Глава 4. Ромбічні антени
Ромбическая антена є подальшим розвитком антени Бевереджа. Читач, уважно прочитав главу про них, розуміє, що антени Бевереджа притаманні свої недоліки. Це - малий ККД, сильний вплив землі. Все це усунуто в ромбічної антени. Ромбическая антена, як і антена Бевереджа є антеною біжучої хвилі. Надалі будемо її називати "Р.А".
1. Перехід від антени Бевереджа до Р.А.
Відносно високі характеристики антени Бевереджа (або антени біжучої хвилі-АБВ) при мінімальних витратах на її виготовлення, послужили причиною спроб її використання і в УКХ - діапазоні. Але УКХ антени повинні бути підняті над землею для підвищення дальності зв'язку.
Просте підняття АБВ над землею призводить до того, що провід, який раніше був "земляним", теж починає випромінювати (рис.1). ККД антени в такому випадку повинен збільшитися приблизно вдвічі.
Піднявши антену Бевереджа над землею, ми отримали різні висоти під провідниками h1 і h2. Таке розташування дає нам рассімметрірованіе антени і спотворення її діаграми спрямованості. Очевидний шлях виправлення такого становища - паралельне розташування провідників щодо землі (рис.2).
Чим вище над землею буде піднята антена, тим менше буде вплив землі на роботу антени. На практиці доведено, що висота підвісу близько довжини хвилі вже майже повністю виключає вплив землі. Значить, піднявши антену, ми ще більше збільшимо її ККД. Але те, що можливо на УКХ, в діапазоні КВ і СВ не завжди можливо, тому в цих діапазонах хвиль Р.А. підвішується на тій висоті, яку можна реально забезпечити для ефективної роботи антеною системи.
Очевидно, що, виконавши антену точно по рис.2, ми отримаємо точки перегину, де буде різко змінюватися хвильовий опір антени. Це може викликати підвищений КСВ.
Але для збільшення інтенсивності випромінювання ЕМВ необхідно збільшувати відстань d між проводами полотна антени. З цього логічно випливає побудова ромбічної антени як показано на рис.3. Це антена, піднята над землею на значну висоту і утворює ромб. Вона має коефіцієнт посилення і ККД набагато вище антени Бевереджа.
Виходячи з реальних умов, які зазвичай існують при установці електронних антен, нижче розглянемо два варіанти виконання ромбических антен - оптимальний і неоптимальний.
2. неоптимальним ромбическая антена.
Неоптимальна ромбическая антена - це антена, сторона ромба якої менше половини довжини хвилі і висота підвісу менше чверті довжини хвилі.
Швидше за все, саме таку антену Ви зможете використовувати на 160 і 80 метрів. Вхідний опір такої антени все одно дорівнюватиме приблизно 600 Ом. Неоптимальність її полягає в тому, що вона буде мати ККД близько 10-20%, тобто майже 80% потужності передавача буде розсіюватися на навантажувальними резисторами. Кут випромінювання ЕМВ у вертикальній площині буде більше 45 °. У той же час ця антена буде мати придушення заднього пелюстки не менше 10 децибел. Будучи неоптимальною, Р.А. на 160 і 80 метрів ця антена працює все одно ефективніше підвішених на такій же висоті диполів, які і необхідно налаштовувати і низьких штирів, що мають ККД в цих діапазонах на порядок нижче, ніж Р.А.
Тому, якщо Ви маєте достатню кількість дроти і відповідні точки опори, то можна сміливо ставити Р.А. (Рис.5), яка не потребує налаштування і працює у всіх аматорських діапазонах. При переході до верхніх діапазонів неоптимальна антена стане оптимальною.
3. Оптимальна Р.А.
Наведу дані розрахунку оптимальної Р.А. (1).
Зрозуміло, що антена для десятиметрового діапазону зі стороною L довжиною 40 метрів і висотою підвісу рівній висоті п'ятиповерхового будинку 20 метрів буде неоптимальною на 160 і 80 метрів, але мати вже дуже хороші параметри на 40- і 20-метровому діапазоні і превос-хідні параметри на інших верхніх діапазонах.
На рис.4 показаний розрахований мною ККД для ромбічної антени, наведеної на рис.3.
Оскільки в Р.А. існує режим біжучої хвилі і, внаслідок цього, можливо її оптимальне узгодження з кабелем, вона може витримати великі потужності, що підводиться до неї. Наприклад, при виконанні такої антени з дроту діаметром 4-6 мм, вона може витримати потужність, що підводиться до неї в 600-800 кіловат. Необхідно лише так вибрати навантаження, щоб вона витримала потужність, що розсіюється на ній. Для підвищення ККД Р.А. Б.В. Брауде запропонував ромбическую антену з плавною трансформацією опору. Формула для ККД АБВ (див. Розділ "Антена Бевереджа"), вірна і для Р.А. З неї видно, що ще один шлях до підвищення ККД антени- це зменшення опору навантаження. Але для придушення заднього пелюстки необхідне узгодження хвильового опору Р.А. з навантажувальним, а при великих відстанях між проводами полотна хвильовий опір дорівнює близько 600 Ом. В антені Б.В. Брауде хвильовий опір плавно трансформується від високого значення до низького (рис.6).
Завдяки цьому на кінці навантаження хвильовий опір виходить низьким, зменшується і середнє опір антени. Зменшення опору антени, крім збільшення її ККД, дозволяє також збільшити і ККД узгоджувальних пристроїв. Недоліком такої антени є те, що її можна використовувати тільки для роботи в одному напрямку.
Рекомендації по вибору і розміщення навантаження наведені в розділі, присвяченому антени Бевереджа. Але в антені Бевереджа навантаження легко доступна, а в Р.А. вона може бути недоступною при розташуванні її прямо у полотна антени. Для забезпечення доступу навантаження і трансформатор підключаються до Р.А. через двухпроводную відкриту лінію (рис.7). Це необхідно тому, що в Р.А. Пошкодження, як навантаження, так і трансформатора і при прямому ударі блискавки в антену і при надмірній потужності, що підводиться до Р.А. на її неоптимальні частотах.
5. Діаграми спрямованості Р.А.
Спрощений графік діаграми спрямованості у вертикальній площині для Р.А. показаної на рис.3, наведено на рис.8. Докладні графіки діаграми спрямованості для різних типів Р.А. наведені в Л.1.
У Р.А. з довжиною L більше 4 довжин хвиль, на яких вона працює, будуть присутні бічні пелюстки великої інтенсивності (рис.9). Якщо радіоаматори можуть з ними примиритися, то для професійної зв'язку вони можуть бути "зайвими".
Для боротьби з ними застосовується подвійна ромбическая антена, запропонована Г.Айзенбергом. Така антена складається з двох ромбических антен, зміщених приблизно на 0,25 L в горизонтальній площині відносно малій осі ромба і на 0,1 L у вертикальній площині (рис.10). При такому виконанні Р.А. бічні пелюстки однієї антени потрапляють в мінімум інший. При цьому задні пелюстки віднімаються, а передні додають. В результаті цього рівень задніх пелюсток знижується, а передніх зростає. ККД подвійний антени трохи вище, ніж одиночної.
В аматорських умовах, подвійну Р.А. виконувати недоцільно. Для перемикання діаграми спрямованості "вперед-назад" можна використовувати способи, наведені в розділі про антені Бевереджа.
6. Сурогатні ромбические антени.
Якщо неможливо використовувати ромб, піднятий на однакову висоту, для полотна Р.А. то можна використовувати і сурогатні Р.А. Необхідно лише, щоб мінімальна висота підвісу сторін Р.А. була не менше одного метра, на кінцях харчування і навантаження антена "сходилася", а в середині розширювалася. Тупий кут # 98; (Рис.3) не повинен перевищувати 120 °. Приклади сурогатних антен наведені на рис.11.
Антени на рис.11 навіть іноді використовуються і в професійній зв'язку. Звичайно, ККД і діаграма спрямованості сурогатних Р.А. будуть гірше, ніж ККД і діаграма спрямованості класичної Р.А. Але, якщо неможливо встановити нормальну Р.А. можна цілком обійтися і сурогатною.
7. Грозозащита Р.А.
Ромбічні антени внаслідок своїх значних розмірів і великої висоти підвісу сильно схильні до статичної електрики і прямого попадання блискавки в полотно антени. При використанні коаксиала для харчування РА через трансформатор, накопичений антеною статичний заряд може пропалити трансформатор і пошкодити радіоапаратуру. Для зняття статичного заряду використовуються звичайні заходи - заземлення полотна антени через резистор опором 10-50 КОм і потужністю понад 5 Ватт на надійну електротехнічну "землю". При прямому попаданні блискавки такий резистор може згоріти. Для захисту резистора від перенапруги в антені використовують розрядники (рис.12).
Найпростіший саморобний розрядник - це підлаштування конденсатор марки КПВ з трохи введеними всередину пластинами і зазором між ними близько 0,5-1мм. Його необхідно захищати від вологи.
8. Вплив на роботу Р.А. сторонніх предметів.
Якщо сторонні предмети знаходяться на відстані більше метра від полотна Р.А. можна не звертати на них увагу. Вони спотворять Д.Н. антени, але на її вхідний опір, а значить, на узгодження з лінією живлення вплинуть мало.
Проблема в тому, що сама Р.А. випромінює інтенсивну ЕМВ, що має як вертикальну, так і горизонтальну складову.
Між проводами полотна антени існує сильне електромагнітне поле. Внаслідок цього ромбическая антена наведе значні струми в вертикальних і горизонтальних проводах, розташованих усередині неї і на великій відстані від неї. Це може стати причиною TVI і радіоперешкод. Позбутися від них практично неможливо. Стороння антена, яка перебуває всередині полотна Р.А. буде працювати погано. Це відноситься до всіх типів антен - і до штирьовим, і до дипольним, і до рамкових. Лише в одному випадку можна не звертати увагу на зовнішню Р.А. - якщо відстань від внутрішньої антени до полотна Р.А. Проте довжини хвилі, на якій працює внутрішня антена. Можна спробувати зменшити вплив зовнішньої Р.А. на внутрішню антену шляхом підключення до фідера харчування Р.А. ємності, індуктивності і комбінації того й іншого, так як це рекомендувалося в розділі, присвяченому магнітним антен.
Виходячи з вищевикладеного, найкращим місцем розміщення Р.А. буде вільний від сторонніх предметів простір, і бажано вільний простір в головному пелюстку її діаграми спрямованості.
Г.З. Айзенберг. Короткохвильові антени. М. Радио и связь. Тисяча дев'ятсот вісімдесят п'ять.