Моделирование антенн

Диапазон 14 метров. Выбираем оптимальную частоту для CW: 21050 kHz. Получается длина волны 14.25 м. Свободное пространство, материал антенны - медь. Горизонтальная поляризация. Ширину полосы будем оценивать при SWR<2. Применяется MMANA версии 2.02.

Классические антенны

В качестве точек отсчета смоделируем несколько известных излучателей:

Полуволновой диполь длиной 6.9 м.
Вертикальная дельта: равносторонний треугольник высотой 4.405 м.
Вертикальный квадрат высотой 3.77 м.
Магнитная рамка: горизонтальный 12-угольник, медная труба, конденсатор в верхней точке. Диаметр 1 м, 1.2 м, 1.5 м.

Антенна	Импеданс	Полоса	Усиление	K удлинения	Файл MMANA
Диполь	73 Ом	1540 кГц	-0.10 dBd	0.9681	dipole.maa
Дельта	119 Ом	1372 кГц	0.76 dBd	1.0707	delta.maa
Квадрат	127 Ом	1469 кГц	1.09 dBd	1.058	quad.maa
Магн.рамка 1.5 м	2.4 Ом	87 кГц	-0.96 dBd		magloop15-12.maa
Магн.рамка 1.2 м	1.1 Ом	48 кГц	-1.33 dBd		magloop12-12.maa
Магн.рамка 1 м	0.6 Ом	30 кГц	-1.9 dBd		magloop1-12.maa

Тороид

Будем строить “бублик” квадратного сечения, расположение горизонтальное. Диаметр 1 м, 1.2 м, 1.5 м. Количество витков 16 и 32 (похоже, на 64-х витках MMANA уже врет).

Тороид	Импеданс	Полоса	Усиление	K удлинения	Файл MMANA
1.5 м, 16 витков	15.9 Ом	154 кГц	-0.95 dBd	1.375	toroid15-16.maa
1.5 м, 32 витка	18.9 Ом	167 кГц	-0.91 dBd	1.624	toroid15-32.maa
1.2 м, 16 витков	10.1 Ом	96 кГц	-1.37 dBd	1.382	toroid12-16.maa
1.2 м, 32 витка	12.5 Ом	104 кГц	-1.39 dBd	1.665	toroid12-32.maa
1 м, 16 витков	7.1 Ом	64 кГц	-1.77 dBd	1.361	toroid1-16.maa
1 м, 32 витка	9.1 Ом	70 кГц	-1.76 dBd	1.661	toroid1-32.maa
1 м, 64 витка	12.4 Ом	91 кГц	-2.46 dBd	1.992	toroid1-64.maa

Сравним усиление и полосу тороида и других антенн на графике. Ось X - коэффициент направленного действия антенны в процентах относительно идеального полуволнового диполя. Ось Y - ширина полосы в килогерцах, логарифмическая.

Тороид по сравнению с магнитной рамкой того же размера имеет примерно такое же усиление и заметно более широкую полосу. При уменьшении тороида уменьшается полоса пропускания. Чтобы перекрыть CW-участок без подстройки антенны, достаточно иметь тороид диаметром 1.2 м (1/12 длины волны).

Спиральный квадрат

Квадрат, каждая из сторон которого - спираль квадратного сечения. Расположение горизонтальное. Пробуем стороны квадрата 1 м, 1.2 м, 1.5 м. Количество витков 16 и 24.

Такая конструкция представляется более практичной в изготовлении.

Спиральный квадрат	Импеданс	Полоса	Усиление	K удлинения	Файл MMANA
1.5 м, 16 витков	17.2 Ом	175 кГц	-0.71 dBd	1.376	helquad15-16.maa
1.5 м, 24 витка	20.6 Ом	196 кГц	-0.66 dBd	1.500	helquad15-24.maa
1.2 м, 16 витков	9.9 Ом	100 кГц	-1.17 dBd	1.389	helquad12-16.maa
1.2 м, 24 витка	12.5 Ом	114 кГц	-1.01 dBd	1.542	helquad12-24.maa
1 м, 16 витков	6.2 Ом	62 кГц	-1.82 dBd	1.363	helquad1-16.maa
1 м, 24 витка	8.3 Ом	74 кГц	-1.55 dBd	1.539	helquad1-24.maa

Сравним спиральный квадрат с другими антеннами на графике.

Согласование с 50-омным кабелем выполняется в виде петли, помещаемой между витками спирали. Здесь показан пример такого согласования, с последовательным конденсатором для компенсации возникающей реактивности.

Если требуется работа только в CW-участках диапазонов, годятся спиральные квадраты следующих размеров:

Диапазон	Спиральный квадрат	Высота	Полоса	Требуется	Файл MMANA
40 метров	4 м, 32 витка	52 см	54 кГц	40 кГц	helquad-40m.maa
20 метров	2 м, 32 витка	27 см	107 кГц	100 кГц	helquad-20m.maa
14 метров	1.2 м, 24 витка	23 см	114 кГц	100 кГц	helquad12-24.maa
10 метров	1 м, 24 витка	17 см	203 кГц	200 кГц	helquad-10m.maa

Большое спасибо И.В.Гончаренко (DL2KQ) и А.И.Гречихину (UA3TZ) за конструктивную критику.