Антенны UA6AGW версий 40.01 и 80.01 | RUQRZ.COM
С момента написания статьи об антеннах (1,2) конструкции UA6AGW прошло немало времени. Антенны активно эксплуатировались в эфире, антенна для 40-метрового диапазона была продемонстрирована на слете радиолюбителей «Майкоп 2011». Появились первые отклики от радиолюбителей, повторивших конструкцию. Отклики имеют тональность от сдержанно-положительных до удивленно-восторженных. Удивление и восторг вызывают способность антенны работать с очень небольших высот в самых неподходящих условиях.
Радиолюбитель UR4LNJ (Виктор) из г. Харькова одним из первых сообщил об опытах с антенной v.40, выполненной из металлопластиковой водопроводной трубы. На эту антенну, лежащую на полу (только рамка была прислонена к табуретке, и находилась вертикально) комнаты, на первом этаже. Мощностью 18 Ватт, неоднократно, в разное время, были проведены связи с Крымом и получены хорошие рапорты 59, 59+.
О ещё более впечатляющих результатах сообщил радиолюбитель UA6BLX (Николай) из г. Апшеронска. Он, на антенну v.40 (так же выполненную из металлопластиковой трубы) расположенную в комнате, мощностью 30 Ватт, провел связи с весьма удаленными станциями. Находящимися, на востоке в Японии, Индонезии, на западе в Бразилии, Боливии, США и не только с ними.
Все это время, автором этих строк велась активная работа по совершенствованию конструкции антенн. Была проведена масса самых разнообразных опытов. Результаты получены, тоже самые разные. Наметились несколько возможных направлений развития идей заложенных в эту конструкцию.
Проверка параметров конструкции анализатором антенн АА-330М показала у обеих антенн наличие реактивной составляющей имеющей индуктивный характер. Устранению этого недостатка и поиску оптимальной конструкции и была посвящена работа, о которой я хочу рассказать.
Антенна UA6AGW v. 40.01
Для компенсации реактивной составляющей имеющую индуктивный характер достаточно увеличить емкость настроечного конденсатора С-2. Но для сохранения частоты настройки всей антенны придется укорачивать лучи подключенные параллельно этому конденсатору.
Учитывая, что емкость проводника расположенного в пространстве составляет приблизительно 8 пФ. на погонный метр, укорочение составит весьма значительную величину, приблизительно до 4-х метров. В этом случае антенна, очень сильно потеряет в эффективности.
Одним из результатов, опытов проведенных в летний период, является подтверждение, предположения (1) об использовании в этой антенне эффекта открытого В.Т. Поляковым и описанного в (3).
Применительно к этой антенне, названый эффект проявляется следующим образом. Уменьшение длинны лучей, менее 1/8 длинны волны, вызывает сильное снижение эффективности антенны. В эфире это выглядит следующим образом, радиостанции, которые отвечали с первого раза и оценивали сигнал на 59+10-20 дБ, перестают замечать мой сигнал и дозваться, кого-либо становится сложно.
Компенсировать реактивность можно и простым уменьшением размеров рамки (уменьшением индуктивности). Но, по моему глубокому убеждению, эффективность рамочной части, а соответственно и её размеры должны находиться в определенной пропорции с лучевой частью. В противном случае следует ожидать снижения КПД антенны.
Укорочение лучей вызвало повышение напряжения на конденсаторах и при мощности порядка 100 Ватт, настроечный С2 (двухсекционный КПЕ 12…495 пФ.) стало пробивать. Для исключения пробоев в будущем и для упрощения конструкции, я принял решение применить высоковольтные конденсаторы постоянной емкости типа К-15 У-1, предназначенные для работы в резонансных схемах с высокой реактивностью и высоким напряжением. А настройку антенны производить, изменением длинны лучей.
Конструкция
Электрическая схема и основные размеры антенны:
В данный момент длина мачты антенны равняется 7 метрам. Применены 3-х и 4-х метровые пластиковые радиально-диагонально армированные трубы, соединенные с помощью отрезка 48-ми мм. трубы. Излучающая рамка покрыта лаком «ХВ», но поскольку антенна подвергалась перевозке, а в дальнейшем предполагалась для установки на длительную эксплуатацию, то для защиты рамочной части антенны применена гофрированная диэлектрическая труба, применяемая в электротехнике. Она легко выдерживает механические и погодные воздействия и стоит очень недорого. Вариант монтажа:
Как ни странно, у некоторой части радиолюбителей вызывает затруднение изготовление петли связи. Поэтому, несмотря на то, что здесь применяется та же петля связи, что и в предыдущей версии антенны, видимо, нужно подробнее рассказать об изготовлении и монтаже петли связи. Изготавливается она из коаксиального кабеля с таким волновым сопротивлением, на который рассчитан выходной каскад применяемого передатчика.
Конструкцию петли связи и способ её изготовления:
Монтаж петли тоже требует выполнения некоторых правил.
ВАЖНО. Точка симметрии излучающей рамки (обозначена красной изолентой) и точка симметрии петли связи, (обозначена желтой изолентой) должны совпадать.
Верхушка мачты и точки симметрии рамки и петли совпадают и крепятся, как показано на следующем рисунке.
ВАЖНО. На одинаковом расстоянии влево и вправо от точек симметрии (ориентировочно 7-8 см), петля связи с помощью кабельных стяжек крепиться к излучающей рамке.
Симметрия в этом месте важна, она позволяет избежать появления токов на оплетке питающего кабеля и работать без заземления. Выполнение всех этих рекомендаций, гарантирует технические характеристики антенны, описанные в статье (1).
Форма петли связи:
Настройка антенны осуществляется регулировкой длины лучей.
Длинна лучей (от изолятора до изолятора, без учета заделки) на рисунке №1 указанна с некоторым запасом и обеспечит настройку антенны на частоту приблизительно 6900 кГц. Настройка легко выполняется подгибанием концов лучей, по минимуму КСВ на середине диапазона. Единственное требование при этом, укорачивать нужно симметрично с двух сторон.
Материалы в описываемой антенне применены такие же, как и в предыдущей версии.
Излучающая рамка может быть выполнена и из более тонкого кабеля с наружным диаметром оплетки (трубы) 15 мм. Антенна в этом случае становится более узкополосной. Но даже в этом случае ширина рабочей полосы по уровню КСВ-2,0 составляет лишь немногим меньше 200 кГц.
Антенна UA6AGW v. 80.01
В этой антенне, также имелась необходимость компенсировать реактивную составляющую. Исходя из того, что рамка 80-ти метровой антенны была изначально несколько коротковата, а связано это с тем, что кусок кабеля, примененный в ней, был немного короче необходимого, скомпенсировать реактивную составляющую удалось совсем небольшим укорочением рамки, некоторым увеличением ёмкости С-2 и укорочением лучей.
Антенна 80-ти метрового диапазона, по КСВ= 2,0 имеет вдвое меньшую полосу пропускания по сравнению с антенной на 40 метров. Притом, что и сам диапазон 80 метров несколько шире. Поэтому для того, что бы обеспечить работу антенны во всем частотном диапазоне, была разработана конструкция, позволяющая производить подстройку антенны в ходе эксплуатации. У меня антенны установлены непосредственно на земле, в пределах доступности, поэтому дистанционный привод я не изготавливал. В случае применения дистанционного привода эту операцию можно осуществлять прямо с места оператора.
Конструкция
Электрическая схема и основные размеры антенны:
В этой антенне так же как в предыдущей в роли С1, используются конденсаторы типа К-15 У-1. В общем виде монтаж остался прежним.
Как видно из электрической схемы диаметр излучающей рамки в два раза больше чем у антенны 40-ка метрового диапазона. Во столько же раз больше и емкость конденсаторов. Для настройки антенны на частоту 3670, требуемая ёмкость конденсатора С-2 составляет около 112 пф.
Как показано в (1) Конденсатор С-2 находится в той части антенны, где значительные токи уже не текут, а высокие напряжения еще не появились. Таким образом опасаться серьезного излучения проводов идущих на С-2 не стоит. Но, тем не менее, было принято решение, это снижение изготовить в виде симметричной линии, у которой потери и способность излучать сведены к минимуму. Самая доступная и недорогая симметричная линия, как известно – «провод телефонный ТРП» («телефонная лапша»). Конечно, можно применить и, что ни будь более прочное, например ПРППМ. Но и «лапша» с успехом работает в этом месте.
Емкость одного погонного метра ТРП составляет 13-14 пФ. Если принять, что высота мачты этой антенны равняется 11 метрам, то понятно, что коробка с конденсаторами будет находиться на высоте примерно 8 метров. Если коробку с подстроечным конденсатором разместить на высоте 1,5 метров, то длина ТРП (со всеми издержками) получается около 7 метров. Отсюда 7х13(14)= 91(98)пф.+20 пФ. (подстроечный конденсатор)= 111(118)пФ. Ёмкости подстроечного конденсатора 20-30 пФ. достаточно настройки антенны на любой участок диапазона с КСВ=1,0
Петля связи, осталась прежней и не претерпела ни каких изменений.
Общий вид антенны:
Все основные материалы в описываемой антенне применены такие же, как и в предыдущей версии (2) антенны 80-ти метрового диапазона.
Заключение.
В заключении, хотелось бы остановиться на некоторых моментах, общих для обеих антенн.
Первое. Суть используемого в этой антенне (видимо впервые в мире) эффекта, открытого В.Т. Поляковым и описанного в (3) заключается, в возникновении в окрестностях магнитной антенны, пучности электрической составляющей электромагнитной волны. Возникающей в результате сложения электрической составляющей падающей волны и электрической составляющей собственного поля антенны. Такие же явления происходят и с магнитной составляющей но только в окрестностях электрических антенн (диполи, штыри…).
Второе. Антенны подвергшиеся модернизации (V.40.01 и V.80,01) утратили, хоть и не ярко выраженную, но все же имеющую место быть направленность. Проведены многократные сравнения модернизированных антенн, расположенных под углом 90 градусов по отношению друг к другу. Во всех случаях, при любом направлении на корреспондента, ни по приему, ни по передаче, не было обнаружено сколь ни будь заметной разницы. Другими словами, в горизонтальной плоскости, модернизированные антенны имеют близкую к круговой диаграмму направленности.
Третье. Проведены многократные опыты по сравнению эффективности антенн установленных на высоте 5,5 м. и 7,5 м. (имеется ввиду — высота верхней точки рамки). Не смотря на то, что разница в высоте установки составила почти 1,5 раза, во всех случаях, при любом направлении на корреспондента, ни по приему, ни по передаче не было обнаружено сколь ни будь заметной разницы. Другими словами, подтверждается первоначальный вывод о том, что для эффективной работы антенны, достаточно высоты установки равной 1/8 длины волны.
Четвертое. В ходе модернизации антенны стали миниатюрнее.
Антенна v.40.01 стала почти на 2 метра короче, а антенна v.80.01 более чем на 7 метров.
Пятое и последнее. Проведены многократные опыты по сравнению эффективности антенн прежней и новой конструкции. Во всех случаях, сколько-нибудь заметной разницы не обнаружено.
В целом антенны получились простыми и весьма эффективными.
UA6AGW, Грачёв Александр
г. Краснодар
ЛИТЕРАТУРА:
1. Грачёв А.В. Антенна UA6AGW v.40.-
Радио 2011, №2, с.59-61.
2. Грачёв А.В. Антенна UA6AGW v.80.-
Радио 2011, №8, с.60-61.
3. В.Т. Поляков О ближнем поле приемной
Антенны. Схемотехника 2006 №3 №4.
Что еще почитать по теме:
Опыты с магнитными рамочными антеннами |
Опыты с магнитными рамочными антеннами
Александр Грачёв UA6AGW
Часть 1.
В прошлом году мне в руки попал 6-ти метровый отрезок коаксиального кабеля. Еготочное название: «Кабель коаксиальный 1″гибкий LCFS 114-50 JA, RFS (15239211)». Он имеет очень небольшой вес, вместо внешней оплётки сплошную гофрированную трубу из безкислородной меди диаметром около 25 мм, центральный проводник – медная трубка
диаметром около 9 мм (см. фото). Это и подвигло меня взяться за постройку рамочной антенны. Об этом я и хочу рассказать.
Первая антенна была построена по схеме DF9IV. При диаметре около 2 м и такой же длине петли питания, выполненной из коаксиального кабеля, она очень хорошо работала на прием, но откровенно плохо на передачу, КСВ достигал 5-6.
Рабочая полоса по приему (на уровне –6 дБ) порядка 10 кГц. При этом она отлично подавляла электрические помехи, при определенной ориентации в пространстве подавление мешающей станции легко получалось более 20 дБ.
После некоторых размышлений я пришел к выводу, что причиной высокого КСВ является использование возбуждающим элементом внутреннего проводника с его относительно небольшим диаметром. Было принято решение внутренний проводник не использовать вовсе, оставив его в виде не замкнутого витка.
Настроечный конденсатор был припаян к внешнему экрану. Приемные характеристики изменились незначительно, менее выраженным стал минимум в диаграмме, стало заметно влияние окружающих предметов. Но на передачу мало что изменилось. Далее после прочтения очередной раз статьи Григорова, было решено снять внешнюю оплетку с кабеля рамки, а медь покрыть в два слоя лаком «ХВ» (более подходящего не нашлось, впрочем, он неплохо защищает медь от
окисления). И тут, наконец, появились первые положительные результаты. КСВ снизился до 1,5, было проведено около 20 местных связей. Антенна находилась на высоте 1,5 м и могла вращаться в вертикальной плоскости.
Для сравнения использовался диполь общей длиной 42,5 м, выполненный из полевого провода с симметричной линией питания из телефонной «лапши» длиной около 20 м (этакая антенна «нищего радиолюбителя»), расположенный на крыше 5-ти этажного дома на высоте около 3-х метров. Он работал на 40 и 80 метрах, запитанный через симметричное согласующее устройство – КСВ на обоих диапазонах = 1,0. К сожалению, антенны находились в разных QTH и не было
возможности провести прямое сравнение. Но опыт эксплуатации диполя в течение года позволял судить об эффективности рамки в первом приближении.
Теперь собственно о результатах: 1) КСВ около 1,5. 2) Все корреспонденты отмечали снижение (от 1 до 2-х балов) уровня моего сигнала, по сравнению с тем, с которым они меня обычно слышат на диполь.
Начавшиеся к этому времени дожди (как говорится: «через день-каждый день»), сделали невозможными дальнейшие антенные эксперименты. Главной причиной невозможности дальнейших испытаний стали постоянные пробои настроечного
конденсатора из-за возросшей влажности воздуха.
Часть 2.
Я испробовал, пожалуй, все доступные мне варианты, применял подключение только статорных пластин, соединяя два КПЕ последовательно, применял конденсаторы из коаксиального кабеля, высоковольтные конденсаторы
– все это заканчивалось одним – пробоем. Не попробовал я только вакуумные конденсаторы, остановила их непомерно высокая стоимость.
И вот здесь пришла идея использовать ёмкость по отношению к внешнему экрану незадействованного внутреннего проводника. Попытка рассчитать необходимую длину кабеля по известной погонной ёмкости кабеля, не привела к достоверным результатам, поэтому был использован метод постепенного приближения.
Очень жаль было резать такой замечательный кабель, но «охота – пуще неволи». Схема соединений на рисунке. Для питания использовалась петля из коаксиального кабеля длиной 2 м, по схеме DF9IV, сам питающий 50-омный кабель был длиной 15 м. Можно было предполагать, что общая ёмкость получится в соответствии с формулой последовательно включенных конденсаторов,но настроечный конденсатор является как бы продолжением собственной ёмкости кабеля.
Для настройки использован конденсатор типа «бабочка» от УКВ аппаратуры.
Пробои полностью прекратились, антенна сохранила все основные параметры классической магнитной рамочной антенны, но стала однодиапазонной.
Основные результаты следующие: 1) КСВ порядка 1,5 (зависит от длины и формы питающей петли). 2) Магнитная антенна заметно проигрывает диполю (описан выше) при сопоставимой высоте подвеса. Опыты проводились в диапазоне 80 м.
Часть 3.
Заняться дальнейшими опытами с магнитными антеннами меня подтолкнули статья К. Ротхаммеля во втором томе его книги, посвященная магнитным рамкам, и статья Владимира Тимофеевича Полякова о рамочно-лучевой или настоящей ЕН антенне, а для понимания процессов, происходящих в антеннах и вокруг них, оказалась очень полезной статья о ближнем поле антенн.
После прочтения статьи о рамочно-лучевой антенне у меня родилось несколько многообещающих проектов, но в настоящее время испытан только один, о нём и пойдёт речь. Схема антенны изображена на рисунке, внешний вид – на фото:
Все ниже перечисленные опыты проводились в диапазоне 40м. В первых опытах антенна была на высоте 1,5 м от земли. Испробованы различные способы подключения «дипольной» (ёмкостной) части антенны к рамке, но изображенный на рисунке мне показался оптимальным. Здесь предпринята попытка магнитную рамку, излучающую преимущественно магнитную составляющую, дооснастить элементами, излучающими в основном электрическую составляющую.
Можно на эту же антенну посмотреть иначе: катушка, включенная в середину диполя, как бы удлиняет его до необходимых размеров, и вместе с тем лучи, включенные параллельно настроечному конденсатору, обладают собственной емкостью (при указанных размерах порядка 30 — 40 пФ) и входят в общую ёмкость настроечного конденсатора.
Контур, образованный внутренним проводником и конденсатором, кроме того, что повышает уровень сигнала на приеме приблизительно вдвое, по видимому, сдвигает фазу тока собственно рамки, и обеспечивает необходимое фазовое согласование (попытка отключить его приводит к увеличению КСВ до 10 и более). Возможно, мои теоретические рассуждения не совсем верны, но как показали дальнейшие опыты, антенна в данной конфигурации работает.
Ещё при самых первых опытах был замечен интересный эффект – если при неподвижной дипольной части повернуть
рамку на 90 градусов – уровень сигнала по приему падает приблизительно на 10 — 15дБ, а на 180 градусов – прием падает едва ли не до нуля. Хотя логично было бы предположить, что при повороте на 90 градусов диаграммы направленности «дипольной» части и рамки совпадут, но видимо не всё так просто.
Был изготовлен промежуточный вариант антенны, способной поворачиваться вокруг своей оси, с целью выяснить диаграмму направленности, она оказалась такой же, как и у классической рамки. Питание антенны осуществлялось той же петлей связи, что и в первых опытах. В настоящее время антенна поднята на высоту 3-х метров, лучи идут параллельно земле.
О результатах:
1) КСВ = 1.0 на частоте 7050 кГц, 1.5 на 7000кГц, 1,1 на 7100кГц.
2) Антенна не требует перестройки по диапазону. С помощью конденсаторов П-контура трансивера возможна некоторая подстройка антенны в случае необходимости.
3) Антенна весьма компактна.
На расстоянии до 1000 км рамка и диполь имеют приблизительно одинаковую эффективность, а на расстоянии более 1000 км рамка работает заметно лучше волнового диполя при одинаковой высоте подвеса, при этом рамка вчетверо
меньше диполя. Диаграмма направленности близка к круговой, минимумы мало заметны. Проведено около ста связей с 1;2;3;4;5;6;7;9 районами бывшего СССР.
Отмечен интересный эффект – оценка силы сигнала в большинстве случаев оставалась приблизительно одинаковой и при расстоянии до корреспондента 300 км и 3000км, на диполе такого не наблюдалось. Интересна реакция операторов,
когда я сообщал, на чем работаю – изумление, что на этом можно работать! Все опыты проведены на самодельном SDR трансивере с выходной мощность 100 Вт.
73!
Материал взят из журнала CQ-QRP#27
Магнитная петлевая антенна I1ARZ для работы на диапазонах 40, 80 и 160 метров | RUQRZ.COM
Хорошие результаты, полученные с антенной «Magnetic Loop», побудили I1ARZ попытаться построить антенну на НЧ-диапазоны. Вначале он намеревался построить петлевую антенну круглой формы (рис.1) с периметром около 10,5 м, что составляет четверть длины волны на диапазоне 7 МГц. Для этой цели была изготовлена петля из медной трубки диаметром 40 мм с тонкими стенками Однако в ходе работ выяснилось, что сгибание и разгибание трубок таких размеров — достаточно трудное дело, и форма антенны была изменена с круглой на квадратную. Некоторое снижение эффективности при этом компенсируется значительным упрощением изготовления.
Для диапазона 1,8…7,2 МГц можно использовать медную трубку диаметром 25…40 мм. Можно также использовать дюралевые трубки, однако не у всех есть возможность сварки в аргоне. После сборки вся антенная рамка покрывается несколькими слоями защитного лака.
Для правильной работы антенны очень важен настроечный конденсатор. Он должен быть хорошего качества, с большим промежутком между пластинами Использован вакуумный конденсатор емкостью 7…1000 пФ с допустимым напряжением 7 кВ Он выдерживает мощность в антенне более 100 Вт, что вполне достаточно. В том случае, когда используется диапазон 160 м, емкость должна достигать 1600 пФ.
Петля квадратной формы собирается из четырех медных трубок длиной 2,5 м и диаметром 40 мм Трубки соединяются вместе с помощью четырех водопроводных колен из меди. Трубки привариваются к коленам. Противоположные стороны рамки должны быть параллельны друг другу. В верхней трубке посередине вырезается кусок длиной в 100 мм, в вырез вставляется тефлоновый шпиндель и закрепляется с обеих сторон хомутиками и винтами. Диагональ петли составляет 3,4 м, полная длина — 10,67 м (вместе с медными пластинками шириной 50 мм, к которым прикреплены концы трубки, обеспечивающими подключение настроечного конденсатора). Для обеспечения надежного контакта пластинки после их прикрепления необходимо приварить к концам трубки.
На рис.2 приведена конструкция рамки вместе с основанием и несущей мачтой. Мачта должна быть диэлектрической, например из стеклволокон- ного удилища. Можно использовать также пластмассовую трубку. В нижней части рамка фиксируется на несущей мачте стальными хомутиками (рис.3).
Для упрочнения нижнего горизонтального куска рамки на него натягивается на длине примерно 300 мм нагретая медная трубка несколько большего диаметра. Мотор, вращающий конденсатор, укрепляется на стальной трубе на высоте над крышей около 2 м. Для придания жесткости всей конструкции ниже мотора устанавливается не менее трех растяжек.
Проще всего согласовать антенную рамку и линию питания с помощью витка коаксиального кабеля типа RG8 или RG213 Диаметр витка определяется опытным путем (примерно около 0,5 м). Подключение внутренней жилы и оболочки кабеля осуществляется в соответствии с рис.4
После того как согласующий виток настроен на наименьший КСВ, для защиты от осадков поверх места подключения натягивается гофрированная пластмассовая трубка. На конце согласующего витка нужно установить коаксиальный разъем. В месте нижнего крепления согласующего витка под крепежный дюралюминиевый хомут продевается кусок медной ленты, которая после загибания припаивается к экранирующей оболочке кабеля. Она нужна для хорошего электрического контакта с заземленной дюралевой трубкой (рис.5). В верхней части согласующий виток крепится к диэлектрической мачте резиновыми хомутиками.
Если антенна располагается на крыше, для дистанционного управления настроечного конденсатора необходим блок привода мотора постоянного тока. Для этой цели годится какой-либо магнитофонный мотор небольших размеров с небольшим редуктором. Мотор связывается с осью конденсатора изолирующим сцеплением или пластмассовой шестерней Ось конденсатора необходимо также механически присоединить к потенциометру 22 кОм группы А С помощью этого потенциометра внизу определяется положение настроечного конденсатора. Полная схема блока управления показана на рис.6.
Естественно, потенциометр необходимо расположить с той же стороны, что и мотор, соединив их двумя пластмассовыми шестернями или фрикционной передачей. Весь блок настройки размещается в герметично закрывающемся пластмассовом корпусе (или трубке). Кабель к мотору и провода от потенциометра прокладываются вдоль стекло- волоконной несущей мачты. В случае, если антенна размещается недалеко от радиостанции (например на балконе), настройку можно осуществлять непосредственно с помощью длинного валика на изолированной ручке.
Размещение настроечного конденсатора
Как уже упоминалось, неподвижная и подвижная части настроечного конденсатора присоединяются к верхней, разрезанной части рамки с помощью двух медных пластин толщиной около 0,5 мм, шириной 50 мм и длиной 300 мм каждая. Настроечный конденсатор размещается в пластмассовой трубке, которая крепится к вертикальной стекловолоконной несущей мачте (рис.7). Верхняя часть рамки соединяется тефлоновым шпинделем и крепится к несущему стекловолоконному столбу с помощью U-образных болтов.
Настройка
Настройте TRX на эквивалент нагрузки, переключите выход TRX на антенну. Антенный тюнер в этом опыте не используйте. При пониженной выходной мощности начинайте вращать конденсатор до получения минимума КСВ Если достичь низкого КСВ таким способом не удается, попытайтесь несколько деформировать согласующий виток. Если КСВ не улучшается, виток необходимо или удлинить, или укоротить. Проявив немного терпения, можно в диапазонах 1,8…7 МГц достичь КСВ 1… 1,5 Достигнуты следующие значения КСВ 1,5 на 40 м, 1,2 на 80 м и 1,1 на 160 м.
Результаты
Настройка антенны очень «острая». В диапазоне 160 м полоса пропускания антенны составляет единицы килогерц. Диаграмма направленности (ДН) — почти круговая. На рис.8 приведены ДН в горизонтальной плоскости для различных вертикальных углов излучения.
Наилучшие результаты антенна дает в диапазоне 40 м. При мощности 50 Вт автор установил немало связей с восточным побережьем США с рапортом 59. На расстояниях до 500 км днем рапорты были 59+20…25 дБ. Антенна также очень хороша на прием, поскольку достаточно «острая» настройка уменьшает шумы и сигналы работающих рядом сильных станций Антенна работает удивительно хорошо и в диапазоне 160 м. С первых попыток была установлена связь на расстоянии свыше 500 км с рапортом 59+20 дБ. С принципиальной точки зрения, в этом диапазоне эффективность антенны гораздо ниже, чем в диапазоне 40 м (см.таблицу).
Заключительные замечания
- Антенну необходимо размещать по возможности дальше от ботьших металлических предметов, таких как ограды, металлические столбы, водосточные трубы и т.д.
- Антенну не рекомендуется размещать внутри помещений, поскольку рамка антенны при передаче излучает сильное магнитное поле, которое вредно для здоровья.
- При работе с мощностями выше 100 Вт рамка нагревается под действием большого тока.
- На самом верхнем диапазоне поляризация антенны горизонтальная.
В таблице выше приведены основные электрические параметры антенны в указанных диапазонах. Аналогичную антенну можно построить и на более высокочастотные диапазоны, соответственно уменьшая размеры рамки и емкость настроечного конденсатора.
Radiotechnika
Что еще почитать по теме:
Эксплуатация антенн-мачтового устройства от Р-404 «Унжа» | RUQRZ.COM
Необходимость прочного мачтового устройства при применении вращающихся направленных антенн не вызывает сомнений. Если коротковолновик имеет в своем распоряжении часть плоской крыши многоэтажки или участок земли перед домом, то пределом мечтаний является антенно-мачтовое устройство от армейской радиорелейной станции Р-404, чаще именуемое в радиолюбительских кругах «УНЖА».
В связи с прошедшим выводом войск из различных стран и республик и сокращением армии, такие мачты сравнительно легко можно получить в воинских частях.
Несколько слов о перевозке таких мачт. На небольшие расстояния элементы мачты перевозятся на автомобиле; при перевозке через несколько областей самым оптимальным вариантом является отправка разобранной мачты по железной дороге в 5-тонном контейнере. Необходимо только оформить перевозку как личные вещи (после приобретения мачта таковой и является), так как сейчас расценки перевозки для населения сравнительно низки.
Секции укладываются в контейнер без проблем, а вот подъемник придется распилить примерно пополам. На новом месте распиленные места аккуратно свариваются (но только с внешней стороны, чтобы не помешать свободному ходу каретки) и усиливаются уголком (также только с внешней стороны).
Полностью смонтированная мачта состоит из подъемника 1, установленного на опорную плиту 2 и выдвигаемых секций 3. В штатном варианте секций — 13 шт , высота полностью развернутой мачты — 30 м.
Размеры и масса элементов
— подъемник — 2,7 м, 220 кг;
— секция — 2.23 м. 50 кг.
Подъемник мачты сварен из стальных профильных уголков. Для последовательного выдвижения секций (при подъеме ствола мачты) подъемник снабжен подвижной системой, состоящей из каретки 4, движущейся на роликах по направляющим посредством привода подъемников 5 со стальным канатом. Кареткой поднимают вставленную в подъемник секцию мачты. В верхнем положении каретки секция фиксируется упорами 6. Каретка опускается вниз, устанавливается следующая секция, и затем поднимают ее, выдвигая ранее поднятую секцию. Таким образом происходит выдвижение всего ствола мачты.
Секция мачты представляет собой четырехгранные фермы, сваренные из стальных уголков. Для стыковки между собой секции оканчиваются конусной поверхностью и штырем на одном конце и конусной поверхностью и втулкой — на другом.
Если количество выдвинутых секций не более трех, то окончательно их можно оставить на упорах 6, в противном случае необходимо ствол мачты упирать в опорную плиту.
При установке мачты на крыше дома необходимо обязательно использовать опорную плиту (штатную или просто стальной лист) для предотвращения повреждения крыши.
Если в качестве опорной плиты используется стальной лист, то для предотвращения возможного сдвига мачты в нижней точке во время эксплуатации необходимо приварить уголки-упоры 1,
хотя эта предосторожность скорее является перестраховкой, так как минимум два яруса оттяжек (о них будет сказано ниже) и минимум 300 кг веса мачты и антенны достаточно прочно фиксируют все сооружение в целом.
Обычно поверхность крыши имеет небольшой скат в стороны водостоков. В этом случае, для придания мачте строго вертикального положения, под основание подъемника (но не опорной плиты) необходимо подложить швеллер 2 или набор стальных полос необходимой толщины.
Подъемник укрепляется растяжками в четырех перпендикулярных направлениях. Конечно, предпочтение следует отдать штатным растяжкам (неважно от какого они по счету яруса) — мощные изоляторы и способ заделки троса трудно повторить в радиолюбительских условиях.
Если штатных растяжек нет, их придется изготавливать самостоятельно. Не стоит пытаться заменить стальной трос каким-либо другим материалом, равно как и экономить на растяжках или количестве ярусов. Вообще, к изготовлению этого узла мачты следует отнестись особенно ответственно — последствия падения сооружения высотой около десяти метров и весом около полутонны могут быть плачевными.
Диаметр троса должен быть не менее 5 мм, а наиболее простой способ заделки троса у изоляторов в местах крепления к подъемнику и основанию крыши следующий:
На некоторых секциях нет штатных узлов крепления оттяжек, в этом случае необходимо с четырех сторон нижней части секции приварить пруток 1 диаметром 10 мм, и к нему крепить оттяжки 2 как на рисунке ниже:
Поворотное устройство
Конструкция мачты однозначно определяет местоположение двигателя — сверху. Для удобства работы двигатель должен демонтироваться с мачты без демонтажа антенны, а антенна должна вращаться в отдельно изготовленном узле вращения.
Узел вращения состоит из двух частей — верхней 1 и нижней 2, соединяющихся замком-вилкой:
Верхняя часть 1 приваривается либо к траверсе антенны (это удобно например для «двойного квадрата»), либо к швеллеру, в котором будет крепиться траверса (для антенны типа «волновой канат»).
Упором 3 узел вращения упирается в подвижную часть подшипника 4.
Предпочтительным является применение упорных подшипников (вся тяжесть антенны приложена на подшипник), но возможно применение и обычных радиальных.
Автор не изготавливал специальные обоймы для крепления подшипников, а. просто приварил их в нескольких точках к пластинам 8, которые, в свою очередь, приварены к секции мачты. Так, конечно, подшипники не крепят, но это самый простой и. в то же время, надежный способ крепления. Важно только как можно меньше нагревать подшипники при сварке (приваривать только в нескольких точках, а не по всему периметру).
Нижняя часть 2 крепится на вату редуктора и фиксируется с помощью шпонки. На валу редукторов, применяемых автором (о них будет сказано ниже), уже есть съемный металлический цилиндр со шпоночным соединением. Остается только снять этот цилиндр, вложить его в отверстие 5 и закрепить в нескольких точках сваркой
На рисунке выше (вид В) цилиндр показан пунктиром.
Выступ 7 предназначен для предотвращения попадания воды внутрь редуктора через неплотности соединения вала с корпусом.
Все размеры некритичны, но нельзя делать узел вращения миниатюрным, так как весь крутящий момент от ветровой нагрузки (особенно если у антенны большая парусность) приложен к нему. Диаметр вала узла вращения не должен быть меньше 40 мм.
Двигатель
Для вращения антенны автором используется механизм МЭО-40/60-0,63-82, применяемый в народном хозяйстве для открывания-закрывания воздуховодов принудительной вентиляции.
Преимущества такого двигателя:
— напряжение питания — 220 В, 50 Гц;
— встроенный червячный редуктор обеспечивает вращение антенны с удобной скоростью — полный оборот на 360( за 1 мин;
— герметичное исполнение:
— габариты двигателя позволяют разместить его внутри секции мачты. Для этого с одной из ее сторон необходимо отрезать наклонно расположенный уголок.
Для крепления двигателя внутри секции приваривается площадка с отверстиями, совпадающими с отверстиями на двигателе, при этом важно выдержать строгую соосность узла вращения с валом двигателя; подключение к двигателю производится через 30-контактный разъем 8:
В отдельном отсеке смонтирован узел управления двигателем (в частности — четыре концевых выключателя), который можно задействовать для простейшего указателя направления излучения антенны.
Если убрать этот узел, на его месте можно установить сельсин-датчик 7, что, конечно, предпочтительно.
Подключение сельсинов:
В статье намеренно не затрагивались вопросы изготовления и применения антенн — эта тема достаточно освещена в радиолюбительской литературе.
Что еще почитать по теме:
Питание антенны вертикальная Delta Loop | RUQRZ.COM
На Интернет форумах для формирования излучения с вертикальной поляризацией в основном обсуждается запитка «дельты» в «нижний» (от земли) угол
Рис. 1
или на расстоянии L/4 от «нижней» точки В, т.е. вблизи земли.
Рис. 2
На рисунках 1 и 2 в точках Б и Г пучность тока, в точках А и В — пучность напряжения.
Такое решение антенны я сразу отверг: антенна и так установлена низко, а при такой запитке основное излучение происходит вблизи земли. К тому же, запитывать антенну так, как показано на рис.2, следует разве что с 9-этажки — ведь желательность размещения кабеля перпендикулярно полотну антенны никто не отменял, причем хорошо бы, чтобы и радиостанция находилась на 9-м этаже.
Известно, что наибольшая интенсивность электромагнитного излучения находится вблизи пучности тока: «мощность излучения отрезка провода антенны пропорциональна квадрату тока в этом отрезке», т.е. мощность излучения в каждом отрезке провода антенны — разная, максимальная — в пучности тока.
Для антенны, показанной на рис.1, пучность тока в точке Б находится в самом низу, а для антенны на рис.2 — чуть выше нижней части антенны, что не так уж и плохо. Тем не менее, для низковисящей «дельты» и этот вариант не подходит.
Опираясь на эти рассуждения, решил изготовить антенну с запиткой в верхней части на расстоянии L/4 от верхней точки В (рис.3).
Фактически, это «перевернутая» антенна, показанная на рис 2.
На рис.3 хорошо видно, что пучности тока (точки Б и Г) располагаются на большей высоте, а значит, максимум излучения происходит довольно далеко от
земли, что очень важно при небольшой высоте подвеса антенны. К тому же, при такой конфигурации облегчается почти перпендикулярный подвод кабеля к полотну антенны.
При 10-метровой высоте подвеса верхнего полотна получилась неплохая двухдиапазонная (40 и 20 м) антенна, установленная под наклоном, т.к. сделать ее полностью вертикальной при такой высоте подвеса невозможно. Нижняя точка антенны находится буквально в метре от земли, однако это практически не сказывается на эффективности излучения.
Здесь нужно отметить, что местоположения пучностей тока и напряжения, указанные на рис 1—3, справедливы для антенны диапазона 40 м. В диапазоне 20 м в антенне укладываются» 2 волны, пучностей тока и напряжения будет по 4, поэтому поляризация получаете комплексная — вертикально-горизонтальная.
Полотно антенны изготовлено из медного провода диаметром 2 мм в эмалевой изоляции. Дельта представляет собой равносторонний треугольник со сторонами 14,34 м, периметр — 43,02 м. Расстояния между точками А, Б, В и Г (рис. 3) равны и составляют по 10,75 м. Расстояние от узла запитки Б до верхнего угла — 3,58 м. С такими размерами резонансные частоты антенны — 7040 и 14100 кГц, пучности тока Б и Г оказываются напротив.
При соблюдении этих пропорций, в некоторых направлениях антенна может иметь определенное усиление. При необходимости удобно укорачивать нижний угол, уменьшив отрезок 3,58 м. например, до 3,50 м. Небольшая неточность расположения точек Б и Г по горизонтали не приводит к заметному ухудшению работы антенны.
От балуна в точке запитки пришлось отказаться, т.к. она подвергается ветровым нагрузкам. Поэтому в точке запитки вместо тяжелого балуна на кабеле установлены 5 ферритовых «защелок» RF-130S. По этой же причине пришлось отказаться и от какого-либо согласования в узле запитки. Экран кабеля подключен к верхней части антенны, центральный провод — к нижней.
Наиболее актуальные характеристики антенны (полное входное сопротивлении и КСВ) снимались анализатором АА-ЗЗОМ с помощью полуволнового повторителя, изготовленного из коаксиального 50-омного кабеля длиной 14 м. В диапазоне 7 МГц активное входное сопротивление составило 120 Ом, в диапазоне 14 МГц — 140 Ом. Из-за недостаточной высоты подвеса имеется реактивная составляющая входного сопротивления, поэтому в диапазоне 7 МГц КСВ=3,0; в диапазоне 14 МГц — 4,0.
В такой ситуации было принято решение снизить КСВ, применив согласующий отрезок 75-омного кабеля. Комбинируя подключение коротких отрезков такого кабеля длиной 10 см, 20 см, 30 см, 50 см, 1 м, 2 м, 3 м, 3.5 м снабженных дешевыми телевизионными разъемами, после полуволнового повторителя выяснилось, что в диапазоне 7 МГц требуется отрезок кабеля длиной 6,9 м, в диапазоне 14 МГц — 3,5 м, что позволило получить в диапазоне 7 МГц КСВ=1,2; в диапазоне 14 МГц — 1,5.
В итоге, было решено непосредственно к антенне подключить отрезок 75-омного кабеля длиной 3,5 м, а уже к нему — 50-омный кабель длиной 8,6 м (всего 14,1 м). К сожалению, из-за неточного выбора длины полуволнового повторителя (она была определена расчетным путем) в диапазоне 7 МГц КСВ составил 2,0; в диапазоне 14 МГц — 2,3. Это не так уж и плохо—при КСВ до 3,0 вся мощность уходит в антенну. Тем более, что повышенный КСВ имеется лишь в кабеле длиной 14 м.
Кабели имеют диаметр 10 мм и многожильный центральный проводник. К месту соединения кабелей примотан пластиковый угольник длиной около 15 см, обрезанный по диаметру кабелей, что обеспечивает надежность соединения при ветровых нагрузках.
Внизу ничто не препятствует установке токового балуна, снабженного разъемами, который окончательно отсечет возможные синфазные токи.
В авторском варианте 50-омный кабель через антенный коммутатор подключается к одному из двух согласующих устройств (СУ) — на 7 или на 14 МГц.
Фактически, СУ на 7 МГц может работать в диапазонах от 1,8 до 15 МГц. В СУ на 14 МГц применена катушка из медной трубки диаметром 6 мм (1+2+4+4 витка, всего 11 витков), и оно может использоваться в диапазонах 7—29 МГц.
Если вместо последних 4 витков намотать 8 (всего витков будет 15), то, в принципе, СУ будет работать начиная с 3,5 МГц, а возможно, и с 1,8 МГц (следует проверить практически). Ввиду простоты изготовления, мною было изготовлено 3 таких СУ. В результате, после согласующих устройств полоса частот без реактивной составляющей составила 400 кГц на 40-метровом диапазоне и 380 кГц в диапазоне 20 м.
Такое согласование было сделано с целью максимально возможного снижения потерь в 50-метровом коаксиальном кабеле, который подключен ко второму антенному коммутатору. В двух местах на этом кабеле установлены по 20 ферритовых «защелок». КСВ в длинном кабеле, подключенном к выходу согласующего устройства, — около единицы. Согласующие устройства на сосредоточенных элементах вполне можно заменить дополнительными отрезками 75-омного кабеля, длины которых придется подобрать.
Антенну можно упростить, если она будет работать на одном диапазоне. В таком варианте длина 75-омного отрезка кабеля, подключаемого к полотну антенны, составляет 3,5 м в диапазоне 14 МГц и около 7 м — в диапазоне 7 МГц. Согласующее устройство можно установить в помещении радиостанции или вовсе обойтись без него.
Есть еще один вариант: запитать антенну только 75-омным кабелем (например, РК75-4-11). Именно так она использовалась в полевых условиях с полуволновым повторителем (около 28 м) и переключателем на 9 диапазонов. В сентябре 2013 г. мы с Сергеем, RW9UTK, работали в полевых условиях из сравнительно редкого RDA-района КЕ-21. Антенна работала на двух диапазонах и была установлена на 12-метровой высоте на двух стеклопластиковых трубах. Работала антенна отлично — в иные моменты мы узнали, что такое pile-up.
Там, в поле, анализатором АА-ЗЗОМ были измерены некоторые характеристики антенны, которые вследствие более высокого подвеса оказались заметно лучше, чем у антенны, установленной на 10-метровой высоте. В диапазоне 40м реактивной составляющей не было совсем, Rвх=141 Ом, КСВ=1,91, полоса по уровню КСВ=2,0 — 80 кГц, по уровню КСВ=3,0 — 300 кГц, активное сопротивление сохраняется в полосе 800 (!) кГц. В диапазоне 20 м реактивная составляющая также отсутствовала, Rвх=194 Ом, КСВ=2,56, полоса по уровню КСВ=3 — 620 (!) кГц, активное сопротивление сохраняется в полосе 630 (!) кГц.
Согласование производилось с помощью самодельного СУ, к которому подключался 75-омный кабель. Применение согласующего устройства позволило получить на обоих диапазонах КСВ=1,0 в 50-омном кабеле, соединяющем СУ с трансивером.
Широкая полоса рабочих частот без реактивностей — это замечательное свойство замкнутых антенн. Нет необходимости перестраивать СУ в пределах любительского диапазона—достаточно настроить его в одной точке. При этом СУ может находиться достаточно далеко от трансивера.
В поле в качестве полотна антенны мы применили полевой сдвоенный провод П-274. Этот провод в полиэтиленовой изоляции имеет определенный коэффициент укорочения, поэтому периметр антенны получился несколько меньшим, несмотря на большую высоту подвеса, чем дома, и составил 42,70 м.
Здесь также был равносторонний треугольник со стороной 14,23 м. Расстояния между точками А, Б, В и Г также равны и составляют по 10,67 м. Расстояние от узла запитки и до верхнего угла — 3,56 м.
Некоторые проблемы возникли с балуном, который входит в состав универсальной линии: для передвижения полотна антенны были использованы пластиковые круги от игрушки пирамида, и балун несколько сместился вниз от запроектированной точки (3,56 м от верха). Несмотря на это, антенна работала просто великолепно, т.к. на 12-метровых трубах она была установлена почти вертикально.
Планируется переместить балун в начало линии, снабдив его разъемами,. чтобы сохранить защиту от синфазных токов. Кроме того, на кабель, лежащий на траве, можно надеть ферритовые «защелки» или пропустить несколько раз через ферритовое кольцо — кабель диаметром 7 мм вполне это позволяет.
Также планируется испытать антенну в полевых условиях, но уже на высоте 16 м Опять будут применены стекпопластиковые мачты. Антенна будет установлена вертикально. О результатах испытания непременно сообщу.
RU9UX
Что еще почитать по теме:
Какая форма рамки антенны предпочтительнее? | RUQRZ.COM
Популярность рамочных антенн в среде любителей KB радиосвязи очень велика. Особой популярностью пользуются разнообразные треугольники. Оно и понятно — всего три точки опоры. Легко разместить в пространстве, да и эксплуатационные характеристики достаточно хороши. Помимо треугольной формы антенны существуют и другие формы, а как они соотносятся между собой показывает рисунок выше от W6SAI.
Этим летом мне совершенно случайно припомнился, приведенный ниже рисунок, и я решился на несложный эксперимент. Диполь 40-метрового диапазона (общая длина чуть более 20 метров — полволны), не меняя запитки и длин полотен преобразовал в наклонный прямоугольник, соотношением сторон 1:2 на 20-метровый диапазон. Это было несложно сделать на дачном участке. Верхняя часть находилась на высоте около 6 метров, нижняя в 2 метрах от земли. В нижней горизонтальной части половинки диполя были соединены простой скруткой. Включил трансивер и 20-ка ожила. Минимум КСВ пришелся на конец SSB участка, пришлось «вставить» небольшой шлейф и резонансная частота немного сместилась.
Часто, обращая внимание на рамочные антенны, мы не задумываемся о форме периметра своих «Квадратов», «Дельт» и т.п. Исследования, проведенные William I. Orr (W6SAI), о влиянии формы периметра рамочных антенн на коэффициент усиления заставляют задуматься. На рисунке приведены разные формы периметров антенн. Надеюсь, что они помогут вам сориентироваться при выборе той или иной конфигурации рамочной антенны.
Как оказалось, наибольшим коэффициентом усиления обладают антенны, имеющие форму круга и прямоугольника с соотношением сторон 1:2 (0,5). Изменение формы рамочной антенны также влияет и на ее входное сопротивление. Все это говорит о том, что рамочная антенна вытянутая в сторону излучения, имеет больший коэффициент усиления, чем другая рамочная антенна, имеющую другую форму. Данная зависимость сохраняется от 80 до 10 метрового диапазона, поэтому W6SAI советует учитывать это при изготовлении, установке и настройке рамочных антенн.
Что еще почитать по теме:
Самодельная портативная КВ-антенна, аналог MFJ | RUQRZ.COM
В виду отсутствия нормальной крыши, а также доступа даже на эту крышу, приходится придумывать различные решения. Одним из возможных решений может быть вот такая портативная антенна. Возможно крепление ее и на автомобиле, для выездов на природу.
Встречал описания этой антенны, но никаких отзывов или конкретных результатов почему-то не опубликовано на русскоязычных форумах или сайтах. Хотя может я и не достаточно активно искал. Решил поделиться опытом создания такой антенны.
За основу взята вот эта конструкция.
Похожие антенны продают на Ебее, но цена от 100 уе и выше, не кажется мне особенно гуманной . Поэтому мною, совместно с Игорем UN7FGN была изготовлена вот такая конструкция и водружена на балкон.
За основу взята часть удочки необходимого диаметра. Болтики на М4 вполне вписались в эту конструкцию. Катушки намотаны проводом от старого сгоревшего трансформатора, ПЭЛ 0.8. Остальные конструктивные особенности надеюсь видно из фотографий.
Переключение между диапазонами происходит установкой перемычки между болтиками. Роль перемычки играет кусок провода с двумя зажимами типа «Крокодил».
Так как антенна установлена только сегодня, поработать на нее я не успел. Но прилагаю результаты обмера ее на своем анализаторе.
Результаты не идеальные, но для антенны такого размера результат вполне приемлем. Осталось подвинуть резонанс на 40 метрах и наверное можно будет пробовать.
В виду небольших размеров антенны, спорить о ее эффективности не стоит, понятно, что она уступает по этому параметру длинному куску провода подвешенному между домами.
Но цель была сделать антенну для балкона и возможно для автомобиля, с установкой на крыше с помощью стандартного антенного магнита.
Все измерения делались без согласующих устройств. Как есть.
UN7FGO