KB АНТЕННИ АТ - НАЛАШТУВАННЯ ТА КОНСТРУКТИВНІ ВАРІАНТИ
Інж. К. СЕПП (UA3CT), канд. техн. наук А. СНЕСАРЄВ (UW3BJ)
У цій статті розглядаються практичні питання налаштування та конструктивного виконання антени "квадрат".
На першому етапі налаштування необхідно симетрувати і узгодити фідер і вібратор "квадрата".
Для двоелементних антен з відстанню між елементами 0.2L при живленні 75-омним коаксіальним кабелем найбільш популярним є застосування високочастотного трансформатора на феритовому кільці. Схеми та конструкції таких трансформаторів неодноразово публікувалися у літературі. Слід лише нагадати, що трансформатори повинні мати достатній зазор між витками дроту (2-3 мм) ізольованого від сердечника і бути захищені від вологи.
Для трьох- і чотириелементних антен з вхідним опором менше 50 Ом (тобто, коли опір фідера перевищує вхідний опір) найбільш ефективно симетрування і узгодження із застосуванням лінії, що налаштовується - гамма-узгоджувального пристрою. Зразкові вихідні дані таких пристроїв наведено у табл. 1. Діаметр дроту лінії може бути взятий таким же, як і для рамки випромінювача (1,5-2,5 мм), відстань між дроти рамки і лінії - в межах 5-10 см.
Діапазон, МГц
Довжина лінін, см
Ємність конденсатора, пф
Для кожного діапазону бажано мати окремий кабель живлення зі своїм узгоджувальним пристроєм, так як різні комбінації, ускладнюючи налаштування, не дозволяють отримати хорошого узгодження на всіх діапазонах.
Для налаштування антен радіоаматору необхідно мати такі прилади: вимірювач КСВ, генератор, напівхвильовий диполь, короткохвильовий приймач з лінійним індикатором силисигналу, що приймається, атенюатор із загальним загасанням до 50 дБ і перемиканням ступенями через 3 дБ.
Налаштування антени треба розпочинати з визначення робочої частоти системи загалом. Для цього в розрив фідера живлення включають вимірювач і вимірюють КСВ по діапазону через кожні 50 кГц. За даними виміру будують графік і за мінімальним значенням визначають частоту налаштування. Зміною довжини вібратора переміщують мінімум КСВ на задану частоту. Для антен, що мають гамма-узгоджувальні пристрої, можна змінювати частоту в межах ±30 кГц зміною довжини лінії, що погоджується, і ємності конденсатора. Налаштування на задану частоту можна виконувати на невеликій висоті (1-2 м) від землі (даху), взявши поправку по частоті (мінус 75 кГц для 14 МГц і пропорційно для інших діапазонів). Після цього, піднявши антену на робочу висоту, необхідно перевірити КСВ по кожному діапазону. При правильному налаштуванні КСВ має бути близько одиниці на заданій середній частоті кожного діапазону. На краях діапазону він підвищуватиметься, причому тим більше, чим більше елементів має антена: двоелементного "квадрата" в діапазоні 14 МГц- до 1,2-1,3, триелементного-до 1,5-1,6, чотириелементного - до 1 8-2. Це тим, що з збільшення числа елементів система стає більш вузькосмугової. Тому, до речі, оптимальні характеристики, отримані на робочої частоті, погіршуватимуться під час розладу по діапазону. Остання обставина суттєвіше, ніж збільшення КСВ, що призводить лише до зростання втрат потужності у фідері, що мають невеликі величини.
Після налаштування антени на задану частоту можна приступити до другого етапу - налаштування пасивних елементів, тобто отримання діаграми спрямованості. Слід зазначити, що від цієї роботи залежить якістьантеною системи. Тому радіоаматор не повинен зупинятися на перших задовільних результатах та довести налаштування до отримання найвищих характеристик.
Цей етап починають з налаштування рефлектора максимального придушення випромінювання назад. Для цього на відстані не менше 2L на висоті, що дорівнює висоті центру антени, встановлюють горизонтальний напівхвильовий вібратор (при горизонтальній поляризації квадрата), до якого підключають генератор, налаштований на робочу частоту. До вібратора "квадрата" підключають приймач. Направивши "квадрат" рефлектором на генератор, переміщають перемичку короткозамкнутого шлейфу рефлектора, досягаючи найменшого значення сигналу приймачі.
При налаштуванні двоелементних антен після цього перевіряють зміну КСВ діапазону. Аналогічно налаштовують антену на інших діапазонах, після чого перевіряють налаштування рефлектора і зміну КСВ, починаючи з першого діапазону. Таку серію послідовних підстроїв треба виконувати, поки зміни параметрів при кожному підстроюванні перевищують точність вимірювань.
На закінчення знімають діаграму спрямованості та визначають відношення випромінювань вперед/назад на робочих частотах кожного діапазону. Остаточно діаграму найкраще зняти за сигналами радіостанцій, що у двох зонах: ближньої (до 10-15 км) і далекої (800- 2000км).
Таким же шляхом налаштовують три- та чотириелементні антени. Директор (директори) налаштовують за максимальним сигналом на індикаторі виходу приймача, розгорнувши "квадрат" на генератор. Слід пам'ятати, що налаштування директора (директорів) негаразд різко виражена, як налаштування рефлектора, тому потребує більше часу й уваги.
Для скорочення часу корисно використовувати пристрій для дистанційного переміщенняперемичок короткозамкнутих шлейфів, запропоноване В. Бєгуновим (UW3HY). див. "Радіо", 1975. № 7, с. 11.
Слід застерегти малодосвідчених короткохвильовиків, які займаються налаштуванням спрямованих антен вперше, від визначення характеристик за оцінками сигналу іншими радіоаматорами. Справа в тому, що при такій оцінці важко врахувати вплив низки об'єктивних та суб'єктивних факторів, які зрештою можуть призвести до помилкових висновків. Якщо ж прийнято рішення провести експеримент, треба переконатися, що: проходження радіоволі не відрізняється будь-якими аномальними явищами і в обох пунктах один і той же час доби (за винятком сутінків); поляризація антен однакова; кореспондент має можливість вимірювати сигнал на лінійній ділянці свого приймача та індикатора виходу, а методика вимірів не відрізняється від загальноприйнятої; отримані повторювані результати.
Щоб виключити хоча б частину суб'єктивних причин, краще паралельно перевіряти характеристики антени в режимі прийому.
Подібна методика все ж таки може бути використана для налаштування найпростішої антени - двоелементного "квадрата". При такому налаштуванні набирають статистичні дані щодо вимірювання відношення випромінювань вперед/назад в режимі прийому різних станцій, що працюють поблизу робочої частоти, при різних довжинах короткозамкнутого рефлектора шлейфу і визначають його оптимальну довжину. На радіостанції UA3CT цей метод був перевірений і дав добрі результати. Однак для отримання достовірних результатів довелося виконати велику кількість вимірювань при відстані до кореспондентів від 800 до 2000 км. Кожна точка наносилася на графік після усереднення. Вимірювання виконувались через кожні 10 см довжини шлейфу рефлектора, а поблизу від максимального значення відношення випромінювань через 3-5 див.
Для антен, що мають більше двох елементів, цей метод непридатний, оскільки вловити зміни сигналу по випадкових станціях при налаштуванні директора неможливо.
Антена схематично зображено малюнку. Відстань між елементами дорівнює 0,2L. Рефлектор і вібратор з'єднані відрізком коаксіального кабелю, довжина якого і протифазне включення в рамки забезпечують необхідний зсув фаз. (Про розрахунок фазозсувної лінії для антени з активним живленням рефлектора розказано в статті "Антенна з активним рефлектором" в журналі "Радіо". 1968 № 9. с. 17.) До коаксіального кабелю в строго розрахованій точці підключений живильний.
Для узгодження з вхідними опорами рамок використані гамма-узгоджувальні пристрої, встановлені в нижніх кутах. Ці пристрої мають дещо незвичайний вигляд. З обох боків до рамок підключені по два короткозамкнених шлейфу шириною 12-15 см. До середини перемички одного зі шлейфів рефлектора приєднаний провід, який, проходячи через ізоляційні розпірки паралельно проводам шлейфу, через конденсатор С1 з'єднує перемичку з центральної житлової коаксі. Так, але протифазно, підключений вібратор.
На робочу частоту антену налаштовують підбором довжини вібраторів шлейфів, мінімального КСВ домагаються за допомогою двох гамма-узгоджувальних пристроїв, а максимального придушення випромінювання назад - підбором довжини шлейфів рефлектора і довжини коаксіальної лінії. Слід зазначити, що налаштування такої антени потребує великих навичок, терпіння та часу.
Після налаштування антени були отримані наступні характеристики: посилення-12 дБ, відношення випромінювань вперед/назад-30 дБ, відносин випромінювань вперед/вбік -більше 30 дБ, придушення задніх пелюсток - на 20 дБ нижче основного, КСВ наробочої частоти (14150 кГц) – 1,02.
Серед триелементних квадратів найбільш вдала конструкція, створена радянським радіоаматором А. Ф. Камалягіним (UA4IF). Антена розрахована для роботи на діапазонах 14 та 21 МГц. Конструктивні дані антени наведено у табл. 2. Її вхідний опір - близько 50 Ом на кожному діапазоні, тому як фідер можна застосувати 50-омний кабель, підключивши його до рамки безпосередньо або (краще) через симетруючий трансформатор. Можна застосовувати і 75-омний кабель, але з гамма-пристроєм, що погоджує. Фідер для кожного діапазону окремий.