Антенны F9FT
Ряд интересных конструкций УКВ антенн с удлиненной траверсой разработал известный французский ультракоротковолновик Ф. Тонна (F9FT). Антенны F9FT имеют достаточно высокий КПД, сравнительно небольшие размеры и массу, в них нет согласующих элементов. Но пожалуй, их главное достоинство — легкая повторяемость, получение идентичных параметров каждой отдельной антенны (при строгом соблюдении всех размеров элементов). Последнее позволяет путем компоновки нескольких однотипных антенн создавать сложную антенную систему с большим коэффициентом усиления.
Основные параметры антенны F9FT приведены в таблице. Приведенные значения усиления антенн даны относительно полуволнового диполя.
На рис. 1, а приведен чертеж 16-элементной антенны для 2-метрового диапазона. Ее траверсу выполняют из проката квадратного профиля со стороной 20 мм, толщина стенки — 1,5...2 мм, или трубы диаметром 20 мм. Часть траверсы, где укрепляют рефлекторы и активный вибратор, имеет вид «ласточкиного хвоста» (рис. 1, б).
Пассивные элементы изготавливают из алюминиевой проволоки диаметром 4 мм. Применение других материалов (меди, латуни, сплавов алюминия, биметалла) не вызывает заметного ухудшения параметров антенны, за исключением ее массы. Один из возможных вариантов крепления рефлекторов и директоров показан на рис. 1, в.
Активный вибратор с волновым сопротивлением 75 Ом (рис. 2, а) выполняют из алюминиевой проволоки диаметром 5 мм, а с волновым сопротивлением 50 Ом (рис. 2, б) — из двух алюминиевых трубок диаметром 12 мм, соединенных алюминиевой дужкой-согласователем из проволоки диаметром 5 мм.
Активный вибратор должен быть надежно изолирован от траверсы. В качестве изоляционного материала можно использовать стеклотекстолит, тефлон, органическое стекло и т. п.
На рис. 3, а и 3, б схематически изображены 9- и 13-элементная антенны для 2-метрового диапазона. Конструкция активных вибраторов с различным волновым сопротивлением для этих антенн показана на рис. 3, в (75 Ом) и 3, г (50 Ом). Некоторое различие в размерах данных активных вибраторов от тех, которые применяются в 16-элементной антенне, обусловлено стремлением лучше согласовать эти антенны с фидером. Сечение несущей траверсы для этих антенн такое же, как и для 16-элементной (20х20 мм).
Конструктивно 9- и 13-элементную антенну выполняют так же, как и 16-элементную.
На первый взгляд может показаться, что непосредственное питание симметричного вибратора несимметричным коаксиальным кабелем не может дать хороших результатов, так как в этом случае отношение напряжений на его концах равно примерно 2:3. А это неизбежно приведет к формированию излучения с вертикальной поляризацией, тем самым ухудшается коэффициент усиления антенны и ее диаграмма направленности. Однако эксперименты показывают, что питать антенну так можно, но входное сопротивление активного вибратора должно быть согласовано с волновым сопротивлением питающего фидера, а активный элемент надежно изолирован от траверcы. При этом практически вся подводимая ВЧ энергия излучается активным вибратором в окружающее пространство, а большое число пассивных элементов достаточно хорошо формирует главный лепесток диаграммы излучения антенны строго по ее оси.
Чтобы получить большее усиление, однотипные антенны объединяют в систему. При удвоении числа однотипных антенн коэффициент усиления системы может возрасти на 2,5 дБ.
Максимальное значение достигается только при условии оптимального расстояния между антеннами и строгой фазировки последних. Оптимальное расстояние для 16-элементных антенн 2-метрового диапазона составляет 2. На рис. 7 приведены варианты компоновки антенных систем.
Если, например, требуется согласовать с питающим фидером, имеющим волновое сопротивление 75 Ом, антенную систему из двух антенн с активным элементом, у которого волновое сопротивление 75 Ом, необходимо сделать следующее. Вибраторы обеих антенн соединяют через тройник отрезками коаксиального кабеля (их волновое сопротивление 75 Ом) длиной, кратной /2, с четвертьволновым трансформатором. Последний изготавливают из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом длиной с/4.
Для правильной фазировки антенной системы центральные проводники отрезков коаксиального кабеля подключают к точке А (см. рис. 7).
Очень просто согласовать четыре однотипные антенны (см, рис. 7, в). В этом случае используются отрезки кабелей с одинаковым волновым сопротивлением (50 или 75 Ом) длиной L1 = L2 = L3 = L4 = cп/2, L5 = L6 = c/4.
На рис. 7, г показан вариант объединения двух антенн, при котором получается диаграмма направленности с круговой поляризацией. Такие системы целесообразно использовать при работе через радиолюбительские спутники Земли, а также при приеме сигналов, отраженных от лунной поверхности. Обе антенны монтируют взаимно перпендикулярно на одной траверсе, одноименные вибраторы укрепляют как можно ближе друг к другу.
Для согласования используют отрезки коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом
(L1 = cп1/4,
L2=cп2/2,
где п1 = 1, 3, 5,...;
n2 = l, 2, 3,...;
L2—L1 = /4)
и 50 Ом (L3 = с/4).
Данная антенная система с круговой поляризацией имеет коэффициент усиления такой же, что и одиночная антенна.
В заключение несколько, практических советов. Для удобства и быстрой сборки антенных систем рекомендуется отрезки кабелей согласования снабжать высокочастотными разъемами типов СР-75 и СР-50, а для их соединения использовать ВЧ тройники. Такие узлы нетрудно защитить от влияния атмосферных осадков. Если указанных разъемов нет, ртрезки кабелей можно аккуратно спаять, а места соединения покрыть полистиролом или эпоксидной смолой. Все крепежные винты желательно ставить с нижней стороны траверсы и закрашивать их.
Трубки элементов с концов закрывают капроновыми колпачками или резиновыми пробками. Места подключения кабелей к вибраторам желательно помещать в капроновые стаканы. Чтобы длинные траверсы не прогибались, их можно обычным способом подпереть диагональными штангами. Последние должны быть одинаковой длины для всех антенн, скомпонованных
