Примеры конструктивных решений антенны

Ранее были представлены основные принципы проектирования антенны Уда—Яги для любого частотного диапазона. При проектировании антенны следует использовать средние частоты диапазонов: 3,65; 7,05; 14,15; 21,20; 28,60 МГц. В антеннах, работающих на граничных частотах диапазонов, в особенности в диапазонах 3,5 и 28 МГц, как правило, наблюдается большое значение коэффициента стоячей волны. Как было показано в § 2.2, это обстоятельство не является серьезным препятствием для процесса излучения, однако согласования в этом случае, естественно, добиться бывает достаточно трудно.

Обратим внимание на то, что указанные размеры антенн являются лишь ориентировочными, требующими уточнения при настройке уже изготовленной антенны. Дело в том, что при проектировании, как это уже неоднократно отмечалось, весьма трудно учесть влияние земли и окружающих антенну предметов (в том числе и элементов конструкции) на электрические параметры антенны.

Антенны, предназначенные для диапазонов 3,5 и 7,0 МГц, имеют большие габаритные размеры, что, в свою очередь, создает практически непреодолимые трудности при реализации механического вращения полотна антенны. Меньшие, хотя по-прежнему существенные трудности встречаются при решении этой проблемы в диапазонах 14 и 21 МГц.

В связи с изложенным становится очевидной важность разработок, направленных на уменьшение габаритных размеров антенн. Выделим два направления:

  1. разработка схем антенн с малыми физическими размерами диполей, электрическое удлинение которых достигается включением сосредоточенных индуктивностей;
  2. разработка схем антенн, имеющих малые габаритные размеры, что достигается изменением конфигурации плеч диполей.

Оба этих способа были достаточно полно рассмотрены в § 5.2, где и рекомендуем искать необходимую информацию.

Еще раз подчеркнем (и это обстоятельство надо иметь в виду при конструировании), что любое уменьшение физических размеров излучающих элементов приводит к уменьшению эффективности поверхности раскрыва, КПД и усиления.

Укорочения плеч вибраторов можно достигнуть путем применения конструктивных элементов, увеличивающих концевую емкость. В этом случае не происходит существенного перераспределения тока вблизи пучности, что приводит к меньшим деформациям диаграммы направленности антенны при изменении частоты, чем в схеме со встроенными катушками индуктивности, расположенными вблизи пучности тока.

Следует отметить, что любое укорочение плеч вибраторных антенн приводит к сужению рабочего диапазона частот, причем как диапазон частот, так и сопротивление излучения антенны изменяются в K2 раз, где К — коэффициент укорочения, т. е. отношение физической длины lф диполя к его электрической длине lэ, т. е. К = lф/lэ. И наконец, следует помнить, что при использовании антенн, укороченных за счет индуктивностей, встроенных в плечи вибратора, следует ожидать возрастания потерь и, как следствие, снижения КПД.

Перейдем непосредственно к конструктивным решениям антенны Уда — Яги. Основные параметры двух- и трехэлементной антенн сведены в табл. 5.16. Для двухэлементной антенны вибратор — директор (WD) приняты следующие размеры: длина вибратора W = 144,8/f, длина директора D = 136,5/f и расстояние D—W = 36,6/f. Для трехэлементных антенн рефлектор — вибратор — директор (RWD) приняты следующие размеры: W = 144/f, D = 135,6/f, R = 152,6/f и R—W = D—W = 42,6/f.

ТАБЛИЦА 5.16. Размеры двух- и трехэлементных антенн
Частота, МГц 7,05 14,15 21,20 28,6 28,2 29,0
Число элементов 2 3 2 3 2 3 2 3 3
Длина вибратора W, м 20,53 20,42 10,24 10,19 6,83 6,78 5,02 5,11 4,97
Длина директора D, м 19,37 19,25 9,66 9,58 6,43 6,40 4,63 4,81 4,68
Длина рефлектора R, м - 21,65 - 10,79 - 7,20 - 5,41 5,25
Расстояние D—W = R—W, м 5,18 6,05 2,59 3,01 1,70 1,98 1,31 1,51 1,47
Диаметр d, мм 50 50 40 40 25 25 25 25

В этих антеннах сопротивление излучения составляет около 20 Ом, ширина диапазона для КстU < 2 около 4%, усиление двухэлементной антенны WD около 5,3 дБ, трехэлементной R—W—D G = 8,3 дБ; отношение F/В в антенне WD составляет 10 дБ, в антенне RWD — 25 дБ.

На рис. 5.99 показаны примерное решение некоторых конструктивных узлов и способы монтажа мачты.

Рис. 5.99. Конструктивное решение основных узлов антенны