Рис. 4.5.2.
Итак, ДН и RDF (параметр, рассмотренный ранее. Показывает, на сколько возрастёт отношение Сигнал/Помеха на входе приёмника при замене изотропной антенны на рассматриваемую при условии, что помехи приходят равномерно со всех сторон) антенны Бевереджа зависят от фазовой скорости V2 электромагнитной волны в проводе. А V2 (при заданной длине антенны) зависит от параметров грунта, частоты, высоты провода антенны Бевереджа (АБ) над землёй и его длины. Чтобы получить оптимальную V2 мы можем менять только высоту h антенны над землёй.
В самом деле, параметры грунта не изменишь, уж какой есть, таким и останется. Рабочая частота не нами задана. Длина (забегая в следующий параграф) желательна максимально возможная, и ограничивается размерами доступного участка земли. Следовательно, для заданных условий (земли, частоты, длины) мы можем устанавливать оптимальную v2 единственным способом - меняя высоту h.
Оптимальная высота hOPT антенны Бевереджа - та, при которой достигается оптимальная фазовая скорость (то есть максимум RDF), при заданных свойствах земли, частоте и длине антенны.
Влияние высоты на параметры 240-метровой АБ, расположенной над средней (проницаемость 13, проводимость 5 мС/m) землей и работающей на частоте 3,55 МГц, показано на рис. 4.5.2.
Оптимальной скорости соответствует высота 0,65 м (средняя часть рисунка), RDF при этом достигает максимального значения 14,8 дБ.
При уменьшении высоты до 0,2 м (верхняя часть рисунка) скорость падает ниже оптимума и ДН антенны "расплывается", RDF снижается до 14,1 дБ.
При увеличении высоты до 3 м (нижняя часть рисунка) скорость становится выше оптимальной, что приводит к росту уровня боковых лепестков (сравните верхние лепестки на нижней и средней зенитных ДН), и снижению RDF до 14,3 дБ.
Процедура определения hOPT "на глазок" такова:
- Создайте модель АБ для NEC2 for MMANA для ваших параметров: длины АБ, частоты, и параметров грунта.
- Установите очень малую высоту над землёй (например, 0,1 м) в NEC2 for MMANA убедитесь что ДН "расплылась" (примерно как на верхней части рис. 4.5.2). Если нет, значит, фазовая скорость слишком высока, и провод АБ лучше просто положить на землю. Если да, то, увеличивая высоту, добейтесь заметных провалов между лепестками, но не до нуля (как на средней части рис.4.5.2). Это и будет hOPT.
Точное определение hOPT по критерию максимума RDF требует сложных и трудоёмких вычислений, поэтому я приведу готовые данные для трех любительских диапазонов, трёх длин АБ и трех же различных земель (табл. 4.5.1 … 4.5.3).
| Длина АБ | 1,825 МГц | 3,55 МГц | 7,05 МГц |
| 180 м | 0,18 м | 0,8 м | 2,1 м |
| 240 м | 0,4 м | 1,8 м | 2,6 м |
| 300 м | 0,8 м | 2,9 м | 3,3 м |
| Длина АБ | 1,825 МГц | 3,55 МГц | 7,05 МГц |
| 180 м | 0,07 м | 0,4 м | 1 м |
| 240 м | 0,1 м | 0,65 м | 1,9 м |
| 300 м | 0,2 м | 1,15 м | 2,2 м |
| Длина АБ | 1,825 МГц | 3,55 МГц | 7,05 МГц |
| 180 м | <0 м | 0,15 м | 0,6 м |
| 240 м | 0 м | 0,3 м | 0,95 м |
| 300 м | 0,1 м | 0,5 м | 1,4 м |
Оптимальная высота увеличивается с возрастанием частоты, увеличением длины антенны и ухудшением качества земли. Не стоит переживать, если в вашем случае не получается установить антенну на hOPT. Увеличение высоты в 2 -2,5 раза, а также её уменьшение в 1,5-2 по сравнению с оптимальной приводит к падению RDF всего на несколько десятых дБ. Забегая в следующий параграф, скажу, что такое снижение можно компенсировать удлинением антенны.
Таблицы 4.5.1 … 4.5.3 опровергают утверждение, что АБ обязательно требует плохой земли, и неважно работает над хорошей землей. В смысле RDF АБ над хорошей землёй работает ничем не хуже чем над средней и плохой, но в этом случае надо обязательно уменьшать высоту АБ. Более того, при установке на hOPT RDF АБ над хорошей землёй будет даже выше, чем RDF этой же антенны над плохой землёй. Немного, на 0,5..1 дБ (в зависимости от длины антенны), но выше.
Поэтому, если у вас хорошая земля, это отнюдь не повод отказываться от установки АБ. Подтверждением этому является принятый стандарт в оснащении НЧ любительских диапазонов у серьёзных станций: передающая антенна GP (которая требует хорошей земли вокруг себя в очень большом радиусе см. п. 3.4.4) и приемная антенна Бевереджа (на той же самой земле).
Кроме RDF качество земли влияет и на Ga антенны. В противоположность GP в данном случае улучшение проводимости земли снижает Ga. Объяснение этому простое - если в качестве замедляющей структуры положить под антенну идеальный диэлектрик, то ЭМВ в нем не будет иметь потерь. По мере роста проводимости растут тепловые потери в диэлектрике, в котором распространяется волна (в грунте) и потому Ga падает. В таблице 4.5.4 показано как влияет изменение проводимость грунта с e=13, на Ga антенны Бевереджа длиной 240 м, расположенной на высоте 1 м над землёй и работающей на частоте 3,55 МГц.
| s, мС/м | 1 | 3 | 5 | 10 | 20 | 30 | 50 | 100 |
| Ga, dBi | -3,93 | -4,20 | -4,50 | -5,19 | -6,30 | -7,13 | -8,31 | -10,06 |
Огорчаться по этому поводу падения Ga на хорошей земле я бы не стал. Как мы отмечали в п. 4.5.1, для приёмных антенн, работающих на частотах ниже 10 МГц, это совсем несущественно. Шумы эфира даже на антенне с низким Ga все равно превосходят собственные шумы приёмника.
Кроме свойств земли усиление АБ зависит от высоты антенны над землёй. Очевидно, что чем ближе антенна к земле с потерями, тем ниже её Ga. Табл. 4.5.5, рассчитанная в NEC2 for MMANA подтверждает этот несложный вывод и дает возможность ориентироваться, какую поправку надо вносить в величину Ga при моделировании АБ в MININEC (MMANA). Табл. 4.5.5 рассчитана для антенны Бевереджа длиной 240 м, расположенной над грунтом с параметрами e=13, s=5 мС/м, и работающей на частоте 3,5 МГц.
| Высота, м | 0,05 | 0,1 | 0,25 | 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 3 | 4 |
| Ga, dBi | -16,28 | -14,09 | -9,22 | -6,51 | -4,5 | -3,5 | -2,84 | -1,97 | -1,38 |
С уменьшением высоты Ga падает очень быстро, особенно на малых высотах. Поэтому при переходе от плохой земле к хорошей (где требуется малая высота hOPT) общее падение Ga (из-за роста проводимости почвы - табл.4.5.4 плюс за счет вынужденного уменьшения высоты до hOPT - табл. 4.5.1 … 4.5.3 и 4.5.5) может превышать 10…15 дБ.
Из таблицы 4.5.5 также следует, что применение АБ в качестве передающей неразумно. Даже при длине в 3l и немалой высоте подвеса Ga отрицательно, т.е. уступает изотропному излучателю.
Последнее, о чём надо упомянуть в этом параграфе - влияние качества земли на зенитный угол ДН. Улучшение проводимости земли немного повышает это угол. Это повышение так же, как и падение Ga можно скомпенсировать увеличением длины АБ. Но весьма заметным увеличением - раза в полтора. Впрочем, это уже начало следующего параграфа…