В § 5.2 уже была описана разомкнутая ромбическая антенна. На практике чаще используется ромбическая антенна, нагруженная на сопротивление. Работает ромбическая антенна так же, как и нагруженная антенна в виде длинной линии.
На рис. 5.51 приведены размеры ромбической антенны. На этом же рисунке показано, каким образом происходит пространственное сложение диаграмм направленности отдельных сторон ромбической антенны в результирующую диаграмму направленности. Размеры антенны заданы в длинах волн. Лепестки диаграммы от a 1 до a 4 складываются, совпадая по направлению и по фазе, а лепестки b 1 и b 4 частично компенсируются. Результирующая диаграмма направленности ромбической антенны имеет сложную форму. На рис. 5.52 приведена несколько упрощенная пространственная диаграмма направленности ромбической антенны.
В литературе эта же характеристика представлена в проекции на горизонтальную плоскость XY , вертикальную плоскость XZ , а также на плоскость, наклонную под углом θ к оси θ , но проходящей через ось Y . Эти диаграммы представлены либо в сферических, либо в прямоугольных координатах. Их форма зависит от длины ромба, угла раскрыва и высоты подвеса антенны.
Изменение частоты или длины сторон ромба приводит к незначительному изменению главного лепестка диаграммы направленности, но к существенному изменению формы диаграммы в боковых направлениях. Дело в том, что боковые лепестки диаграммы появляются в результате сложения диаграмм направленностей, соответствующих излучению всех четырех сторон ромба. Каждая из этих диаграмм соответствует диаграмме длинной нагруженной на конце антенны. Фазы боковых лепестков диаграммы попеременно меняются на 180° (см. рис. 5.49в ). Результирующая диаграмма направленности имеет вид, показанный на рис. 5.52. В главном лепестке диаграммы сосредоточено до 30...50% всей энергии, излучаемой антенной; остальная часть энергии сосредоточена в боковых лепестках .
Ромбическая антенна излучает волну, имеющую составляющие с вертикальной и горизонтальной поляризацией, причем их соотношение в различных лепестках диаграммы различно. В вертикальной плоскости, проходящей через главный лепесток, волна имеет горизонтальную поляризацию.
Характер диаграммы направленности ромбической антенны зависит от нескольких факторов: от длины плеча l , от угла φ , высоты подвеса h , а также от параметров земли (см. рис. 5.52б и 2.53).
Имеется ряд работ по анализу излучения ромбической антенны. Точный анализ направленных свойств ромбической антенны достаточно сложен, и поэтому при практическом проектировании целесообразно пользоваться графиками, приведенными на рис. 5.53, учитывающими положение главного лепестка диаграммы по отношению к плоскости ромба (угол θ ) в зависимости от угла раскрыва (180- 2φ ) и длины стороны ромба.
В случае, когда два плеча создают угол 180°-2φ = 2α , отдельные диаграммы суммируются в плоскости θ = 0 . При меньшем угле раскрыва лепестки диаграммы ориентированы выше плоскости θ = 0 под углами, которые можно определить, используя графики на рис. 5.53.
Ромбическую антенну можно проектировать, используя результаты, приведенные в литературе .
Ромбические антенны, проектируемые с целью достижения максимального коэффициента усиления, имеют большие геометрические размеры. Например, у антенны для диапазона 40 м с усилением около 15 дБ, максимум диаграммы направленности которой ориентирован в угломестной плоскости под углом θ = 15° , длина стороны ромба l = 7,4λ 0 = 290 м , высота подвеса h = λ 0 = 40 м , угол φ = 75° . Эти параметры определяют геометрические размеры антенны: длину около 600 м и ширину около 160 м.
Можно, несколько меняя значения параметров антенны и одновременно допуская небольшое уменьшение коэффициента усиления, получить антенну значительно меньших размеров. Параметры ромбических антенн, используемых в радиолюбительских диапазонах частот, приведены в табл. 5.7. На рис. 5.54 показана ромбическая антенна, применяемая для специальных радионаблюдений в радиоастрономии.
Большее значение коэффициента усиления ромбической антенны можно получить, не увеличивая размеры антенны, а используя систему ромбических антенн. Речь идет о системе ромбических антенн, расположенных рядом или друг над другом.
| Относительная длина l/λ | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | |
| Угол раскрыва 180° - 2φ | 111° | 91° | 76° | 68° | 63° | 58° | 45° | 51° | 48° | |
| Угол перелома 2φ | 69 | 89 | 104 | 112 | 117 | 122 | 126 | 129 | 132 | |
| Усиление антенны относительно диполя, дБ | 5,2 | 6,8 | 8,0 | 9,2 | 10,0 | 10,7 | 11,2 | 11,7 | 12,2 | |
| Диапазон 40 м | l | 41,5 | 63,0 | 84,0 | 105,0 | 127,0 | 148,0 | 169,0 | ||
| a | 47,0 | 88,5 | 132,4 | 174,5 | 217,0 | 259,0 | 302,0 | |||
| b | 68,5 | 90,0 | 103,5 | 117,5 | 133,0 | 144,0 | 154,0 | |||
| Диапазон 20 м | l | 20,8 | 31,5 | 42,0 | 52,5 | 63,0 | 74,0 | 84,5 | 95,0 | 106,0 |
| a | 24,0 | 44,5 | 66,5 | 87,5 | 108,0 | 130,0 | 151,0 | 172,0 | 194,0 | |
| b | 34,5 | 45,0 | 52,0 | 59,0 | 66,0 | 72,0 | 77,0 | 82,0 | 86,5 | |
| Диапазон 15 м | l | 13,0 | 21,0 | 28,0 | 35 ,0 | 42,0 | 49,5 | 56,5 | 63,5 | 70,5 |
| a | 15,7 | 29,5 | 44,5 | 50,0 | 72 ,0 | 87,0 | 101,0 | 115,0 | 129,0 | |
| b | 22,8 | 30,0 | 34,5 | 39,5 | 44,0 | 48,0 | 51 ,5 | 55,0 | 57,5 | |
| Диапазон 10 м | l | 10,2 | 15,6 | 21,0 | 26,2 | 31,5 | 37,0 | 42,0 | 47,5 | 52,5 |
| a | 11,6 | 22,0 | 33,1 | 43,5 | 54,0 | 65,0 | 75,0 | 86,0 | 96,0 | |
| b | 17,0 | 22,3 | 26,0 | 20,5 | 33,0 | 36,0 | 38,5 | 41,0 | 43,0 | |
Ромбическая антенна, состоящая из двух V-образных антенн, известна как наиболее эффективная и простая конструкция коротковолновой направленной антенны. Ромбическая антенна имеет очень широкую полосу пропускания, обладает большой эффективной поглощающей поверхностью, хорошей диаграммой направленности и характеризуется высоким коэффициентом усиления. Кроме того, эта антенна может использоваться как многодиапазонная. Ромбическая антенна очень часто применяется как эффективный широкополосный излучатель в коммерческих радиовещательных установках. На рис. 2-35 показана простая ромбическая антенна с двусторонней диаграммой направленности.
Усиление ромбической антенны больше усиления V-образной антенны, имеющей эквивалентную длину проводника, образующего угол, т. е. ромбическая антенна со стороной ромба, равной 3λ, имеет большее усиление, чем V-образная антенна со стороной угла, равной 6λ. Кроме того, диаграмма направленности ромбической антенны в меньшей мере зависит от изменения частоты, чем диаграмма направленности V-образной антенны. Все размеры, указанные для V-образной антенны относительно длины проводников L и угла раскрыва α, остаются справедливыми и для ромбической антенны, имеющей двустороннюю диаграмму направленности.
Ромбическая антенна с двусторонней диаграммой направленности. Усиление в направлении основного излучения ромбической антенны с двусторонней диаграммой направленности, имеющей оптимальный угол раскрыва α относительно длины L проводника, образующего сторону ромба, по сравнению с обычным вибратором приведены в табл. 2-3.
То, что размеры стороны ромба и углы раскрыва ромбической антенны имеют те же самые значения, что и у V-образной антенны, дают возможность создавать ромбическую антенну простым подключением двух одинаковых V-образных антенн. Полученная таким образом ромбическая антенна имеет двустороннюю диаграмму направленности и оптимальные размеры. Коэффициент усиления этой антенны на 3 дб больше коэффициента усиления соответствующей V-образной антенны, и, кроме того, полоса пропускания антенны увеличивается.
В большинстве случаев ромбическая антенна конструируется как направленный вибратор, имеющий одностороннюю диаграмму направленности. При этом к открытому концу ромбической антенны подключается так называемое «сопротивление поглощения». Сопротивление составляет приблизительно 750-800 ом , а его номинальная мощность должна по меньшей мере равняться половине высокочастотной мощности, генерируемой передатчиком (рис. 2-36).
Ромбическая антенна с поглощающим сопротивлением отличается широкополосностью, и, следовательно, при вычислении размеров вибратора отпадает необходимость в скрупулезном расчете длины стороны ромба L . При допущении максимального уменьшения коэффициента усиления антенны на 2 дб изменение частоты для таких широкополосных вибраторов может быть в отношении 1: 2. Правда, при этом происходит большая или меньшая деформация диаграммы направленности антенны. Диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях в основном определяются углом раскрыва α. Коэффициент усиления антенны увеличивается по мере увеличения длины стороны ромба L . Высота подвеса антенны должна по меньшей мере равняться половине длины рабочей волны, так как с уменьшением высоты подвеса происходит увеличение вертикального угла максимума излучения, что крайне нежелательно в коротковолновых радиолюбительских диапазонах. Если сторона ромба L выбирается равной приблизительно 6λ, то направленность антенны очень высокая и, следовательно, выбор оптимального угла раскрыва становится очень критичным.
Сопротивление в точке питания ромбической антенны с подключенным поглощающим резистором 700-800 ом . Ромбическая антенна может, следовательно, питаться по линии передачи, работающей в режиме бегущей волны и имеющей волновое сопротивление, соответствующее входному сопротивлению антенны. Обычно в этом случае используется самодельная двухпроводная линия передачи с воздушной изоляцией, имеющая волновое сопротивление 600 ом ; КСВ при этом увеличивается незначительно. При такой линии питания становится возможным использование антенны в различных диапазонах. Конечно, ромбическая антенна может быть согласована с линией передачи, имеющей любое волновое сопротивление, с помощью описанных выше согласующих устройств, но при этом в основном сводится на нет преимущество ромбической антенны, заключающееся в ее широкополосности, и поэтому она эффективно может использоваться только в одном диапазоне. Согласованная 600-омная линия передачи обычно имеет преимущества и по отношению к настроенным линиям передачи, так как в этом случае потерн в линии меньше и согласование с оконечной ступенью передатчика осуществляется значительно легче.
Сопротивление поглощающего резистора R должно быть безындуктивным и безъемкостным. При малой мощности передатчика такой резистор может быть изготовлен из одного или нескольких пленочных резисторов. Для уменьшения емкости такое поглощающее сопротивление рекомендуется изготавливать из нескольких последовательно соединенных резисторов. При больших мощностях передатчика применение пленочных резисторов нецелесообразно, и поэтому в этих случаях рекомендуется использовать специальные резисторы, выпускаемые промышленностью в качестве искусственных эквивалентов антенн. Сопротивления поглощающего резистора - 800 ом . Резистор следует помещать во влагонепроницаемой коробке как можно ближе к концу антенны. Для того чтобы при грозе не произошло разрушения поглощающего резистора, следует предусмотреть возможность его отключения, для чего его обычно помещают на высоте человеческого роста и соединяют с концом антенны линией с волновым сопротивлением 700-800 ом (рис. 2-37).
Если же поглощающее сопротивление имеет большую номинальную мощность, то вполне достаточно для предотвращения его разрушения при грозе заземлить весь антенный комплекс.
Для достижения хорошей направленности и наибольшего усиления необходимо соблюдать определенное соотношение между углом раскрыва антенны и длиной стороны ромба L . На рис. 2-38 указаны эти величины.
На этом же рисунке ниже шкалы длины указано получаемое усиление антенны, так как усиление антенны в направлении максимума основного лепестка зависит непосредственно от длины стороны ромба L . При этом уже учитываются потери излучаемой мощности, происходящие в результате подключения поглощающего резистора, равные 3 дб .
Вертикальный угол излучения антенны, как уже говорилось выше, зависит от высоты подвеса, и поэтому в диапазонах 20, 15 и 10 м высота подвеса должна быть не меньше λ/2.
При планировании создания ромбической антенны всегда полезно предварительно набросать эскиз антенны для определения ее общих размеров в длину и в ширину. В табл. 2-4 приведены данные для ромбических антенн, рассчитанных для любительских диапазонов 40, 20, 15 и 10 м . Приведенные значения длин сторон ромба рассчитаны на середины указанных диапазонов. Как уже говорилось, благодаря широкополосности ромбической антенны отпадает необходимость в точном соблюдении расчетных размеров. Размеры А и В, необходимые для установки несущих мачт, округлены, и обычно целесообразно устанавливать несущие мачты несколько дальше друг от друга, для того чтобы имелась возможность небольшого изменения углов α и β при точной регулировке отношения мощности, излучаемой в прямом направлении, к мощности, излучаемой в обратном направлении.
Из табл. 2-4 видно, что ромбическая антенна может с успехом применяться в качестве многодиапазонной антенны. Сторона ромба, равная 42 м , равняется 1λ для 40 м , 2λ - для 20 м , 3λ - для 15 м и 4λ - для 10 м . Оптимальный угол раскрыва для 15 или 20 м несколько велик для 10 м и несколько мал для 40 м , при этом в диапазоне 10 м основной лепесток диаграммы направленности суживается, появляется несколько слабо выраженных боковых лепестков и незначительное излучение в обратном направлении, а коэффициент усиления антенны в направлении максимума основного лепестка излучения остается неизменным. В диапазоне 40 м (а меньше оптимального значения) диаграмма направленности расширяется и появляется излучение в обратном направлении; антенна в этом случае может использоваться как излучатель, обладающий достаточно большим усилением в широком секторе направлений. Для ромбической антенны, используемой в качестве многодиапазонной антенны, длина стороны ромба может быть выбрана также равной 21,00 м или 63,00 м .
| Длина стороны L в значениях λ | Длина стороны L, м | Угол раскрыва α, град | Угол β, град | Размер А, м | Размер В, м | Усиление антенны, дб |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Диапазон 40 м | ||||||
| 1,0 | 41,50 | 111 | 69 | 47,00 | 68,50 | 5,2 |
| 1,5 | 63,00 | 91 | 89 | 88,50 | 90,00 | 6,8 |
| 2,0 | 84,00 | 76 | 104 | 132,40 | 103,50 | 8,0 |
| 2,5 | 105,00 | 68 | 112 | 174,50 | 117,50 | 9,2 |
| 3,0 | 127,00 | 63 | 117 | 217,00 | 133,00 | 10,0 |
| 3,5 | 148,00 | 58 | 122 | 259,00 | 144,00 | 10,7 |
| 4,0 | 169,00 | 54 | 126 | 302,00 | 154,00 | 11,2 |
| Диапазон 20 м | ||||||
| 1,0 | 20,80 | 111 | 69 | 24,00 | 34,50 | 5,2 |
| 1,5 | 31,50 | 91 | 89 | 44,50 | 45,00 | 6,8 |
| 2,0 | 42,00 | 76 | 104 | 66,50 | 52,00 | 8,0 |
| 2,5 | 52,50 | 68 | 112 | 87,50 | 59,00 | 9,2 |
| 3,0 | 63,00 | 63 | 117 | 108,00 | 66,00 | 10,0 |
| 3,5 | 74,00 | 58 | 122 | 130,00 | 72,00 | 10,7 |
| 4,0 | 84,50 | 54 | 126 | 151,00 | 77,00 | 11,2 |
| 4,5 | 95,00 | 51 | 129 | 172,00 | 82,00 | 11,7 |
| 5,0 | 106,00 | 48 | 132 | 194,00 | 86,50 | 12,2 |
| 5,5 | 116,00 | 46 | 134 | 214,00 | 91,00 | 12,6 |
| 6,0 | 127,00 | 44 | 136 | 236,00 | 95,50 | 13,0 |
| Диапазон 15 м | ||||||
| 1,0 | 13,80 | 111 | 69 | 15,70 | 22,80 | 5,2 |
| 1,5 | 21,00 | 91 | 89 | 29,50 | 30,00 | 6,8 |
| 2,0 | 28,00 | 76 | 104 | 44,50 | 34,50 | 8,0 |
| 2,5 | 35,00 | 68 | 112 | 50,00 | 39,50 | 9,2 |
| 3,0 | 42,00 | 63 | 117 | 72,00 | 44,00 | 10,0 |
| 3,5 | 49,50 | 58 | 122 | 87,00 | 48,00 | 10,7 |
| 4,0 | 56,50 | 54 | 126 | 101,00 | 51,50 | 11,2 |
| 4,5 | 63,50 | 51 | 129 | 115,00 | 55,00 | 11,7 |
| 5,0 | 70,50 | 48 | 132 | 129,00 | 57,50 | 12,2 |
| 5,5 | 78,00 | 46 | 134 | 144,00 | 61,00 | 12,6 |
| 6,0 | 85,00 | 44 | 136 | 158,00 | 64,00 | 13,0 |
| Диапазон 10 м | ||||||
| 1,0 | 10,20 | 111 | 69 | 11,60 | 17,00 | 5,2 |
| 1,5 | 15,60 | 91 | 89 | 22,00 | 22,30 | 6.8 |
| 2,0 | 21,00 | 76 | 104 | 33,10 | 26,00 | 8,0 |
| 2,5 | 26,20 | 68 | 112 | 43,50 | 29,50 | 9,2 |
| 3,0 | 31,50 | 63 | 117 | 54,00 | 33,00 | 10,0 |
| 3,5 | 37,00 | 58 | 122 | 65,00 | 36,00 | 10,7 |
| 4,0 | 42,00 | 54 | 126 | 75,00 | 38,50 | 11,2 |
| 4,5 | 47,50 | 51 | 129 | 86,00 | 41,00 | 11,7 |
| 5,0 | 52,50 | 48 | 132 | 96,00 | 43,00 | 12,2 |
| 5,5 | 58,00 | 46 | 134 | 107,00 | 45,50 | 12,6 |
| 6,0 | 63,00 | 44 | 136 | 117,00 | 47,50 | 13,0 |
а. Предложена американским инженером Брюсом в 1931. Р. а. применяют в качестве передающей или приёмной антенны, преимущественно для радиосвязи и радиовещания на декаметровых (коротких) волнах. Обычно её подвешивают в горизонтальном положении на высоте 15-40 м (рис. , а). Длина каждой стороны ромба равна 50-160 м. К проводам ромба у одного из его острых углов подключают радиопередатчик (радиоприёмник), а у другого острого угла, направленного в сторону корреспондента, - резистор, сопротивление которого близко к волновому сопротивлению Р. а. (600-700 см ). Благодаря этому в антенне устанавливается режим бегущей волны. Максимальная интенсивность излучения (приёма) наблюдается под некоторым углом к горизонту (углом места). У Р. а., предназначенных для линий связи большой протяжённости (2500-3000 км и более), острый угол ромба равен 30-50°, а угол места направления максимального излучения (приёма) изменяется в пределах рабочего диапазона волн от 5 до 20°. Минимальная длина волны рабочего диапазона λ мин обычно выбирается равной Ромбическая антенна (0,1-0,18) l , максимальная λ макс ≈ (2-4)λ мин. Коэффициент направленного действия Р. а. достигает 160-200, коэффициент усиления (по отношению к коэффициенту усиления полуволнового вибратора (См. Полуволновой вибратор) в свободном пространстве) составляет 25-80.
Существенные недостатки Р. а. - поглощение значительной части (20-40%) поступающей в антенну мощности резистором и рассеяние значительной части (до 50%) излучаемой мощности в боковых лепестках диаграммы направленности. Эти потери мощности можно уменьшить, если применить предложенную советским учёным Г. З. Айзенбергом двойную Р. а. (рис. , б), состоящую из двух ромбов, смещенных в горизонтальной плоскости друг относительно друга на (0,17-0,25) l, и стороны ромба выполнить из двух или более параллельных проводов. Коэффициент усиления двойной Р. а. в 1,5-2 раза больше, чем коэффициент усиления одиночной Р. а.
Г. К. Галимов.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Проволочная антенна в виде ромба, стороны к рого велики по сравнению с длиной волны. К одному из острых углов подключено сопротивление, равное волновому сопротивлению среды (для получения волны тока, близкой к бегущей), а к другому линия передачи … Физическая энциклопедия
ромбическая антенна - Направленная антенна бегущей волны, состоящая из двух пар горизонтальных проводников, которые образуют стороны ромба. Питание подается на смежные концы одной пары, а отдаленные нагружены активным сопротивлением. В результате в антенне образуется… … Справочник технического переводчика
Выполняется в виде системы проводов, расположенных по сторонам ромба (обычно в горизонтальной плоскости). Применяется в качестве направленной передающей или приемной антенны для радиосвязи и радиовещания обычно в диапазоне декаметровых, а также… … Большой Энциклопедический словарь
Выполняется в виде системы проводов, расположенных по сторонам ромба (обычно в горизонтальной плоскости). Применяется в качестве направленной передающей или приёмной антенны для радиосвязи и радиовещания обычно в диапазоне декаметровых, а также… … Энциклопедический словарь
ромбическая антенна - rombinė antena statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. rhombic antenna vok. Rhombusantenne, f rus. ромбическая антенна, f pranc. antenne en losange, f; antenne rhombique, f …
Разновидность бегущей волны антенны; выполняется в виде рамки из проводов, расположенных по сторонам ромба. К проводам ромба у одного из его острых углов подключают радиопередатчик (радиоприёмник), а у др. острого угла, направл. к корреспонденту …
изогнутая ромбическая антенна - lenktoji rombinė antena statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. bent rhombic antenna vok. gebeugte Rhombusantenne, f rus. изогнутая ромбическая антенна, f pranc. antenne en losange courbée, f … Radioelektronikos terminų žodynas
- (от лат. antenna мачта, рей), устройство для излучения или приёма радиоволн. А. оптимально преобразует подводимые к ней эл. магн. колебания в излучаемые эл. магн. волны (передающая А.) или, наоборот, преобразует падающие на неё эл. магн. волны в… … Физическая энциклопедия
Устройство для излучения и приёма радиоволн. Передающая А. преобразует энергию электромагнитных колебаний высокой частоты, сосредоточенную в выходных колебательных цепях радиопередатчика, в энергию излучаемых радиоволн. Преобразование… … Большая советская энциклопедия
Антенна, осн. параметры к рой (диаграмма направленности, входное сопротивление и др.) не выходят из заданных пределов в широком диапазоне частот без к. л. перестроек. Д. а. на декаметровых и более коротких волнах Надененко диполь, ромбическая… … Большой энциклопедический политехнический словарь
