Основные характеристики антенны Inverted V более или менее соответствуют характеристикам типичного стандартного диполя. Поэтому не будем подробно останавливаться на объяснении этих характеристик и параметров, а сосредоточимся на уникальных и особых характеристиках этой антенны типа Inverted V.
Большинство различий в характеристиках возникает из-за наклонных элементов антенны Inverted V. Каково влияние наклона проволочных элементов? Рассмотрим это подробнее.
Все различия в характеристиках пропорциональны величине угла при вершине. Чем больше он отклоняется от 180°, как у стандартного диполя, тем больше отклонения в поведении. Прежде всего, существуют четыре характерных признака, которые изменяются при изменении угла при вершине. Один из — это лепестки диаграммы направленности, есть ещё три. Все четыре этих отклонения перечислены ниже, прежде чем мы начнём рассматривать их по отдельности.
- Диаграмма направленности изменяется, предотвращая глубокие провалы, что обеспечивает лучшее покрытие по азимуту.
- Незначительное снижение пикового усиления при уменьшении угла при вершине.
- Увеличение резонансной частоты антенны при уменьшении угла при вершине, что требует немного большей длины элементов.
- Изменение импеданса в точке питания, что влияет на минимально достижимый КСВ при изменении угла при вершине.
Взгляните на таблицу ниже, которая иллюстрирует типичные ожидаемые изменения различных характеристик при изменении угла вершины антенны Inverted V. Обратите внимание, что во всех перечисленных ниже случаях антенны Inverted V высота вершины антенны над землёй поддерживалась постоянной и составляла 1/2λ. В каждом случае с изменением угла вершины изменяется только наклон элементов.
В таблице обобщены изменения нескольких важных параметров, влияющих на общие характеристики различных антенн типа Inverted V с различными углами при вершине, развёрнутых на практических высотах над уровнем земли. Эта таблица также развенчивает несколько распространённых мифов об антеннах типа Inverted V в сравнении с диполями
Подытожим вышесказанное. Мы сравнили пять различных сценариев. Они включают один горизонтальный диполь (угол при вершине 180°) и четыре конфигурации типа Inverted V с различными углами при вершине, варьирующимися от почти горизонтального 150° до 60° (на другом конце). Мы исследовали и свели в таблицу четыре параметра эффективности антенны в зависимости от изменения угла при вершине. Предполагается, что все антенны будут развёрнуты в одинаковых условиях окружающей среды и на одинаковой высоте установки.
Вот результаты наблюдений, которые наводят нас на мысль, что, возможно, порой опасения по поводу различий между дипольной антенной и антенной Inverted V при разных углах при вершине в практических условиях были преувеличены. На самом деле, они не так существенны, как некоторые склонны полагать.
1) КСВ и импеданс в точке питания: Импеданс диполя в точке питания составляет приблизительно 72 Ом, поэтому наилучший возможный КСВ (при 50 Ом) будет около 1,4:1. Однако по мере уменьшения угла при вершине от 180° диполя до меньших углов импеданс антенны в точке питания (которая теперь превратилась в антенну Inverted V) начинает падать. Следовательно, КСВ также начинает падать, пока импеданс в точке питания не достигнет 50 Ом. Это происходит при угле при вершине около 90°. КСВ теперь составляет 1:1. Дальнейшее уменьшение угла при вершине антенны ниже 90° ещё больше снижает импеданс в точке питания. В результате КСВ снова начинает расти из-за увеличения рассогласования импедансов. При углах при вершине антенны менее 60° КСВ резко растёт, поскольку импеданс в точке питания резко падает.
2) Коэффициент усиления антенны: Если сравнить достигаемый коэффициент усиления диполя и антенны Inverted V при различных углах при вершине антенны, то станет очевидно, что между ними нет большой разницы. Например, по сравнению с диполем пиковый коэффициент усиления антенны Inverted V с углом при вершине антенны 120° примерно всего на 0,7 дБ меньше, в то время как для антенны Inverted V с углом при вершине антенны 90° снижение усиления составляет всего около 1,2 дБ. Кстати, приведённые выше значения теоретически соответствуют идеальным установкам. В реальности разница может быть ещё больше уменьшена по внешним причинам.
3) Соотношение «вперёд-назад» (боковая нулевая глубина): Когда речь заходит о знаменитой диаграмме направленности в форме восьмёрки диполя, в отличие от почти всенаправленной диаграммы направленности, достижимой с помощью перевёрнутой буквы V, мы часто сталкиваемся с большой путаницей среди значительной части радиолюбительского сообщества.
О! Но разве это не правда? Именно это мы находим в учебниках. Конечно, учебники действительно так говорят. Они правы, однако наша интерпретация обычно слишком упрощённая. Мы склонны игнорировать условия, при которых применима классическая диаграмма направленности диполя в форме восьмёрки. Мы часто предполагаем, что восьмёрка применима при любых условиях установки и развёртывания диполя. Это заблуждение. Абсолютно верно, что типичный горизонтальный диполь в свободном пространстве или на хорошей высоте над уровнем земли (AGL) будет создавать диаграмму направленности в форме восьмёрки, как в учебнике. Глубина нулей по бокам (направление излучения в сторону торца антенны) будет довольно резкой и обычно может достигать -40–50 дБ, если не больше.
Пока всё хорошо… Мы все знаем, что любая горизонтальная антенна, установленная на небольшой высоте над уровнем земли, имеет тенденцию излучать больше при больших углах места, и диаграмма направленности по азимуту постепенно начинает становиться менее направленной по мере уменьшения глубины нулей. Уменьшение высоты за пределами заданной точки в конечном итоге приведёт к антенне с почти вертикальным падением (NVIS).
Однако вопрос на миллион денег заключается в том, насколько «низко» это низко? На какой высоте над землёй должна располагаться антенна для приемлемой всесторонней работы, включая приемлемый DX? Обычный общий ответ будет таким: чем выше, тем лучше, особенно в контексте КВ-радиосвязи.
Хотя не существует жёсткого правила для определения приемлемой высоты, довольно часто для большинства работ любительской радиосвязи 1/2λ AGL считается вполне приемлемым, если только не требуется оптимизировать антенну для экстремально низкого угла взлета (TOA) DX. Эта высота 1/2λ AGL обычно обеспечивает хорошо сформированный основной лепесток угла места, который является широким, но при этом имеет достаточно низкий TOA излучения, что гарантирует хорошие общие характеристики.
Более того, за исключением верхних КВ-диапазонов, таких как 15-12-10 м и VHF/UHF, антенны КВ-диапазона на высоте 20 м или ниже, в случае типичной любительской радиостанции, могут быть непрактичными для установки на высотах, значительно превышающих 1/2λ AGL. Если перевести 1/2λ в абсолютные высоты в футах (м), то получим, что на высоте 20 м это будет 33 фута (10 м), а на высоте 40 м — 66 футов (20 м) и т.д.
Для подавляющего большинства радиолюбителей по всему миру зачастую бывает сложно установить антенны на достаточной высоте над уровнем земли, особенно проволочные антенны, для которых обычно не строят специальные высокие вышки. Высота дипольной антенны для любительских КВ-радиостанций обычно составляет 9-12 метров над уровнем земли.
Ещё один фактор, который следует учитывать при установке антенн на зданиях в городских и пригородных зонах. Например, установить диполь на высоте 15–20 футов (4,5–6 метров) на террасе высокого здания (скажем, 15 метров) и ожидать, что антенна будет работать так, как будто её высота составляет 20–21 м (65–70 футов), было бы совершенно ошибочным. Это было бы мифическим предположением. В бетонной крыше такого здания обязательно будет достаточно стальных стержней, а также дополнительные горизонтально проложенные водопроводные трубы и электрические кабели, чтобы поверхность террасы на крыше служила эффективным вторичным заземлением для антенны, расположенной всего в 4,5–6 метрах (15–20 футов). В большинстве практических случаев такая антенна, скорее всего, будет вести себя так же, как антенна, установленная на высоте 4,5–6 метров (15–20 футов) над уровнем земли.
Учитывая всё, что мы обсудили до сих пор, давайте ещё раз рассмотрим реалистичные сценарии использования типичных КВ-антенн на высоте 30-40 футов над уровнем земли. Теперь проведём сравнительную оценку азимутальной диаграммы направленности и глубины нуля в случае 20-метрового горизонтального диполя и антенны Inverted V (угол при вершине 90°). Взгляните на иллюстрацию ниже, где показаны два сравнительных сценария.
Сравнительная оценка азимутального сечения лепестков диаграмм направленности типичного полуволнового диполя с центральным питанием и антенной Inverted V (угол вершины 90°) при двух различных условиях. Верхнее изображение показывает диаграммы направленности антенн в свободном пространстве, а нижнее — результаты для тех же антенн на расстоянии 1/2 λ от поверхности земли. Обратите внимание на значительное уменьшение глубины бокового нуля при размещении диполя на практических высотах над землёй
В одном случае мы возьмём классический случай, когда и диполь, и Inverted V развёрнуты в свободном пространстве или очень высоко на многих длинах волн (λ) над уровнем земли. Здесь мы видим, что азимутальная диаграмма направленности диполя имеет очень глубокие боковые нули и, таким образом, образует диаграмму направленности в форме восьмёрки, как и описано в наших учебниках. С другой стороны, антенна Inverted V в свободном пространстве не создаёт таких глубоких нулей. Узор больше похож на скруглённый прямоугольник с очень небольшими углублениями по бокам.
Во втором случае, как показано на втором изображении, мы развернули как диполь, так и Inverted V на практических высотах 35 футов над уровнем земли. Вуаля! … Диаграмма направленности диполя в форме восьмерки отправляется в тартарары. Теперь она кажется довольно похожей на диаграмму направленности Inverted V с небольшим дополнительным углублением по бокам. Однако в случае Inverted V это внесло незначительную разницу в её диаграмму направленности, которая осталась почти такой же, как и в свободном пространстве. Соотношение фронт/бок (нулевая глубина) в случае диполя составляет около 10,9 дБ, а для Inverted V — 7,4 дБ. Разница в нулевых глубинах составляет всего 3,5 дБ, что на самом деле не так уж много значит.
Суть в том, что, если проволочные антенны не установлены на очень большой высоте над землёй, для большинства практических вариантов установки антенн любительской радиосвязи вероятность заметить какую-либо ощутимую разницу в азимутальных характеристиках между диполем и антенной Inverted V крайне мала. Это становится всё более очевидным по мере перехода с 20 м на 40 м и ниже. Не стоит зацикливаться на одном типе антенны. На практике это не имеет никакого значения на реальных высотах. Вы можете свободно устанавливать диполь как горизонтально, так и в форме перевёрнутой буквы V. В любом случае это не повредит.
4) Длина антенны (зависимость от угла при вершине): Прежде чем мы завершим этот раздел статьи, стоит упомянуть, что длины элементов Inverted V всегда немного больше, чем у горизонтального диполя. Величина увеличения длины будет определяться, помимо прочего, углом при вершине антенны. Чем меньше угол при вершине, тем больше будет необходимая длина проводов элемента.
Ожидаемое увеличение длины с углом при вершине представлено в таблице выше. При 120° оно составляет около +1%, а при 90° — около +2%. При меньших углах при вершине требуются большие длины, однако углы при вершине намного меньше 90° не рекомендуются, если нет другого выбора. При установке антенны всегда начинайте с большей длины, чем рассчитанная. После этого можно будет укоротить её до необходимой длины.
Остерегайтесь распространённой дезинформации о длине антенны Inverted V
В интернете вы найдёте множество сообщений и статей, в которых может утверждаться, что длина элемента антенны Inverted V обычно примерно на 2–5% короче, чем длина горизонтального (плоского) диполя. В интернете также есть несколько калькуляторов длины диполей/антенн типа Inverted V, которые делают то же самое.
К сожалению, некоторые из этих сайтов занимают верхние позиции в результатах поиска Google, Bing и других. Многие старые и новые радиолюбители используют эти ресурсы для изготовления проволочных антенн, но в конечном итоге создают путаницу. К сожалению, утверждение, что длина элемента Inverted V короче, чем у плоского диполя, — полная чушь. Эта безрассудная дезинформация распространяется уже много лет, не ослабевая.
Дело в том, что когда проволочные элементы диполя сгибаются с концов, образуя перевёрнутую букву «V», его резонансная частота возрастает. Чем больше сгиб элементов, тем больше увеличивается резонансная частота. Следовательно, для достижения исходной желаемой резонансной частоты в случае Inverted V необходимо увеличивать длину элементов, а не укорачивать их.VU2NSB
