В § 5.2 уже была описана разомкнутая ромбическая антенна. На практике чаще используется ромбическая антенна, нагруженная на сопротивление. Работает ромбическая антенна так же, как и нагруженная антенна в виде длинной линии.
На рис. 5.51 приведены размеры ромбической антенны. На этом же рисунке показано, каким образом происходит пространственное сложение диаграмм направленности отдельных сторон ромбической антенны в результирующую диаграмму направленности. Размеры антенны заданы в длинах волн. Лепестки диаграммы от a1 до a4 складываются, совпадая по направлению и по фазе, а лепестки b1 и b4 частично компенсируются. Результирующая диаграмма направленности ромбической антенны имеет сложную форму. На рис. 5.52 приведена несколько упрощенная пространственная диаграмма направленности ромбической антенны.
В литературе [2] эта же характеристика представлена в проекции на горизонтальную плоскость XY, вертикальную плоскость XZ, а также на плоскость, наклонную под углом θ к оси θ, но проходящей через ось Y. Эти диаграммы представлены либо в сферических, либо в прямоугольных координатах. Их форма зависит от длины ромба, угла раскрыва и высоты подвеса антенны.
Изменение частоты или длины сторон ромба приводит к незначительному изменению главного лепестка диаграммы направленности, но к существенному изменению формы диаграммы в боковых направлениях. Дело в том, что боковые лепестки диаграммы появляются в результате сложения диаграмм направленностей, соответствующих излучению всех четырех сторон ромба. Каждая из этих диаграмм соответствует диаграмме длинной нагруженной на конце антенны. Фазы боковых лепестков диаграммы попеременно меняются на 180° (см. рис. 5.49в). Результирующая диаграмма направленности имеет вид, показанный на рис. 5.52. В главном лепестке диаграммы сосредоточено до 30...50% всей энергии, излучаемой антенной; остальная часть энергии сосредоточена в боковых лепестках [30].
Ромбическая антенна излучает волну, имеющую составляющие с вертикальной и горизонтальной поляризацией, причем их соотношение в различных лепестках диаграммы различно. В вертикальной плоскости, проходящей через главный лепесток, волна имеет горизонтальную поляризацию.
Характер диаграммы направленности ромбической антенны зависит от нескольких факторов: от длины плеча l, от угла φ, высоты подвеса h, а также от параметров земли (см. рис. 5.52б и 2.53).
Имеется ряд работ по анализу излучения ромбической антенны. Точный анализ направленных свойств ромбической антенны достаточно сложен, и поэтому при практическом проектировании целесообразно пользоваться графиками, приведенными на рис. 5.53, учитывающими положение главного лепестка диаграммы по отношению к плоскости ромба (угол θ) в зависимости от угла раскрыва (180— 2φ) и длины стороны ромба.
В случае, когда два плеча создают угол 180°—2φ = 2α, отдельные диаграммы суммируются в плоскости θ = 0. При меньшем угле раскрыва лепестки диаграммы ориентированы выше плоскости θ = 0 под углами, которые можно определить, используя графики на рис. 5.53.
Ромбическую антенну можно проектировать, используя результаты, приведенные в литературе [1, 2, 9, 21 и 30].
Ромбические антенны, проектируемые с целью достижения максимального коэффициента усиления, имеют большие геометрические размеры. Например, у антенны для диапазона 40 м с усилением около 15 дБ, максимум диаграммы направленности которой ориентирован в угломестной плоскости под углом θ = 15°, длина стороны ромба l = 7,4λ0 = 290 м, высота подвеса h = λ0 = 40 м, угол φ = 75°. Эти параметры определяют геометрические размеры антенны: длину около 600 м и ширину около 160 м.
Можно, несколько меняя значения параметров антенны и одновременно допуская небольшое уменьшение коэффициента усиления, получить антенну значительно меньших размеров. Параметры ромбических антенн, используемых в радиолюбительских диапазонах частот, приведены в табл. 5.7. На рис. 5.54 показана ромбическая антенна, применяемая для специальных радионаблюдений в радиоастрономии.
Большее значение коэффициента усиления ромбической антенны можно получить, не увеличивая размеры антенны, а используя систему ромбических антенн. Речь идет о системе ромбических антенн, расположенных рядом или друг над другом.
| Относительная длина l/λ | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | |
| Угол раскрыва 180° — 2φ | 111° | 91° | 76° | 68° | 63° | 58° | 45° | 51° | 48° | |
| Угол перелома 2φ | 69 | 89 | 104 | 112 | 117 | 122 | 126 | 129 | 132 | |
| Усиление антенны относительно диполя, дБ | 5,2 | 6,8 | 8,0 | 9,2 | 10,0 | 10,7 | 11,2 | 11,7 | 12,2 | |
| Диапазон 40 м | l | 41,5 | 63,0 | 84,0 | 105,0 | 127,0 | 148,0 | 169,0 | ||
| a | 47,0 | 88,5 | 132,4 | 174,5 | 217,0 | 259,0 | 302,0 | |||
| b | 68,5 | 90,0 | 103,5 | 117,5 | 133,0 | 144,0 | 154,0 | |||
| Диапазон 20 м | l | 20,8 | 31,5 | 42,0 | 52,5 | 63,0 | 74,0 | 84,5 | 95,0 | 106,0 |
| a | 24,0 | 44,5 | 66,5 | 87,5 | 108,0 | 130,0 | 151,0 | 172,0 | 194,0 | |
| b | 34,5 | 45,0 | 52,0 | 59,0 | 66,0 | 72,0 | 77,0 | 82,0 | 86,5 | |
| Диапазон 15 м | l | 13,0 | 21,0 | 28,0 | 35 ,0 | 42,0 | 49,5 | 56,5 | 63,5 | 70,5 |
| a | 15,7 | 29,5 | 44,5 | 50,0 | 72 ,0 | 87,0 | 101,0 | 115,0 | 129,0 | |
| b | 22,8 | 30,0 | 34,5 | 39,5 | 44,0 | 48,0 | 51 ,5 | 55,0 | 57,5 | |
| Диапазон 10 м | l | 10,2 | 15,6 | 21,0 | 26,2 | 31,5 | 37,0 | 42,0 | 47,5 | 52,5 |
| a | 11,6 | 22,0 | 33,1 | 43,5 | 54,0 | 65,0 | 75,0 | 86,0 | 96,0 | |
| b | 17,0 | 22,3 | 26,0 | 20,5 | 33,0 | 36,0 | 38,5 | 41,0 | 43,0 | |