Самодельная НЧ антенна с вертикальной поляризацией

Антенны с вертикальной поляриза-/жцией, начиная с классического "четвертьволнового штыря", популярны у радиолюбителей. Причин тому несколько. Во-первых, большинство из них имеют круговую или близкую к ней диаграмму направленности по азимуту.

Это важно в любительской радиосвязи для простых антенн, поскольку потенциальные корреспонденты могут находиться в любом направлении.

Во-вторых, в вертикальной плоскости они обычно имеют "прижатую" к земле диаграмму направленности, что важно для проведения DX-связей. И в-третьих, они достаточно удобны конструктивно - в частности, для усгановки на ограниченных по площади крышах жилых зданий.

Но есть и одна проблема - практически все такие антенны требуют хорошей "земли", которую реализуют обычно в виде набора четвертьволновых противовесов.

Конструктивно их вроде бы удобно разместить непосредственно на крыше здания, но в этом случае из-за близости к нему они вносят в антенную систему некоторые потери, особенно заметные при небольшом числе противовесов.

Уйти от этих потерь сравнительно несложно - достаточно не укладывать противовесы на крышу, а поднять их на высоту примерно 2 м. Но это крайне неудобно с конструктивной точки зрения - ни на крыше жилого здания, ни на деревенском участке...

Установка таких антенн на низкочастотные любительские диапазоны вызывает, конечно, известные затруднения.

Для диапазона, скажем, 80 метров обычный GP уже имеет высоту около 20 м. А полноразмерные противовесы вписываются в круг диаметром 40 м. Это уже нереально для большинства радиолюбителей и крыш жилых домов в городе. Да и в сельской местности, пожалуй, тоже. По этой причине разработаны различные варианты укороченных антенн, но, как известно, укорочение в данном случае - это компромиссное решение, снижающее эффективность антенны.

Проволочная антенна

Швейцарский коротковолновик HB9SL предложил проволочную антенну (рис. 1), которая имеет значительную вертикальную составляю щую с диаграммой направленности в вертикальной плоскости, близкой к хорошему GP. Он назвал её VP2E, что расшифровывается как "Vertical Polarized 2 Element" или же "двухэлементная антенна с вертикальной поляризацией".

Конструкция проволочной антенны

Рис. 1. Конструкция проволочной антенны.

Строго говоря, эту антенну вряд ли можно считать двухэлементной. Скорее всего, её можно рассматривать как проволочный излучатель с длиной, близкой к рабочей длине волны, запитанный в стороне от центра и подвешенный на одной мачте в виде перевёрнутой буквы V. При желании, конечно, её можно трактовать как полуволновый излучатель, запитанный в стороне от центра, к концу которого добавлен ещё один полуволновый излучатель, запитанный с конца (что-то вроде "антенны Фукса").

Но, независимо от трактовки, эту антенну отличает наличие заметной вертикальной составляющей и то, что для её работы не требуется хорошая "земля" (противовесы). Для установки нужна только одна мачта. Длины участков излучателя L1 и L2 равны 0,4927, а расстояние от края излучателя до точки запитки излучателя L3 выбрано 0,1397.

При этом, по расчётам автора, входное сопротивление антенны будет около 50 Ом. Угол при вершине (в точке перегиба излучателя) - около 140°. Высота мачты Н2 должна быть примерно 0,18Х (т. е. меньше, чем высота полноразмерного GP!). Концы излучателя должны отстоять от "земли" на расстояние Н1 и НЗ около 0,037.

Исходно антенну VР2Е автор опробовал на диапазоне 80 метров. Вот какие он привёл размеры: L1 = L2 = 39 м; L3 = 11 м; Н1 = НЗ = 2,3 м; Н2 = 15 м. Для изготовления излучателя использовался антенный канатик диаметром 2,5 мм. При указанных размерах входное сопротивление на частоте 3,78 МГц (соответствовала минимальному значению КСВ по диапазону) у неё было 48+j2,8 Ом, что обеспечило на ней КСВ не более 1,1. Заметим, что при таких размерах антенну можно установить даже на "пятиэтажке".

Расчеты

На рис. 2 приведены результаты расчёта по программе ELNEC диаграмм направленности трёх антенн: VP2E, GP (четвертьволновый с четырьмя противовесами) и полуволнового диполя, установленного на высоте 15 м (две мачты!).

Расчетная диаграмма направленности антенны

Рис. 2. Расчетная диаграмма направленности антенны.

Диаграммы приведены для направления,соответствующего максиму- і мам излучения в горизонтальной плоскости для диполя и VР2Е. Как видно из этого рисунка, VР2Е и GP имеют сходные диаграммы направленности, но при угле примерно 20° (близок к оптимуму для DX-связей) VР2Е обеспечивает уровень сигнала примерно на 4 дБ больше, чем GP и примерно на 7 дБ больше, чем диполь. Это понятно, поскольку при такой высоте установки диполя максимум его диаграммы направленности "смотрит" в зенит.

В отличие от GP, антенна VP2E обладает некоторой направленностью в горизонтальной плоскости, как, впрочем, и диполь. Результаты расчёта диаграмм направленности в горизонтальной плоскости для этих трёх антенн приведены на рис. 3. Эти диаграммы рассчитаны для угла излучения в вертикальной плоскости 20°.

В этом случае диполь и VP2E имеют схожие диаграммы направленности и примерно одинаковое отношение излучений в направлении максимума диаграммы к её минимуму (около 10 дБ). Иными словами, по этому параметру VP2E не уступает диполю. Однако VP2E выигрывает у диполя примерно 7 дБ в направлении максимума излучения.

По параметру "всенаправленности" обе антенны, естественно, уступают GP, который имеет круговую диаграмму. Но если ориентироваться на уровень "не хуже GP", ширина лепестка в направлениях максимума излучения будет не менее 60°.

Несколько слов о конструкции антенны VР2Е. Поскольку у этой антенны есть заметная вертикальная составляющая, поддерживающая её мачта должна быть из диэлектрика или иметь развязывающие вставки в металлической мачте.

За два десятка лет, прошедших с момента появления VР2Е, эту антенну повторяли многие радиолюбители. Были сообщения в Интернете, что она "неплохо работает" и с металлической мачтой, если мачта не заземлена. Этого нельзя исключать, поскольку длина мачты "нерезонансная".

Но в любом случае она при этом может несколько искажать диаграммы направленности антенны. И главное, "неплохо работает" - это только устные оценки радиолюбителей, никто не проводил объективных измерений её характеристик при замене диэлектрической мачты на металлическую.

Целесообразно, по-видимому, как и в любой проволочной антенне, на фидер в месте его подключения к антенне ввести кабельный дроссель ("токовый балун"). Вполне естественно, что антенну VР2Е повторяли и на другие диапазоны. Особенно компактной она будет на более высокочастотные диапазоны.

Действительно, для диапазона 20 метров высота поддерживающей мачты может быть всего около 4 м - такая конструкция размещается практически на любой крыше. Более того, эта антенна очень удобна для работы в полевых условиях, когда поблизости нет подходящих для установки антенны деревьев, например, в поле или в горах. В качестве мачты при этом можно использовать диэлектрические удилища, которые удобны для транспортировки.

Интересные эксперименты с различными антеннами (в том числе и с VР2Е), в которых в качестве мачты используется удилище, проводил UA6HJQ. С результатами этих экспериментов можно ознакомиться в статье "Носимые КВ антенны для высокогорных экспедиций" по адресу goryham.qrz.ru ant/udo4ka.htm#5 на его сайте.

Поскольку распространённые удилища в собранном виде имеют длину 4...7 м, на их основе можно выполнять антенны VP2E на диапазоны 7 МГц и выше. Для надёжной работы удилища в качестве мачты антенны его надо несколько доработать. Информация о том, как это сделать, есть на сайте UA6HJQ.

Диаграмма направленности

Рис. 3. Диаграмма направленности.

Его вариант антенны VP2E был предназначен для работы на диапазоне 20 метров. Мачта была высотой Н2 = 4,2 м, а длины излучателя - L1 = L2 = 10,4 м. Концы излучателей были удалены от "земли" на расстояние Н1 = НЗ = 0,6 м. UA6HJQ просчитал этот вариант в известной программе MMANA (файл для расчёта есть в упомянутой статье на его сайте).

Он обнаружил, что точку подключения фидера в его варианте антенны целесообразно несколько сместить (L3 = 6,3 м). Это и не удивительно. Правая часть излучателя (по рис. 1) - это полуволновый диполь со смещённой от центра точкой питания, а это смещение можно делать в любую сторону от его центра.

При этом, правда, по данным автора несколько изменилась и диаграмма направленности в горизонтальной плоскости - стала более "круговой".

КСВ у его антенны был 1,5 на частоте 14 МГц, 1,1 - на частоте 14,1 МГц, 1,7 - на частоте 14,3 МГц. Иными словами, он был вполне приемлемым в пределах всего диапазона 20 метров. Антенна VP2E известна же более 20 лет.

Естественно, что рано или поздно у радиолюбителей возникала мысль о её использовании на нескольких диапазонах. Практически любая многодиапазонная антенна является компромиссной.

Даже те антенны, у которых удаётся реализовать приемлемое значение КСВ на нескольких диапазонах (без отдельного согласующего устройства), на разных диапазонах будут иметь различные диаграммы направленности. И там, где на одном из них был максимум излучения, на другом может быть минимум. Но здесь уже ничего не поделаешь - возможности по установке антенн для большей части радиолюбителей весьма ограничены, и часто приходится мириться с теми характеристиками, которые имеет в конкретных условиях единственная антенна.

При наличии отдельного согласующего устройства антенна VP2E может эксплуатироваться на нескольких любительских диапазонах как своеобразный "длинный провод". В частности, это реально для "полевого" её варианта. В этом случае длина фидера обычно бывает не более 10 м, и дополнительные потери в нём, связанные с повышенным КСВ на некоторых диапазонах, будут невелики.

Но, конечно, всегда интересен вариант, когда на каких-то диапазонах КСВ не сильно отличается от единицы, и антенну можно эксплуатировать на них без дополнительного согласующего устройства. Интересный вариант введения в подобную антенну второго диапазона предложил в своё время украинский коротковолновик UR0GT.

На диапазоне 40 метров его антенна работает как INVERTED V, и настройка её на этом диапазоне производится коррекцией общей длины излучателя. А для практически независимой подстройки на диапазоне 20 метров, где она работает как VP2E, в точке перегиба излучателя добавляется свободно свисающий проводник длиной около 1 м. Изменяя его длину, можно сдвигать рабочую частоту на этом диапазоне.

На диапазоне 40 метров его влияние незначительно, поскольку на этом диапазоне он находится в пучности тока. Об экспериментах RW6AVK с подобным вариантом антенны можно ознакомиться по адресу www. lan23.ru/misc/VP2E_2b/2bVP2E. html на его странице.

Борис Степанов (RU3AX), г. Москва. Р-12-2016.

1 331 Антенны
антенна
pcbway
х (мм)
Получи купон на $5.00!
Комментарии (1):
#1 Александр Компромистер Январь 23 2018
0

Можно ли эту антенну применить для диапазона 2200 метров?

Написать комментарий:

cashback