Владимир Поляков RA3AAE.

Такое  название  вводится  здесь впервые,  и  описаний  этих  антенн  нельзя  найти  поисковиком.  В  то  же  время поговорка, приведенная в начале статьи, опять оправдывается! Но, по порядку: к антеннам  бегущей  волны  относятся  однопроводные  антенны  Бевереджа,  ОБ-Е Харченко,  горизонтальные V-антенны,  и  ромбические.  Все  они,  за  исключением ОБ-Е (см. Радио, 2001, № 5)  предложены  еще  в 20-х  годах  прошлого  века,  все широкополосны,  и  все  имеют  низкий  КПД. 

Это  обусловлено  наличием согласованных  нагрузочных  резисторов,  поглощающих  часть  мощности,  и обеспечивающих  в  проводах  антенны  режим  бегущей  волны.  Поскольку  есть потери мощности, эти антенны вполне подходят для улучшения их параметров с помощью регенерации, которая компенсирует потери. Ромбическая  антенна  обычного  типа  показана  на  рис. 3. Каждая  сторона  ромба имеет протяженность в несколько длин волн и главный лепесток ДН, прижатый к проводу, а углы при вершинах ромба подбирают  так, чтобы четыре лепестка ДН от  четырех  сторон  ромба  складывались  в  главном  направлении  излучения (на рисунке  влево).  Соответствующую  картинку  легко  найти  в  любой  книжке  по антеннам.  Однонаправленное  излучение  достигается  только  при  согласовании нагрузки R с волновым сопротивлением проводов, обычно 400…600 Ом. При этом в  проводах  получается  бегущая  волна,  а  в  нагрузке  тратится  около  половины мощности передатчика, или больше, а КПД получается порядка 40…60%.

Советским  ученым  М.  С.  Нейманом  еще  в 30-е  годы  предложена  ромбическая

антенна  с  возвратом  мощности (рис. 4),  где  нагрузка  заменена  двухпроводной

воздушной  линией  с  таким  же  волновым  сопротивлением,  идущей  обратно,  к

передатчику.  На  входе  антенны  установлено  суммирующее  устройство

(обозначено  знаком «+»),  добавляющее  пришедшую  по  линии  мощность  к

мощности  передатчика.  Потерь  мощности  при  этом  нет,  и  КПД  антенны

приближается  к 100%.  Несомненно,  эта  антенна  относится  к  регенеративным,

поскольку  имеется  цепь  положительной  обратной  связи,  повышающая  КПД.

Антенна  не  получила  большого  распространения  из-за  узкополосности  и

необходимости  перенастройки  сумматора  даже  при  незначительном  изменении

частоты. В общем случае сумматор должен  содержать два пассивных элемента:

трансформатор  и  фазовращатель  для  точной  подгонки  амплитуды  и  фазы

складываемых  ВЧ  колебаний.  На  практике  фидер  ОС  подключают  просто

параллельно  основному  фидеру,  идущему  от  передатчика.  Для  подгонки

амплитуды  фидер  ОС  делают  экспоненциальным,  подбирая  разное  расстояние

между проводами по его длине, а для подгонки фазы изменяют длину фидера ОС.

Для  моделирования  была  выбрана  не  ромбическая,  а  гораздо  более  простая

антенна ОБ-Е (рис. 5, а), частота 30 МГц, общая длина антенны 35 м, высота над

землей 0,5  м.  Чтобы  избежать  проблем  с  заземлениями (как  в  антенне

Бевереджа) источник и нагрузка включены на расстоянии 2,5 м (четверть волны)

от  концов  антенны (способ,  применявшийся  еще  в 20-х  годах,  особенно  на

горизонтальных направленных V-образных антеннах). Антенну ОБ-Е очень легко

развернуть в полевых условиях. С учетом земли ДН получается направленной от

источника  в  сторону  нагрузки.  Ее  максимум  расположен  точно  по  оси  провода.

Распределение  тока  в  проводе (галочку «учитывать  фазу»  не  ставьте,  иначе

увидите  меандр) –  равномерное,  соответствующее  бегущей  волне.  КПД  и Ga

(около 6 дБ) невысоки из-за потерь в нагрузочном резисторе. Судя по ДН выигрыш

идеальной антенны без потерь должен был бы быть значительно больше.

Замена  нагрузочного  резистора R  вторым  источником  превращает  антенну  в

регенеративную  и  радикально  меняет  ситуацию (рис. 5, b).  После  оптимизации

параметры источников получились такими:

U1 = 0,5 B, j1 = 0; U2 = 0,49 B, j2 =174о.

  Выигрыш  возрос  до 22  дБ,  отношение F/B = 17  дБ.  ДН  тоже  улучшается

(боковые лепестки меньше) и становится похожа на ДН многоэлементного бима!

Импедансы антенны по двум источникам таковы: Z1 = 453 + j28 Ом, Z2 = – 445 –

j35 Ом. Видим, что мощность потребляется  только первым источником, часть ее

излучается,  а  большая  часть  возвращается  во  второй  источник,  у  которого

отрицательное сопротивление. Полоса антенны не так уж и мала, более 100 кГц.

Ограничивает полосу отношение F/B. Но имейте в виду, что с фидером ОС полоса

резко сузится из-за больших фазовых набегов в нем при вариациях частоты.

Задачка  для  конструкторов:  теперь  надо  вместо  второго  источника  включить

фидерную  линию ОС,  вернуть  оставшуюся  не  излученную  мощность  обратно,  и

сложить  с  мощностью  первого  источника,  как  в  ромбической  антенне  Неймана.

Удобнее всего использовать тот же провод. Если выполнить его из коаксиального

кабеля,  то  внешняя  оплетка  будет  служить  проводом  антенны,  а  внутри  кабеля

энергия  будет  возвращаться  обратно,  от U2  к U1.  Понадобятся  ферритовые

трансформаторы 450/50 Ом, т. е. по соотношению витков 3:1.

Еще  интереснее  выполнить  антенну  в  виде  воздушной  двухпроводной  линии  с

сопротивлением 450 Ом, чтобы синфазная волна распространялась по линии от

U1 к U2, формируя излучение, а противофазная волна распространялась обратно,

от U2  к U1,  не  излучаясь.  Так  делал  еще  Гарольд  Бевередж,  чтобы  перенести

нагрузочное  сопротивление  с  дальнего  конца  линии  к  источнику  с  целью  его

регулировки. Ведь его ДВ и СДВ антенны достигали в длину нескольких миль – не

набегаешься!

Заключение. В статье нарочно не приведено скриншотов и не приложено файлов

.maa, поскольку нет уверенности, что описанные модели оптимальны. Нет также и

доверия MMAN`е –  при  расчете  близко  расположенных  к  земле  проводов  она

может  ошибаться!  На  слете  обмерили (тремя  разными  приборами!)

«партизанскую» антенну, тщательно изготовленную RA3XCW. Rвх = 110 Ом, тогда

как MMANA дает 12…30. Цель статьи совсем другая (дать не готовую, пойманную

и  пожаренную  рыбку,  а  удочку) –  привлечь  к  конструированию  регенеративных

антенн всю «народную лабораторию» радиолюбителей. Одному это не по силам.

Несомненно,  кроме  описанных  здесь  трех  типов  регенеративных  антенн

существуют  и  другие,  еще  не  открытые  и  не  придуманные.  Конструировать  и

испытывать  антенны –  дело  захватывающе  интересное.  Более  того –  дело

многообещающее! Кто бы мог подумать, что от проволочки, размотанной по траве

или  кустикам,  можно  получить  такие  же  результаты,  как  с  огромным 5…7-

элементным бимом? Разве такая антенна не мечта для работы QRP?

Полностью статью читайте в бюллетене CQ-QRP # 35