учитывать вращением вектора по часовой стрелке на соответствующий угол. Так, например, волна, прошедшая путь в четверть волны, приобретет фазовый набег 90°. Рассмотрим излучение системы вправо, причем фазы волн будем измерять непосредственно около излучателя S2 (при дальнейшем распространении направо обе волны от двух излучателей приобретут одинаковый набег фазы, и фазовое соотношение между их колебаниями не изменится). Соответствующая векторная диаграмма показана в среднем ряду справа. Колебание s2 не изменится, а колебание si приобретет фазовый набег 90°пройдя путьЯ,/4. В результате волны окажутся противофазными и излучения в эту сторону не будет. При распространении волн в левую сторону от излучателей вектор si останется в прежнем положении, а вектор s2 повернется на 90° по часовой стрелке, поскольку волна от излучателя s2 пройдет путь Х/4. Векторная диаграмма колебаний около излучателя si показана на рис.1 в среднем ряду слева. Видно, что волны от излучателей S1 и S2 складываются в фазе и суммарное колебание приобретает удвоенную амплитуду.

Точно таким же образом можно найти поле излучения и в других направлениях. Для более образного представления можно считать, что на рис.1 сверху показан вид в плане на две штыревые антенны S1 и S2. Такая система из двух штырей будет обладать диаграммой направленности, близкой к кардиоиде. Максимум излучения будет направлен влево, а нуль излучения - вправо. В боковых направлениях (вверх и вниз на рисунке) система тоже будет излучать, и довольно значительно, поскольку в этих направлениях будут складываться две квадратурные волны. Несколько повысить остроту диаграммы

направленности можно, располагая излучатели S1 и S2 ближе друг кдругу, например, на расстоянии А./8 Векторные диаграммы для этого случая показаны в нижнем ряду на рис. 1. Исходя из того, что излучение вправо, как и прежде, должно отсутствовать, определяем сдвиг фазы колебаний излучателей. Он должен составлять Зл/4 или 135°, как показано на векторной диаграмме в центре нижнего ряда. Тогда при излучении вправо вектор колебаний s 1 повернется на угол л/4 или 45° , и окажется в противофазе с вектором s2 (смотри векторную диаграмму в нижнем ряду справа). При излучении же в левую сторону вектора s 1 и s2 уже не будут синфазными, а окажутся в квадратуре, и результирующая амплитуда поля уже не удвоится, как в предыдущем случае, а будет всего в 1,41 раз больше поля каждого из излучателей (векторная диаграмма слева). Излучение вбок тоже будет меньше, так как в этих направлениях складываются близкие к противофазным поля. Расстояние между излучателями можно сделать и еще меньше, но для получения однонаправленного излучения угол , дополняюищй сдвиг фаз в излучателях до противофазного, должен удовлетворять условию: ф = 2к(1Д, т.е. также должен уменьшаться.

Излучение

Рис.2

Не следует думать, что эффективность короткой антенны с малым d и почти противофазными излучателями меньше, чем эффективность полноразмерной с расстоянием d = А./4- Если потерями

в элементах можно пренебречь, то вся мощность, подводимая к антенной системе, должна излучаться, и поля обеих антенн должны быть одинаковыми (пренебрегая небольшой разницей в диаграммах направленности). Но токи в элементах короткой антенны для создания того же поля получаются большими, и если учитывать потери в элементах, то они также возрастают из-за больших токов. Противофазные токи в элементах короткой антенны подобны противофазным токам в катушке и конденсаторе параллельного колебательного контура, амплитуда которых пропорциональна добротности. Точно также при укорочении расстояния между вибраторами и при приближении токов в них к противофазным возрастает эквивалентная добротность антенной системы, и соответственно уменьшается полоса ее рабочих частот. Такова плата за уменьшение размеров. Но при расстоянии между вибраторами А./8... А./10 возрастание потерь в элементах и эквивалентной добротности не превосходит 1,4...2 раза и вполне окупается сокращением габаритов антенны, что и подтверж-

Рис.З

дено многолетней практикой конструирования ZL-бимов.

Одна из самых простых конструкций ZL-бима показана на рис.2. Он содержит два разрезных полуволновых вибратора (часто используют и петлевые вибраторы), соединенных воздушной линией с пе-

рекрещивающимися проводами. Поскольку коэффициент укорочения волны в воздушной линии близок к единице, то при питании системы в точках Х-Х сдвиг фаз колебаний в вибраторах как раз соответствует вышеприведенной формуле. Более точная фазировка элементов достигается изменением (подбором) их длины. При этом изменяется резонансная частота элемента и, так же как у любого колебательного контура в соответствии с его фазочастотной характеристикой, фаза колебаний в нем. Собственно говоря, питание можно подвести даже к середине ли- НИИ, а фазировку элементов осуществить именно таким способом: один элемент немного укоротить, а другой немного удлинить. Расстройка элементов получается очень небольшой, так как необходимый фазовый сдвиг в каждом элементе составляет всего ф/2. Диаграмма направленности ZL-бима в горизонтальной плоскости (по азимуту) заметно сужается еще и потому, что сами вибраторы вбок не излучают. В вертикальной плоскости диаграмма получается несколько шире. Эта антенна очень хороша как малогабаритная направленная антенна с горизонтальной поляризацией. По многочисленным данным из литературы ее КНД достигает 4 дБ относительно диполя или 6 дБ относительно изотропного (всенаправленного) излучателя. По очевидным конструктивным соображениям расположить вибраторы ZL-бима вертикально не очень просто, кроме того, возникают проблемы с проводкой линии питания. Ввиду этих трудностей мысли автора обратились к более подходящим вертикальным излучателям, которые можно было бы расположить на небольшом расстоянии друг от друга, в соответствии с идеологией ZL-бима. Одним из таких излучателей является J-антенна, два варианта которой, отличаюшлеся

только способом согласования с фидером, показаны на рис.3. J-антенна представляет собой полуволновый вертикальный вибратор, питаемый с нижнего конца. На конце сопротивление вибратора очень высокое и достигает нескольких килоом, в полном соответствии с законом Ома - ведь ток здесь мал, а напряжение велико. Для его согласования с низким сопротивлением кабеля служит четвертьволновая двухпроводная линия. В первом варианте (слева на рис.3) ее волновое сопротивление должно равняться среднему геометрическому между сопротивлениями вибратора н кабеля, т.е. что-нибудь в районе 300...600 Ом. Точного согласования можно добиться, изменяя волновое сопротивление линии (практически - расстояние между проводниками). Это не совсем удобно, поэтому второй вариант J-антен-ны (справа на рис.3) во многих отношениях лучше. Здесь проводники четвертьволновой линии просто замкнуты на нижнем конце, и эту точку с нулевым потенциалом можно заземлить проводом любой длины, соединить с любой массой , например, крышей дома или автомобиля, что удобно конструктивно, но можно и вообще никуда не присоединять. Питание к линии подводится автотрансформаторно, в точках X-X , расположенных на некоторой высоте над короткозамкнутым концом линии. С любым кабелем антенна легко согласуется простым передвижением точек питания X-X . Волновое сопротивление двухпроводной линии в этом варианте особого значения не имеет.

Дальнейший ход мысли был таков: если уж две J-антенны в направленной системе будут расположены рядом, то нельзя ли использовать для их питания и согласования одну обшую двухпроводную линию? Ведь напряжения на проводниках открытого конца линии противофазны.

Рис.4

что как раз и требуется для питания двух близко расположенных вибраторов! Ну а необходимый сдвиг фаз колебаний в вибраторах +Ф/2 и - ф/2 можно получить изменением их длины - укорочением одного и удлинением другого. Остается решить, как соединить концы полуволновых вибраторов, разнесенных на А./8, с концами двухпроводной линии, расположенными рядом. Это оказалось несложно - ведь на концах вибраторов ток мал, они почти не излучают, поэтому ничего страшного не будет, если концы вибраторов изогнуть навстречу друг другу и напрямую соединить с концами линии. Все получалось невероятно просто, настолько, что возникли сомнения - а заработает ли? Необходим был эксперимент.

Сказано - сделано, антенна на частоту 430 МГц (длина волны 70 см) была согнута из цельного отрезка медной проволоки диаметром 1,7 мм. Ее эскиз с размерами, уточненными в процессе экспериментов, показан на рис.4 б). Кабель питания с волновым сопротивлением 50 Ом присоединялся так, как показано на рис.4 в). Контакты в точках питания X-X полезно сделать подвижными, чтобы подобрать положение этих точек по минимуму КСВ. К сожалению, КСВ было