В една от книгите си в края на 80-те години на миналия век, W6SAI, Бил Ор предлага проста квадратна антена с 1 елемент, която е монтирана вертикално върху една мачта. Антената W6SAI е произведена с добавяне на RF дросел. Квадратът е направен за обхват от 20 метра (фиг. 1) и се монтира вертикално на една мачта. В продължение на последното коляно на 10-метров армейски телескоп се вмъкват петдесет сантиметра фибростъкло, под формата на нищо различно от горната част на коляното на телескопа, с отвор в горната част, който е горният изолатор. Резултатът е квадрат с ъгъл отгоре, ъгъл отдолу и два ъгъла на скобите отстрани. По отношение на ефективността това е най-изгодният вариант за поставяне на антената, която се намира ниско над земята . Точката на захранване беше на около 2 метра от подлежащата повърхност. Кабелното свързващо устройство представлява парче дебел фибростъкло 100х100 мм, което е прикрепено към мачтата и служи като изолатор.Периметърът на квадрата е равен на 1 дължина на вълната и се изчислява по формулата: Lm = 306,3 \ F MHz. За честота от 14,178 MHz. (Lm = 306,3 \ 14,178) периметърът ще бъде 21,6 m, т.е. страна на квадрата = 5,4 м. Захранване от долния ъгъл с кабел 75 ома с дължина 3,49 метра, т.е. 0,25 дължина на вълната Това парче кабел е четвъртвълнов трансформатор, трансформиращ Rin. антени от порядъка на 120 ома, в зависимост от обектите около антената, със съпротивление близо до 50 ома. (46,87 ома). Повечето от дължината на кабела от 75 ома е разположена вертикално по протежение на мачтата. Освен това, чрез RF конектора, основната предавателна линия е 50 Ohm кабел с дължина, равна на цял брой полувълни. В моя случай това е участък от 27,93 м, който е полувълнов повторител. Този метод на захранване е много подходящ за 50 ома технология, която днес отговаря на R out в повечето случаи. Трансивъри ShPU и номиналният изходен импеданс на усилватели на мощност (трансивъри) с P-контур на изхода.При изчисляване на дължината на кабела, не забравяйте за коефициента на скъсяване от 0,66-0,68, в зависимост от вида на пластмасовата изолация на кабела. Със същия кабел от 50 ома, RF дросел е навит до споменатия RF конектор. Неговите данни: 8-10 оборота на 150 мм дорник. Намотка намотка към намотка. За антени за ниски честотни диапазони - 10 оборота на дорник 250 мм. RF дроселът елиминира кривината на диаграмата на излъчване на антената и действа като спирателен дросел за високочестотни токове, движещи се по обвивката на кабела към предавателя.Обхватът на честотната лента на антената е около 350-400 kHz. с VSWR близо до единица. Извън честотната лента VSWR се повишава драстично. Поляризацията на антената е хоризонтална. Брекетите са изработени от тел с диаметър 1,8 мм. счупен от изолатори поне на всеки 1-2 м. Ако смените точката на захранване на квадрата като го подхраните отстрани, резултатът е вертикална поляризация, което е по-предпочитано за DX. Използвайте същия кабел като за хоризонтална поляризация, т.е. четвъртвълнов кабел от 75 ома отива към рамката (централната сърцевина на кабела е свързана към горната половина на квадрата, а оплетката към долната), а след това кабелът 50 ома е кратен на половината - вълна. Резонансната честота на кадъра ще се повиши с около 200 kHz, когато точката на захранване се промени. (при 14,4 MHz.), така че рамката ще трябва да се удължи донякъде. Удължителен проводник, кабел от около 0,6-0,8 метра, може да бъде свързан към долния ъгъл на рамката (към бившата захранваща точка на антената). За да направите това, трябва да използвате участък от двупроводна линия от порядъка на 30-40 см. Вълновият импеданс не играе голяма роля тук. На контура е запоен джъмпер при минимален VSWR. Ъгълът на излъчване ще бъде 18 градуса, а не 42, както при хоризонталната поляризация. Много е желателно мачтата да се заземи в основата.
Нецентриран дипол
Много хора с къси вълни се интересуват от прости ВЧ антени, осигуряваща работа без включване на няколко любителски ленти. Най-известната от тези антени е Windom с еднопроводно подаващо устройство. Но плащането за простотата на производството на тази антена беше и остава неизбежната намеса в телевизионното и радиоразпръскване, когато се захранва от еднопроводно захранване и съпътстващото изясняване на отношенията със съседите.
Идеята за диполите на Windom изглежда проста. Чрез изместване на точката на захранване от центъра на дипола, можете да намерите съотношение на дължините на раменете, при което входните съпротивления в няколко диапазона стават доста близки. Най-често те търсят размери, при които е близо до 200 или 300 ома, а съпоставянето със захранващи кабели с нисък импеданс се извършва с помощта на балунови трансформатори (BALUN) със съотношение на трансформация 1: 4 или 1: 6 (за кабел с характерен импеданс 50 ома). Така се произвеждат например антените FD-3 и FD-4, които се произвеждат по-специално серийно в Германия.
Радиолюбителите сами проектират подобни антени. Определени трудности обаче възникват при производството на балансиращи трансформатори, по-специално за работа в целия късовълнов диапазон и при използване на мощност над 100 W.
По-сериозен проблем е, че такива трансформатори обикновено работят само на съгласуван товар. И това условие очевидно не е изпълнено в този случай - входният импеданс на такива антени е наистина близо до необходимите стойности от 200 или 300, но очевидно се различава от тях и във всички диапазони. Последствието от това е, че до известна степен този дизайн запазва антенния ефект на фидера, въпреки използването на съответстващ трансформатор и коаксиален кабел. В резултат на това използването на балунни трансформатори в тези антени, дори и с доста сложен дизайн, не винаги решава напълно проблема с TVI.
Александър Шевелев (DL1BPD) успя, като кандидатства съвпадащи устройства по линиите, разработи вариант на съвпадащи диполи на Windom, които използват захранване чрез коаксиален кабел и са лишени от този недостатък. Те бяха описани в сп. „Радиолюбител. Бюлетин SRR“ (2005 г., март, стр. 21, 22).
Изчисленията показват, че най-добрият резултат се получава при използване на линии с характерни импеданси от 600 и 75 ома. Линия с характерен импеданс от 600 ома настройва входния импеданс на антената във всички работни диапазони до стойност от приблизително 110 ома, а линия от 75 ома трансформира този импеданс до стойност, близка до 50 ома.
Нека разгледаме вариант на такъв Windom-дипол (обхвати от 40-20-10 метра). На фиг. 1 са показани дължините на рамената и диполните линии в тези диапазони за проводник с диаметър 1,6 mm. Общата дължина на антената е 19,9 м. При използване на изолиран антенен кабел, дължината на рамото е малко по-къса. Към него е свързана линия с характерен импеданс 600 ома и дължина приблизително 1,15 метра, а към края на тази линия е свързан коаксиален кабел с характерен импеданс 75 ома.
Последният, с коефициент на скъсяване на кабела, равен на K = 0,66, е с дължина 9,35 м. Намалената дължина на линията с характерен импеданс 600 ома съответства на коефициент на скъсяване K = 0,95. С такива размери антената е оптимизирана за работа в честотните ленти 7 ... 7,3 MHz, 14 ... 14,35 MHz и 28 ... 29 MHz (с минимален КСВ при честота 28,5 MHz). Изчислената графика на КСВ на тази антена за монтажна височина от 10м е показана на фиг. 2.
Използването на кабел с характерен импеданс от 75 ома по принцип не е най-добрият вариант в този случай. По-ниски стойности на VSWR могат да бъдат получени с помощта на кабел с характеристичен импеданс 93 ома или линия с характерен импеданс от 100 ома. Може да се направи от коаксиален кабел с характерен импеданс 50 ома (например http://dx.ardi.lv/Cables.html). Ако се използва линия с характерен импеданс 100 Ohm от кабел, препоръчително е да включите BALUN 1:1 в края му.
За да се намали нивото на смущения от частта на кабела с характерен импеданс 75 Ohm, трябва да се направи дросел - намотка (намотка) Ø 15-20 cm, съдържаща 8-10 завъртания.
Насочената диаграма на тази антена практически не се различава от диаграмата на насоченост на подобен Windom-дипол с балун. Ефективността му трябва да бъде малко по-висока от тази на антените, използващи BALUN, а настройката не трябва да е по-трудна от настройката на конвенционалните диполи на Windom.
Вертикален дипол
Добре известно е, че за работа на дълги разстояния вертикалната антена има предимство, тъй като нейната насоченост в хоризонталната равнина е кръгла, а главният дял на диаграмата във вертикалната равнина е притиснат към хоризонта и има ниско ниво на радиация до зенита.
Въпреки това, производството на вертикална антена е свързано с редица дизайнерски проблеми. Използването на алуминиеви тръби като вибратор и необходимостта от това ефективна работа, инсталирайте в основата на "вертикала" система от "радиали" (противотежести), състояща се от голям брой проводници с една четвърт дължина на вълната. Ако използвате не тръба, а тел като вибратор, поддържащата я мачта трябва да бъде направена от диелектрик и всички напорни проводници, поддържащи диелектричната мачта, също трябва да бъдат диелектрични или счупени на нерезонансни секции от изолатори. Всичко това е свързано с разходи и често е конструктивно неосъществимо, например поради липсата на необходимата площ за поставяне на антената. Не забравяйте, че входният импеданс на "вертикалите" обикновено е под 50 ома и това също ще изисква координацията му с фидера.
От друга страна, хоризонталните диполни антени, които включват Inverted V антени, са структурно много прости и евтини, което обяснява тяхната популярност. Вибраторите на такива антени могат да бъдат направени от почти всяка тел, а мачтите за тяхното инсталиране също могат да бъдат направени от всякакъв материал. Входният импеданс на хоризонталните диполи или Inverted V е близо до 50 ома и често е възможно да се направи без допълнително завършване. Моделите на насочеността на антената Inverted V са показани на фиг. 3.
Недостатъците на хоризонталните диполи включват тяхната некръгла диаграма на излъчване в хоризонталната равнина и голям ъгъл на излъчване във вертикалната равнина, което обикновено е приемливо за работа на къси пътища.
Завъртете обикновения хоризонтален дипол вертикално на 90 градуса. и получаваме вертикален пълноразмерен дипол. За да намалим дължината му (в този случай височината), използваме добре познатото решение - "дипол с огънати краища". Например, описание на такава антена е във файловете на библиотеката на И. Гончаренко (DL2KQ) за програма MMANA-GAL- AntShortCurvedCurved dipole.maa. Като огъваме някои от вибраторите, ние, разбира се, губим част от усилването на антената, но значително увеличаваме необходимата височина на мачтата. Огънатите краища на вибраторите трябва да са разположени един над друг, като се компенсира излъчването на вибрации с хоризонтална поляризация, което е вредно в нашия случай. Скица на предложената версия на антената, наречена от авторите Curved Vertical Dipole (CVD), е показана на фиг. 2.
Първоначални условия: диелектрична мачта с височина 6 м (фибростъкло или сухо дърво), краищата на вибраторите са изтеглени с диелектричен шнур (въда или найлон) под лек ъгъл към хоризонта. Вибраторът е изработен от медна тел с диаметър 1 ... 2 mm, гол или изолиран. В точките на прекъсване телта на вибратора е прикрепена към мачтата.
Ако сравним изчислените параметри на инвертираните V и CVD антени за 14 MHz обхват, е лесно да се види, че поради скъсяването на излъчващата част на дипола, CVD антената има 5 dB по-ниско усилване, но при ъгъл на излъчване от 24 градуса. (CVD максимално усилване) разликата е само 1,6 dB. В допълнение, антената Inverted V има хоризонтална неравномерност до 0,7 dB, т.е. в някои посоки тя превъзхожда CVD по усилване само с 1 dB. Тъй като изчислените параметри на двете антени се оказаха близки, окончателното заключение можеше да се направи само чрез експериментална проверка на CVD и практическа работа в ефир. Бяха произведени три CVD антени за 14, 18 и 28 MHz обхвати според размерите, показани в таблицата. Всички те имаха еднакъв дизайн (виж фиг. 2). Размерите на горното и долното рамо на дипола са еднакви. Нашите вибратори бяха направени от полеви телефонен кабел P-274, изолаторите бяха от плексиглас. Антените бяха повдигнати върху 6 m висока мачта от фибростъкло, като горната част на всяка антена беше на 6 m над земята. Огънатите части на вибраторите бяха изтеглени назад с найлонов шнур под ъгъл 20-30 градуса. до хоризонта, тъй като нямахме високи елементи за закрепване на кабелите. Авторите се увериха (това беше потвърдено и чрез моделиране) отклонението на огънатите участъци на вибраторите от хоризонтално положение с 20-30 градуса. практически не влияе върху характеристиките на ССЗ.
