МОДЕЛИРОВАНИЕ ТВ АНТЕНН
В. ПОЛЯКОВ, г. Москва
О программе моделирования антенн MMANA было рассказано в июльском - сентябрьском номерах журнала за этот год. Программа пользуется большой популярностью у коротковолновиков - с сайга журнала www.pro-radio.ru/mmana ее "скачали" уже более 3000 раз. Но программа, безусловно, полезна всем, кто конструирует и изготавливает антенны для любых применений (телевидение, связь, УКВ ЧМ прием и т. д.). Это иллюстрирует публикуемый здесь материал. В нем показано, как с помощью MMANA оптимизировать конструкцию ТВ антенны, о которой рассказывалось в журнале.
Радиолюбители знают, насколько трудно "доводить" уже изготовленную телевизионную антенну, чтобы добиться желаемых результатов. Требуются кропотливое изменение геометрии вибраторов, тщательный подбор расстояний между элементами многовибраторной конструкции, проведение достаточно трудоемких измерений (кстати сказать, многие их просто игнорируют).
Между тем программа MMANA позволяет сделать это в считанные минуты. Действенность программы решено было проверить на варианте уже разработанной радиолюбительской конструкции.
С этой целью, а также для подтверждения положений, высказанных Н. Туркиным в его заметке "Антенна ДМВ" ("Радио", 2000 г., № 11, с. 9), описанная телевизионная антенна была смоделирована с помощью программы MMANA.
Прежде всего, нетрудно было установить, что обычные шестиэлементные антенны "волновой канал" ("Уда-Яги"), несколько описаний которых уже имеется в библиотеке программы, обеспечивают выигрыш (усиление) Ga до 11 дБ по отношению к изотропному излучателю при отношении излучений вперед/назад F/B до 20 дБ. Недостатком является малая относительная полоса пропускания, порядка 3...4 %, что позволяет использовать их в телевидении только как одноканальные антенны.
В антенне Н. Туркина использованы кольцевые элементы: три директора, рефлектор и двойной активный, в котором кольца питаются со сдвигом фазы 225°, обеспечивая дополнительную направленность и некоторое расширение полосы.
Смоделированная достаточно точно по описанию, антенна показала Ga и F/B соответственно 11,33 и 19,4 дБ, т. е. величины такого же порядка, как и у обычного шестиэлементного волнового канала. Однако полоса пропускания ее оказалась значительно шире - около 7 % по КСВ<3 и около 14 % по диаграмме направленности (Ga и F/B > 10 дБ). Диаграммы направленности (ДН) смоделированной антенны в горизонтальной (сверху) и вертикальной плоскостях для центральной частоты показаны на рис. 1, все значения уровней приведены в дБ.
Puc.1
Как справедливо заметил автор, антенна нуждается в подстройке. При моделировании это поручается компьютеру, автоматически выполняющему программы оптимизации. Проводить оптимизацию - одно удовольствие. Оптимизированная антенна показала несколько больший выигрыш (11,63дБ), значительно лучшее подавление заднего лепестка (24 дБ), а полосы пропускания по КСВ и ДН пришли в норму (по 10 %), улучшилось и согласование с фидером. ДН показаны на рис.2.
Puc.2
Интересно отметить, что на графиках входного сопротивления антенны кривая jX (реактивного сопротивления) в полосе пропускания трижды пересекает нулевую отметку, что и обеспечивает неплохое согласование.Конструкция модифицированной антенны показана на рис. 3. Периметры элементов и расстояния между ними даны в длинах волн.
Рис. 3
Активный элемент описываемой антенны в точности повторяет известную радиолюбителям коротковолновикам конструкцию "швейцарского двойного квадрата" (в данном случае круга, но это не так уж важно), пользующегося заслуженной популярностью. Ради интереса в описании антенны были убраны директоры и рефлектор. И что же? Двойной активный элемент показал отличные результаты: Ga и F/B составили 7,8 и 15,5 дБ. Таким образом, с учетом трудоемкости изготовления и получаемого качества, ему, пожалуй, нет равных!
Радио, 2002 г., № 1, с.11.