Антенны КВ На 80 и 160 метрах антенна даже со скромным усилением может дать вам очень реальное преимущество в соревновании. К сожалению, большая длина волны (λ/4 составляет 70 футов на 3,510 МГц и 134 фута на 1,83 МГц) и размеры связанные с этими диапазонами, делает задачу усиления этих антенн проблемной. Дополнительная проблема — ширина 80-метрового диапазона.
Трудно спроектировать эффективную антенну, которая будет работать больше, чем на небольшой части диапазона без перенастройки. Фазированные решётки λ/4 вертикалов работают отлично, но требуют больших усилий, недвижимости и денег для ввода в эксплуатацию.
Для большинства из нас более практичны простые проволочные решётки, такие как half-square и bobtail curtain. По сравнению с антенной расположенной в плоскости земли они имеют усиление 2,1 дБ и 4,6 дБ соответственно. Хотя они и полезны, обе эти решётки имеют довольно узкие полосы пропускания, обычно <100 кГц при КСВ <2:1 на 80 метрах. Хотя можно сделать эти антенны резонансными в нескольких точках в пределах диапазона, КСВ между этими точками всё равно будет высоким.
Также использовались различные схемы для включения и выключения компонентов тюнера. Было бы лучше, если бы мы могли сохранить антенну действительно простой и при этом иметь усиление и полосу пропускания. Другая проблема с занавеской бобтейла заключается в том, что она широкая на всю длину волны (примерно 280 футов на 80 метрах), что ограничивает её использование даже тем, у кого большие участки.
Массив Брюса (The Bruce Array)
Есть ещё один простой массив, который был в основном забыт радиолюбителями. Массив Брюса существует с 20-х годов. Эта антенна появилась в книге антенн ARRL с первого издания в 1939 году, но раздел о массиве Брюса был сокращён со временем, оставив ряд интересных идей.
Несколько вариаций массива Брюса показаны на рисунке 1. Это просто провод длиной в одну или несколько длин волн, сложенный так, чтобы токи в вертикальных частях были в фазе, способствуя излучению и токам в горизонтальных частях, которые имеют тенденцию к погашению. Обратите внимание, что длины проводов каждой стороны квадратов составляют 1,05 × λ/4. Квадратные петли в Брюсе ведут себя очень похоже на счетверённые петли — их также нужно сделать длиннее для резонанса.
Рис. 1. Массивы Брюса с 2–5 элементами. Точки питания номинальные. См. текст для других схем питания
Это двунаправленная широкая вертикальная решётка со всеми элементами в фазе с более или менее равными токами. Эта антенна предлагает ряд преимуществ:
- Она всего лишь λ/4 высотой.
- Размер можно отрегулировать, чтобы соответствовать доступному пространству.
- Она обеспечивает значительно большую полосу пропускания КСВ, чем полуквадрат или занавеска бобтейла.
- Её можно запитывать в нескольких разных точках, чтобы соответствовать данной установке.
- Не требуется никакой системы заземления.
Один комментарий о требованиях к системе заземления. Полуквадраты, занавески бобтейла, решётки Брюса и другие номинально независимые от земли вертикальные антенны могут работать без обычной системы заземления, связанной с одиночными вертикалами. Это не означает, что обширная система заземления под этими антеннами не уменьшит потери на земле, по крайней мере, в некоторой степени.
Рис. 2 Рис. 3
Рисунок 2 представляет собой наложение диаграмм направленности в свободном пространстве для 2-, 3-, 4- и 5-элементных решёток Брюса. Как и следовало ожидать, чем шире решётка, тем больше усиление.
Рисунок 3 показывает сравнение диаграмм направленности между 4-элементной решеткой Брюса (шириной 3/4 λ) и 3-элементной шторкой Бобтейла (шириной 1 λ). У Брюса такой же усилитель, но он на целую λ/4 короче (130 футов на 160 метрах!).
По мере того, как вы делаете решётку Брюса шире (добавляя больше элементов), усиление увеличивается, диаграмма сужается, и начинают появляться боковые лепестки. В общем, больше пяти элементов не стоит забот — диаграмма уже узкая, и боковые лепестки начинают становиться значительными. Если вы действительно хотите ещё большего усиления (примерно 3 дБ), повесьте отражатель Брюса примерно на λ/8 позади основного массива. В качестве альтернативы вы можете отнести второй отражатель Брюса λ/4 и управлять им со сдвигом фазы на 90°. Это создаст однонаправленную диаграмму направленности, которую можно переключить на 180°. Конечно, это отходит от идеи простоты, которая является основным преимуществом версии Брюса.
Рис. 4. 80-метровая антенная решётка Брюса, используемая N6LF. Указаны альтернативные точки питания
Автор использовал 4-элементную решётку Брюса, показанную на рисунке 4, для хорошего эффекта. Как указано, решётка может быть запитана в нескольких различных точках. (Показаны только несколько из них.) Сопротивление на фидере-1 и фидере-2 близко к 370 Ом — хорошее соответствие для лестничной линии #16 × 1 дюйм.
Решено было запитать антенну на фидере-3, немного смещённом от центра от максимума тока. В этой точке входное сопротивление составляет около 450 Ом. Это работает очень хорошо, используя лестничную линию #18 × 1 дюйм вниз к земле, где подключается симметрирующий трансформатор 9:1 и используется коаксиальный кабель 50 Ом для прокладки в шэк. Лестничная линия может быть любой длины, поскольку она работает с низким КСВ.
Рис. 5. График КСВ для массива Брюса N6LF
На рисунке 5 показан типичный график КСВ с полосой пропускания 2:1 КСВ >400 кГц. Это охватывает большую часть диапазона 75-/80 метров. Фактическая полоса пропускания в данной установке будет зависеть в некоторой степени от характеристик земли и высоты над землёй нижней части решётки.
Усиление этой антенны по сравнению с вертикальной антенной λ/4 с 8 приподнятыми радиалами λ/4 составляет около 4,6 дБ —действительно очень стоящее. Диаграмма направленности двунаправленная с шириной луча -3 дБ 55°. При подаче на один из внутренних вертикальных элементов диаграмма очень симметрична. Подача на один из внешних вертикальных сечений, как автор сделал, вносит некоторую асимметрию в диаграмму, но небольшой боковой лепесток, который появляется, всё ещё находится на 15 дБ или более ниже основного лепестка.
Как и half-square и bobtail curtain, антенна Брюса имеет глубокие нули на концах и относительно нечувствительна к присутствию металлической башни на концах. Если вы разместите внешние элементы на расстоянии 10 футов или более от башни, вы можете использовать башню (или башни!) в качестве опор, не сильно ухудшая диаграмму направленности. В авторском случае использовалась очень высокая (100 футов до точки опоры) ель на одном конце и 95-футовый столб на другом конце.
Одной из приятных особенностей антенны Брюса является то, что есть несколько других способов её питания. Например, если у вас уже есть вертикал с системой заземления, вы можете просто повесить Брюса над системой заземления и питать её также, как вы питали вертикал (см. рис. 6).
Рис. 6. Пример подключения решётки Bruce к наземной системе. Эта схема подачи создаёт очень симметричный рисунок с глубокими нулями на концах, если сама решётка симметрична
Сопротивление точки питания будет от 200 до 400 Ом и может быть реактивным. Этот метод питания использовался в оригинальных версиях массива Брюса, но, похоже, радиолюбители о нём забыли.
Альтернативным вариантом расположения фидера может быть использование приподнятой радиальной системы, как показано на рисунке 7.
Рис. 7. 75-метровый массив Bruce, установленная на возвышенной радиальной системе. Можно использовать всего два радиала. Больше радиалов несколько сократят потери на земле
Минимум два радиала необходимы, но вы можете использовать больше (также, как вы бы сделали для вертикальной плоскости заземления). Размеры, показанные на рисунке 7, предназначены для работы в телефонном участке диапазона (75 метров).
Заключение
Если у вас есть пара опор, на которые можно повесить решётку, то вам стоит рассмотреть решётку Брюса. Она очень проста и гибка и является одной из тех антенн, которые, кажется, просто «хотят работать».
Замечено, что размеры не имеют решающего значения. Если у вас есть некоторая высота, но недостаточно ширины, вам не нужно делать секции квадратными — вы можете сделать вертикальные секции выше, а горизонтальные секции короче. И наоборот, если у вас достаточно ширины, но недостаточно высоты, вы можете использовать более короткие вертикальные секции и более длинные горизонтальные секции. Изменения до ±20% в отношении высоты к ширине мало влияют на усиление и общую производительность.
N6LF
