Горизонтальные направленные УКВ антенны типа волновой канал
Дальность действия передатчика можно повысить, не увеличивая его мощности, а применяя сложные антенны, состоящие из двух и более вибраторов и обладающие направленным излучением.
В любительской связи всегда надо стремиться к этому и отказываться от вредной практики увеличения дальности действия путем непомерного увеличения подводимой к выходной лампе мощности.
Это приводит, во-первых, к превышению разрешенной подводимой мощности (установленной в 10 вт), во-вторых, к излишнему расходованию электрической энергии.
Схемы
На рис. 1 даны схемы двух-, трех- и четырехвибраторных антенн и приведены диаграммы направленности излучения, а в табл. 1 даны все необходимые для их изготовления .размеры (расчет дан для диапазонов 38—40 Мгц и 144—146 Мгц).
Рис. 1. Многовибраторные антенны - конструкции.
Как видно из таблицы, наибольшим коэффициентом направленного действия обладает четырехэлементная антенна; она обеспечивает излучение энергии в основном в одном направлении узким пучком.
Однако конструкция антенны получается громоздкой (общая длина штанги, на которой укрепляются вибраторы, достигает 3,44 м), из-за чего она не получила широкого применения в любительской практике.
Но для второго любительского диапазона (144 —146 Мгц) четырехвибраторная антенна является наилучшей. Пятый вибратор, существенно усложняя конструкцию антенны, дает незначительное увеличение коэффициента направленного действия.
Как уже отмечалось, пассивные вибраторы резко снижают входное сопротивление антенны (см. табл. 1), что затрудняет, а в любительских условиях и совсем делает невозможным согласование антенны с фидерной линией.
Поэтому в подобных антеннах в качестве активного вибратора следует применять двойной и даже тройной петлевой вибратор. Этим будет повышено входное сопротивление и значительно облегчено согласование.
Входное сопротивление антенны будет больше указанной в таблице величины во столько раз, во сколько раз сопротивление примененного петлевого вибратора больше сопротивления простого разрезного полуволнового вибратора.
Таблица 1. Размеры многовибраторных антенн:
Четырехэлементная антенна с петлевым вибратором
На рис. 2 представлено устройство и даны все необходимые размеры четырехэлементной антенны с петлевым вибратором для работы .в диапазоне 144—146 Мгц. Фидер должен быть симметричным и иметь волновое сопротивление 300 ом (например, ленточный кабель типа КАТВ).
Элементы антенны имеют здесь размеры, отличные от тех, какие даны в табл. 1. Это объясняется тем, что расстояния между ними взяты всюду одинаковыми.
Рис. 2. Четырехэлементная антенна для диапазона 144 —146 Мгц.
Конструкция пятиэлементной антенны
На рис. 3 показана конструкция пятиэлементной антенны для того же диапазона. Все пассивные вибраторы изготовляются из алюминиевых трубок диаметром 10—12 мм активный вибратор изготовляется из трубок, у которых верхняя часть имеет диаметр 11 мм, нижняя часть 20 мм.
Рис. 3. Пятиэлементная антенна для диапазона 144 — 146 Мгц.
В качестве фидера применяется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 70—72 ом. Антенна симметрируется и согласуется при помощи четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа.
Применить здесь обычное U-колено нельзя, так как U-колено не только симметрирует входное устройство, но одновременно уменьшает входное сопротивление антенны в 4 раза.
На антеннах такого типа работают чехословацкие радиолюбители и получают при этом хорошие результаты. Для работы в диапазоне 420—425 Мгц антенна должна иметь следующие размеры: длина активного вибратора 0,468лямбда, длина рефлектора 0,495лямбда, длина первого директора равна 0,449лямбда, длина второго и третьего — соответственно 0,444лямбда и 0,432лямбда расстояния между элементами всюду одинаковы и равны 0,25лямбда, диаметр верхней трубки активного вибратора 7 мм, нижнего провода 4 мм. Рефлектор и директоры делаются из трубок диаметром 4—6 мм.
При желании повысить входное сопротивление антенны следует вместо одиночного вибратора применить двойной вибратор (рис. 4). Входное сопротивление такого двойного вибратора 1440 ом, а в пятиэлементной антенне оно снижается до 240 ом.
Рис. 4. Пятиэлементная антенна с двойным петлевым вибратором для диапазона 144—146 Мгц.
В этом случае для питания антенны надо применить кабель с волновым сопротивлением, равным также 240 ом; проще всего взять симметричный кабель. Размеры антенны с таким вибратором представлены на том же рисунке (для диапазона 144 —146 Мгц).
Четырехвибраторная антенна с активным вибратором
В диапазоне 420—425 Мгц для любительской связи можно рекомендовать четырехвибраторную антенну с активным вибратором другого тина, выполненную из трубок диаметром 5—8 мм.
На рис. 5 даны схематическое изображение такой антенны и все необходимые для ее изготовления размеры (в сантиметрах). В качестве активного элемента в .ней применен полуволновый неразрезной вибратор параллельного питания
Так как высокочастотный потенциал будет равен .нулю в средних точках всех вибраторов (включая и активный вибратор), то все вибраторы можно приварить в этих точках к одному общему металлическому стержню.
Все сложные антенны всегда требуют подстройки, производимой по подключении их к передатчику. Поэтому важно конструктивно выполнить антенну так, чтобы в процессе налаживания можно было менять длину вибраторов, причем одинаково по обе стороны от геометрической оси системы.
Для этого можно выполнить вибраторы из трубок, вдвигающихся одна в другую.
Рис. 4. Четырехэлементная антенна с вибратором параллельного питания для диапазона 420 — 425 Мгц.
Для настройки антенны следует пользоваться индикатором напряженности поля *, помещаемым на расстоянии не менее трех длин волны от антенны. Настройку антенны производят поочередным измененном длин вибраторов.
Сначала устанавливают на расчетном расстоянии рефлектор и изменением его длины добиваются наилучшего отношения излучения «вперед» к излучению «назад». При этом полезно немного изменять против расчетного расстояние рефлектора от активного вибратора.
Затем рефлектор отключают, устанавливают первый директор и изменением его длины также добиваются максимального излучения «вперед». Когда это достигнуто, следует, не снимая первого директора, установить поочередно второй, третий и т. д. директоры и проделать с ними ту же операцию.
После этого рефлектор ставится на свое место, и окончательно поочередным небольшим изменением длины пассивных вибраторов (начиная с рефлектора) получают максимальное излучение «вперед» всей ангенны в целом.
Применение направленных антенн резко увеличивает дальность действия передатчика, уменьшает действие помех, но требует специального устройства для их вращения.