Запорожец Издания
проводник, в указанном случае точный минимум индикатора измери-тельнош моста имеет место не при переменном сопротивлении 73 Ом, а при сопротивлении, лежащем в пределах от 30 до 60 Ом. Если настройка выполнена безукоризненно, то в этом случае вся система радиальных проводников настроена в резонанс и можно приступить к настройке четвертьволнового излучателя. При этом используется уже описанная вьипе методика настройки с помощью высокочастотного измерительного моста и гетеродинного измерителя резонанса, Хотя описанная методика настройки несколько громоздка, в этом случае обеспечивается безупречная работа антенны граунд-плэйн». 3-7. Трехднапазонная антенна «граунд-плэйн» В любительской литературе описывается грехдиапазонная антенна «граунд-плэйн», применяемая в трех радиолюбительских диапазонах (рис. 3-12). В показанной на этом рисунке конструкции используется механическое переключение антенны с помощью канатика, привязан- Радиальные проводники длиной по SjZOm Ковяь питания Рис. 3-12. Антенна «граунд-плэйн» с переключаемыми элементами для трех диапазонов: ключи ! и II разомкнуты - 10 м, ключ / замкнут - 15 м, ключи / и замкнуты - 20 м. Рис 3-13. Схема трехднапазонной антенны «граунд-плэйн». ного к переключатетям. Однако такую конструкцию довольно трудно создать так, чтобы она хорошо работала в течение длительного времени при любых метеорологических условиях (все размеры приведены на рис. 3-12). Другой вариант трехднапазонной антенны сгрзунд-плэйн», более простой с конструктивной точки зрения, показан ьа рис. 3-13. Разу- меетсй, и в этом случае используется переключатель диапазонов, но только он помещается в основании излучателя и, следовательно, дос1у[1 к нему не затруднен. Сам вертикальный излучатель не настроен в резонанс и имеет длину от 6 до 7 м. Настройка антенны производится с помощью регулировочного устройства, состоящего из последовательного соединения катушки индуктивности и конденсатора. Контроль настройки осуществляется с помощью гетеродинного измерителя резонанса, который связывается с соответствующей катушкой индуктивности. При помощи переключателя можно настраивать антенну на диапазоны 20, 15 или 10 м. Максимальная емкость конденсаторов переменной емкости 100 пФ, а индуктивность катушек определяется экспериментально. Для первичной регулировки резонанса рекомендуется использовать катушку индуктивности в виде спирали {диаметром 40 мм) из 15 витков толстого посеребренного медного провода , Антенна «граунд-плэйн» использует несколько систем радиальных проводников, настроенных соответственно на каждый из рабочих диапазонов волн (рис. 3-14). Настройка радиальных проводников производится по описанной выше методике с помощью измерительного моста и гетеродинного измерителя резонанса. Согласование с коаксиальным кабелем достигается просто перемещением по катушке индуктивности зажима, для того чтобы найти точку, в которой входное сопротивление соответствует волновому сопротивлению кабеля. Для этой цели измерительный мост включают между зажимом и основанием и, связывая его с гетеродинным измерителем резонанса, изменяют положение зажима катушки индуктивности до тех пор, пока не будет достигнуто требуемое сопротивление. Эту настройку следует проводить очень точно: рекомендуется одновременно контролировать частоту гетеродинного измерителя резонанса по точно отградуированному приемнику. В рассматриваемой конструкции антенны можно использовать механические переключатели или реле. Особенно следует обращать внимание на добротность катушек индуктивности, так как они находятся в пучности тока и, следовательно, дотжны иметь большую поверхность, обладающую хорошими проводящими свойствами при большом диаметре проводника. Четвертьволновый вертикальный излучатель очень часто применяется в качестве антенны в переносных и подвижных радиостанциях. В заключение следует сказать, что четвертьволновый вертикальный излучатель очень чувствителен к расположенным гоблизости окружающим предметам {дома, мачты, провода электропередачи, изгороди и т, п.), которые ухудшают рабочие характеристики антенны, поглощая часть излучаемой энергии, вызывая паразитные отражения и расстраивая антенну относительно рабочей частоты. Когда используется небольшое число радиальных проводников, вертикальный угол излучения сильно зависит от проводимости Земли и, следователыю, от се отражающих свойств. Рис. 3-14. Радиальные проводники для Трехднапазонной антенны «граунд-плэйн». 3-8. Полуволновый вертикальный излучатель Полуволновый вертикальный излучатель также имеет небольшой угол вертикального излучения, а в горизонтальной плоскости круговую диаграмму направленности. Вертикальное излучение тем более плоско, че.м выше монтируется антенна. Вертикальный вибратор. Полуволновый вибратор обычно изготовляется из легкой металлической трубки или же в виде провода, подвешенного на достаточно высокой несущей мачте; диаметр провода в этом случае может быть любым. В геометрическом центре вибратор разрывается и в место разрыва подключается (как и во всех других полуволновых вибраторах) коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 60 Ом, Однако такой способ питания используется на практике Коаксиальный капель 60 Ом лю5ой длины l = ¥{lSM,feMru) 1" 1ч Траверсы / / V . Рис. 3-15. Полуволновый вертикальный вибратор. У /, Рис. 3-16, Полуволновый вертикальный вибратор с питанием типа «цеппелинэ. редко, так как в этом случае сильно ухудшается механическая прочность конструкции. Кроме того, линия питания при этом имеет большую Ду1нпу и же.тательно, чтобы отрезок, перпендикулярный излучателю, был как можно длиннее (рис. 3-15). Симметрирование коаксиального кабеля в коротковолново.м диапазоне необязательно. Вертикальная антенна «цеппелин». В радиолюбительской практике питание вертикального полуволнового вибратора почти во всех случаях производится с нижнего кочца излучателя, т. е. в точке пучности напряжения. При такой схеме питания длина линии питания меньше, что позволяет использовать в качестве линии питания настроенную линию, как у антенны «цеппелин» (рис. 3-1S). J-образная антенна. Особенно простой способ питания полузолно-вой вертикальной антенны заключается в том, что к высокоомному нижнему концу излучателя подключается замкнутая четвертьволновая линия и по ее длине ищется сопротивление, соответствующее волновому сопротивлению кабеля питания. Так .ч.ак по длине /.4 линии сопротивление изменяется от десятков тысяч ом в точке нижнего конца излyчd теля (максимум напряжения) до нуля в точке замыкания согласующей линии (минимум напряжения), то, таким образом, можно согласовать с антенной коаксиальный кабель и ленточный кабель УКВ с любьш волновым сопротивлением, а также двухпроводную линию питания с воздушной изоляцией и волновым сопротивлением GOO Оы, Антенна, согласованная таки.м образом, называется J-образной (рис. 3-17). Преимуществом такого способа питания антенны является то, что нижний замкнутый конец КЛ согласующей линии может быть заземлен и, кроме того, антенна может служить одкоБре.менно хорошим молниеотводом. Оптимальное согласование линии питания с антенной ищется следующим образом: к нижнему концу излучателя подключается неоновая лампочка и точка подк.тючепия кабеля питання перемещается до тех пор, пока не наступает наиболее яркое свечение ламсочки. Длина излучателя, м, с вполне достаточной точностью рассчитывается по приблизительной формуле 145 ООО где / - частота, МГц. а/4 согласующая лнння получается из следующей формулы, в которой длина лилии / указана в метрах, частота / - в мегагерпа.х. 73 ООО если линия изготовляется из проводов, или и2 формулы 71 250 Место подключения неоновой (лампонки для I настройки , Ка5ель питания людойдлагц К земл2 Рис. 3-17. J-образная антемЕ.а. если линия изготовляется из трубок относительно большого диаметра. Рекомендуется четвертьво.т новую согласующую линию делать несколько длиннее расчетно!! длины и использовать подвижный замыкающий мостик. Зитем антенну возбуждают с помошью расголоженпой поблизости вспомогательной антенны, подключенной к передатчику. При этом к четвертьволновой линии не подключают линии пиания и, меняя расположение замыкаюшей перемычки, добиваются максималь-1ЮГ0 свечения неоновой лампочки, включенной в точке соединения нижнего конца излучателя с четвертьволновой согласующей линией. Таким образом, излучатель и согласующая линия оказываются настроенными в резонанс с рабочей частотой. Затем вспомогательную антенну отключают от передатчика н вертикальный излучатель подключают к линии питания, согласование которой осуществляется описанньш выше способом. Настроенпый таким образом излучатель является прекрасной антенной для установления дальних связей, ..нтенна имеет круговую диаграмму направленности при условии, что она монтируется на достаточно большой высоте. Глава четвертая ПОЛУВОЛНОВЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВИБРАТОР С ПАССИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ Полуволновый вертикальный вибратор может быть преобразован в двухэлементную направленную антенну путем подключения к нему рефлектора на расстоянии приблизительно Л/4. Рефлектор - это проводник, длина которого на 5% больше, чем длина вибратора, и который не связан ни с передатчиком, ни с вибратором. Такие элементы антенны называются пассивными. Впервые антенны, использующие несколько пассивных элементов, были описаны в 1926 г. японцами X. Яги и С. Уда и получили распространение под названием антенн «Уда-Яги» (антенны «волновой канал»). Пассивные элементы, имеющие длину, большую, чем вибратор, действуют как рефлекторы, так как ток в них
о 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 Расстояние между элементами антенны, Я. Рис. 4-1, Максимальное получаемое усиление по мощности при использовании рефлектора или директора в зависимости от расстояния до вибратора. опережает по фазе ток в активном вибраторе; пассивные элементы, имеющие длину, меньшую, чем вибратор, действуют как директоры, так как ток в них отстает по фазе от тока в активном вибраторе. Коэффициент усиления антенны в направлении основного излучения зависит от расстояния между вибратором и вторичным элементом (пассивные элементы часто называются вторичными). Из кривых рис. 4-1 видно, каким образом влияет расстояние между элементами антенны на коэффициент усиления. На практике расстояние между вибратором и рефлектором обычно выбирают равным 0,10 X - 0,25 л, а расстояние между директором и вибратором - 0.10 к - 0,15Л. Хотя двухэлементные антенны обычно состоят из вибратора и рефлектора, иногда используются двухэлементные антенны, состоящие из вибратора и директора. Из рис. 4-1 видно. Что с помощью антенны, состоящей из вибратора и директора, может быть достигнуто усиление даже бо,~ьшее, чем при использовании комбинаций вибратор - рефлектор, но на практике эта разница оСычно не играет большой роли, и поэтому в среднем считается, что двухэлементные антенны имеют коэффициент усиления 5 дБ, Входное сопротивле11ие антенны при подключении пассив/ых элементов значительно уменьшается. Так, например, при включении на расстоянии 0,12Л от полуволнового вибратора директора сопротивление излучения полувол1Ювого вибратора уменьшается до 15 Ом. Нз графиков {рис. 4-2) могут быть найдены входные сопротивления прямого полуволнового вибратора, используемого в сочетании с рефлектором или директором, в зависимости от расстояния между вибратором и пассивными элементами. В случае двухэлементной антенны коэффициент усилеиил и входное сопротивление могут быть легко определены по приведенным графикам. Более сложным становится Q.---I---J----Г-1 определение тех же величин в случае, когда полуволновый вибратор исполь-gi • I \ / 1" -I зуется совместно с рефлектором и директором. Предполагая, что рас-. , стояние между вибратором и рефлек- 0\-- I \/ / \ I тором 0,20?s по графику рис. 4-3 *g 20
0,2 0,3 0,4 Расстояние междуэлемеи-таш антенны.X 0.3 г Расстоя*ие между оиггк-лссом Рис. 4-2. Сопротивление в точках питания полуволнового вибратора с рефлектором или директором в зависимости от расстояния до вибратора. Ряс. 4-3. Коэффициент усиления трехэлементной антенны при фиксированном расстоянии между рефлектором и вибратором 0,2 X в зависимости от расстояния от директора до вибратора. можно определить коэффициент усиления трехэлементной антенны в зависимости от расстояния между вибратором л директором. Резонансная длина вибратора и оптимальные размеры пассивных элементов также зависят от их взаим!ого pacгюлo>fvGниI. Если предположить, что антенна смонтирована на достаточно большой высоте, и таким образом пренебречь влиянием Зел1ли. то в этом слгче оптимальные размеры вибратора и пассивных элементов могут опэеделяться соответственно из рис, 4-4 - 4-6 И- рисункок стедует, что при небольших расстояниях между элементами пу. линейные размеры \величиза-ются по сравнению с тем, когда расстояния между элементами антенны больше Рекомендуется во всех c.j.-.as.x ког~а то возможно, сасиола-гать рефлектор на расстоянии 0,22/: от вибратора, а директор - на расстоянии от 0.15 до 0,25. от вибратора. Г1рн этом коэффициент усиления приблизительно равен ~ дБ, а входное сопротпп,тепие имеет от!Юсительно большое значение - 40 Ом, что об,-егчает согласование с;нтепь.ы с ли- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [ 18 ] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
|