Простой вертикальный излучатель для диапазонов 2 м и 70 см

Легко повторяемая, простая вертикальная УКВ антенна с круговой диаграммой направленности, работающая в популярных диапазонах, требуется многим радиолюбителям. Особенно такая антенна актуальна в условиях, когда штатная спиральная антенна «хэндика» не позволяет устанавливать радиосвязи с требуемыми корреспондентами.

В описываемой антенне отсутствуют сложные механические узлы, поэтому изготовить ее могут даже начинающие радиолюбители. 

Рассмотрение принципа работы двухдиапазонной антенны лучше всего начать с вертикального полуволнового диполя. В этой антенне концы открыты, в них протекает минимальный антенный ток, а максимальный ток течет в центре излучателя (рис.1). Когда дипольная антенна находится в резонансе, ее полное входное сопротивление является чисто активным (омическим) и составляет приблизительно Z = (75 + jO) Ом. Диаграмма направленности диполя 2-метрового диапазона, размещенного на высоте 10 м над землей, показана на рис.2. 

Для дальнейших рассуждений имеют значение два фактора. Во-первых, размеры излучателя можно изменять различными способами. Укорочение диполя уменьшает его активное сопротивление и создает дополнительно емкостную компоненту (реактивное сопротивление) полного входного сопротивления антенны. Так, при укорочении диполя на 10% компьютерная модель антенны, рассчитанная для 2-метрового диапазона, показывает полное входное сопротивление Z = (50 — j90) Ом. Компенсируем емкостную компоненту последовательным включением индуктивности 98 нГн в цепь питания диполя, и этот укороченный излучатель будет довольно хорошо согласован с 50-омным коаксиальным кабелем. 

Второй способ изменения полного сопротивления диполя состоит в перемещении точки питания от центра к одному из концов излучателя. При этом омическое сопротивление увеличивается, а излучатель по-прежнему остается в резонансе. Если точку питания переместить таким образом, чтобы полное сопротивление получилось Z =(100 — j0) Ом, то антенна может быть подключена к 50-омному кабелю посредством Х/4 коаксиального резонатора, выполненного из 75-омного коаксиального кабеля. В табл.1 обобщены рассмотренные выше случаи для диполя диапазона 2 м, выполненного из трубки 010 мм и размещенного на высоте 10 м над землей.

Однако чтобы сконструировать излучатель, пригодный для работы в диапазонах 2 м и 70 см, необходимо рассмотреть и другие варианты антенн. Так, вертикальный излучатель длиной 5AY8 имеет максимум излучения под низкими углами к горизонту. Кроме того, активная (омическая) составляющая полного входного сопротивления этой антенны близка к 50 Ом. Пожалуй, все это, а также простота конструкции способствовало большой популярности антенны 5Х/8 среди радиолюбителей. 

Естественно, такой вертикальный излучатель используется с некоторым числом горизонтальных противовесов. Компьютерное моделирование показывает, что эти противовесы можно заменить отдельным, вертикально установленным элементом длиной 5X18. В итоге, для такой антенны, работающей в диапазоне 70 см, компьютерное моделирование показывает, что при длине излучателя 2x397 мм, выполненного из трубки 010 мм, полное входное сопротивление составляет Z= (50 — j217) Ом при коэффициенте усиления 2,6 дБ относительно полуволнового диполя. На рис.3 показано распределение тока в таком излучателе, а на рис.4 — его диаграмма направленности. 

Компенсация емкостной составляющей входного сопротивления легко достигается последовательным включением индуктивности в цепь питания антенны. В итоге, обеспечивается хорошее согласование с 50-омным коаксиальным кабелем. 

Интересно отметить, что длина такого излучателя — 2x397 мм — не слишком далека от размеров описанного выше укороченного излучателя 2-метрового диапазона (2x440 мм), имеющего полное сопротивление Z = (50 — j90) Ом. Таким образом, имеется возможность сконструировать одну антенну, которая будет работать в диапазонах 2 м и 70 см. 

При выборе ее размеров был найден компромисс между следующими требованиями: 

— размеры элемента для диапазона 70 см должны быть как можно ближе к оптимальной длине — 2*5a/8; 

— активная (омическая) составляющая полного входного сопротивления антенны для обоих диапазонов должна быть около 50 Ом; 

— реактивная емкостная составляющая полного входного сопротивления антенны в диапазонах 2 м и 70 см должна находиться в соотношении 1:3 для ее компенсации с помощью только одной катушки индуктивности. 

На рис.5 показана разработанная двухдиапазонная антенна, удовлетворяющая указанным выше требованиям, а в табл.2 приведены данные, характеризующие параметры антенны при различном конструктивном исполнении.

Катушка с начальной индуктивностью 172 нГн имеет 4 витка 2-миллиметровой медной или серебряной проволоки, намотанной с шагом на оправке 010 мм. 

Как известно, индуктивность бескаркасной катушки, намотанной виток к витку, рассчитывается по формуле (формула верна при условии, что L > 0,33D): 

При настройке антенны добиваются минимального КСВ в кабеле путем растягивания или сжатия витков катушки. Здесь необходимо отыскать компромисс между оптимальным КСВ для диапазонов 70 см и 2 м. 

Улучшить согласование антенны с 50-омным коаксиальным кабелем позволяет изменение формы излучателя — небольшое отклонение верхнего и нижнего элементов излучателя примерно на 25° от вертикали (т.е. придание излучателю V-образной формы). Более того, в этом случае диаграмма направленности антенны имеет явно выраженный максимум излучения, что в некоторых случаях может быть весьма полезно. Такую антенну можно закрепить нё стене дома или на балконе. 

По материалам статьи «EinfacherDuoband-Vertikalstrahler fur 2 т und 70 cm», опубликованной в журнале «Funkamateur, 2007, №1.