The compact wideband 6-elements Yagi antenna for the 6 m band.
Эту антенну я разрабатывал исходя из следующих требований:
1) Сохранение в разумных пределах как диаграммы направленности, так и согласования в широком диапазоне частот - по меньшей мере, от 49 до 51 МГц (с оптимумом на 50...50,4 МГц). Такая полоса частот выбрана для того, чтобы при точном исполнении антенна не требовала дополнительной настройки, чтобы была возможность следить за прохождением, наблюдая за сигналами телевизионных передатчиков 1-го канала, а также иметь возможность, используя пространственную селекцию, уменьшать перегрузку приемника при работе на любительском 6-м диапазоне, если сигналы ТV на 49...50 МГц окажутся слишком сильными.
В то же время, участок 51...52 МГц любителями пока используется очень мало (если и используется - то для местной ЧМ связи), а сильные помехи от других служб там тоже маловероятны.
2) Использование для несущей траверсы полной длины стандартной дюралевой трубы (диаметром 42 мм, длиной 4,6 м), имеющейся в продаже. С учетом мест для крепления крайних элементов, длина структуры выбрана равной 4,5 м. Длина около 3/4 длины волны близка к оптимальной для небольших антенн этого типа. Обычно, при такой длине для узкополосной антенны бывает достаточно и пяти элементов, однако повышенные требования к сохранению параметров в широкой полосе частот потребовали шестиэлементной структуры..
3) В целях достижения широкополосности и получения хорошего коэффициента защитного действия (F/R - не менее 25 дБ в пределах наиболее популярного участка 6 м диапазона, и не менее 15...20 дБ во всем рабочем диапазоне частот), допустимо пожертвовать до 0,5...1 дБ коэффициента усиления, предельно достижимого при такой длине структуры.
Графики частотной зависимости параметров, построенные программой "Yagi Optimizer" K6STI. Коэффициент усиления приведен для высоты установки антенны 12 м над идеальной землёй. Графики F/R здесь отображают частотную зависимость отношения "вперед - назад", то есть, фактически F/B (без учета боковых лепестков)..
4) Элементы - цельные алюминиевые трубки диаметром 18 мм - выбраны из имеющихся в продаже как по соображениям механической прочности, так и для получения достаточной широкополосности. Составная телескопическая конструкция была отвергнута по целому ряду причин.
Все элементы изолированы от несущей траверсы. Требования к диэлектрическим свойствам пластин, используемых для крепления элементов к траверсе, очень невысоки даже у активного вибратора, так как его входное сопротивление низкое. Главным образом, важно обеспечить достаточную механическую прочность, устойчивость материала к влаге и солнечному ультрафиолету.
5) Активный элемент выполнен в виде разрезного вибратора с рассчетным импедансом 28 Ом на резонансной частоте. При входном сопротивлении такого порядка антенны с несколькими пассивными элементами имеют стабильные параметры, хорошо оптимизируются по коэффициенту усиления и коэффициенту защитного действия. Согласование с фидером 50 Ом осуществляется простым четвертьволновым кабельным трансформатором с волновым сопротивлением 37,5 Ом (два кабеля по 75 Ом параллельно). Этот трансформатор вместе с частью присоединенного к нему фидера свернут вблизи точки питания вибратора в небольшую катушку из 5-6 витков, образующую симметрирующий дроссель. При аккуратном повторении всей конструкции подстройка согласования не требуется.
6) Оптимизация проводилась при помощи программы EZNEC (на основе NEC-2) для высоты установки антенны 12 м над землей со средними параметрами. Однако, основные собственные параметры антенны останутся без сколько-нибудь заметных изменений при высоте её установки от 6 м и более. От высоты установки, как обычно, зависит форма диаграммы направленности в вертикальной плоскости.
Размеры элементов антенны:
Расстояние между краями половинок активного элемента в точке питания равно 2 см. Для уменьшения емкости между торцами этих трубок, они срезаны под углом.
Если требуется антенна, оптимизированная для работы в полосе частот 50...52 МГц, то размеры всех элементов и все дистанции между ними следует уменьшить на 1 процент.
Электрическая длина согласующего четвертьволнового трансформатора (Q-Match 37.5 Ом) равна 1,49 м. При использовании кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией физическая длина согласующей секции получается около 98...99 см, то есть с запасом на разделку концов требуется приблизительно 2,2 м мягкого 75-омного коаксиального кабеля. Удобно воспользоваться одним отрезком экранированного симметричного кабеля РД-75 длиной около одного метра, соединив обе его жилы в параллель. Весьма желательно проверить величину волнового сопротивления и коэффициент укорочения согласующей секции, так как встречающийся на практике разброс этих параметров бывает значительным.
Антенна изготовлена Е. Шаховым, YL2KA и в начале января 2002 г. установлена на крыше 14-этажного дома, на мачте высотой немного более 6 м. В непосредственной близости от антенны находится надстройка лифтной шахты высотой 4,5 м, обшитая кровельным железом, что заметно влияет на работу антенны в некоторых направлениях, однако и в худшем случае расстройка антенны не выходит за пределы допустимого. Реализация отдельных узлов и общий вид антенны приведены на фотографиях.
Пока достаточно точно измерено только согласование с помощью измерителя RF-5 фирмы "Autek", а для сравнения оно проверено встроенным индикатором КСВ трансивера ICOM-746.Частотные характеристики согласования, рассчитанные с помощью различных программ и измеренные на практике, приведены на графике:
Отмечу, что длина активного элемента в компьютерной модели предполагалась равной 2 х 1,44 м без учета того промежутка, который должен быть посредине реального диполя в месте подключения к нему фидера. С учетом этого промежутка и с учетом тонких присоединительных концов четвертьволнового кабельного трансформатора, которые входят в общую длину диполя, длины трубок должны были быть приблизительно по 1,427 м. На практике они были сделаны по 1,42 м и резонанс антенны немного сместился вверх относительно рассчитанного на EZNEC, зато кривая частотной характеристики КСВ стала очень близка тому, что было предсказано для этой модели другой программой - MMANA. Впрочем, все эти различия составляют доли процента и не выходят за пределы погрешностей расчетов, погрешностей при изготовлении и измерениях.
Диаграмма направленности в общих чертах проверена во время связей YL2KA с YL2DX на расстоянии нескольких километров при прямой видимости между антеннами, и, судя по показаниям S-метра трансивера IC-746, соответствует расчетной. Ниже приведена диаграмма направленности в азимутальной плоскости, рассчитанная с помощью программы EZNEC для случая установки антенны на высоте 12 м над землёй со средними параметрами:
Пользуясь этой антенной и трансивером IC-746, YL2KA смог в течение нескольких дней установить на 50 МГц по нескольку десятков связей с США, Японией и другими DX. Пропорционально увеличив все размеры приблизительно в 1,75 раза, можно построить неплохую антенну для работы в 10-метровом любительском диапазоне. Для нее понадобится бум длиной 8 м.
