Рамочные кв антенны на 80 метров. Вертикальная рамка

Практический опыт построения эффективных антенн на диапазон 80 метров

Часть I. Антенна RZ6AU.

1. Краткая предыстория. Весной 2005 года коллективная радиостанция RK6AXS лишилась своего помещения – история по нынешним временам обычная. Поиски места для новой позиции продолжались несколько месяцев – место мы нашли. Причём, такое, которое позволяет не слишком сдерживать воображение в планировании строительства антенн. После того, как был установлен необходимый минимум, позволяющий вести относительно полноценную работу в эфире (TH7DX от HyGain на ВЧ, Inv V и дельта 40м на НЧ), встал вопрос о строительстве того, ради чего мы, собственно, и искали место: серьёзного контестового антенного хозяйства. Поскольку зима была на носу, начать решили с диапазонов 80 и 160 м.

2. Буридановы муки. Многие радиолюбители нас поймут: когда после городской тесноты получаешь десяток гектар под антенное поле, хочется реализовать всё, о чём в городе только мечталось. Всерьёз для диапазона 80 мы рассматривали 6 вариантов:

• система вертикальных фазированных штырей с переключаемой диаграммой направленности.
• 2 el rotary YAGI
• 3 el rotary YAGI
• 2 или 3 el wire YAGI (две антенные системы, переключаемые в основных направлениях – для UA6A это W(EU)-VK и JA-SA)
• 2 el Delta Loop по образу и подобию того, что пока ещё не упало на лунную антенну RN6BN.
• Антенна, разработанная столичным ренегатом (и нашим старым другом) Валерием Шиневским, RZ6AU. Оригинальное описание этой антенны можно посмотреть или KB и УКВ 9/2000.

Для диапазона 160 м список был вдвое короче:

• система штырей с переключаемой ДН.
• 2 el Delta Loop
• Антенна RZ6AU.

Сразу хотим внести ясность: за годы существования RK6AXS накоплен достаточный опыт строительства и согласования серьёзных антенных систем. Ресурсы, необходимые для подъёма любой из вышеперечисленных антенн, у RK6AXS также имеются. YAGI на восьмидесятку мы пока не поднимали, но сходные задачи решать приходилось.

Не будем описывать долгие ломания копий, аргументы и контраргументы. От идеи быстрого (до начала зимы) подъёма YAGI пришлось отказаться сразу же. Сложная и тяжёлая конструкция требует многих месяцев труда и серьёзных вложений в строительство. А хотелось начать работать уже зимой, в пик прохождения. Два элемента Дельта Луп в практической эксплуатации проявили себя исключительно хорошо, но, однако, не лучше системы из 4-х фазированных штырей (при аналогичных, если не бОльших затратах труда и денег). Антенна RZ6AU манила нас, как сыр лисицу. Простая, лёгкая, очень дешёвая и с выдающимися заявленными характеристиками. Подумать только: 5.5 дБ усиления! 30 дБ подавления заднего лепестка! НА 160 МЕТРОВ!!!

После долгих консультаций с самим RZ6AU было решено начинать именно с неё. Сразу на 160-метровый диапазон. Валера настойчиво нам её рекомендовал. Дополнительно он дал несколько советов:

• диэлектрическая мачта заметно улучшит характеристики антенны. Как минимум, хорошее подавление заднего лепестка будет осуществляться в более широкой полосе.
• в качестве согласующего устройства лучше всего применить резонансный автотрансформатор.
• особое внимание уделить качеству заземления.

3. Как это выглядит. Для тех, кому лень идти по приведённой выше ссылке, кратко обрисуем, что собой представляет антенна RZ6AU. Цитирую автора:

Антенна представляет собой систему из двух одинаковых вертикальных полуволновых петлевых вибраторов с активным шунтовым питанием. Для уменьшения высоты и упрощения конструкции верхние углы вибраторов на изоляторах сведены к вершине мачты высотой 25,00 м (в участке 3,75...3,8 МГц высота мачты 13 м, далее в скобках будут указываться размеры для DX-окна 80-метрового диапазона) и отстоят от нее на 0,20 (0,20) м.

Рис.1.

Наличие неизолированной металлической мачты указанной длины внутри рамок на параметры антенн не влияет.

Четыре верхних части вибраторов длиной по 25,88 (13,04) м расходятся от мачты под прямыми углами, опускаясь к земле до высоты 6,00 (3,00) м.

В этих местах полотно вибратора пропускается сквозь изолятор и, изгибаясь, уходит к точке питания, отстоящей на 10,00 (4,72) м от основания мачты.

Рис.2.

К изоляторам прикреплены четыре растяжки, служащие как бы продолжениями верхних частей вибраторов, вместе с которыми они крепят вершину мачты (подобно элементам двухдиапазонного Inverted Vee).

Длина части вибратора от изолятора до точки питания составляет 14,07 (6,08) м (рис.5 и 6).

Рамки выполнены из канатика или биметалла диаметром 3...4 мм.

Два отрезка 75-омного кабеля длиной по 10,00 (4,72) м подключаются к противоположным рамкам и сходятся к основанию мачты.

Один конец рамки подключается к системе заземления, второй к центральному проводнику.

Возле мачты оплетки кабелей также заземляются, а между центральными проводниками включается фазосдвигающий конденсатор. Изменение направления излучения производится подключением выхода согласующего устройства к соответствующему концу конденсатора (посредством управляемого из Shack"a реле). Кабель питания от трансивера подключается ко входу согласующего устройства. Схема СУ может быть любой. Конец цитаты.

Рис.3.

Рис. 4.

Заявленные характеристики антенны:

• подавление заднего лепестка: на частоте 1830 кГц -22 дБ, на 1845 кГц -31 дБ, на 1860 кГц -19 дБ;
• усиление антенны соответственно 5,3...5,5...5,7 дБ.

4. Стройка. Сами виноваты. Серьёзное строительство начали со 160 м.

Модель на 7 мгц, выполненную на телескопической удочке с десятком противовесов, ставили в спешке, сравнение с таким же телескопическим штырём на диапазон 40 метров носило несколько поверхностный характер. Антенна работала, принимала, вроде, не хуже штыря, демонстрировала наличие хорошей диаграммы направленности. Моделирование происходило в чистом поле, испортившаяся погода не позволила сравнить антенны скурпулёзно. Единственное QSO с VK, проведённое телефоном мощностью 100 Ватт, убедило нас в том, что антенна работает .

В R-Quad (спасибо UA6BGB) были закуплены стеклотекстолитовые трубы. Поскольку авторитет RZ6AU и его репутация разработчика реально работающих антенн очень высоки, трубы были закуплены в количестве, достаточном для изготовления 4-х диэлектрических мачт на 80 м и двух на 160 м. К заземлению подошли максимально ответственно: в точках заземления в грунт были забиты квадратом 4 арматуры длиной 2 м и обварены по периметру такими же двухметровыми отрезками арматуры. По диагонали с соблюдением надёжного электрического контакта были прикручены два отрезка биметалла Ф4 мм – к ним потом припаивались противовесы.

Собранная диэлектрическая мачта высотой 24 метра, оказалась слишком гибкой. Поднять её не удалось даже методом «падающей стрелы» с семью ярусами растяжек. Дело в том, что наибольший из доступных диаметров стеклотекстолитовых труб составляет всего 45 мм – он, соответственно, и был у нас стартовым. Финишный – 18 мм. Мачта падала раз за разом, едва преодолев угол 45 градусов. По нашим оценкам, стартовый диаметр стеклотекстолитовой трубы для обеспечения необходимой упругости при такой длине мачты должен составлять 80-90 мм – купить такие негде. Финишный – не менее 30. Затею с подъёмом антенны на диапазон 160 м пришлось отложить.

Зато восьмидесяточную мачту высотой 14 метров из тех же труб мы подняли одной рукой минуты за три. О конструкции мачты: концы труб вставлялись один в другой (диаметры подобрали соответствующие) на длину 30 см и фиксировались саморезами. Ещё полчаса потратили на выравнивание растяжек и придание полотнам антенны нужной геометрии. В качестве оттяжек применялась обычная капроновая верёвка. Тут всплыло первое несоответствие реальной конструкции авторскому описанию. Показанное красным цветом на рис. 5 расстояние никак не может быть равным ТРЕМ метрам. После подъёма антенны от обеих точек заземления рамок было проложено по 100 медных противовесов длиной (опять-таки, рекомендации автора) 10 метров. Точки заземления были подготовлены так же, как и для антенны на 160 м – арматура, электросварка, биметалл, пропайка.

рис. 5.

5. Настройка. Второе несоответствие – гораздо более серьёзное – всплыло на стадии согласования антенны. Точнее, ещё на стадии моделирования её на 7 Мгц. Если заземлить отрезки кабеля в точках, выделенных на рис. 6 красным цветом, как того требует авторское описание, никакой диаграммы направленности у антенны не будет. Почему – пусть разбираются теоретики, если кому-то из них вдруг станет любопытно. Данная статья написана исключительно на практическом материале.

рис. 6.

Это несоответствие стоило нам нескольких драгоценных часов на стадии моделирования – именно с ним мы проваландались настолько долго, что не успели потом как следует сравнить антенну с классическим штырём. Найти причину отсутствия диаграммы направленности нам помог сам автор – по телефону он порекомендовал отключить заземление отрезков кабеля в этих точках – и антенна сразу заработала.

Впрочем, «сразу» это преувеличение. Антенна весьма и весьма непроста в настройке и согласовании. За долгие часы, проведённые на морозе (большую часть – ещё и в темноте, с антенной возились после работы) мы выработали такую методу:

1. В качестве С1 берём обычный КПЕ от вещательных приёмников, либо другой, подходящей ёмкости. 2. Подключаем трансивер непосредственно к контактам реле К1. 3. Встроенный тюнер трансивера ОТКЛЮЧАЕМ. 4. Определяем резонансную частоту антенны. КСВ будет заметно >1 (у нас – чуть меньше 2). При необходимости – удлиняем или укорачиваем рамки. 5. Не обращая внимания на КСВ, отстраиваем антенну по максимуму подавления заднего лепестка. 6. Подключаем согласующее устройство. Настройки антенны изменятся. 7. Если настройки антенны изменились существенно – применяем другой способ согласования. 8. Подстраиваем антенну по КСВ. Настройки снова изменятся. 9. Подстраиваем антенну по максимуму подавления. КСВ увеличится. 10. Повторяем пункты 7 и 8 до получения максимального подавления при минимальном КСВ. 11. Измеряем емкость С1 и меняем его на постоянный с соответствующим номиналом ёмкости и КВАР. В случае использования емкостей в СУ – измеряем и их и также заменяем на постоянные.

Капризничала антенна не переставая. Уровень КСВ и подавления менялся в зависимости от количества людей, участвовавших в согласовании, от высоты стола с аппаратурой, от силы ветра, так или иначе менявшего геометрию рамок, от наличия в радиусе 30 метров каких-либо крупных металлических предметов и т.д. Из за этого, например, пришлось отказаться от идеи подсветить операционное поле фарами подогнанной машины: рамка, к которой автомобиль подъехал на 20 метров, сразу и сильно уплыла вниз по частоте. Но, как бы то ни было, антенну мы настроили.

6. Ходовые испытания. К моменту завершения настройки антенны RZ6AU на позиции RK6AXS имелась только одна антенна на диапазон 80 метров – Inv V с высотой подвеса 19 м.

Первый этап испытаний заключался в сравнении с этим самым «инвертедом».

Что и говорить, у «инвертеда» она выигрывает заметно. Это слышно сразу, причём на всех трассах. Первое что «бросается в уши» она гораздо меньше шумит. То есть, при аналогичном уровне полезного сигнала, уровень шумов у Inv V выше на три балла. На ближних трассах она не проигрывает «инвертеду» по уровню, на дальних – заметно у него выигрывает. Всё это, разумеется, в направлении лепестка ДН. В других направлениях, она, как и положено, проигрывала соответствующее количество баллов.

Тем, кто долго работал на «верёвки» а потом поставил себе штырь, должно быть знакомо это чувство: на верёвку ты не слышишь ничего, а переключаешься на штырь – бах! – и из под уровня шумов отчётливо слышен сигнал какого-нибудь VK9. Снова переключаешься на верёвку – нет на частоте даже признаков никакого VK9. А на штырь – вот он, принимай на здоровье.

Так вот. Ничего подобного в сравнении с Inv V антенна RZ6AU не продемонстрировала. Выигрыш – да, диаграмма – да, но то, что было слышно на неё – было слышно и на «инвертед». Хуже. Иной раз на два-три балла хуже. Но слышно. Позже, на очень длинных трассах мы смогли отметить немногочисленные случаи, когда на RZ6AU что-то принять было можно, а на «инвертед» нет, но того волшебного эффекта, которого мы ожидали, исходя из своего опыта эксплуатации вертикальных антенн – не было и в помине. Вот тут мнения в коллективе разделились. UA6CW (начальник) утверждал, что такого эффекта быть и не должно, есть выигрыш – и ладно, UA6CT (скептик) настаивал на необходимости дополнительных затрат и подъёма полноразмерного четвертьволнового штыря – «чисто для сравнения». RA6ATN сохранял нейтральную позицию.

Второй этап испытаний антенны случился в перерыве телеграфного Кубка РФ. UA6CW, будучи на RZ6AZZ (там – штырь высотой 24 метра и вертикальный биквадрат на стометровой высоте) повесил CQ USA, UA6CT, находясь на RK6AXS в 22 километрах южнее, включался в каждое QSO, имитируя «антенну номер два», с просьбой дать реальный рапорт «каждой антенне». Мощность при этом была одинаковой на обеих позициях. Ох, какой обнадёживающий получился результат…

По оценкам корреспондентов из NA антенна RZ6AU не проигрывала биквадрату и во многих случаях – до 60% выигрывала у штыря от 5 до 10 дБ. Европа принимала сигналы всех трёх антенн с примерно одинаковым уровнем. После этого этапа испытаний споры скептиков и начальников обострились – установка штыря (согласитесь, немаленькой и не такой уж простенькой антенны) «только ради сравнения» уже не казалась такой уж хорошей идеей. И это очень хорошо, что скепсис иногда побеждает.

Третий этап. Поднаторевши на подъёме гибких мачт, штырь высотой 22,5 метра (дюралевые трубы, конец – отрезок биметалла, изолятор – стеклотекстолит, три яруса капроновых растяжек) мы поставили менее чем за час. И потом ещё восемь часов прокладывали противовесы, общим количеством 100 штук, длиной по 20 метров, с точкой заземления, подготовленной аналогично вышеупомянутым.

А теперь представьте наши эмоции, когда штырь, изготовленный из чего попало, поднятый кое-как и вообще никак не согласованный (КСВ на 3520 получился около 1,5 – нас это устроило) буквально надрал результат наших долгих и тяжких трудов на всех трассах и во всех направлениях . Штырь, конечно, не имеет направленности в горизонтальной плоскости, штырь, конечно, гораздо сильнее шумит (на три-четыре балла), да и вообще, само название «штырь» звучит уже несколько банально…

Штырь выигрывает от 0 (на ближних трассах) до 10 (на дальних) дБ в ста процентах случаев. А в некоторых – и нередких – случаях этот выигрыш является дискретной величиной «слышу/не слышу». Максимально зафиксированный выигрыш штыря составил 20 дБ, в двух или трёх случаях на совсем уж близких корреспондентах антенна RZ6AU выиграла у него пару-тройку дБ. Вот и всё.

Стоит лишь отметить, что пики QSB штыря не совпадают с пиками QSB антенны RZ6AU. Выдержка из аппаратного журнала RK6AXS приведена ниже.

Позывной Принятый рапорт (антенна RZ6AU) Принятый рапорт (штырь)

K4JJW 579 579 N4GI 569 589 NB3O 579 599 K8AJS 589 599 OK2SFO 599+10 599+40

Автор антенны, которого мы ознакомили с результатами своих экспериментов, отреагировал лаконично. «Быть этого не может!» сказал наш старый друг Валерий Шиневский. И занялся исследованием возможных причин возникновения такой существенной разницы между характеристиками антенн. Предположение о том, что мы что-то сделали неправильно, отпало после детальной перепроверки последовательности наших действий и конструкции антенны. Предположение о влияния кабеля (от шека до антенны RZ6AU было почти вдвое дальше, чем до штыря) отпало после того, как мы подключили к антеннам кабели одинаковой длины. Предположение о взаимном влиянии антенн не нашло своего подтверждения в силу довольно значительного – 120 метров – удаления их друг от друга и взаимного расположения – штырь не попадает в ДН антенны RZ6AU. Осталось последнее предположение: «Противовесы у штыря двадцать метров, а у рамок – всего по десять. Удлиняйте противовесы!» Мы проложили дополнительно к имевшимся ещё 40 противовесов длиной 20 метров. Ничего не изменилось. Антенна RZ6AU работала точно так же (по уровням, по рапортам корреспондентов, по сравнению с Inv V и по нашим субъективным ощущениям) как и до установки штыря, штырь всё так же у неё выигрывал. Мы детально перебрали всю систему фазового сдвига и согласования. Мы пробовали менять длину рамок и их геометрию. Мы провели ещё одну ночь на снегу под антенной. Лучше она работать не стала. Результаты сравнений зафиксированы в аппаратном журнале, эксперимент признан завершённым.

7. Выводы.

Вывод радиотехнический. Антенна конструкции RZ6AU несомненно является работающей антенной системой, обладающей хорошей ДН и некоторым усилением относительно низко висящего диполя. Однако, КПД антенны оказался ниже, чем у четвертьволнового вертикального вибратора. Форма ДН, приведённой автором, полностью соответствует нашим эфирным впечатлениям, однако, заявленного усиления на практике достичь не удалось. Антенна чрезвычайно чувствительна к внешним влияниям. Наличие поблизости металла, как то: мачты приёмных ТВ-антенн, громоотводы, провода и т.п., могут существенно осложнить процесс её настройки и полностью нейтрализовать главное достоинство этой антенны – её диаграмму направленности.

Вывод спортивный. ДЕСЯТЬ дБ – это много. Для того чтобы достичь десятидецибельного преимущества в тесте, команды радиоспортсменов городят целые антенные поля, строят усилители, для питания которых требуются отдельные подстанции, забираются на горы и совершают прочие необъяснимые логически поступки. Если даже брать среднюю разницу со штырём на трассе UA6A – USA в 5 дБ – это всё равно много. Почти в четыре раза по мощности. В понимании RK6AXS такая антенна для работы в соревнованиях непригодна.

Вывод практический. Антенну RZ6AU можно смело рекомендовать радиолюбителям, проживающим в сельской местности и имеющим в качестве антенн «верёвки» она однозначно лучше низкого инвертед Ви. Наличие направленности и возможность переключения («отвернуться», например, от наших западных соседей при работе на 80 и 160 м иногда бывает жизненно необходимо) делают эту антенну весьма привлекательной и при этом относительно недорогой конструкцией. Кроме того, антенну в её варианте на 40 или 30 метров можно рекомендовать радиолюбителям, живущим в многоэтажках: места занимает немного, высоких мачт не требует, а шумит на порядок меньше штыря. UA6CT намерен дождаться исследований В. Шиневского по поводу возможности размещения на одной мачте антенн двух диапазонов и, в случае положительного результата, поставить аналогичную антенну на 40 и 30 м на крыше своего дома: в центре Краснодара уровень индустриальных помех велик настолько, что любой штырь превращается в генератор шума, подключённый ко входу трансивера.

Вывод перспективный. В 2006-м году RK6AXS для работы на НЧ-диапазонах будет использовать системы фазированных вертикальных четвертьволновых вибраторов. Эксперименты подтвердили высокое электрическое качество земли на позиции, кроме того, в их ходе был получен ценный опыт фазирования антенн. После подъёма YAGI на 40м будет проведён эксперимент по сравнению волнового канала и системы вертикальных вибраторов для диапазона 40 метров, на основании которого будет принято решение о целесообразности строительства YAGI на диапазон 80 метров.

Вывод маркетинговый. RZ6AU использовал для расчёта своей антенны популярную программу MMANA. Собственно, немалая часть аргументации Валерия сводилась к однозначному «MMANA не врёт!», а проигрыш штырю в конце концов был объяснён «несовершенством удалённого конструирования». Имея в своём коллективе специалистов по формированию масс, RK6AXS с сожалением констатирует возникновение среди радиолюбителей очередного религиозного феномена. Компьютерному моделировщику сейчас модно доверять больше, нежели практическим результатам. Видимо, не за горами времена, когда все проявления HAM-ства, включая строительство антенн, участие в соревнованиях, экспедиции, будут происходить лишь внутри компьютерных симуляторов. По твёрдому нашему убеждению, любая компьютерная программа есть не истина в последней инстанции, а всего лишь инструмент. И как инструмент, она не может быть совершенной. Известны случаи, когда, например, антенна YAGI, посчитанная в YAGI-оптимайзере работала расчётно, без настройки – и сразу! а аналогичная антенна, посчитанная в MMANA, на практике не обеспечивала расчётных характеристик. Известны случаи, когда реально работающая антенна, смоделированная в том же YAGI-оптимайзере, будучи перенесённой в MMANA, показывала совершенно иные характеристики, близко не корреллирующие с её измеренными на практике показателями. Известны и обратные случаи. За некоторые результаты разного подхода к программированию нам приходилось платить из собственного кармана. Наш уровень лояльности к YAGI-оптимайзеру бесконечно выше, но мы никому не навязываем своего взгляда на вещи и своей привычки к удобным нам инструментам. Проведённый эксперимент лишний раз подтвердил известное всем высказывание: «Практика – критерий истины».

8. Дополнение.

29.01.06, уже после написания этой статьи, мы подняли и согласовали в дополнение к нашему штырю ещё один – на расстоянии четверти волны. Выписку из аппаратного журнала приводить не буду, однако результат сравнения двух штырей с рамочной антенной был вполне предсказуем: минимум 6, в среднем 10 дБ выигрывала система двух фазированных штырей. Очень хорошая, кстати, система. Рекомендуем. J В скором будущем будут опубликованы результаты наших экспериментов со штырями.

Фотографии всех антенн можем выслать по запросу – пишите: [email protected] .

9. И последнее. Эксперимент обошёлся RK6AXS в цену неплохого трансивера – чуть больше тысячи долларов по курсу на декабрь 2005 г. (трубы, кабель, полотна, металл, инструменты, КПЕ, КВАРы и т.д.). Желающие могут его повторить J. Мы – отдаём своё предпочтение проверенным на практике конструкциям.

Одной из самых эффективных антенн для низкочастотного DX-инга является система фазированных вертикалов, то есть два…четыре вертикальных четвертьволновых излучателя (штыря), находящихся на расстоянии 1/8…1/4 длины волны друг от друга с непосредственным возбуждением каждого излучателя отдельной линией питания. Такие антенны при внешней простоте имеют выдающиеся показатели - усиление от 4 до 7 дБ по отношению к полуволновому диполю на высоте в 0,5 длины волны, подавление заднего лепестка до 20…30 дБ, вертикальный угол излучения от 15 до 30 градусов.

Дело за малым - найти свободную площадку размером в половину футбольного поля, раздобыть две (а лучше - четыре) дюралевых трубы высотой с двенадцатиэтажный дом, и нанять вертолет для их установки. Затем придется обложиться кучей радиотехнических букварей, чтобы понять толком - что же такое активное питание, поскольку доступная радиолюбительская литература, к сожалению, практически не дает необходимой информации, а антенны, описанные в классике типа Ротхаммеля, уже давно изучены, и очередное перелистывание новостей не приносит.

Осознание вышеизложенного, как правило, оптимизма не добавляет, и поэтому большинство радиолюбителей на TOP BAND обходится любым Inverted Vee (почему-то упорно именуемым «Инвентором» определенной частью, видимо, начинающих, коротковолновиков), либо «Дельтой», которые, впрочем, из-за малых (относительно длины волны) высот для действительно дальних связей малопригодны. Отдельные счастливчики ухитряются ставить укороченные вертикалы метров до тридцати. Остальные могут эту статью не читать.

Благодаря своевременным идеям Евгения (RU6BW), после нескольких бессонных ночей за монитором появилась предлагаемая конструкция.

Автор в этой статье не ставил цели вдаваться в теоретические глубины, касающиеся работы антенн с фазированным питанием. Многие пока скептически относятся к компьютерным расчетам в радиолюбительской практике. Но эта антенна работает весьма неплохо. Для начала можно попробовать соорудить «модель» на 80 метров.

Для начала рассмотрим смоделированные компьютером диаграммы направленности в вертикальной (рис.1) и горизонтальной (рис.2) плоскостях и графики зависимости подавления заднего лепестка (рис.3) и усиления (рис.4) от частоты:

— ширина главного лепестка в горизонтальной плоскости по уровню -3 дБ - 136 градусов;
— ширина главного лепестка в вертикальной плоскости по уровню -3 дБ - от 6 до 54 градусов (с максимумом 20 градусов);
— подавление заднего лепестка: на частоте 1830 кГц - -22 дБ, на 1845 кГц - -31 дБ, на 1860 кГц - -19 дБ;
— усиление антенны - соответственно 5,3…5,7 дБ.

Указанные параметры моделировались для системы заземления, состоящей из 16 дважды закольцованных (по периметру и посередине) противовесов длиной по 10 м над почвой средней проводимости. В точках питания внешнее кольцо подключено к вбитым в землю двухметровым трубам.

Не правда ли, антенна с такими параметрами очень похожа на полноразмерный трехэлементный «Волновой канал» на высоте 80 м? Впрочем, такое «чудовище» может только присниться.

Проанализируем эти цифры
1. Горизонтальный лепесток в 136 градусов при переключении излучения на противоположное без особых потерь в усилении перекроет большую часть направлений (впрочем, ориентировать антенну по излюбленным азимутам все равно желательно). В условиях RU6BW - это 80/260 градусов.
2. Вертикальный лепесток с одинаковой легкостью будет работать с отражениями на расстояния от сотен до тысяч километров.
3. Усиление в пределах рабочего участка практически не изменяется.
4. Подавление имеет приличные характиристики в участке всего 30 кГц, тем не менее, DX-окно перекрывается. Ниже будет рассмотрен вопрос о способе расширения участка.

Антенна представляет собой систему из двух одинаковых вертикальных полуволновых петлевых вибраторов с активным шунтовым питанием. Для уменьшения высоты и упрощения конструкции верхние углы вибраторов на изоляторах сведены к вершине мачты высотой 25,00 м (в участке 3,75…3,8 МГц высота мачты - 13 м, далее в скобках будут указываться размеры для DX-окна 80-метрового диапазона) и отстоят от нее на 0,20 (0,20) м. Наличие неизолированной металлической мачты указанной длины внутри рамок на параметры антенн не влияет.

Четыре верхних части вибраторов длиной по 25,88 (13,04) м расходятся от мачты под прямыми углами, опускаясь к земле до высоты 6,00 (3,00) м. В этих местах полотно вибратора пропускается сквозь изолятор и, изгибаясь, уходит к точке питания, отстоящей на 10,00 (4,72) м от основания мачты. К изоляторам прикреплены четыре растяжки, служащие как бы продолжениями верхних частей вибраторов, вместе с которыми они крепят вершину мачты (подобно элементам двухдиапа- зонного Inverted Vee). Длина части вибратора от изолятора до точки питания составляет 14,07 (6,08) м (рис.5 и 6).

Рамки выполнены из канатика или биметалла диаметром 3…4 мм.

Два отрезка 75-омного кабеля длиной по 10,00 (4,72) м подключаются к противоположным рамкам и сходятся к основанию мачты. Один конец рамки подключается к системе заземления, второй - к центральному проводнику. Возле мачты оплетки кабелей также заземляются, а между центральными проводниками включается фазосдвигающий конденсатор. Изменение направления излучения производится подключением выхода согласующего устройства к соответствующему концу конденсатора (посредством управляемого из Shack’a реле). Кабель питания от трансивера подключается ко входу согласующего устройства. Схема согласующего устройства может быть любой. На испытанной антенне использовался резонансный автотрансформатор.

Настройка

Весь процесс происходит на земле под мачтой и на операторском столе. При точном изготовлении подбирать длину вибраторов не нужно.

1. Настраиваем трансивер на середину рабочего участка. Включаем вместо фазосдвигающего конденсатора КПЕ с максимальной емкостью 1000 пФ. На входе согласующего устройства устанавливаем КСВ-метр, рассчитанный на измерения в линиях с сопротивлением применяемого кабеля (можно согласовать как 50, так и 75-омный коаксиал). Устанавливаем фазосдвигающий КПЕ в среднее положение.
2. В случае применения резонансного автотрансформатора, настраиваем согласующее устройство по минимуму КСВ подбором точки отвода контура и параллельной емкости. Желательно предварительно согласовать активную нагрузку с сопротивлением используемого кабеля, и в дальнейшем настройку не изменять.
3. Следующий этап - установка фазового сдвига. Запускаем в нескольких сотнях метров в направлении, перпендикулярном плоскости рамок, маяк с вертикально поляризованной антенной. Автор использовал каарцевый генератор на 1845 кГц с усилителем на КТ922, нагруженный на оплетку кабеля снижения TV-антенны, расположенный в полутора километрах от RU6BW. В крайнем случае, настраиваем трансивер на работающую станцию, расположенную в створе рамок, поближе к середине рабочего участка. Включаем противоположную рамку (можно ориентироваться по падению уровня сигнала) и настраиваем КПЕ по максимальному подавлению сигнала маяка.
4. Повторяем пункты 2, 3, 4 до получения отношения вперед/назад не менее 4…5 баллов.
5. Если при переключениях сильно изменяется КСВ, значит, допущены ошибки при отрезании антенного полотна, либо вблизи одной из рамок расположены проводники или другие отражатели. После настройки рамок вышеописанные процедуры необходимо повторить.
6. После окончательной настройки можно измерить емкость КПЕ и заменить его на постоянный конденсатор хорошего качества с соответствующей реактивной мощности.

Примечание

Хорошее подавление заднего лепестка, к сожалению, получается в достаточно узкой полосе частот RU6BW применил дистанционное управление вращением фазосдвигающего КПЕ с использованием микроредуктора с электродвигателем. Результат - превосходный. Теперь практически в любой точке диапазона без изменения геометрических размеров антенны стало возможным быстро и достаточно эффективно подавлять сигналы станций, находящихся в заднем секторе шириной около 90 градусов. При желании то же можно делать вручную, но с гораздо меньшими удобствами.

Приведенные компьютерные расчеты после изготовления системы в натуре и эфирной обкатки (TNX RU6BW) полностью подтвердились. Думается, это совсем неплохая альтернатива «Инвентору» при почти таких же затратах.

Тем не менее, хочется добавить следующее.

К сожалению определенная часть радиолюбителей думает, что наличие антенны с описанными параметрами автоматически гарантирует работу, скажем, Украины с Азией в любое время суток (к примеру, в обеденный перерыв). Вынужден разочаровать TOP BAND так назван потому, что это диапазон высшей категории сложности, и для серьезных достижений на нем необходимо многое знать и много работать. Способы получения результатов описаны. Приведенная разработка - лишь один из эффективных вариантов, надеюсь, достаточно доступной конструкции.

Без преувеличения можно сказать, что 80-метровый диапазон является одним из наиболее популярных. Однако многие земельные участки слишком малы для установки полноразмерной антенны на этот диапазон, с чем и столкнулся американский коротковолновик Joe Everhart, N2CX. Пытаясь выбрать оптимальный тип малогабаритной антенны, он проанализировал много вариантов. При этом не были забыты классические проволочные антенны, которые при длине более L/4 работают достаточно эффективно. К сожалению, такие антенны, запитанные с конца, нуждаются в хорошей системе заземления. Разумеется, качественное заземление не требуется в случае применения полуволновой антенны, но ее длина оказывается такой же, как у полноразмерного диполя, запитанного по центру.

Таким образом, Joe решил, что самой простой антенной с хорошими параметрами является горизонтальный диполь, возбуждаемый в центре. К сожалению, как уже указывалось, длина полуволнового диполя 80-метрового диапазона часто является препятствующим фактором при его установке. Тем не менее, длина может быть уменьшена примерно до L/4 без фатального ухудшения характеристик. А если приподнять центр диполя и приблизить к земле концы вибраторов, получим классическую конструкцию Inverted V, которая дополнительно сэкономит площадь при установке. Следовательно, можно рассматривать предложенную конструкцию как Inverted V 40-метрового диапазона, который используется на 80 м (см. рис. выше). Полотно антенны образовано двумя вибраторами по 10,36 м, симметрично снижающимися от точки запитки под углом 90° друг к другу. При монтаже нижние концы вибраторов должны располагаться на высоте не менее 2 м над землей, для чего высота подвеса центральной части должна быть не менее 9 м. Малая высота подвеса обуславливает эффективное излучение под большими углами, что идеально подходит для связей на расстояниях до 250 км. Самым главным преимуществом подобной конструкции является то обстоятельство, что ее проекция не превышает 15.5 м.

Как известно, достоинством полуволнового диполя, питаемого по центру, является хорошее согласование с 50 или 75-омным коаксиальным кабелем без применения специальных согласующих устройств. Описываемая антенна в диапазоне 80 м имеет длину L/4 и, следовательно, не является резонансной. Активная составляющая входного импеданса мала, а реактивная - велика. Это означает, что при сопряжении такой антенны с коаксиальным кабелем, КСВ окажется слишком высок, и уровень потерь будет значителен. Проблема решается просто - необходимо применить линию с малыми потерями и использовать антенный тюнер для ее согласования с 50-омной аппаратурой. В качестве антенного фидера был использован 300-омный телевизионный плоский ленточный кабель. Меньшие потери обеспечивает двухпроводная воздушная линия, но ее сложнее завести в помещение. Кроме того, может потребоваться подстройка длины фидера, чтобы попасть в диапазон перестройки антенного тюнера.

В оригинальной конструкции концевые и центральный изоляторы были изготовлены из обрезков стеклотекстолита толщиной 1,6 мм, а для полотна антенны использовался изолированный монтажный провод диаметром 0,8 мм. Провода малого диаметра успешно эксплуатировались на радиостанции N2CX в течение нескольких лет. Разумеется, значительно дольше прослужат более прочные монтажные провода диаметром 1,6…2,1 мм.

Проводники плоского телевизионного кабеля недостаточно прочны и обычно обрываются в точках подключения к антенному тюнеру, поэтому необходимую механическую прочность и простоту подключения линии к тюнеру обеспечивает переходник, изготовленный из фольгированного стеклотекстолита.

Схема тюнера очень проста, и представляет собой последовательную резонансную цепочку, обеспечивающую согласование с коаксиальным кабелем.

Настройка тюнера осуществляется с помощью конденсатора С1. Для QRP-варианта катушка индуктивности L1 содержит 50 витков, a L2 - 4 витка изолированного провода, намотанных на тороидальный сердечник из карбонильного железа Т68-2 (внешний диаметр - 17,5 мм, внутренний - 9,4 мм, высота - 4,8 мм, р=10). Можно использовать и катушку с воздушным сердечником, но при этом увеличатся габариты устройства.

Конструкция тюнера также очень проста. Для его изготовления применен фольгирован- ный стеклотекстолит. На припаянных к основанию боковых пластинах установлены пара клемм с одной стороны и коаксиальный разъем - с другой. Выводы L1 и С1, подключаемые к линии, не имеют соединения с общим проводом. Один конец вторичной обмотки L2 «заземлен» на плату основания и экран коаксиального разъема, а «горячий» конец этой обмотки припаян к центральному выводу коаксиального разъема Конденсатор переменной емкости может быть припаян (приклеен) к основанию или закреплен с помощью винтов, но обкладки конденсатора не должны соединяться с общим проводом.

Для настройки антенной системы с этим тюнером длина 300-омного фидера должна быть 13,7 м. При использовании другого тюнера, возможно, придется удлинить или укоротить фидер, чтобы попасть в диапазон перестройки тюнера. В связи с тем что настройка тюнера довольно «остра», желательно проверить работу устройства до подключения антенны. Эквивалентом антенны может служить зажатый между клеммами 10-ом резистор. Изменяя емкость кондесатора С1 и число витков L2, добиваются КСВ не хуже 1,5. Настройка тюнера при работе с антенной также будет «острой», поэтому вполне удовлетворительным будет значение КСВ около 2 в полосе частот около 40 кГц.

Несмотря на то что описываемая антенна была разработана для диапазона 80 м, она может использоваться и в качестве многодиапазонной. Однако простейший тюнер придется заменить на более сложный.

Joe Everhart, N2CX. - QST, 2001, 4

В одной из своих книг в конце 80-х годов ХХ века, W6SAI, Bill Orr предложил простую антенну - 1 элементный квадрат, который устанавливался вертикально на одной мачте.Антенна по W6SAI была изготовлена с добавлением ВЧ дросселя. Квадрат выполнен на диапазон 20 метров (рис.1) и установлен вертикально на одной мачте.В продолжение последнего колена 10 метрового армейского телескопа вставлен сантиметров пятьдесят кусок стекстотекстолита, по форме ничем не отличающегося от верхнего колена телескопа, с отверстием наверху, что и является верхним изолятором. Получился квадрат у которого угол вверху, угол внизу и два угла на растяжках по бокам.С точки зрения эффективности это наиболее выгодный вариант расположения антенны, которая находится низко над землей. Точка запитки получилась около 2 метров от подстилающей поверхности. Узел подключения кабеля представляет из себя кусок толстого стеклотекстолита 100х100 мм, который прикреплен к мачте и служит изолятором.Периметр квадрата равен 1 длине волны и расчитывается по формуле: Lм=306,3\F мГц. Для частоты 14,178 мГц. (Lм=306,3\14,178) периметр будет равен 21,6 м, т.е. сторона квадрата = 5,4 м. Запитка с нижнего угла кабелем 75 ом длиной 3,49 метра, т.е. 0,25 длины волны.Этот отрезок кабеля является четвертьволновым трансформатором, трансформируя Rвх. антенны порядка 120 Ом, в зависимости от окружающих антенну предметов, в сопротивление близкое к 50 Ом. (46,87 Ом). Большая часть отрезка кабеля 75 Ом расположена строго вертикально, вдоль мачты. Далее, через ВЧ разъем идет основная линия передачи кабель 50 Ом длиной равной целому числу полуволн. В моем случае это отрезок 27,93 м, который является полуволновым повторителем.Такой способ запитки хорошо подходит для 50 омной техники, что сегодня в большинстве случаев соответствует R вых. ШПУ трансиверов и номинальному выходному сопротивлению усилителей мощности (трансиверов) с П-контуром на выходе.При расчете длины кабеля следует помнить о коэффициенте укорочения 0,66-0,68, в зависимости от типа пластиковой изоляции кабеля. Этим же 50 омным кабелем, рядом с упомянутым ВЧ разъемом мотается ВЧ дроссель. Его данные: 8-10 витков на оправке 150мм. Намотка виток к витку. Для антенн на НЧ диапазоны - 10 витков на оправке 250 мм. ВЧ дроссель устраняет кривизну диаграммы направленности антенны и является Запорным Дросселем для ВЧ токов движущихся по оплетке кабеля в направлении передатчика.Полоса пропускания антенны порядка 350-400 кГц. при КСВ близком к единице. За пределами полосы пропускания КСВ сильно растет. Поляризация антенны горизонтальная. Растяжки выполнены из провода диаметром 1,8 мм. разбитого изоляторами не реже чем через каждые 1-2 метра.Если изменить точку запитки квадрата, запитав его сбоку, в результате получим вертикальную поляризацию, более предпочтительную для DX. Кабель использовать тот же, что и при горизонтальной поляризации, т.е. к рамке идет четвертьволновый отрезок кабеля 75 Ом, (центральная жила кабеля подсоединяется к верхней половине квадрата, а оплетка к нижней), а затем кратно полуволне кабель 50 Ом.Резонансная частота рамки при смене точки запитки уйдет вверх примерно на 200 кГц. (на 14,4 мГц.), поэтому рамку придется несколько удлинить. Удлинительный провод, шлейф примерно 0,6-0,8 метра можно включить в нижний угол рамки (в бывшую точку запитки антенны). Для этого надо использовать отрезок двухпроводной линии порядка 30-40 см.Волновое сопротивление здесь большой роли не играет. На шлейфе запаивается перемычка по минимуму КСВ. Угол излучения будет 18 градусов, а не 42, как при горизонтальной поляризации. Мачту очень желательно заземлить у основания.

Антенна горизонтальная рамка

Всё началось с необходимости постройки антенн на низкочастотные диапазоны 80 и 40 метров. Диапазон 160 метров отпал из за малых размеров участка. Первоначально была построена антенна Inverted V на 80 и 40 метров, диполя располагались под прямым углом друг к другу, на мачте выстой 13 метров. Результаты работы не порадовали. Удавались связи только местного значения, и даже Европа давалась с большим трудом. Хотя на антенну UT1MA Европа отвечала без проблем в диапазоне 80 метров. Вскоре данная антенна была демонтирована и было решено отказаться от 80 метрового диапазона.

Сразу за границей участка у меня растет лес и за забором растёт дуб высотой метров 30. В озникла мысль использовать дуб как одну из опор для антенны. С горизонтальными рамками я экспериментировать не стал, так как по всем расчетам они излучают в зенит и каких либо хороших результатов при малой высоте подвеса от них ждать не стоит.

Решено - сделано. Антенна на диапазон 40 метров выполнена из полевого телефонного провода. Две оттяжки короткой стороны закреплены на дубе, а две другие на доме. Максимальная высота над землей у дуба 10 метров, у дома 7 метров, минимальная соответственно 4,5 метра и 1.5 метра. Это не антенна расположена под наклоном. а просто участок имеет такой наклон. Антенна получилась практически не видимой. Во всяком случае ни один из соседей не задал вопрос, а что это там висит?.

Теперь собственно перейду к описанию антенны.

Антенна представляет собой вертикальный прямоугольник с размерами сторон 16,4м Х 5,5м, запитка в средину короткой стороны. Запитка произведена непосредственно кабелем 50 Ом в моём случае RG-8, у точки запитки на кабель одето 20 ферритовых колец 600НН подходящего диаметра, кольца были покрыты лаком и весь набор колец обмотан изолентой.

Антенна показала превосходные результаты. Выигрыш по сравнению с UT1MA составил от 1 до 2 баллов, в зависимости от направления (максимальное излучение направленно перпендикулярно плоскости рамки и в моем случае это север и юг). Сопротивление антенны близко к 50 Ом, поэтому антенна подключалась напрямую к трансиверу, без каких либо согласующих устройств. Расчетная диаграмма направленности в программе Ммаna приведена ниже. КСВ меньше 2 в полосе 150 кГц. Причем на приём рамка выигрывает у вертикала UT1MA на всех диапазонах, но на передачу работает только на 40 метров.

С моей точки зрения вертикальные рамки являются наилучшими антеннами при малых высотах подвеса. Единственное, для них нужно иметь 2 достаточно высокие мачты. Но если у кого то растут высокие деревья, то проблем не будет. Конечно хочется протестировать антенну VP2E, она как раз входит по диагонали участка. Но пока нахожусь в раздумье.

Дело в том, что рамка у меня провисела 5 лет, но в последний год, не смотря на более высокие антенны и деревья (в два раза превышающие высоту антенн) находящиеся на участке, произошло прямое попадание молнии в рамку. Молния выбрала самую длинную антенну (рамка была заземлена). Последствия были катастрофические. Хорошо хоть дом не сгорел. Но разлетелись все розетки в доме, выгорело всё, что было подключено в розетки, хотя рубильник на вводе в дом был выключен. Выгорела и сама шина заземления и рубильник ввода в дом и даже изолятор на столбе разлетелся. Сама антенна просто испарилась, на земле я только нашёл несколько кусочков изоляции от полевого кабеля. Шину заземления просто вырвало от штыря заземления. Это ещё раз говорит о том, что надо очень серьёзно подходить к вопросам защиты от молнии.