Ромбическая антенна, состоящая из двух V-образных антенн, известна как наиболее эффективная и простая конструкция коротковолновой направленной антенны. Ромбическая антенна имеет очень широкую полосу пропускания, обладает большой эффективной поглощающей поверхностью, хорошей диаграммой направленности и характеризуется высоким коэффициентом усиления. Кроме того, эта антенна может использоваться как многодиапазонная. Ромбическая антенна очень часто применяется как эффективный широкополосный излучатель в коммерческих радиовещательных установках. На рис. 2-35 показана простая ромбическая антенна с двусторонней диаграммой направленности.
Усиление ромбической антенны больше усиления V-образной антенны, имеющей эквивалентную длину проводника, образующего угол, т. е. ромбическая антенна со стороной ромба, равной 3λ, имеет большее усиление, чем V-образная антенна со стороной угла, равной 6λ. Кроме того, диаграмма направленности ромбической антенны в меньшей мере зависит от изменения частоты, чем диаграмма направленности V-образной антенны. Все размеры, указанные для V-образной антенны относительно длины проводников L и угла раскрыва α, остаются справедливыми и для ромбической антенны, имеющей двустороннюю диаграмму направленности.
Ромбическая антенна с двусторонней диаграммой направленности. Усиление в направлении основного излучения ромбической антенны с двусторонней диаграммой направленности, имеющей оптимальный угол раскрыва α относительно длины L проводника, образующего сторону ромба, по сравнению с обычным вибратором приведены в табл. 2-3.
То, что размеры стороны ромба и углы раскрыва ромбической антенны имеют те же самые значения, что и у V-образной антенны, дают возможность создавать ромбическую антенну простым подключением двух одинаковых V-образных антенн. Полученная таким образом ромбическая антенна имеет двустороннюю диаграмму направленности и оптимальные размеры. Коэффициент усиления этой антенны на 3 дб больше коэффициента усиления соответствующей V-образной антенны, и, кроме того, полоса пропускания антенны увеличивается.
| Длина проводника L, λ | Угол раскрыва α, град | Приблизительное усиление антенны, дб |
|---|---|---|
| 1,0 | 105 | 6,5 |
| 1,5 | 85 | 7,0 |
| 2,0 | 73 | 7,5 |
| 2,5 | 64 | 8,0 |
| 3,0 | 58 | 8,5 |
| 3,5 | 54 | 9,0 |
| 4,0 | 50 | 9,5 |
| 4,5 | 48 | 10,0 |
| 5,0 | 45 | 10,5 |
Однонаправленная ромбическая антенна
В большинстве случаев ромбическая антенна конструируется как направленный вибратор, имеющий одностороннюю диаграмму направленности. При этом к открытому концу ромбической антенны подключается так называемое «сопротивление поглощения». Сопротивление составляет приблизительно 750—800 ом, а его номинальная мощность должна по меньшей мере равняться половине высокочастотной мощности, генерируемой передатчиком (рис. 2-36).
Ромбическая антенна с поглощающим сопротивлением отличается широкополосностью, и, следовательно, при вычислении размеров вибратора отпадает необходимость в скрупулезном расчете длины стороны ромба L. При допущении максимального уменьшения коэффициента усиления антенны на 2 дб изменение частоты для таких широкополосных вибраторов может быть в отношении 1 : 2. Правда, при этом происходит большая или меньшая деформация диаграммы направленности антенны. Диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях в основном определяются углом раскрыва α. Коэффициент усиления антенны увеличивается по мере увеличения длины стороны ромба L. Высота подвеса антенны должна по меньшей мере равняться половине длины рабочей волны, так как с уменьшением высоты подвеса происходит увеличение вертикального угла максимума излучения, что крайне нежелательно в коротковолновых радиолюбительских диапазонах. Если сторона ромба L выбирается равной приблизительно 6λ, то направленность антенны очень высокая и, следовательно, выбор оптимального угла раскрыва становится очень критичным.
Питание ромбической антенны
Сопротивление в точке питания ромбической антенны с подключенным поглощающим резистором 700—800 ом. Ромбическая антенна может, следовательно, питаться по линии передачи, работающей в режиме бегущей волны и имеющей волновое сопротивление, соответствующее входному сопротивлению антенны. Обычно в этом случае используется самодельная двухпроводная линия передачи с воздушной изоляцией, имеющая волновое сопротивление 600 ом; КСВ при этом увеличивается незначительно. При такой линии питания становится возможным использование антенны в различных диапазонах. Конечно, ромбическая антенна может быть согласована с линией передачи, имеющей любое волновое сопротивление, с помощью описанных выше согласующих устройств, но при этом в основном сводится на нет преимущество ромбической антенны, заключающееся в ее широкополосности, и поэтому она эффективно может использоваться только в одном диапазоне. Согласованная 600-омная линия передачи обычно имеет преимущества и по отношению к настроенным линиям передачи, так как в этом случае потерн в линии меньше и согласование с оконечной ступенью передатчика осуществляется значительно легче.
Поглощающее сопротивление
Сопротивление поглощающего резистора R должно быть безындуктивным и безъемкостным. При малой мощности передатчика такой резистор может быть изготовлен из одного или нескольких пленочных резисторов. Для уменьшения емкости такое поглощающее сопротивление рекомендуется изготавливать из нескольких последовательно соединенных резисторов. При больших мощностях передатчика применение пленочных резисторов нецелесообразно, и поэтому в этих случаях рекомендуется использовать специальные резисторы, выпускаемые промышленностью в качестве искусственных эквивалентов антенн. Сопротивления поглощающего резистора — 800 ом. Резистор следует помещать во влагонепроницаемой коробке как можно ближе к концу антенны. Для того чтобы при грозе не произошло разрушения поглощающего резистора, следует предусмотреть возможность его отключения, для чего его обычно помещают на высоте человеческого роста и соединяют с концом антенны линией с волновым сопротивлением 700—800 ом (рис. 2-37).
Если же поглощающее сопротивление имеет большую номинальную мощность, то вполне достаточно для предотвращения его разрушения при грозе заземлить весь антенный комплекс.
Конструкция ромбической антенны
Для достижения хорошей направленности и наибольшего усиления необходимо соблюдать определенное соотношение между углом раскрыва антенны и длиной стороны ромба L. На рис. 2-38 указаны эти величины.
На этом же рисунке ниже шкалы длины указано получаемое усиление антенны, так как усиление антенны в направлении максимума основного лепестка зависит непосредственно от длины стороны ромба L. При этом уже учитываются потери излучаемой мощности, происходящие в результате подключения поглощающего резистора, равные 3 дб.
Вертикальный угол излучения антенны, как уже говорилось выше, зависит от высоты подвеса, и поэтому в диапазонах 20, 15 и 10 м высота подвеса должна быть не меньше λ/2.
При планировании создания ромбической антенны всегда полезно предварительно набросать эскиз антенны для определения ее общих размеров в длину и в ширину. В табл. 2-4 приведены данные для ромбических антенн, рассчитанных для любительских диапазонов 40, 20, 15 и 10 м. Приведенные значения длин сторон ромба рассчитаны на середины указанных диапазонов. Как уже говорилось, благодаря широкополосности ромбической антенны отпадает необходимость в точном соблюдении расчетных размеров. Размеры А и В, необходимые для установки несущих мачт, округлены, и обычно целесообразно устанавливать несущие мачты несколько дальше друг от друга, для того чтобы имелась возможность небольшого изменения углов α и β при точной регулировке отношения мощности, излучаемой в прямом направлении, к мощности, излучаемой в обратном направлении.
Использование ромбической антенны в качестве многодиапазонной антенны
Из табл. 2-4 видно, что ромбическая антенна может с успехом применяться в качестве многодиапазонной антенны. Сторона ромба, равная 42 м, равняется 1λ для 40 м, 2λ — для 20 м, 3λ — для 15 м и 4λ — для 10 м. Оптимальный угол раскрыва для 15 или 20 м несколько велик для 10 м и несколько мал для 40 м, при этом в диапазоне 10 м основной лепесток диаграммы направленности суживается, появляется несколько слабо выраженных боковых лепестков и незначительное излучение в обратном направлении, а коэффициент усиления антенны в направлении максимума основного лепестка излучения остается неизменным. В диапазоне 40 м (а меньше оптимального значения) диаграмма направленности расширяется и появляется излучение в обратном направлении; антенна в этом случае может использоваться как излучатель, обладающий достаточно большим усилением в широком секторе направлений. Для ромбической антенны, используемой в качестве многодиапазонной антенны, длина стороны ромба может быть выбрана также равной 21,00 м или 63,00 м.
| Длина стороны L в значениях λ | Длина стороны L, м | Угол раскрыва α, град | Угол β, град | Размер А, м | Размер В, м | Усиление антенны, дб |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Диапазон 40 м | ||||||
| 1,0 | 41,50 | 111 | 69 | 47,00 | 68,50 | 5,2 |
| 1,5 | 63,00 | 91 | 89 | 88,50 | 90,00 | 6,8 |
| 2,0 | 84,00 | 76 | 104 | 132,40 | 103,50 | 8,0 |
| 2,5 | 105,00 | 68 | 112 | 174,50 | 117,50 | 9,2 |
| 3,0 | 127,00 | 63 | 117 | 217,00 | 133,00 | 10,0 |
| 3,5 | 148,00 | 58 | 122 | 259,00 | 144,00 | 10,7 |
| 4,0 | 169,00 | 54 | 126 | 302,00 | 154,00 | 11,2 |
| Диапазон 20 м | ||||||
| 1,0 | 20,80 | 111 | 69 | 24,00 | 34,50 | 5,2 |
| 1,5 | 31,50 | 91 | 89 | 44,50 | 45,00 | 6,8 |
| 2,0 | 42,00 | 76 | 104 | 66,50 | 52,00 | 8,0 |
| 2,5 | 52,50 | 68 | 112 | 87,50 | 59,00 | 9,2 |
| 3,0 | 63,00 | 63 | 117 | 108,00 | 66,00 | 10,0 |
| 3,5 | 74,00 | 58 | 122 | 130,00 | 72,00 | 10,7 |
| 4,0 | 84,50 | 54 | 126 | 151,00 | 77,00 | 11,2 |
| 4,5 | 95,00 | 51 | 129 | 172,00 | 82,00 | 11,7 |
| 5,0 | 106,00 | 48 | 132 | 194,00 | 86,50 | 12,2 |
| 5,5 | 116,00 | 46 | 134 | 214,00 | 91,00 | 12,6 |
| 6,0 | 127,00 | 44 | 136 | 236,00 | 95,50 | 13,0 |
| Диапазон 15 м | ||||||
| 1,0 | 13,80 | 111 | 69 | 15,70 | 22,80 | 5,2 |
| 1,5 | 21,00 | 91 | 89 | 29,50 | 30,00 | 6,8 |
| 2,0 | 28,00 | 76 | 104 | 44,50 | 34,50 | 8,0 |
| 2,5 | 35,00 | 68 | 112 | 50,00 | 39,50 | 9,2 |
| 3,0 | 42,00 | 63 | 117 | 72,00 | 44,00 | 10,0 |
| 3,5 | 49,50 | 58 | 122 | 87,00 | 48,00 | 10,7 |
| 4,0 | 56,50 | 54 | 126 | 101,00 | 51,50 | 11,2 |
| 4,5 | 63,50 | 51 | 129 | 115,00 | 55,00 | 11,7 |
| 5,0 | 70,50 | 48 | 132 | 129,00 | 57,50 | 12,2 |
| 5,5 | 78,00 | 46 | 134 | 144,00 | 61,00 | 12,6 |
| 6,0 | 85,00 | 44 | 136 | 158,00 | 64,00 | 13,0 |
| Диапазон 10 м | ||||||
| 1,0 | 10,20 | 111 | 69 | 11,60 | 17,00 | 5,2 |
| 1,5 | 15,60 | 91 | 89 | 22,00 | 22,30 | 6.8 |
| 2,0 | 21,00 | 76 | 104 | 33,10 | 26,00 | 8,0 |
| 2,5 | 26,20 | 68 | 112 | 43,50 | 29,50 | 9,2 |
| 3,0 | 31,50 | 63 | 117 | 54,00 | 33,00 | 10,0 |
| 3,5 | 37,00 | 58 | 122 | 65,00 | 36,00 | 10,7 |
| 4,0 | 42,00 | 54 | 126 | 75,00 | 38,50 | 11,2 |
| 4,5 | 47,50 | 51 | 129 | 86,00 | 41,00 | 11,7 |
| 5,0 | 52,50 | 48 | 132 | 96,00 | 43,00 | 12,2 |
| 5,5 | 58,00 | 46 | 134 | 107,00 | 45,50 | 12,6 |
| 6,0 | 63,00 | 44 | 136 | 117,00 | 47,50 | 13,0 |