Фирма ULTRA: радиолюбительские антенны и аксессуары к ним

\главная\р.л. конструкции\антенны\...

Горизонтальная ромбическая антенна.

Многие радиолюбители не имеют возможности установить эффективные антенны на крыше многоэтажных домов по причине "занятости" последних. Между тем можно очень эффективно использовать пространство между многоэтажками, если построить горизонтальную ромбическую антенну (РА).Данная антенна вкратце упомянута в книге К.Ротхаммеля "Антенны" Но наиболее полно описана в книге Г.Айзенберга "Коротковолновые антенны"(Радио и связь 1985 г.)

Немного теории: Ромбическая антенна относится к классу антенн, работающих в режиме бегущей волны. Для таких антенн характерна прямая зависимость размеров, коэффициента усиления и коэффициента направленного действия. В грубом приближении РА - это симметричная линия, провода которой расположены по сторонам ромба. К одному из острых углов подведена линия питания, к другому подключается чисто активная нагрузка, сопротивление которой равно волновому сопротивлению линии. Режим бегущей волны в антенне обеспечивает ее постоянное волновое сопротивление, мало меняющееся при изменении частоты. Для пояснения принципа действия рассмотрим его построение:

РА состоит из 4-х излучающих элементов, каждый из которых в приближении можно считать нагруженным длинным проводом (LW). Диаграмма направленности нагруженного LW представляет собой в пространстве конус,ось которого совпадает с осью нагруженного длинного провода.

Угол при вершине конуса зависит от частоты и длины провода. В таблице показана зависимость величины угла Q и коэффициента усиления от длины провода

L ант(длин волн)       1    2    3    4    5    6
Величина угла Q(град)  56   37   30   26   23   21
Усиление антенны дБ    1,1  1,4  2,2  3,0  4,0  4,8

Величина угла раскрыва ромба равна удвоенному значению Q при выбранной длине стороны ромба.

Соединение 4-х элементов в РА позволяет получить векторное сложение диаграмм направленности всех элементов. В направлении оси РА, при правильном выборе угла раскрыва сложатся все 4 вектора.

Естественно это даст значительный прирост Кус.

Чтобы улучшить согласование, получить однонаправленное излучение применяют пассивную нагрузку в остром углу, противоположном точке питания. Чаще всего используют безындукционные резисторы мощностью не менее 1/3 от подводимой к антенне. При использовании антенны только в качестве приемной можно использовать фехралевый провод намотанный бифилярно для снижения емкости. Применять даже в приемных антеннах резисторы малой мощности нельзя, поскольку это может вызвать их поражение статическим электричеством и грозой. При отсутствии нагрузочного резистора антенна приобретает двунаправленные свойства с незначительным (1-2 дБ) снижением Кус. В профессиональной связи применяют следующее обозначение:

          60               60 - угол раскрыва РА в град.
ромба РГ--------1.25       1.25 - Н подвеса в дл.волн f0
           4               4 - длина стороны в дл.волн f0

наиболее часто в профессиональной технике применялись:

   65          70            75
РГ----1.0 ; РГ---- 1.25 и РГ----1.25
    4           6             6

Усиление антенн примерно соответствует графику:

Исходя из этого можно определить что наиболее оптимальными для радиолюбителя с конструктивной точки зрения являются антенны

    65             70
РГ ----1.0 или РГ ----1.25 Все промежуточные значения
     4              6

длины провода, угла раскрыва и высоты подвеса также могут быть приняты для любительской антенны. Например, можно использовать РА высота подвеса которой больше 1.25 длины волны, или сторона РА может быть принята равной 3-5 длин волн. Однако наиболее осторожно необходимо выбирать угол раскрыва РА, так как эта величина наиболее ощутимо задает диаграмму направленности и эффективный диапазон частот. Особое внимание следует также обратить на наклон РА. При наклоне антенны в сторону нагрузки угол наклона не должен превышать 10-20 градусов. Чем длиннее РА тем меньше должен быть угол наклона. При наклоне от нагрузки угол должен быть наоборот, или очень мал или должен превышать угол 25-30 градусов. Последнее требование обусловлено конусообразностью диаграммы направленности относительно оси РА. Выбрать сопротивление нагрузки можно в пределе 400-800 Ом, причем большая величина соответствует большему Кус, меньшая- большему КПД. Выбирая сопротивление нагрузки необходимо помнить, что сопротивление нагрузки всегда должно быть равно волновому сопротивлению питающей РА линии. Вышеприведенные данные позволяют сделать вывод о том что РА наиболее выгодная из всех широкополосных проволочных антенн с точки зрения высоких энергетических показателей. Вместе с тем, сама антенна не требует скрупулезности и точности при ее постройке. Погрешность в выборе размеров или высоты подвеса в 5-10% не приведет к сколь нибудь заметному изменению основных параметров Важно что эти антенны могут работать и на небольшой высоте от земли. Для их установки необходимы 4 точки крепления, причем необязательно равновысокие и необязательно расположенные в углах правильного ромба. Еще одно важное обстоятельство: РА питается двухпроводной линией произвольной длины. Наиболее главное достоинство - широкополосность РА. Коэффициент перекрытия по частоте не менее 3.

Автором данной статьи проводились эксперименты с "ромбом" приспособленном на любительские диапазоны. Антенна показала очень хорошие результаты, сравнения ее с двойными квадратами и YAGI показала бОльшую эффективность РА при работе в выбранном направлении. В авторском варианте антенна выполнена из стального тросика диаметром 2.5мм Тросик использовался прямо в канатной смазке для повышения долговечности. Еще одно преимущество стального тросика перед медным канатиком - то, что мимо него проходят "любители медного лома". С точки зрения поверхностного эффекта сталь на КВ диапазонах не вносит значительных потерь и при мощностях, используемых любителями вполне пригодна.

В авторском варианте каждая сторона РА равна 42 метра, угол раскрыва (острый)равен 65 градусов, это определило рабочий диапазон частот 10-30 МГц. (Наиболее оптимальной с радиолюбительской тои зрения на эти диапазоны является РА с длиной стороны 60-65 метров, высотой подвеса 12-18 метров и углом раскрыва 60-70 градусов с нагрузкой 500 -700 Ом.) Угол раскрыва определяет предпочтительные диапазоны и чем он больше, тем ниже эффективная частота. С указанными данными максимальная эффективность достигнута на диапазонах 20,17 и 15 метров. На более высоких частотах усиление еще больше, но проявляется многолепестковость диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Так как антенна работает в режиме бегущей волны, то запитана она двухпроводной линией произвольной длины, причем провода линии являются продолжением проводов ромба(тот же стальной тросик). На противоположном углу прямо к концам проводов ромба присоединяется нагрузка в виде безындукционного резистора сопротивлением 500 Ом.

Увеличение сопротивления снижает КПД антенны, но улучшает согласование с трансивером. В идеальном варианте нагрузка выполняется из мастичных резисторов необходимой мощности, равной одной трети мощности трансивера. Оптимально на небольших мощностях работают 2 резистора по 1 кОм 60 Ватт включеные параллельно, на больших мощностях - 8 таких же резисторов, включенные в 2 последовательные группы по 4 параллельных резистора. Если желательно получить большее усиление то применяют 2 группы по 3 резистора и расчитывают двухпроводные линии под 660 Ом.(указанные резисторы установлены в эквиваленте нагрузки радиостанции Р-140). В соответствии с сопротивлением нагрузки выполнена двухпроводная линия. Расстояние между центрами проводов линии равно 32 диаметрам этих проводов при нагрузке 500 Ом.

Согласование (именно согласование, а не настройку) выполняют с помощью любого из согласующих симметрирующих устройств, расположенным на конце двухпроводной линии, Оптимальными являются резонансные устройства, хуже работают широкополосные трансформаторы. Контроль за согласованием осуществляют с помощью простейшего индикатора антенного тока. При этом добиваются максимума антенного тока на рабочей частоте. Поскольку в режиме бегущей волны распределение тока в антенне равномерно по всей длине для настройки можно применить и простейший индикатор из неоновой лампочки, также включенный в любом месте. Ниже приведены схемы согласующих устройств резонансного типа: Основное их достоинство дополнительная фильтрация помех и хорошее согласование антенны с трансивером. Резисторы служат для снятия статического потенциала с антенны и должны быть безындукционными с сопротивлением 30-70 Ком,мощностью 5-10 Ватт.

В случае применения широкополосных трансформаторов желательно применять трансформаторы 1:9, в этом случае РА нагружается на резистор 450(660) Ом, на эти же величины следует рассчитать двухпроводные линии. Значение 450 Ом соответствует ромбу, работающему с трансивером у которого выходное сопротивление равно 50 Ом. Значение 660 Ом приведено для трансивера с выходным сопротивлением 75 Ом.

Методика настройки всего антенного тракта проста: В начале производят настройку самого трансивера на эквивалент нагрузки с сопротивлением 50 или 75 Ом в зависимости от кабеля, соединяюшего трансивер с согласующим устройством (естественно и от выходного сопротивления самого трансивера). Затем, не изменяя настройки П- контура трансивера, производят настройку согласующего устройства на максимум тока в антенне на нужной частоте или в пределах 20-30 кГц от нее. При этом у всех элементов настройки еще должен оставаться запас настройки. После этого вам необходимо только убедиться в том что КСВ всего тракта блок к 1! При такой методике длина питающего кабеля и длина двухпроводной линии абсолютно не имеют значения. В случае использования широко полосных трансформаторов настройка сводится к настройке контура.

Любителям самостоятельного конструирования антенн рекомендую изучить литературу:

1. Айзенберг Г.З. Белоусов С.П. и др. "КВ антенны" Радио и связь 1985 год.
2. Кочержевский Г.Н. "Антеннофидерные устройства" Радио и связь 1981 год
3. К.Ротхаммель "Антенны"
"Энергия" 1969 год
4. А.А.Пистолькорс "Антенны"
ГИЛ 1947г

Приятных вам связей и 100% QSL!

Н.Филенко (UA9XBI), ua9xbi@online.ru

Возврат