Эта антенна, разработанная радиолюбителем с позывными G4ZU, является, пожалуй, самым простым решением поставленной задачи. Антенна имеет удобную и простую конструкцию, обеспечивающую работоспособность в тpex диапазонах волн: 14; 21 и 28 МГц.
На рис. 5.108 показана вибраторная антенна, длина обоих плечей которой лежит в пределах от 3,5 до 3,8 м Возбуждается она с помощью резонансной линии длиной 16,5 м. Система имеет резонансы вблизи частот 28 МГц (2λ), 21 МГц (1,5λ) и 14 МГц (λ). Линия питания выполнена или в виде двухпроводной воздушной линии с волновым сопротивлением 600 Ом, или в виде двухпроводной линии в ленточном диэлектрике (Z0 = 300 Ом).
Входное сопротивление вибратора сильно зависит от частоты. Линия питания трансформирует это сопротивление в другое, причем коэффициент трансформации также зависит от частоты. Нетрудно показать, что на входе линии в точках В—В входное сопротивление имеет большую активную составляющую входного сопротивления Rbb и малую величину реактивной составляющей ХBB. Поэтому при использовании передатчика с выходным сопротивлением 50...75 Ом необходимо применять трансформирующее согласующее устройство, описанное в § 3.4.
Антенна содержит два пассивных элемента, один из которых выполняет роль директора в диапазонах 21 и 28 МГц, а другой — роль рефлектора во всех трех диапазонах.
Директор, изображенный на рис. 5.109, имеет длину 4,9 м и состоит из двух половинок, между которыми включена катушка индуктивности. При работе на частоте 28 МГц реле, подключенное к концам катушки, закорачивается половинки диполя. Благодаря этому диполь имеет собственную резонансную частоту вблизи 28 МГц. При работе на частоте 21 МГц реле размыкает концы катушки и тем самым образуется диполь, в центр которого включена удлиняющая катушка индуктивности. В этом случае резонансная частота диполя лежит вблизи 21 МГц.
Другое техническое решение этой же идеи заключается в использовании свойств разомкнутой на конце линии длиной λ/4. Входное сопротивление такой линии, как известно, равно нулю. Подключая такую линию, которая на частоте 28 МГц имеет длину λ/4, практически закорачивают катушку индуктивности. При изменении частоты, т. е. при работе на частоте 21 МГц, входное сопротивление линии носит емкостный характер, что приводит к «укорочению» катушки индуктивности. Подбором индуктивности катушки можно достичь резонанса диполя на частоте 21 МГц. Повторим еще раз: оба технических решения обеспечивают резонансные свойства пассивного элемента сразу в двух диапазонах: 21 и 28 МГц.
Подобным образом можно получить резонанс рефлектора, имеющего длину 7,1 м, на частотах 14 и 21 МГц, для чего используется четвертьволновый «замыкатель» на частоте 21 МГц. Тот же самый рефлектор, снабженный дополнительной подстроечной емкостью, может иметь резонанс и на частоте 28 МГц. В этом случае резонанс достигается в результате образования параллельного контура, создаваемого катушкой L и отрезком линии, нагруженной на конденсатор. В диапазоне 28 МГц длина линии превышает λ/4 и поэтому линия является индуктивностью. Следовательно, данный пассивный элемент обладает резонансными свойствами в диапазонах 14; 21 и 28 МГц.
Дальнейшая модернизация антенны состояла в замене сосредоточенных элементов, в основном катушек индуктивности, их эквивалентами в виде отрезков линии определенной длины. В частности, применение небольших короткозамкнутых отрезков линии — шлейфов показано на рис. 5.110. На рисунке также приведены основные геометрические размеры и показано конструктивное решение основного узла антенны, в котором настроечный шлейф изготовлен из алюминиевых трубок диаметром 35...40 мм.
Точное положение короткозамыкателя подбирается при настройке антенны. Длину четвертьволновых шлейфов, выполненных на двухпроводной линии в ленточном диэлектрике, рассчитывают с учетом коэффициента укорочения. Для защиты от атмосферных воздействий такие шлейфы размещают во внутренней полости трубок несущей конструкции антенны. Следует иметь в виду, что при этом коэффициент укорочения изменяется и необходимо измерять электрическую длину шлейфа, уже размещенного внутри трубки.
В качестве шлейфа можно использовать и отрезки коаксиального кабеля, длина которых составляет 1,5 и 2,5 м.
Директор в диапазоне 28 МГц имеет длину, несколько большую, чем требуется. Поэтому длина настроечной шлейфовой линии должна быть несколько меньшей, чем λ/4.
Для снижения массы антенны диполи могут быть выполнены в виде трубок двух различных диаметров, вставленных друг в друга, что напоминает телескопическую конструкцию. При использовании деревянной несущей конструкции целесообразно вместо шлейфов использовать катушки из медного провода диаметром 3...5 мм, навитого на сердечник из плексигласа или полистирола. Диаметр катушек около 20 мм. Для директора необходимо иметь 4,5 витка, а для рефлектора — 12. «Замыкатели» выполняются из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом длиной 1,1 м для директора и 2,35 м для рефлектора.
Параметры четвертьволновых шлейфов оказываются достаточно критичными с точки зрения широкополосности антенны. Наилучшие в этом смысле результаты достигаются при использовании для директора линии с волновым сопротивлением Z0 = 75...100 Ом, а для рефлектора — линии с Z0 = 300 Ом.
По отношению к полуволновому диполю антенна имеет усиление около 7,5 дБ в диапазоне 10 м; 5,6...6,0 дБ — в диапазоне 15 м и около 2,5 дБ в диапазоне 20 м. Отношение F/B составляет примерно 20 дБ и сильно зависит от настройки шлейфов. Изменение высоты подвеса антенны над землей особенно заметно влияет на входное сопротивление антенны в диапазоне 20 м.
При правильной настройке антенны на зажимах В—В получаем (см. рис. 5.110а) почти полную компенсацию реактивной составляющей YY линии и реактивной составляющей XX контура, которая имеет противоположный знак на крайних частотах. Как показано на рис. 5.110б, результирующая кривая ХХ+YY расположена практически вблизи нулевой линии, в то время как кривые YY+XX достаточно далеко отстоят от нее. Правда, в центральной части (в диапазоне 21 МГц) влияние реактивной составляющей теперь сказывается сильнее, но ее величина оказывается достаточно малой.