 195
12.4.3. Конструкция ромбической антенны----------- 197
12.4.4. Широкополосность ромбической антенны------ 199
12.4.5. Специальные формы ромбической антенны----- 199
640
13. Системы полуволновых вибраторов,
возбуждаемые синфазно-----------------------------------201
13.1. Линейно расположенные вибраторы-----------------201
13.2. Составленные системы полуволновых вибраторов
(многоэтажные системы)-------------------------------204
13.3. Групповые антенны -----------------------------206
13.4. Практические конструкции направленных
проволочных антенн-----------------------------------207
13.4.1. Двойной вибратор-----------------------------207
13.4.2. Антенна Франклина----------------------------208
13.4.3. Н- образная антенна (антенна “Фауль Хейнрих”)-209
13.4.3.1. Волновой угловой вибратор------------------211
13.4.3.2. Антенна “двухсторонний квадрат”------------212
13.4.3.3. 6-элементная антенна-----------------------214
13.4.3.4. Антенна “штерба”---------------------------215
14. Направленные проволочные антенны,
возбуждаемые в противофазе------------------------------218
14.1. Направленная антенна W8JK-----------------------220
14.1.1. Антенна W8JK с элементами в виде шлейфа-------222
14.2. Направленные антенны с односторонней
диаграммой направленности----------------------------223
14.2.1. Узконаправленная антенна ZL------------------224
14.2.2. Антенна HB9CV--------------------------------226
14.2.3. Двухэлементная направленная антенна
с переключаемой диаграммой направленности------------228
15. Направленные антенны с волновыми вибраторами
в виде шлейфа------------------------------------------230
15.1 Антенна “двойной квадрат”-----------------------230
15.1.1. Теория антенны “двойной квадрат”-------------232
15.1.2. Практика антенны ’’двойной квадрат"----------234
15.2. Кольцевой излучатель---------------------------238
15.2.1. 2-элементный кольцевой излучатель------------239
15.2.2. 3-элементный кольцевой излучатель------------239
15.3. Антенна G4ZU-----------------------------------240
15.4. Антенна “швейцарский двойной квадрат” ---------242
15.4.1. Указания при конструировании антенны
"швейцарский двойной квадрат" -----------------------245
641
16. Направленные антенны с пассивными элементами,
вращающиеся в горизонтальной плоскости------------------248
16.1. Эффективность вращающихся направленных антенн -— 252
16.2. Горизонтальная 2- элементная антенна----------254
16.3. Горизонтальная 3-элементная антенна-----------256
16.4. Питание вращающихся направленных антенн-------258
16.5. Несущая конструкция антенны-------------------259
16.6. Закрепление направленной антенны на мачте-----260
16.7. Деревянная конструкция несущего элемента антенны — 261
17. Направленные антенны с пространственно укороченными
элементами--------------------------------------------263
17.1. Антенна VK2AOU с укороченными размерами-------265
17.2. Антенна W8YIN с укороченными размерами--------268
17.3. Укороченная антенна “удочка” для диапазона 10 м-270
18. Многодиапазонные вращающиеся направленные антенны — 271
18.1. 3-диапазонная вращающаяся направленная антенна
G4ZU............................................... 272
18.1.1. Питаемый элемент —..........................272
18.1.2. Пассивные элементы многодиапазонных антенн----275
18.1.3. Общая схема направленной антенны G4ZU-------277
18.1.4. Практическая конструкция 3-диапазонной
антенны G4ZU -.................-----------------------279
18.1.5. Модифицированная антенна G4ZU---------------282
18.2. 3-диапазонная антенны VK2AOU------------------283
18.2.1. Размеры элементов антенны VK2AOU------------285
18.2.2. Настройка 3-диапазонной антенны VK2AOU--------285
18.3. 3-диапазонная антенна DL1FK-------------------288
18.3.1. Питаемый элемент----------------------------288
18.3.2. Питание антенны............................ 289
18.3.3. Пассивные элементы------------------------- 290
18.4. Направленная 3-диапазонная антенна W3DZZ--------293
18.4.1. Принцип действия----------------------------295
18.4.2. Конструкция антенны W3DZZ-------------------296
18.5. Антенна Уда-Яги для диапазонов 20 и 15 м
с шахматным расположением элементов-------------------296
18.5.1. 2-диапазонная антенна KH6OR-------------------296
18.5.2. 2- диапазонная антенна W8FYR для диапазонов
20м и 15м с шахматным расположением элементов---------298
642
18.6. 2- диапазонные антенны Уда-Яги для диапазона
15 и Юме шахматным расположением элементов----------298
18.7. Простые компромиссные многодиапазонные антенны -- 298
18.7.1. 3-диапазонная антенна Мария-Малука----------298
18.7.2. Простые конструкции 2-диапазонных антенн --- 300
18.8. 3-диапазонная антенна “двойной квадрат”------- 301
18.8.1. Элементы антенны-------------------------- 303
18.8.2. Питание антенны -------------------------- 304
18.8.3. Настройка антенны ------------------------ 305
18.9. 3-диапазонная антенна CQ-PA “Двойной квадрат”-306
19. Антенны с вертикальной поляризацией------------- 311
19.1. Хорошее заземление---------------------------312
19.2. Основные характеристики четвертьволнового
вертикального излучателя------------------------- 315
19.3. Характеристики излучения вертикальных антенн-317
19.4. Конструктивные формы вертикальных антенн
с круговой диаграммой направленности-------------- 319
19.4.1. Антенна “Граунд-плейн”---------------------319
19.4.1.1. Заземленная антенна “Граунд-плейн” ----- 322
19.4.1.2. Вертикальная антенна с тремя радиальными
проводниками---------------------------------- 323
19.4.1.3. Антенна “Граунд-плейн” с несколькими
проводниками....................—................. 324
19.4.1.4. Размеры простой антенны “Граунд-плейн”----326
19.4.1.5. Удлиненная антенна “Граунд-плейн”--------- 328
19.4.1.6. Укороченная антенна “Граунд-плейн” ------- 330
19.4.1.7. Антенны “Граунд-плейн”, нагруженные емкостью -- 331
19.4.2. Вертикальный полуволновой излучатель
и вибраторные ряды-------------------------------- 332
19.4.2.1. Полуволновой вертикальный вибратор-------332
19.4.2.2. Вертикальный полуволновой вибратор,
питаемый с конца.................................. 333
19.4.2.3. Вертикальные полуволновые ряды
питаемые с конца -................-................336
19.4. Направленные антенны вертикальной поляризации-337
19.5.1 . Двухэлементный вертикальный излучатель----- 337
19.5.2 . Двухэлементная вертикальная направленная
антенна со сменными элементами...................-— 338
19.5.3 . Направленная антенна с переключением диаграммы
направленности (антенна типа QH) ............... 339
643
19.6 . Многодиапазонные антенны вертикальной
поляризации------------------------------------------341
19.6.1 . 3-диапазонная переключаемая антенна
“граунд-плейн”------------------------------------— 341
19.6.2 . 4— диапазонная антенна “граунд-плейн”
без переключателей-------------------------------- 343
19.6.3 . Вертикальная многодиапазонная антенна T2FD--346
19.6.4 . Многодиапазонные антенны “граунд-плейн”
с переключаемыми удлиняющими катушками------------- 346
19.7 . Антенна DDRR-------------------------------- 351
20. Выбор подходящей коротковолновой антенны----------355
20.1. Лучшие антенны для установления дальних связей- 356
20.2. Определение коэффициента усиления антенны --- 357
21. Ультракоротковолновые антенны---------------------359
21.1. Поляризация УКВ - антенн-------------------- 359
21.2. Рекомендации при монтаже и применению антенн
УКВ диапазона----------------------------------------360
21.3. Оптимальный выбор УКВ антенны...............-— 361
22. Продольные излучатели диапазона 2 метров-----------364
22.1. Направленные антенны с двумя элементами.......364
22.1.1. Двухэлементная антенна с пассивным рефлектором — 364
22.1.2. Антенна HB9CV для диапазона 2 м -------------365
22.2. Антенна Уда-Яги...............................366
22.2.1. Антенны Уда-Яги с тремя элементами......... 368
22.2.2. 6-элементная антенна Уда-Яги-------------- 370
22.3. Многоэлементные (длинные) антенны Уда-Яги------370
22.3.1. 5-элементная антенна Уда-Яги с оптимальным
коэффициентом усиления............................. 371
22.3.2. 9-элементная антенна Уда-Яги............... 372
22.3.3. 10-элементная антенна Уда-Яги...............373
22.3.4. 11-элементная антенна Уда-Яги---------------375
22.3.5. 24-элементная антенна Уда-Яги подвесной
конструкции.......................-................ 375
22.4. Многоэтажные антенны Уда-Яги................. 377
22.4.1. Расстояние между этажами---------------------378
22.4.2. Питание многоэтажных антенн Уда-Яги---------- 379
22.4.3. 2-этажная антенна Уда -Яги OH2EW
по схеме 6x6-----------------------------------------381
644
22.4.4. 2-этажная антенна Уда-Яги по схеме 4x4 -....— 382
22.4.5. 2-этажная Уда-Яги антенна DL3FM по схеме 4x4 -— 383
22.4.6. 4-этажная антенна Уда-Яги по схеме 4 х 4 х 4 х 4-385
22.4.7. Многоэтажные антенны Уда-Яги
с большой длиной траверсы .....-................... 388
22.4.7.1. 2-этажная антенна 5x5.......-------------------390
23. Групповые многовибраторные антенны---------------------391
23.1. Питание групповых антенн .................... — 392
23.2. Групповые антенны с рефлекторами.............. 399
23.3. Групповые антенны с рефлекторными стенками---------400
23.4. Практические конструкции групповых антенн----------401
23.4.1. 12-элементная групповая антенна............. 401
23.4.2. 16-элементная групповая антенна............. 402
24. Антенны Уда-Яги и групповые антенны
для диапазона 70 см------------------------------------407
24.1. Широкополосная 4- элементная антенна Уда-Яги-------408
24.2. 4- элементная антенна Уда-Яги с гамма- образной
схемой согласования................................. 409
24.3. 6-элементная антенна Уда-Яги для 435 МГц -.....410
24.4. 9-элементная антенна Уда-Яги-----------------------410
24.5. 15-элементная длинная антенна Уда-Яги
радиолюбителя DL0SZ............-......—..................- 411
24.6. 18-диапазонная широкополосная антенна Уда-Яги------412
24.7. 12-элементная групповая антенна
для 70-см диапазона...................-............. 413
25. Антенны с круговой диаграммой направленности
для диапазонов УКВ и ДМВ-----------------------------------414
25.1. УКВ излучатели вертикальной поляризации -------414
25.1.1. Коаксиальная антенна........................ 415
25.1.2. 5/8Х излучатель..............................415
25.1.3. Диско-конусная широкополосная антенна
с круговой диаграммой направленности.................416
25.1.4. Антенна DDRR для диапазона 145 МГц-----------417
25.1.5. Многоэтажные вертикально поляризованные
антенны............................................ 418
25.2. Горизонтально поляризованные УКВ антенны
с круговой диаграммой направленности.....................421
645
25.2.1. Кольцевой вибратор------------------------ 422
25.2.2. Согнутый петлевой вибратор.................423
25.2.3. Крестообразный вибратор------------------- 425
25.2.4. Антенна Batwing или “летучая мышь”.........426
25.2.5. Антенна “мальтийский крест”----------------427
25.2.6. Антенна “большое колесо” (The Big Wheel)---430
25.2.7. Антенна “двойная спираль”----------------- 435
26. Специальные конструкции антенн для диапазонов
УКВ и ДМВ--------------------------------------------436
26.1.. Плоские вибраторы и их комбинации-----------436
26. Г. 1. Вибратор “бабочка”---------------------- 439
26. 1.2. Веерный вибратор--------------------------439
26. 1.3. Упрошенная рупорная антенна...............439
26.2 . Антенны с рефлекторными решетками-----------441
26.2.1 . Широкополосные антенны с рефлекторными
решетками----------------------------------------- 443
26.2.2 . Двухэтажные широкополосные антенны
с рефлекторной решеткой .......................... — 444
26.2.3 . Вибратор с уголковым рефлектором...........- 446
26.3 . Специальные конструкции многоэлементных
(длинных) излучателей..............................449
26.3.1 . Антенна обратного излучения...............— 450
26.3.2 . Спиральная антенна...................... 452
26.3.3 . Логарифмически-периодичные антенны--------458
26.4 . Щелевые антенны........................... 466
27. Антенны диапазона УКВ и ДМВ с формой антенн
КВ диапазона-----------------------------------------469
27.1. Двухэтажная V- образная антенна для УКВ диапазона - 469
27.2. Ромбические антенны в диапазоне УКВ и ДМВ----470
27.3. “Двойной квадрат” для диапазона УКВ----------473
27.3.1. Простая антенна "двойной квадрат"..........- 473
27.3.2. Многоэтажная антенна "двойной квадрат" -...474
27.3.3. Антенная группа "двойной квадрат"
для диапазона 2 м..................-...............476
27.4. Кольцевой излучатель для диапазона УКВ-------477
28. Антенны для телевизионного приема-----------------479
28.1. 1-элементная антенна.........................— 481
28.2. 2-элементная антенна--------------------------482
646
28.3. 3- элементная антенна..........-............ 483
28.4. 6- элементная Уда-Яги антенна............... 484
28.5. 9- элементная длинная антенна Уда-Яги......-— 485
28.6. Многоэтажные антенны...................-......- 486
28.7. 12-элементная групповая антенна............. 487
28.8. УКВ антенны для телевизионного приема---------488
28.8.1. Широкополосный волновой вибратор типа
“бабочка”, размещенный перед рефлекторной решеткой--489
28.8.2. Уголковая антенна для телевизионного
УКВ диапазона...............................-......491
28.8,3. Другие конструкции широкополосных
телевизионных УКВ антенн...........................492
28.9. Применение симметрирующего полуволнового
шлейфа для телевизионных антенн при самостоятельном
изготовлении.......................................493
29. Радиолюбительские антенны на подвижных объектах--495
29.1. Антенны для переносных радиостанций...........- 495
29.2. Коротковолновые автомобильные антенны--------496
29.2.1. Конструкции укороченных четвертьволновых
излучателей.......................-................497
29.2.2. Электрические свойства укороченных
вертикальных излучателей............................498
29.2.2.1. Удлиняющая катушка укороченного
четвертьволнового излучателя..................... 500
29.2.2.2. Согласование укороченного вертикального
излучателя с линией питания..........-.............503
29.2.2.3. Размеры укороченных автомобильных антенн--506
29.2.2.4. Укороченные вертикальные антенны
с распределенной индуктивностью (спиральные антенны) -— 508
29.3. УКВ автомобильные антенны511
29.3.1. УКВ автомобильные антенны с вертикальной
поляризацией................................... 511
29.3.2. УКВ автомобильные антенны с горизонтальной
поляризацией------------------------------------ 513
29.4. Антенны для “охоты на лис”--------------------514
29.4.1. Пеленгующие антенны диапазона 80 м---------514
29.4.2. Пеленгующие антенны для 2 м диапазона-------519
30. Подавление паразитных излучений------------------521
30.1. Общие законы при подавлении паразитных излучений - 521
647
30.2. Мероприятия по подавлению радиопомех ----------- 522
30.2.1. Фильтр низких частот -......................525
30.2.2. Фильтр высоких частот -—------------------ 527
30.2.3. Полосовой фильтр--------------------------- 528
30.2.4. Полосовой заграждающий фильтр---------------529
30.2.5. Конструкции антенных фильтров-------------- 529
31. Измерительные приборы, применяемые в антенной технике - 540
31.1. Гетеродинный индикатор резонанса и другие
подобные резонансные приборы-------------------------- 540
31.1.1. Одноламповые схемы ГИР универсального
применения-------------------------------------------- 541
31.1.2. Гетеродинный индикатор резонанса для ДМВ------ 543
31.1.3. Гетеродинный индикатор резонанса в комбинации
с вольтметром..................................... 544
31.1.4. Транзисторный гетеродинный индикатор резонанса - 546
31.2. Направленный ответвитель и рефлектометр---------546
31.2.1. Характеристики направленного ответвителя------ 548
31.2.2. Схемы рефлектометров и их практические
конструкции------------------------------------------- 551
31.2.2.1. Рефлектометр из коаксиального кабеля ------- 552
31.2.2.2. Конструкции рефлектометров с жесткими
проводниками..................................... 554
31.2.2.3. Настройка и калибровка рефлектометров---- 558
31.3. Индикаторы стоячих волн в симметричных
линиях питания----------------------------------- 562
31.3.1. Двухламповый индикатор двухпроводных
ленточных линий питания (твин - лампа)............. 562
31.3.2. Высокочастотные индикаторы стоячих волн------- 563
31.4. Измерительная линия......................... 565
31.5. Мостовые схемы в качестве приборов согласования-566
31.5.1. Антенноскоп ............................. 567
31.5.2. Измеритель параметров антенн и коаксиальных
кабелей-----------------------------------------------570
31.5.3. Измерительный мост для замера КСВ
с постоянным измерительным сопротивлением------------- 572
31.6. Измерители напряженности электромагнитного поля — 574
31.7. Простые устройства для измерения ВЧ токов
и ВЧ напряжений................................... — 578
31.8. Эквиваленты нагрузки -—..................... 579
31.9. Аттенюаторы......................-........... 582
648
32. Антенные измерения в радиолюбительской практике----588
32.1. Измерение стоячих волн с помощью рефлектометра-588
32.2. Применение высокочастотных измерительных мостов - 589
32.2.1. Определение резонансной длины и коэффициента
укорочения любых линий передачи--------------------— 590
32.2.2. Определение сопротивления на входных
зажимах антенны------------------------------------ 592
32.3. Измерения резонанса с помощью гетеродинного
измерителя резонанса (ГИР)------------------------- 595
32.4. Проверка характеристик направленных антенн----- 596
33. Законные правила по установке антенн--------------597
34. Приложение----------------------------------------607
Таблица 34.1. Перерасчет частоты в длину волны и обратно - 607
Таблица 34.2. Перерасчет метров в МГц, диапазон
от 10 м до 100 м (шаг 0,1 м)-------------------------612
Таблица 34.3. Радиолюбительские частотные диапазоны-- 608
Таблица 34.4. Высшие гармоники частот любительских
диапазонов -—.........-.......----------------------609
Таблица 34.5. Геометрическая длина вибратора для
коротковолновых любительских диапазонов
4 (в отношении к половине длине волны)-----------------610
Таблица 34.6. Формулы для перерасчета длин элементов ,
по отношению к Х/2 и IX-----------------------------611
Таблица 34.7. Пересчет отношений напряжений,
токов и мощности в Децибеллы (дБ)-------------------614
Таблица 34.8. Пересчет отношений напряжения ,
тока и мощности а Неперы (Нп)...................... 615
Таблица 34.9. Перерасчет Непер в Децибелл,
Децибелл в Непер..........-........................ 616
Таблица 34.10. Телевизионные диапазоны в обоих
немецких государствах и в некоторых других
европейских странах -—..............................617
Таблица 34.11. Телевизионные диапазоны в Советском
Союзе и в некоторых других восточноевропейских странах - 619
Таблица 34.12. Телевизионные диапазоны
в Великобритании................................... 619
Таблица 34.13. Телевизионные диапазоны во Франции----620
Таблица 34.14. Частотные диапазоны во Франции--------620
649
Все системы
радиосвязи
“ (turn как WHn\: когда ома есгь> ее ме гамечаемин
a koi да мет * задыхаешься!и
KENWOOD
KENWOOD »r®
COMMUNIC ATION CORPORATION *ШИН»И«<»
AUTHORIZED DISTRIBUTOR
КОРОТКОВОЛНОВЫЕ ТРАНСИВЕРЫ
Dragon
Москва Б. Коммунистическая ул. 1 (ст. м. "ТАГАНСКАЯ”)
• UIClFMbl I Р\ННОВОЙ СВЯЗИ
• < О1ОВЫ1 II II ФОНЫ (.SM
• ПНЦЖН’Ы
• С НУ IНИКОВЫЕ 1Е.1ЕФО11Ы
Тел. (095) 912-58-77,298-61-49 Факс 912-84-22
1’\ ню 1ЮЫ1ГМЫ Kill. МНН111Ы
ШИРОКИМ ВЫЬОР \К( К ( >\Р()В
MU»MIRPRIM4|N<
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ТЕХНИКА
VHF, I НЕ LOW BAND
ГРАЖДАНСКИЙ ДИАПАЗОН YAB8U
СВ( 27 МГц)
С. Петербург наб.-р. Фонтанки д. 90 оф. 503
Тел./Факс 312-92-63
Internet: www.miniradio.com E-mail:minirad@dialup.ptt.ru
651
TS-50S КОМПАКТНЫЙ HF ТРАНСИВЕР
TS-50S производства Kenwood находит признание! Эта сверхкомпактная модель Н
стала предметом выбора во всем мире, она будет путешествовать с вами куда бы bi
не отправились!
TS-50S известна в мире своим превосходным качеством и надежностью. Это
излюбленная станция любителей путешествовать и многих DXer's. TS-50S имеет
выходную мощность 100W РЕР, 100 каналов памяти, двойной VFO, развитую
систему меню, доступную через многофункциональный ручной микрофон. Систем;
AIP Kenwood - эксклюзивная схематическая конструкция, способная расширять
динамический диапазон до 105 dB делая работу приемника первоклассной со
значительным сйижением уровня шума.
Впервые Kenwood представил "растушеванное" логически управляемые схемы
для того, чтобы главное кодирующее устройство плавно настраивалось от шагов
5Hz на быстрый режим. В наличии целая серия аксессуаров для TS-50S, чтобы
насладиться его работой в полной мере.
TS-50S - известный во всем мире компактный трансивер HF с записывающим
устройством, которое говорит само за себя! Это совершенная HF радиостанция,
способная удовлетворить любые ваши потребности! Вы можете пользоваться ею в
машине, установить ее дома, взять с собой в поход или деловую поездку!
ПАРАМЕТРЫ ВКЛЮЧАЮТ:
* Общий диапазон приемника 500kHz - 30 MHz
* DDS (Direct Digital Synthesizer - прямой цифровой синтезатор) с "плавным"
логическим управлением
* Большая LCD панель с цифровым измерителем
* Система меню
* CW реверсивный режим ( Полное прерывание и полупрерывание)
* Аттенюатор 20 dB
• Управление выходной мощностью RF (100W, 50W, 10W)
MiniRadio Со.,Ltd Москва Б. Коммунистическая 1 т. 912-58-77 ф. 912-84-22
652
Таблица 34.15. Диапазон УКВ радиовещания
и его деление на каналы---------------------------------621
Таблица 34.16. Коаксиальный кабель изготовления
VEB Kabelwerk Vacha (ГДР)------------------------------624
Таблица 34.17. Экранированные симметричные
двухпроводные линии изготовления
VEB Kabelwerk Vacha (ГДР)-------------------------------628
Таблица 34.18. Симметричные двухпроводные
линии передач (плоские линии) изготовления
VEB Kabelwerk Vacha (ГДР)------------------------------628
Таблица 34.19. Коаксиальные кабели советского стандарта-- 629
Таблица 34.20. Коаксиальные кабели американского
стандарта-----------------------------------------------630
Таблица 34.21. Двухпроводные линии с диэлектриком,
американский стандарт-----------------------------------630
Таблица 34.22. Пересчет английских футов
или дюймов в метры--------------------------------------631
Таблица 34.23. Пересчет дробных частей
и десятичных значений дюйма в миллиметр---------------632
Таблица 34.24. Американские и английские обозначения
проводов. Значения диаметров в дюймах и миллиметрах---633
Литература------------------------------------------------635
Ротхаммель К.
А27. Антенны: Пер. с нем. 1-ое полное издание, С-Пб.:
Издательство «БОЯНЫЧ», 1998.
ISBN 5-7199-0078-0
Подписано к печати 30.11.97 г. Формат 84x108 1/32
Бумага газетная. Печать офсетная
Усл. печ. л. 20,5. Уч-изд. л. 23
Тираж 7500 экз. Гарнитура Таймс
Заказ № 1641
Лицензия ЛР № 060577 от 23.01.1997
Издательство «БОЯНЫЧ», 198103, СПб. а/я 46
Отпечатано с диапозитивов в типографии
издательства «Дом печати»
432601, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 14
Характеристики G-1000SDX
Ветровая нагрузка - 23.5 Sq. Ft.
К-фактор - 2,020 Ft.-Lbs.
Крутящий момент - 433 Ft.-Lbs.
Поворотный крутящий момент - 43-79 Ft.-Lbs.
Макс. верт. нагрузка - 440 Lbs.
Макс. верт. периодич. нагрузка - 1320 Lbs.
Люфт- ± 2°
Размер мачты - 1-1/2 - 2-1/2 In.
Время поворотами 360° - 35-74 сек
Диаметр и высока поворот, устр. - 7-1/2 х 12-1/2 In.
Вес - 7.7 Lbs.
Характеристики G-800SDX
Ветровая нагрузка - 17 Sq. Ft.
К-фактор - 1,299 Ft.-Lbs.
Крутящий момент - 288 Ft.-Lbs.
Поворотный крутящий момент - 43-79 Ft.-Lbs.
Макс. верт. нагрузка - 440 Lbs.
Макс. верт. периодич. нагрузка - 1,320 Lbs.
Люфт- ± 2°
Размер мачты - 1-1/2 - 2-1/2 In.
Время поворота на 360° - 35-74 сек
Диаметр и высота поворот, устр. - 7-1/2 х 12-1/2
In.
Вес - 7.5 Lbs.
Кабельные проводники - 5
Характеристики G-450XL
Ветровая нагрузка - 10.6 Sq. Ft.
К-фактор - 722 Ft.-Lbs.
Крутящий момент - 217 Ft.-Lbs.
Поворотный крутящий момент - 39.8 Ft.-Lbs.
Макс. верт. нагрузка - 242 Lbs.
Макс. верт. периодич. нагрузка - 660 Lbs.
Люфт- ± 2°
Размер мачты = 1-3/4 - 2 In.
Время поворота на 360° - 51 сек
Диаметр и высота поворот, устр. - 7-1/2 х 12
In.
Вес - 7 Lbs.
Кабельные проводники - 5
MiniRadio Со., Ltd Москва Б. Коммунистическая 1 т. 912-58-77 ф. 912-84-22
654
Характеристики G-5400B
Ветровая нагрузка - 8.6 Sq. Ft.
К-фактор - 578 Ft.-Lbs.
Крутящий момент - 145 Ft.-Lbs.
Поворотный крутящий момент - 44 Ft.-Lbs.
Макс. верт. нагрузка - 440 Lbs.
Макс. верт. периодич. нагрузка - 880 Lbs.
Люфт- ± 4%
Размер мачты = 1-1/2 - 2-1/2 in.
Время поворота на 360° - 50 сек
Время подъема в вертикальной плоскости на 180°
- 58 сек
Поперечный диаметр - 1-1/4 - 1-5/8 In.
Диаметр и высота поворот, устр. - 7-1/2 х 12 In.
Вес - 20 Lbs.
Характеристики G-500A
Ветровая нагрузка - 8.6 Sq. Ft.
К-фактор - 578 Ft.-Lbs.
Крутящий момент - 145 Ft.-Lbs.
Поворотный крутящий момент - 73 Ft.-Lbs.
Макс. верт. нагрузка - 440 Lbs.
Макс. верт. периодич. нагрузка - 880 Lbs.
Люфт- ± 3%
Размер мачты = 1-1/2 - 2-1/2 in.
Время поворота на 360° - N/A
Время подъема в вертикальной плоскости
на 180° - 61 сек
Поперечный диаметр - 1-1/4 - 1-5/8 In.
Характеристики G-2800 SDX
Ветровая нагрузка - 32 Sq. Ft.
К-фактор - 6,870 Ft.-Lbs.
Крутящий момент - 1,808 Ft.-Lbs.
Поворотный крутящий момент - 57.8-181 Ft.-Lbs
Макс. верт. нагрузка - 661 Lbs.
Макс, вертик. периодическая нагрузка - 2,645
Lbs
Люфт - ± 1/2°
Размер мачты - 1-7/8 - 2-1/2 In.
Время поворота на 360° - 48-150 сек
Диаметр и высота поворот, устр. - 8. х 13-5/8 In.
Вес - 13.2 Lbs.
MiniRadio Со.,Ltd С. Петербург наб.-р Фонтанки д. 90 Оф. 353 т/ф 3129263
655
DSP для Вас!
Kenwood представляет технологию цифровых сигнальных процессоров
(DSP)juih всех владельцев новой TS-570D. Представьте себе станцию DSP, на
которой вы можете работать дома, в машине или на удаленном острове.
TS-570D - первое устройство DSP, отвечающее требованиям современ-
ного оператора HF. С первых минут, когда вы услышите удивительно чистый и
мощный звук и начнете работать с продуманным и эргономичным устройством,
вы поймете, что TS-570D - прибор HF, сделанный для вас.
TS-570D предлагает параметр мирового стандарта CW AUTO TUNE,
который делает ненужной подстройку VFO во время работы CVV. Программа
радио управления RCP2 также позволяет оператору HF проектировать и
программировать установки, в то же время, удобно сохраняя их в файле ПК для
будущего использования. Передовая конструкция и параметры Kenwood,
которые удвоены по сравнению с традиционной работой Kenwood HF, делают
TS-570D шедевром, на котором вы можете работать с гордостью. Если вы
ждали новую станцию DSP HF, отличная работа которой сочеталась бы с
приемлемой ценой, то вам больше не нужно ждать.
TS-570D
HF Трансивер
Имея полувековой опыт в приборостроении и конструировании Kenwood меняет
будущее коммуникационной технологии HF. Результатом высококачественного
TX-RX воспроизводства звука с эффективным уменьшением помех с помо-
щью DSP является работа, приятная для вашего уха и эфира. Большой
LCD дисплей, который легко читается и встроенная система подска-
зок ’’Screen-оператор" для того, чтобы упростить работу7. Имеет
параметр прямого ввода частоты 10 ключами с новыми
ключами "легкого нажатия”, автоматический антен-
ный тюнер, работу QRP от 100 до 5W, изменяемую
скорость сканирования, встроенный ключ CW.
ANT1-ANT2 порты, управление смещением
IF, компорт RS-232C, 100 каналов памя-
ти, CW реверс, опциональный голо-
совой синтезатор VS-3 и цифровое
записывающее устройство
DRU-3A делают TS-570D
станцией для вас.
MiniRadio Со.,Ltd Москва Б. Коммунистическая 1 т. 912-58-77 ф. 912-84-22
656
Поворотные устройства
Если Вы хотите иметь возможность выбирать из наиболь-шего
количества поворотных устройств от мирового лидера в
производстве радиолюбительской аппаратуры, спрашивайте Yaesu!
Существуют поворотные устройства Yaesu для каждого аспекта
в области коммуникаций. Радиолюбители считают их незаменимыми
для установления связи в сложных условиях. Для правительственных
целей, таких как аварийное распределение нагрузки (диспетчерского
управления), дистанционное управление освещением или военными
маневрами, поворотные устройства Yaesu помогают установить
дистанционную связь любого типа. Радио и телевизионные станции
используют надежные поворотные устройства Yaesu для радио- и
телевещания вне студии. Разумная цена на них также является
большим плюсом.Семь разных моделей от ротаторов для
маломощных телевизионных антенн до больших сетей HF , с
комбинациями увеличения (высоты, поднятия, вертикальной
проекции) азимута для спутниковых применений, фактически для
любого использования.
Все поворотные устройства Yaesu помещаются в прочной
штампованной алюминиевой упаковке, защищающей от плохих
погодных условий и покрыты смазочным материалом, что
гарантирует годы надежной работы без проблем. В отличие от
других поворотных устройств, в которых используются шумные
клинообразные тормозные устройства, которые часто требуют
торможения, чтобы выключиться, у поворотных устройств Yaesu
есть надежная тихая, уменьшающая число оборотов тормозная
система. Поворотные устройства Yaesu также совместимы с
большинством подставок под антенные мачты, сделанные в США.
Каждое поворотное устройство Yaesu имеет гарантию 1 год.и
проверенный временем 40-летний опыт в области коммуникаци-
онного инжиниринга.
Модели SDX имеют радио осуществляемый набор,
регулируемую скорость и одну предварительно настроенную
регулируемую ручку шкалы управления передней панелью.
Выбираемый пользователем центр на юге или севере. Тихая
тормозная система с уменьшением числа оборотов. Быстро
разъединяемая вилка на большинстве моделей для защиты во время
приближения штормов. Все азимутные поворотные устройства
используют водонепроницаемый коннектор с водостойкой защитной
оболочкой. Выпускаются для работы на 117 или 220V.
MiniRadio Со., Ltd Москва Б. Коммунистическая 1 т. 912-58-77 ф. 912-84-22
653