Антенна HB9CV представляет собой дальнейшую модификацию антенны ZL. Она состоит из двух полуволновых диполей, расстояние между которыми равно λ/8, возбуждаемых с фазовым сдвигом 45°. Отличие от предыдущей антенны заключается в том, что в антенне HB9CV используются простые диполи, возбуждаемые с помощью Т-трансформатора или гамма-трансформатора. Это дает возможность выполнить диполи из алюминиевых тру-бок и, естественно, получить более простую конструкцию антенны, позволяющую изменять ее организацию в пространстве.
Схема антенны приведена на рис. 5.82а. Антенна состоит из двух параллельных диполей разной длины, отстоящих друг от друга на расстояние S = λ/8. Оба диполя находятся в ближней зоне излучения относительно друг друга, и поэтому между их полями наблюдается сильное взаимодействие. Теория подсказывает, что при данном расстоянии между диполями однонаправленное излучение будет оптимальным в том случае, когда элементы возбуждаются с фазовым сдвигом, равным 225°. Напомним, что этот же эффект получается и для антенны ZL, у которой результирующий фазовый сдвиг возникает за счет поворота па 180° проводов линии фазирования плюс сдвиг па 45°, получаемый на длине λ/8.
Размеры рефлектора, т. е. более длинного элемента, и директора, т. е. более короткого элемента, подобраны так, чтобы вносимые ими реактивные сопротивления, имеющие противоположные знаки, после прохождения Т-трансформатора взаимно компенсировались в точке подключения питания. В результате в этой точке сопротивление не имеет реактивной составляющей, а в линии питания отсутствует стоячая волна.
Оба диполя возбуждаются линией фазирования или через Т-трансформатор, или через гамма-трансформатор. Гамма-трансформатор подключается к излучающим элементам в тех местах, в которых сопротивление равно сопротивлению линии питания. Благодаря этому в линии существует только бегущая волна.
Конструктивно элементы трансформаторов и фазирующей линии выполняются в виде трубок или в виде медных проводов в поливиниловой изоляции диаметром 2 мм.
Автор антенны HB9CV дает следующие рекомендации, на которые советуем обратить внимание.
- Линия фазирования не будет излучать, если расстояние между проводами находится в пределах 12... 25 мм.
- Провода линии фазирования не должны нигде соприкасаться между собой и не должны касаться несущих конструкций. Лучше всего выполнять их из изолированных проводов. Они должны проходить на постоянной высоте над металлическими конструкциями антенны. В крайнем случае их можно расположить прямо на поверхности несущих конструкций. При этом необходимо использовать достаточно толстую изоляцию, что может привести к дополнительным потерям.
- Электрическая длина линии фазирования должна равняться λ/8. Измерения показали, что допустим 10-процентный разброс указанной величины.
При мощностях до 200 Вт антенна HB9CV может быть возбуждена двухпроводной линией в ленточном диэлектрике, имеющей волновое сопротивление 240...300 Ом. Часто используют в качестве линии питания коаксиальный кабель. Заметим, что в УКВ диапазоне кабельное питание является основным. В этом случае может быть использована система согласования с помощью модернизированного гамма-трансформатора (рис. 5.82б).
Размеры элементов антенны могут быть рассчитаны по следующим формулам (см. рис. 5.82):
e = λ/200; d = λ/400 — λ/700; lD = λ;
S = 0,125λ; lR = 0,5λ.
При разработке стационарной антенны HB9CV рекомендуется еще раз внимательно проанализировать данные, касающиеся антенны W8JK.
Материал, из которого будет выполнена антенна, лучше всего выбирать на основе следующей информации:
- из-за относительно малого сопротивления излучения в антенне протекает большой ток (около 3 А при мощности 100 Вт); это обстоятельство требует использования проводов большого сечения; лучше всего использовать алюминиевые провода, предназначенные для линий электропередачи;
- напряжение на концах диполей достигает большого значения, что требует тщательного подбора концевых изоляторов;
- отношение λ/d обычно составляет 2000...4000, а коэффициент укорочения весьма близок к единице;
- длина рефлектора принимается равной 1,02λ, а директора — 0,94λ;
- резонансная частота достигается при одновременном изменении длин и рефлектора и директора с сохранением разности длин между ними, равной ≈ 8%.
Опробованные автором антенны HB9CV размеры представлены в табл. 5.14.
Размер | Значение размера, λ | Значение размера, м, в диапазонах, МГц | ||
---|---|---|---|---|
14,15 МГц | 21,2 МГц | 28,5 МГц | ||
Длина директора lD | 0,46λ | 9,74 | 6,52 | 4,84 |
Длина рефлектора lR | 0,5λ | 10,60 | 7,08 | 5,26 |
Расстояние S | 0,125λ | 2,65 | 1,77 | 1,32 |
Расстояние e | λ/200 | 0,12 | 0,09 | 0,06 |
Длина отрезка TD для Z0: | ||||
300 Ом | 0,15λ | 3,18 | 2,12 | 1,58 |
150 Ом | 0,125λ | 2,65 | 1,77 | 1,32 |
75 Ом | 0,062λ | 1,33 | 0,89 | 0,66 |
Длина отрезка TR для Z0: | ||||
300 Ом | 0,16λ | 3,43 | 2,29 | 1,70 |
150 Ом | 0,13λ | 2,86 | 1,91 | 1,42 |
75 Ом | 0,067λ | 1,43 | 0,95 | 0,71 |
Диаграмма направленности антенны HB9CV в свободном пространстве в горизонтальной плоскости имеет вид, показанный на рис. 5.82в. В горизонтальной плоскости антенна имеет более направленную диаграмму излучения по сравнению с диаграммой полуволнового диполя, а в вертикальной плоскости диаграмма по форме приближается к кардиоиде. Диаграмма направленности антенны, особенно в вертикальной плоскости, подвергается большим изменениям, зависящим от высоты подвеса антенны над землей и от параметров земли.
Теоретическое значение усиления антенны составляет 5,4 дБ относительно усиления полуволнового диполя. При оптимальной высоте подвеса антенны над землей можно существенно повысить результирующее усиление антенны.