Идеальная антенна Бевереджа

Классическая АБВ представляет собой тонкий провод длиной, большей в несколько раз длины волны, на которой работает антенна, нагруженный на сопротивление, равное волновому (рис.1) сопротивлению линии, образованной проводниками: антенна-земля. Высота подвеса АБВ составляет от 1 до 5 м, в зависимости от диапазона частот, в котором она используется.

Входное сопротивление АБВ высоко, и равно волновому сопротивлению линии, образованной проводом, составляющим полотно антенны и землей, играющей роль второго провода. Рассчитав значение волнового сопротивления проводника диаметром 1-2 мм получим, что уже начиная с высоты около 1 метра и выше (до 5-10 м) его волновое сопротивление составит примерно 400-600 Ом. Это весьма важный результат. Нет необходимости при подвесе АБВ соблюдать всюду равную высоту подвеса. В зависимости от местных условий, при работе в экспедиции, например, она может быть растянута на кустах, деревьях, кольях. Стационарная антенна Бевереджа также может варьировать высотой подвеса.

Следует помнить, что на 160 метров эффективно работает антенна с высотой подвеса 3-5 м, а на 10 метровом диапазоне – с высотой подвеса не менее 1 м.

Из этого можно заключить, что АБВ слабо подвержена низкочастотным составляющим атмосферных помех.

Коэффициент усиления АБВ равен:

G = K × (L/l)

где G - коэффициент усиления,

К - коэффициент, зависящий от качества изготовления АБВ,

L - длина антенны,

l - длина волны, на которой работает антенна.

Из этой формулы понятно, что чем длиннее полотно антенны, тем выше ее коэффициент усиления.

Антенна Бевереджа принимает вертикальную поляризованную волну, падающую на нее под небольшим углом. Такие характеристики имеет или поверхностная волна радиостанции, находящейся в пределах радиовидимости, либо волна дальней радиостанции (рис.2).

Максимум приема лежит в плоскости параллельной полотну антенны. Очевидно, что при перпендикулярном падении электромагнитной волны, она просто ничего не наведет в антенне, а при падении под углом, вследствие сложения наведенных в антенне с разными фазами напряжений, последние будут компенсировать друг друга (рис.3).Очевидно, что при падении электромагнитной волны под углом к горизонту также будет происходить подобная компенсация сигнала, наведенная этой волной (рис.4).

Если электромагнитная волна будет приходить от направления, противоположного нагрузке, то она будет поглощаться в ней (рис.5). Понятно, что никогда не удастся добиться идеального согласования нагрузки R_н c волновым сопротивлением полотна антенны, и при работе антенны в ней будут стоячие волны. Это значит, что не вся энергия, падающая на антенну с противоположного конца, поглотится в нагрузке, небольшая ее часть отразится на вход приемника. На основании вышеизложенного можно построить теоретическую диаграмму направленности антенны Бевереджа. Она представляет собой узкий луч в горизонтальной и вертикальной плоскости, направленный в сторону нагрузки и по теории, точное отражение этой же диаграммы направленности, но значительно меньшее по интенсивности направленное в противоположную сторону (рис.6).

При значительном превышении длины полотна антенны над длиной волны, на которой работает антенна, происходит дробление диаграммы направленности на лепестки (рис.7). Подробные диаграммы направленности антенны Бевереджа приведены в Л.1. Чем меньше задний лепесток диаграммы направленности, тем лучше согласована антенна с нагрузкой. Но работа реальной антенны Бевереджа значительно отличается от идеальной, например, задний лепесток никогда не будет точным отражением переднего из-за неравенства в сопротивлении нагрузки антенны R_н сопротивлению входа приемника (или выхода передатчика), потерь на излучение и потерь в земле. Именно “земля” играет для антенны Бевереджа первостепенную роль.

2. “Земля” антенны Бевереджа.

Работа реальной антенны Бевереджа во многом зависит от качества “земли”. Разберем идеальный случай: “земля” бесконечная и проводящая. Начнем с частного случая, когда проводящий участок сосредоточен прямо под полотном антенны и равен ему по физическим размерам. На практике это означает то, что нами проложен провод от нагрузки к генератору, лежащий на плохо проводящей земле (рис.8).Очевидно, при этом ток в полотне антенны будет почти равен току в “земляном” проводе. Электромагнитное поле будет взаимодействовать в основном только с двумя проводами – верхним и нижним.

Если мы проложим несколько “земляных” проводов, то также очевидно, что ток I_i равен сумме токов I_n (рис.9). Также очевидно, что максимальный ток будет протекать в противовесе n₂, а в остальных противовесах токи будут меньше.

На практике, если рассчитывают использовать антенну Бевереджа на передачу, то для эффективной работы прокладывают не менее 3 противовесов. Один – под полотном антенны, и два других – по краям от него на расстоянии равном от половины высоты подвеса до высоты подвеса полотна антенны (рис.10). Для эффективной работы этих противовесов они должны быть подняты над землей на небольшую высоту (5-10 см) или, при обеспечении их защиты от коррозии, лежать на земле или их можно закопать на глубину не более 10 см. При использовании антенны Бевереджа как приемной антенны “земле” не уделяют столь большого внимания. Обычно на приемных центрах используют 10-30 противовесов длиной около 0,1 от длины антенны, закопанных на глубину 10 см на конце нагрузки и трансформатора.

Но при этом не экономится провод для противовесов, более того, его расходуется даже больше, чем было бы, если использовать провод, проложенный под антенной Бевереджа, и в некоторых случаях возрастает шум антенны. Это происходит за счет того, что в нее включаются участки земли, которые могут служить источником шума (рис.11). Обычно трудно определить, что за аномалия является источником шума – это может быть следствием токов, протекающих в земной коре, может быть также обусловлено действием промышленности (воздушные ЛЭП, подземные линии электропередач и т.д.).

Если на приемных радиоцентрах выбирают местности, где таких воздействий нет, то в Вашем случае возможно, QTH находится там, где и расположен такой источник шума. Кстати, такой источник шума иногда бывает настолько интенсивным, что иногда забивает своим белым шумом приемник. В таком месте из-за шумов с трудом принимаются слабые сигналы радиостанции, но отнеся приемник на несколько сот метров в любую из сторон, качество приема во всех диапазонах значительно улучшается из-за снижения уровня шума. Антенна Бевереджа наиболее подвержена воздействию таких шумовых источников, особенно без “земляного” провода под ней.

На передачу такая антенна (рис.11) будет работать неудовлетворительно. Это связано с тем, что в цепь антенны включено сопротивление земли R3, которое в общем случае сравнимо с волновым сопротивлением антенны. R3 уменьшает КПД антенны. При использовании антенны Бевереджа на прием это не страшно, так как обычно приемники имеют запас по усилению. Понятно, что при работе на передачу КПД является главнейшим показателем антенны. Надо еще знать, что реальное сопротивление “земли” во многих случаях не линейно, т.е. зависит от величины высокочастотного тока, протекающего в ней. Это может вызвать изменение параметров антенны в зависимости от мощности, подводимой к ней. Очевидно, что при SSB сигнале параметры антенны могут меняться в зависимости от его пиков, что может ухудшить работу выходного каскада и вызвать искажение излучаемого антенной SSB сигнала.

Не следует забывать и о том, что почва в России может промерзать зимой на значительную глубину. Это существенно снизит эффективность антенны Бевереджа. Но часто по многим причинам трудно или нецелесообразно использовать “земляной” провод под полотном антенны. В этом случае используют так называемую “лучевую антенну”, которую мы рассмотрим ниже.

3. Использование в качестве “земли” четвертьволновых противовесов.

“Лучевая” антенна, используемая для работы на радиостанциях типа Р105, изображена на рис.12. Она представляет собой провод длиной L, где L составляет около десяти длин волны, на которой работает радиостанция, к которой через резистор 400 Ом подключено несколько противовесов длиной в четверть волны. Несколько таких же противовесов подключено и к корпусу радиостанции.

Ток в такой антенне протекает за счет токов смещения в пространстве между противовесами (рис.13). Ток в почве в этом случае не играет большой роли, даже если земля идеальный проводник. В части, описывающей штыревые антенны (п.12) приведены значения сопротивления четвертьволновых противовесов. Этот параграф верен и для антенны Бевереджа. Тогда можно представить эквивалентную схему, антенны как показано на рис.14. Для увеличения КПД нужно стремиться к уменьшению сопротивления системы противовесов. При волновом сопротивлении антенны 400-600 Ом желательно использовать не менее 2 противовесов на стороне нагрузки и стороне питания.

При использовании антенны Бевереджа в разных диапазонах необходимо для каждого диапазона использовать не менее 2 противовесов длиной в четверть волны (рис.15). Антенна Бевереджа с четвертьволновыми противовесами уже не является классической антенной Бевереджа, но параметры такой антенны совпадают с параметрами антенны Бевереджа.

Дата добавления: 2014-01-04