Короткие антенны «волновой канал»
Александр Иванович Колесников
В статье приводятся расчетные графики коротких антенн «волновой канал» - Yagi. Коэффициент усиления G, входное сопротивление Za, а также длины отдельных элементов для получения максимального усиления можно определить расчетным путем только для трех-четырехэлементной антенны «волновой канал». Дальнейшие расчеты, основанные на учете наведенных токов и влияния полей, не осуществимы из-за трудности учета всех влиянии. Расчетные данные для коротких антенн, т. е. имеющих только три-четыре элемента и расположенных на сравнительно малых расстояниях друг от друга, хорошо согласуются с опытными данными. Графики, приведенные на рис. 1 — 5, позволяют рассчитать размеры антенн и наглядно показывают соотношение настройки отдельных элементов (т. е. их длины), и ожидаемого усиления антенны.
Графики с общим характером зависимостей не могут, конечно, учитывать ни диаметр несущей рейки, ни крепление самих элементов, но диаметр их учтен коэффициентом а=0,005λ. Дополнительные данные приходится вводить в расчет исходя из конкретных условий. График на рис. 1 является основным расчетным и проектным и показывает зависимость коэффициента усиления G антенны по сравнению с полуволновым вибратором от расстояний пассивных элементов.
Рис.1. Усиление трехэлементной антенны в зависимости от расстояния элементов от излучателя
Определенное усиление антенны G можно получить при разных значениях расстояний Lr и Lo, но область максимального усиления Gмакс сравнительно узка и выполнение этих условий сразу ставит вопрос о допустимых размерах антенны на данной частоте. Какую бы комбинацию ни выбирали, Gмакс получается при L0=L0+Lr=0,45λ.
С этого и начинается творческий подход к изготовлению антенны на низких частотах.
Для дальнейшего расчета необходимо установить длину антенны. Из коротких наиболее благоприятной является комбинация Lr=0,15λ, Lg=0,15λ. Если и это невозможно по габаритам и материалам, тогда остается лишь Lr=0,15λ, L1=0,1λ и усиление G=6,3 дб.
На рис.2...5 даны размеры всех трех элементов в зависимости от выбранного по рис.7-17 расстояния от активного вибратора.
Рис.2. Зависимость длины рефлектора трехэлементной антенны от расстояния до активного вибратора
Рис.3. Длина директора трехэлементной антенны в зависимости от расстояния до активного вибратора
Наивыгоднейшее значение длины уменьшается при увеличении расстояний, т. е. взаимная расстройка как бы уменьшается. Это хорошо видно на рис.4, показывающем, как изменяется необходимая резонансная длина активного вибратора для получения наибольшего усиления в данных условиях от расстояний до пассивных элементов.
Рис.4. Длина активного вибратора для максимального усиления антенны в зависимости от расстояний до рефлектора и директора
На рис.5 показаны размеры дополнительного директора Д2 в зависимости от расстояния между директорами Д1, Д2: его длина меньше, чем предыдущего.
Рис.5. Длина второго директора четырехэлементной антенны в зависимости от расстояния до предыдущего
Наконец, рис.6 позволяет оценить величину активной составляющей Rа входного сопротивления всей трехэлементной системы.
Рис.6. Изменения активной составляющей входного сопротивления в зависимости от расстояний до рефлектора и директора
Перерасчет размеров антенны из долей длин волн в сантиметры приведен на рис.6.
Рис.6. График для перерасчета размеров элементов из долей длин волн в сантиметры для средних частот диапазонов
Источник:
А.Колесников. "Справочник ультракоротковолновика". ДОСААФ, Москва, 1966.