Ремонт радиолюбительской аппаратуры

Поиск по сайту

QRZ.COM call Base:

QRZ.RU Callbook'e:
IK3QAR QSL Manager

Антенны

Сравнительный анализ параметров многодиапазонных антенн с различными способами возбуждения.

1 Многие мои друзья и знакомые радиолюбители с давних пор спорят о том, каким образом лучше запитывать активные элементы многодиапазонных антенн - " трайбендеров" и т. п. Каждый старается привести свои аргументы , увы , далеко не всегда оправданные с точки зрения професиональных знаний. Полагаю, что в этом случае лучше всего опираться на данные, полученные на основе моделирования антенн, так как в наших условиях корректно и точно измерить большую часть параметров практически невозможно (в первую очередь это касается коэффициента усиления).

1. Два варианта запитки трёхдиапазонной антенны по одному кабелю.

      Казалось бы, проще всего было бы соединить все вибраторы между собой открытой линией, как показано на рис1.  Но оказывается, что в этом случае резонансная частота вибраторов, запитанных через эту линию определяется не длиной самого элемента, а суммой длин его плеча и проводника питающего шлейфа. Из-за этого излучающая часть вибратора становится короче, что неизбежно приведёт к сужению полосы пропускания и к некоторому снижению сопротивления излучения, столь важного с точки зрения КПД. К счастью, усиление практически не падает , а вот КСВ по краям диапвзона точно будет хуже. Можно поступить иначе - не утруждать себя изготовлением линии и крепёжных элементов для неё, из -за которой, к тому же, сузится полоса а , полагаясь на взаимоиндукцию , расположить рядом с запитанным кабелем элементом вибраторы других диапазонов нужной длины. Полоса пропускания получится несколько шире, хотя и останется меньше, чем у однодиапазонной антенны, а остальные параметры (усиление и ДН) останутся такими же. Тут вроде бы и спору конец - второй вариант несомненно проще и даже несколько эффективнее, но ...

 liniya

Аргумент одного из российских производителей , сделанный в пользу так называемой "честной" запитки, сразил меня наповал. С его слов, если токи в вибраторах наводятся за счёт взаимной индукции, а не непосредственно за счёт ЭДС, действующей в точке запитки, в них возникнут "огромные потери" равно как это происходит в связанных контурах входной цепи приёмника. Говоря об этом, стоило бы вспомнить , что потери в таких контурах обусловлены стремлением получить максимальную добротность нагруженных цепей для обеспечения эффективной фильтрации по входу. Но антенна не фильтр и добротность в нашем случае мы стремимся сделать минимальной для лучшего согласования во всей полосе, да и проводники будут куда большего диаметра, чем в миниатюрных катушках радиоприёмника. К стати, при любой запитке токи во всех пассивных элементах - в рефлекторе и директорах - наводятся за счёт той же взаимоиндукции и, если верить подобным аргументам, любая многоэлементная антенна не излучатель вовсе, а огромный резистор.

        Как ни крути, утверждния о том, что в случае "честной" запитки усиление будет заметно большим - очередной антенный миф. Тем не менее, чтобы окончательно его развеять, полезно будет проанализировать данные, полученные в ходе анализа моделей двух почти полностью одинаковых антенн с разной запиткой.  Ниже приведены диаграммы направленности и частотные характеристики КСВ, усиления и соотношения излучения вперёд / назад для двух антенн с одинаковой длиной полотна (8,7 метра ) и одинаковым количеством элементов (4 - 4 -8). Слева характеристики системы с обычной запиткой , основанной на принципе взаимоиндукции , справа - с "честной" запиткой по двупроводной линии.
 Невооружённым глазом видно, что разница в усилении и F/B во всём диапазоне составляет сотые доли дБ (вместо обещанных 1,5 - 2 дБ), а по КСВ "честная" запитка в целом проигрывает.

 ob14dnche14dn 

 

 

 

 

 

 

ob14fb

che14fb

ob14ksw  che14ksw  

Заодно, хотелось бы рассказать и о других способах запитки - куда более интересных.


 2. Запитка трёхдиапазонной антенны по трём отдельным кабелям.
    Теперь сравним две другие внешне очень похожие антенны с почти одинаковыми размерами (около 9,5 метра) и количеством элементов  (3-4-7).  Различие в том, что во втором варианте (графики справа) вибратор каждого из диапазонов запитывается отдельно.  Человеку непосвящённому может показаться, что нет никакого смысла связываться с установкой коммутатора и всеми вытекающими отсюда проблемами, однако, характеристики явно говорят в пользу именно этого варианта.

    Диапазон 21 мгц

347 21 fb357-3c 21 fb

347 21 swr357-3c 21 swr

       Диапазон 28 мгц

347 28 fb357-3c 28 fb

347 28 swr357-3c 28 swr

     Усиление здесь снова практически одинаковое, но другие параметры говорят сами за себя. КСВ на краях диапазона при запитке тремя кабелями ни в какое сравнение не идёт с однокабельным вариантом, который гораздо хуже (и это ещё мягко сказано). То же можно сказать и об соотношении вперёд - назад : 10 дБ или 23 дБ - решайте сами.

3. Активная запитка рефлектора .
       Более полувека назад такой вариант запитки был предложен HB9CV для двухэлементной антенны . Данный вид запитки имеет существенные преимущества и , недаром , приобретавшую всё большую популярность антенну стали называть его именем. Дело в том , что в рефлекторе при обычной запитке невозможно навести ток достаточной величины . Поэтому соотношение FB у обычной двухэлементной антенны не дотягивает и до 11 дБ . Если же непосредственно подвести к нему ЭДС нужной амплитуды и фазы и запитать его , как второй активный вибратор, ситуация изменится кординально. FB в 35 дБ при этом не предел. Но дело не только в улучшении направленных свойств. В этом случае амплитуды и фазы токов сохраняются в очень широкой полосе частот и намного меньше зависят от отклонений в геометрии. Даже на краях двухсоткилогерцового участка в диапазоне 40 метров FB не падает хуже 25 дБ , а КСВ не превышает 1,4 . И это всё при длине бума 5,5 метра!
      Жаль , что так мало компаний производят эту простую и очень эффективную конструкцию. Из -за недоступности средств моделирования эта антенна на протяжении многих лет считалась уникальной и никому не удавалось построить на её основе более сложные антенны. К счастью, теперь такие возможность есть. Почему бы , например, не запитать таким же способом и директор? Результаты видны сразу:

 20 3 act plot Уникальное постоянство ДН во всём диапазоне при FB около 40 дБ даже на краях . КСВ при этом не хуже 1.25. Не плохо - судите сами. Таким замечательным запасом стабильности можно воспользоваться и для увеличения усиления. Если 20 дБ соотношения вперёд-назад  достаточно, усиление трёхэлементной нтенны можно поднять до 9 dBi, что у классических антенн удаётся получить только при четырёх элементах и весьма приличной длине бума.

 

20 3 act fb20 3 act swr 

Всё вышесказанное применимо и к многодиапазонным антеннам . За счёт запаса стабильности при активной запитке рефлектора удаётся значительно улучшить их параметры даже при запитке одним кабелем, ведь вибраторы соседних диапазонов в таких системах уже не должны распологаться рядом.

 В. Червяков  RJ3FF



Случайное фото из архива
  • UA0QNH
  • XL222 SR2070 UA0QNH antenna