В СВ-диапазоне наибольшее распространение получили антенны с вертикальной поляризацией. Это связано с тем, что СВ-радиостанции широко используются для связи с подвижными объектами, а на автомобиле весьма сложно разместить эффективную антенну горизонтальной поляризации. По этой причине в качестве базовых выбираются антенны с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, одинаково хорошо работающие в любом направлении.
Наиболее широкое применение в этой группе получили антенны типа "Ground Plane" или сокращенно - "GP", показанные на рисунке:
Антенна имеет штыревую конструкцию, удобную для размещения на крыше дома. Она проста и, в то же время, достаточна эффективна. Длина штырей (l/4) для работы в диапазоне 27 МГц зависит от диаметра трубок и указана в таблице:
Для нормальной работы антенны она снабжается тремя противовесами, которые можно выполнить из трубки или антенного канатика. Длина противовесов выбирается равной, или на 2,5% больше l/4. Для СиБи диапазона можно принять ее равной 275 см. Входное сопротивление антенны зависит от угла между противовесами и мачтой: чем меньше этот угол (противовесы прижаты к мачте), тем больше сопротивление. Для получения входного сопротивления 50 Ом угол выбирается равным 30-45o. Такие антенны имеют прижатое к земле излучение и круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, усиление антенны примерно равно усилению вертикального полуволнового диполя. Наилучшая работа обеспечивается при высоте мачты около 6 метров. В сухую ветреную погоду на вибраторе (штыре) антенны может скапливаться значительный потенциал статического электричества, который при определенном уровне может вывести радиостанцию из строя. Во избежание этого в верхней точке кабеля, в месте соединения с антенной, между центральной жилой и оплеткой кабеля установить резистор на 30-50кОм с рассеиваемой мощностью 2 Вт. Эта антенна наиболее широкополосная из всех вариантов GP. При указанных размерах антенна имеет резонанс на 20 канале (27,200 МГц). При необходимости настройка на конкретный канал производится соответствующим изменением длины штыря до достижения минимума КСВ (см. раздел 2.7) . После настройки антенны в резонанс минимума КСВ на нужной частоте добиваются изменением угла установки противовесов. Недостатком данной конструкции является отсутствие соединения штыря с мачтой, что требует дополнительных мер по грозозащите. Наиболее простым и эффективным способом является использование короткозамкнутого шлейфа из кабеля длиной l//4, подключенного к фидеру с помощью тройника. Шлейф обеспечивает соединение центральной жилы фидера с заземленной оплёткой по постоянному току и не влияет на согласование антенны. Схема подключения шлейфа приведена на рис.2.2
В случае использования шлейфа резистор R1 можно исключить, т.к. шлейф, естественно, защищает и от статического электричества. Длина шлейфа рассчитывается с учетом коэффициента укорочения используемого кабеля, связанного с его диэлектрической проницаемостью, и составляет около 2 м.
На рис.2.3 приведена конструкция полуволновой антенны GP (l/2). По сравнению с вышеописанной антенной она имеет вдвое большую длину штыря, что предъявляет повышенные требования к обеспечению ветровой прочности конструкции. Антенна не нуждается в противовесах, роль которых выполняет мачта, а ее диаграмма направленности в вертикальной плоскости сильнее прижата к горизонту, что улучшает условия радиообмена с удаленными корреспондентами. Поскольку антенна имеет высокое входное сопротивление, кабель подключается к ней через согласующий высокочастотный трансформатор. Основание штыря соединяется с заземленной мачтой через согласующий трансформатор, что автоматически решает проблемы грозозащите и статики. Усиление антенны по сравнению с полуволновым диполем составляет около 4 дБ.
Наиболее эффективной для дальних связей является GP длиной 5/8 l. Ее конструкция показана на рис. 2.4. Она несколько длиннее полуволновой антенны, а кабель фидера подключается к согласующей индуктивности, расположенной в основании вибратора. Этот тип антенны требует использования не менее трех противовесов длиной (0,1 - 0,2) Х, расположенных в горизонтальной плоскости. Антенны этого типа узкополоснее полуволновых, в связи с чем они требуют более тщательной настройки. Настройку обеспечивают как изменением длины штыря, так и регулировкой величины согласующей индуктивности. Нужное входное сопротивление достигается выбором точки подключения кабеля к согласующей катушке. Усиление этой антенны составляет 5 - 6 дБ, максимум диаграммы направленности расположен под углом 15 градусов к горизонту. Штырь этой конструкции также заземлен на мачту через согласующую катушку. Примерные данные согласующей катушки для волнового сопротивления 50 Ом: диаметр каркаса - 18 мм, диаметр провода - 1,5 мм, число витков - 22, шаг намотки - 2,5 мм, отвод от 9-го витка, считая от заземленного конца катушки.
Установка антенны на крыше может сильно влиять на ее характеристики.
Общие рекомендации:
- основание антенны желательно располагать не ниже 3 м от плоскости крыши; вблизи от антенны не должно быть металлических предметов и конструкций (например, телевизионных антенн, проводов и т.п.);
- устанавливать антенну желательно как можно выше;
- для нормальной работы станции ближайшая базовая Си-Би антенна не должна быть расположена ближе 200 м.
Эффективность работы антенны на передачу тем выше, чем меньше омические потери в ее элементах. Поэтому наилучшим материалом для элементов антенн являются медные трубки, однако приемлемым компромиссом можно считать применение алюминиевых (дюралевых) трубок (из-за высокого удельного веса и низкой прочности меди).
При необходимости расширения полосы частот диаметр трубок увеличивают, или используют трубки с ребристой наружной поверхностью. Поскольку ток, протекающий по штырю антенны, уменьшается к ее верхнему концу, диаметр верхней части штыря можно уменьшить без ухудшения ее параметров. Одним из наиболее простых средств расширения полосы частот длинных штыревых антенн является применение втулки с четырьмя усами длиной около 100 мм и диаметром 4 - 5 мм, закрепляемой в верхней части штыря. При этом резонансная частота антенны понижается и длину штыря придется несколько уменьшить.
При работе антенну на передачу по ней протекают довольно большие токи, поэтому необходимо обеспечить очень хорошее соединение всех элементов между собой и позаботиться об их защите от коррозии.
Если на крыше Вашего дома есть достаточно высокая лифтовая будка, телевизионная антенна или пристройка высотой больше 5 метров, то антенну GP можно установить, используя капроновый трос-растяжку (рис.2.5) без мачты. Кроме капронового шнура и кабеля РК-50 потребуется еще 4 изолятора любого типа. Конец кабеля длиной 2,7 м освобождается от внешней изоляции и оплетки, оплетка расплетается и скручивается в 4 примерно одинаковые "косички". К ним присоединяются противовесы. Противовесы можно сделать из любого медного (в крайнем случае даже алюминиевого) провода, который прикручивается (или припаивается) к "косичкам". Длина противовесов должна быть 2,7 м. На концах противовесов закрепляются изоляторы, которые прикрепляются к проволочным или капроновым оттяжкам. Конец освобожденного от оплетки участка кабеля за полиэтиленовый изолятор прикрепляется к капроновому шнуру так, чтобы он не оторвался из-за порывов ветра. Противовесы разводятся в стороны равномерно по кругу, оттяжки закрепляются на крыше (например, привязываются к кирпичам). Постарайтесь длину оттяжек подобрать так, чтобы между проводом противовеса и вертикалью был угол около 45о. Места соединений и место выхода кабеля из оплетки тщательно герметизируют пластилином, чтобы под оплетку не попала вода. Эта антенна по своим характеристикам полностью соответствует классической антенне GP длиной l/4. Такую антенну очень удобно устанавливать в полевых условиях между двумя деревьями, нужно только заранее заготовить кабель и противовесы с оттяжками, а в качестве изоляторов на концах противовесов сгодятся даже короткие сухие палочки, т.к. на частоте 27 МГц это неплохой изолятор. Подключение Си-Би антенн к радиостанции производится посредством коаксиального кабеля, обладающего волновым сопротивлением 50 Ом (РК-50 или аналоги). Длина кабеля кратна целому числу полуволн, умноженному на коэффициент укорочения, связанный с диэлектрической проницаемостью кабеля (для РК-50 длина соединяющего кабеля должна быть кратна 3,63 м). В настоящее время в продаже имеются Си-Би антенны заводского изготовления как отечественные, так и импортные. Как свидетельствует опыт их эксплуатации, в соединениях элементов, которые осуществляются самонарезающими шурупами, под действием ветра достаточно быстро теряется электрический контакт. Более надежной является конструкция штырей со стяжными хомутами.
Практически все варианты промышленных антенн требуют дополнительной герметизации, предотвращающей попадание воды внутрь трубок, на согласующие трансформаторы, катушки и заделку кабеля, что приводит к необратимым последствиям.