Применение направленных антенн позволяет очень эффективно использовать мощность, излучаемую любительским коротковолновым передатчиком, дает возможность при радиоприеме получать значительное усиление и хорошую защиту от различных помех.
Сравнительно несложные направленные антенны могут дать усиление 6 - 12 дБ. Это значит, что излучаемая ими в направлении максимума мощность в 3-13 раз больше мощности, излучаемой равнонаправленным полуволновым вибратором.
Для получения перечисленных свойств диаграммы направленности таких антенн должны быть управляемыми. Изменение диаграммы направленности в горизонтальной плоскости достигается за счет механического поворота антенны.
Как правило, вращающиеся антенны применяются на диапазонах 28, 21 и 14 Мгц. Использование их на других любительских диапазонах ограничено увеличением линейных размеров антенн с понижением частоты.
В последние годы среди зарубежных коротковолновиков большое распространение получила направленная антенна "двойной квадрат", дающая усиление не менее 8 дБ на каждом диапазоне (28, 21, 14 Мгц).
Автором были опробованы два варианта такой антенны, наиболее интересные результаты, полученные при этом, изложены в статье.
Прежде чем описывать конструкции антенн, следует сказать несколько слов о их направленных свойствах. Расположение элементов "двойного квадрата" для одного диапазона показано на рис. 1, а. Антенную систему, состоящую из двух рамок, можно рассматривать как две двухэлементные антенны "активный вибратор - пассивный рефлектор", работающие синфазно.
Действительно, построив кривую распределения тока в одной рамке (рис. 1, б), можно видеть, что горизонтальные стороны являются четвертьволновыми вибраторами, токи в которых совпадают по фазе. Токи в вертикальных сторонах рамки протекают в разных направлениях, поэтому поля, создаваемые ими, взаимно компенсируются.
Таким образом, действие одной рамки-квадрата можно рассматривать как действие двух укороченных горизонтальных четвертьволновых вибраторов, расположенных в одной вертикальной плоскости и работающих синфазно.
Расположив в параллельной плоскости вторую рамку (пассивную) на расстоянии L/4 от первой, получим антенную систему, диаграмма направленности которой характеризуется наличием одного максимального лепестка, сжатого в вертикальной плоскости и достаточно широкого в горизонтальной.
Такая система практически не излучает под углом 90° к максимуму и имеет небольшое излучение назад.
Питание активного вибратора осуществляется в пучности тока, поэтому входное сопротивление "двойного квадрата" низко (50-100 Ом).Настройка пассивной рамки производится изменением длины короткозамкнутого шлейфа по минимуму излучения назад.
Для использования антенны на двух или трех диапазонах необходимо иметь соответственно две или три пары рамок, конструктивно расположенных на общем каркасе. Наиболее простая конструкция предусматривает расположение всех активных рамок в одной плоскости и пассивных в другой. В этом случае, расстояние между рамками выбирается так, чтобы оно было оптимальным для диапазона 21 Мгц (0,18L). На диапазонах 14 и 28 Мгц это расстояние составит 0,12 L и 0,24 L соответственно.
Рамки-излучатели подключены к фидеру параллельно, каждая пассивная рамка имеет шлейф для настройки. При эксплуатации такой антенны на радиостанции UA1BI были замечены недостатки, основные из них:
незначительная помехозащищенность при радиоприеме за счет одновременного подключения к фидеру всех трех рамок-излучателей (неявно выраженные минимумы в диаграмме направленности), сложность настройки антенны на диапазоне 14 Мгц при небольшом удалении рефлектора от излучателя (0,12L), очень большой момент инерции вращающегося каркаса, приводящий к перегрузке редуктора мотора.
Во втором варианте антенна выполнена несколько иначе (рис. 2,а). Каркас напоминает диагонали куба, параллельные грани которого являются плоскостями излучателя и рефлектора. В трехдиапазонной антенне излучатель и рефлектор для каждого диапазона расположены в пересекающих диагонали куба параллельных плоскостях, расстояние между которыми составляет 0,2 длины волны на каждом диапазоне.
Питание рамок-излучателей осуществляется раздельно при помощи релейного коммутатора, установленного на вращающемся каркасе. Каркас антенны сделан из 8 бамбуковых шестов (удилищ) длиной по 4 м каждый 1 - (рис. 3). Шесты закреплены в металлическом основании (рис. 4), сделанном из стальных уголков 15х15 длиной 1 м. Основание каркаса является самым ответственным узлом, поэтому его изготовить надо особенно внимательно.
Соединение уголков между собой и крепления каркаса к вертикальному основанию лучше всего выполнить при помощи сварки.
В качестве вертикального основания используется толстостенная стальная труба 2 (рис. 3) диаметром 25 мм и длиной 3,5 м, устанавливаемая в дальнейшем в шарикоподшипниковых опорах, укрепленных на деревянной мачте. Следует отметить, что момент инерции вращающегося каркаса данной конструкции весьма незначителен и для вращения можно использовать двигатель мощностью 20-40 вт.
Крепление шестов к металлическому основанию осуществляется при помощи хомутиков или проволочных колец. Рамки излучателей и рефлекторов изготовляются из медного тянутого провода диаметром 1,5-2,0 мм. Размеры рамок рефлекторов имеют те же размеры, что и рамки соответствующих им излучателей (см. таблицу). Длина стороны рамки для каждого диапазона может быть определена по следующей формуле:

Установка изоляторов необходима для дальнейшего крепления углов рамок к каркасу при помощи металлических зажимов. Питающие кабели и шлейфы для настройки подключаются в середине нижних вибраторов соответствующих рамок. Шлейфы можно изготовить из медного провода диаметром 1,5- 2,0 мм. Расстояние между проводами шлейфа 50 - 70 мм. Оно фиксируется распорками, устанавливаемыми через 30 - 50 см. Распорки можно сделать из органического стекла или из керамических каркасов от герметизированных конденсаторов.
Свободными концами шлейфы крепятся за планку, установленную в центре каркаса 3 (рис. 3). После установки рамок на каркасе концы бамбуковых шестов стягиваются антенным канатиком, состоящим из 3-х - 4-х отрезков, изолированных друг от друга.
Рамки-излучатели питаются раздельно за счет индивидуального подключения работающей рамки к фидеру (рис. 5). Коаксиальный фидер (РК-3), идущий от передатчика, подключается к любой из трех рамок с помощью двух высокочастотных реле, имеющих по две пары статорных контактов каждое. Оба реле размещены в герметизированной коробке, установленной в центре каркаса 4 (рис. 3). Напряжение к рамкам подается по коаксиальному кабелю РК-3; экранирующие оплетки всех четырех фидеров соединены между собой и заземлены. Длины фидеров на участках коммутатор -излучатель составляют 3,5, 2,5 и 1,5 м для рамок на 14, 21 и 28 Мгц соответственно.
Управление коммутатором осуществляется дистанционно при помощи четырехжильного электрического кабеля. Для вращения антенны используется реверсивный мотор постоянного тока. Скорость вращения антенны 3 об/мин. Контроль угла поворота антенны осуществляется с помощью пары бесконтактных сельсинов, работающих в индикаторном режиме.
Электрическая схема индикации приведена на рис. 6. Мотор и сельсин-датчик установлены в герметизированной коробке у нижней шарикоподшипниковой опоры 5 (рис. 3). Управление вращением антенны производится нажатием одной из кнопок ("влево-вправо") на пульте управления.
Для предотвращения перекручивания коаксиального фидера 6 и коммутационного кабеля 7 (рис. 3) на оси редуктора установлены концевые выключатели, отключающие двигатель при выходе из сектора вращения. Полный угол поворота антенны составлю 480°. Для связи пульта управления с двигателем и сельсином-датчиком использован многожильный кабель в резиновой изоляции. Ось сельсина-приемника с указательной стрелкой помешается в центре карты, развернутой по меридианам относительно географического мстоположения радиостанции; это дает возможность правильно ориентировать антенну на корреспондента. После заготовки деталей основной монтаж антенны выполняется на крыше. Последовательность сборки следующая.
Металлическое основание каркаса устанавливается в шарикоподшипниковых опорах на мачте (мачта деревянная, высота 7 м). В процессе монтажа мачта лежит скате крыши так, что верхняя часть возвышается над коньком и вторым скатом. В центре каркаса устанавливает коммутатор рамок, крепятся четыре бамбуковых шеста с последующей устновкой рамок-излучателей. Затем соединяют рамки с коммутатором посредством отрезков коаксиального кабеля (размеры отрезков приведены выше). После поворота каркаса на 180° устанавливаются оставшиеся четыре шеста, крепится рамки-рефлекторы шлейфами. Стягиваются шесты, к коммутатору подключается фидер и коммутационный кабель.
После сцепления оси редуктора мотора с вращающимся основанием можно приступать к непосредственной установке антенны. С этой задачей успешно справляются пять человек. Для удобства настройки и осмотра антенны в мачту можно вбить несколько костылей, позволяющих подниматься по мачте до уровня шлейфов. Мачта фиксируется при помощи двух ярусов оттяжек; основание мачты помещается в деревянный подпятник, изготовленный в соответствии с профилем крыши. После установки антенны приступают к настройке рефлекторов.
Настройка заключается в выборе правильного положения перемычки шлейфе каждого рефлектора. Контроль настройки осуществляется при помощи индикатора напряженности электромагнитного поля, антенна которая имеет горизонтальную поляризацию. Рефлектор настраивается по минимуму излучения назад, так как настройка по максимуму не очень четка и это может привести к отсутствию явно выраженных минимумов в диаграмме направленности. При настройке расстояние индикатор-антенна должно быть не менее 5-10 L. Частота настройки каждого рефлектора выбирается в начале диапазона (низкочастотной его части). Это необходимо для того, чтобы сопротивление рефлектора носило индуктивный характер и на более высоких частотах диапазона; только при выполнении этого условия можно получить малоизменяющийся коэффициент усиления в пределах всего диапазона.
При правильной настройке рефлектора диаграмма направленности антенны имеет вид, приведенный на рис. 7. Многочисленные эксперименты, проведенные мной с советскими и зарубежными коротковолновиками, показали, что при работе на "двойном квадрате" выигрыш в направлении максимального излучения по сравнению с антенной типа четвертьволновый штырь составляет до двух баллов (8-12 дБ). Ослабление излучения под углом 90° к максимуму не менее 30 дБ. Ослабление излучения под углом 180° к максимуму не менее 20 дБ. Безусловно, использование "двойного квадрата" в коротковолновой практике поможет добиться больших успехов в проведении дальних связей, а также высоких результатов в различных соревнованиях.
Следует отметить, что при работе на описанную антенну с раздельным питанием рамок значительно возрастает фильтрация гармонических частот, приводящая к снижению уровня помех сигналам местного телевизионного центра.

г. Ленинград.