Радиоантенны 
После рассмотрения базовой резонансной полуволновой дипольной антенны с центральным питанием, построенную на малых высотах (относительно длины волны), возникает вопрос, ведь это идеально (т.е. он вытянут по всей длине и горизонтален), а что делать, если мы не можем втиснуть диполь в имеющееся у нас пространство?
Прежде чем перейти к полю с надписью «загрузочные катушки», давайте рассмотрим несколько альтернатив с меньшими потерями. В общем, если только мы не превратим антенну в кусок оригами, потери будут меньше, чем у спирального диполя.
Вариант 1: согните концы. Если вы не можете втиснуть полный диполь в своё пространство, согните концы, обычно под прямым углом и обычно вниз. Техника «под прямым углом и вниз» возникает из-за отсутствия дополнительных высоких опор, следовательно, концы просто падают.
Во-первых, не просто роняйте концы рядом и параллельно металлическому опорному столбу. Тесная связь, скорее всего, сильно расстроит антенну. Во-вторых, рассмотрите возможность наклона избыточной длины на склоне к крыше дома, дереву или другой опоре, которая ниже.
Поскольку мы не можем охватить все возможности, давайте рассмотрим версию с опущенным концом, изображенную на рисунке 1. Теряю ли я что-нибудь? Если да, то что? Насколько я могу укоротить горизонтальную часть антенны, прежде чем потеряю слишком много? Что произойдёт с общей длиной провода?
Рис. 1. Полный и изогнутый диполи
Ниже приведена таблица того, что происходит с резонансной длиной 80-метрового диполя на высоте 35 футов, когда концы загнуты вниз:
Size L(h) L(v) L(total) Full 131.4' -- 131.4' 92% 121' 5.55' 132.1' 84% 111' 10.9' 132.8' 77% 101' 16.1' 133.2' 69% 91' 21.3' 133.6'
Как вы можете легко увидеть, соединение вертикальных и горизонтальных длин в углах требует постепенного удлинения в целом. Провод становится длиннее с укорочением горизонтальной секции, поскольку ток, поля и связь становятся сильнее.
Антенна не только становится длиннее, её усиление в dBi при фиксированном угле возвышения уменьшается. Для угла возвышения 45° уменьшение поперечного усиления и отношения фронт-бок в dB выглядит следующим образом:
Size 45° F-S Feedpoint Gain Ratio Impedance Full 3.93 3.85 54.7 ohms 92% 3.88 3.74 54.4 84% 3.75 3.45 53.7 77% 3.51 3.03 52.4 69% 3.16 2.52 50.9
По мере того, как горизонтальная часть антенны укорачивается и больше свисает на меньшей высоте, усиление антенны падает. Падение становится более резким, когда антенна становится короче по горизонтали. Также уменьшается направленность антенны. Отношение фронт-бок падает всё быстрее, когда горизонтальная часть становится короче. Эти свойства являются функциями формы антенны и будут применяться пропорционально к изогнутым диполям для любого КВ диапазона.
Существуют альтернативные способы изгиба концов диполя, показанные на рисунке 2.
Рис. 2. Горизонтально изогнутый диполь
Просто согните концы диполя горизонтально, либо в одном направлении, либо в форме зигзага. Коэффициент усиления и отношение фронт-бок сохраняются намного лучше, хотя, когда концы зигзагообразной версии превышают 20′ каждый, рисунок отклоняется от согнутых концов.
Вот таблицы, соответствующие таблицам вертикально согнутого диполя, смещённым на один шаг укорочения дальше. Отдельные цифры приведены только там, где они существенно отличаются.
Size L(h) L(b) L(total) Full 131.4' -- 131.4' 92% 121' 5.55' 132.1' 84% 111' 11.0' 133.0' 77% 101' 16.3' 133.6' 69% 91' 21.65' 134.3' 62% 81' 27.0' 135.0'
Size 45° F-S Feedpoint Gain Ratio Impedance Full 3.93 3.85 54.7 ohms 92% 3.92 3.82 54.0 84% 3.87 3.75 52.3 77% 3.80 3.63 49.3 69% 3.72 3.45 45.1 * 3.56 45.6 ** 62% 3.56 3.22 40.9 * 3.65 3.46 41.5 ** * = horizontally bent dipole ** = zig-zag dipole
Все диполи имеют максимальный коэффициент усиления по широкой стороне к основному горизонтальному проводу, за исключением последних двух моделей. Модель зигзага 69% (всего 134,3′) имеет отклонение 7ø от поперечной стороны, а модель зигзага 62% (всего 135′) имеет отклонение 11ø от поперечной стороны, обе от внутреннего изгиба. Изгибы не влияют на диаграммы направленности по высоте.
Рис. 3. Диаграмма направленности 45° зигзагообразного диполя 62%
Во многих отношениях горизонтальное изгибание или зигзагообразное расположение диполя лучше вертикального изгибания антенны. На любой высоте горизонтальные изгибы, как правило, сохраняют как усиление, так и направленность. За это приходится платить более быстрым уменьшением импеданса в точке питания.
В конце концов, уменьшение длины основного провода ниже примерно 60% от полного размера ещё быстрее уменьшает усиление, особенно для версий антенны с концами, изогнутыми в одном направлении. Зигзагообразный изгиб более устойчив к этому эффекту, поскольку его изгибы производят меньшее подавление поля.
Изгиб или зигзагообразное расположение диполя под углами, которые не являются ни чисто горизонтальными, ни чисто вертикальными, даст промежуточные значения как импеданса в точке питания, так и усиления. Более того, концы не обязательно должны быть изогнуты в точно равных количествах или под одинаковыми углами. И у вас может быть более одного изгиба на каждую ножку. Антенна всё равно будет работать достаточно хорошо как диполь.
Как и в случае с вертикально изогнутым диполем, результаты этих моделей 3,6 МГц можно экстраполировать для диполей на любом КВ диапазоне. При выполнении любой экстраполяции не забудьте скорректировать разницу высот в долях длины волны, используя графики из предыдущей части в качестве руководства.
Хотя мы рассмотрим многополосные диполи с центральным питанием в другой части, здесь следует отметить, что любой из этих 80-метровых диполей может питаться от параллельной линии питания 300 Ом или 450 Ом и антенного тюнера (ATU). Ожидайте, что азимутальные диаграммы будут отличаться от нормы для прямых проводов по мере того, как частота повышается, а изогнутые части станут более значительными частями половины длины волны.
Вариант 2: сделайте перевёрнутую V-образную антенну. Хотя многие думают, что перевёрнутая V-образная антенна подходит только для ситуаций, когда во дворе есть только одна точка подвешивания, V-образная антенна также является экономящей место антенной. Наклон проводов на 30° даёт горизонтальный размер, составляющий всего 87% от размера полноразмерного диполя, в то время как наклон проводов до 45° сокращает длину вдоль земли примерно до 70% от требуемой для истинно горизонтального диполя.
Рис. 4. Перевёрнутые V-образные соединения 30° и 45°
Некоторые пуристы утверждают, что перевёрнутая Vee не является перевёрнутой Vee, если наклон элемента не равен 45°. На самом деле перевёрнутая Vee — это любая антенна, элементы которой имеют заметный наклон вниз. Каким бы ни был фактический угол, вся длина Vee находится ниже точки питания. Поэтому важно установить Vee как можно выше.
Один из способов уравнять высоту антенн примерно сопоставимой поляризации, но разной геометрии — найти высоты, которые дают равные углы максимального излучения. Так как же сравнить Vee и стандартный диполь?
Рис. 5. Азимутальные диаграммы направленности 20° стандартного диполя, 30° Vee и 45° Vee, все резонансные на частоте 7,15 МГц
Рисунок 5 может быть как информативным, так и запутанным, в зависимости от того, насколько внимательно мы его читаем. Он суммирует производительность при угле возвышения 20° сопоставимых диполей и Vee. В следующих таблицах указаны антенны и то, почему они считаются сопоставимыми.
Ant. Dipole V-30° V-45° Height 51' 40-57' 35-59' L (wire) 67.25' 67.9' 68.4' L (horiz) 67.25' 58.6' 48.7' Feed Z 86.6 ohms 71.5 ohms 53.3 ohms Gain at 20° el. 4.09 dBi 3.75 dBi 3.32 dBi Front-to-side Ratio 12.4 dB 9.2 dB 7.5 dB Angle of Max. Rad. 38° 38° 38°
В этой таблице выбраны равные углы максимального излучения в качестве основы для сравнения. Чтобы получить угол диполя в 51′, 30° Vee должен иметь высоту пика около 57′, что примерно на 11% выше, чем у диполя. 45° Vee должен быть примерно на 16% выше своей вершины, с высотой пика 59′. Как и следовало ожидать, 30° Vee ближе к диполю по всем эксплуатационным характеристикам, чем 45° Vee.
В случае с антеннами с низкими проводами усиление под углом максимального излучения редко является хорошим показателем рабочих характеристик антенны. Таким образом, на рисунке 5 показаны диаграммы направленности под углом возвышения 20°, что ближе к углу, необходимому для связи на больших расстояниях.
При чтении цифр усиления из таблицы может сложиться впечатление, что Vee довольно несовершенен по сравнению с диполем. Однако азимутальные диаграммы показывают, что между антеннами меньше эксплуатационных различий. Дипольный коэффициент усиления лишь немного выше, чем у Vee с сопоставимым углом взлёта. Диполь хорош своей направленностью, что будет благом для некоторых и проклятием для других, желающих иметь связь во всех направлениях.
Оценка Vee по сравнению с диполем на других высотах требует настройки всех трёх антенн примерно на эквивалентные величины. Аналогично, экстраполяция этих результатов моделирования для других диапазонов потребует настройки в долях длины волны над землёй. Диполь на высоте 51 фут находится примерно на 3/8 длины волны над землёй.
Если бы мы использовали определённую максимальную высоту опоры антенны в качестве основы для нашего сравнения, Vee, по-видимому, показал бы себя худшим исполнителем. Для упражнения давайте сравним 45° Vee и диполь, каждый с максимальной высотой 35 футов и резонансом на 7,15 МГц. Таблица данных будет выглядеть следующим образом:
Antenna Dipole V-45° Height (max.) 35' 11.2-35' L (wire) 66.35' 67.36' L (horiz) 66.35' 47.7' Feed Z 83.9 ohms 51.4 ohms Gain at 20° el. 1.61 dBi -1.22 dBi Front-to-side Ratio 10.5 dB 2.6 dB Angle of Max. Radiation 60° 90°
Во-первых, не пугайтесь отрицательного коэффициента усиления Vee. При угле возвышения 20° он будет примерно на 3 дБ или на половину S-единицы менее чувствителен (или мощен с точки зрения передачи). По сравнению со многими успешно используемыми мобильными антеннами Vee будет превосходным исполнителем — просто не превосходящим диполь с той же высотой пика.
Во-вторых, обратите внимание, что Vee занимает менее 48 футов линейного пространства во дворе по сравнению с 66+ футами диполя. И, конечно, Vee нужна только одна высокая опора с 2 концевыми опорами.
Рис. 6. Диаграммы направленности диполя и 45° V-образной антенны, обе с максимальной высотой 35′
На рисунке 6 показаны диаграммы направленности для двух антенн вдоль оси максимального усиления для каждой (поперечная сторона к проводам). На этом графике показано, что Vee с той же максимальной высотой, что и диполь, является худшим показателем при всех углах возвышения. Вопрос в следующем: когда имеет смысл жить по этой диаграмме направленности?
Простой ответ таков: если у вас есть две опоры на расстоянии более 67 футов друг от друга и каждая высотой 35 футов или выше, то, безусловно, выбирайте диполь. (Конечно, вы также можете выбрать некоторые другие антенны, которым нужны две опоры на расстоянии 67 футов друг от друга). С другой стороны, если у вас есть только одна опора, расположенная по центру в области антенны, то Vee для вас.
Вариант 3: наклоните свой диполь. Нет правила, которое гласит, что вы не можете наклонить диполь так, как нужно, чтобы соответствовать уровням доступных опор. Ничего существенно плохого не произойдёт, если диполь будет ближе к земле на одном конце, чем на другом. Дисбаланс, создаваемый тем, что один конец выше другого, немного больше дисбаланса, создаваемого тем, что мы не можем точно измерить длинные куски провода, когда они растянуты на траве. Мы знаем, что если у нас есть определённая максимальная высота для поддержки провода, наклонная антенна будет иметь меньшее усиление, чем версия с плоским верхом, но что произойдёт, если мы выровняем их центральные точки питания и наклоним их? Давайте сравним плоскую вершину с наклонной антенной 30ø и 45ø. И давайте используем 30-метровый диполь на 35′ для сравнения.
Ant. Flattop Tilt-30° Tilt-45° Height 35' 23-46' 18-52' L (wire) 47.45' 47.45' 47.45' L (horiz) 47.45' 41.09' 33.55' Feed Z 87.2 ohms 82.5 ohms 78.9 ohms Gain at 20° el. 3.78 dBi 3.29 dBi 2.65 dBi Angle of Max. Rad. 39° 37° 34°
Между тремя антеннами нет большой разницы. Рисунок 7 показывает, что наклон антенны создаёт странный пинч с одной стороны, но основные лепестки надежно направлены вбок. У плоской вершины действительно более высокий коэффициент усиления при больших углах, и поэтому она будет лучше для связи на короткие расстояния примерно на половину S-единицы.
Рис. 7. Графики азимута места 20° плоских и наклонных диполей
Согнутый, сложенный и с изуродованный формой диполь всё ещё остаётся диполем и всё ещё является душой и сердцем любительского радио. Если он не подходит прямо, согните его. Единственный способ, которым он не будет работать, — это свернуть его в плотный клубок.
W4RNL(SK)
