Рис. 5.29.
Итак, мы подавили все паразитные составляющие в сигнале передатчика и синфазный ток фидера. Но помехи другим устройствам могут быть и от основного излучения антенной совершенно чистого сигнала передатчика. Даже при напряженности поля антенны в пределах разрешенных норм (п. 1.3).
Если вы имеете доступ, к устройствам, поражаемым помехой от основного излучения вашей антенны, то доработайте эти устройства, следуя рекомендациям раздела 5.2.
Но если такого доступа нет (да еще таких устройств много), то придется что-то делать с антенной.
Самый очевидный выход в такой ситуации – убрать свою антенну куда-нибудь подальше и повыше от принимающих помехи устройств. В дальней зоне (п. 5.1.2) антенны напряженность поля убывает пропорционально расстоянию (п. 1.5). А в ближней – пропорционально квадрату расстояния (п. 5.1.2). Поэтому очень желательно приложить усилия по подъему и/или удалению антенны так, в её ближнюю зону не попадали бы другие устройства. Это особенно желательно для приемной антенны, т.к. соответственно снижает уровень помех, принимаемых антенной от близко расположенных чужих устройств [10].
Но нередко антенну двигать нельзя и некуда. В этом случае придется менять конструкцию антенны.
Если её ближняя зона (примерное определение её размеров для любой антенны см. в п. 5.1.2) «цепляет» чужие устройства, то надо убирать те части, антенны, которые порождают область ближнего поля, достающую до чужих устройств. Например, загибать нижние части проводов вверх или вообще удалять их, делая антенну укороченной.
С последним надо быть осторожнее. Кроме сужения полосы и снижения КПД в укороченной антенне из-за повышения добротности растет напряженность поля в ближней зоне. То есть укороченная антенна имеет меньшие размеры ближней зоны, но более высокую напряженность поля в ней. Поэтому применяя укороченную антенну надо быть уверенным, что её ближняя зона не достает до чужих приборов (помехи на передаче и приеме) и предметов с потерями (снижение КПД из-за бесполезного нагрева этих предметов).
Если же чужие устройства не попадают в ближнюю зону антенны, а помеха на них есть, то надо уменьшать напряженность поля в дальней зоне антенны.
Простейшее решение уменьшить мощность передатчика нам не интересно (хотя оно и работает). В радиоканале редко бывает достаточный запас по энергетике. Как правило, наоборот, сигнал и так слабоват. И неразумно еще уменьшать его, понижая мощность.
Значит, надо изменить диаграмму направленности антенны так, чтобы в тех направлениях, где находятся подверженные помехе приборы, излучение бы уменьшалось. А в нужных нам направлениях оставалось бы без изменений, или даже росло. Это делают направленные антенны. Они усиливают излучение в направлении главного лепестка и ослабляют дальнее поле во всех остальных направлениях.
На рис. 5.29 показано сравнение азимутальных диаграмм направленности полуволнового диполя и трехэлементной антенны Уда-Яги. Видно, что применение направленной антенны в главном лепестке дало прибавку + 5 дБ (3 раза по мощности, 1,8 раз по напряжению), а излучение в нежелательных направлениях заднего лепестка снизилось на 14 дБ (25 раз по мощности, 5 раз по напряжению).
Полученным в главном лепестке выигрышем +5 дБ мы можем распорядиться двояко:
оставить его для улучшения энергетики радиоканала,
• или снизить мощность передатчика втрое, оставив в направлении главного лепестка поле таким, каким оно было на полуволновом диполе. И при этом излучение в ненужных направлениях (которое и так мало) также снизится втрое по мощности.
Но обычно устройства, подверженные помехам от основного излучения нашей антенны, расположены не по бокам от неё. А внизу, под мачтой антенны. В этом направлении применение направленной антенны тоже дает выигрыш, хотя и меньший, чем по азимуту.
На рис. 5.30 показано сравнение диаграмм направленности в вертикальной плоскости предыдущих двух антенн. Так как программа моделирования [11] не показывает излучение вниз, то для корректного сравнения мы должны установить свободное пространство для обеих антенн. И сравнивать излучение вверх по оси Z (в свободном пространстве это одно и то же, там нет ни верха, ни низа). Мы видим на рис. 5.30, что вдоль вертикальной оси излучение трехэлементной Уда-Яги меньше, чем у полуволнового диполя на 3,5 дБ. Настолько должно быть меньше и излучение вниз при расположении антенн над реальной землей.
Проверим последнее прямым расчетом полей. На рис. 5.31 показано сравнение напряженностей магнитного поля в направлении вниз от тех же двух антенн, расположенных на высоте 15 м над реальной землей. На этом рисунке мы видим, что Уда-Яги при расстояниях больше ~5 м действительно дает напряженность поля меньшую в 1,5 раза (3,5 дБ). То есть наша упрощенная методика сравнения в свободном пространстве (рис. 5.30) дает хорошие результаты.
Еще на рис. 5.31 видно, что по мере приближения к антенне выигрыш Уда-Яги снижается. И при расстоянии 3,2 м напряженности поля от обеих антенн сравниваются. А ближе напряженность поля около Уда-Яги становится больше, чем у диполя. Это происходит потому, что антенна направленная, т. е. в главном лепестке создает большую напряженность поля в дальней зоне. Поэтому и в ближней зоне направленной антенны напряженность поля выше, чем у ненаправленной.
Для снижения излучения дальней зоны вниз под мачту антенна вовсе не обязана иметь хорошую направленность по азимуту. Для решения данной задачи подойдут любые антенны с малым излучением в зенит в свободном пространстве (как на рис. 5.30). Например, обычный GP, если поднять его противовесы достаточно высоко (чтобы их ближняя зона не касалась бы земли), имеет небольшое излучение вниз. Другая антенна с таким же свойством: два горизонтальных полуволновых диполя разнесенные на λ/8 и запитанные противофазно [1. c. 454].