Модели вертикальных шлейфовых коротковолновых антенн

Осенью 2009 г молодежной коллективной радиостанции RK9QWN пришлось сменить комнату внутри здания, кроме того, при ремонте кровли были сняты все антенны. Возникла необходимость заново создавать антенное поле. Конфигурация нового помещения позволяет оборудовать второе рабочее место, поэтому реорганизация антенного поля была кстати.

Изучая модели антенн, входящих в комплект программы MMANA-GAL, и размышляя о размещении антенны с совмещенными диапазонами 160 и 80 метров в условиях ограниченного поостранства, я заинтересовался антенной /ANT/Match/Short-Gamma-dipole.maa, рассчитанной на диапазон 20 метров.

В своей книге [1] Игорь Гончаренко рассматривает эту антенну как предельный случай, при котором укороченный диполь еще можно настроить и согласовать с коаксиальным кабелем с помощью гамма согласования.

С другой стороны, можно рассматривать данную антенну и как укороченный емкостью шлейфовый диполь (вибратор Пистолькорса). Более того, геометрические размеры этого диполя очень близки к размерам полуволнового диполя диапазона 10 метров.

Модели антенн

По аналогии с этой антенной и была смоделирована антенна, представленная на рис. 1. 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 ее достаточно проста.

В диапазоне 20 метров резонансная частота антенны зависит в основном от длины вибратора и подстраивается она на этом диапазоне изменением высоты.

Самоделирована антенна

Рис. 1. Самоделирована антенна.

В диапазоне 40 метров активная часть импеданса зависит от ширины вибратора, реактивная же легко компенсируется подстройкой конденсатора. Переключение диапазонов осуществляется с помощью реле К1 либо переключателя. Одним из недостатков этой антенны можно считать неудобный конструктив, требующий как минимум двух распорок длиной 650 мм.

Однако присмотревшись, легко понять, что верхняя распорка совершенно не нужна. Антенна, показанная на рис. 2, ничем особым от вышеописанной антенны не отличается и рассматривать ее отдельно нет смысла.

Стоит лишь отметить, что за исключение верхней распорки мы платим увеличением размера нижней.

Еще однин вариант антенны

Рис. 2. Еще однин вариант антенны.

Следующим важным недостатком первой антенны является ее укорочен-ность при работе в диапазоне 40 метров. Распределение в ней тока говорит о том. что антенна укорочена не оптимально. ее эффективность находится на уровне антенн, укороченных индуктивностью.

Однако она во многих случаях будет работать несколько лучше распространенных, в последние несколько десятилетий, самодельных и заводских траповых многодиапазонных вертикальных антенн со сравнимой высотой. Вообще, падение усиления не столь фатально, как можно подумать.

На высоте от земли 5 м и при наличии двух противовесов такая 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 выбор невелик - либо расширяем полосу и теряем эффективность антенны, либо 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 КС В на необходимом участке диапазона.

В случае антенны стационарной мы лишь слегка усложним переключение диапазонов, добавим параллельно конденсатору еще один, подключаемый при смене полярности напряжения питания.

Полоса антенны в реальных условиях по уровню КСЕК2 составит 50...60 кГц, поэтому вполне реально перекрыть большую часть диапазона. На рис. 3 представлен следующий вариант развития антенны - превращение ее в многодиапазонную Антенна работает в диапазонах 40, 20, 15 и 10 метров В принципе, при необходимости аналогично можно добавить и WARC диапазоны.

Самодельная антенна на диапазоны 40, 20, 15 и 10 метров

Рис. 3. Самодельная антенна на диапазоны 40, 20, 15 и 10 метров.

Ничего сверхоригинального. 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 показала себя 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.

Настройка этой антенны не слишком усложняется. По-прежнему в диапазоне 20 метров настраиваем ее изменением высоты антенны, а в диапазоне 40 метров активную составляющую импеданса мы подстраиваем изменением ее ширины. Реактивную составляющую компенсируем подстройкой конденсатора При отсутствии приборов это можно сделать с помощью 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 м, 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 на рчс. 4 приведена первая антенна, пересчитанная для свободного пространства, хотя размеры вполне применимы для высот примерно от 5 метров

Схема самодельной антенны

Рис. 4. Схема самодельной антенны.

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%. Остановимся подробнее на способе питания этих антенн.

Согласование сопротивлений предлагаю производить с помощью так полюбившегося мне трансформатора на ферритовых трубках. Одним из его преимуществ является 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.

Напомню лишь, что для приведения входного сопротивления 150 Ом первых трех антенн к сопротивлению 50 Ом необходимо иметь 3,5 витка на первичной обмотке и 2 витка на вторичной. Для входного сопротивления 112 0м четвертой антенны число витков для обмоток будет 3 и 2 соответственно. Трансформатор можно 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 удсбно установить у точки входа в здание далее, уже до самого трансивера, можно проложить обычный коаксиальный кабель. Более подробно о таком фидере рассказано в [2] и [4]. Отмечу лишь что потери в нем не превышают потерь в часто применимых коаксиальные кабелях Ну и не забудьте заградительный дроссель в точке питания!

Модели описанных антенн в формате "maa" - Скачать (1,5 КБ).

Роман Сергеев (RN9RO). Р-2010-05.

Литература:

  1. Гончаренко И. Антенны КВ и УКВ. Часть 2, 2006.
  2. Сергеев Р. Восьмидиапазонный несимметричный диполь. Р-2008-07.
  3. Семичев В. ВЧ трансформаторы на ферритовых магнитопроводах. Р-2007-03.
  4. Сергеев Р. Несимметричный траловый диполь.
1 198 Антенны
антенна
cashback