Компьютерные модели некоторых антенн
Николай Михайлович Смирнов - UA3TW (SK), Нижний Новгород
Поколебавшись некоторое время, решил опубликовать компьютерные модели, не подкрепленные конкретными конструкциями. Многие с недоверием относятся к таким публикациям, но и многие считают, что MMANA не врет. После изготовления двух достаточно сложных антенн, это "переключалка" на шесть направлений на 20м и "переключалка" на четыре направления на 40м, которые оказались не только работоспособными в принципе, но и не потребовали никакой настройки, я твердо примкнул к последним.
Так как мое узкое хобби - конструирование антенн с переключаемой диаграммой направленности, то получившиеся модели являются, в некотором роде, побочным продуктом процесса поиска прототипов для переключаемых антенн, однако сами по себе они довольно интересны и было бы жалко их просто забыть. Во всяком случае, оттого, что они появятся, хуже никому не станет.
Первая модель, широкополосный диполь, получилась так. Известно, что при отступлении от резонансной частоты антенны КСВ ухудшается не столько от изменения активной части входного сопротивления, сколько от реактивной - при повышении частоты появляется положительная реактивность, при понижении - отрицательная. Если же между фидером и диполем включить реактивный четырехполюсник, знак реактивности на входе четырехполюсника инвертируется, т.е. при повышении частоты появляется и растет уже не положительная, а отрицательная реактивность. Факт известный, использовался для расширения полосы Игорем Гончаренко, есть его публикации в "Радио" на эту тему. Я использовал в качестве четырехполюсника мост Бушеро, а в качестве компенсатора - второй такой же диполь в ортогональной плоскости. Получилась сверхширокополосная антенна с круговой диаграммой на центральной частоте, постепенно превращающейся в "восьмерку" по мере отступления от центра. Например, антенна на 80м имеет полосу по КСВ меньше двух 550кГц (файл Superdipole_80m).
Геометрия и диаграмма направленности модели "Superdipole_80m"Диполь с мостом можно включать со вторым диполем как параллельно, так и последовательно, где как удобней (файлы Superdipole_20m и Superdipole_20m_series). Полосы примерно одинаковые, около 2,5 МГц. Можно использовать диполи в форме "инвертед ви", эффект будет иметь место, хотя и в меньшей степени, т.к. полотна в этом случае уже не строго ортогональны и между ними есть электромагнитная связь (файлы Super _IV_80m, Super_IV_160m), полоса на 80м 250кГц, на 160м - 80кГц. Ну, понятен смысл расширения полосы на НЧ бэндах, а на ВЧ она и так широкая, зато можно на ВЧ сделать сильно укороченную антенну с нормальной полосой (файл Superdipole_20m_short), полоса 1300кГц.
Вторая модель - это несколько измененная антенна W2EEY, двухэлементная антенна с элементами в виде буквы М. Антенна есть в библиотеке антенн к программе MMANA, в разделе "КВ направленные". Ее диаграмма неустойчива, очень быстро разваливается с изменением частоты, да и на центральной частоте оставляет желать лучшего. Я удлинил боковые части, что привело к уменьшению бокового поля, и запитал антенну активно, что повысило устойчивость диаграммы (файл M 20m), в таком виде она вполне может составить альтернативу прямоугольнику Моксона. Возможны варианты, например файл M_20m_loop, где элементы петлевые.
Геометрия и диаграмма направленности модели "M_20m_loop"Также антенну не сложно переключать вперед - назад, все делается в центре, и даже можно сделать с переключением на четыре направления, если ортогонально сложить две такие антенны, развернутые в вертикальную плоскость (файл Horns_vert), правда, узковата полоса по КСВ.
Последняя антенна - дальнейшее развитие антенны с М-элементами, где они превратились в W-элементы, поворотный радиус при этом не изменился. Здесь два варианта - двухэлементная антенна с активным питанием, по той же схеме, что и с М-элементами, и трехэлементная, с пассивными директором и рефлектором. Двухэлементная (файл W_2_el_20m), имеет примерно такие же параметры, что и с М, но более "дубовая", т.е. более широкополосная, менее чувствительна к погрешностям в размерах элементов и т.д. Более интересна трехэлементная антенна (файл W_3_el_20m).
Геометрия и диаграмма направленности модели "W_3_el_20m"При поворотном радиусе 3,3м у неe усиление минимум 4,5 dbd, неплохое подавление и широкая полоса по КСВ, 320кГц. Если посмотреть на графике, как меняется от частоты реактивная часть ее входного сопротивления, видно, что она имеет S-образную форму, благодаря которой и получается столь широкая полоса. Этот эффект подметил еще EX8A, когда исследовал модели трехэлементных антенн с сильно сближенными элементами. Не знаю, упоминал ли он это где-нибудь в публикациях, но мы обсуждали это в эфире с год назад, так как я тоже с этим столкнулся при изучении антенн с W элементами. График КСВ при этом имеет два минимума, положением которых можно до некоторой степени манипулировать.
Кстати, перспективная антенна V - Yagi тоже имеет уже искривленную характеристику реактивности. Приведу еще пару вариантов на 20м, это файл W_3_el_20m_flat, где все проволоки в одной плоскости, файл small_W_20m, с наименьшими размерами, и их версии на 160м, файлы W_3_el_160m_flat и small_W_160m. У первого полоса по КСВ=2 почти 50кГц. Должен сказать, что трехэлементная антенна весьма чувствительна к диаметрам труб и проводов, и их соотношению.
В статье я не обращал внимание на такие вещи, как входное сопротивление и не пытался подогнать его к 50 Омам. В реальных конструкциях я делаю это в последнюю очередь и всегда одним и тем же способом - с помощью моста Бушеро. Также модели не доводились до чистоты, готовой к конструированию - в этом нет смысла, пока не известно место установки, высота, а также диаметры труб и проводов, которыми располагает конструктор.Загрузить архивный файл моделей ua3tw_2.zip (9kb).
Другие публикации автора:
1. Антенны с переключаемой диаграммой (компьютерные модели)
2. Простой ДПФ
3. Диапазонный полосовой фильтр
4. Фазокомпенсационные схемы в связной аппаратуре
Март 2006 г.