В этой статье я хочу описать простую направленную проволочную антенну, не требующую для своей настройки специфических знаний по радиотехнике и настроечной аппаратуры. Параметры основного (начального) описания антенны близки по своим параметрам 2ele Yagi но, могут быть улучшены до параметров 5ele Yagi (3ele Quad). Антенну удобно применять для наблюдений метеоров в радио диапазоне.
Немного теории. Что является простейшей антенной обладающей направленными свойствами? Ответ прост – антенна в виде длинного провода, линейные размеры которой в три и более раз превосходят длину волны того диапазона, где она используется. На рис.1 приведена ДН антенны в виде длинного провода (LW) в горизонтальной плоскости, с линейными размерами 3ג. Антенна запитана симметрично, т.е. на концах её полотна имеет место быть равенство токов и напряжений.
Рис.1 ДН симметрично запитанного LW =3ג.
Здесь видно довольно значительное боковое подавление с формированием 2-х основных лепестков. В большинстве случаев такая двулепестковая ДН не нужна. Как можно преобразовать её в однолепестковую? Ответ напрашивается сам собой! Необходимо запитать антенну не симметрично, тогда ДН будет иметь сдвиг основного лепестка в сторону конца с большим напряжением. Пример ДН для LW=2ג с симметричным и не симметричным питанием приведен на рис.2
Рис.2 Пример симметрично/не симметричного питания LW.
При не симметричном питании происходит сдвиг основного лепестка ДН в сторону «дальнего», не питаемого конца антенны, дополнительно с этим происходит усиление основного лепестка с «перекачкой» энергии с подавляемых лепестков. Чем большее количество полуволн рабочего диапазона помещается в линейных размерах LW, тем более ярко выражено это свойство. Дальнейшее удлинение антенны ведет к еще большему усилению основного лепестка и подавлению заднего и боковых лепестков. На рис.3 приведена диаграмма зависимости усиления LW от его длины (кривая А) и ширины основного лепестка ДН по уровню половинной мощности в горизонтальной плоскости (кривая В). Диаграмма соответствует вибратору, подвешенному параллельно земле, т.е. без наклона.
Рис.3 Диаграмма зависимости усиления и ширины основного лепестка от длины вибратора антенны.
Существует еще один фактор, позволяющий улучшить однолепестковую ДН длинного провода. А именно, расположить его под наклоном к подстилающей поверхности (земле). Оптимум угла наклона заключается в промежутке от 25 до 45 градусов, при этом ниже должен располагаться «дальний», не питаемый конец антенны. Антенна LW=3ג, расположенная наклонно, под углом 40 градусов, имеет следующие параметры:
- усиление основного лепестка ДН достигает величины 5db
- подавлением заднего лепестка 10…12db
- подавление боковых лепестков 13…17db (моделировалось в EzNEC)
Антенна в виде длинного провода не требует слишком большой высоты подвеса. Для ее нормальной работы достаточно чтобы нижний (при наклонном исполнении) конец вибратора находился на высоте 0.25ג над подстилающей поверхностью, а точка подключения кабеля на высоте 0.5...1ג. Для диапазона УКВ радиоволн, где проводятся радиометеорные наблюдения, эти условия вполне выполнимы.
К сожалению, непосредственное подключение 50/75 омного кабеля питания к антенне подобного типа не возможно. Антенна «длинный провод», на концах своего полотна, имеет входное сопротивление порядка нескольких килоом. Это требует согласования кабеля с антенной. Простым и надежным способом согласования является применение ¼ג короткозамкнутого шлейфа. Электрические свойства такого шлейфа таковы, что по его длине входное сопротивление плавно растет от нуля до максимума, от короткозамкнутой точки к открытому концу. Следовательно, есть точка на шлейфе, где входное сопротивление равно 50/75 ом. Шлейф удобно выполнить из того же коаксиального кабеля, что подводится к трансиверу (приемнику и т.д.).
Такая антенна имеет вид, приведенный на рис.4.
Рис.4 LW питаемый с конца, с согласовкой ¼ג короткозамкнутым шлейфом из кабеля.
Естественно при работе на УКВ одной ¼ג длины шлейфа будет недостаточно. Но, его можно удлинить на любое нечетное количество четвертей волны. Для расчета длины вибратора и элементов согласующего шлейфа применимы следующие формулы:
А=½ג×(n-0.05), где n-число полуволн основной частоты, умещающихся в длине полотна антенны.
В=¼ג×N×k, где N-нечетное число, необходимое для удлинения ¼ג шлейфа при его подводке от полотна антенны к аппаратуре.
С (для кабеля 50 ом) = ג×0.038×k
С (для кабеля 75 ом) = ג ×0.044×k, где k-коэффициент укорочения коаксиального кабеля. Для кабеля с полиэтиленовой изоляцией k=0.66, при тефлоновой изоляции k=0.7.
Отрезок кабеля, непосредственно подключенный к антенному гнезду вашего аппарата, должен иметь длину не более 2-х метров.
Данную конструкцию антенны можно выполнить с переключением ДН. Для этого на крыше дома устанавливается мачта, с ее вершины в различных направлениях растягиваются проволочные вибраторы равной длины. Посредством реле (устанавливаются на вершине мачты) производится коммутация необходимого вибратора к шлейфу.
Опишу мой эксперимент по использованию такой антенны. В направлении на северо-восток (на TV передатчик г.Серова, Свердловская обл.) был растянут проволочный вибратор длиной 78м 39см. Эта длина соответствует 13ג для частоты 49.7461Мгц, на которой я наблюдаю метеоры. Вибратор расположен наклонно, под углом около 30…35 градусам. Схемотично расположение моей антенны показано на рис.5, ее электрическая схема на рис.6.
Рис.5 Расположение радиометеорной антенны RM4HM
Рис.6 Электрическая схема антенны RM4HM.
Для подвода кабеля с крыши 5-ти этажного дома в окно квартиры (живу на 2-ом этаже) ¼ג короткозамкнутый шлейф выполнен с 15-ти кратным удлинением из коаксиального кабеля RG-58. При замере КСВ (SWR) по отношению к 50-ти омам, его величина 1.4 была на удивление малой и весьма приятной.
Интересен эксперимент, произведенный мною совместно с моими коллегами – сызранскими радиолюбителями (Алексей Гузанов RA4LNS/4 и Александр Гончаров RA4HUV), по исследованию рабочих характеристик антенны. На TV мачте, на высоте 2м от крыши, был смонтирован ½ג Inverted V (разновидность диполя) на туже частоту, что и LW. Inverted V имел максимумы ДН восток–запад (плечи растянуты север–юг). Первоначально на автомобиле мы с Алексеем выехали на возвышенность Батрацкая гора (местное название), находящуюся в 19км от моего дома на восток. Между деревьями растянули еще один ½ג диполь, подключили его к Yaesu FT-897D, запитанный от аккумулятора. У меня дома Александр попеременно включал на передачу (тональный сигнал) мой основной трансивер фирмы Icom IC-7000, коммутируя его с Inverted V на LW. Мощность, подводимая к антеннам, была минимизирована на уровне 5wt. Произведя замер уровня сигнала по S-метру, мы передислоцировались на запад (13км от дома) на возвышенность Монастырская гора. Вновь произвели замер сигнала от диполя и длинного провода. Результаты замеров привожу в таблице.
Таб.1 Результат сравнения LW с ½ג Inverted V.
 Поясню результат. В прямом направлении (на восток) LW дает выигрыш в 10db по сравнению с Inverted V, проигрывая ему 24db с подавленного (западного) лепестка. К сожалению, боковое подавление замерить не удалось. На юг от меня протекает Волга, на север за городом начинаются с/х поля, далее лес.
Высокое качество антенны было подтверждено наблюдениями d-Aquarids, когда вышедший из ДН антенны метеорный поток буквально «проваливался» до нуля. Здесь следует учесть, что выбранный мною передатчик ведет вещание на север–северо-восток. Я принимаю задний лепесток, подавленный относительно моего направления не только антеннами самой станции, но и расположенными между нами Уральскими горами. Соответствующая диаграмма моих наблюдений размещена на форуме в теме «Радио d-Aquarids».
Рекомендую данную антенну для наблюдений метеоров в радио диапазоне, как альтернативу направленным антеннам «волновой канал» или «многоэлементный квадрат» имеющим сложное механическое исполнение и настройку.
Вопросы можно направлять по адресу rm4hm@rambler.ru.
ВСЕМ чистого Неба и крепкого Здоровья, Друзья!
Искренне Ваш, Альфред Викторович Крохмаль (RM4HM).
| 
