Схема этой антенны приведена на рис. 5.126. Отметим, что данная схема является более общей по сравнению со схемой двухэлементной антенны, хотя методы анализа обоих вариантов достаточно близки.
Поэтому ниже будем касаться как двух-, так и и трехэлементной антенны типа «квадрат».
Отметим, что в рассматриваемой антенне взаимосвязь между рефлектором и вибратором больше, чем между директором и вибратором. Усиление антенны во многом определяется расстоянием между элементами антенны. Оптимальные с этой точки зрения расстояния находятся в в пределах 0,12...0,15λ (рис. 5.126б). Сопротивление излучения также определяется расстоянием между элементами антенны (рис. 5.126в). Так, например, при R—W = 0,11λ получаем, что Rизл = 65 Ом, а усиление по сравнению с полуволновым диполем равно 5,5 дБ (для двухэлементной антенны) и 6,6 дБ (для трехэлементной антенны).
Следует иметь в виду, что из-за большей протяженности антенны по вертикали нижний ее элемент расположен ниже, чем у антенны Уда — Яги, что приводит к изменению входного сопротивления антенны (рис. 5.126г).
Форма диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости зависит от высоты подвеса антенны над землей, что иллюстрируется серией графиков, приведенных на рис. 5.127а. Угол ориентации основного лепестка диаграммы двухэлементной антенны в вертикальной плоскости изменяется при изменении высоты подвеса антенны над землей, как это показано на рис. 5.127б.
Настройка антенны производится путем изменения длины шлейфа, подключенного к рефлектору, а в варианте трехэлементной антенны типа «квадрат» — также и изменением длины шлейфа, подключенного к директору. В принципе рефлектор может иметь те же самые размеры, что и вибратор, но в этом случае потребуется шлейф большей длины. Наиболее оптимальная длина рефлектора на 4% больше длины вибратора. Если использовать слишком длинный рефлектор, то для настройки потребуется вводить емкость, что достигается, например, с помощью разомкнутого шлейфа.
На рис. 5.128 приведены графики, показывающие, каким образом при изменении частоты (в окрестности 21 МГц) изменяются KстU, усиление и отношение F/B двухэлементной антенны типа «квадрат».
При настройке следует добиваться максимального значения отношения F/B. Потери усиления в данном случае очень малы и ими можно пренебречь.
Отметим, что в двухэлементной антенне, содержащей вибратор и директор, анализируемые зависимости имеют другой ход.
В табл. 5.21 приведены основные размеры трехэлементной антенны типа «квадрат», показанной на рис. 5.126.
| Резонансная частота, МГц | 7,05 | 14,1 | 21,1 | 29,0 |
|---|---|---|---|---|
| Длина стороны lW = lR, м | 10,67 | 5,40 | 3,56 | 2,62 |
| Расстояние S, м для: | ||||
| ZA = 70 Ом | 5,20 | 2,46 | 1,70 | 1,27 |
| ZA = 50 Ом | 4,32 | 2,13 | 1,42 | 1,06 |
| Длина шлейфа R, м | 1,1...1,9 | 0,8...0,9 | 0,48...0,56 | 0,38...0,45 |
| Длина рефлектора (без шлейфа, м) | 11,68 | 5,92 | 3,92 | 2,88 |
При расчете длин сторон рефлектора, директора и вибратора трехэлементной антенны типа «квадрат» можно пользоваться формулой $$\begin{equation} l=75\frac{K}{f}\end{equation}\tag{5.15}$$ где f — частота, МГц; К — коэффициент, равный 1,02 для вибратора, 1,045 для рефлектора и 0,988 для директора.
Отметим еще одно достоинство антенны типа «квадрат». Дело в том, что пространство внутри элементов антенны практически свободно и в нем можно разместить вторую или даже третью антенну такого же типа, работающую на более высоких частотах. Конструктивные решения, осуществляющие эту идею, могут быть различными. Антенны можно разместить в одной плоскости (см. рис. 5.125а, в).
Можно реализовать ту же идею при сохранении оптимального электрического расстояния между элементами антенны (см. рис. 5.125б, г). Второе решение, при котором получаются лучшие электрические параметры антенны во всех диапазонах, является более предпочтительным. Отметим, что в данных вариантах размещение исполнительных антенн практически не сказывается на усилении и сопротивлении излучения более низкочастотной антенны, однако отношение F/B этой антенны ухудшается. Питание всех трех антенн можно осуществить тремя независимыми линиями. Однако такое решение невыгодно, и поэтому чаще используется схема с одной линией питания, дополненная специальными устройствами согласования в виде гамма-трансформаторов. Конструкция такого устройства и основные параметры схемы питания приведены на рис. 5.129.
Исследования показали, что переход от двухэлементной антенны типа «квадрат», содержащей вибратор и рефлектор, к трехэлементной антенне приводит к выигрышу в усилении на 1,7 дБ. Аналогичная процедура в антенне Уда — Яги дает выигрыш 2,7 дБ.
Трехэлементная антенна имеет более узкую полосу рабочих частот (рис. 5.130а, пунктирная линия). Расширение полосы частот достигается перестройкой элементов антенны. Для этого рефлектор настраивают на более высокую частоту, а директор — на более низкую. Полученная таким образом частотная зависимость KстU показана на рис. 5.130а сплошной линией. Аналогичным образом зависят от частоты и другие параметры антенны рис. 5.130б—г).
На рис. 5.131 показаны возможные способы выполнения рефлектора и директора. Каждый из представленных способов имеет свои достоинства и недостатки, уже известные читателю. Поэтому окончательный выбор в пользу того или иного решения при конкретном проектировании антенны этой группы полностью зависит от ее разработчика.
