Сайт радиолюбителей Республики Коми.
Широкополосная апериодическая антенна.
На главнуюГлавная

В связи с большими линейными размерами антенн на низкочастотные диапазоны их постройка вызывает у радиолюбителей вполне определенные трудности, связанные с отсутствием необходимого для этих целей пространства, сложности изготовления и установки высоких мачт. Поэтому, работая на суррогатных антеннах, многие используют интересные НЧ диапазоны в основном для местных связей с усилителем сто ватт на километр. В радиолюбительской литературе встречаются описания довольно эффективных вертикальных антенн, которые, по заявлениям авторов, “практически не занимают площади”.

Но стоит вспомнить, что для размещения системы противовесов (без которых вертикальная антенна малоэффективна) требуется значительное пространство. Поэтому в отношении занимаемой площади выгоднее использовать линейные антенны, особенно выполненные по типу популярной “инвертированное V”, так как для их сооружения требуется всего одна мачта. Однако превращение такой антенны в двухдиапазонную намного увеличивает занимаемую площадь, так как излучатели разных диапазонов желательно размещать в различных плоскостях.

Попытки использовать переключаемые удлиняющие элементы, настроенные линии питания и прочие способы превращения отрезка провода во вседиапазонную антенну (при доступных вы сотах подвеса 12-20 метров) приводят чаще всего к созданию “суперсуррогатов” настраивая которые можно проводить потрясающие испытания своей нервной системы.

Предлагаемая в статье антенна также не является сверхэффективной, но позволяет нормально работать в двух-трех диапазонах без всяких переключений, отличается относительной стабильностью параметров и не нуждается в кропотливой настройке. Имея высокое входное сопротивление при небольших высотах подвеса, она обеспечивает лучший КПД, чем простые проволочные антенны. Это несколько видоизмененная широко известная антенна T2FD, популярная в конце 60-х годов, к сожалению, почти не применяемая в настоящее время.

Очевидно, она попала в разряд “забытых” из-за поглощающего резистора, на котором рассеивается до 35% мощности передатчика [1]. Именно боясь потерять эти проценты, многие считают T2FD несерьезной конструкцией, хотя спокойно используют на ВЧ диапазонах штырь с тремя противовесами, КПД, которого не всегда “дотягивает” до 30% [2, стр.205]. Пришлось услышать множество “против” в отношении предлагаемой антенны, зачастую ничем не обоснованных. Попытаюсь кратко изложить те “за”, благодаря которым была выбрана T2FD для работы на НЧ диапазонах. В апериодической антенне, представляющей собой в простейшем варианте проводник с волновым сопротивлением Z, нагруженный на поглощающее сопротивление Rн = Z, падающая волна, достигнув нагрузки Rн не отражается, а полностью поглощается.

Рис.1.

Благодаря чему устанавливается режим бегущей волны, для которого характерно постоянство максимального значения тока Iмакс вдоль всего проводника. На рис.1а изображено распределение тока вдоль полуволнового вибратора, а на рис.16 - вдоль антенны бегущей волны (потери на излучение и в проводнике антенны условно не учтены. Заштрихованная область называется площадью тока и применяется для сравнения простых проволочных антенн. В теории антенн существует понятие эффективной (электрической) длины антенны, которая определяется замещением реального вибратора мнимым, вдоль которого ток распределяется равномерно, имея такое же значение Iмакс, что и у исследуемого вибратора (т.е. так же, как на рис. 16).

Длина мнимого вибратора выбирается такой, чтобы геометрическая площадь тока реального вибратора была равна геометрической площади мнимого. Для полуволнового вибратора длина мнимого вибратора, при которой площади тока равны, составляет величину равную λ/p  [3], где:

λ - длина волны в метрах.

Рис.2.

Не трудно вычислить, что длина полуволнового диполя с геометрическими размерами - 42 м (диапазон 3,5 МГц) электрически равна 26 метрам, которые и являются эффективной длиной диполя. Вернувшись к рис.16, легко обнаружить, что эффективная длина апериодической антенны практически равна ее геометрической длине. Зная эффективную длину антенны, можно определить напряжение на ее выходе (антенна согласована с приемником) при известной напряженности поля по формуле:

Uа = Lэфф Е/2, где:

  • Lэфф. - эффективная длина антенны, м;
  • Е - напряженность электрического поля, мВ/м,

Отсюда, при одинаковой напряженности поля апериодическая антенна длиной λ/p  (в данном примере 26 м) наведет на входе приемника такое же напряжение, как и вибратор, длиной λ/2 (в данном примере 42 м). И хотя подобные рассуждения верны лишь при отсутствии потерь на излучение, выбор был остановлен на T2FD.

Рис.3.

Проведенные эксперименты в диапазоне 3,5 МГц позволяют рекомендовать данную антенну радиолюбителям в качестве неплохого варианта - затраты - отдача. Немаловажным достоинством T2FD является широкополосность и работоспособность при “смешных” для НЧ диапазонов высотах подвеса, начиная с 12-15 метров. Например, диполь 80-метрового диапазона при такой высоте подвеса превращается в военную зенитную антенну, т.к. излучает вверх порядка 80% подведенной мощности [4].

Конструкция

Основные размеры и конструкция антенны показаны на рис.2, а на рис-3 - верхняя часть мачты, где установлен согласующе-симметрирующий трансформатор Т и поглощающее сопротивление R. Конструкция трансформатора ясна из рис.4. Выполнить его можно практически на любом магнитопроводе с проницаемостью 600-2000НН. Например, сердечник от ТВС ламповых телевизоров или пара сложенных вместе колец диаметром 32 - 36 мм. Он содержит три обмотки, намотанные в два провода, например МГТФ-0,75 мм2 (использовался автором). Сечение зависит от подводимой к антенне мощности.

Провода обмоток уложены плотно, без шага и скруток. В месте, указанном на рис.4, провода следует скрестить. Достаточно намотать 6-12 витков в каждой обмотке. Конструкция трансформатора заимствована из [5], там же можно найти его характеристики. Если внимательно рассмотреть рис.4, то изготовление трансформатора не вызывает каких-либо затруднений. Сердечник следует защитить от коррозии лаком, желательно масляным или влагостойким клеем.

Рис.4.

Поглощающее сопротивление должно теоретически рассеивать 35% подводимой мощности. Экспериментально установлено, что резисторы МЛТ-2 при отсутствии постоянного тока на частотах KB диапазонов выдерживают 5 - 6-кратные перегрузки. При мощности 200 Вт достаточно 15 - 18 резисторов МЛТ-2, соединенных параллельно. Результирующее сопротивление должно находиться в пределах 360 - 390 Ом. С указанными на рис.2 размерами антенна работает в диапазонах 3,5 - 14 МГц. Для работы в диапазоне 1,8 МГц желательно увеличить общую длину антенны хотя бы до 35 метров, идеально 50 - 56 метров.

Настройка

При правильном выполнении трансформатора Т антенна в какой-либо настройке не нуждается, необходимо лишь убедиться в том, что КСВ лежит в пределах 1,2 - 1,5. В противном случае ошибку следует искать в Т. Следует отметить, что с популярным трансформатором 4:1 на основе длинной линии (одна обмотка в два провода) работа антенны резко ухудшается, причем КСВ может быть 1,2 - 1,3. Свойства апериодических антенн хотя и в малом объеме, но достаточно подробно изложены в [2].

И. Захаров, (UR5EFX)

Литература:

1.К. Ротхаммель, Новые KB антенны, Радио, 1965г, №11

2.З. Беньковский, Э. Липинский, Любительские антенны коротких и ультракоротких волн, М. - Радио и связью 1963г. пер. с польского

3.Р. М. Малинин, Справочник радиолюбителя-конструктора М. Энергия, 1973г.

4.А. Н. Калашников, Я. В. Степчук, Основы радиотехники и радиолокации. Колебательные системы, Воениздат, 1965г.

5.Н. Нуриманов, Широкополосные антенные трансформаторы, Радио, 1964 г. №6

6. В. Тарасюк, О работе антенны T2FD, Радио, 1968 г., №3

На главнуюГлавная
Rambler's Top100 Rambler's Top100 Рейтинг ресурсов УралWeb
Hosted by uCoz