Проектування й будівля антен з активним харчуванням вібратора і рефлектора, які відомі як ZF BEAM (її різновиди – HB9CV і логоперіодична антена), неодноразово описувалися на сторінках зарубіжних журналів для радіоаматорів Підвищений інтерес до них цілком обгрунтований, оскільки при порівняно невеликих розмірах цих антен вдається отримати хороші значення основних характеристик: коефіцієнта посилення, перешкодозахищеності та КСВ в широкому інтервалі робочих частот Автор цієї конструкції, відомий московський коротковолновік К Сепп (UA3CT), виконав велику дослідницьку роботу з удосконалення раніше створених антен HB9CV і антени А зніс-реву (UW3BJ), опис якої було опубліковано в 1968 році Винахідник домігся компенсації внесених реактивних опорів і змінив спосіб фазирования харчування та узгодження Цей варіант забезпечує можливість заземлення оплеток коаксіальних кабелів (харчування та фазирования) по всій довжині, тобто в будь-якій точці Дана система складається з двох розташованих на одній траверсі чотириелементних антен «хвильовий канал» для діапазонів 20 і 15 м з активним харчуванням двох елементів для кожного діапазону (рис 333)

Антена кожного діапазону містить рефлектор Р, активний рефлектор Ра, вібратор В і директор Д Активний рефлектор і вібратор харчуються із зсувом фаз Фазування виконано двома відрізками коаксіального кабелю з хвильовим опором 75 Ом довжиною λ / 8 і λ / 2, які високочастотним трійником зєднані з коаксіальнимфідером довільної довжини, що має хвильовий опір 75 Ом і йде до передавача (Рис 334)

Інші кінці фазує кабелів підключені через високочастотні трансформатов до антени Лінія довжиною λ / 8 підключається до вібратора, а лінія довжиною λ / 2 – до активного рефлектору

Високочастотні трансформатори забезпечують симетрування несиметричних кабелів з антенами, а узгодження вхідних опорів антен з фідерами проводиться Т-подібними согласующими лініями, до кінців яких і підключені трансформатори Відстань між активними елементами антен – λ / 8 між пасивним і активним рефлекторами – 0,085 λ між вібраторами та директорами – λ / 8 При дослідженні цієї системи був побудований макет для 10-метрового діапазону і отриманий коефіцієнт посилення відносно ізотропного випромінювача 15 дБ при ширині головної пелюстки в площині Е 25 ° по рівню 3 дБ, а відношення випромінювання вперед-назад – близько 40 дБ, вперед-вбік – більше 60 дБ

Конструкція антени нічим не відрізняється від звичайних антен «хвильовий канал» Розміри елементів дані в табл 37

Траверса має довжину 8 м і складається з пяти дюралюмінієвих (Д16-Т) труб трьох різних діаметрів Необхідна жорсткість конструкції виходить навіть без використання відтяжок у вертикальній площині

Найтовстіша труба діаметром 80 мм і довжиною 3,2 м є основною В її кінці через перехідні дюралюмінієві (Д 16-Т) втулки вставлені труби діаметром 65 мм і довжиною 1,2 м У вільні

Рис 333 Антена «хвильовий канал» на 20 і 15 м з двома активними елементами

Рис 334 Схема включення фазує елементів

кінці цих труб також через перехідні втулки поміщені труби діаметром 60 мм і довжиною 1,3 м, які прикріплені до втулок чотирма сталевими гвинтами М5 в кожному зєднанні Всі вібратори виконані теж з дюралюмінієвих (Д16-Т) труб трьох різних перетинів, зєднаних між собою цанговим затискачем з хомутом, виготовленим з нержавіючої сталі товщиною 0,5 мм Найтовстіша труба (діаметром 30 мм) з товщиною стінки 1,2-1,5 мм кожного елемента має довжину 2,3 м У неї з двох кінців вставлені дві труби діаметром 26 мм, а їх вільні кінці – труби діаметром 22 мм Товщина стінок цих труб – 1 і 0,5-0,8 мм відповідно Найтонші кінцеві труби повинні мати запас по довжині 200 – 300 мм для того, щоб була можливість налаштовувати елементи Середини всіх вібраторів прикріплені до траверсі за допомогою перехідних пластин розміром 200x200x3 мм, виготовлених з титану або дюралюмінію Д16-Т товщиною 4-5 мм Вібратор розташовують по діагоналі пластини і кріплять до неї двома скобами з різьбленням Мб Іншою стороною (по другій діагоналі) пластину двома скобами з різьбленням М8 прикріплюють до траверсі Сама траверса в центрі тяжіння антени кріпиться двома скобами з різьбленням М10 до майданчика редуктора поворотного пристрою Для більшої міцності конструкції вібратори 20-метрового діапазону підвішуються капроновими відтяжками Тому в центрі пластин на траверсі встановлюють вертикальні кронштейни висотою 400 мм, до яких кріпляться капронові відтягнення Їх другі кінці кріпляться до вібраторів в точках 3/4 довжини від траверси У центрах активних вібраторів встановлюються вертикальні стеклотекстолитовую пластини розміром 160x120x10 мм, до яких кріпляться трубки узгоджувальних ліній Тут же встановлюються дюралюмінієві коробки, де розташовуються симетрувальні трансформатори Фазує кабелі довжиною λ / 2 згортаються в невеликі бухти, які розміщуються на траверсі поблизу плат активних рефлекторів Кабелі довжиною λ / 8 підвязані безпосередньо до траверсі Високочастотні трійники кріпляться до майданчика траверси

Кожну антену живлять окремим коаксіальним кабелем РК-75-13-11 або аналогічним йому, але обовязково з хвильовим опором 75 Ом Залежно від діапазону кабелі фідера комутують за допомогою реле РЕВ-15 (паспорт РФ4562006), що знаходяться в безпосередній близькості від радіостанції Пристрій кожного активного елемента складається з Т-подібної согласующей лінії Лінія виготовлена ​​з двох дюралюмінієвих (Д16-Т) трубок діаметром 16 мм і довжиною 1,5 м, розташованих паралельно активному елементу Два ближніх до середини кінця трубок лінії прикріплені сталевими гвинтами М4 довжиною не менше 40 мм до вертикальної стеклотекстолитовую панелі на відстані 90 мм один від одного Відстань між осями трубок активного вібратора і согласующей лінії вибрано рівним 120 мм для обох діапазонів, що відповідає хвильовому опору лінії близько 300 Ом Другі кінці трубок лінії затиснуті платами-перемичками, виготовленими з дюралюмінію, і зєднують вібратор з лінією

Остаточні розміри узгоджувальних ліній щодо середини активних елементів після налаштування антени наведено в табл 37

Високочастотні трансформатори з коефіцієнтом трансформації 4 виконані на кільцевих магнітопроводах з фериту 200НН для 20-метрового діапазону і 50ВЧ2 для 15-метрового Кільця повинні бути такими, щоб можна було вільно, з кроком 3 мм, розмістити бифилярно обмотку, яка містить 10 витків дроту ПЕВ-2 1,5 мм

Таблиця 37 Розміри антени «хвильовий канал» з двома активними елементами

Параметр

Розмір, мм

Діапазон 20 м

Діапазон 15 м

Вібратор В

10220

6840

Рефлектор пасивний Р

11160

7420

Рефлектор активний Ра

10220

6840

Директор Д

9500

5780

Відстань між активними елементами

2650

1770

Відстань між активним і пасивним рефлекторами

1750

1400

Відстань між вібратором і директором

3060

2180

Довжина согласующей лінії активного рефлектора

1300

950

Довжина согласующей лінії активного вібратора

1210

870

Довжина кабелю від трійника до активного рефлектора І

6960

4660

Довжина кабелю від трійника до вібратора 12

1740

1165

Перетин магнитопроводов – 0,8-1,0 см2 Бажано, щоб трансформатори на один діапазон були однаковими

Кожен трансформатор поміщений в коробку з кришкою, виготовлену з дюралюмінію товщиною 1-1,5 мм Її розміри визначаються габаритами пристрою Необхідно, щоб був зазор 15-20 мм між обмотками трансформатора і стінками коробки На коробці розміщується високочастотний розєм для кабелю, до якого підключається фазує лінія, а на бічних стінках встановлюються прохідні ізолятори, через які зєднуються согласующая лінія і трансформатор

Антену налаштовують в два етапи На першому (до підйому антени) встановлюють початкові довжини всіх вібраторів і узгоджувальних ліній На другому етапі, регулюючи довжину вібраторів і узгоджувальних ліній, домагаються найкращих діаграм спрямованості і КСВ Налаштування пасивних рефлекторів проводиться по мінімуму випромінювання назад, а пасивного директора – по максимуму випромінювання вперед

Найбільш трудомісткою роботою під час налаштування антени є зняття діаграми спрямованості Її визначають тільки в ближній зоні, щоб виключити вплив відображення сигналу від іоносфери і зміни напрямку поляризації Автор використав аматорські радіостанції, розташовані в радіусі від 2 до 10 км від своєї і оснащені антенними пристроями з горизонтальною поляризацією Сигнали вимірювалися через кожні 15 ° повороту досліджуваної антени Отримана залежність КСВ від частоти зображена на рис 335[3]

Антени високочастотних діапазонів

До них відносяться короткохвильові антени для 20 -, 15 -, 11-і 10-мет – рового діапазонів, а також аматорські УКХ антени Вони мають такі розміри, які дозволяють створювати обертові антени спрямованого випромінювання Антени взагалі, а для високочастотних діапазонів особливо, повинні бути резонансними Широкодіапазонні антени UW4HW («морквини»), диполі Надененко та ін, на жаль, неефективні: вони важко согласуемое з фідером і мають низький ККД Кращим варіантом служать антени спрямованого випромінювання – обертові або статичні з перемиканням діаграми спрямованості

Для отримання спрямованого випромінювання в техніці коротких і ультракоротких радіохвиль використовують системи пасивних елементів, певним чином розташованих один щодо іншого Токи в них знаходяться або в фазі, або в протифазі Якщо дроти, що несуть протифазні струми, рознести на відстань, порівнянне з довжиною хвилі, система стане випромінюючої Односпрямоване випромінювання виходить, коли в випромінювачах, розташованих на відстані в 1/4 довжини хвилі один від одного, струми зміщені по фазі один відносно іншого на 1/4 періоду Пасивний вібратор може грати роль дзеркала (рефлектора) або, навпаки, направляти випромінювання на себе У цьому випадку пасивний елемент називають «директором» Хвиля, випроменена антеною і падаюча на рефлектор, наводить у ньому значні струми Якщо наведений струм випереджає по фазі на 90 ° струм в активному вибраторе, рефлектор буде виконувати свої функції, не вимагаючи самостійного харчування Потрібний зрушення фаз встановлюється відповідною настроюванням рефлектора, що полягає в підборі його довжини При цьому рефлектор може представляти для наведених струмів активне, ємнісне або індуктивний опір, в результаті чого струми в ньому опиняться на той чи інший кут зрушені по фазі по відношенню до збудливою хвилі Однак внаслідок того, що струм, наведений в рефлекторі, завжди менше струму в вибраторе, повної компенсації випромінювання назад досягти не вдається Тому діаграма спрямованості антени з таким рефлектором завжди буде дещо гірше діаграми антени з живленим рефлектором

Трьохдіапазонним антена «подвійний квадрат»

Однією з «далекобійних» рамкових направлених антен є антена «подвійний квадрат» Вона являє собою двоповерхову синфазну антену Одна рамка цієї антени є активним вібратором, на який подається харчування, а друга – пасивним рефлектором Автор цього розділу створив таку антену протягом кількох десятиліть вона використовувалася на радіостанціях UA3FG і UK3R Антена «подвійний квадрат» має коефіцієнт посилення 9 дБ і ставлення F / B 26 дБ На відміну від багатьох подібних конструкцій вона цілком виконана з металу на двох хрестоподібних підставах (рис 336)

Вертикальна частина хреста суцільнометалева (з дюралюмінієвих труб діаметром 25 мм), а горизонтальна складається з окремих частин, виконаних з таких же труб, зєднаних між собою текстолітовими ізоляторами 4, всередину яких вставлені сталеві стрижні 16 діаметром 10 мм, що збільшують міцність цих ізоляторів Кінці горизонтальних труб в середині хреста кріпляться до фланців 6 через ізоляційні вставки 5, виготовлені з текстоліту Фланці 6 зроблені з твердого дюралюмінію товщиною 10-12 мм і мають розміри 300×300 мм, а в центрі встановлюються циліндричні бужи, якими фланець кріпиться до траверсі Поділ на частини горизонтальних елементів конструкції необхідно для того, щоб в поле горизонтальної поляризації не було елементів конструкції, електричні довжини яких близькі до λ / 2 і λ / 4 обраних діапазонів: присутність таких елементів у поле випромінювачів погіршує діаграму спрямованості, коефіцієнт посилення і ставлення випромінювання вперед-назад На рис 336 наведені конструктивні дані цієї антени, а розміри рамок і установчі дані розміщення ізоляторів вказані в табл 38

Таблиця 38 Розміри трьохдіапазонним антени «подвійний квадрат»

Діапазон, м

20

15

10

Вібратор

Сторона квадрата, мм

5290

3570

2570

Загальна довжина рамки, мм

21160

14280

10280

Установчий розмір, мм

ОЕ = 3740

ОД = 2520

ОГ = 1820

Рефлектор

Сторона квадрата, мм

5400

3670

2660

Загальна довжина рамки, мм

21600

14680

10640

Довжина двухпроводной лінії, мм

1220

800

600

Установчий розмір, мм

Про

см

зі

зі

II

е

ОЕ = 2590

ОД = 1880, ОГ = 1100

Рис 336 Трьохдіапазонним антена «подвійний квадрат»

Наведені в таблиці розміри ідентичні для всіх сторін, так як А-А = А -Е, О-В = О-В і тд Діаметр труби траверси становить 70 мм Відстань між рамками – 2,54 м, тобто на 20-метровому діапазоні – 0,12 λ, на 15-метровому – 0,18 λ, на 10-метровому – 0,24 λ Рамки антен виконані з біметалічного дроту діаметром 3 мм Опорні ізолятори порцелянові (використовуються в електросилових щитах) Ізоляційні майданчики 17 саморобні, виготовлені з оргскла товщиною 10 мм На цих майданчиках болтами з гайками М8 кріпляться кінці рамок Самі майданчики кріпляться до труби хрестовини за допомогою М-образних підставок 14 трьома болтами Мб кожна Підставки, виготовлені з дюралюмінію, забезпечують стійкість майданчиків при вітрових навантаженнях Дана конструкція працювала протягом 22 років без профілактики та ремонтів Антена розташовувалася на щоглі 11 висотою 5 м на даху багатоповерхового будинку До щоглі прикріплені латунні підшипники ковзання 7 До обертається щогли 18 кріпиться траверса антени Редуктор 8 знаходиться у підстави щогли і передає їй обертання через карданний

шарнір 9 Близько редуктора встановлені сельсин-датчик і кінцевий вимикач, що обмежує обертання тільки одним оборотом Швидкість вала редуктора при обертанні двигуна складає 2 об / хв До кожної вибраторной рамці підходить свій 75-омний коаксіальний фідер Для налаштування рефлектора служать двопровідні лінії Лг Л2, Л3 з мідного дроту діаметром 2 мм Дві мідні пластини 13 Плазуни двухпроводную лінію Вони мають напрямні канавки, зєднані між собою пружними болтами і дозволяють переміщати пластину вздовж лінії Проріз на пластинах для ключа, розташованого на кінці настроювальної штанги, дозволяє швидко налаштувати рефлектор по кращому відношенню випромінювання вперед-назад (Процес налаштування викладений у розділі «Налаштування антен та вимірювання») Щогла має два яруси відтяжок з 4 сторін, що полегшує підйом і спуск антени У підстави щогли знаходиться шарнірний пристрій

Джерело: Виноградов Ю А та ін, Практична радіоелектроніка-М: ДМК Пресс – 288 с: Ил (На допомогу радіоаматори)