НАПРАВЛЕННЫЕ АНТЕННЫ С ПРОВОЛОЧНЫМИ ВИБРАТОРАМИ

В.ПРИХОДЬКО, EW8AU,г.Гомель

Для установления дальних связей же­лательно применять направленные ан­тенны, излучающие основную часть под­водимой к ним энергии в заданном на­правлении. Использование таких ан­тенн дает возможность, не увеличивая мощность передатчика, уверенно про­водить радиообмен с дальними кор­респондентами. Действительно, если, например, увеличить мощность пере­датчика в 4 раза, напряженность поля в месте приема возрастет всего лишь в 2 раза, а при увеличении мощности передатчика в 16 раз — только в 4 раза, и тд. В то же время, применяя относительно несложные направлен­ные антенны, можно увеличить напря­женность поля в требуемом направле­нии в 10. 15 раз. Кроме того, направ­ленные антенные системы позволяют создавать излучение под низкими уг­лами к горизонту, что имеет особое значение для проведения дальних свя­зей. Однако применение направленных антенн имеет и свои недостатки, осо­бенно в низкой части декаметрового диапазона. Размеры таких антенн, как правило, намного больше, чем ненап­равленных, кроме того, существует и проблема поворота на корреспонден­та. В ряде случаев можно применить проволочные антенны с переключае­мой диаграммой направленности, что существенно облегчает задачу. Можно применить другую схему построения — активный элемент и пассивный вибра­тор. В зависимости от расстояния до пассивного вибратора и от его настрой­ки, он может играть роль как рефлек­тора, так и директора, но схема пост­роения переключаемой двухэлемент­ной антенны является неоптимальной. Использование одного рефлектора или директора не дает достаточно большо­го выигрыша в главном направлении — одновременно с переключением будут нарушаться условия согласования с фидером. Оптимальное решение этой проблемы заключается в использова­нии двух пассивных элементов, кото­рые последовательно переключаются в рефлектор или директор, не изменяя импеданс антенны при переключении, и дают дополнительное усиление по главному направлению. Схема прини­мает вид, соответствующий рис.1

   Пассивные элементы снабжены шлей­фами и реле. Реле, замыкая своими кон­тактами шлейф, превращает вибратор - рефлектор в вибратор-директор. Сопро­тивление излучения у данной антенны очень мало, поэтому необходимо приме­нять согласующие трансформаторы или использовать шлейф-вибратор в каче­стве активного элемента 2. Наиболее простое решение — запитать полувол­новой вибратор с конца. Согласование производится с помощью четвертьвол­нового резонансного трансформатора (J-согласование). Достоинство такого согласования — простота настройки. Передвигая кабель питания по четверть­волновому короткозамкнутому шлейфу, мы всегда найдем точку оптимального согласования с кабелем питания любого волнового сопротивления или двухпровод­ной линией. Нижняя точка короткозамкнутого четвертьволнового шлейфа находит­ся под нулевым потенциалом высокой частоты, поэтому ее можно заземлять, не изменяя режим работы излучателя. К тому же, мы имеем хорошую грозозащиту и защиту от статики. Антенна принимает вид, соответствующий рис.2

По схеме построения мы видим, что такая конструкция должна иметь шесть опор. Если пойти на компромисс, при не­большой потере усиления можно поста­вить четыре опоры, изогнув пассивные элементы (рис.3). Трудность настройки антенны в ниж­ней части декаметрового диапазона зак­лючается в том, что невозможно учесть влияние земли при расчете длин пассив­ных элементов, так как в большинстве случаев антенны радиолюбителей рас­положены ниже оптимальных высот от­носительно земли. Для идеальной на­стройки антенны необходимо иметь воз­можность корректировать длину полотен вибраторов на высоте ее постоянной эксплуатации Это можно сделать снаб­див полотна вибраторов несложными приспособлениями (рис.4)

Подтягивая или отпуская шлейф, можно регулировать пассивный элемент изменяя его длину. Грузы с двух сторон создают необходимое натяжение полот­на, независимое от перепадов темпера­туры. Рассмотрим конструктивные осо­бенности узла 'А (рис.5)

К матче крепятся две изоляционные прямоугольные пластины 1, например, из стеклотекстолита. К каждой их этих пластин прикручиваются два латунных ролика 3 и ограничитель 4, который не дает выпасть проводнику полотна эле­мента из канавки ролика при монтаже антенны. Такой же ограничитель можно поставить и на второй ролик, чтобы не выпадал шлейф 5. Латунные ролики имеют глубокую канавку ставятся они через латунные болты, чтобы обеспечи­вался хороший контакт полотна антен­ны через ролики к пластинам. К этим пластинам припаивают контакты реле. Когда две пластины замкнуты (через реле), элемент является директором, при разомкнутых пластинах полотно до­полняется шлейфом и служит рефлек­тором. Если пассивный элемент не пря­мой, а изогнутый, как в нашем случае, то и пластины крепятся под углом.

Во избежание попадания осадков, сверху этот узел закрывается пластмас­совой пластиной козырьком 6 (рис.6). По два ролика на каждой пластине обеспе­чивают надежный контакт (рис.7) Полот­на выполняются из медного антенного ка­натика. Пассивные элементы директор- рефлектор можно сделать шлейфовыми, при этом улучшаются защитные свойства рефлектора. При настройке антенны на максимальное подавление заднего лепе­стка в диаграмме направленности, луч­шие результаты получаются при приме­нении шлейфовых элементов.

Такой элемент дополнен еще двумя узлами 'К" (рис.8). Узел изготовлен из стеклотекстолита толщиной 2 4 мм. Выпиливаются две щечки, которые скреплены между собой через бонки 1. Ролики — пластмассовые, так как кон­струкция должна быть легкой. Противо­вес — из жесткой стальной или алюми­ниевой проволоки 2-3 мм, длиной 200-250 мм, он заканчивается свинцо­вым грузом 2. Этот противовес при боль­шой длине полотна не дает шлейфовому элементу повернуться таким образом, чтобы два его провода оказались парал­лельны земле. Итак, узлы А (рис 5) уста­навливаются на двух опорах (рис За), А1 и А2. На опоре С установлен узел крепле­ния трех полотен антенны. Рассмотрим узел С (рис.9).

 К мачте любым удобным для изготовления способом (сварка или болтовое соединение) крепятся под нуж­ным углом три уголка с роликами.

Узел С поддерживает три полотна ан­тенны и при помощи грузов обеспечи­вает натяжение полотен.

Теперь обратимся к узлу В (рис.10) К мачте крепятся два уголка с роликами, на них устанавливается изолятор, кото­рый поддерживает J-согласующий трансформатор С этой мачты вниз идут только два груза для пассивных элемен­тов. Активный средний элемент натяги­вается одним грузом через узел С. Двух­проводная линия короткозамкнутого чет­вертьволнового шлейфа J-согласования с узла В опускается к земле под любым удобным углом.

Настройка антенны

Подсоединяем кабель питания с вол­новым сопротивлением 50 или 75 Ом к J-согласующему устройству примерно в одну десятую часть короткозамкнутого шлейфа. При помощи ВЧ-моста или КСВ-метра, передвигая кабель питания по короткозамкнутому шлейфу, находим точку наилучшего согласования Если сразу не удалось получить КСВ = 1, или сопротивление ВЧ-моста отличается на небольшую величину от волнового со­противления подводящего кабеля пита­ния антенны, это указывает, что полот­но активного элемента необходимо скор­ректировать, то есть уменьшить или уве­личить линейные размеры вибратора. Если КСВ <2,0, а сопротивление отли­чается примерно на 20 Ом, эту опера­цию можно отложить, и выполнить ее после подгонки пассивных элементов Итак, поставив измерительный зонд на расстоянии не менее 1,5 2к от антен­ны, включаем генератор или передатчик. Подаем питание на реле антенны таким образом, чтобы включилось и замкнуло своими контактами реле, расположен­ное на пассивном вибраторе, который ближе в направлении измерительного зонда. Этот вибратор мы будет настра­ивать в режиме директора. От измери­тельного приемника к матче, на которой находится в данном случае директор подходит 2 провода, и включен измери­тельный прибор, например, тестер. За­мечаем показания прибора. Взявшись за нижний конец шлейфа, опускаем или поднимаем его (этим мы удлиняем или укорачиваем вибратор), следя за пока­заниями прибора, таким образом мы добиваемся максимального усиления антенны в этом направлении. Добив­шись максимального усиления, закреп­ляем шлейф в выбранном положении. Итак, настроив один директор, переклю­чаем антенну таким образом, чтобы в направлении измерительного зонда пас­сивный вибратор стал рефлектором. Поднимаясь по мачте и закорачивая шлейф, находим такую точку на шлей­фе, в которой прибор покажет мини­мальное значение. Необходимо учиты­вать, что при настройке элемента в ре­жиме директора мы имеем размытую характеристику, то есть когда прибор показал максимальное значение, увели­чивая или уменьшая длину вибратора мы видим плавное, медленное измене­ние показаний прибора, а вот при на­стройке в режиме рефлектора мы заме­тим резкое изменение показаний при не­значительном увеличении или уменьше нии длины шлейфа.

Внизу шлейф закреплен, края вибратора растянуты грузами, шлейф всегда находится в натянутом состоянии, поэтому удобно закорачивать шлейф медной трубочкой, намотав слева и справа по одному витку (рис.11)

 На эту трубочку необходимо напрессовать пластмассо­вое колесико, вращая которое по часовой или против часовой стрелки, мы и бу­дем передвигать шлейф вверх или вниз. Так как провода шлейфа находятся в на­тянутом состоянии, трубочка короткозамыкателя надежно держится и обеспе­чивает хороший электрический контакт. Пластмассовое колесико необходимо, потому что если мы возьмемся одной рукой за мачту, а второй — за шлейф или за короткозамыкатель, стрелка при­бора начнет реагировать на это и, сле­довательно будет трудно искать точку, где необходимо остановить короткоза­мыкатель. Это связано с тем, что на мачту наводится ВЧ-энергия, и по дли­не мачты это ВЧ-напряжение неравно­мерно. Итак, мы предварительно настроили один пассивный элемент. Теперь не­обходимо поставить второй измеритель­ный зонд с противоположной стороны, на таком же примерно расстоянии от антенны, как и первый и настроить в та­кой же последовательности второй эле­мент. После настройки второго элемен­та следует вернуться к настройке актив­ного элемента, подогнав полотно в ре­зонанс, и добиться оптимального согла­сования J-трансформатора. Так как мы меняли линейные размеры вибраторов и согласование, необходимо снова на­строить первый элемент, потом второй, и так несколько раз. Подавление задне­го лепестка в диаграмме направленно­сти — более 30 дБ

Дальнейшая доводка антенны (если это необходимо) заключается в следу­ющем. Мы получили максимальное значение уровня напряжения на изме­рительном зонде при определенной длине директора (рис.12а)

 Если не­много удлинить директор, это не при­ведет к заметному ослаблению сигнала но при этом существенно повысится за­щитное действие в режиме рефлектора. Оптимально положение короткозамыкателя на шлейфе рефлектора при мак­симальном подавлении заднего лепест­ка в диаграмме направленности (рис.126) не совпадает с положением этого короткозамыкателя при определении макси­мального усиления антенны в направле­нии переднего лепестка. Поэтому можно поставить еще два реле на шлейфах пассивных элементов и выбрать удоб­ное положение короткозамыкателя для наилучшего подавления заднего лепес­тка или наибольшего усиления вперед'. Если существует проблема регулиров­ки длины полотна активного элемента, можно произвести коррекцию изменяя длину двухпроводной линии J-согласования. Сделать ее следует немного длиннее 0.25&, и в процессе настройки изменять ее длину с нижнего конца при помощи короткозамыкателя 1, изменяя при этом и точку подсоединения кабеля питания (рис.13)