Антенна HB9CV

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.

Рис. 5.82. Антенна HB9CV

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.

  1. Линия фазирования не будет излучать, если расстояние между проводами находится в пределах 12... 25 мм.
  2. 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.
  3. 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.

ТАБЛИЦА 5.14. Размеры антенны HB9CV
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.