В.Я. Кирсей, uy0ua, г. Киев

В наши насыщенные информацией времена антенна болгарского радиолюбителя lz2zk "Двойная базука» [1] получила широкое распространение и популярность благодаря простоте, удобствам в изготовлении и хорошим параметрам. Слушающие радиоэфир и проводящие любительские связи на КВ-диапазонах операторы, знают, что и получаса не проходит, как очередной радиолюбитель сообщает, что работает на «базуке» (далее кавычки опускаются) и очень доволен ее работой. Не меньшее внимание базуке уделяют радиолюбительские информационные ресурсы, объем соответствующих авторских материалов в интернете давно зашкаливает [www.google.com.ua/.../]. И эти симпатии не есть дань «моде». Спора нет, антенна действительно обладает полезными особенностями и свойствами, что не расходится с отзывами владельцев и их корреспондентов.

Удивляет разнобой в трактовке радиолюбителями классификационного вида антенны, что напрямую связано с пониманием ее работы и правильным конструированием. Одни считают ее разновидностью петлевого вибратора Пистолькорса (ПВП) [2], другие – полноразмерным (укороченным) полуволновым диполем (с емкостными нагрузками на концах) [3], третьи, … – изощренным вариантом коаксиального «шнурка» с устройством симметрирования [QRZ.ru] и проч. Бросается в глаза и на слух еще одно устойчивое мнение – добровольные эксперты категорически отвергают сам факт новизны и отрицают наличие признаков изобретения у этой антенной конструкции, считая ее, как, например, А. Мойсеенко, us5ia, известной со времен Второй мировой войны, описанной еще К. Ротхаммелем [4] и З. Беньковским, Э. Липинским [5]. Многим операторам подобные словопрения (по-восточному - «буза») вокруг «базукиады» вообще не характерны и не интересны, лишь бы антенна работала и работала «хорошо». Все это и побуждает объективно разобраться в корнях, попытаться внести ясность по спорным вопросам и снять накопившиеся недоразумения.

Существует несколько вариантов базуки, рассмотрение которых логично и целесообразно начать с наглядной схемы «двойная базука» (double bazooka) болгарского хэма lz2zk (рис. 1)

Рис. 1

Сразу же внесем ясность в понимание концевых короткозамкнутых с двух сторон отрезков L2, выполненных автором из фрагментов двухпроводной 300-омной линии. Это не совсем удачная попытка увеличения диаметра проводника излучателя L вблизи узлов тока для получения широкополосности, т.е. в местах, где подобная мера может иметь шансы на успех при диаметре «концевиков» антенны не менее 50 см (в диапазоне 80 метров) [3]. Именно поэтому отрезки L2 многими радиолюбителями заменяются обычным проводом, канатиком, стержнями или замкнутыми с обеих сторон участками коаксиала. Ряд авторов, например [2], ошибочно считают отрезки L2 «емкостными нагрузками», забывая, что емкостные удлинители обязательно выполняются под углом к основному полотну L1 антенны; в разбираемом случае (рис. 1) эти отрезки суть соосное продолжение ее тела до резонансного размера.

Далее рассмотрим основу базуки – коаксиальный фрагмент L1. Для удобства анализа несколько видоизменим полную схему до варианта 9A4ZZ, рис. 2.

Рис. 2

Совершенно очевидно, что двойная базука представляет собой диполь Ld (проводник зеленого цвета), средняя часть которого совмещена с оплеткой кабельной части Lk, разрезанной в середине для подачи сигнала через коаксиальный фидер.

Поскольку коаксиальная часть замкнута на концах, а центральная жила не разрезана, возникает иллюзия присутствия «кабельного» ПВП. Но это явное заблуждение по следующим причинам:

- в ПВП оба вибратора равной резонансной и геометрической длины включаются параллельно; в нашем случае длины Ld и Lk различны, но остаются резонансными в силу разных коэффициентов укорочения из-за разных диэлектриков и геометрии;

- в ПВП оба вибратора электромагнитно взаимодействуют между собой, создавая суммарное излучение и увеличивая входное сопротивление до 300 Ом; в нашем случае излучение внутренней жилы отсутствует по причине экранирования оплеткой, входное сопротивление остается в пределах, характерных для диполя (около 50 Ом);

- в ПВП расстояние между вибраторами составляет десятки (УКВ) и сотни (КВ) мм; в нашем случае оно равно скромному размеру радиуса каждой половинки-плеча кабеля. Последнее создает ощутимые цилиндрические емкости, казалось бы, замыкающие оплетку с жилой по ВЧ. Но этого не происходит, ибо обе половинки, как замкнутые встречные четвертьволновые отрезки выполняют функции «металлических изоляторов» в средней точке жилы двойной базуки.

Функционально подобная антенная система известна, как диполь-шунтовой вибратор Г.З. Айзенберга [4-6], Рис. 3 (не путать с шунтовым питанием неразрезного диполя).

«Точки 1,3,5 и 2,4,6 принадлежат плечам вибратора (открытая ветвь), а точки 1,3,7,4,2 - шунту (закрытая ветвь). В достаточно широком диапазоне, вблизи резонансов этих частей антенны, реактивная составляющая входного сопротивления вибратора (Хвх < 0) компенсируется реактивной составляющей шунта (Хвх > 0)». Вибратор Рис. 3 лишен осевой симметрии, он практически «плоский». Поэтому Е-плоскостей поляризации у него две: плоскость, в которой лежат все проводники шунтового вибратора, и плоскость, ей перпендикулярная и проходящая через обе половины вибратора.

Особенностью базуки является заключение шунта (внутренней жилы) в «рукава-муфты» экрана оплетки, что не препятствует шунтирующему механизму и не создает две Е-плоскости поляризации.

Эти физические соображения позволяют сделать известные и мало известные выводы:

- как замкнутая, экранированная система двойная базука слабовосприимчива к внешнему окружению, что позволяет крепить ее на стенах, крышах зданий и сооружений, Рис. 4, вблизи линий энергоснабжения, вещания, кабельного ТВ и интернета,

Рис. 4

- базука совершенно не подвержена статике, безразлична к конфигурации в пространстве, работает практически на любой высоте;

- по параметрам направленности, усиления, входному сопротивлению двойная базука близка к параметрам классического диполя, но отличается большей широкополосностью;

- плечи кабельной части антенны могут выполняться из резонансных коаксиалов разных типов, размеров и параметров с учетом индивидуальных коэффициентов укорочения, соединение их центральных жил в точках 1, 2, 7 (Рис. 3) может выполняться пайкой или через ВЧ-разъемы и специального бокса, Рис. 5;

Рис. 5

- предпочтительно применять качественные коаксиальные кабели с плотным медным чулком-оплеткой;

- расчет размеров соответствующих частей антенны производится по классическим формулам, а настройка по известным правилам, приведенным, например, В. Кеденко, ut4en, [3].

Резюмируя изложенное, подчеркнем, что антенну двойная базука следует отнести к диполям-шунтовым вибраторам Г.З. Айзенберга и на этом положить конец всем имеющим место недоразумениям в понимании физики ее работы.

Остается прокомментировать некоторые разновидности схемно-конструктивных решений базуки.

О схемах питания. Нетрудно видеть, что в дополнение к традиционной схеме подачи сигнала в разрез оболочки кабельной части базуки может быть предложена схема шунтового питания – в разрыв жилы шунта при цельной оболочке, Рис. 6, и несколько схем с разрывом и оболочки, и жилы в совокупности с симметрирующими устройствами на кабельных отрезках (см., например, Рис. 3.13 источника [5]). Монтаж соединений удобно выполнить на разъемах в специальном боксе-коробке Рис. 5.

Рис. 6

Кстати, появившаяся на форуме QRZ.ru публикация В. Киселева, ua4sz, с броским названием «Прощай «Базука», виват «Стрела» содержит схему антенны, к базуке имеющей отдаленное отношение (Рис.7) даже с учетом графического сходства правой части. Как пишет сам

Рис. 7

автор, «это обычный диполь с четвертьволновым симметрирующим шлейфом, (который) расположен не вдоль фидера, а вдоль полотна диполя». В литературе и на IT-площадках можно встретить разнообразные модификации антенны двойная базука в виде inv V, «наклонный луч», несимметричного диполя, трэповых диполей, круговой рамки, треугольника, фракталов, и даже Яги и решетки…, в том числе, с различными укорачивающими корректорами. Подходы к конструированию подобных вариантов не отличаются от общеизвестных, поэтому в нашем обзоре опускаются.

В заключение остановимся на схеме вертикальной четвертьволновой

Рис. 8                                                                                                    Рис. 9

шунтовой коаксиальной антенны, которая может быть названа одинарной базукой, Рис. 8, по внешнему сходству с половинкой двойной базуки. Она образована отвесно расположенным коаксиальным кабелем с произвольным волновым сопротивлением. Нижний конец центральной жилы кабеля заземлен, а ее верхний конец соединен с экраном. Энергия радиоволны излучается только экраном кабеля, но вследствие малого отношения l/d его коэффициент укорочения близок к 0,95, и потому он слишком короток для четвертьволнового резонанса, вот почему требуется l1 нарастить отрезком l2 до резонансной длины ^/4.

При резонансе входное сопротивление четвертьволнового кабельного участка велико (металлический изолятор). При повышении частоты сигнала отрезок l1+l2 окажется слишком длинным (индуктивная реактивная составляющая). Одновременно станет чрезмерно длинной и короткозамкнутый четвертьволновый коаксиальный участок. Линия, превышающая четверть длины волны, оказывает емкостное действие.

В результате индуктивная составляющая отрезка излучателя и емкостная реактивность четвертьволнового коаксиала взаимно компенсируются, а сопротивление излучения возрастает.

С понижением частоты происходит обратное: отрезок излучателя становится емкостным, а коаксиального шунта - индуктивным, что также приводит к взаимной компенсации реактивных составляющих. Благодаря такой особенности системы рабочая полоса частот антенны расширяется. Сверху ее ограничивают нежелательные изменения диаграммы направленности, а снизу - резкое падение сопротивления излучения. Вследствие подобной широкополосности длину элементов антенны не следует стремиться выдерживать особенно точно. Как и для остальных вертикальных антенн, добротная «земля» - предпосылка высокого КПД.

Входное сопротивление остается активным в широкой области частот, а его величина изменяется вместе с сопротивлением излучения, требуя согласования. Согласование с волновым сопротивлением фидера обычно осуществляется с помощью известного омега-согласующего звена или корректно спроектированного «балуна». Как и в случае двойной базуки существуют варианты схемно-конструкторских решений и одинарной базуки, а также схем ее питания и симметрирования.

В антеннах стационарных передающих центров издавна используются излучающие трубные муфты с неизлучающими шунтовыми стержнями, рис. 9, функциональное назначение которых описано выше, что проявляет исторические корни конструктива базуки, подтверждает справедливость ее отмеченных рабочих и теоретических азов.

Автор надеется, что описанная физика работы антенны базука с несколько новых позиций сослужит добрую службу радиолюбителям, способствуя правильному пониманию и построению ее многочисленных реализаций, и с благодарностью примет замечания и предложения по совершенствованию проделанной работы.

Информационные источники.

1. Kiril Drandarov, lz2zk. Домашняя страница: http://www.lz2zk.com

2. А. Аксенов, ur5eup. Анатомия базуки. http://ur6ec.at.ua/publ/anatomija_bazuki/2-1-0-22

3. В. Кеденко, ut4en. Страдания по базуке. «Радон». 10.02.2014.

4. К. Ротхаммель. Антенны. М. «Энергия». 1969.

5. З. Беньковский, Э. Липинский. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн. М. «Радио и связь». 1983.

6. В.В. Никольский. Антенны. М. «Связь». 1966.

P.S.

1. В обзоре использованы и другие материалы из интернета, ссылки на которые привели бы к переполнению избыточной информации, не облегчающей понимание изложенного.

2. Автор благодарен В. Кеденко, ut4en, А. Мойсеенко, us5ia, за предварительный просмотр текста и сделанные замечания, что способствовало снятию отдельных авторских погрешностей.