3. РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ УКОРОЧЕННЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ АНТЕНН

В этой главе будут рассмотрены способы создания на базе укороченных вертикалов, антенн с электрической дли-нойЯ/4. Предлагаемые методики расчета позволят радиолюбителю самостоятельно конструировать вертикальные антенны сравнительно небольших размеров, по эффективности мало уступающие полноразмерным. Перед этим необходимо рассмотреть какими характеристиками обладает четвертьволновый вертикал, чтобы иметь возможность сравнивать эффективность укороченных антенн с полноразмерными.

Рассчитаем характеристики четвертьволнового вертикала на диапазон 80 метров. Среднюю частоту f выберем равной 3,575 мГц, а средний диаметр излучателя d-60 мм. По формуле (2.2) определим длину волны, соответствующую выбранной частоте f и ориентировочную длину вертикала:

Я= 300 / 3,575 = 83,92 м; Я/4 = 83,92 / 4 = 20,98 м.

По графику на рис.2.6 определим коэффициент укорочения к для заданного диаметра d и посчитанной длины вертикала. Умножив найденное значение к=0,967 на длину четверти волны получим длину Я/4 вертикала на заданную частоту-20,29 метров. Электрическая длина четвертьволнового вертикала равна 90°. Его сопротивление излучения Rrad можно определить по формуле (2.7) или найти в таблице 2. Для случая 90° Rrad=36,6 Ом. На величину сопротивления потерь Rioss основное влияние оказывает сопротивление потерь системы земля-противовесы Rg. Величина Rg зависит от числа и протяженности радиальных проводников, образующих систему противовесов и проводимости почвы. Условия для размещения противовесов у большинства радиолюбителей таковы, что редко удается достичь значения Rg менее 15 Ом, особенно на НЧ диапазонах.

По формуле (2.5) определим КПД рассматриваемой антенны, считая, что значение Rioss определяется величиной Rg=15 Ом:

7 = 36,6 /(36,6+ 15) = 71 %. Входное сопротивление четвертьволнового вертикала имеет чисто активный характер (для 90 реактивная часть входного сопротивления Х=0 ) и определяется по формуле (2.6):

R = 36,6+ 15 = 51,6 Ом.

Расчитанные характеристики представлены на рис.3.4, где показаны параметры различных типов укороченных антенн и кривые распределения тока.

3.1 Вертикальные антенны с удлиняющей катушкой

Этот тип укороченных антенн широко используется в качестве портативных автомобильных антенн на 27 мГц. В радиолюбительской практике такие антенны находят применение на НЧ диапазонах, обеспечивая удовлетворительные показатели при относительно нейольших размерах. На рис.3.1 показана схема антенны с удлиняющей катушкой. В зарубежных источниках такие вертикалы имеют название base loaded verticals .

Рис. 3.1 Конструкция антенны с удлиняющей катушкой.

Удлиняющая функция катушки индуктивности L заключается в компенсации реактивной части входного сопротивления укороченного вертикала, которая для случая (р имеет емкостной характер. Реактивная часть сопротивления системы излучатель+индуктивность обращается в О, и ее электрическая длина становится равной 90(Я/4). Требования,

предъявляемые к катушке индуктивности, являются весьма жесткими. Она должна иметь высокую добротность и выдерживать большие рабочие напряжения.

Сопротивление потерь Rioss для такого типа антенн имеет кроме Rg еще одну составляющую-сопротивление потерь катушки индуктивности Rc:

Rioss =Rg+Rc (3.1)

Значение Rc определяется по формулам:

R -Xl (3.2)

Кс - Q

XL=2--f-L (3.3)

где Xl-индуктивное сопротивление катушки, OM;f-частота, мГц;1-индуктивность катушки, мкГн.

Для расчета значения индуктивности удлиняющей катушки при заданных: резонансной частоте f, диаметре излучателя d и его длине I, можно воспользоваться следующей методикой:

1.Определить отношение d/l и соответствующей ему коэффициент укорочения к (рис.2.6).

2.Пользуясь формулой (2.1), определить физическую длину излучателя в градусах - у?

3.Рассчитать электрическую длину вертикала с учетом коэффициента укорочения по формуле (2.14).

4.По найденному отношению d/l определить характеристическое сопротивление эквивалентной линии Zq по формуле (2.9) или графику на рис. 2.4. 5,Для рассчитанного значения Zq определить реактивную часть входного сопротивления вертикала X по формуле (2.10) или графику на рис. 2.5.

б.Значение индуктивности удлиняющей катушки L находится по формуле: - I X I (3.4)

L- мкГн, f - мГц

Для примера рассчитаем значение индуктивности для вертикала длиной 1=10,15 м, диаметром d=30 мм на частоту f =3,575 МГц:

1.d/l = 0.03/10,15 = 0,0029; к = 0,967

2.у)= (10,15/83,91) 360-=,43.54-