Основные виды приёмо-передающих антенн.
Антенна «длинный провод» (Long Wire, верёвка), антенна Фукса,
широкополосная антенна T2FD, V-образные антенны.
4. Антенна «длинный провод», она же Long Wire, она же «Верёвка».
Конструкция антенны «длинный провод» в виде длинного провода достаточно проста и не требует больших затрат. Но, к сожалению, она занимает много места, причём, чем она длиннее, тем лучше её направленность и выше усиление. 
Рис. 9 Антенна длинный провод
При соответствующем подборе размеров и питания Long Wire, такая конструкция нормально справится с функцией многодиапазонной КВ антенны.
При выборе длины луча Ротхаммель советует придерживаться следующей формулы:
l(м) = 150(n-0,05)/f(МГц) , где n — это число полуволн, укладывающихся в длине провода, а f — резонансная частота.
Тогда номограмма, определяющая усиление и сопротивление антенны, а также угол распространения главного луча в зависимости от длины излучателя приобретает следующий вид:
Рис. 10
Довольно большой популярностью среди радиолюбителей пользуется антенна «длинный провод» конструкции Й. Фукса (OE1JF), которая в честь автора получила название антенна «Fuchs» (она же антенна Фукса). Её модифицированный вариант представлен на Рис.6.
Рис. 11 Конструкция антенны Фукса
Антенна представляет собой провод длиной, кратной половине волны , а также трансформатор сопротивлений для согласования с передатчиком. Один конец антенны практически находится рядом с передатчиком, а второй крепится к какой-либо возвышенности, например к дереву или крыше вышестоящего здания.
Трансформатор выполняется либо на ферритовом тороидальном сердечнике (обязательно ВЧ, чтобы получить нормальный резонанс, Рис.12 слева), либо на каком-либо диэлектрическом каркасе (Рис.12 справа).
Рис.12 Варианты исполнения трансформатора для антенны Фукса
Соотношение витков обмоток трансформатора, как правило, составляет величину 1:7 — 1:10. Это соотношение обуславливает значительную величину амплитуды сигнала на вторичной обмотке трансформатора (в 7. 10 раз выше, чем с выхода передатчика или трансивера), что предъявляет жёсткие требования к параметру пробивного напряжения воздушного КПЕ. Так, к примеру, при подводимой мощности 100 Вт, напряжение на вторичной обмотке трансформатора будет составлять величину
Длина противовеса составляет незначительную величину и подбирается по максимуму мощности в антенне.
Важным достоинством полуволнового излучателя является то, что он может работать не только на основной частоте, соответствующей половине волны, но и на её гармониках. Т. е. провод длиной 40 метров, настроенный на 80-метровый диапазон, замечательно справится и с 40 метровым диапазоном (вместив в себя 2 полуволны) и с 30 метровым (3 полуволны), и с 20 метровым (4 полуволны), и т. д. и т. п., причём, чем больше частота, тем выше будет усиление антенны.
5. Широкополосная антенна T2FD.
Антенна T2FD (Рис.12) работает в широком диапазоне частот (отношение крайних частот 1:5) без выраженной (почти круговой) направленности в горизонтальной плоскости.
Рис.13 Конструкция антенны T2FD
Вертикальная диаграмма направленности T2FD вытянута вверх, т. е. большая часть излучения направлена вверх, что делает антенну T2FT малопригодной для связи с DX радиостанциями.
Усиление антенны T2FD на верхних диапазонах близко усилению полуволнового диполя, на нижних частотах — несколько проигрывает диполю.
Оптимальное значение угла наклона антенны составляет 30°, но допустимо использование антенны с углом наклона от 20 до 40°.
Мощность безиндукционного нагрузочного сопротивления должна составлять величину, не меньшую, чем 35% мощности, подведённой к антенне.
В зависимости от предпочтительной полосы рабочих частот создатель антенны (W1BRK) предложил два варианта её исполнения, различающиеся размерами петлевого вибратора, а также высотой установки левого (Рис.13) её конца:
Для полосы частот 3,5. 17 МГц — B = 28,5 м, A = 0,86 м и Н = 17,1 м;
для полосы частот 7. 35 МГц — B = 14,3 м, A = 0,46 м и Н = 9,8 м.
Очевидно, что антенна, которая содержит резистивный элемент в излучателе (который как раз и обеспечивает её широкополосность), на каждом из диапазонов будет работать несколько хуже соответствующих классических однодиапазонных полуволновых вибраторов. Однако некоторые потери КПД часто оправдываются простотой конструкции выбранной многодиапазонной антенны.
Для демонстрации возможного конструктивного исполнения согласующего трансформатора и резистивного элемента приведу фотографии компонентов T2FD от некоего промышленного изделия.
Рис.14 Балун-трансформатор сопротивлений 1:13 и резистивный элемент для T2FD.
Балун выполнен на бинокле: 1 обмотка — 3 витка провода 0.75мм (эмалированный) подключена к разъёму, 2 обмотка — 11 витков провода 0.5мм в ПВХ изоляции подключена к антенне.
6. V-образная антенна.
Придав V-образную форму двум горизонтальным длинным проводам, можно получить симметричную направленную приёмо-передающую антенну стоячей волны с линейной поляризацией (Рис.15). По сравнению с антеннами, выполненными в виде одиночного длинного провода, можно достичь как увеличения усиления на 3дБ, так и улучшения диаграммы направленности.
Рис.15 а) V-образная антенна б) Зависимость параметров антенны от длины лучей
При увеличении длины составляющих антенну проводников увеличивается усиление и повышается направленность антенны. Главный луч тяготеет к биссектрисе угла раскрыва. Оптимальная величина этого угла убывает с удлинением плеча антенны (Рис.15 б).
При уменьшении угла α уменьшается и входное сопротивление антенны, и наоборот, при увеличении угла α входное сопротивление увеличивается. Также увеличивается входное сопротивление антенны при увеличении длин плеч. При очень длинных плечах входное сопротивление антенны составляет 600 Ом. В этом случае антенна может быть запитана с помощью согласованной двухпроводной воздушной линии либо балуна, изображённого на Рис.14.
Длинна плеч V-образной антенны рассчитывается по формуле: l(м) = 150(n-0,05)/f(МГц) , где n — это число поуволн, укладывающихся в длине плеча.
Внутри диапазона V-образная антенна является достаточно ширикополосной, но также может работать и в нескольких диапазонах. Так антенна, рассчитанная на 15-метровый диапазон (l=4,5λ, Ку=6,5дБ), успешно приспосабливается для работы на 10м ((l=6λ, Ку=6,5дБ) и на 20м (l=3λ, Ку=5дБ). На 40м и 80м она также сохранит работоспособность, но с меньшим усилением.
Для формирования «односторонней» диаграммы направленности в горизонтальной плоскости используются наклонные v-образные антенны (Рис.16).
Рис.16 Конструкция и диаграммы направленности наклонной v-образной антенны
Такие конструкции часто являются штатными антеннами многих военных радиостанций и имеют смещение диаграммы направленности в сторону противоположную острию буквы V.
Источник
Об антенне «Длинный провод» (Long Wire) или «верёвка»
Радиолюбители частенько, по разным причинам, используют, в качестве передающей, антенну «длинный провод». Такое её название означает, что длина провода больше, чем длина рабочей волны, и, следовательно, антенна возбуждается на гармониках её собственной длины волны.
О свойствах и конструктивных особенностях антенны в виде длинного провода далее. Сооружение антенны в виде длинного провода достаточно просто и не требует больших затрат, но сама антенна занимает много места, так как пропорционально её длине увеличивается и её эффективность. При соответствующем подборе размеров антенны и фидера антенна может служить в качестве коротковолновой широкодиапазонной антенны.
Необходимая длина антенны в виде длинного провода определяется по формуле:
где l — искомая длина, м;
n — число полуволн рабочей волны;
f — рабочая частота, МГц.
Из диаграммы направленности полуволнового вибратора (рис. 1-9) видно, что максимум излучения направлен перпендикулярно оси антенны.
С увеличением длины антенны направление основного лепестка диаграммы направленности все больше и больше приближается к оси антенны. Одновременно увеличивается и интенсивность излучения в направлении основного лепестка.
Рис. 1-9. Диаграмма направленности полуволнового вибратора в горизонтальной плоскости
На рис. 2-1 изображены диаграммы направленности антенн, имеющих различную длину.
Заметно, что с увеличением длины антенн появляются боковые лепестки.
Полученная многолепестковость диаграммы направленности не является существенным недостатком таких антенн (длинный провод), так как они всё-таки сохраняют удовлетворительную круговую диаграмму направленности, дающую возможность устанавливать связь почти в любых направлениях. Да и в направлении основного излучения достигается заметное усиление, увеличивающееся вместе с увеличением длины антенны.
Характерной чертой таких антенн, особенно полезной для DX связей, является то, что они имеют небольшие вертикальные углы излучения. На рис. 2-2 приведён график, по которому можно разобраться с теоретическим усилением антенны в децибелах (кривая I), увидеть угол между направлением основного излучения и плоскостью подвеса антенны (кривая III), а также сопротивление излучения антенны, отнесённое к току в пучности (кривая II).
Необходимо рассчитать и изготовить антенну для любительского диапазона 20 м. Конкретные местные условия позволят подвесить провод длиной 85 метров в направлении восток-запад.
а) необходимую длину провода для 4λ антенны;
б) ожидаемое усиление антенны в направлении максимума основного лепестка;
в) сопротивление излучения и направление максимума основного лепестка.
Длина провода определяется по формуле:
Так как на 4λ антенне может разместиться 8 полуволн, то n = 8. Средняя частота 20-м диапазона 14,1 Мгц.
Таким образом, длина провода составляет 84,57 м.
Из рис. 2-2 находим, что при длине антенны 4λ (точка пересечений с кривой I) следует ожидать усиления антенны в направлении максимума основного лепестка около 3 дб.
Сопротивление излучения при этом 130 ом (кривая II), а угол между направлением основного лепестка диаграммы направленности и плоскостью подвеса антенны (кривая III) равен 26°.
В связи с тем, что антенна подвешена в направлении восток — запад, и это соответствует 270°, то, как видно из рассмотрения на рис. 2-1, основные максимумы диаграммы направленности имеют следующие направления:
Определив направления основного излучения, можно по карте мира в конической равноугольной проекции найти те районы, с которыми может быть достигнута наиболее устойчивая связь при использовании рассмотренной здесь антенны.
Диаграммы направленности (рис. 2-1) представляют собой идеализированные теоретические диаграммы и на практике всегда претерпевают некоторые изменения. Например, заметная деформация диаграммы направленности имеет место, когда вибратор возбуждается на одном из его концов, т. е. питание антенны несимметричное. Для наглядности на рис. 2-3 приведена диаграмма направленности 2λ антенны в виде длинного провода в горизонтальной плоскости при симметричном и несимметричном питании. При возбуждении антенны на одном из ее концов (диаграмма изображена штриховой линией) диаграмма направленности также становится несимметричной, причем максимум излучения перемещается в направлении открытого конца антенны, а лепестки излучения, находящиеся в направлении конца антенны, с которого производится возбуждение антенны, ослабляются.
Подобная деформация диаграммы направленности возникает во всех антеннах с несимметричным питанием. Следовательно, антенна в виде длинного провода дает основное излучение в направлении открытого конца. Дальнейшая деформация диаграммы направленности происходит в случае, если антенна либо наклонена по отношению к земле, либо расположена над наклонным участком. Если открытый конец антенны наклонен или же антенна подвешена над наклонной поверхностью (рис. 2-4), то в направлении, указанном на рисунке стрелкой, в любительских коротковолновых диапазонах могут быть установлены дальние связи.
При установлении связей на больших расстояниях особенное значение имеет направление основного лепестка диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости. Как уже упоминалось, для дальних связей особенно благоприятным является «плоское» излучение, т. е. небольшие вертикальные углы излучения. В частности, для каждого из любительских диапазонов наиболее благоприятные средние углы вертикального излучения составляют: 80-м диапазон — 60°; 40-м — 30°; 20-м — 15°; 15-м — 12° и 10-м — 9°.
Антенны в виде длинного провода имеют пологие углы вертикального излучения в случае большой высоты подвеса провода. Например, при высоте подвеса, равной 2λ, вертикальный угол излучения составляет 10°, а при высоте 0,5λ — около 35°. При меньших высотах подвеса антенны уменьшение вертикального угла излучения и, следовательно, увеличение возможности дальних связей может быть достигнуто, как уже отмечалось выше, за счёт наклона вибратора.
К сожалению, сказанное выше не совсем верно, когда по формуле:
определяется длина полуволновой антенны для f = 3 500 кГц, то имеем:
Однако, полуволновая антенна для частоты 7 МГц, по той же формуле, должна иметь длину:
Таким образом, полуволновая антенна короче требуемого значения более чем на 1 м.
Из приводимого ниже сравнения видно, что полуволновая антенна, рассчитанная для 3 500 кГц, в случае использования её на высших гармониках расчётной частоты, соответствующих любительским диапазонам, в каждом случае короче необходимого значения.
| Резонансная частота | Длина антенны, м |
|---|---|
| 3 500 (0,5λ) | 40,71 |
| 7 000 (1,0λ) | 41,78 |
| 14 000 (2,0λ) | 42,32 |
| 21 000 (3,0λ) | 42,50 |
| 28 000 (4,0λ) | 42,60 |
Таким образом, когда нормальная L-антенна используется в качестве многодиапазонной, то следует учитывать, что она может быть точно рассчитанной только для одного диапазона, а в остальных диапазонах полное согласование получено быть не может.
На практике длина антенны, равная 42,2 м, является достаточно хорошим компромиссным решением, так как в этом случае резонансная частота антенны расположена в пределах диапазонов 10, 15 и 20 м (f соответственно равна 14 040 кГц, 21 140 кГц, 28 230 кГц), а для диапазона 40 и 80 м такая антенна имеет длину, большую необходимой. Применение рассмотренной антенны в качестве вседиапазонной антенны, конечно, следует понимать, как вспомогательное решение.
Это связано с тем, что в густонаселенных районах вследствие того, что L-образная антенна излучает по всей своей длине, включая подводящий фидер, могут возникнуть сильные помехи радиовещательным и др. приёмникам. Часто предлагаемый способ связи антенны с колебательным контуром оконечного каскада через высоковольтный конденсатор (рис. 2-6) может в лучшем случае уменьшить излучение высших гармоник только у станций небольшой мощности.
В этом смысле целесообразно использовать связь L-образной антенны с колебательным контуром оконечного каскада передатчика через П-контур. С использованием П-контура можно добиться точного резонанса во всех диапазонах, а также подавить паразитные высшие гармоники (рис. 2-7). Такая L-образная антенна с П-образным контуром очень распространена и даёт хорошие результаты при условии, что 80% её общей длины подвешены, как можно выше и дальше от окружающих предметов.
Источник