Объемная ромбическая антенна
К. Харченко, К. Канаев. г. Ленинград
Для уверенного приема телепередач на дециметровых волнах, особенно вдали от телецентра. требуются антенны с большим коэффициентом усиления (КУ). Но повышение КУ антенн этого диапазона сопряжено с целым рядом трудностей. В частности, требуется высокая точность изготовления антенн и их установки
На частотах в несколько сотен мегагерц. особенно на 21...39-м телевизионных каналах (470...622 МГц), для приема сигналов, как правило, используют различные синфазные решетки. Однако в этих антеннах очень трудно обеспечить равенство амплитуд и фаз токов и напряжений для всех излучателей решетки и согласование с фидером в рабочем диапазоне частот. Кроме того, многоэлементные синфазные решетки конструктивно сложны и имеют относительно большую поверхность, что затрудняет их установку и эксплуатацию, особенно при сильном ветре.
Простотой конструкции и эффективностью работы обращают на себя внимание проволочные антенны, используемые в основном пока в КВ диапазоне. В частности, представляет интерес ромбическая антенна, схематически показанная на рис.1. Антенну можно назвать плоской, так как все ее проводники лежат в одной плоскости.
Рис.1.Для получения высокого коэффициента направленного действия (КНД) в проводниках ромбической антенны создают режим бегущей волны, для чего в антенну включают резистор Rн с сопротивлением, равным ее волновому сопротивлению. Резистор уменьшает КПД антенны до 50%. Именно поэтому КУ антенны снижается вдвое по сравнению с максимально возможным, когда он численно равен КНД антенны, так как КУ=КНДхКПД.
В зависимости от длины l стороны ромба и длины λо рабочей волны (а следовательно, отношения l/λо) максимальное излучение стороны ромба направлено под некоторым углом φ0 к оси проводника каждой стороны. Чтобы оптимально сложить излучения всех четырех сторон, ромб делают с острым углом 2 φ0 (в точках питания и подключения резистора нагрузки). Вектор Е напряженности электрической составляющей электромагнитного поля ромбической антенны лежит в плоскости ее проводников.
Для ориентировки в значениях КУ и КНД на рис. 2 изображены кривые их зависимости от номера канала для ромбической антенны с длиной рабочей волны λо=46 см. длиной стороны I=Зλо и углом 2φ0=50°.
Рис.2.Ромбическую плоскую антенну с такими параметрами можно было бы рекомендовать для применения на 21—39-м телевизионных каналах, если бы не ее относительно высокое волновое сопротивление (несколько сотен ом), затрудняющее согласование антенны с широко распространенными коаксиальными абонентскими кабелями. Вместе с тем плоская ромбическая антенна обладает интересной особенностью, которая позволяет обойти указанное препятствие. Дело в том, что углы раскрывов диаграмм направленности антенны в E и H-плоскостях поляризации по половинной мощности существенно различны. Зависимости углов раскрыва θ0,5 от отношения l/λо показаны на рис. 3.
Рис.13.Такая особенность позволяет сконструировать антенну у которой КНД больше, чем у плоской ромбической антенны. Для этого достаточно полотна двух плоских ромбических антенн расположить в перпендикулярных плоскостях, причем точки питания и включения резистора нагрузки у обоих полотен сделать общими. Фигура, образованная проводниками новой антенны, напоминает собой две четырехгранные пирамиды с общим основанием. В отличие от плоской, ее можно назвать объемной ромбической антенной.
Такая антенна имеет ряд положительных свойств, в отличие от плоской. Ее диаграммы направленности, снятые в различных плоскостях, примерно одинаковы по углу раскрыва и близки по форме к диаграммам направленности плоской антенны (в плоскости Е). Уровень обратного лепестка диаграммы направленности объемной антенны даже без резистора нагрузки в два раза меньше уровня обратного лепестка плоской антенны с такими же длиной стороны, диаметром проводников и угловыми размерами. Это свидетельствует о более интенсивном излучении проводников объемной антенны. что повышает ее КПД до 80%. Для оценки КУ антенны на рис. 2 обложки изображена кривая его зависимости от номера канала при других одинаковых параметрах. Сопоставление зависимостей КУ наглядно показывает прирост эффективности объемной антенны
Параллельное включение проводников в объемной антенне со значительным разносом их в пространстве уменьшает ее волновое сопротивление до 150 Ом. Это позволяет применить для ее соединения с телевизором коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом и обеспечить режим работы фидера с вполне приемлемым значением (не менее 0,5) коэффициента бегущей волны.
Размеры эффективной поверхности антенны в пересчете на синфазную антенную решетку с плоским рефлектором не менее размеров этого рефлектора.
Конструктивно объемная ромбическая антенна очень проста. Ее общий вид приведен на рис. 4. Антенна имеет сравнительно небольшие парусность и массу. Каркас антенны состоит из основной реи и крестовины, изготовленных из деревянных брусков. Проводники натягивают между концами каркаса. Проводниками может служить медный провод диаметром 1...2 мм или антенный канатик. В точке в каркаса все проводники спаяны вместе, а в точках а и б — точках питания антенны — проводники попарно подключают к симметрирующему устройству: 1 и 4 - к а, 2 и 3 - к б. Если проводники к точкам питания подключены по-другому, то изменится ориентация вектора Е напряженности электрического поля и прием ухудшится. Максимум диаграммы направленности совпадает с осью основной реи антенны, как показано на рис. 4. Так как антенна имеет острую направленность. то её нужно тщательно юстировать на телецентр.
Рис.4.Для повышения жесткости антенны каркас можно дополнить деревянными укосами. Однако нужно помнить, что большое число укосов и увеличение толщины элементов каркаса приводят к искажению диаграммы направленности Поэтому все реи следует вы полнять как можно меньшего сечения и сухой древесины, обработанной составами, препятствующими насыщению его влагой.
Симметрирующее устройство может быть выполнено так, как изображено на рис. 5.
Между симметрирующим устройством и основной реей помещают прокладку из органического стекла толщиной 10...15 мм. Кабель (РК75-9-13) подвязывают к основной рее и мачте. Конец кабеля на участке длиной около 300 мм освобождают от наружной оболочки и сгибают в петлю вокруг пенопластовой пластины толщиной 15 мм. Экранную оболочку петли замыкают накоротко кольцом из металлической ленты. Ее припаи вают к экранной оболочке кабеля. Это нужно сделать аккуратно, не расплавив внутреннего полиэтиленового заполнения кабеля. На участке аб петли удаляют и экранную оболочку кабеля, также стараясь не повредить заполнения кабеля. Чтобы закрепить в местах надреза экранную оболочку кабеля, ее облуживают в виде кольцеобразных поясков шириной около 5 мм. К этим пояскам и припаивают проводники самой антенны. За пояском б накоротко замыкают экранную оболочку кабеля с центральным провод ником, надавив жалом паяльника на кабель с противоположных сторон. Для предохранения от коррозии петлю сначала обматывают изоляционной ПВХ лентой, а затем помещают в полиэтиленовый чехол, который в местах ввода проводников приматывают к ним той же ПВХ лентой.
Рис.5.
Paдиo № 11, 1979 г.
Калькулятор для расчета ромбической антенны (RA3TOX)
[ На главную ] [ Антенны ]
