Среди антенн продольного излучения особое место занимают однонаправленные антенны. Однонаправленность излучения достигается как подбором расстояния между диполями, так и введением необходимого фазового сдвига для токов, протекающих в диполях. Подтверждением этого могут служить результаты, представленные на рис. 5.59 при S = λ/8 — 3λ/8 и фазовом сдвиге 60...135°.
На этой основе были разработаны несколько антенн, из которых наибольшей популярностью пользуются антенны ZL, разработанные радиолюбителями с позывными ZL3MH и W0GZR. Схемы антенны приведены на рис. 5.80, а размеры — в табл. 5.13.
| Диапазон, МГц | Основные размеры, м | Размеры антенны в ленточном диэлектрике, м | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| S | L1 | L2 | S | L1 | L2 | |
| 7 | 5,16 | 20,57 | 21,70 | 4,23 | 16,87 | 17,80 |
| 14 | 2,58 | 10,30 | 10,85 | 2,12 | 8,45 | 8,90 |
| 21 | 1,72 | 6,85 | 7,24 | 1,41 | 5,62 | 5,94 |
| 28 | 1,29 | 5,09 | 5,39 | 1,06 | 4,17 | 4,42 |
Антенна состоит из двух активных диполей, имеющих разную длину. Один из них имеет длину L1, соответствующую длине резонансной волны. Другой диполь L2 возбуждается с фазовым сдвигом 180°, расположен на расстоянии, равном λ/8 от первого и длиннее первого примерно на 5%. Увеличением длины диполя L2 достигается лучшее согласование с учетом токов, наведенных в нем как близко расположенным диполем L1, так и линией фазирования. Ток в диполе L2 в зависимости от способа включения линии фазирования имеет фазовый сдвиг, равный 180° — 45° = 135° или l80° + 45° = 225°.
Поле излучения диполя L1 в направлении L1—L2 имеет запаздывание по фазе на 45°. Поэтому результирующее поле в этом направлении близко к нулю. В направлении L2—L1 поле излучения обоих диполей суммируется, создавая усиление около 5,4 дБ. При некоторой высоте подвеса антенны удается сфазировать поле прямого излучения и поле волны, отраженной от земли, что приводит к увеличению усиления антенны до 7 дБ по сравнению с полуволновым вибратором.
В результате затухания волны линия фазирования при ее электрической длине l = λ/8 вносит замедление несколько большее, чем 45°. Для компенсации этого дополнительного фазового сдвига используются два способа:
- петлевые вибраторы располагаются в плоскости антенны таким образом, чтобы расстояние между линиями вибраторов составляло λ/8; провода линии фазирования располагаются под небольшим углом друг к другу так, чтобы длина XY равнялась λ/8;
- место подключения линии питания АА отодвигается от диполя L1 на расстояние E = С(1—К)/2 = 0,02С (рис. 5.80в).
Входное сопротивление антенны ZL, размещенной в свободном пространстве, равно 90 Ом. Из-за влияния земли реальное значение входного сопротивления несколько уменьшается и изменяется в пределах от 70 до 100 Ом в зависимости от высоты подвеса антенны. Это обстоятельство позволяет использовать в качестве линии питания коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, подключаемый к антенне через симметрирующее устройство. Антенна также может быть возбуждена с помощью симметричной двухпроводной линии с волновым сопротивлением 600 Ом при использовании четвертьволнового трансформатора, имеющего ZT = 240 Ом.
Отметим, что антенна ZL не предназначена для работы на частотах гармоник. Укажем также, что, поворачивая антенну на мачте, можно изменять поляризацию излучения (приема) антенны от горизонтальной до вертикальной.
Как правило, диполи антенны выполняются из проволоки. Расстояние между проволоками выбирается равным 20 см. Основные размеры антенны приведены в табл. 5.13. Эту же антенну можно выполнить из двухпроводной линии в ленточном диэлектрике (рис. 5.80г). Учитывая, что коэффициент укорочения К = 0,82, получаем несколько уменьшенные размеры антенны, также приведенные в табл. 5.13.
Фазирующие отрезки также выполняются из двухпроводной линии в ленточном диэлектрике. В этой ситуации для сохранения требуемого электрического сдвига, равного 0,125λ, уменьшают расстояние между диполями до 0,1λ. Это не приводит к изменению направленных свойств антенны, но несколько уменьшает входное сопротивление (до 60 Ом), что обеспечивает выгодный режим согласования антенны с коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 .. 75 Ом.
Антенны, работающие в диапазонах 3,5 и 7,0 МГц, обычно размещаются на двух разнесенных мачтах. Для более коротких волн (в диапазонах 21 и 28 МГц) можно рекомендовать конструкцию антенны, у которой оба диполя укреплены на одной штанге, например бамбуковой, что позволяет получить антенну с изменяющимися направлением излучения и поляризацией (рис. 5.81).
