Вплив розтяжок щогли на працездатність антен
Вплив розтяжок щогли на працездатність антен
Багато радіоаматорів, які серйозно підходять до будівництва своєї радіостанції, при встановленні антен на щогли фіксуються розтяжками, вживають різних заходів для того, щоб усунути їх можливий вплив на діаграми спрямованості антен. У цьому основним способом є т.зв. сегментування, тобто. розбиття їх на частини через ізолятори. Останнім часом із появою особливо міцних хімічних волокон часто застосовують поліамідні чи кевларові троси. Серед радіоаматорів досі немає єдиної думки про те, як саме впливають розтяжки з струму матеріалу. Усі знають, що впливають, але на питання ЯК? - Ніхто виразно відповісти не може. Для того, щоб внести повну ясність у цьому питанні, ми розповімо, як цю проблему вирішують у професійному зв'язку.
Для наочної ілюстрації результатів ми скористалися професійним програмним пакетом для розрахунку антенних систем GNEC.
За допомогою комп'ютерного моделювання ми перевірили наскільки правильно поширена думка про те, що щоглові розтяжки, виконані з провідного струму матеріалу сильно спотворюють діаграму спрямованості (ДН) антен, розташованих на цій щоглі.
Спочатку трохи про різновиди розтяжок.
Їх існує три види:
1. Безперервні непровідні розтяжки, виготовлені з матеріалів подібних кевлару. 2. Провідні розтяжки, що розбиті за допомогою ізоляторів на окремі сегменти. 3. Проводять безперервні розтяжки без ізоляторів та будь-якого сегментування.
Для того щоб графічне відображення ДН було зручне для сприйняття і наочніше замість звичної полярної ми вибрали лінійну систему координат. Це дозволяє зробити більш детальний аналіз бічних пелюсток при загальному згасанні сигналу, що набагато перевищує 20 дБ. На малюнках зображені ДН антенних систем з розтяжками, що відхиляються від напрямку максимального випромінювання антени на кут від 0 до 60 з інтервалом 15. Конфігурація розтяжок така, що їх розміщення щодо антени повторюється через кожні 60°. Тому п'яти значень кутів буде достатньо для того, щоб описати вплив розтяжок на продуктивність антени при обертанні навколо щогли на 360° (зрозуміло, що обертання відтяжок навколо щогли при фіксованому положенні антени відповідає обертанню антени при фіксованому положенні розтяжок).
Мал. 1а - ДН у горизонтальній площині верхньої антени стеку (висота 32 м).
Мал. 1б - ДН у вертикальній площині верхньої антени стеку (висота 32 м).
На рис. 1а та 16 показані ДН для верхньої антени стеку при різних кутах повороту антени щодо розтяжок. Зміни ДН у горизонтальній площині дуже малі. У вертикальній площині деякі зміни в ДН є в області задньої пелюстки. Враховуючи те, що в більшості випадків відхилення спостерігаються у напрямках ослаблення сигналу, що перевищують 30 дБ (рис. 16), цей вплив можнарозцінювати як незначне.
Головна пелюстка ДН у вертикальній площині, яка бере участь у проведенні зв'язків на далекі відстані (розташована під кутом 9° до горизонту) не спотворюється взагалі.
Графіки явно демонструють, що практична дія безперервних розтягувань, що проводять, на антену незначна. Хоча різниця між нулями при більш високих значеннях кутів (рис 16) досягає значних величин, ці зміни припадають на напрями випромінювання, де ослаблення сигналу становить 25 дБ і більше.
Для змагань та роботи з DX ці зміни несуттєві. На рис. 2а та 26 показані ДН для середньої антени стеку (висота підвісу - 22 м). На рис. 2а в області задніх пелюсток спостерігається зміна рівня сигналу на дБ у міру обертання антени. Зміна рівня сигналу області нулів ДН, показаної на рис. 26 становить 10-15 дБ, проте ці зміни відбуваються в тій ділянці ДН де рівень загасання становить більше 25 дБ.
Можливо, знайдуться ті, для кого такі відхилення видадуться неприпустимими. Однак запевняємо вас, що в більшості випадків у змаганнях і під час роботи з DX ви не помітите жодної різниці.
Мал. 2а - ДН у горизонтальній площині середньої антени стеку (висота 22 м).
Мал. 26 ДН у вертикальній площині середньої стека (висота 22 м).
Мал. За - ДН у горизонтальній площині стеку з трьох антен.
Мал. 36 - ДН у вертикальній площині стеку з трьох антен.
Результати дослідження впливу провідних розтяжок на ДН третьої (нижньої) антени стека виявилися настільки схожими на результати для першого та другого випадків, що наводити ці діаграми тут немає сенсу. Набагато цікавіше розглянути впливбезперервних провідних розтяжок на три антени об'єднаних у стек і живлення синфазно.
На рис. За і 36 зображені діаграми спрямованості для трьох антен об'єднаних в стек і живлення синфазно. Так само, як і в попередніх випадках, зміни ДН у горизонтальній площині вкрай малі. У вертикальній площині спостерігається спотворення ДН при великих кутах випромінювання. Але зауважте: зміни головної пелюстки ДН знову ж таки мінімальні.
Мал. 4 - ДН стека у вертикальній площині для випадку з розтяжками та без них
На рис. 4 показана ДН триповерхового стеку при повній відсутності розтяжок, графічно накладена на ДН, отриману для випадку з розтяжками (найгірший варіант), встановленими прямо під антеною при відхиленні 0°. За винятком другої пелюстки, (кут 30°), всі відхилення мають місце на напрямках, на яких ослаблення сигналу становить 20 дБ і більше.
Крім того, ми провели серію додаткових розрахунків, які показали, що розтяжки, розташовані безпосередньо під антеною, значно впливають на антену, ніж розтяжки навпроти неї (коли антена закріплена нижче точки кріплення розтяжок до щогли). Розрахунки показують, що для того, щоб антена працювала нормально, відстань між траверсою і місцем кріплення розтяжок повинна бути для діапазону 20 м не менше 0.9-1.5 м. опір яких становить 10-15 Ом, ніж для антен з опором 20-35 Ом.
Антени НЧ діапазонів
У більшості випадків як антен на НЧ діапазони використовуються конструкції з провідного дроту різної довжини, один кінець якого закріплений на щоглі, а другий на деякій відстані відземлі. Інтуїтивно здається, що розтяжки, що проводять, сильно погіршуватимуть якість роботи подібних антен. Однак це не завжди так, а іноді навіть навпаки. Підтвердженням цього є наступний приклад. Ми змоделювали похилий напівхвильовий диполь на діапазон 80 м, розташований під кутом 60° до рівня горизонту (земля під антеною має наступні характеристики: е=10, о=13 см/м). Висота щогли 32 м. Діполь розташований посередині між двома розтяжками. На рис. 5а зображені ДН у горизонтальній площині для щогли з розтяжками та без них. Цікаво, що в цьому випадку дроти розтяжок у напрямку максимуму випромінювання навіть збільшують посилення диполя, більш ніж на 2 дБ! З іншого боку, вони підвищують значення відносини F/B. На рис. 56 зображені діаграми спрямованості диполя у вертикальній площині. Результат аналогічний випадку показаному на рис. 5а
Мал. 5а - ДН похилого диполя у горизонтальній площині
З проведених досліджень можна зробити такі важливі висновки:
по-перше: безперервні провідні дроти розтяжок дійсно спотворюють діаграму спрямованості антен I встановлених на щоглі. Але: ступінь їх впливу на найважливіші для DX QSO параметри та характеристики ДН антен настільки мала, що немає практичного значення. по-друге: антена, встановлена на I. вершині щогли (рис. 1а і 16), не піддається жодному впливу з боку проводів розтяжок, якщо останні закріплені на щоглі на 3-6 м нижче за траверсу антени. по-третє: безперервні провідні розтяжки в деяких випадках можуть навіть покращити рис. 56 - ДН похилого диполя у вертикальній ДН для НЧ антен, розташованих між ними. площині
Враховуючи те, що вартість сучасних високоякісних ізоляторів (не кажучи про спеціалізованінепровідні розтяжки з кевлару і т.п.) дуже висока, безперервні провідні розтяжки без вбудованих ізоляторів мають законне право на існування.
На сьогоднішній день безперервні провідні розтяжки, несегментовані та неізольовані, підтримують численні щогли по всій країні. Це добре відомі всім щогли типу УНЖА (і подібні), що комплектуються лебідками зі сталевими тросами. Усі KB антени військового призначення, встановлені на таких щоглах, справно виконують свої завдання вже протягом одного десятка років.
Завантажити повну версію статті у форматі PDF (352kb).