Коротковолновая широкополосная антенна

Коротковолновая широкополосная антенна — это радиоантенна , которая может использоваться для передачи (и приема) любого коротковолнового радиодиапазона из большей части коротковолнового радиоспектра , без необходимости какой-либо настройки антенны по диапазонам. Вообще говоря, нет никаких трудностей в создании адекватной приемной антенны; проблема заключается в проектировании антенны, которая может использоваться для передачи без регулируемой согласующей сети импеданса .

Идеальная «широкополосная» коротковолновая антенна будет работать непрерывно на большей части, если не на всем, коротковолновом спектре с хорошей эффективностью излучения и минимальным ухудшением диаграммы направленности . Большинство практичных широкополосных антенн идут на компромисс по одному из вышеперечисленных пунктов: либо они работают только на нескольких относительно узких участках спектра КВ-радио, либо они работают по всему спектру без пробелов, но являются неэффективными излучателями на некоторых или всех частотах. Другие антенны обеспечивают достаточную эффективность на некоторых частотах, но требуют отдельного антенного тюнера для работы на других. Несколько конструкций остаются всенаправленными на всех частотах, но большинство «лучевых» антенн теряют свою направленность.

На более низких частотах коротких волн, например 1,8 МГц, антенны должны быть физически большими, чтобы обеспечить хорошую связь с «пространством» и, следовательно, эффективное излучение. Например, на 5 МГц полуволновая дипольная антенна имеет длину около 27 метров (90 футов), на 3,5 МГц — около 41 метра (133 фута), а на 2 МГц — 71 метр (234 фута). Полуволновые горизонтальные диполи являются эффективными излучателями, если они находятся примерно на половине своей длины над землей или выше; если они расположены низко над землей относительно длины волны , то горизонтальные диполи страдают от большой потери сигнала в земле и являются неэффективными излучателями, несмотря на их достаточную длину. ^[a] Полуволновые диполи являются узкополосными (работают только в очень небольшом диапазоне частот) до того, как произойдет серьезное несоответствие импеданса . Это несоответствие можно компенсировать с помощью антенного тюнера , но это увеличивает затраты, и современная коротковолновая связь часто использует методы скачкообразной перестройки частоты . Даже автоматические антенные тюнеры не будут работать с сигналами скачкообразной перестройки частоты.

Менее амбициозная идея «широкополосной антенны» (часто называемой «широкополосной») — это антенна, которая непрерывно охватывает пропорционально самый широкий любительский диапазон, который охватывает 3,5–4,0 МГц (14% полосы пропускания), ^[b] без необходимости использования антенного тюнера . Существует много таких конструкций, но они здесь не обсуждаются. ^[c]

Широкополосные коротковолновые базовые антенны традиционно делятся на две основные категории:

• Резистивно-нагруженные антенны, которые могут быть недорогими и достаточно компактными, но неэффективными на более низких частотах.
• Крупные, сложные и очень дорогие, ненагруженные конструкции. (Их покупка и установка могут стоить более 80 000 долларов).

Задача на протяжении многих лет состояла в том, чтобы разработать антенну, которая была бы эффективным излучателем, компактной и при этом недорогой. Предыдущие решения включают в себя сложенный диполь Баркера Уильямсона, австралийскую антенну бегущей волны и другие разработки Guertler и т. д.

Некоторые коротковолновые широкополосные антенны могут использоваться даже во всем нечетко определенном «коротковолновом» радиоспектре (обычно 1,6–30 МГц), который состоит из верхней части средних частот ( верхняя часть диапазона СВ = 1,6–3 МГц) и всех высоких частот ( диапазон КВ = 3–30 МГц).

Существуют две отдельные проблемы, связанные с получением максимального количества частот от антенны:

1. Антенна может иметь большой относительный диапазон приемлемо хорошо передаваемых частот между некоторой нижней частотой и верхней частотой, без пробелов в покрытии между ними. В этом смысле покрытие является «широким», поскольку непрерывно покрываемый диапазон рабочих частот велик. ^[b]
2. Антенна может хорошо передавать на нескольких различных отдельных частотах: лучшая антенна имеет отдельные частоты, расположенные ближе друг к другу. Для резонансных антенн не все гармоники каждой антенны пригодны для передачи, поэтому антенна, которая пригодна для использования на большем количестве своих гармоник, будет более универсальной.

Очевидно, что оптимальная воображаемая антенна будет иметь обе хорошие черты, но достижение хотя бы одной из них является проблемой, а достижение обеих редко возможно с одной антенной и, по сути, невозможно с чем-либо, кроме нереально большой и дорогой антенны. Кроме того, разные авторы используют слова «широкополосный», ^[2] «многополосный», ^[3] и «широкополосный» ^[4] для обозначения одного или другого определения, но использование этих слов непоследовательно. Хотя «многополосный» довольно недвусмысленно относится к значению 2, как «широкополосный», так и «широкополосный» используются хаотично для обозначения любого из двух значений. Читателю необходимо знать о двух разных проблемах, с двумя разными словами, выбранными каждым автором для их обозначения; либо это, либо описание автором индивидуальной конструкции антенны может использовать любое из этих трех слов или другие, но решать только одну из проблем.

веерный диполь

также называемый мультидиполем , является распространенным вариантом диполя, который имеет несколько дипольных плеч разной длины, исходящих из центральной точки соединения комбинированной антенны ( ⪫⪪ ⫸⫷ ), напоминающих антенну «бабочка». Основная идея заключается в том, что питающий ток естественным образом течет в основном в тот кусок провода, который обеспечивает наименьшее сопротивление (наилучшее соответствие ) на подаваемой частоте, а длины секций веерного диполя специально выбираются для набора желаемых частот.

Несколько диполей делают комбинированную антенну более широкополосной, чем простой двухплечевой диполь; провода, идущие от точки питания типа «бабочка», соединены в согласованные пары, каждая пара имеет разную длину, что дает диполю более широкий диапазон резонансов. Если несколько пар диполей имеют близкую к одинаковой длину, антенна будет показывать непрерывный диапазон частот согласованного импеданса, более широкий, чем любой один диполь. Если длины пар диполей имеют большую разницу в размерах, веерный диполь будет показывать несколько различных резонансных частот, по крайней мере один резонанс для каждой пары.

Наклонный оконечный сложенный диполь (T²FD)

Его универсальные характеристики, сравнительно скромные размеры, низкая стоимость и тот факт, что для работы со стандартным коротковолновым передатчиком не требуется никакого электронного согласования, сделали его популярным в профессиональной коротковолновой связи, где неограниченная высокая мощность может использоваться для компенсации потерь в согласующем резисторе антенны.

логопериодическая антенна

Логпериодическая антенна обычно используется в коротковолновом вещании высокой мощности, где желательно инвестировать только в одну антенну для покрытия передач в нескольких диапазонах. Это единственный тип направленной антенны, которая является направленной (лучевая антенна) во всем рабочем диапазоне.

дискоконусная антенна

Дискоконус всенаправленный, вертикально поляризованный и имеет усиление, подобное диполю. Он столь же эффективен, как монополь, и исключительно широкополосен, предлагая соотношение частотного диапазона до приблизительно 10:1. Это монопольная версия биконической антенны .

антенна бегущей волны

Преимущество антенн бегущей волны заключается в том, что, поскольку они нерезонансные, они часто имеют более широкую полосу пропускания, чем резонансные антенны. Недостатком является то, что, поскольку они обычно имеют длину в две или более длин волн, им требуется большое открытое пространство; кроме того, большая длина делает управление ими невозможным, поэтому для каждого желаемого направления сигнала необходимо установить одну.

монополь с коаксиальной клеткой с концевым контактом

TC²M — это вертикально поляризованная широкополосная коротковолновая антенна. Антенна может быть охарактеризована как вертикальный бегущая волна, коаксиально заключённая в клетку монополь над плоскостью заземления , или альтернативно описана как сложенный униполь с оконечным резистором. ^[5]

дипольные антенны с нецентральным питанием

Часто называемый Антенны «Windom» — путем тщательного выбора положения точки питания примерно на ⁠ 1 /3⁠ длины провода длиной в полволны, его импеданс в точке питания почти постоянен для различных почти гармонических частот полуволновой частоты. Все антенны Windom-style имеют большие зазоры покрытия между их почти гармоническими рабочими полосами. Изменение положения и длины антенны, а также добавление загрузочных шлейфов вблизи ее центра может изменить последовательность возможных частот и добавить больше частот в список.

Среди этого семейства конструкций с нецентральной подачей есть

• « Каролина Уиндом » (намеренно использует излучение фидерной линии), ^[6]
• Антенна K5GP (центральная загрузка для низких диапазонов), ^[7]
• Антенна ON4AA (с центральной загрузкой для добавления шестого диапазона). ^[8]

Антенна Робинсона-Барнса

Антенна с остановкой, разработанная и созданная в начале 1990-х годов Грэмом Робинсоном ^[d] и Джоном Барнсом, которая привлекла внимание своей широкой полосой пропускания в 4 октавы (2–30 МГц). Одна антенна может покрывать практически весь коротковолновый диапазон — полезно для коммерческих и военных станций с ограниченным пространством на земле, что может компенсировать низкую эффективность высокой мощностью. Обычно она устанавливается на башне, горизонтально или как антенна «перевернутой V», и имеет два внешних излучающих элемента и третий, средний элемент с центральным окончанием, по сути, то же самое, что и T²FD , длинный провод которого был удвоен. ^[9]

• Антенный тюнер
• Коротковолновый радиоприемник