Jeśli jesteśmy ograniczeni przestrzennie i nie możemy powiesić pełnowymiarowego dipola półfalowego, można rozważyć zastosowanie skróconego przez obciążenie liniowe dipola nazywanego anteną Cobra. Antena ta pozwala skrócić dipol o ok. 50%. Niestety nie znam nazwiska, ani znaku pierwszego konstruktora tej anteny.
Niektórzy autorzy opisują Cobrę jako antenę, którą można wykorzystać w szerokim zakresie częstotliwości. Poniżej pokazałem wykres impedancji wejściowej Cobry zaprojektowanej dla pasma 20 m.
Antena ma wyraźny rezonans na częstotliwości 14,2 MHz, przy którym jej rezystancja jest dość niska (około 10 omów). Jeśli zwiększamy, bądź zmniejszamy częstotliwość, impedancje wejściowa Cobry zmienia się w bardzo szerokich granicach. Zastanawiam się kto zaczął promować tę antenę jako nadającą się do pracy na wielu pasmach?
Przeanalizujmy Cobre jako skróconą antenę jednopasmową, a nie jako antenę szeroko- lub wielopasmową. W modelach zastosowałem bezstratne przewody o średnicy 2 mm, a cała antena została umieszczona w wolnej przestrzeni. Wymiary anteny oznaczyłem tak, jak na poniższym rysunku.
Przyjąłem wymiar C jako równy 0,2 m i zasymulowałem Cobrę dla kilku wartości b zaczynając od 0,025 m do 0,2 m. Dla każdej wartości b znalazłem optymalne a, powodujące rezonans anteny na częstotliwości środkowej Fc (14,175 MHz). Proszę zwrócić uwagę, że SWR został obliczony dla rezystancji źródła 12,5 oma, ponieważ jest to wartość zbliżona do rzeczywistej impedancji wejściowej Cobry w rezonansie. Wyniki symulacji poniżej.
W tablicy wyraźnie widać, że:
mniejsze b wymaga większego a, aby utrzymać rezonans na tej samej częstotliwości,
mniejsze b oznacza większą rezystancję rezonansową (choć nadal znacznie mniejszą niż 50 omów),
po ustaleniu C, zmiany b i a (dla utrzymania stałej Fc) niemal wcale nie wpływają na zysk anteny i jej szerokość pasma pracy; dla C=0,2 m, uzyskuje się G=1.8 dBi i BW=350 kHz (dla SWR=<5),
dla pasma 20 m i wymiaru C=0,2 m, optymalną wartością b jest 0,075 m; rezystancja rezonansowa anteny jest wówczas bardzo bliska wartości 12,5 oma, a całkowita długość anteny A wynosi 5,02 m, czyli około ¼ długości fali; przyjąłem 12,5 oma jako wartość preferowaną ponieważ jest to 50 omów podzielone przez 4, co pozwala stosunkowo łatwo zbudować balun.
SWR=5:1 na krańcach pasma nie jest bardzo dobrym rezultatem. Byłoby to może akceptowalne dla małej anteny wielopasmowej (w rodzaju Cobweb), ale nie jest powodem do zadowolenia w antenie jednopasmowej. Powyższe symulacje pokazały, że jeśli szerokość pasma ma od czegoś zależeć, to musi to być wymiar C. Zaprojektowałem zatem trzy wersje Cobry z różnymi wymiarami C.
Im większe C, tym większa szerokość pasma anteny (obliczona tutaj dla SWR=<5). Ponadto, większe C wymaga większego b i mniejszego a dla utrzymania rezonansu anteny na tej samej częstotliwości Fc (14.175 MHz).
Podsumowując, Cobra jest wąskopasmową anteną oferującą około 50-procentową redukcję długości w stosunku do dipola półfalowego. Jej zysk wynosi 1,8 dBi czyli jest ona około 0,35 dB słabsza od dipola.
Uwaga dotycząca dokładności modeli. Dla każdego modelu sprawdzałem AGT. Choć był on wyraźnie poniżej 0,2 dB (co wskazuje na wysoką dokładność modeli), silnik NEC-2 znany jest z tego, że nie symuluje zbyt dobrze anten z bardzo blisko siebie umieszczonymi przewodami. Z drugiej strony, modele podlegały wyraźnym trendom (zmiany w Rres, stałość wyników SWR na końcach zakresu, stałość zysku) więc uważam, że wynikom można zaufać.
Kliknij tutaj aby ściągnąć modle wersji 1-3 Cobry.
Wypróbowałem ideę obciążenia liniowego typu Cobra na pętli kwadratowej Quad. Poniżej jej widok.
Jak widać Cobra Quad ma rozsądną szerokość pasma pracy (przynajmniej dla pasma 20 m) i przyjemna wartość impedancji wejściowej. Jej zysk jest nieco większy niż dipola, ale, oczywiście, trochę mniejszy niż pełnowymiarowego quada. Rozmiar ma znaczenie. Wymiary liniowe Cobra Quad wynoszą około 60% wymiarów pełnowymiarowego brata. Zatem redukcja wymiarów jest znacząca.
kliknij tutaj aby ściągnąć zestaw modeli tej anteny.
Następnym logicznym krokiem było sprawdzenie, czy można zaprojektować 2-elementową wersję Cobry Quad. Okazało się to możliwe, ale przy osiągach słabszych od wersji pełnowymiarowej Cubical Quad.
Jak widać na poniższym rysunku, wibrator i reflektor są kwadratami o boku 3,08 m. Różnią się jednak głębokością. Reflektor jest głębszy. Zatem i ilość przewodu potrzebna na ten element jest większa. Antena wymaga cewki o indukcyjności 2 mikrohenrów włączonej w szereg z zasilaniem.
Zysk anteny zmienia się od 7,2 dBi dla 14 MHz do 4,9 dBi dla 14,35 MHz, co tłumaczy się na odpowiednio 5 dBd i 2,7 dBd. Zysk spada ze wzrostem częstotliwości. Stosunek zysku przód/tył osiąga swoje maksimum (15 dB) w środku pasma. SWR zmienia się od nieco ponad 2:1 do nieco ponad 3:1. W sumie osiągi anteny są dość przyzwoite jeśli wziąć pod uwagę jak znacznie jest ona zmniejszona.
Kliknij tutaj aby ściągnąć zestaw modeli tej anteny.