Антенны с уголковым рефлектором достаточно просты в изготовлении и по этой причине раньше пользовались у радиолюбителей большой популярностью. Эти антенны имеют усиление, сравнимое с усилением, которое обеспечивает антенна Уда—Яги, но по сравнению с последними требуют применения большего количества материалов.
Схема уголковой антенны (так иногда называют рассматриваемые антенны) приведена на рис. 6.53. Излучающим элементом обычно служит полуволновый диполь. Обычно этот элемент выполняют с малым отношением l/d, что способствует расширению диапазона рабочих частот. Уголковый рефлектор выполняется из набора диполей длиной H ≥ 0,6λ, размешенных на расстоянии G = 0,1λ друг от друга. Длина стороны рефлектора L зависит от расстояния S между вибратором и вершиной отражателя, а также от угла раскрыва уголкового рефлектора.
Рассмотрим процесс отражения волны от уголкового рефлектора. Волна, падающая в точку A рефлектора, после отражения распространяется параллельно оси рефлектора. Волна, падающая на рефлектор выше или ниже точки A, после отражения распространяется под некоторым углом к оси рефлектора (см. рис. 6.53б).
Для рефлектора с углом раскрыва α = 90° длина стороны рефлектора достигает значения 2S. В этом случае точка A находится на расстоянии 1,41S от вершины рефлектора. Если уменьшить угол раскрыва рефлектора с 90° до 60°, то точка A будет отстоять от вершины рефлектора уже на расстояние 1,73S. Поэтому в этом варианте, при котором не меняется длина стороны рефлектора, а только уменьшается угол раскрыва, усиление антенны не изменится. Усиление увеличится, если одновременно уменьшить угол раскрыва и удлинить до значения 3S длину стороны рефлектора.
Уменьшение высоты рефлектора H от 0,6λ до 0,3λ приводит вначале к уменьшению усиления, а потом и к изменению направления излучения главного лепестка диаграммы направленности.
Для того чтобы расширить полосу рабочих частот уголковой антенны, следует использовать широкополосный вибратор и выбирать антенну со следующими размерами S = 0,5 и L = 1,0λ. Обычно эффективная площадь поверхности раскрыва уголковых антенн Aэфф = (1...2)λ2 зависит от угла раскрыва антенны и длины сторон рефлектора.
Анализ уголковой антенны можно провести, пользуясь методом зеркальных изображений, согласно которому стороны рефлектора исключаются из рассмотрения, а их взаимодействие с реальным источником излучения заменяется рядом мнимых источников. На рис. 6.54а, б приведены эквивалентные схемы антенн, имеющих угол раскрыва соответственно 90° и 60° Схема, эквивалентная уголковой антенне с углом раскрыва 90°, имеет один реальный излучатель и три мнимых, причем фаза возбуждения мнимых диполей 2 и 4 отличается на 180° от фазы возбуждения реального диполя, а фаза возбуждения третьего мнимого диполя совпадает с фазой реального диполя. Диполи 2 и 4 отстоят от диполя 1 на расстояние 1,41S, а расстояние между этими диполями вдоль оси антенны составляет S. Результирующая диаграмма направленности четырехэлементной системы, у которой амплитуды токов в элементах одинаковы, а фазы возбуждения определены выше, является диаграммой излучения уголковой антенны.
Результирующая диаграмма направленности шести излучателей, один из которых является реальным излучателем, а пять — мнимыми, определяет диаграмму направленности уголковой антенны, имеющий угол раскрыва 60°.
Из графиков, приведенных на рис. 6.55, следует, что изменение расстояния S приводит к изменению формы диаграммы направленности. Диаграмма направленности в плоскости E уголковой антенны значительно шире, чем в плоскости H, для которой рефлектор играет основную роль.
О влиянии расстояния S на форму диаграммы направленности можно судить по рис. 6.55б, на котором представлены диаграммы в плоскостях E и H для уголковой антенны с углом раскрыва 90°. Изменяя угол раскрыва и расстояние S, можно регулировать усиление антенны. При малых расстояниях S усиление антенны изменяется так, как показано на рис. 6.56а, а при больших — как на рис. 6.56б, в. Значение усиления нормировано относительно усиления полуволнового диполя, размещенного в свободном пространстве. Угол 180° означает, что рефлектор выполнен плоским. Пунктирной линией показаны реальные значения усиления, отличающиеся от теоретических из-за наличия сопротивления потерь Rпот = 1 Ом. Из графиков, приведенных на рис. 6.56б, в, следует, что изменение усиления антенны в зависимости от отношения S/λ носит осциллирующий характер: усиление сначала растет с увеличением S/λ, а затем уменьшается, далее вновь растет и т. д.
Входное сопротивление RA зависит от расстояния S и угла раскрыва антенны. Для анализа влияния этих параметров на RA можно воспользоваться графиками, приведенными на рис. 6.57а для малых значений S/λ и рис. 6.57б, в для больших значений S/λ. Анализ графиков показывает, что при больших значениях отношения S/λ входное сопротивление уголковой антенны, излучателем которой является полуволновый диполь, приближается к входному сопротивлению полуволнового диполя, размещенного в свободном пространстве.
В табл. 6.8 сведены основные параметры уголковой антенны, предназначенной для работы в диапазонах 145 и 432 МГц.
| Частота, МГц | 145 | 145 | 432 | 432 | 432 |
| Угол раскрыва | 90 | 60 | 90 | 60 | 45 |
| Длина плеча L, мм | 1370 | 2060 | 460 | 700 | 830 |
| Расстояние S, мм | 683 | 1035 | 228 | 345 | 414 |
| Ширина плеча, мм | 1250 | 1250 | 420 | 420 | 420 |
| Длина вибратора, мм | 970 | 970 | 320 | 320 | 320 |
| Расстояние G, мм | 125 | 125 | 40 | 40 | 40 |
| Усиление, дБ | 10 | 12,5 | 10 | 12,5 | 14,5 |
| Входное сопротивление, Ом | 60 | 75 | 60 | 75 | 50 |