ДИПОЛЬНАЯ АНТЕННА С УМЕНЬШЕННЫМИ РАЗМЕРАМИ
Ниже приводятся результаты проведенных исследований проволочной антенны, которую автор назвал "разомкнутый шлейфовый вибратор". Как оказалось, такая антенна имеет существенно меньшие размеры, нежели обычный диполь, и, кроме того, имеет две резонансные частоты, которые можно настроить на два любительских диапазона с частотой, отличающейся в два раза. При этом антенна на обоих диапазонах питается одним коаксиальным кабелем без применения каких-либо согласующих устройств, и имеет вполне приемлемый КСВ на каждом диапазоне.
Принципиальная схема антенны показана на рис.1. Как видно из рисунка, антенна представляет собой диполь, плечи которого выполнены из двухпроводных короткозамкнутых на концах линий с воздушной изоляцией. В этом отношении описываемая антенна похожа на обычный шлейфовый вибратор. Отличие от шлейфового вибратора заключается в том, что точки а и б (см.рис.1), которые в шлейфовом вибраторе соединены между собой (и могут быть заземлены), в данной антенне изолированы друг от друга и от земли. Питается антенна в точках, обозначенных на рис.1 как Х Х, и имеет входное сопротивление около 50 Ом.
Как оказалось, данная антенна имеет два основных резонанса, частоты которых определяются длиной плеча вибратора l и волновым сопротивлением двухпроводной линии Z, из которой выполнены плечи вибратора. Если резонансную частоту обычного полуволнового вибратора с такой же длиной плеч l обозначить как F0, то для двух резонансных частот частот разомкнутого шлейфового вибратора можно записать следующие формулы:
F1 = F0 * K1
F2 = F0 * K2где K1 и K2 - численные коэффициенты, значения которых для разных волновых сопротивлений двухпроводной линии Z, из которой выполненны плечи вибратора, приведены в табл.1.
__________________________________________________
Z : K1 : K2
Ом : :
: :
__________________________________________________
600 : 0.63 : 1.36
__________________________________________________
550 : 0.65 : 1.35
__________________________________________________
500 : 0.66 : 1.33
__________________________________________________
450 : 0.68 : 1.32
__________________________________________________
400 : 0.69 : 1.31
__________________________________________________
350 : 0.71 : 1.29
__________________________________________________
300 : 0.73 : 1.27
__________________________________________________
250 : 0.75 : 1.25
__________________________________________________
200 : 0.77 : 1.23
__________________________________________________При всех приведенных в таблице значениях волнового сопротивления двухпроводной линии входное сопротивление антенны около 50 Ом.
Конструктивные параметры линии (расстояние между проводниками при заданном диаметре проводников) можно определить по волновому сопротивлению Z при помощи, например, графика, приведенного на рис.1-24 в известной книге Ротхамеля.
Из данных, приведенных в таблице, можно сделать следующие выводы.
Если мы хотим построить однодиапазонную антенну с минимальными размерами, то необходимо выбирать максимальное значение волнового сопротиления Z (большое отношение растояния между проводниками к диаметру проводников). При волновом сопротивлении Z=600 Ом размеры антенны составят всего 63% от размеров полуволнового диполя (т.е. длина полотна антенны "разомкнутый шлейфовый вибратор" 2l = 26 м для диапазона 3.5 МГц, вместо 41 м для обычного диполя). Практически удобно сделать длину полотна антенны несколько больше требуемой и добавить короткозамыкающие перемычки вблизи концов диполя (см. рис. 2).
Передвигая перемычки (симметрично с обоих концов) можно настроить антенну на заданную рабочую частоту. Практические размеры антенны на 7 МГц минимальных размеров следующие:
длина плеча диполя l = 690 см;
положение перемычки 30 см от конца диполя;
волновое сопротивление линии Z = 600 Ом ( растояние между проводниками в 80 раз больше их диаметра).Такая антенна имеет вторую резонансную частоту в районе 15 МГц.
Если мы хотим построить двухдиапазонную антенну, то необходимо выбирать вполне определенное значение Z. Например при соотношении рабочих частот 1 : 2 (например 3.5 и 7 МГц) Z должно быть равно 500 Ом (расстояние между проводниками линии в 30 раз больше диаметра проводников).
Практически для возможности настройки двухдиапазонную антенну удобно несколько модифицировать (см. рис.3), а именно - несколько уменьшить волновое сопротивление линии, удлинить полотно антенны и добавить короткозамыкающие перемычки. При этом положение перемычек в большей степени влияет на соотношение рабочих частот, а длина отрезков одиночного провода l2 - на абсолютные значения резонансных частот. Тем не менее, поскольку эти две регулировки влияют друг на друга, настройку необходимо производить несколько раз, меняя по очереди положение перемычек и длины отрезков одиночного провода. При настройке также следует учитывать, что перемещение перемычек к центру диполя смещает обе резонансные частоты вверх, причем верхняя частота смещается сильнее. Таким образом, верхнюю частоту надо настраивать перемещая перемычки, а нижнюю - изменяя длину антенны. Практические размеры для диапазонов 7 и 14 МГц следующие:
длина плеча диполя l = 730 см;
положение перемычки l1 = 690 см;
длина отрезка одиночного провода l2 = 20 см;
волновое сопротивление линии Z = 450 Ом (растояние между проводниками в 20 раз больше их диаметра).Очевидно, что для пары диапазонов 3.5/7 Мгц приведенные длины необходимо увеличить в два, а для 1.8/3.5 МГц - в четыре раза. При этом растояние между проводниками линии (а следовательно и волновое сопротивление) изменять не нужно.
Следует отметить, что на данную антенну, как на любые проволочные антенны, сильно влияют окружающие предметы. Поэтому приведенные практические размеры следует рассматривать как ориентировочные.
Отметим, также, что плечи диполя можно наклонить вниз как в антенне Inverted V.
В принципе, описанная антенна является двухдиапазонной. Однако она удовлетворительно работает и на четвертой гармонике основной частоты. Конечно, с помощью двух регулировок (положение перемычек и длина полотна) антенну можно настроить только на два диапазона. Тем не менее при правильной настройке третий резонанс окажется близким к учетверенной основной частоте. Таким образом, построив антенну на 1.8/3.5 МГц можно получить антенну, способную работать на всех трех низкочастотных диапазонах (1.8,3.5 и 7 МГц). При этом, правда, придется смириться с несколько повышенным КСВ на 7 Мгц.
Антенна на 3.5/7 МГц позволит работать на 3.5, 7 и 14 МГц при повышенном КСВ на 14 МГц.
По всем вопросам, связанным с этой антенной обращаться к автору по E-mail ra9mb@qsl.net
Автор также просит всех коллег-радиолюбителей, повторивших эту антенну, сообщить свое впечатление по тому-же адресу.
А.С. Юрков (RA9MB)
http://www.qsl.net/ra9mb/