Следует подчеркнуть, что измерить зависимость эффективно­сти антенны от высоты ее установки на коротких волнах непросто. Наибольший интерес, естественно, представляют эти данные для больших по протяженности трасс (т. е. для DX связей), а это означает, что на результаты измерений в значительной сте­пени влияет распространение радиоволн в ионосфере (особенно быстрые флуктуации прохождения). Более того, в общем случае эти зависимости могут иметь разный характер для трасс с раз­личной протяженностью и азимутальной направленностью. Повы­сить достоверность результатов можно лишь многократными по­вторными измерениями, набором статистических данных.

Контуры для КВ антенны

(1 — DX станции, 2 — «ближняя» зона) а — диапазон 14 МГц; б — диапазон 28 МГц

DJ2NN проводил измерения зависимостей эффективности антенны от высоты ее установки на любительских диапазонах 14. 21 и 28 МГц в режиме приема сигналов DX станций (протяженность трассы не менее 5000 км). Кроме того, измерялись и аналогичные зависимости по сигналам станций, находящихся в «ближней» зоне, где связь обусловлена поверхностной волной В этих экспериментах DJ2NN использовал антенны «волновой канал», высоту установки которых можно было очень быстро из­менять в пределах 2,5 . 25 м. Им были приняты специальные меры, которые исключали бы ошибки измерений, обусловленные расстройкой антенны при малых высотах ее установки (из-за вли­яния «земли»). Результаты этих экспериментов для диапазонов 14 и 28 МГц приведены на рис. 1, а и 1, б. Общий ход ана­логичных зависимостей для диапазона 21 МГц весьма близок к данным, приведенным на рис. 1, а. Кривые, обозначенные циф­рой 1, относятся к измерениям по сигналам DX станций, а циф­рой 2 — по сигналам станций, находящихся в «ближней» зоне Анализ этих кривых позволяет сделать несколько выводов Во-первых, измерение параметров коротковолновой антенны и отработка ее диаграммы направленности по напряженности поля в «ближней» зоне далеко не всегда может дать объектив­ную информацию о ее эффективности при проведении DX связей. Иными словами, измерения в «ближней» зоне — это необходи­мый, но иногда недостаточный этап в налаживании направленной KB антенны.

Во-вторых, в интервале высот 2,5 . 15 м эффективность та­кой антенны на диапазонах 14 и 21 МГц изменяется очень силь­но. Может возникнуть такая ситуация, когда более простая и легкая двухэлементная антенна, поднятая на высоту 10. 12 м, окажется более эффективной, чем, скажем, трехэлементная ан­тенна, которую радиолюбитель не может поднять выше 5 .. 7 м (из-за большей массы, более громоздкого и тяжелого вращающе­го устройства и т. д).

И, в-третьих, увеличение высоты установки антенны свыше примерно 17 м неоправдано. Эффективность возрастает незначи­тельно, а затраты на изготовление и технические сложности, свя­занные с установкой и эксплуатацией антенны, увеличиваются во много раз.

Рис. 2 иллюстрирует влияние высоты установки УКВ антен­ны на ее эффективность для диапазонов 144 (кривая 2) и 432 (кривая 1) МГц. Эти измерения проводились DJ2NN для источ­ника сигнала, удаленного на 20 км. Интересно отметить, что в этом случае зависимости практически не имеют тенденции к на­сыщению при больших высотах.

Контуры для КВ антенны

1 — диапазон 432 МГц; 2 — диапа­зон 144 МГц

Размеры антенны и двухпроводной согласующей линии пока­заны на рис. 3, а, питание антенны подается коаксиальным ка­белем с волновым сопротивлением 75 Ом. Рекомендуемая высота установки антенны над землей или над крышей — около 10 м. Если пролет, в котором устанавливают антенну, меньше 32 м, то концевые отрезки полотна антенны длиной до 3 м можно оставить висящими вниз (т. е. для установки антенны в этом случае подойдет пролет примерно в 26 м) Антенна «G5RV» в принципе допускает установку с использованием только одной мачты в виде «INVERTED V», но для того чтобы ее характе­ристики заметно не ухудшались, угол при вершине должен быть не менее 120°.

Контуры для КВ антенны

Рис. 3. Многодиапазонная KB антенна «G5RV».

a — упрощенная конструкция антенны,

в — устройство двухпроводной линии,

г — высокочастотный дроссель

Контуры для КВ антенны

Рис. 4. Вариант исполнения многодиапазонной антенны на основе «G5RV»

а — конструкция антенны, б — центральный изолятор и под ключение фидера

Для эффективной работы антенны «G5RV» на всех диапа­зонах ее фидер необходимо подключать к передатчику через согласующее устройство. Поскольку у этой антенны в фидере практически всегда есть в той или иной степени стоячая волна, то применять симметрирующее устройство (BALUN) для пере­хода от согласующей линии к коаксиальному кабелю нет смысла. Однако для уменьшения излучения с внешней оплетки кабеля (это, в частности, может быть причиной помех телевидению) це­лесообразно [3] из верхней части фидера сделать высокочастот­ный дроссель (рис. 3, г). Число витков 8. 10, диаметр намотки около 180 мм, витки скреплены в трех местах липкой лентой

Еще один вариант многодиапазонной KB антенны, в основу которой положена «G5RV» [4], приведен на рис. 4, а. На центральной мачте 1 высотой около 12 м под углом примерно 30° друг к другу подвешены два полотна антенны «G5RV». Концы этих полотен через изоляторы 4 крепятся к четырем вспомога­тельным мачтам 3 высотой около 6 м. В центре, антенны полот­на попарно подключены к общей двухпроводной линии 5 (см. рис. 4, б), которая так же, как и в обычной «G5RV», выполнена воздушной на изоляторах 6. Для крепления концов полотен на мачте 1 служит центральный изолятор 2. Следует отметить, что приведенные размеры не являются критичными. Их можно варьи­ровать в достаточно широких пределах, ориентируясь на воз­можности радиолюбителя и место, имеющееся в его распоряже­нии для установки антенны.

В радиолюбительской литературе нередко встречаются опи­сания многодиапазонных горизонтальных антенн, представляющих собой включенные параллельно излучатели (например, полу­волновые диполи) на отдельные KB диапазоны. Данный прин­цип можно применить и для создания антенн с вертикальной поляризацией. Конструкция такой трехдиапазонной KB антенны [5] показана на рис. 5. Металлическая мачта 3, служащая излу­чателем на диапазоне 14 МГц, установлена на опорном изоля­торе 2. В ее верхней части на расстоянии около 350 см от опор­ного изолятора укреплена диэлектрическая распорка 9. К осно­ванию мачты крепятся (и подлючаются к ней электрически) проволочные излучатели 4 на диапазоны 21 и 28 МГц. Натяжение излучателей обеспечивают нейлоновые растяжки 5, которые при­соединяют к ним через изоляторы 6. Питается антенна коакси­альным кабелем 8 с волновым сопротивлением 50 Ом, централь­ную жилу которого подключают к мачте 3, а оплетку к системе противовесов 7. Длины всех излучателей отличаются от значения л/4 для соответствующего диапазона, что обусловлено взаимным влиянием излучателей. Приведенные на рис. 5 размеры излуча­телей были подобраны экспериментально по минимальным зна­чениям КСВ на рабочих диапазонах.

Вариант широкополосной антенны [6], работающей на всех KB диапазонах, включая и 160 м, показан на рис. 6. Антенна представляет собой проволочный излучатель длиной 22,6 м, на расстоянии одной трети от конца которого включена LR-цепь, расширяющая полосу рабочих частот.

Эта цепь (рис. 6, б) образована резистором R сопротивле­нием 370 Ом (6 резисторов сопротивлением 2,2 кОм и макси­мальной мощностью рассеивания 1 Вт) и катушкой L (55 витков провода диаметром 1 мм, намотка рядовая сплошная на каркасе диаметром примерно 50 мм).

Контуры для КВ антенны

Рис. 5. Трехдиапазонная антенна «GROUNDPLANE»

Контуры для КВ антенны

Рис. 6. KB антенна для диапазонов 10. 160 м.

а — общий вид; б — LR-цепь, в — согла­сующий трансформатор

Настраивают антенну подбором в первую очередь индуктив­ности катушки L и точки подключения антенны к согласующему трансформатору. Критерий — минимум КСВ в пределах люби­тельских диапазонов. Хотя в статье отмечается возможность ра­боты антенны даже на диапазоне 160 м, реально, по-видимому, получить удовлетворительные характеристики можно только на частотах 7 МГц и выше.

Описанная выше антенна, так же как и многие другие «про­волочные» и штыревые антенны, для своей нормальной (эффек­тивной) работы требует наличия хорошей «радиотехнической земли». В городских (да и не только в городских) условиях ее обычно обеспечивают подключением эквивалента — противо­весов. Сколько же противовесов и какой длины могут создать хорошую «радиотехническую землю»? Измерения показывают [7], что их число должно превышать 20. 30. При нескольких противовесах (случай очень типичный в радиолюбительской прак­тике) сопротивление потерь составляет примерно 30 Ом. Это означает, что около 50 % мощности передатчика теряется. Иными словами, стоит задуматься: что проще — конфликтовать с Госу­дарственной инспекцией электросвязи, повышая сверх дозволен­ных пределов мощность передатчика, или добавить несколько десятков противовесов к антенне и получить ту же самую эффек­тивность радиостанции в целом.

Контуры для КВ антенны

Рис. 7. Зависимости входного сопротивления штыря от числа противовесов

Типичные зависимости входного сопротивления четвертьвол­нового штыря (теоретическое значение 37 Ом) от числа четверть­волновых противовесов для различных условий (1 — сухая почва, 2 — мокрая, 3 — теоретическое значение) приведены на рис. 7. Не следует, принимая во внимание эти зависимости, удив­ляться, что GP с тремя противовесами обеспечивает КСВ

1 при питании коаксиальным кабелем 75 Ом (теоретическое зна­чение КСВ

2). Становится понятной и эффективная работа некоторых вертикальных антенн в широкой полосе частот — по­тери в «земле» заметно ее расширяют.

Антенны с режекторными контурами («W3DZZ» и ей подоб­ные) получили широкое распространение в радиолюбительской практике. Они имеют вполне приемлемые характеристики, но с конструктивной точки зрения не совсем удобны. Особые трудно­сти (в изготовлении или приобретении) вызывает конденсатор, входящий в режекторный LC-контур. Он должен иметь вполне определенный номинал и очень высокие электрические парамет­ры, работая в условиях воздействия на него атмосферой влаги. Контуры для КВ антенны

Рис. 8. Конструкция режекторного контура на основе коаксиального кабеля

Конструкция такого режекторного контура приведена на рис. 8. На диэлектрический каркас 1 наматывают коаксиальный кабель 2. Концы кабеля 3 пропускают в отверстия каркаса и распаивают (5) в соответствии с рисунком. Скобы 4 служат для подключения полотен антенны 6.

Емкость такой катушки С в пикофарадах можно рассчитать по формуле

где Со — погонная емкость кабеля в пФ/см; n — число витков катушки; d — диаметр катушки, см; t — внешний диаметр кабе­ля, см; I — суммарная длина выводов, см.

Индуктивность катушки L в микрогенри определяют по фор­муле

Контуры для КВ антенны

Для простых антенн с режекторными контурами выбор па­раметров катушки достаточно произволен (надо лишь обеспе­чить требуемую частоту режекции). В антенне «W3DZZ», кроме того, необходимо иметь и вполне определенное отношение индук­тивности катушки L и емкости конденсатора С — без этого нель­зя реализовать многодиапазонные свойства антенны.

Контуры для КВ антенны

Рис. 9. Направленная антенна «DOUBLE-D»

На мачте 1 на расстоянии D от ее вершины установлены четыре распорки 2 из бамбука или дерева, пропитанного влаго­защитными составами. К концам этих распорок и через растяж­ки 5 крепятся полотна активного элемента 3 и рефлектора 4. Оба полотна выполнены из медного провода или антенного ка­натика, а растяжки — из нейлонового шнура. Конфигурация активного элемента и рефлектора напоминает латинскую букву Д, откуда и пошло название антенны. Питают антенну по коак­сиальному кабелю 6 с волновым сопротивлением 50 Ом.

Длину проволочных элементов антенны в метрах рассчиты­вают по следующим формулам (f — рабочая частота в МГц):

Значение частоты f выбирают либо в середине соответству­ющего любительского диапазона, либо в середине его участка, наиболее интересующего коротковолновика (например, в середи­не телеграфного участка).

Исходя из данных [9], антенна «DOUBLE-D» практически не уступает двухэлементной антенне «волновой канал» по коэф­фициенту направленного действия и отношению излучения назад-вперед. Однако она имеет меньшую полосу пропускания, что ил­люстрирует рис. 10, на котором приведены зависимости КСВ от частоты (диапазона 28 МГц) для антенны «DOUBLE-D» (кри­вая I) и полноразмерного «волнового канала» (кривая 2).

Настраивают эту антенну подбором длины активного элемента и рефлектора. На резонансной частоте ее входное сопротив­ление носит чисто активный характер и составляет примерно 40 Ом.

Контуры для КВ антенны

Рис. 10. Зависимости коэффициента стоячей волны от частоты в диапа­зоне 10 м для антенн «DOUBLE» и двухэлементного «волнового ка­нала»

Используя такой принцип построения антенны, можно изго­товить и многодиапазонную конструкцию. В этом случае каждый из активных элементов желательно запитать отдельным коакси­альным кабелем. Эксперименты с двухдиапазонной антенной (14 и 21 МГц) показали, что установка на ту же конструкцию эле­ментов на второй диапазон не изменяет диаграммы направлен­ности антенн. При запитке обоих активных элементов даже по одному коаксиальному кабелю КСВ в пределах обоих любитель­ских диапазонов не превышал 2.

Компактный трехдиапазонный (14, 21 и 28 МГц) «двойной квадрат» (рис. 11) был предложен. 9H1GL [10]. По габаритам он не превышает двухдиапазонный «двойной квадрат» на 21 и 28 МГц. Эта антенна по существу состоит из двух полноразмер­ных «двойных квадратов» на диапазоны 21 и 28 МГц, а третий диапазон — 14 МГц получается подключением к элементам диа­пазона 21 МГц нагрузочных емкостей.

На мачте 1 закреплена короткая несущая траверса 2, к ко­торой в свою очередь крепятся скобы 3 «ежа». Применение ком­бинации «несущая траверса» — «ежи» (каждая из них в отдель­ности широко используется в «двойных квадратах») позволило получить весьма высокую точку крепления растяжек 6. Антенна вращается вместе с мачтой 1 (двигатель с редуктором установ­лены у ее основания), поэтому оттяжки крепятся к промежу­точному подшипнику 5. Высота мачты примерно 5,5 м, подшип­ник установлен на 0,8. 1 м ниже точки крепления несущей траверсы. В этом случае при максимальном допустимом угле между мачтой и оттяжками 30° точки крепления оттяжек к крыше будут отстоять от основания мачты примерно на 2,7 м.

Конфигурация элементов «ежей» 3 (их выполняют из сталь­ного уголка) показана на рис. 11, в. В отогнутые части этих элементов крепят U-образными болтами или зажимами распор­ки 4 из бамбука. Длина распорок — около 2,4 м.

Контуры для КВ антенны

Рис. 11. Малогабаритный трехдиапазонный «двойной квадрат» а — вид спереди, б — вид сбоку, в — конфигурация элементов антенны

Длина каждой стороны рамки для диапазона 21 МГц со­ставляет 3,6 м, а для диапазона 28 МГц — 2,75 м.

Нагрузочные емкостные элементы, обеспечивающие работу антенны на диапазоне 14 МГц, расположены внутри рамок диа­пазона 21 МГц (несколько ближе к мачте, чем эти рамки). Они «отключаются» четырьмя режекторными контурами — по два на каждую рамку. Резонансная частота режекторных контуров (до подключения к антенне) — 20,2 МГц. Конструктивно они выпол­нены из коаксиального кабеля так же, как описано в предыду­щем разделе обзора. Контуры подключают между рамкой и ем­костными нагрузками в точках, обозначенных на рис. 11 как х — х и х' — х'.

Методика настройки элементов антенны на диапазонах 28 и 21,МГц не отличается от стандартной. На диапазоне 14 МГц антенну настраивают подбором длины элементов — емкостных нагрузок.

Если изменение длины этих элементов существенным обра­зом влияет на параметры антенны на диапазоне 21 МГц, то это свидетельствует о том, что режекторные контуры настроены не­точно (т. е. не «отключают» полностью емкостную нагрузку при работе на диапазоне 21 МГц).

При питании антенны 50-омным коаксиальным кабелем КСВ не превышало 2 на всех трех диапазонах.

1. Hawker P. Technica 1 Topics. — Radio Communication, 1985, № 4, p. 274 — 275.

2. Varney L. G5RV multiband antenna . . . up-to-date. — Radio Communication, 1984, № 6, p. 572 — 575.

3. Hawker P. Technical Topics. — Radio Communication, 1982, № 2, p. 142 — 143.

4. Dobbs R. G. QRP. — Radio Communication, 1985, № 3, p. 206.

5. Doncel D. Antena «sisargas» vertical para 10, 15 у 20 m. — URE, 1984, № 10,

6. Johansson F. VK 6 — antennen — en multibandantennen. — QTC, 1984, № 12,

7. Servik J. Short ground radial sistems for short verticals. — QST, 1978, № 4,

8. Somrner R. Optimizing coaxial-cable traps. — QST, 1984, № 12, p. 37 — 42

9. DOdd P. Wire beam antennas and the evolution of the «Double-D». — QST, 1984, № 10, p. 21 — 23. . . . ,

10. Hawkes J. M. A two element quad 14, 21 and 28 MHZ antenna for restricted space. — Radio Communication, 19S4, № 4, p. 300 — 303.

По материалам журнала "РАДИОЕЖЕГОДНИК" №86

Источники: http://hfdx.at.ua/publ/priemno_peredajushhie_kv_antenny/9-1-0-173