Зигзагообразные антенны

При необходимости увеличить дальность приема телепередач одиночную зигзагообразную антенну следует, прежде всего, дополнить экраном. Если эта мера окажется недостаточной, то для увеличения коэффициента направленного действия (КНД) антенны можно объединить две зигзагообразные антенны с экраном в синфазную решетку или удвоить эту решетку — учетверить количество излучателей в ней.

Каждая из этих мер при соблюдении определенных условий позволит вдвое увеличить КНД антенны по сравнению с его предыдущим значением. Удвоение же КНД антенны может увеличить дальность приема телепередач примерно на 20%.

При объединении зигзагообразных антенн следует выполнить следующие условия: правильно выбрать расстояния между центрами зигзагообразных антенн; соблюсти синфазность питания излучателей; хорошо согласовать антенну с фидером.

Обеспечение первых двух условий не вызывает особых трудностей. Здесь необходимо лишь выдержать рекомендации, изложенные в статье «В помощь конструктору УКВ антенн». Процесс же согласования антенны с фидером более сложен. Под согласованием понимают совокупность мер по обеспечению максимальной отдачи мощности генератором (передатчиком) антенне или антенной — приемнику в диапазоне рабочих частот с применением линии передачи энергии (фидера) или без нее.

В качестве меры согласования фидерных линий с нагрузкой (антенной) чаше используется так называемый коэффициент бегущей волны (КБВ).

Пределы измерения значений КБВ (его обозначают К) ограничены нулем и единицей. Если значение нагрузки (входное сопротивление антенны) равно волновому сопротивлению фидера, то К = 1. При этом приемная антенна передает в фидер всю поглощенную ею высокочастотную энергию (преобразованную энергию падающих на нее электромагнитных волн).

Если нагрузка (входное сопротивление антенны) чисто реактивна, то К = 0 и передача высокочастотной энергии из антенны в фидер отсутствует.

Практически входное сопротивление антенны всегда комплексно. Оно имеет и активную и реактивную составляющие. В этом случае К имеет промежуточное значение между 0 и 1. Чем меньше реактивная составляющая входного сопротивления антенны и чем ближе значение активной составляющей к значению волнового сопротивления фидера, тем ближе значение КБВ к единице и тем большая часть высокочастотной энергии, падающей на антенну, поступает в фидер.

Процесс согласования антенны с фидером, по существу, и заключен в получении приемлемого значения КБВ во всем рабочем диапазоне частот антенны. Чем шире этот диапазон, тем труднее выполнить условия, согласования.

Способов обеспечения условий согласования много. Подробно они описаны в книге Бекетова В. И., Харченко К. П. «Измерения и испытания при конструировании и регулировке радиолюбительских антенн».

Требования к величине КБВ в различных случаях различны. Обычно в практике приема телевизионных передач достаточно, чтобы коэффициент КБВ был больше 0,4—0,5. При этом потери энергии за счет рассогласования составят примерно 20—11%. Дальнейшее снижение значений КБВ нежелательно. Так, при К=0,2—0,3 с учетом дополнительных потерь высокочастотной энергии на джоулево тепло суммарные потери могут превысить 50%. Если, например, антенная решетка составлена из двух излучателей и согласована с фидером так, что в нем К(=0,2—0,3, в то время как согласование с одним излучателем могло бы обеспечить К=1, то в этом случае труд и материалы, затраченные на построение такой решетки, окажутся напрасными, потому что эффективность одиночной антенны будет не хуже. Недостатки в согласовании антенны с фидером сказываются не только на уровнях принимаемого сигнала. Они могут явиться причиной и многоконтурности изображения.

В любительских условиях возможности выбора фидера (следовательно, и значений его волнового сопротивления) ограничены. Как правило, здесь используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 2 = 75 Ом. Покажем, как следует поступать при объединении зигзагообразных антенн (излучателей) в синфазные решетки (по два и четыре излучателя в решетке) с тем, чтобы получить достаточное согласование с фидером, пользуясь лишь 75-омным кабелем. Естествен- но, что ограниченные возможности согласования повлекут и ограниченные полосы рабочих частот антенны.

Суть ее состоит в том, что входные сопротивления четырех антенн попарно сложены параллельно, а затем обе пары сложены последовательно с помощью симметрирующего устройства. В итоге такого включения на входе 75-омного фидера, питающего антенную решетку, условия согласования остаются такими же, какими они были на входе распределительного 75-омного фидера, питающего одну из антенн в решетке.

Если размеры элементов зигзагообразной антенны в решетке выбраны так, что антенна удовлетворительно согласуется с 75-омным фидером, то и четверка таких антенн будет удовлетворительно согласована с 75-омным фидером в тех частотных пределах, в которых симметрирующее устройство не будет вносить заметных дополни--тельных искажений.

Обеспечить согласование с 75-омным фидером решетки, составленной из двух зигзагообразных антенн при помощи отрезков 75-омного кабеля несколько сложнее, так как необходимо иметь аппаратуру для измерения входных сопротивлений антенн и уметь пользоваться ею. При наличии этих условий подбирают длины отрезков распределительных кабелей так, чтобы на их входе активные составляющие входных сопротивлений были максимальными. При этом к входу фидера будут подключены вдвое более низкие сопротивления, чем те, которые были получены на выходе распределительных кабелей. Степень полученного согласования можно оценить, пользуясь методикой, изложенной в брошюре К Харченко «УКВ антенны».

О работе симметрирующих устройств достаточно подробно рассказано в статье «Симметрирующие устройства антенн».