Эта Ewe для Вас
         

Эта ewe для вас


Эта Ewe для Вас?

Floyd Koontz, WA2WVL

статья впервые опубликована в QST (ARRL) в феврале 1995 г

Новая разработка

Одним из основополагающих принципов при разработке направленной проволочной антенны является тот, что два (или более) параллельных провода, несущих идентичные РЧ токи дают направленность излучения, не взирая на фазу и амплитуду токов, если провода разнесены на значительное расстояние (более, чем 0,05 длины волны). Я заметил, если короткий провод (менее ¼ длины волны) выгнуть в виде перевёрнутой буквы U и запитать его относительно земли, то можно получить хорошее соотношение излучений вперёд-назад (направленность).

Используя программный материал АО Brian’а Beezley (K6STI), я смоделировал подобную антенну (с нагрузочным резистором между антенной и землёй на дальнем от точки питания конце провода). Результат не преминул сказаться: было получено соотношение излучений вперёд – назад более 30 дБ. Поскольку АО подразумевает подстилающую поверхность земли под антенной с отличной проводимостью, полученный результат кажется подозрительным.

Я загрузил размеры, полученные в программе АО в программу K6STI NEC-WIRES, которая принимает в расчёт проводимость и диэлектрическую постоянную грунта под антенной. По сравнению с АО, результаты снизошли в область 15…20 дБ, но зато соотношение излучений вперёд – назад антенны стало реальным. После небольшой подстройки размеров антенны и значения сопротивления нагрузочного резистора на дальнем конце антенны, соотношение вперёд-назад зашкалило за 30 дБ, и это с куском провода между двумя соединениями с землёй! Что может быть проще?!

А может это антенна Бевереджа?

Эта антенна (Figure 1) сильно напоминает антенну Бевереджа, но работает она совершенно по-другому. При анализе файла RUN в АО, Вы не могли не заметить, что, при оптимальной высоте и длине, между центрами провода 1 и провода 3 сдвиг фазы составляет 45?.
Figure 1. Ewe является приёмной антенной. Конец антенны, присоединённый к нагрузочному резистору, находится в тылу диаграммы направленности, которая имеет форму кардиоиды.

Incoming Signal – приходящий сигнал. Feed – питание. Termination – нагрузка.

<




Принимая во внимание 180- градусный сдвиг фазы, обусловленный направлениями токов в проводах 1 и 3, общий сдвиг фазы составляет примерно 135 градусов, - при этом, провод 3 играет роль рефлектора. Из этого можно сделать вывод, что приёмная антенна Ewe, по сути дела, является двухэлементной антенной системой с активным питанием заднего элемента 3 через верхний горизонтальный проводник 2. В проводнике 3 величина тока составляет примерно 65% от тока в проводе 1. На рисунке Figure 2 показаны диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскости одиночной антенны Ewe 80-метрового диапазона, расположенной над усреднённым грунтом.

Поскольку часть антенны расположена горизонтально, я задался целью проверить как антенна собирает шумы и помехи, что безусловно должно ухудшить её характеристики. Расчётное усиление антенны в горизонтальной плоскости оказалось, примерно, на 20 дБ ниже, чем в вертикальной и при больших углах со сторон.

Удивительно, но - факт: большое соотношение вперёд-назад у антенны держится на протяжении нескольких мегагерц. Этот факт подвиг меня на разработку второй антенны с полосой пропускания 1,8…4,0 МГц. Расчётное соотношение вперёд- назад в этой антенне, на протяжении всего диапазона, составляет более 25 дБ без подстройки. С этой разработкой познакомимся позднее.
Figure 2A. Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости одиночной антенны Ewe над усреднённым грунтом.


Figure 2B. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости одиночной антенны Ewe над усреднённым грунтом.
Питание и нагрузка антенны Ewe
Figure 3. Питаемая снизу антенна EWE высотой 10 футов с согласующим импеданс трансформатором 3 : 1 и резистивной нагрузкой. Length – длина.
На рисунках Figure 3 и Figure 4 показаны два способа питания антенны EWE. Импеданс в точке питания антенны составляет примерно 450 Ом, так что согласующий трансформатор с соотношением витков 3 : 1 будет здесь как нельзя кстати (соотношение согласуемых импедансов равно квадрату соотношения количества витков – UA9LAQ). Значение сопротивления нагрузочного резистора зависит от высоты и длины проводов и рабочего диапазона антенны, а также от того, в каком месте производится питание антенны сверху или снизу. Я выбрал систему запитки антенны сверху, так что вполне для этой цели пойдёт и кабель RG-58A. Поскольку я полагаю, что провод высотой в 10 футов может быть легко подвешен вертикально, то и в программе NEC-WIRES я использовал ту же высоту для получения таблиц 1…4.
Figure 4. Питаемая сверху антенна EWE высотой 10 футов с согласующим импеданс трансформатором 3 : 1 и резистивной нагрузкой.
Таблица 1- параметры антенны Ewe при питании снизу на частоте 3,8 МГц, при высоте антенны в 10 футов и угле элевации = 30°
Ant. Length

(feet)

 F/B

(dB)

 Gain

(dBi)

Нагрузка

(Ом)
15

 17.9

 -21.4

 650
20

 23.5

 -19.5

 740
25

 34.8

 -18.0

 850
30

 27.0

 -16.9

 870
35

 20.1

 -15.9

 900
Таблица 2 – Параметры антенны Ewe при питании снизу на частоте 1,8 МГц, при высоте антенны в 10 футов и угле элевации = 30°

Ant. Length

(feet)

F/B

(dB)

Gain

(dBi)

Нагрузка

(Ом)

30

23.3

-27.2

1000

40

35.2

-25.1

1060

50

28.6

-23.4

1200

60

18.2

-22.1

1220

Таблица 3 – Параметры антенныEwe при питании сверху на частоте 3,8 МГц, при высоте антенны в 10 футов и угле элевации = 30°

Ant. Length (feet) – длина антенны (в футах). F/B (dB) - соотношение излучений вперёд-назад (дБ). Gain (dBi) – усиление (дБи) (к изотропному излучателю – UA9LAQ).

Реверсивная антенна Ewe на диапазон 80 метров

В порядке эксперимента с антенной, я сначала подцепил ферритовые трансформаторы с соотношением количества витков 3 : 1 (50 на 450 Ом) с обоих концов антенны EWE. Два кабеля типа RG-58A “уходили” от антенны в “радиошэк”, так что и точка питания, и нагрузка антенны были подключены к своим приёмникам. Это позволяло “обнулять” (разделять) реальные сигналы и помехи, приходящие пространственной волной, с целью определения эффективности антенны. Я быстро нашёл, что высокое соотношение излучений вперёд-назад не может быть получено при чисто активной нагрузке, так что в ход пошла моя старая добрая коробочка управления от антенны Бевереджа, которая содержала комплексную подстраиваемую RLC нагрузку; она оказалась как раз тем, что мне было необходимо. Приходящие пространственной волной сигналы подавлялись от минимума до 40 дБ. Это было, как и ожидалось, поскольку только станции, входящие в задний сектор приходились на нуль диаграммы направленности. Нагрузка состоит из КПЕ с воздушным диэлектриком, имеющим максимальную ёмкость 500 пФ, катушки индуктивности 4,7 мкГн (с небольшой добротностью) и потенциометра сопротивлением 100 Ом, соединённых (все) последовательно.



Разработка на диапазоны 160 и 80 метров

Как было упомянуто выше, компромиссная разработка была сделана для “покрытия” диапазона 1,8…4,0 Мгц. Оптимальные размеры показаны на рисунке Figure 5. Рассчитанное усиление на частоте 1.8 МГц составляет -22 dBi а на частоте 4 МГц -12,3 dBi.

Ant. Length

(feet)

 F/B

(dB)

 Gain

(dBi)

Нагрузка

(Ом)
15

 15.9

 -22.1

 825
20

 19.3

 -20.0

 910
25

 24.9

 -18.3

 960
30

 40.4

 -17.0

 970
35

 26.6

 -16.0

 980
Таблица 4 - – Параметры антенныEwe при питании сверху на частоте 1,8 МГц, при высоте антенны в 10 футов и угле элевации = 30°

 Ant.Length

(feet)

 F/B

(dB)

 Gain

(dBi)

Нагрузка

(Ом)
30

 20.3

 -27.5

 1150
40

 29.8

 -25.1

 1230
50

 30.3

 -23.4

 1290
60

 20.8

 -22.0

 1300


Figure 5. Антенна EWE на диапазоны 160/80 метров высотой 15 футов.
Две антенны в линию
Figure 6. Система из двух антенн EWE высотой 10 футов
Далее, я исследовал систему из двух антенн Ewe. Когда два элемента питаются как оконечная система, ширина переднего лепестка остаётся такой же как у одной, а диаграмма направленности сзади улучшается. На рисунке Figure 6 показана физическая конфигурация, которая даёт отличные результаты на диапазоне 80 метров. Питание обеих антенн одинаковыми токами, сдвинутыми по фазе на 135 градусов относительно друг друга, даёт диаграммы направленности, показанные на рисунках Figure 7A и Figure7B.
Figure 7A. ДН в горизонтальной плоскости двойной Ewe антенны, показанной на рисунке Figure 6.


Figure 7B. ДН в вертикальной плоскости двойной Ewe антенны, показанной на рисунке Figure 6.
Система из двух параллельных антенн
Figure 8. Две антенны Ewe, расположенных параллельно и питаемых синфазно с целью сужения лепестка диаграммы направленности (см. рисунок Figure 9).
Два элемента EWE, расположенных параллельно, могут быть запитаны синфазно, с целью получения более узкого лепестка ДН в горизонтальной плоскости. Расстояние между элементами не должно превышать 5/8 длины волны (примерно 162 фута для частоты 3,8 МГц). На рисунке Figure 8 показана использованная физическая конфигурация антенной системы, а на рисунке Figure 9 показано изменение ДН в зависимости от расстояния между элементами. Используйте одинаковые по длине питающие линии, которые идут к общей средней точке системы, за пределами которой линии можно располагать параллельно.



Figure 9. ДН в горизонтальной плоскости антенной системы, показанной на рисунке Figure 8 для различной степени разноса отдельных антенн.



Конструкция

Мало что можно сказать о постройке этой антенны, - всё и так ясно. Высота и длина некритичны и лишь тонкие верёвки или шнуры потребуются для растяжки верхнего провода. Я растянул мою экспериментальную антенну между углом дома и подходящим по местоположению деревянным столбом. Конечно же, подойдут и деревья и мачты. Замечу, что вертикальные провода не должны быть расположены ближе 10 футов к металлической мачте и антенна не должна принимать со стороны расположения металлической мачты (со стороны питающего кабеля, лучше, поставить мачту из диэлектрика (дерева) – UA9LAQ).

В качестве заземляющих я использовал штыри из стали, покрытые медью, длиной 2 фута 8 дюймов, полученные разрезанием 8-футовых штырей заземления на три части, но и одна забитая в землю труба будет работать. Небольшой ферритовый трансформатор (трансформатор, намотанный на ферритовом сердечнике) и потенциометр смонтированы в герметичных коробках, с закреплёнными на их верхних стенках соединительными штырьками. Коробки прикреплены к штырям заземлениях с помощью хомутов из нержавеющей стали. Для полотна антенны можно использовать любой медный провод.

Я использовал пару малошумящих предусилителей с усилением 11 дБ, чтобы довести уровень сигналов, даваемых антенной, до таковых, получаемых от полноразмерных антенн.

Итоги

Антенны более простые, которые работают так, как работает эта, трудно обойти, не обратив на них внимание. Дайте антенне EWE шанс. Я уверен, она Вас не подведёт, особенно, на низкочастотных диапазонах!

(С OK1RR DX & Contesting Page)

Литература:

(1) Floyd Koontz, WA2WVL, "A High-Directivity Receiving Antenna for 3.8 MHz," QST, Aug 1993, pp 31-34.

Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru

г. Тюмень ноябрь, 2004 г