АНТЕННА GAP TITAN

Вы можете скачать эту статью в одном файле 134 кб | 42 сек @ 33,6 кб/сек

Автор затратил некоторые усилия, чтобы узнать тайны антенны GAP Titan

Каждая антенна имеет свою историю В справочнике по антеннам (IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 35, June 1993) Tino Trainotti из Буэнос-Айреса сообщил об антенне, которая работает не как штырь в обычном смысле с искусственной землей из 120-ти радиалов, а как асимметричный диполь в форме обычной Ground Plane, имеющий от 4 до 8 радиалов, которые идут наискосок к земле и там изолированно заканчиваются. В табл. 1 приведены вычисленные результаты по напряженности поля

Табл. 1

Первый из асимметричных диполей с длиной 0,36 длины волны несколько выше соответствующего штыря с длиной 0,25 длины волны . Чтобы радиалы можно было провести наискосок вниз, необходимо четвертьволновой излучатель монтировать выше. Напряженность поля асимметричного диполя на расстоянии 1 км почти равна или даже больше, чем у классического штыря с искусственной землей из 120-ти радиалов. Следовательно, можно сэкономить на трудоемкой и дорогой системе заземления, если работать с асимметричным диполем. Я знаю о чем говорю, поскольку смастерил в своем саду радиальную сеть из 48 радиалов по 21,5 м.

Ближнее поле и дальнее поле

Т Trainotti провел в 1991 г. обширные измерения с антенной для средних волн на частоте 30 МГц с мощностью 50 кВт - он определял зависимость напряженности поля от расстояния. Результаты представляют большой интерес и для коротких волн. На рис. 1 сравниваются плотности потока мощности (вектор Пойнтинга) четвертьволнового штыря с четырьмя зарытыми радиалами и асимметричного полуволнового диполя (штырь - точки, асимметричный диполь - крестики).

Измерения показали, что для асимметричного диполя плотность мощности на расстояниях от антенны до 0,5 длины волны только незначительно колеблется около значения 135 дБ (относительная плотность мощности). Только за этим расстоянием она начинает падать по закону удаления. Напротив, для штыря с искусственной землей плотность мощности начинается с 184 дБ, и только на расстоянии 0,5 длины волны уравнивается с плотностью мощности диполя, а затем убывает с расстоянием по тому же закону. Таким образом, ближнее поле около диполя значительно слабее, что может иметь некоторое значение при рассмотрении влияния электромагнитного поля на здоровье. Последствия же для дальней связи благоприятны - диполь очень слабо связан со своим непосредственным окружением и создает незначительное ближнее поле, в то время как полезное дальнее поле может создаваться беспрепятственно. Результаты измерений напряженности дальнего поля представлены на рис.2.

Поскольку Trainotti работал на частоте 30 МГц и измерял параметры поля до расстояний в 200 м, представленные результаты дают удаления до 20 длины волны. Точки относятся к асимметричному диполю, крестики - к штырю без радиалов, типа того, что используется в переносной военной радиостанции. Штырь на всех расстояниях хуже диполя на 30 дБ. Для сравнения приведен закон убывания напряженности поля обратно пропорционально расстоянию (1/г). Он вычислен для проводимости почвы s=0,03 См/м и относительной диэлектрической проницаемости m=30. Измеренные напряженности полей асимметричного диполя лежат вблизи этой кривой. Все это подчеркивает высокую эффективность излучения диполя.

Отказ от симметричного расположения излучающих элементов диполя, при котором каждая половина диполя имеет точно одинаковую длину, не обязательно является недостатком. Это вытекает также из результатов моей публикации по антенне с суммированием тока [2]. Хороший обзор по вертикальному диполю, его запитыванию и диаграмме направленности можно найти в [З]. К настоящему времени было построено несколько антенн с суммированием тока и вертикальных диполей - подтверждаются хорошие результаты.

Антенна GAP Titan, общий вид которой показан на рис.3, по своему принципу - многодиапазонный диполь с асимметричным питанием. Сопротивление питания диполя с асимметричным питанием подробно изучено W8JK. [4]. Вполне сознателен отказ от режекторных фильтров и катушек. Диполи приводятся в резонанс для отдельных КВ-полос только с помощью линейных элементов и точного расчета их длин.

Монтаж

Монтаж антенны не очень прост. Первые потребители должны были довольствоваться описанием на "американском английском", где нужно "ниппель с ушком протянуть через язык". Если не очень халтурить, можно вполне уложиться в один день. В упаковке имеется достаточно винтов и гаек, так что не страшно, если какая и упадет в траву. Края трубок и отверстия не зачищены от заусенец, так что нужно немного осторожности. Во время монтажа двух верхних трубок винты проникают в идущий внутри коаксиальный кабель и обеспечивают контакт между трубкой антенны и оболочкой кабеля. Если кончики винтов сошлифовать наждачным диском, монтаж будет безукоризненным. За исключением диапазона 7 МГц, отсутствуют указания по подстройке на рабочую частоту. Это сделано, чтобы для достаточно широких диапазонов избежать "ухудшения из-за улучшения".

После монтажа антенна GAP Titan была за несколько минут установлена. У меня это происходило так: один человек поднимал антенну вертикально, а второй закреплял три предварительно привязанные оттяжки. Только после этого всовывались четыре радиальных стержня, и между их концами натягивался оцинкованный антенный канатик длиной примерно 10м. Если же это сделать вначале, то очень легко повредить крестообразный противовес при установке. Зигзагообразная форма антенного троса очень напоминает описанную в [5], но более изощренная и дает возможность уместить длину 11,93 м в наименьшем пространстве.

С помощью неоновой лампочки и измерителя ВЧ-тока были определены распределения тока и напряжения для каждого диапазона. На рис.4 приведены результаты с указанием соответствующих размеров. В кружках - максимумы напряжения, в прямоугольниках - максимумы тока.

На высокочастотных диапазонах (28; 24,9; 21 и 18 МГц) пучности напряжения можно было обнаружить неоновой лампой. На 10,1 и 3,5 МГц лампа уже не светилась; в этом случае мы искали и находили пучность тока,

Это является знаком, что в более низких диапазонах антенна колеблется в вынужденном резонансе. Если учесть размеры отдельных элементов, можно определить, что на высоких частотах антенна всегда работает как полуволновой диполь (табл.2). Это обеспечивает высокую эффективность при дальней связи с низким углом наклона излучения.

В диапазоне 14 МГц и ниже мы не смогли отчетливо установить распределение тока. Однако, вероятно, положение здесь такое, что на 10,1; 7 и 3,5 МГц действует вся длина 19,88 м.. Чтобы и в низкочастотных диапазонах входное сопротивление было близко к 50 Ом, в верхней трубке антенны имеются две свернутые компенсирующие петли из коаксиального кабеля. Они соответствуют индуктивности, компенсирующей емкость короткого вертикального диполя (рис.5). На рисунке условно трубка антенны изображена вертикально, а куски коаксиального кабеля - горизонтально. Рисунок изображает вертикальный диполь, который в разрыве (GAP) обычным образом запитывается коаксиальным кабелем. Параллельно GAP расположены компенсирующие петли. Одна - короткозамкнутый на корпус кусок кабеля длиной 2,40м; вторая - на диапазон 3,5 МГц - имеет длину 11,78 м и замкнута конденсатором 3000 пФ.

Табл. 2

Покупатель может, по выбору, установить середину резонанса на 3550 кГц, на 3650 кГц или на 3750 кГц. Для этого он получает при поставке соответствующий конденсатор. Компенсирующий кабель многократно изогнут и почти полностью заполняет верхнюю трубку. При неаккуратном монтаже вполне возможно, что один из острых винтов повредит кабель и неблагоприятным образом сместит резонанс. Поэтому нужно сделать все чтобы этого избежать - укоротить и "затупить" винты в месте расположения петли или использовать более короткие винты.

Верхняя трубка закрыта пробкой, которая препятствует проникновению пыли, но, к сожалению, не дождя, который может повлиять на емкость кусков кабеля. Поэтому рекомендуется надеть сверху пластиковый колпак. Крепление антенны к мачте показано на рис.6.

КСВ антенны представлен на рис.7 и 8.. В диапазоне 10,1 МГц КСВ постоянен - 1,5. В диапазоне 3,5 МГц на частоте 3,7 МГц КСВ=2,0; на 3,75 МГц - 1,4 и на 3,8 МГц - 1,3.
Антенна GAP Titan работает как асимметричный вертикальный диполь и делает это без режекторных контуров и катушек. Диаграмма направленности все время плоская и удобная для. DX. Плоская диаграмма сохраняется и в диапазонах 40 м и 80 м. Поэтому при связях внутри континента она дает слабые сигналы, однако имеет свои преимущества при DX.

Литература

1. Hille/Krischke, Das Antennenlexikon, VTH-Verlag, 1988, Baden-Baden.
2. Karl H. Hille, DL1VU, Die Stromsummenantenne, CQ DL, 1987, S.621 ff.
3. Karl H. Hille, DL1VU, Der Vertikaldipol in Theorie und Praxis, CQ DL, 1993,S.618ff.
4. John D.Kraus, W8JK, Antennas, McGraw-Hill, 1950, New York, p.l 47 ff.
5. L.A.Moxon, G6XN, HP Antennas for all locations, RSGB, 1986, London, p.155.
   

Из CQ/DL, 8/96., Радиолюбитель КВ и УКВ N 1 1998 г.
Перевод А. Вольского.