Оптимальное расстояние в 2 el антенне

   Какое усиление можно выжать из двухэлементной антенны? При каком расстоянии между элементами достигается максимум? Выясним это, задавшись следующими условиями:
     Нам нужен максимум по усилению.  На все остальное (Front/Back, согласование, полосу, занимаемое место) внимания не обращаем;
     Способ и простота питания нас тоже не интересуют. Ради максимального усиления мы идем на жертвы и питаем каждый из элементов с той фазой и амплитудой, которая  требуется для максимального Ga.

    Практики скажут: "Ой, неинтересно, это теория." Но, во-первых нет ничего практичнее, хорошей теории. Во-вторых, выяснив общие закономерности можно будет осмысленно выбирать расстояние в реальной конструкции и видеть насколько примененный в ней способ питания дает худшие результаты, чем идеальный случай.

    Рассмотрим первую антенну: два l/2 диполя.  Свободное пространство, частота 14,15 MHz, диаметр трубок диполей - по 10 мм.  Результаты анализа приведены на рис. 1.

Рис. 1. 

     Что видно из этого рисунка?
        Для идеального материала оптимальное расстояние составляет всего 0,01l (при меньшем расстоянии график падает, но в приведенном масштабе этого не видно). Но при столь малом расстоянии в антенне протекают огромные токи (Ra  около 1 Ohm), поэтому при переходе к реальному материалу тепловые потери оказываются недопустимо велики. 

    Взгляните на графики рис.1, соответствующие медной и алюминиевой трубкам. При малых расстояниях из-за тепловых потерь даже в хорошо проводящих толстых трубках усиление заметно падает. Поэтому для медной трубки оптимальным оказывается расстояние 0,085l, а для алюминиевой - около 0,1l. Легко уловить зависимость – чем хуже проводимость материала,  тем больше оптимальное расстояние.  Так, для железных трубок (ну мало ли, вдруг кому взбредет делать антенну Uda-Yagi из железных труб) оно возрастает до 0,225l.

    Из графиков рис.1 следует пара важных  практических выводов:
    1. При разумных материалах (не железо и не сверхпроводник) в системе из двух l/2 диполей расстояние нельзя выбирать меньше 0,075l и больше 0,175l. Вернее можно, но это обернется заметной потерей усиления антенны.

    2. С ухудшением проводимости элементов (например тонкие, проволочные элементы) оптимальное расстояние увеличивается, а упомянутая в предыдущем пункте вилка расстояния "поджимается" снизу. Ибо ее нижняя граница определяется тепловыми потерями. Верхняя  (0,175l) же определяется физикой антенны и от материала не зависит.

 

    Вторая антенна – "двойной квадрат". Свободное пространство, частота 14,15 MHz. Периметр каждой из рамок 1,02l, диаметр провода - по 1,6 мм.  Результаты анализа приведены на рис. 2.

Рис. 2.

           Для идеального материала оптимальное расстояние составляет  0,08l. Это намного больше, чем для диполей (см. рис.1). Причина – разная физика работы. 

    Токи в элементах при таком расстоянии не слишком велики. Однако довольно тонике провода рамок вносят ощутимые потери даже при не очень больших токах.  Поэтому при переходе от идеальной проволоки к реальным медной и алюминиевой оптимум возрастает до 0,15l, а для железный – до  0,275l.

    Из графиков рис.2 следует пара важных  практических выводов:
    1. При разумных материалах (не железо и не сверхпроводник) в системе из двух l рамок расстояние нельзя выбирать меньше 0,08l и больше 0,25l, иначе упадет усиление.

    2. Ухудшение проводимости элементов влияет заметно меньше, чем на рис.1. Т.е. материал рамок (в первую очередь – его диаметр) намного менее критичен, чем у диполей.

 

    Из сравнения рисунков 1 и 2 следует, что при нормальных антенных материалах (медь, алюминий) правильно сделанный и запитанный двойной квадрат выигрывает  у системы из двух диполей в усилении 0,5 дБ. Это не так много как принято думать. Тем не менее это выигрыш есть и его величина почти не зависит от расстояния между элементами.