Двухэлементная антенна Bobtail Beam на 144 МГц

Двухэлементная антенна Bobtail Beam на 144 МГц
Эта антенна является высокоэффективной, дающей усиление около 10 дБ по
отношению к вертикальному λ/4 излучателю или более 13 дБ по отношению к
изотропному (всенаправленному) излучателю (>13 dBi) – это можно сказать, судя по
построенным компьютерным моделям, изучению источников во всемирной “паутине” и
соответствующей литературе.
Проведя собственное “расследование”, мы констатируем, что антенна Bobtail была
изобретена Woodrow’ом Smith’ом - W6BCX примерно в 1948 году. Мы перерыли
множество источников, чтобы собрать данные по антенне и донести её до Вас в сжатой
доступной форме, чтобы избавить Вас от погружения в теорию, графики, таблицы и
т.п., чтобы Вы смогли в кратчайший срок построить данную антенну, выйти с её
помощью в эфир и испытать при этом много приятных минут, работая на двухметровом
диапазоне (возможно, внеся свои собственные конструктивные усовершенствования).
10 дБ усиления, по отношению к вертикальному λ/4 излучателю, эквивалентны
усилению шестиэлементной антенны (Yagi) и, вполне, окупят время и усилия,
потраченные на конструирование этой антенны!
Антенна двухметрового диапазона Bobtail beam появилась, естественно, после антенны
Bobtail Curtain, известной своими достаточно узкими лепестками диаграммы
направленности (ДН) на более низких частотах (в КВ диапазоне). Набрав в поисковой
системе название антенны “Bobtail Curtain”, можно узнать многое по теме и от тех, кто
экспериментировал с этой антенной.
ДН “стандартной” антенны Bobtail - очень узкая (имеет узкие лепестки). Антенна Bobtail
beam имеет ещё более узкие лепестки (лепесток) ДН в прямом направлении излучения
(со стороны активного вибратора) со значительно подавленным задним лепестком,
соотношение излучения вперёд – назад находится в пределах 17…19 дБ, а импеданс в
точке питания составляет около 50 Ом! Эти цифры могут незначительно отличаться от
приведённых, в зависимости от реального исполнения конструкции антенны. Длина
антенны в диапазоне 2 метра составляет лишь 0,15 λ (305 мм), ширина - λ = 2058 мм,
питается антенна 50-омным коаксиальным кабелем непосредственно. Расстояние между
передними и задними элементами (группой элементов излучателя и группой элементов
рефлектора) может изменяться при формировании нужной ДН, по минимуму КСВ, но
начальной точки отсчёта (0,15 λ (305 мм)), следует придерживаться. В некоторой точке
все длины излучателей и расстояния между ними начнут так взаимодействовать друг с
другом, что изменят входной импеданс антенны. Экспериментируйте! КСВ настроенной
антенны близок к 1 : 1 и сохраняется в достаточно широком диапазоне частот (точнее:
мало изменяется). В зависимости от типов применённых для конструкции антенны
материалов, эта направленная антенна может быть выполнена очень лёгкой по весу и
может вращаться любым поворотным устройством, которым обычно вращаются ТВ
антенны или, при необходимости, - вручную! На рисунках, приведённых в данной
статье, показана антенна, для поддерживающих конструкций которой применена
пластиковая труба, можно применять любой непроводящий материал, например, дерево. Мачта из непроводящего электрический ток материала поможет сохранить
расчётную ДН антенны.
Рис.1
Рис.2 Описание, детали, формулы и длины отрезков (относительно рисунков)
Длины элементов:
Формулы, приведённые ниже, являются комбинированными из нескольких, найденных
при поисках материалов по антенне Bobtail и могут потребовать уточнений, но
являются удовлетворительными для начала. Размеры антенны, как и в любой
конструкции антенны, могут несколько отличаться от приведённых. Результат расчёта
по формулам поможет в настройке антенны на минимальный КСВ, при хорошем
непосредственном согласовании с питающим кабелем.
Секция активных вибраторов - каждый элемент имеет длину 519 мм
Секция рефлекторов – каждый элемент имеет длину 549 мм
Примечание: длины этих отрезков близки к оптимуму, который, однако, получается
только в результате настройки на минимальный КСВ.
Формулы: эти формулы только приближаются к точным, если есть необходимость –
уточните.
Длины активных вибраторов в футах = 248 / F, МГц (1 фут =30,48 мм)
Длины вибраторов рефлектора в футах = 263 / F, МГц (1 фут =30,48 мм)
Расстояние между активными и пассивными элементами (0,15 λ на 146 МГц) = 305 мм
(λ = 2040 мм)
Пример для частоты 147,0 МГц:
Элементы активных вибраторов - 248 / 147 = 1,68 футов = 20,24 дюймов = 514 мм
Элементы рефлектора 263 / 147 =1.78 футов = 21.46 дюймов = 545 мм
11808 / 147 = 1 λ = 80.32 дюймов = 2040 мм (расстояния между крайними вибраторами
передней и задней группы элементов одинаковы), расстояние между группами
вибраторов и рефлекторов = 0,15 λ = 80,32 х 0,15 =12,04 дюймов = 306 мм. Как было
отмечено выше, эти формулы - приближённые.
Да…Вы, используя выше приведённые формулы, должны быть в состоянии рассчитать и
изготовить описываемую антенну на любую необходимую частоту. Конечно, увеличение
резонансной частоты данной (и не только) антенны удобно в смысле уменьшения её
габаритов, как и, наоборот, снижение резонансной частоты антенны приводит к
увеличению протяжённости активных и пассивных вибраторов, повышению
громоздкости поддерживающих антенну конструкций, увеличению занимаемой (в
плане) площади, что может создать определенные проблемы при строительстве и
эксплуатации антенны.
Для примера, возьмём антенну, описываемой конструкции, на диапазон 10 метров с
резонансной частотой 28,4 МГц, ширина её окажется более 34 футов (10360 мм), при
длинах рефлекторов в более чем 9 футов (2740 мм). Помните также, что антенна
Bobtail Beam в ширину составляет λ – т. е., длину волны на расчётной частоте, что
потребует устанавливать растяжки и подкосы для поддержания конструкции в
присущей ей форме и оказания противодействия ветровым нагрузкам, также
необходимо и поддерживать активные и пассивные элементы на определённом
расстоянии (≈ 0,15 λ) друг от друга!
Описание:
Проектируемая антенна показана здесь как совокупность различных идей, но для
крепления вертикальных элементов использована пластиковая труба.
Секция активных вибраторов антенны Bobtail beam двухметрового диапазона
представляет собой один вертикальный четвертьволновый излучатель, который
подключается к центральной жиле питающего кабеля и ещё два идентичных,
расположенных по бокам от центрального, соединяемые вместе через полуволновые
линии к оплётке питающего кабеля.
Внешние вертикальные элементы отнесены на ½ λ от центрального, как в группе
активных вибраторов, так и в группе рефлекторов, что задаёт ширину антенны в
диапазоне 2 метра примерно равную 81 дюйму (2057 мм). Элементы группы
рефлекторов, примерно, на 6% длиннее элементов группы вибраторов и все три
соединены вместе с помощью проводников. Все три элемента в каждой группе равны
между собой по длине. Не путайте, здесь существует та же зависимость, как, например,
в антеннах типа Yagi: рефлектор всегда длиннее активного вибратора. Обе секции (от
крайнего вибратора и до крайнего вибратора) имеют протяжённость (ширину) в полную
длину волны. Центральный активный вибратор в передней части антенны питается
напрямую, используя бескаркасный коаксиальный “балун”, намотанный питающим 50омным коаксиальным кабелем: центральная жила его подключена к нижнему концу
центрального вибратора, а оплётка от конца “балуна” подключается к полуволновым
проволочным линиям, соединяющим между собой крайние вертикальные вибраторы.
Между активными и пассивными элементами нет электрического соединения.
Расстояние между активными и пассивными элементами некритично и составляет
примерно 12 дюймов.
Двухэлементная антенна Bobtail Beam - очень широкополосна и обычно легко
согласуется с 50-омным кабелем. Конструктивные размеры некритичны, кроме длин
активных и пассивных вибраторов, длины которых, к тому же и строго равны друг
другу в своей группе. (20,4 дюйма - у активных и 21,6 дюйма - у пассивных). Диаметры
всех элементов должны быть одинаковыми. Подойдут в качестве вертикальных
элементов сварочные электроды диаметром 1/8 дюйма (3…4 мм), если Вы найдёте их
достаточной длины, можно применить алюминиевые трубки, медные трубки малого
диаметра или упругую проволоку, при этом, необходимо обеспечить стабильность как
элементов, так и конструкции антенны в целом. Антенна Bobtail Beam питается через
простой “балун”, содержащий 6…7 витков питающим 50-омным кабелем, намотанным на
подходящей оправке, например, пластиковой трубе. Намотанные витки снимаются и
скрепляются изолентой или пластиковыми стяжками и размещаются в
непосредственной близости (чем ближе, тем лучше) от центрального активного
вибратора. Центральный проводник питающего кабеля соединяется с концом активного
вибратора, оплётка с конца “балуна” припаивается к проводнику, соединяющему
нижние концы крайних активных вибраторов. Противоположный конец кабеля
соединяется с приёмопередатчиком.
Примечание редактора:
Существует много способов, как изготовить эту антенну с использованием изделий из
пластика, дерева, (бамбуковых) удилищ и других непроводящих материалов для
поддерживающих конструкций и алюминиевых трубок, сварочных электродов,
элементов от старых ТВ антенн, жёсткого провода большого диаметра, различного рода
штырей для вертикальных вибраторов. Включайте воображение! Предлагается
переднюю и заднюю части антенны изолировать друг от друга, другими словами:
разделить их несущей структурой из непроводящего материала.
Одним из нюансов является также факт ориентации антенны на корреспондента,
который должен находиться на линии, перпендикулярной параллельным несущим
группы вибраторов структурам, а не вдоль них, как принято в обычных конструкциях
антенн типа “волновой канал”, Yagi.
Эксперименты с различными способами конструирования дадут в итоге направленную
высокоэффективную антенну на двухметровый диапазон и максимум удовольствия, при
сравнении затрат на данную антенну и, с аналогичным усилением, - на антенну
промышленного производства. Вспомните, компьютерные модели указывают, что
антенна даёт усиление 10 дБ по отношению к четвертьволновому вертикальному
излучателю! Даже, если Вы получите 10 дБ по отношению к четвертьволновому
вертикальному вибратору, предлагаемая антенна существенно поднимет уровень
сигнала Вашего передатчика!
Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ)
г. Тюмень