Рис. 7.6.5.
Как использовать пассивный элемент: директором или рефлектором? На первый теоретический взгляд кажется, что директором. Ведь рамка, как показано в пп. 4.3.1, 4.3.2 состоит из двух укороченных изгибом полуволновых диполей. А раз из l/2 диполей, то казалось бы, должны действовать те же принципы, что и для 2-х элементной антенны Уда-Яги. А в ней, как мы помним из п. 7.2.2, баланс токов (т.е. высокое F/B) достигается при директоре и малом (менее 0,1l) расстоянии между элементами.
Но посмотрим на типичную двухэлементную рамочную антенну (рис. 7.6.5) внимательнее. Концы обоих элементов (вертикальные стороны рамок) параллельны друг другу. И кажется, что связь между ними должна быть токовой. Но это не так. Ведь на каждой из вертикальных сторон (H, F, D, B на рис. 7.6.5) есть два участка, по которым ток протекает в разные стороны. А это означает взаимную компенсацию и отсутствие излучения (п. 4.3.1). Из чего следует, что токовой связи между сторонами H и D (а также F и B) нет. А емкостная есть, для нее растекающиеся в разные стороны токи не помеха (посмотрите, например, любую из емкостных нагрузок в п. 3.7.3). Поэтому, согласно правилу п. 7.2.2.1, пассивный элемент должен быть рефлектором, а при директоре хорошего F/B не достичь.
Практика и моделирование подтверждают этот вывод: конфигурация W-D имеет F/B не превышающее нескольких децибел и потому не используется. Для двухэлементной рамочной антенны единственно возможной является конфигурация R-W. Её мы и рассмотрим.
Вначале определимся, как влияет расстояние и потери в материале на усиление «двойного квадрата». Эти зависимости показаны на рис. 7.6.6 (частота 14,15 МГц, свободное пространство, критерий настройки – максимум усиления).
Видны зависимости, аналогичные рис.7.1.3 для двух активно питаемых диполей. Но есть разница. Рис. 7.1.3 построен для довольно толстых трубок, диаметром 10 мм, а рис. 7.6.6 для тонкой проволоки диаметром 1,6 мм. А потери усиления по сравнению с идеальным материалом почти одинаковые. Вывод: 2-х элементная рамочная антенна не требует столь толстых элементов, как два диполя.
Но рис 7.1.3 относится не к Уда-Яги, а к антенне с активным питанием обоих диполей. При переходе же к двухэлементному «волновому каналу» (рис. 7.2.2 и 7.2.4) выясняется, что, несмотря на хорошее усиление при больших (до 0,2l) длинах траверсы, применять траверсы длиннее 0,1l неразумно из-за резкого снижения F/B. А хорошего подавления заднего лепестка вообще бы желательно 0,06…0,08l. Но столь малая длина траверсы тянет за собой целый букет неприятностей: низкое Ra, повышенные требования к диаметру материала, узкую полосу. Посмотрим, как обстоит дело с этим у «двойного квадрата».
На рис. 7.6.7 показано, как меняется усиление «двойного квадрата» (свободное пространство, частота 14,1 МГц, материал – медная проволока диаметром 1,6 мм).
Кроме расстояния, Ga зависит еще и от настройки (т.е. размеров) рефлектора. Верхний график на рис. 7.6.6 соответствуют настройке на максимум усиления, нижний – на максимум F/B. Область между графиками показывает все промежуточные варианты настройки. В каждой точке графиков рефлектор периметр рефлектора подстраивается по соответствующему критерию, а периметр вибратора до jXa = 0.
Размеры элементов не указаны сознательно. Для каждого конкретного случая их легко получить в GAL-ANA (оптимизацией периметра элемента по соответствующему критерию). Однако нелишне заметить, что периметр вибратора получается немногим меньше, чем для одиночной рамки (т.е. 1,00 … 1,03l в зависимости от диаметра провода, см. табл. 4.3.1), а периметр рефлектора – на 2…4 % больше.
На рис. 7.6.8 показаны зависимости F/B в направлении точно назад от расстояния. Этот рисунок выполнен для тех же условий, что и рис. 7.6.8.
Сопоставляя 7.6.7 и 7.6.8, получаем важную рекомендацию: разумный диапазон расстояний между элементами составляет 0,1…0,225l. При этом достигается Ga около 7,1 … 7.5 dBi и F/B около 20 дБ.
Оптимальное расстояние по F/B в направлении точно назад составляет 0,157l. F/B при этом может превышать 60 дБ (файл … 2CQ20_optFB.gaa), что говорит о точной балансировке токов. Но если в качестве заднего направления мы возьмем широкий азимутальный угол (например, как при установках MMANA-GAL по умолчанию Азимут = 120 град., Зенит = 60 град.), то оптимальное расстояние будет 0,138l, а F/B будет около 20 дБ (файл …2CQ20_optFB120.gaa). И то, и другое расстояния почти соответствуют максимуму усиления (рис. 7.6.6).
Таким образом, в двухэлементной рамочной антенне в отличие от Уда-Яги нет противоречия в выборе расстояния между элементами по критериям Ga и F/B. При расстояниях 0,13…0,16l (зависит от критерия настройки) выполняются оба условия. Ширина полосы при этом получается значительно выше, чем у 2-х элементов Уда-Яги при оптимальных размерах.