Реализация радиоволн в вертикальных антеннах с круговым излучением

Радиолюбители уже почти не пользуются классической антенной Маркони, посколь­ку гораздо выгоднее установить верти­кальный излучатель как можно выше, за­менив естественное заземление противо­весом вокруг входа антенны. Подобные противовесы расходятся от основания ан­тенны по радиусам, поэтому их называют радиальными. На любительском жаргоне вертикальную антенну с несколькими на­строенными четвертьволновыми радиаль­ными противовесами именуют антенной Groundplane (англ. ground plane - плос­кость заземления).

В принципе антенна Groundplane с на­строенными радиальными противовесами представляет собой полуволновый вибра­тор с центральным питанием и характери­зуется таким же, как у него, теоретическим усилением 6,83 dBi (приведенным к изот­ропному излучателю). Усиление же антенны Маркони составляет 5,61 dBi. При этом предполагается, что речь идет о согласованных вертикальных антеннах без потерь над идеальным грунтом. Большее усиление вертикальной полуволновой по сравнению с горизонтальной по­луволновой ан­тенной объясняется полным отраже­нием волн от идеального грунта, чего на самом деле никогда не происходит.

Антенна Groundplane. (М. Ponte - французский патент № 764473, 1933 г.)

Схема такой антенны представлена на рис. 1. Как можно большее количество проводников (радиальных противовесов) длиной по l/4 прокладывается в горизон­тальной плоскости вокруг входа антенны по радиусам от ее оси.

Рис. 1. Антенна Groundplane с горизонтальными радиальными противовесами.

Вблизи ее входа про­тивовесы соединяются друг с другом, но вер­тикальный штырь остается изолированным от них. Должно быть, как минимум четыре таких противовеса, а поскольку здесь ра­ботают с резонансными четвертьволновы­ми отрезками, имеющими пучности на­пряжения на концах, их надо подвешивать на изоляторах.

Входное сопротивление антенны Gro­undplane составляет около 36 Ом, поэтому при питании через коаксиальный кабель возникает рассогласованность с фидером. Этого можно избежать, натянув проти­вовесы не горизонтально, а наклонно вниз под углом 135° к излучателю. В таком случае входное сопротивление достигает 50 Oм.

Для обеспечения согласованности с 50-омным коаксиальным кабелем приходится прокладывать противовесы круто вниз, и Groundplane превращается в почти отвес­ный полуволновый вибратор двойной дли­ны относительно антенны Groundplane.

Точное согласование коаксиального кабе­ля с входным сопротивлением подобной антенны обеспечивается четвертьволновым согласующим шлейфом. Однако изготовить коаксиальный тупико­вый шлейф механически сложно без подхо­дящего коаксиального тройника. Тому, кто не верит в возможность электрически бе­зупречного герметичного соединения коак­сиальных кабелей, лучше реализовать со­гласование с помощью схем на дискретных элементах.

На рис. 2 демонстрируется весьма удачная схема трансформатора, разработан­ная В. Зеефридом. Речь идет о Т-образной цепочке, которой можно заме­нять четвертьволновый коаксиальный транс­форматор в силу эквивалентности их элект­рических свойств. Индуктивность катушек L ₁ и L ₂ одинакова. Они размещаются так, чтобы индуктивная связь между ними ока­залась невозможной. Рекомендуется изго­товить катушки без каркаса из жесткой проволоки, чтобы подстраивать индуктив­ность в определенных границах, слегка ме­няя промежуток между витками. Для све­дения к минимуму потерь в согласующем устройстве целесообразно применить пе­ременный конденсатор С с воздушной изо­ляцией.

Рис. 2. Согласование антенны Groundplane через эквивалент трансформатора

При расчете эквивалента трансформато­ра исходят из необходимости согласовать полное сопротивление кабеля Z _k с вход­ным сопротивлением антенны Z _a, не допус­кая отражений. Импеданс цепочки транс­форматора Z _t рассчитывается по известной формуле:

Z _t=(Z _k Z _a)^1/2.

Кроме того, справедливы следующие вы­ражения:

Z_t = wL ₁ = wL ₂ = 1/ wC, w =2 p × f =6,28 f.

Дата добавления: 2014-01-07