Очень практичная и эффективная конструкция трехдиапазонной антенны была предложена радиолюбителем W3DZZ. В данной конструкции не используется никаких компромиссных решений, и поэтому по своей эффективности эта антенна равна трем отдельным антеннам «волновой канал». Однако конструирование предлагаемой антенны требует большого мастерства в изготовлении точных механических узлов и значительного расхода конструктивных материалов.
Принцип действия
Принцип действия антенны «волновой канал», предложенной W3DZZ, такой же,что и всеволновой проволочной антенны (см. рис. 2-22). На примере питаемого элемента антенны еще раз рассмотрим принцип ее действия (рис. 7-18).
Вибратор (рис. 7-18, а) имеет размеры, соответствующие длине волны 10 м. На его свободных концах расположены параллельные колебательные контуры L1C1 и L2C2, которые на своих резонансных частотах (при условии, что добротность контуров достаточно велика) представляют собой большие омические сопротивления и действуют как изоляторы (заградительные фильтры). Контуры настроены на рабочую частоту в диапазоне 10 м, и поэтому отрезки проводников, подсоединенные к ним с наружной стороны, не оказывают никакого действия на резонанс 10 м вибратора. Если же излучатель возбуждается на частоте 21 Мгц, то контуры, не настроенные в резонанс на эту частоту, уже не являются заградительными фильтрами для этой частоты, а катушки L1 и L2 в данном случае играют роль удлинительных катушек для вибратора, настроенного на волну 15 м. При определенных размерах отрезков проводников В1 и В2 они вместе с проводниками А1 и А2 и удлинительными катушками L1 и L2 образуют полуволновый вибратор для диапазона 21 Мгц без нарушения резонанса вибратора, предназначенного для работы в диапазоне 28 Мгц.Так как возбуждаемый элемент антенны должен действовать еще и на частоте 14 Мгц, то (рис. 7-18, в) к концам проводников В1 и В2 присоединяются две фильтр-пробки L3C3 и L4С4, которые настроены на диапазон 21 Мгц.
На рис. 7-18, в показано, что к точкам ZZ присоединяются еще отрезки проводников Е1 и Е2. Эти проводники совместно с катушками контуров L1C1, L2C2, L3C3 и L4C4, которые в данном случае (для волны 20 м не представляют большого сопротивления (катушки действуют как удлинительные), образуют полуволновый вибратор для диапазона 14 Мгц. Таким образом, полуволновый вибратор для диапазона 20 м состоит из отрезков проводников A1, А2, B1, В2, Е1 и E2 и катушек L1, L2, L3 и L4. Конструкция, изображенная на рис. 7-18, в, представляет собой схему, настроенную одновременно на три диапазона частот.
Таким же образом конструируются пассивные элементы антенны, только, как и для пассивных элементов антенны VK2AOU, резонансные частоты рефлектора должны быть ниже, а резонансные частоты директора — соответственно выше резонансных частот вибратора. Так как вторичные элементы возбуждаются не непосредственно, то нет необходимости разрывать проводник элемента посередине. В этой точке пассивные элементы могут быть заземлены на массу.
На рис. 7-19 изображена электрическая схема трехдиапазонной антенны W3DZZ в общем виде.
Оказывается, что между вибратором и рефлектором и вибратором и директором необходимо поместить дополнительные короткие пассивные элементы, которые соответственно служат как рефлектор и директор в диапазоне 10 м. Необходимость в этом возникает в связи с тем, что расстояния между вибратором и рефлектором и вибратором и директором в трехэлементной антенне слишком велики для диапазона 10 м. В диапазоне 28 Мгц рассматриваемая антенна имеет пять элементов, а ее коэффициент усиления около 9—10 дб. В диапазонах 21 и 14 Мгц антенна работает как трехэлементная и имеет коэффициент усиления, равный соответственно 8,5 дб (15 м) и 8 дб (20 м). Небольшое уменьшение коэффициента усиления в диапазоне 14 Мгц объясняется тем, что пространственные размеры элементов в этом случае, несмотря на то что они настроены в резонанс на данный диапазон, все же на 2 ж короче, чем необходимая полная длина полуволнового вибратора для этого диапазона.
Все катушки L1 имеют по пять витков из 4-мм медного провода с внутренним диаметром катушки 62 мм.
Катушки L2 имеют по семь витков с такими же размерами. Емкость конденсаторов С равняется 25—29 пф. Для заградительного контура L1С частота настройки равняется 28 Мгц, а контур L2C настраивается на частоту 20,2 Мгц. Настройка производится только изменением размеров катушек таким образом, чтобы емкость конденсаторов всегда оставалась в пределах 25—29 пф. В конструкции, предложенной W3DZZ, емкости образуются следующим остроумным способом. Трубки элемента антенны надеваются на цилиндр из изоляционного материала и крепятся на нем. Таким образом, между двумя половинами элемента антенны образуется емкость, диэлектриком для которой служит цилиндр из изоляционного материала (рис. 7-20).
В качестве изоляционного материала можно использовать текстолит, но по электрическим параметрам лучше использовать полистирол. Получаемый таким образом конденсатор не меняет своей емкости в зависимости от метеорологических условий. Значение этой емкости, правда, невелико — 15—20 пф, но этого вполне достаточно, так как дополнительную емкость образуют сами трубки, находящиеся на небольшом расстоянии друг от друга.
Другая механическая конструкция соединения одного из элементов антенны показана на рис. 7-21. В данном случае цилиндр из изоляционного материала просверливается в центре и туда вставляется металлический стержень, который закрепляется с помощью клея. Такая конструкция значительно прочнее, и в этом случае можно не опасаться растрескивания высококачественного полистирола в месте соединения половинок элемента антенны. Между трубками и металлическим стержнем образуется емкость С. Для того чтобы добиться емкости 25—29 пф, необходимо, перемещая трубки по цилиндру, измерять значение емкости с помощью точного измерителя емкости. Во всех рассматриваемых выше случаях размеры катушек предполагаются неизменными.
Питание антенной системы может осуществляться с помощью γ-образной схемы согласования, которая особенно удобна для согласования антенн, изготовленных из металлических трубок с несимметричными кабелями питания. Идеальное значение коэффициента стоячих волн, равное 1, может быть получено только для одного диапазона, а в двух других диапазонах согласование будет не совсем точным. Если с помощью γ-образной схемы согласования антенна идеально согласована в диапазоне 15 м, то в диапазонах 10 и 20 м КСВ имеет вполне приемлемые значения. Разумеется, антенна W3DZZ может возбуждаться также и по настроенной линии передачи; для этого вибратор антенны заменяется на вибратор, используемый в антенне G4ZU. В этом случае отпадает необходимость в заградительных контурах и настройка вибратора получается за счет устройства настройки линии передачи, расположенного в ее нижнем конце.