Рамки K9AY. Gary Breed, K9AY, предложил очень компактную конструкцию из двух нагруженных рамок, поднимаемых на одной мачте [4]. С помощью реле, установленных у основания мачты, удается переключать кардиоидную ДН на четыре различных направления. Сравнительные размеры антенной системы из четырех EWE и рамок K9AY показаны на рис. 3. Сами рамки имеют дельтаобразную форму, впрочем, как сообщает автор, форма и размеры не слишком критичны. У основания мачты рамки заземляются, что обеспечивает грозозащиту и уменьшает уровень помех. Стержень заземлителя с успехом служит основанием мачты, саму же ее предпочтительнее выполнить из изоляционного материала.
Эскиз одной рамки приведен на рис. 4, высота верхней точки составляет 7,6 м, боковые стороны оттянуты на 4,6 м, причем углы находятся на высоте 1,5 м. Можно, как показано на рисунке, обойтись и совсем без мачты, подвесив верхнюю точку антенной системы на ветку дерева, например, с помощью веревки. В углах рамки удобно использовать орешковые изоляторы с отверстиями. Нижние концы проводов рамок оттянуты к заземляющему стержню также с помощью орешковых изоляторов, оставшиеся после привязки изоляторов концы проводов направлены в водонепроницаемую коробку с реле и согласующим трансформатором, подобным описанному выше. Более подробно конструкция антенны и технология ее изготовления описаны в [5], где дан перевод на русский язык статьи [4]. Объясняя принцип действия антенны, автор отмечает ее сходство с направленными ответвителями, широко используемыми в технике ВЧ и СВЧ, в частности, в измерителях КСВ. Если EWE антенна представляет собой полурамку, обратным проводом которой служит земля, то петля K9AY является полной рамкой, но принцип действия их очень похож. Антенны реагируют как на электрическую Е, так и на магнитную Н компоненты приходящего электромагнитного поля.
Для электрической компоненты антенны ведет себя как короткие вертикальные, создавая некоторое напряжение в точке подключения фидера. Как и следует ожидать от вертикальной антенны, ДН по полю Е получается всенаправленной.
Иначе обстоит дело с магнитной компонентой поля Н: пересекая плоскость антенны, оно создает ток, циркулирующий по периметру рамки. Этот ток, проходя через нагрузочный резистор, также создает некоторое напряжение, которое складывается с напряжением от поля Е. Если волна приходит со стороны точки подключения фидера, оба напряжения складываются. Если же волна приходит со стороны нагрузочного резистора, напряжения вычитаются, поскольку направление поля Н, пронизывающего рамку, изменяется на обратное.
Регулируя сопротивление нагрузочного резистора, удается сбалансировать оба напряжения так, чтобы их разность обратилась в нуль. ДН в этом случае приобретает форму кардиоиды с единственным нулем. Ослабление сигналов, приходящих со стороны нагрузочного резистора, может превосходить 40 дБ, что составляет более 6 S-единиц по шкале силы сигнала!
Нуль ДН не находится в плоскости земли, а, как показывает компьютерное моделирование, приподнят на угол от 20 до 55о в зависимости от конфигурации антенны и свойств грунта. Короткая и высокая петля дает нуль ДН под углом возвышения 30…40о. Это способствует ослаблению помех от местных станций.
Существенной и необходимой частью антенны K9AY является заземление. В зависимости от параметров грунта может потребоваться небольшая подстройка сопротивления нагрузочного резистора. Земля не обязательно должна быть с потерями, как в случае антенны Бевереджа. Рамка обладает направленностью даже над идеально проводящей землей. Это означает, что антенна работает при практически любых параметрах почвы.
В комментариях, последовавших за опубликованием статьи [3], W6FA сообщил, что прародителем всех нагруженных петлевых антенн явился не кто иной, как Гарольд Бевередж, запатентовавший подобную антенну в 1938 году, значительно позже своей знаменитой "волновой антенны", или, как теперь называют, антенны бегущей волны. В патенте Бевереджа описана полная петлевая антенна, не требующая земли для своей работы, и имеющая нагрузочный резистор с сопротивлением порядка 700 Ом, размещенный в точке, противоположной точке питания. Эту широкополосную антенну уже тогда предполагалось использовать для телевизионного приема.
