Многодиапазонные шлейфовые вертикальные антенны
Перед непосредственно описанием антенн, я хочу рассказать о причинах, побудивших меня к их проектированию. Осенью 2009 года молодежной коллективной станции RK9QWN пришлось сменить комнату внутри здания, кроме того, были сняты все антенны в следствие ремонта кровли. Таким образом возникла необходимость заново создавать антенное поле. С другой стороны, конфигурация нового помещения позволяет оборудовать второе рабочее место, поэтому реорганизация антенного поля является положительным фактором.
Итак, однажды поздно вечером, копаясь в моделях антенн, идущих в комплекте программы MMANA-GAL, и размышляя о размещении антенны с совмещенными диапазонами 160 и 80 метров в условиях ограниченного пространства, я наткнулся на модель /ANT/Match/Short-Gamma-dipole.maa, рассчитанную на диапазон 20 метров.
В книге [1] Игорь Гончаренко рассматривает эту антенну как предельный случай, при котором укороченный диполь еще можно настроить и согласовать с коаксиальным кабелем при помощи гамма согласования.
С другой стороны, можно рассматривать данную антенну и как укороченный емкостью шлейфовый диполь (вибратор Пистолькорса). Более того, внимательный глаз читателя легко заметит, что геометрические размеры этого диполя очень близки к размерам полуволнового диполя диапазона 10 метров.
По аналогии с этой антенной и была смоделирована антенна ant_1.maa
Вертикальный шлейфовый GP на диапазон 20 метров при включении в схему конденсатора небольшой емкости легко настраивается на диапазон 40 метров. Входное сопротивление антенны 150 ом. Настройка её достаточно проста. В диапазоне 20 метров резонансная частота антенны зависит в основном от длинны вибратора, таким образом подстраивается она на этом диапазоне изменением высоты. В диапазоне 40 метров активная часть импеданса зависит от ширины вибратора, реактивная же легко компенсируется подстройкой конденсатора. Переключение диапазонов осуществляется при помощи реле, либо переключателя К1.
Недостатком данной антенны можно считать неудобный конструктив. Ведь нам необходимо минимум 2 распорки длинной 650 мм. Однако, присмотревшись, легко понять, что верхняя распорка совершенно не нужна.
ant_2.maa
Данная антенна на самом деле ничем особым не отличается от вышеописанной, рассматривать её отдельно нет никакого смысла. Стоит лишь отметить, что за исключение верхней распорки мы платим увеличением размера нижней.
Следующим важным недостатком антенны является её укороченность при работе в диапазоне 40 метров. Распределение токов говорит нам о том, что антенна укорочена не оптимально, её эффективность находится на уровне антенн, укороченных индуктивностью. Однако она во многих случаях будет работать несколько лучше распространенных последние несколько десятилетий самодельных и заводских траповых многодиапазонных вертикалов со сравнимой высотой.
Вообще, падение усиления не столь фатально, как можно подумать. На высоте от земли 5 метров и при наличии двух противовесов, данная антенна проигрывает по усилению полноразмерной GP меньше 2 дБ. Этот проигрыш еще уменьшится при увеличении высоты и/или числа противовесов.
Кроме того, недостатком этой антенны является довольно узкая полоса в диапазоне 40 метров. Но тут уж выбор невелик, либо расширяем полосу и теряем эффективность антенны, либо нам приходится смириться с такой узкой полосой. Решение последней проблемы в случае походной антенны заключается в применении подстроечного конденсатора, в случае смены вида работы его подстройкой добиваемся минимума КСВ на необходимом участке диапазона.
В случае антенны стационарной, мы лишь слегка усложним переключение диапазонов, добавим параллельно емкости еще одну, подключаемую при смене полярности напряжения питания. Полоса антенны в реальных условиях по уровню КСВ<2 составит 50-60 кГц, поэтому вполне реально перекрыть большую часть диапазона.
Теперь стоит обратить внимание на заголовок данной статьи, вы, разумеется сейчас начнете возмущаться, дескать всего два рабочих диапазона, а автор называет антенну многодиапазонной. Спешу исправить данную ситуацию, на следующем рисунке вы можете увидеть дальнейшее развитие антенны.
ant_3.maa
Антенна работает в диапазонах 40,20,15 и 10 метров. В принципе, при необходимости аналогично можно добавить и WARC диапазоны. Ничего сверх оригинального, как видите, не произошло. У нас уже есть распорки, почему бы и не добавить пару элементов по принципу open-sleeve. Так я уже делал в антенне [2], которая себя показала очень хорошо. Кроме того, эти элементы обладают экранирующим свойством, они ослабляют связь между непосредственно полотном антенны и полотном Г звена, разумеется, речь идет о диапазоне 40 метров. В таком случае, мы можем уменьшить длину распорок в полтора раза до вполне аккуратных и не мешающих 450 мм.
Настройка этой антенны не слишком усложняется. По прежнему в диапазоне 20 метров настраиваем её изменением высоты антенны, а в диапазоне 40 метров активную составляющую импеданса мы подстраиваем изменением её ширины, реактивную составляющую компенсируем подстройкой конденсатора. При отсутствии приборов, это можно сделать при помощи обыкновенного КСВ метра. Для этого необходимо установить конденсатор в положение минимума КСВ, затем изменяя ширину антенны требуется вновь найти минимум КСВ. Такими шагами необходимо найти точку КСВ в которой равен единице. После этого, мы можем приступить к настройке диапазонов 15 и 10 метров простым изменением длин нововведенных элементов конструкции.
Стоит отметить, что антенны рассчитаны для работы непосредственно над землей, либо над металлической или железобетонной крышей. В таком случае нет необходимости устанавливать резонансные противовесы, достаточно иметь их длину порядка 4-6 метров, чем большее число противовесов вы разместите на земле, тем более эффективной будет антенна, особенно это касается диапазона 40 метров.
Вполне возможно слегка приподнять антенну, на высоту не более одного метра, в таком случае необходимо применять резонансные противовесы. При поднятии антенны на большую высоту придется предварительно скорректировать модель антенны В качестве примера, ниже приведена первая антенна пересчитанная для свободного пространства, хотя размеры вполне применимы для высот примерно от 5 метров.
ant_4.maa
В качестве материала для изготовления этих антенн можно использовать медный или алюминиевый провод диаметром 1.5-2 мм. Вполне допустимо использовать нерасплетенную полевку, в этом случае все вертикальные размеры надо уменьшить примерно на 2.4%.
Стоит остановится подробнее о способе питания этих антенн.
Согласование сопротивлений я предлагаю производить при помощи так полюбившегося мне трансформатора на ферритовых трубках. Одним из его преимуществ является возможность наматывания половины витка, отсюда и намного более широкий выбор согласуемых сопротивлений. Изначально автором подхода можно считать Валентина RZ3DK, который начал применять такие трансформаторы [3].
Позже, в ходе дискуссий родились трансформаторы с более широким выбором коэффициентов трансформации по сопротивлению. В частности, мною такой трансформатор применен в [4]. В принципе, вся технология изготовления их описана в этих первоисточниках. Повторять все это здесь снова бессмысленно.
Напомню лишь, что для приведения входного сопротивления 150 Ом первых трех антенн к 50 Омам необходимо иметь 3.5 витка на первичной обмотке и 2 витка на вторичной. Для входного сопротивления 112 Ом четвертой антенны число витков для обмоток будет 3 и 2 соответственно.
Трансформатор можно, разумеется, установить в точке питания антенны и применить в качестве фидера обычный коаксиальный кабель.
А можно пойти другим путем, снижение выполнить симметричной двухпроводной линией, в качестве которой вполне возможно использовать обыкновенный нерасплетенный полевой провод П274. Трансформатор же в таком случае удобно установить у точки входа в здание, далее уже до самого трансивера возможно проложить обычный коаксиальный кабель. Более подробно о таком фидере рассказано опять же в [2] и [4], отмечу лишь, что потери в нем не превышают потерь в часто применимых коаксиальных кабелях, Ну и не забудьте заградительный дроссель в точке питания.
Литература:
- Гончаренко И. Антенны КВ и УКВ. Часть II. Основы и практика — М,: Радиософт, журнал «Радио», 2006.
- Сергеев Р. Восьмидиапазонный несимметричный диполь. - Радио, 2008
- Семичев В. ВЧ трансформаторы на ферритовых магнитопроводах. - Радио, 2007. №3, с. 68,69.
- http://cqham.ru/ant78_71.htm
Роман Сергеев (RN9RQ)
