Спрямована антена "Хвильовий канал"
Спрямовані антени дозволяють домогтися більшої ефективності роботи радіостанції. На Сі-Бі радіостанції зазвичай використовується одна антена для прийому і передачі, тому спрямована антена, що має певне посилення, дає виграш як по прийому, так і з передачі. Виграш в режимі передачі полягає в тому, що рівень сигналу, що приймається кореспондентом, буде вище на величину посилення антени. У режимі прийому сигнал, що приймається також буде вище на величину посилення антени, але крім того будуть додатково ослаблені перешкоди, які приходять з напрямків, відмінних від напрямку на корисний сигнал. Цей виграш часто виявляється найбільш важливим з точки зору ефективності зв'язку, тому антени налаштовують не по максимальному посиленню, а по максимальному відношенню посилення в прямому і зворотному напрямках. Однією з широко поширених типів спрямованих антен є антена "хвильовий канал" або "Яги" на прізвище одного з винахідників. Конструкція 4-х елементної антени "хвильовий канал" представлена на рис. 1.25.
Як видно з малюнка, антена "хвильовий канал" представляє собою систему вібраторів, розташованих на загальному несучому бумі. За рахунок різної довжини елементи мають різні резонансні частоти. Підбираючи довжину елементів і їх взаємне розташування, можна домогтися посилення випромінювання в одному напрямку. Довжина вібратора, до якого підключається кабель живлення, вибирається такий, щоб забезпечити резонанс на робочій частоті. Елемент, що має трохи більшу довжину, ніж вібратор, забезпечує відображення електромагнітної хвилі в бік вібратора і називається рефлектором. Елементи, які мають дещо меншу довжину, ніж вібратор, забезпечують додаткову фокусування випромінювання і підвищують спрямованість антени і називаються директорами. В цілому елементи складають складну резонансну систему, в якій забезпечуються необхідні параметри антени. Розрахунки і досвід експлуатації показують, що неможливо забезпечити оптимізацій всіх параметрів одночасно. Так, при регулюванні на максимальне посилення зменшується ослаблення в зворотному напрямку і смуга частот з допустимим значенням КСВ. При регулюванні на максимальне відношення посилення вперед / назад падає посилення в прямому напрямку. На рис. 1.26 зображена антена з розмірами, що забезпечують досить хороший компроміс всіх параметрів.
В першу чергу при комп'ютерному моделюванні даної антени вирішувалося завдання отримання смуги пропускання не менше 2 сіток. Широкосмуговий антену простіше налаштовувати і при виготовленні в домашніх умовах простіше домогтися гарного результату. Більшість промислових антен також оптимізуються по смузі пропускання зі збереженням досить великого посилення. Основні параметри антени приведені на рис. 1.27.
Як видно з малюнка, антена має КСВ менше 2 в смузі частот 1,4 МГц. Ця смуга з запасом перекриває дозволені сітки С і D. У смузі пропускання посилення становить не менше 9 дБи (при розташуванні антени у вільному просторі). Співвідношення посилення вперед / назад близько 15дБ. На рис. 1.28 зображена діаграма спрямованості антени в горизонтальній площині. Діаграма спрямованості у вертикальній площині сильно залежить від висоти установки антени і провідності "землі". При установці антени на провідній даху будівлі (в тому числі і залізобетонної) дах і буде "землею". За рахунок відображення від "землі" антена буде мати більше посилення і діаграма спрямованості у вертикальній площині буде гострішою, ніж діаграма спрямованості цієї ж антени у вільному просторі. На малюнках 1.29 - 1.31 наведені діаграми спрямованості у вертикальній площині при висоті установки антени 1/2, 3/4 і 1 довжини хвилі.
Слід зазначити, що в реальних умовах земля не має ідеальну провідність і при відображенні від землі будуть втрати ізлучённой антеною потужності. Посилення антени в цих умовах виявиться менше розрахункового, а діаграма спрямованості (у вертикальній площині) ширшої.
Залежно від діаметра застосованих труб, висоти установки над землею і інших місцевих умов розміри можуть дещо відрізнятися від зазначених. Антена, природно, може бути налаштована і на інші прилеглі частоти шляхом пропорційного зміни всіх розмірів. Конструкція антени передбачає можливість такого налаштування. Антена є суцільнометалеву конструкцію з тонкостінних алюмінієвих труб. В якості несучого буму використовується труба діаметром близько 50 мм. Елементи складені з труб двох діаметрів. Центральна частина довжиною близько 3 метрів виготовляється з труби діаметром 20. 25 мм. Кінцеві частини елементів виготовляються з більш тонкої труби. Діаметр цієї труби підбирається таким, щоб вона щільно входила в центральну частину. Для закріплення з'єднання в більш товстої трубі ножівкою робиться пропив на глибину 30 мм. Тонка труба вставляється в товщу не менше ніж на 300 мм (для забезпечення міцності і можливості подальшої настройки) і вся конструкція скріплюється автомобільним хомутом відповідного діаметру. Конструкція вузла кріплення елементів до буму зображена на рис. 1.32.
Кріплення U-образними болтами більш переважно з точки зору міцності конструкції, тому якщо є можливість використовувати куточок більшого перетину (50х50), то доцільніше не свердлити отвори в елементах антени і застосувати для кріплення U-образні болти. Спосіб кріплення до щогли або поворотному влаштуванню в основному визначається їх конструктивними особливостями і тут не розглядається.
Після складання антени всі з'єднання варто захистити фарбою або герметиком. Це запобіжить мимовільне відвернення гайок і, з іншого боку, дозволить при необхідності відвернути гайки після тривалого перебування антени під відкритим небом.
Після складання антени необхідно забезпечити її узгодження з кабелем. На рис. 1.33 приведена залежність комплексного опору антени від частоти. Значком Х відзначена частота 27,9 МГц, а значком Про - частота 26,9 МГц. Крива лінія, що з'єднує ці точки, являє собою графік залежності комплексного опору антени від частоти. Перетин цієї кривої шкали активного опору (вертикальна лінія) показує опір антени при резонансі - 32,5 Ом. Окружність в центрі малюнка обмежує область, де вхідний опір антени відповідає значенню КСВ менш 2 при безпосередньому підключенні 50-омного кабелю (в цьому випадку вібратор робиться розрізним). Однак в цьому випадку прийнятне значення КСВ забезпечується не в усьому заданому діапазоні частот. Для точного узгодження доцільно використовувати одне з узгоджувальних пристроїв. На рис. 1.35 приведена залежність
комплексного опору антени з согласующим пристроєм від частоти за умови точного узгодження з 50-омним кабелем на частоті 27,4 МГц. При цьому КСВ у всьому частотному діапазоні антени менше 2.
Для узгодження антени з кабелем використовується гамма-пристрій, що погодить. На рис. 1.34 приведена схема цього пристрою і наведені необхідні розміри.
Конструкція гамма-узгоджувального пристрою показана на рис. 1.36. Довжина тонкої трубки становить 600 мм, що дещо більше величини, зазначеної на рис. 1.34 через особливості застосованого конденсатора. Конденсатор С1 гамма-узгоджувального пристрою має коаксіальну конструкцію. З відрізка 50-омного
коаксіального кабелю довжиною 600 мм знімається захисна оболонка і мідна оплетка. З одного боку на відстані 20 мм знімається внутрішній ізолятор. Внутрішній провідник облужівают і припаюється до гнізда SO-239. Потім цей відрізок кабелю вставляється в тонку трубку. Скоба кріплення і перемичка виготовляються з м'якого алюмінієвого листа товщиною близько 1,5 мм. Скоба кріплення фіксується U-подібної шпилькою, кріпить вібратор до буму.
Налаштування антени на мінімальне значення КСВ на частоті 27,4 МГц проводиться шляхом переміщення перемички. Після настройки фіксують болти на перемичці затягуються і захищаються герметиком або фарбою. Необхідно відзначити, що настройку антени слід проводити на тій висоті, на якій вона надалі буде експлуатуватися. Тому конструкція щогли з поворотним пристроєм повинна передбачати можливість багаторазового підйому і опускання антени.
На закінчення слід зазначити, що виготовлення складних спрямованих антен можна рекомендувати досвідченим радіоаматорам, які мають необхідні знання та досвід будівництва та експлуатації антен. Початківцям варто дотримуватися правила "від простого до складного".