Антена з активним рефлектором

Для проведення далеких аматорських зв'язків на коротких хвилях широко використовуються спрямовані антени різних типів. Порівняно давно увійшли в практику антени типу "хвильовий канал", найбільш прості з яких містять два елементи - активний полуволновой вібратор і пасивний рефлектор. Однак двоелементний антени з пасивним рефлектором не дають задовільної спрямованості випромінювання.

Якщо на частотах телевізійних каналів ще можна миритися з використанням багатоелементних антен, то для KB діапазонів (навіть 28 Мгц) ​​вони разом з обертовим пристроєм представляють надмірно громіздкі споруди. У зв'язку з цим все більш широке застосування знаходять двоелементний антени з активним рефлектором. Справа в тому, що антени з харчуванням рефлектора мають ряд переваг перед антенами з пасивними елементами.

Коротко ці переваги зводяться до наступного. Коефіцієнт посилення двоелементною антени з обома активними елементами еквівалентний посилення повнорозмірною трьохелементної антени з пасивними директором і рефлектором. При однакових значеннях коефіцієнта посилення двохелементна система легше, простіше в конструктивному відношенні і має менші моментом інерції і парусністю. Антени з активним харчуванням дозволяють отримати більшу придушення випромінювання назад, що в умовах любительського зв'язку важливіше, ніж отримання максимально можливих для даної системи значень коефіцієнтів посилення. Разом з тим слід зазначити, що антени з активним харчуванням складніше в налаштуванні і більш критичні до зміни параметрів.

Принцип роботи двоелементною антени з харчуванням рефлектора полягає в створенні двох протифазних полів рівних амплітуд в напрямку, протилежному головному максимуму випромінювання системи. Застосування активного рефлектора дозволяє домогтися рівності струмів в обох елементах антени і різниці фаз, необхідної для максимального ослаблення випромінювання назад. Розрахунки, проведені по загальновідомим формулами теорії антен [1], показують, що коефіцієнт посилення у такої антени на 3,4 дб вище, ніж у антени з пасивним рефлектором, а максимальне придушення випромінювання назад (з урахуванням втрат в сполучної лінії) становить 40 50 дб, в той час як в пасивних системах воно не перевищує 25 дб. Ширина діаграми в горизонтальній площині за рівнем 0,707Е становить 58 °, а ширина променя у вертикальній площині при висоті підвісу l / 2 і вугіллі випромінювання 30 ° становить 32 °.

Описувана двохелементна антена з активним рефлектором є модифікацією антени HB9CV [2, 3], схема якої приведена на рис. 1. При оптимальній відстані між елементами, що дорівнює l / 8, протифазні поля можуть бути отримані при запітиванія елементів антени з фазовим зрушенням 225 °. Фазовий зсув 225 ° в харчуванні рефлектора дорівнює сумі фазових зрушень, що виникають за рахунок протифазної системи живлення елементів (180 °) і затримки в лінії живлення (45 °).

Слід зазначити, що в схемі антени [2] наведені помилкові дані, що не забезпечують необхідний зрушення фаз при харчуванні коаксіальним кабелем.

Принциповим недоліком цієї антени є складність отримання необхідного фазового зсуву, що обумовлено обраної схеми живлення. Будь-фідерної лінії притаманний коефіцієнт укорочення, пов'язаний з її конструкцією і застосованими матеріалами Для використовуваних в антеною техніці фідерних ліній коефіцієнт укорочення зазвичай становить 1,05-1,66. Отже, для схеми рис. 1 при харчуванні в точках XX замість необхідного зсуву фаз (за рахунок лінії), рівного 45 °, буде отримана величина, що залежить від типу застосованої лінії.

Схема антени, вільної від цього недоліку і дозволяє отримати практично будь-який зсув фази між двома активними елементами, показана на рис. 2.

Точку підключення живлячої фідера при відомому коефіцієнті укорочення лінії легко визначити за формулами:

де d - відстань між елементами;
da - довжина лінії від точки включення до антени;
dp - довжина лінії від точки включення до рефлектора;
Dlk - конструктивніше подовження лінії (10-20 см) і

де l - робоча довжина хвилі;
y - необхідний зсув фази;
e - коефіцієнт укорочення.

Для живлення антени зручно користуватися коаксіальним кабелем типу РК-75-7-11 (для якого e = 1,52) і коаксіальним трійником типу ВР-193-Ф, що ділять потужність порівну, між вібраторами. При використанні трійника для кращого узгодження необхідно в якості сполучних ліній використовувати коаксіальний кабель з хвильовим опором 150 ом (типу РК-150-4-11 або йому подібний).

При розрахунку довжин елементів антеною системи (які складають 0,5l для рефлектора і 0,46l для власне антени) необхідно враховувати їх коефіцієнт укорочення, що залежить від діаметра. Розраховані значення для антени діаметром 22 мм і согласующей лінії діаметром 20 мм дані в табл. 1. Тут же зазначені розміри узгоджувальних елементів.

Розміри елементів, см

Конструкція антени показана на рис. 3. Кожен елемент виконаний з трьох секцій, що складаються з дюралюмінієвих трубок пов'язаних діаметрів, всувають одна в іншу.

Оскільки, зовнішній діаметр однієї трубки дорівнює внутрішньому діаметру другий, система допусків не дозволяє привести одну трубку в іншу на значну глибину. Тому вздовж трубки меншого діаметра робиться пропив на довжину 400 - 500 мм, після чого забезпечується надійне їх зчленування. Необхідно звернути особливу увагу на забезпечення надійного електричного контакту в місці зчленування. Порушення контакту викликає помітне погіршення електричних параметрів антени. Для полегшення налаштування на кінці елементів надіті гнучкі наконечники зі сплаву АМЦ-М (рис. 4).

Елементи зміцнюються на алюмінієвій трубі діаметром 40-45 мм з товщиною стінок 2 мм.

Для додання жорсткості всій антеною системі вона повинна бути розчалити капронової волосінню діаметром 1 мм (рис. 5).

Решта особливості конструкції видно з фотографії.

Вага антеною системи складає всього 6,5 кг, що дозволяє легко монтувати антену одній людині.

Зовнішній вигляд антени

Для обертання антени використаний електродвигун типу ПР-1 з вмонтованим всередину корпусу потенциометрическим датчиком напрямки.

Налаштування антеною системи виробляють виходячи з необхідності отримання найкращого узгодження антени з живильним кабелем і максимального придушення заднього випромінювання.

При налаштуванні доцільно скористатися сигналом від місцевого джерела, що знаходиться приблизно в площині розташування елементів на відстані не менше 150 200 м.

Послідовність настройки така.

Визначають електричну довжину фазосдвигающих ліній. Вимірювання і підгонка цього параметра повинна бути проведена з точністю не гірше 2-3 електричних градусів. Змінюючи довжину узгоджувальних елементів ya і yp домагаються прийнятного значення КСВ всієї системи (не вище 1,5 на середній частоті діапазону). Регулюючи довжини la і lр, домагаються максимального придушення заднього випромінювання. На даному етапі досить домогтися придушення в 20- 25 дб. Вимірювання слід провести в декількох точках діапазону, після чого повторно регулюють ya і yp. домагаючись значення КСВ, близького до одиниці.

Ці операції проводять послідовно кілька разів до отримання найкращих параметрів антени.

Бажано все виміру виробляти в робочому положенні антени з тим, щоб уникнути впливу землі, Яке при малих висотах розташування антени може сильно спотворити результати.

Слід зауважити, що антени з активними елементами мають відому залежність рівня придушення заднього випромінювання від кута місця, що визначається різницею в фазових співвідношеннях для хвиль, що приходять під різними кутами до горизонту. Для далеких зв'язків, коли ці кути незначні, придушення досягає 40-50 дб.

література:
1. С. І. Надененко. "Антени". Связьтехіздат, Київ, 1959.
2. "Радіо", 1965, № 11, стор. 22.
3. К. Ротхаммель. "Антени". Вид-во "Енергія", Київ, 1967.

РАДІО N 9 1968 р c.17-18.