Антенна бевереджа
Аитенна Бевереджа или, как ее еще называют, антенна бегущей волны (АБВ), широко используется в профессиональной радиосвязи. Большинство трансокеанских QSO на 160 метров радиолюбители проводят, используя антенну Бевереджа на прием. В инструкции к радиостанции Р126 указано, что при использовании четвертьволнового штыря дальность связи между двумя однотипными радиостанциями составляет 2 км, при использовании АБВ — 4...5 км. Для радиостанции Р 105 дальность связи при использовании штыревой четвертьволновой антенны составляет 6 км, при использовании АБВ — до 25 км. Надеюсь, эти цифры, неоднократно проверенные военными, убедят противников антенны Бевереджа в том, что в ней действительно что-то есть.
Антенна Бевереджа может работать без перестройки во всех любительских диапазонах при минимальных затратах на ее изготовление и не нуждается в настройке при смене диапазонов работы. Эта ее особенность привлекает не только радиолюбителей, но и любителей дальнего приема вещательных станций.
1. ИДЕАЛЬНАЯ АНТЕННА БЕВЕРЕДЖА
Классическая АБВ представляет собой провод, длина которого в несколько раз больше длины волны, на которой работает антенна. Он нагружен на сопротивление, равное ее волновому сопротивлению (Рис. 1). Высота подвеса АБВ составляет от 1 до 5 м в зависимости от диапазона частот, в котором она используется.
Входное сопротивление АБВ высоко и равно волновому сопротивлению линии, образованной проводом, составляющим полотно антенны, и землей, играющей роль второго провода. Оно составляет 400...600 Ом. При подвешивании АБВ нет необходимости всюду соблюдать равную высоту подвеса. На 160 метров эффективно работает антенна с высотой подвеса 3...5 м, а на 10-метровом диапазоне — с высотой подвеса не менее 1 м.
Коэффициент усиления АБВ равен: G=Кх(L/l),где G — коэффициент усиления; К — коэффициент, не зависящий от качества изготовления АБВ; L - длина антенны; l - длина волны, на которой работает антенна.
Чем длиннее полотно антенны, тем выше ее коэффициент усиления. Антенна Бевереджа принимает вертикально поляризованную волну, падающую на нее под небольшим утлом. Такие характеристики имеют поверхностная волна, находящейся в пределах видимости, радиостанции и волна дальней радиостанции, отраженная от ионосферы под малым углом.
В горизонтальной плоскости максимум приема лежит в направлении, параллельном полотну антенны. При перпендикулярном падении электромагнитная волна просто ничего не наведет в антенне, а при падении под углом, вследствие сложения наведенных в антенне с разными фазами напряжений, последние будут компенсировать друг друга.
Д.Н. антенны Бевереджа представляет собой узкий луч в горизонтальной и вертикальной плоскостях, направленный в сторону нагрузки (рис.2). При значительном превышении длины полотна антенны над длиной волны происходит дробление Д.Н. на лепестки. Чем меньше задний лепесток Д.Н., тем лучше согласована антенна с нагрузкой.
2. "ЗЕМЛЯ" АНТЕННЫ ВЕВЕРЕДЖА
Работа реальной АБВ во многом зависит от качества "земли". Лучше всего проложить несколько "земляных" проводов от нагрузки к генератору.
На практике, если предполагают использовать АБВ на передачу, то для эффективной работы прокладывают не менее 3 "земляных" проводов. Один — под полотном антенны, а два других — по краям от него на расстоянии, равном (0,5...1) высоты подвеса полотна антенны (рис.3). Для повышения эффективности работы этих проводов они должны быть или подняты над землей на небольшую высоту (5... 10 см), или защищены от коррозии, если они все же лежат на земле.
При использовании АБВ как приемной антенны можно использовать только один "земляной" провод. Иногда на приемных центрах вместо "земляного" провода используют 10... 30 противовесов длиной около 0,1 длины антенны, расположенных на конце нагрузки и трансформатора и закопанных на глубину 10 см (рис.4). Однако при этом не экономится провод для противовесов и в некоторых случаях возрастает шум антенны за счет того, что в нее включаются участки земли, которые могут служить источником шума. Обычно конкретный источник шума определить очень трудно. Он может возникать за счет токов, протекающих в земной коре; может быть обусловлен действием промышленных факторов (воздушные ЛЭП, подземные линии электропередач и т.д.).
На приемных радиоцентрах выбирают местности, где таких воздействий нет, а в Вашем случае вполне может оказаться, что QTH расположен как раз вблизи такого источника шума. Антенна Беве-реджа наиболее подвержена воздействию таких шумовых источников, особенно без "земляного" провода под ней. На передачу такая антенна (рис.4) будет работать неудовлетворительно. Это связано с тем, что в цепь антенны включено сопротивление земли R3, которое в общем случае сравнимо с волновым сопротивлением антенны и существенно снижает ее КПД. При использовании АБВ на прием это можно допустить, так как обычно приемники имеют запас по усилению. Но при работе на передачу КПД является главнейшим показателем антенны.
Не следует забывать и о том, что почва может промерзать зимой на значительную глубину. Это существенно снизит и без того малую эффективность антенны Бевереджа (рис.4). Но часто по многим причинам трудно или нецелесообразно использовать "земляной" провод под полотном антенны. В этом случае используют так называемую "лучевую" антенну.
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В КАЧЕСТВЕ "ЗЕМЛИ" ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВЫХ ПРОТИВОВЕСОВ
"Лучевая" антенна, используемая для работы на радиостанциях типа Р105, изображена на рис.5. Она представляет собой провод длиной 1, составляющей около десяти длин волны, к которому через резистор 400 Ом подключено несколько противовесов длиной в четверть волны. Несколько таких же противовесов подключено и к корпусу радиостанции.
Ток в такой антенне протекает за счет токов смещения в пространстве между противовесами. Ток в почве в этом случае не играет большой роли. Для увеличения КПД нужно стремиться к уменьшению сопротивления системы противовесов. При волновом сопротивлении антенны 400... 600 Ом желательно использовать не менее 2 резонансных противовесов на стороне нагрузки и стороне питания.
При использовании АБВ в разных диапазонах необходимо для каждого диапазона использовать не менее 2 резонансных противовесов длиной в четверть волны для каждого из диапазонов. Антенна с четвертьволновыми противовесами отличается от классической АБВ тем, что не имеет непрерывного перекрытия по частоте.
4. НАГРУЗКА АНТЕННЫ БЕВЕРЕДЖА
Примерно от 30 до 50 процентов мощности передатчика рассеивается на нагрузке, поэтому крайне важно, чтобы резистор нагрузки был безиндукционным.
При конструировании передающих антенн Бевереджа можно использовать резисторы типа МЛТ-2, соединенные в параллель. Конструктивно они располагаются кольцом. Для защиты такой нагрузки от атмосферных воздействий ее окрашивают прочным лаком. Желательно исключить прямое попадание на нее дождя, разместив ее под какой-нибудь крышкой. Обычно для антенны Бевереджа используют нагрузку около 300...600 Ом. Точно установить волновое сопротивление антенны трудно, на практике это можно сделать лишь изменением нагрузки и измерением при этом КСВ антенны.
5. ДЛИНА И КПД АНТЕННЫ БЕВЕРЕДЖА
Выше было указано, что коэффициент усиления АБВ зависит от ее длины, но лучшие результаты получаются, когда длина антенны кратна нечетному количеству длин полуволн. Для успешной работы она должна быть не меньше длины волны, на которой работает передатчик.
Чтобы определить КПД, рассмотрим, где происходят потери энергии. Во-первых, в нагрузочном резисторе RH. Во-вторых, чем длиннее антенна, тем больше излучение, интенсивность которого растет с ростом высоты подвеса (Н) АБВ над землей. Таким образом, КПД можно примерно определить по формуле:
КПД = 1 /Rн*L/l*Н/lЗ*К, где L — длина антенны;
l — длина волны; К — коэффициент эффективности.
Для повышения КПД и улучшения направленных свойств АБВ используют их параллельное включение. Располагают их при этом как параллельно, так и последовательно (Рис.6).
КПД антенны Бевереджа длиной в одну волну с высотой подвеса около 0,005 длины волны не превышает 10 процентов. Увеличение длины антенны до 6 длин волны повышает КПД примерно до 40 %, затем рост КПД замедляется.
6. ИЗМЕНЕНИЕ Д.Н. АНТЕННЫ БЕВЕРЕДЖА
Одним из главных недостатков АБВ является то, что ее Д.Н. фиксирована. Мною был опробован вариант антенны Бевереджа с двумя трансформаторами (рис.7), который позволяет коммутировать Д.Н. в двух направлениях. При подаче постоянного напряжения по кабелю реле срабатывают и меняют местами точки подключения и питания (использованы реле типа РМУГ). Такая антенна имела КСВ не более 1,8 во всем диапазоне частот от 1,8 до 30 МГц, разница при переключении направления излучения менялась от 1 ...2 баллов на НЧ-до 6 баллов на ВЧ-диапазонах.
Встречаются рекомендации по установке круглой антенны Бевереджа. В этом случае диаграмма направленности такой антенны — круг, но ее коэффициент усиления будет меньше, чем у диполя. При наличии достаточного количества открытой линии или КАТВ можно сделать упрощенное переключение Д.Н. Схема антенны для этого приведена на рис.8. При таком выполнении антенны открытая линия должна быть приподнята над землей. Возрастает затухание антенны и уменьшается ее КПД. Но если антенна используется на прием, такое ее построение вполне приемлемо. Для переключения направления Д.Н. в этом случае можно использовать даже обыкновенный тумблер.
7. УСТАНОВКА АНТЕННЫ БЕВЕРЕДЖА
Для успешной работы АБВ должна быть правильно установлена относительно посторонних предметов. Конечно, идеальная установка — это когда рядом нет никаких проводящих предметов. Однако на практике такое встречается редко. Следует стремиться к тому, чтобы не было проводящих предметов в главном и, если возможно, в заднем лепестке. Так как АБВ излучает вертикально поляризованную волну, следует обратить внимание на вертикальные проводящие предметы. Очень хороший вариант — установка на край крыши дома, когда в главном лепестке Д.Н. лежит свободное пространство. Именно такая АБВ используется с 1989 г. на моей станции UZ3ZK. Часто на крыше проходят провода радиосети и телефона, которые могут быть параллельны Вашей АБВ. Они буду т восприниматься как "земля", и в них будут наводиться значительные токи, которые могут привести к помехе многопрограммному вещанию и, возможно, теле-фонной связи. Для устранения этого эффекта достаточно проложить "земляной" провод рядом с этими проводами. Во всех случаях, с которыми я сталкивался, на столбиках были свободные "рожки" для его установки. Провод следует заземлить возле каждой из мачт. В тяжелых случаях может потребоваться установка нескольких таких проводов на расстоянии 20... 50 см друг от друга.
Вообще же антенна Бевереджа является одной из самых неприхот- ливых антенн. Чистое пространство в радиусе около 1 ...2 метров от-носительно полотна антенны обеспечит ее работу. Ни одна из сосед- них антенн не мешает ей, так же как и АБВ оказывает минимальное влияние на другие антенны.
В грозовом отношении АБВ безопасна. Полотно ее заземлено с двух сторон, так что даже прямое попадание молнии в нее не приведет к поражению оператора и разрушению радиоаппаратуры. АБВ обычно расположена ниже других проводящих предметов, что обеспечивает ее дополнительную защиту от грозы. АБВ не накапливает 1 электростатику, и это особенно заметно при приеме перед грозой. На нее можно работать даже во время грозы. 1
Литература.
1. Г.З.Айзенберг, Коротковолновые антенны, М.: Радио и связь, 1985г.
И.ГРИГОРОВ, 308015, Белгород-15, а/я 68. РЛ 9/93)
