Как укоротить диполь

Укороченный диполь для диапазонов 3,5 и 7 МГц

Введя в определенное место провода антенны катушку индуктивности, можно значительно уменьшить длину дипольной антенны. Чем больший ток протекает через катушку индуктивности, тем больше влияние катушки. Влияние катушки, размещенной на конце антенны, минимальное, а при размещении катушки в том месте антенны, где ток максимален, — наибольшее.

Для того чтобы антенна была резонансной, можно в принципе регулировать три параметра: длину диполя, индуктивность катушки, ее положение. Естественно, что возможно множество различных комбинаций этих параметров, приводящих к достижению поставленной цели, т. е. к созданию резонансной антенны.

Соответствующим образом размещая катушку индуктивности, можно добиться резонанса антенны как на основной частоте, так и на частоте вдвое большей. Это условие выполняется для антенны, показанной на рис. 5.21а.

Для диапазона 80 м (рис. 5.21б) антенна представляет собой укороченный (в физическом смысле) диполь, электрическая длина которого значительно больше физической длины и входное сопротивление которого RA = 60 Ом.

Для диапазона 40 м (рис. 5.21в) электрическая длина антенны составляет 3λ/2, а входное сопротивление в данном случае не соответствует данным, приведенным на графике рис. 2.82, так как обе половины диполя сильно укорочены и поэтому концы их мало участвуют в процессе излучения. Характер распределения тока по длине антенны для диапазона 40 м показан на рис. 5.21в.

Следует отметить, что данной антенне свойствен один существенный недостаток.

В диапазоне 80 м сильно возрастает добротность антенны и поэтому резко сужается рабочая полоса частот, которая в этом диапазоне примерно равна 80 кГц.

Потому антенна может работать только в части диапазона 80 м. Для расширения рабочей полосы частот можно рекомендовать уменьшить отрезок l2 до 1,35 м, а отрезок l2 до 10,66.

В диапазоне 40 м рабочая полоса частот достаточно широка (рис. 5.21г). Катушка индуктивности (L = 20 мкГн) содержит 200 витков, навитых на трубку из полихлорвинила диаметром 25 мм проводом диаметром 1 мм с эмалевой изоляцией. Обычно внешнюю поверхность катушки индуктивности покрывают изоляционным лаком.

Изменяя индуктивность катушки и ее расположение, можно получить антенну, работающую в диапазонах 80 и 20 м, 80 и 15 м, 40 и 20 м, 40 и 15 м. Размещая по две катушки индуктивности в каждом плече антенны, можно реализовать три диапазона, т. е.

80; 40 и 20 м. Следует иметь в виду, что настройка антенны, работающей в трех диапазонах, представляет собой достаточно тонкую операцию. Может быть, этим объясняется то, что такие антенны были предложены еще в 1927 г.

, а публикации на эту тему весьма скупы.

Источник: http://www.radiouniverse.ru/book/lyubitelskie-antenny-korotkih-i-ultrakorotkih-voln/ukorochennyy-dipol-dlya-diapazonov-35-i-7

Антенна INV V Multi band. Как изготовить и настроить

Желание построить простую, дешевую, многодиапазонную антенну, работающую на один кабель, без переключения диапазонов, без применения тюнера посещает всех радиолюбителей.

Заметим, что изменив, раскрыв в меньшую сторону, уменьшаем волновое сопротивление!

Значение КСВ становится близким к идеалу, что нам и требуется.

Как меня учили: «Делай всегда по максимуму хорошо, плохо само получится».J Диаграмма направленности.

Снять реальную картинку диаграммы направленности практически невозможно (в любительских условиях), потому будем пользоваться теоретическими программами и практикой работы в эфире.

Как видно, диаграмма направленности это «пузырь» бьющий в зенит. Для дальних связей это не лучший
вариант, но пусть Вас это не останавливает в проведении DX QSO! Всё возможно, хоть это и не Яги! Немного удачи, усидчивости, опыта (и КВт  J) сделают своё дело!

Ещё один миф о том, что антенна INV V направленная. «Основное излучение» идёт в сторону элемента, к которому подключена центральная жила кабеля. Бред! Это не так (смотри диаграмму направленности), она круговая. При практической эксплуатации этой антенны глубоких провалов в диаграмме на всех диапазонах не замечено.

Подготовка: Внешний осмотр крыши. Длина элементов антенны на диапазон 80 примерно 21метр (без оттяжек). При высоте мачты допустим  10метров, элементы диапазона 80 придётся растягивать как можно дальше. Получим сопротивление около 30-40Ом. Соответственно нам потребуется минимум  20-30метров от основания до края крыши.

Уточнение

В рассматриваемом ниже варианте, возникнет вопрос о растяжке в диполь элементов диапазона 80метров. Почему? Высота подвеса антенны тоже влияет на волновое сопротивление. Чем ниже к земле (крыше) будет висеть наша антенна, тем меньшее волновое сопротивление мы получим. Если подвес на 10метров для диапазона 40метров это уже 0,25 лямбда (терпимо), то на 80метрах это всего 0,12 лямбда (низко). Зачем тогда поднимать остальные элементы, если их можно «положить» диполями на крышу и получить те же 50Ом? Проблема в том, что в идеале антенна должна висеть в свободном пространстве как можно дальше от любых зданий, железа, проводов. Этим мы добиваемся минимизации помех и шумов от различных источников (бытовая техника, лампы дневного света, «китайские» зарядки…), идеальной диаграммы направленности. Увы, не каждый радиолюбитель может себе это позволить.Поэтому мы выбираем разумный компромисс. Жертвуя терпимой работой на диапазоне 80метров, достаточно хорошая работа всех  верхних диапазонах. Далее рассматриваем вариант с высотой мачты ~10метров.

При меньшей длине угол получается более острый, и получить при настройке приличный КСВ на 80м будет невозможно. Придётся довольствоваться КСВ>2 в лучшем случае.

Необходимо предусмотреть временное крепление оттяжек всех диапазонов. Присмотреть различные крючки, гвозди, будки вентиляции, мачты радиотрансляции. Элементы будут располагаться по окружности.

Изготовление антенны.

Для полотна антенны можно применить « полевик » в одну жилу. Использовать двойной провод, скорее всего не целесообразно. Толщина провода влияет на ширину полосы, но увеличение в два раза не приведёт к  значительному её расширению.

В принципе пойдёт любой медный, биметаллический даже алюминиевый провод разумных сечений. Главное обеспечить отсутствие растяжения провода на самом длинном элементе диапазона 80метров.

Из практики скажу, что провод в изоляции даст Вашей антенне ЗНАЧИТЕЛЬНО больше шансов провисеть долго и счастливо.

Приблизительные размеры элементов (один элемент)

  • 80м-20,5метров
  • 40м-10,2метров
  • 20м-5,2метров
  • 15м-3,5метров
  • 10м-2,5метров

Кончик элемента делаем так.

В такой конструкции элемент крепится в изоляторе «на излом», что не даёт ему возможности скользить и самопроизвольно удлинять антенну. Материал изоляторов любой: оргстекло, текстолит….

Обратите внимание на отверстия под провод и оттяжку! Они не должны иметь острых краев, способных
повредить изоляцию провода и перетирание верёвки.

В принципе «изолятор» больше необходим для крепления загиба элемента. Работа даже на большой мощности (1КВт) в сырую погоду без изоляторов (провод в изоляции) не выявил, каких либо проблем.

Возможно, отказаться от него вообще (при использовании верёвок в качестве оттяжек). Как показала практика, элемент может «самостоятельно» увеличивать длину  при сильном натяжении оттяжки, «вытаскивая» подогнутый кончик.

Учтите это при изготовлении!

Соответственно длина элемента, приведённая выше ЭТО ДЛИНА ДО ЗАГИБА!

«Хвостик» на подгибание и обмотку вверх делаем примерно такой: 80,40метров ~50см,20,15,10метров-20см. Этот запас пригодится нам при настройке.

Важно делать запас после загиба одинаковой длины на обоих элементах! Это позволит укорачивать или удлинять равномерно с обоих концов.
Желательно пометить элементы диапазонов 20,15,10 метров.

Это можно сделать, например белой изолентой. При настройке можно ошибиться, укорачивая/удлиняя элементы разных 
диапазонов.

Изготавливаем  узел крепления кабеля к элементам.

Читайте также:  Контроллер кнопок для игры brain ring v2.0

Можно предложить такой вариант:

Расположение диапазонов с верха площадки 80-40-20-15-10. Так будет удобней растаскивать элементы. Установка симметрирующего кольца, вопрос спорный. Разницы  в работе антенны Вы не заметите. Хорошо настроенная антенна в кольце не нуждается, разве «для красоты» или все ставят, и я поставлю. Оставляем это на Ваше усмотрение.

Особое внимание обратите на гидроизоляцию кабеля. Затекание воды разрушит его очень быстро!Можно применять герметики, которых сейчас много. Важно применять герметик стойкий к плохим атмосферным условиям. Изолента не даёт нужной герметичности, даже если намотать целый рулон. Хорошо зарекомендовала себя сырая резина.

Кабель.

Допустимо применение любого кабеля с волновым сопротивлением 50Ом. Длина кабеля не критична. Очень хорошие результаты даёт RG213 и его аналоги. При использовании кабеля типа RG58 стоит обратить внимание на слабую изоляцию, которая может потрескаться на морозе. При больших расстояниях в свободном провисе, кабель обязательно крепить к тросу или верёвке.
Верёвки оттяжек.Очень больной вопрос! Основная проблема разрушения оттяжек это ультрафиолет и погодные условия.Даже с виду крепкая верёвка через год может рассыпаться в труху.

Применяйте только проверенные материалы.
Очень хорошие верёвки производит DanLine. www.petrokanat.ru/catalogue/index.html?id=579

Вариант растяжки тросом возможен, но необходимо разбить изоляторами!

Но даже в таком исполнении возможны проблемы с настройкой и взаимным влиянием элементов антенны и стальных оттяжек.

Мачта.

Мачта чем выше, тем лучше. Но… Разумная высота, при которой мачту достаточно легко поднять и опустить 10-12метров. Ставить мачту 15 или 20метров скорее не очень целесообразно. Выигрыш будет минимальным, проблемы с подъёмом значительно серьёзней. Конструкция может быть любой.

Применяю алюминиевые трубы диаметром 35мм, стенка 2мм, длина 2метра. Эти трубы есть в свободной продаже по цене примерно 200рублей. Для стыковки внутрь трубы 35мм вставляю отрезки по 30-50см трубы 30мм. Соединение болтами.

Стоимость такой мачты 10метров получается не более 1500рублей.

Можно изготовить из металлических труб. Будет значительно тяжелей, но несколько прочнее.Для  10-15метров достаточно одного яруса из 3-4х оттяжек в районе половины высоты.Верх мачты будет растянут элементами антенны.Крепление «пятки» мачты может быть любым (например, как на фото выше).

 Главное возможность поднимать и опускать при этом обеспечивая надёжное крепление к поверхности крыши.

Обязательно учтите, что Ваша конструкция не должна нанести повреждение кровле. Вам ещё жить в этом доме!
На верхушке мачты необходимо сделать кольцо для подъёма антенны по принципу флагштока. Это значительно облегчит настройку.

 Заводские колёсики и блоки часто выходят из строя при замерзании воды, либо верёвка в них «закусывается».

Простое решение два три витка кольцом  диаметром ~50мм стальной проволоки приличной жесткости(~ 3мм) закреплённой на верхушке мачты.На этом подготовительный этап закончен.

Установка

  • Крепим основание мачты.
  • Пропускаем верёвку подъёма пластины крепления кабеля и элементов в кольцо верхушки мачты.
  • Крепим конец верёвки к основанию мачты (что бы ни улетел).

Длина верёвки должна быть минимум две длины высоты мачты!

  • Разносим нижний ярус оттяжек.
  • Поднимаем мачту (антенна лежит внизу!).
  • Растягиваем  ярус оттяжек.
  • Мачта стоит.
  • Распутываем элементы антенны. Не забывайте перебрасывать элементы через оттяжки в нужных местах!

Относим самые длинные элементы 80метрового диапазона с оттяжками на край крыши.Элементы 40метрового диапазона размещаем примерно перпендикулярно 80метровым.20,15,10 размещаем равномерно в секторах между 80 и 40 метровыми элементами примерно как на рисунке «вид сверху».Желательно расположить элементы 15метрового диапазона дальше от 40метрового (ближе к 80тке).Аккуратно поднимаем антенну вверх.

Следите за тем, что бы концы оттяжек не цеплялись!
Нельзя допускать того, что элементы любого диапазона висели вдоль мачты!
Растянуть все оттяжки всех элементов, пока не обращая внимания на угол раскрыва!

Подняли! Ура!

Крепим  временно! ( Узлы завязываем с возможностью, потом их развязать!)

Антенна поднята, мачта стоит. Полдела сделано!

Самое интересное.

Этот пункт один из самых важных! Как Вы настроите антенну, так она и будет работать!

Лень и  вариант «так сойдёт» не допускаются!

Настройка.Сразу надо уточнить, что мы можем настраивать.

Длина элемента.

Влияет на частоту резонанса.

А. Удлиняя — частота уходит вниз.

Б. Укорачивая – частота уходит вверх.
Для разных диапазонов длина, на которую Вы изменяете, элемент влияет по-разному.
Для диапазона 80метров изменение на 20см сдвинет частоты ~ 10-20КГц.На 40метров изменение 20см это уже ~100-200КГц!На 20-10метров влияние изменения длины ещё более сильное!

Обязательно учтите это при настройке!

Укорачивая или удлиняя элементы, делайте это симметрично с обоих концов!

Угол раскрыва элементов.Влияет на волновое сопротивление.

А.Угол меньше – волновое сопротивление меньше.

Б. Угол больше — сопротивление больше.

Для работы на крыше.

Источник: http://www.ra4a.ru/publ/antenna_inv_v_multi_band_kak_izgotovit_i_nastroit/3-1-0-1037

Электродинамика — это очень просто!

Уже стало традицией в начале каждого разговори вспоминать самое главное, о чем мы смогли договориться в прошлый раз.

Итак, мы уже знаем, что это за антенна — разрезной полуволновый вибратор (или, попросту, диполь). Мы знаем, что он излучает благодаря текущему по нему переменному току. Знаем, что на резонансной частоте его сопротивление всегда около 60-73 ом, независимо от размеров.

И еще мы знаем, что добротность тонкого диполя выше, чем толстого, но это ничуть не отражается на эффективности: излучение тонкого и толстого диполей совершенно одинаково, но полоса пропускания у тонкого диполя уже. Вот как много мы уже успели понять с помощью, в общем-то, достаточно простых рассуждений.

И теперь попробуем пойти дальше.

Давайте поговорим о нескольких антеннах, которые внешне не очень похожи на обычный диполь, но внутренне мало от него отличаются. Таких антенн три.

Это знаменитая антенна GP-1/4, которую ласково называют — кто «четвертушкой», кто –«четвертинкой», а кто и просто – «гепешкой», и которая славится своей неприхотливостью.

Затем идет гораздо менее популярный, но ничуть не уступающий «четвертушке» по своим параметрам петлевой вибратор, или вибратор Пистолькорса. И, наконец, очень популярная в CB-диапазоне антенна GP-1/2, или, попросту, «половинка».

Итак, что такое антенна GP-1/4 ? Конструкцию, наверное, все хорошо знают: вверх идет четвертьволновый штырь, вниз — несколько таких же штырей-противовесов.

В точке крепления эти противовесы соединены вместе, и это есть одна точка подключения питания, а штырь — изолирован, и его основание — это вторая точка подключения питания.

Так что от обычного диполя эта антенна отличается лишь тем, что один из дипольных лучей, в данном случае — нижний, состоит из нескольких стержней, соединенных эдакой «растопыркой». На характиристики излучения это практически не влияет, и вся разница — только во входном сопротивлении.

Если стержни, которые составляют нижнюю половину вибратора, свести вместе, то вся конструкция приблизится к обычному диполю, и ее входное сопротивление будет лежать в тех же пределах — 60-73 ом. Если эти стержни «растопырить» сильней, то сопротивление уменьшится, и в какой-то момент составит ровно 50 ом. Именно в таком положении эти стержни обычно и зафиксированы.

Таким образом, от классического диполя антенна GP-l/4 отличается лишь конструкцией и немного меньшим входным сопротивлением.

От всех прочих штыревых антенн, популярных в CB-диапазоне, эта антенна отличается большой полосой пропускания и, следовательно, легкостью настройки. Ее можно вообще не настраивать, достаточно просто изготовить по нужным размерам. Вот и все.

Читайте также:  Измерение больших сопротивлений в радиолюбительских условиях

Прекрасная, неприхотливая, легко настраиваемая антенна. Почему-то, причем совершенно несправедливо, считается здесь, в CB-диапазоне, как бы «антенной начинающего радиолюбителя».

Теперь рассмотрим еще одну антенну — ближайшую родственницу полуволнового диполя. Называется она – «петлевой вибратор», или вибратор Пистолькорса. Чтобы ее построить, нужно поместить на очень небольшом расстоянии, параллельно друг другу, два полуволновых вибратора и концы их попарно соединить так, чтобы образовалась вытянутая замкнутая петля.

Эту вытянутую петлю можно рассматривать, как обычный вибратор, но состоящий из двух параллельных проводников. Резонансная частота у него будет такой же, как и у одиночного вибратора, а полоса частот — шире, т.к. Он явно «толще». Этот сдвоенный вибратор можно разорвать посередине и сделать из него обычный диполь, каждый луч которого состоит из двух проводников.

Но мы поступим иначе — разорвем посередине только один проводник и вставим в разрыв, как и раньше, наш генератор. А рядом, для сравнения, установим одиночный диполь такой же длины и тоже с генератором. И отрегулируем все так, чтобы ток в обычном диполе был равен суммарному току в петлевом вибраторе. Излучать эти антенны будут одинаково, т.к.

токи, текущие по близко расположенным проводникам петлевого вибратора, будут вести себя, как один суммарный ток. Но через наш генератор течет лишь половина этого тока, ведь мы разорвали только один проводник. Значит, чтобы генератор выдавал ту мощность, его выходное напряжение должно быть в два раза выше.

А это, в свою очередь, означает, что сопротивление нагрузки стало в четыре раза больше.

Вот мы и получили, что входное сопротивление петлевого вибратора в четыре раза больше, чем у обычного разрезного, и, значит, равно примерно 300 Ом. Для нас это непривычно и, может, не совсем удобно (ведь вся наша техника — 50-омная), но, когда эта антенна была придумана, передатчики предназначались для работы на 300- и даже 600-Омную нагрузку.

Между прочим, у этой конструкции есть продолжение. Можно положить рядом не два, а, скажем три проводника, концы, как и прежде, соединить вместе и разорвать посередине только один. Тогда через генератор потечет только 1/3 полного тока, поэтому напряжение будет в три, а сопротивление — в девять раз больше обычного. И такие конструкции тоже иногда используются.

Итак, мы теперь знаем, как работает петлевой вибратор. Осталось понять, чем же он лучше обычного разрезного? Ясно, что по сравнению с одиночным вибратором, сделанным из того же материала, петлевой имеет большую полосу пропускания (его эффективная толщина больше). Это, конечно, «плюс».

Но, если изготовить лучи обычного вибратора двойными, то полосы пропускания будут одинаковы, расход материала — тоже.

Правда, одно преимущество петлевого вибратора остается — он менее чувствителен к наводкам от мощных низкочастотных радиостанции и, кроме того, автоматически решает проблему защиты от статического электричества, т.к. жила кабеля гальванически соединяется с оплеткой.

Но за это приходится расплачиваться установкой согласующего устройства для преобразования его входного сопротивления к величине 50 — 75 ом. Обычно это устройство выполняется либо в виде трансформатора на ферритовом кольце, либо в виде дополнительного отрезка кабеля.

Напоследок хотелось бы поговорить о штыревой антенне GP-l/2, или «половинке». В принципе, эта антенна есть самый обычный неразрезной полуволновый вибратор, с которого мы начинали все наши рассуждения. Единственное отличие — в способе подвода энергии к этому вибратору.

Здесь генератор подключается не в разрыв полотна, как раньше, а к одному из его концов. Второй вывод генератора заземляется или присоединяется к любому противовесу, например — к мачте. При резонансе напряжения на концах вибратора очень велики, поэтому наш генератор должен быть рассчитан на высокое напряжение и малый ток, т.е.

для работы на очень высокоомную нагрузку. Но у нас вся техника — 50-Омная, поэтому в непосредственной близости от питаемого конца вибратора приходится устанавливать повышающий трансформатор, вторичная обмотка которого уже непосредственно подключается к вибратору и к противовесу.

Если этот трансформатор действительно правильно выполнен и не вносит никакого реактивного сопротивления, то такая антенна будет работать так же, как и классический диполь или, скажем, антенна GP-l/4, с такой же широкой полосой пропускания.

И такие антенны действительно встречаются, правда, очень редко — их изготавливают своими руками радиолюбители. К сожалению то, что можно купить в магазине, устроено гораздо проще и хуже. В такой «фирменной» антенне вместо широкополосного согласующего трансформатора установлена обычная катушка с отводом.

И эта катушка очень сильно шунтирует нашу антенну: ее индуктивное сопротивление существенно меньше высокого входного сопротивления вибратора.

И эту «вредную» индуктивность приходится компенсировать во-первых, паразитной емкостью между нижним концом вибратора и мачтой, и, во-вторых, само полотно приходится настраивать не точно в резонанс, а так, чтобы у него на входе тоже появилась реактивная составляющая. И задача конструктора состоит в том, чтобы все эти реактивности друг друга взаимно уничтожили, а входное сопротивление всей системы при этом оказалось равно 50 Омам.

Таким образом, при настройке антенны GP-l/2 мы настраиваем в резонанс не само полотно антенны (как в предыдущих случаях), а весь комплекс одновременно; полотно+катушка+паразитные емкости. В принципе, ничего страшного в этом нет.

На частоте резонанса эта антенна работает замечательно, но вот ширина этого резонанса у нее получается примерно вдвое уже, чем у антенны GP-l/4 или такой же «половинки», но с широкополосным трансформатором.

Правда, для работы в CB-диапазоне и этой ширины вполне достаточно.

Вот мы и познакомились с несколькими простейшими антеннами — разновидностями полуволнового вибратора. Это — антенна GP-l/4, петлевой вибратор и антенна GP-l/2. Их основная особенность состоит в том, что резонирующим элементом этих антенн служит само полотно.

Это свойство слегка испорчено у «половинки» ее катушкой, и полоса пропускания этой антенны уже, чем у двух других.

А в остальном эти три антенны стоят друг друга, и, на мой взгляд, выбор какой-то одной из них должен производиться только из соображения удобства установки и эксплуатации.

Итак, мы уже знаем, кик работает полуволновый вибратор и три его разновидности — антенны GP-l/4, GP-l/2 и петлевой вибратор. Все они знамениты тем, что имеют естественный резонанс, т.е. резонирует само полотно.

Но часто бывает так, что мы не имеем возможности установить такое большое сооружение — например, на портативной радиостанции или на автомобиле. Вот давайте и подумаем над тем, как нашу антенну можно укоротить.

Вы, наверное, заметили, что при рассмотрении физических основ работы полуволнового вибратора мы ни разу не произнесли слов «индуктивность», и «емкость» при том, что речь шла об электрической колебательной системе. Но, хотя мы таких слов и не произносили, тем не менее все процессы, связанные с этими понятиями, мы детально рассмотрели.

Действительно, что такое емкость? Это — способность запасать электрические заряды и вместе с этим и электрическую энергию. Индуктивность же — это способность запасать магнитную энергию. Вот и все. А теперь вспомним механизм собственных колебании в полуволновом вибраторе.

Наибольшая скорость движения электрических зарядов наблюдается в середине вибратора — значит там идет максимальный ток. А на концах вибратора тока нет вообще, т.к. зарядам там просто некуда двигаться. Зато накапливаются заряды именно вблизи концов.

Читайте также:  Генератор-частотомер на msp430

Вот и получается, что центральная часть вибратора играет роль индуктивности, ведь именно там, где идет максимальный ток, и запасается магнитная энергия. А концы вибратора — это емкость, накапливающая электрические заряды. Конечно, такое деление достаточно условно, и нельзя провести границу и сказать: здесь — индуктивность, а вот здесь — емкость.

Но то, что середина — это преимущественно индуктивность, а концы — преимущественно емкость, вполне соответствует действительности.

Попробуем теперь немножко укоротить наш вибратор. Это можно сделать двумя способами. Самое простое — отрезать кусочки полотна вибратора у его концов. Но мы-то знаем, что концы вибратора — это емкость.

Поэтому, чтобы восстановить эту емкость и, следовательно, резонансную частоту, мы можем взамен отрезанных стерженьков присоединить, скажем, металлические шарики или метелочки. И таким образом можно действительно восстановить резонансную частоту слегка укороченной антенны.

Но ведь можно процесс укорочения вибратора представить и по-другому: мы вырезаем кусок полотна из середины, а оставшиеся части снова состыковываем.

И теперь у нас не хватает индуктивности! Но с этим бороться еще легче — достаточно вместо выброшенного куски вставить катушку нужной индуктивности, и частота, как и в первом случае, опять восстановится.

Итак, электрически удлиннить вибратор можно двумя способами: либо увеличивая емкости его концов, либо увеличивая индуктивность средней части. По многим причинам первый способ не используется, и антенны искусственно удлинняют с помощью катушек.

Причем отношение размеров может достигать нескольких десятков — например, 10-сантиметровая резинка, на портативной станции настроена на ту же частоту, что и почти трехметровый штырь антенны GP-l/4.

Возникает вполне естественный вопрос: а зачем нам в таком случае мучиться и устанавливать длинные антенны, если их можно заменить на удобные короткие с удлинняющими катушками? На этот вопрос вам, не задумываясь, ответит любой радиолюбитель.

Он скажет, что короткая антенна всегда менее эффективная, чем длинная. И ошибется. В этом вопросе вообще много путаницы, поэтому давайте разберемся во всем по-порядку.

Вначале хотелось бы вспомнить о знаменитом принципе взаимности. Точная формулировка нам сейчас не нужна, но одно из следствии очень пригодится.

Оно звучит так: если две антенны одинаково работают на передачу, то они одинаково работают и на прием. И если одна из них — лучше другой, то она будет лучше работать и на прием, и на передачу.

Поэтому будем и дальше рассматривать работу наших антенн только на передачу — так нам просто удобнее.

Итак, представим себе диполь с катушками, который, для примера, в два раза короче обычного, но настроен на ту же частоту. И предположим, что и катушки, и диполь выполнены очень хорошим проводом, так что потерь на нагревание у нас нет.

Вообще говоря, даже не вникая в детали, можно сделать вывод о полной эквивалентности этих двух антенн — полного диполя и укороченного. Действительно, если потерь нет, то вся подводимая энергия излучается в виде радиоволн обеими антеннами. Причем диаграммы направленности у этих антенн очень близки, т.к.

хуже, чем у обычного диполя, диаграмму направленности сделать трудно. А раз эти антенны одинаково работают на передачу, то и на прием — тоже одинаково (по принципу взаимности). И это не шутка и не фокус: действительно, вдвое укороченный диполь можно сделать таким же эффективным, как и полноразмерныи.

Но в чем-то ведь он должен уступать! Ну что же, будем разбираться дальше.

Давайте, как и раньше, вставим в середины обычного и укороченного вдвое диполей по генератору и отрегулируем все так, чтобы токи в ник были одинаковы. И попробуем сравнить излучения. Из электродинамики известно (тут нам опять придется просто поверить), что при одинаковой частоте и силе тока элемент тока вдвое большей длины излучает вчетверо большую мощность.

И получается, что токи в полном и укороченном диполях равны, а мощности отличаются в четыре раза. Значит, напряжение на укороченном диполе тоже в четыре раза меньше, и сопротивление, соответственно, тоже. Вот вам и первое неудобство: укороченный вдвое диполь, оказывается, имеет вчетверо меньшее сопротивление по сравнению с обычным.

А втрое укороченный — в девять раз меньшее. Такую низкоомную антенну не только неудобно подключать к стандартному сопротивлению станции (50 или 75 Ом), но, что самое главное, сопротивление потерь в наших катушках становится сравнимо с входным сопротивлением самого диполя.

А при сильном укорочении — сопротивление потерь во много раз превышает очень низкое входное сопротивление, и практически вся энергия уходит в тепло. Вот это уже на самом деле резко снижает эффективность антенны.

Так что очень короткие антенны действительно имеют низкую эффективность, но не потому, что они «слабо взаимодействуют с полем», или у них «маленькая площадь захвата», а потому, что у нас нет проводников, лучше медных (или серебряных, что почти одно и то же). И катушки поэтому имеют слишком большие омические потери.

Будь сопротивление меди раз в 1000 меньше, и короткие антенны были бы гораздо эффективней. Однако вернемся к не очень сильно (всего вдвое) укороченному диполю. При таком укорочении еще можно изготовить хорошие катушки и хорошую согласующую систему и из медных проводников и добиться высокого КПД. Это вполне достижимо. Но при этом нас поджидает еще одна неприятность.

Обратимся снова к нашим двум диполям, по которым течет одинаковый ток, но один из которых укорочен вдвое. Как мы выяснили, короткий диполь излучает при этом вчетверо меньшую мощность, т.е. потери энергии на излучение за период у него вчетверо меньшие, чем у полноразмерного.

А вот запас — практически такой же! Действительно, ведь укорачивая диполь, мы просто заменили индуктивность в виде прямого проводника на примерно такую же индуктивность в виде обычной катушки.

Значит, раз индуктивность практически не изменилась, то и запасенная энергия (при таком же токе!) — тоже не изменилась. Итак, запасы энергии одинаковы, а потери на излучение у короткого диполя вчетверо меньшие. Значит и его добротность вчетверо больше, а полоса пропускания — вчетверо меньше.

Вот вам и второй недостаток: при укорочении диполя вдвое полоса пропускания уменьшается вчетверо, а при трехкратном укорочении — в девять раз и т.д.

Таким образом, если мы очень постараемся и изготовим нашу укороченную антенну из хороших проводников так, чтобы не было потерь на нагревание, то такая антенна действительно будет работать не хуже полноразмерной, но в гораздо более узком диапазоне. К тому же она будет иметь очень низкое входное сопротивление, что потребует установки дополнительного согласующего устройства (в котором, опять-таки, будут происходить потери).

Вот по всем этим причинам, а совсем не потому, что короткая антенна в принципе малоэффективна, мы и стараемся, по возможности, использовать обычные полноразмерные антенны.

Источник: http://a27.ru/information/bulleten/1999g/elektrodinamika/

Ссылка на основную публикацию