Скелетно-щелевая антенна: мифы и реальность. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны УКВ

Комментарии к статье

Если судить по иностранной радиолюбительской литературе, скелетно-щелевая антенна пользуется популярностью на частотах выше 20 МГц. В публикуемой статье предпринята попытка ответить на вопрос - насколько заявленный в литературе ее коэффициент направленного действия соответствует действительности.

В книгах по УКВ антеннам неоднократно описывалась так называемая скелетно-щелевая антенна, причем все без исключения публикации сообщали о ее весьма высоких параметрах, большом коэффициенте направленного действия (КНД), широкой полосе частот и удобстве настройки. Идея антенны предложена Дж. Рамсеем еще в 1949 г. [1], ее конструкция показана на рис.1, заимствованном из [2]. Активный элемент антенны представляет собой три параллельных полуволновых диполя, расположенных в три этажа друг над другом. Для уменьшения габаритов антенны концы верхнего и нижнего диполей согнуты под прямым углом по направлению к среднему диполю и соединены с ним. От него же они и возбуждаются.

Средний диполь сделан разрезным и соединен с согласующей четвертьволновой двухпроводной линией, одновременно служащей для крепления рефлектора. Рефлектор выполнен как у волнового канала в виде одиночного вибратора, электрическая длина которого несколько больше полуволны. Размеры антенны в длинах волн и значения коэффициента укорочения k, зависящего от диаметра проводников (трубок) d, приведены на рис. 1. Перемещая точку питания XX вдоль двухпроводной линии, можно изменять входное сопротивление антенны от нулевого (около рефлектора) до примерно 400 Ом (в точке YY около активного элемента).

Распределение тока в активном элементе показано на рис. 2. Видно, что пучности (максимумы) тока расположены как раз посередине горизонтальных частей элемента, образуя трехэтажную синфазную систему. В вертикальных частях активного элемента токи невелики и направлены навстречу друг другу. Кроме того, здесь находятся четыре узла тока, поэтому излучение вертикальных частей в дальней зоне отсутствует. Напомним, что в дальней зоне практически полностью формируется диаграмма направленности антенны. Расстояние до дальней зоны составляет несколько длин волн. Оно тем больше, чем больше КНД антенны.

Активный элемент скелетно-щелевой антенны можно также рассматривать как два квадрата, совмещенных одной стороной и точками питания. Однако по сравнению с двумя полноразмерными квадратами периметр активного элемента скелетно-щелевой антенны получается несколько меньше, вероятно изза укорачивающего действия емкости между вертикальными проводниками элемента. Похожую антенну предложил К. Харченко [3], но в ней два квадрата запитаны с углов и совмещены точками питания.

У простой скелетно-щелевой антенны недостаточно эффективен рефлектор. Устранить этот недостаток можно, выполнив рефлектор точно так же, как и активный элемент (в виде такой же трехэтажной конструкции вибраторов). Двухпроводные линии теперь уже нельзя разместить между элементами, но никто не мешает провести их в плоскости каждого элемента к точке с нулевым потенциалом в середине нижнего горизонтального вибратора.

То, что получается после такой модификации, изображено на рис. 3. Размеры самих элементов остаются прежними, а расстояние между активным элементом и рефлектором уменьшается до 0,18. У этой антенны есть и еще одно достоинство. Перемещая по двухпроводным линиям закорачивающие перемычки, элементы удается подстраивать ее на нужную частоту, а передвигая перемычку рефлектора, легко настроить антенну на максимальный КНД или отношение излучения вперед-назад.

Для такой двухэлементной антенны, описанной в [2 и 4], сообщается о необычайно высоком КНД в 14...16 дБ! Если бы вторая из названных книг была не серьезным изданием, тогда еще можно было махнуть рукой и не принимать этой цифры всерьез. Но эта книга в целом очень хорошая и почти не содержит ошибок. Ее автор, конечно, не мог испытать все множество приведенных в ней конструкций. Следовательно, если это ошибка, то она появилась раньше, в каких-то других изданиях, и найти первоисточник теперь затруднительно. Вполне понятно, что синфазная система вибраторов должна давать больший КНД, чем одиночный вибратор, но вопрос - насколько? Хотя в [2] на с. 100 и утверждается, что антенна "...фактически является шестиэлементной трехэтажной синфазной", но ведь вибраторы оказываются довольно близко друг к другу, и к тому же укорочены. Это неизбежно должно снизить эффективность. Таким образом, вопросов оказалось больше, чем ответов. К тому же знакомые автору радиолюбители собрались строить именно такую антенну на диапазон 10 метров и уже готовы были потратиться на материал, а он нынче недешев!

Чтобы получить ясный и четкий ответ на вопрос о КНД, был проведен эксперимент в диапазоне 432 МГц. Элементы были согнуты в соответствии с рис. 3 из отрезков эмалированного медного провода диаметром 1,5 мм, соединения пропаяны, а проводники линий в местах установки замыкающих перемычек и присоединения кабеля зачищены от изоляции. Вся конструкция была собрана на деревянном каркасе из сухих тонких реек. Кабель питания проходил от точек питания вдоль того проводника двухпроводной линии, с которым соединялась оплетка, вертикально вниз и подключался непосредственно к выходу генератора стандартных сигналов. Индикатором поля служил полуволновый диполь с детектором и микроамперметром. Он располагался на штативе на расстоянии нескольких метров от антенны. Антенна также закреплялась на примитивном поворотном штативе, который позволял изменять ее ориентацию.

Настроилась антенна достаточно легко и быстро, просто по максимуму излучения в главном направлении. При указанных размерах на частоте 432 МГц расстояния замыкающих перемычек от основания двухпроводных линий для настроенной антенны получились такими: у рефлектора - 43 мм, у активного элемента - 28 мм. Расстояние до точки подключения 50-омного кабеля было 70 мм.

При настройке на максимум КНД обнаруживается небольшой задний лепесток. Подстроив рефлектор, его можно подавить практически полностью. Излучение вбок, вверх и вниз отсутствовало.

КНД, точнее выигрыш антенны, равный произведению КНД и КПД, определялся следующим образом: на индикаторе отмечался уровень сигнала, создаваемый антенной в главном направлении, затем вместо антенны к питающему кабелю подсоединялся полуволновый диполь, расположенный в той же точке пространства. Уровень сигнала от генератора повышался настолько, чтобы получить на индикаторе те же самые показания. Отсчитанное по аттенюатору генератора изменение уровня сигнала численно равно выигрышу антенны относительно полуволнового диполя. Для данной антенны он оказался равным 7 dBd. Относительно изотропного (всенаправленного) излучателя он будет на 2,15 dB больше и составит около 9,2 dBi.

Обратите внимание на буквы d и i в обозначении децибелов - в литературе по антеннам так принято указывать, относительно какого излучателя измерен КНД. Ширина диаграммы направленности по половинной мощности составила в горизонтальной плоскости (по азимуту) около 60°, а в вертикальной плоскости (по углу места) около 90°. Имея эти данные, КНД можно рассчитать и еще одним способом: телесный угол, в который излучает антенна, равен произведению линейных углов, соответствующих ширине диаграммы и выраженных в радианах. Получаем значение около 1,5 стерадиана. В то же время изотропная антенна излучает в телесный угол 4π, или 12,6 стерадиана. КНД по определению есть отношение этих телесных углов и составляет 12,6/1,5 = 8,4 или 9,2 dBi.

Получив столь хорошее совпадение значений КНД, определенных двумя методами, автор решил, что измерять больше уже нечего и с легким разочарованием лишний раз убедился, что чудес в антенной технике не бывает. Тем не менее антенна работает очень хорошо и при небольших габаритах (330x120x120 мм в диапазоне 432 МГц) обеспечивает весьма приличный выигрыш.

Литература

1. Rothammel К. Antennenbuch. Berlin: Militarrverlag der DDR, 1989.
2. Шейко В. П. Антенны любительских радиостанций. - М.: ДОСААФ, 1962.
3. Харченко К. УКВ антенны. - М.: ДОСААФ, 1969.
4. Родионов В. М. Линии передачи и антенны УКВ. - М.: Энергия, 1977 (МРБ).

Автор: Владимир Поляков (RA3AAE)

Смотрите другие статьи раздела Антенны УКВ.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Тающие айсберги создают новые оазисы жизни на дне океана 30.06.2026

Глобальное потепление активно меняет облик нашей планеты, и одним из наиболее заметных его проявлений становится ускоренное таяние ледников в полярных регионах. Этот процесс не только приводит к подъему уровня Мирового океана, но и вызывает цепную реакцию в морских экосистемах, порой создавая неожиданные и парадоксальные последствия. Массовое высвобождение айсбергов из Гренландии - яркий пример того, как климатические изменения перестраивают жизнь в самых глубоких и удаленных уголках океана. Из-за повышения температуры количество айсбергов, откалывающихся от гренландских ледников, стремительно растет. Ученые проанализировали данные за последние 40 лет и установили, что с 2000 года поток ледяных глыб через пролив Фрама увеличился в четыре раза. Об этом сообщает Futurism со ссылкой на исследование специалистов из Технического университета Дании. Такое беспрецедентное нашествие айсбергов представляет серьезную опасность для международного судоходства. Одновременно оно радикально тра ...>>

Робот-тьютор Optio, помошник школьника 30.06.2026

Икусственный интеллект и робототехника все активнее помогают учителям и ученикам, делая обучение более персонализированным и увлекательным. Гуманоидные роботы, способные взаимодействовать с людьми естественным образом, открывают новые возможности для школ, особенно в условиях нехватки педагогических кадров и растущего интереса к технологиям. Одна из таких инновационных инициатив стартовала в американском штате Нью-Йорк. Компания Realbotix запустила своего помощника учителя на базе искусственного интеллекта под названием Optio в Центральном школьном округе Саламанки. Робот выступает в роли тьютора, предлагая персонализированное репетиторство, многоязычную помощь с домашними заданиями и круглосуточную академическую поддержку. По данным Interesting Engineering, проект направлен на повышение вовлеченности учащихся и внедрение передовых технологий в учебный процесс. В рамках пилотной программы школы округа планируют интегрировать человекоподобных роботов в классы. Изначально Optio буд ...>>

Биопрепараты повышают питательную ценность органической гречихи 29.06.2026

В органическом земледелии особое внимание уделяется не только урожайности, но и качественному составу продукции. Потребители все чаще выбирают продукты с высоким содержанием полезных веществ и без следов химических веществ. Исследования показывают, что применение биологических препаратов может существенно улучшить минеральный состав зерновых культур, делая их более ценными с точки зрения питания. В результате полевых экспериментов, проведенных в 2023-2025 годах, ученые установили, что использование биопрепаратов способствует активному накоплению макроэлементов, в частности фосфора и калия, в зерне органической гречихи. Об этом сообщила Леся Крупак из Белоцерковского национального аграрного университета в своей работе "Экологичность и производительность". Наиболее заметный эффект наблюдался при применении гумата калия. В этом случае содержание калия в зерне увеличивалось на 19-21 процент по сравнению с контрольными участками. Такой результат свидетельствует об улучшении работы тра ...>>

Случайная новость из Архива LMP8100 - усилитель с программируемым коэффициентом усиления 26.07.2007 ОперационныйусилительЬМР8ЮОА дает гарантированную точность усиления 0,03 % в диапазоне от 1 В/В до 16 В/В (с шагом 1 В/В) во всем индустриальном диапазоне температур от -40 до 125°С. Компания National Semiconductor представила LMP8100, пол у прецизионный PGA-усилитель с программной точностью установки коэффициента усиления 0,075% при температурном диапазоне от -40 до 85°С. Коэффициент усиления устанавливается с помощью массива из 16-ти прецизионных тонкопленочных резисторов. Ядром PGA усилителей является 33 МГц ОУ с CMOS-выходами, rail-to-rail, с типичным коэффициентом усиления 110 Дб. Отличительные характеристики LMP8100 LMP8100 обеспечивает четыре уровня внутренней частотой компенсаций, которые при высоких значениях коэффициента усиления расширяют значение ширины полосы пропускания сигнала. Их встроенная опция калибровки нуля выхода позволяет пользователю измерить выходной сдвиг напряжения для калибровки уменьшения ошибок от температуры и напряжения. Режим работы усилителя программируется через последовательный порт, что позволяет управлять несколькими усилителями LMP8100 от одного последовательного порта микроконтроллера. Устройство имеет регистр управления усилителя и двойную буферизацию, что позволяет избежать ошибок между записями установок. LMP8100 имеет скорость нарастания 12 В/мс и полосу пропускания 33 МГц.

Другие интересные новости:

▪ Названо лучшее время для обеда

▪ Модули памяти VLP RDIMM DDR4 64 ГБ от Virtium

▪ Робот-телефон

▪ Термостойкая солнечная панель с высоким КПД

▪ Гибкая перезаписываемая память

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Должностные инструкции. Подборка статей

▪ статья Убояся бездны премудрости. Крылатое выражение

▪ статья Где и когда стычка спортивных фанатов привела к бунту и гибели 35 тысяч человек? Подробный ответ

▪ статья Радиационный контроль на загрязненной искусственными радионуклидами местности. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Индикатор работы ПДУ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Простой мощный параллельный стабилизатор на транзисторах, 12 вольт 0,6 ампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026