Рис. 5.2.8.
Посмотрим на графики рис. 4.1.1. Ra полуволнового диполя меняется при смещении точки питания. Если при этом не слишком приближаться к краям, то jXa остается относительно небольшим. Очевидно, что при использовании этого же диполя и в других диапазонах, ход графика будет иным. Просто потому, что по оси Х отложены величины в l. А в разных диапазонах длины волн разные.
Для получения низкого jXa во всех диапазонах необходимо, чтобы высшие диапазоны были бы гармониками низшего. В принципе, для любительских диапазонов 3,5, 7, 14, 21 и 28 МГц это выполняется. Хотя конечно l/2 диполь диапазона 80 м не будет иметь точные резонансные размеры на 40, 20, 15 и 10 м (разное влияние краевого эффекта и разной в l высоты подвеса - см. п. 3.3.4), но jXa в этих диапазонах будет терпимым. А наличие небольшой реактивности в многодиапазонной антенне является понятным и простительным.
Возьмем l/2 диполь длиной 42 м (l/2 на 3,5 МГц) и построим для него графики изменения Ra в зависимости от смещения точки питания от края антенны для всех пяти (80, 40, 20, 15 и 10 м) диапазонов. Может возникнуть вопрос - зачем это делать? Ведь в [3 - З. Беньковский, Э. Липиньский "Любительские антенны КВ и УКВ"] уже есть именно такие графики [3, стр. 222, рис. 5.14]. Увы. В целом очень хорошая книга [3] в данном случае не вполне права. Действительный ход графиков весьма заметно отличается от приведенного в [3]. Чтобы заметить это не надо обладать какими-то особыми познаниями. Достаточно просто посмотреть на графики [3, стр. 222, рис. 5.14] и удивиться их подозрительной прямоте. Не бывает в антеннах графиков, построенных по линейке.
Поэтому, отнесясь к графикам [3, стр. 222, рис. 5.14] лишь как к ориентировочным, построим точные графики.
Рис. 5.2.8 рассчитан для диполя, длиной 42 м, находящегося в свободном пространстве. Во избежание неверного понимания на рис. 5.2.8 точка питания не придвигается к краям антенны ближе, чем на 4 м (0,05l на 3,5 МГц), как описано в п. 4.1.1.
Увы, ни при каком положении точки питания все пять графиков не сходятся вместе. Однако при 13,5 и 28,5 м графики 3,55, 7,05, 14,15 и 28,5 МГц весьма близки. Если при таких положениях точки питания применить линию с Z = 150 Ом (среднее значение между Ra на 80/40 и 20/10 м), то получится хорошее согласование в этих четырёх диапазонах. Такая антенна (асимметричный диполь с плечами 13,7 и 28,1 м) показана в файле …Asimm dipole 3,5_7_14_24_28.maa. Почти такая же антенна описана в [3, рис. 5.17а]. Но есть и отличия.
Небольшие отличия в размерах (в [3. рис. 5.17а] диполь имеет плечи 13,5 и 29,95 м) можно объяснить влиянием высоты подвеса. А откуда заметная разница в Z питающей линии (240..300 Ом в [3] и 150 Ом в файле …Asimm dipole 3,5_7_14_24_28.maa)? Дело в ошибочной конструкции антенны [3 рис. 5.17а]. Посмотрим внимательно на рис 5.17а в [3]. Двухпроводная линия подключена прямо к асимметричной антенне. Без устройства подавления синфазного тока линии (симметричный тюнер внизу сделать этого не может - см. п. 5.1.4.3). Такое подключение не может не привести к излучению линии питания и к весьма заметному изменению Za. Загляните в п. 3.6.2. Рисунки 3.6.2 и 3.6.3 сделаны для почти такой же антенны. Посмотрите на рис. 3.6.3 как резко меняется Za при излучении линии. Вот и ответ о причине разницы Z.
Повторю крайне важный для практики вывод п. 3.6.2 и 3.6.7: "Асимметричные антенны, питаемые не в пучности тока или напряжения (с любой линией передачи) без таких устройств подавления синфазного тока в большинстве случаев работать вообще откажутся. По крайней мере, так, как это задумано".
Итак, к асимметричному диполю (любому) линия питания не имеет права быть подключенной напрямую. Только через устройство подавления синфазного (излучения) тока линии. Для многодиапазонных диполей выбор невелик - или ферритовый трансформатор с двумя отдельными обмотками, связанными только через магнитное поле в сердечнике (ШПТ на длинных линиях не годятся), или развязывающий дроссель.
Трансформатор на феррите требует хорошего сердечника и ограничивает допустимую мощность (см. п. 3.5.6). Развязывающий дроссель из двухпроводной линии надо мотать с шагом, превышающим утроенное расстояние между проводами линии (см. п.3.6.4.2), что получается довольно громоздко.
Конкретно для антенны …Asimm dipole 3,5_7_14_24_28.maa линию питания очень удобно выполнить из полевого телефонного провода П274 (его жаргонное название "полёвка"), Z которого 140…170 Ом. Малое расстояние между проводами "полёвки" позволяет выполнить развязывающий дроссель очень небольшим. При питании таким способом КСВ антенны в середине каждого из рабочих диапазонов не превышает 1,5. Впрочем, это зависит еще и от высоты подвеса и свойств земли, в особенности в диапазоне 80 м. Но это влияние легко учесть и уточнить размеры плеч для вашего конкретного случая (см. файл …3.5-7-14-18-24-28offsetdip-2.maa).
Всё это конечно хорошо. И антенна …Asimm dipole 3,5_7_14_24_28.maa хорошая (при грамотной запитке конечно). Но ведь для её создания понадобился очень трудоёмкий рисунок 5.2.8. А годится он лишь для диполя с размерами 42 м, и ни для какого другого. А что делать, если планируется антенна для других диапазонов и с другими размерами? Заново строить графики, аналогичные рис. 5.2.8 именно для вашей длины диполя? А потом, убедившись, что она неудачна, повторить всё для другой длины? Нет, к счастью таких ужасов не потребуется. Асимметричные диполи очень легко проектируются в режиме автоматической оптимизации MMANA по следующей методике:
Нарисуйте диполь из двух проводов. На данном этапе их длина абсолютно безразлична.
Установите источник в начало одного из проводов (в середину диполя конечно, а не на его край).
В окне "Оптимизация", в таблице "Изменяемые параметры" задайте две строки: независимое изменение координат концов диполя (для файла …Asimm dipole 3,5_7_14_24_28.maa это будет Y1 для первого провода и Y2 для второго).
В окне "Источники по диапазонам" задайте столько строк, сколько хотите иметь диапазонов. Положение источника во всех строках одинаковое - там, где он стоит на самом деле. В этом же окне уберите птичку "Отдавать приоритет первому источнику".
Запускайте оптимизацию по единственному критерию "КСВ" и ждите.
Если удовлетворительный ответ (т.е. размер плеч) существует, MMANA найдёт его. Если же полученные значения КСВ по диапазонам не радуют, попробуйте удалить из окна "Источники по диапазонам" строку того диапазона, в котором получился максимальный КСВ, и/или изменить в установках MMANA стандартное Z (проще говоря, волновое сопротивление планируемой линии питания).
По этой методике MMANA, не читая [3], создала описанный в [3, рис. 5.17б] асимметричный диполь диапазонов 7, 14 и 28 МГц (файл …Assym dipole 7-14-28.maa). Плечи диполя 6,8 и 14 м, при питании по линии 150 Ом он имеет КСВ<1,7 (не забыть устройство подавления синфазного тока).
На этом самостоятельное творчество MMANA не завершилось. Программа обнаружила, что если плечи диполя имеют размеры 4 и 16,9 м, то при питании по линии 200 Ом можно получить КСВ<1,8 в четырех диапазонах: 7, 14, 21 и 28 МГц (файл …7-14-21-28offsetdip.maa).
Также было обнаружено, что асимметричный диполь с плечами 5,3 и 15,5 м имеет очень хорошее согласование в диапазонах 7 и 14 МГц на Z0 = 110 Ом. Поскольку такую линию найти проблематично, то придется использовать трансформатор на феррите с двумя обмотками, связанными лишь через магнитное поле сердечника.
Можно сделать двухдиапазонным и уже хорошо известный нам Windom (п. 4.1.4). Оказывается можно подобрать такое положение точки питания, когда антенна и на второй гармонике (т.е. там, где её размер составляет l) будет согласована с однопроводной линией питания. Пример такой антенны показан в файле …Windom-7_14.maa. Плечи диполя имеют длину 7,36 и 13,36 м. При подключении в эту точку однопроводной линии антенна работает диапазонах 7 и 14 МГц.
Перспективным направлением представляются асимметричные диполи (с обычным питанием, в разрыв полотна) укороченные изгибом. При этом становится возможным снизить Ra на высших диапазонах до 50 Ом, что позволяет питать такие антенны коаксиальным кабелем (естественно, с устройством подавления синфазного тока, которое в данном случае может быть просто развязывающим дросселем из кабеля). Пример такой антенны показан на рис 5.2.9 и в файле …Shoebox.maa.
В диапазоне 3,5 Мгц эта антенна работает как l/2 диполь, укороченный изгибом. Укорочение снижает Ra. Но смещение точки питания от центра приводит к повышению входного сопротивления. В результате Ra составляет около 50 Ом.
В диапазоне 7 МГц антенна работает уже не как длинный диполь, а как синфазная система двух вертикалов. Взгляните на распределение токов на рис. 5.2.9 (оно показано для диапазона 7 МГц). Ток в горизонтальном проводе состоит из двух противофазных половинок. Поэтому провод почти ничего не излучает. Основное же изучение дают синфазные токи в вертикально загнутых частях. На 7 Мгц антенна работает как вертикальный излучатель с Ra близким к 50 Омам.