Одним из достаточно распространенных типов антенн являются рамочные антенны «тройной квадрат». Причем это относится не только к телевизионному приему, но к различным видам беспроводной связи — Wi-Fi, 3G и др.
Способствуют этому сравнительная простота изготовления (можно сделать из одного куска провода), компактность и при этом достаточно высокие технические характеристики.
Однако при всём этом абсолютное большинство и наших, и зарубежных производителей по каким-то причинам игнорируют производство рамочных антенн «тройной квадрат» или хотя бы «двойной квадрат».
Видимо, это связано с лишними затратами и сложностью при массовом производстве.
Поэтому и во времена СССР, и в нынешние времена данные антенны изготавливаются вручную преимущественно только самими людьми.
Единственный известный пример заводского изготовления наружной антенны ДМВ «тройной квадрат» — от старейшего :
Но при этом в Интернете не удалось найти какой-либо магазин, продававший бы данную наружную модель, возможно из-за высокой стоимости у производителя.
И когда рассматривал в Интернете фото различных вариантов «тройного квадрата», случайно наткнулся на одну из фотографий комнатной антенны «тройной квадрат» промышленного изготовления.
И как оказалось продается недалеко, поэтому сразу же была приобретена за 393 р.
Антенна «Сигнал 3.0» поставляется в небольшой красочной картонной коробке размером с книгу. Обтянута предохранительной пленкой:
На упаковке показана сама антенна в сборе и значки основных цифровых телевизионных стандартов.
И с обратной стороны — полностью аналогично (защитная пленка снята):
Конечно же сразу обращают на себя надписи: «КАЧЕСТВЕННАЯ КОМНАТНАЯ ДМВ АНТЕННА
» и «ТРОЙНОЙ КВАДРАТ СНОВА В РОССИИ!
».
Так же и по бокам — указаны основные преимущества и функции:
И здесь отмечу: — Схема CMT, специально для приема цифровых и/или HD-каналов.
Однако, к сожалению, так и не удалось понять, что означает аббревиатура СМТ (не уверен даже — латинскими или русскими). Возможно, CMT может означать Cellular Mobile Telephone, т.е. сотовый телефон, и речь идет о фильтрации помех от GSM (но это лишь предположение).
Открываем коробку и видим пакет с комплектующими:
Быстро собрать антенну поможет описание:
Рассмотрим составные части и начнем с основы — пластиковая подставка с квадратными отверстиями для фиксации центральной стойки. Размеры — 168 x 94 мм:
Пластиковая центральная стойка с кабелем и центральной рамкой — активным вибратором (сторона квадрата — 126 мм):
Задняя рамка — рефлектор (сторона квадрата — 154 мм) с нижней пластиковой распоркой:
Передняя рамка — директор (сторона квадрата — 108 мм) так же с пластиковой распоркой:
Исходя из этих размеров видно, что антенна рассчитывалась как обычно на середину диапазона ДМВ (приблизительно 38 канал).
Во всех рамках использована стальная нержавеющая проволока диаметром 4 мм.
И последняя деталь — верхняя пластиковая распорка для скрепления всех трёх рамок между собой:
Коаксиальный кабель имеет длину 1.43 м. Используется 50-омный RG174 COAXIAL CABLE:
что довольно странно, т.к. даже в описании отмечено: «хорошо согласуется с кабелем 75 Ом», но по непонятной причине использован кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.
Попутно отмечу, что и некоторые известные отечественные производители также не брезгуют использовать более дешевый — 50-омный кабель: например, у Locus L 405.05 также использован RG 174/U.
Центральная пластиковая стойка является держателем для активного вибратора антенны и содержит пассивную плату согласования:
в виде эквивалента полуволновой кабельной петли на односторонней печатной плате:
электрическая схема соединений:
Используемая плата имеет достаточно большую металлизированную площадь (43 х 32 мм), что вообще в антеннах и, в частности, в рамочных не приветствуется: внутри и снаружи рамки должно быть минимум проводящих поверхностей, а иначе ухудшаются характеристики антенны.
Разберем и нижнюю пластиковую распорку у рефлектора — увидим сплошное сварное соединение рамки:
т.е. как обычно у пассивных элементов рамка замкнутая — закрытая.
А вот передняя рамка (директор) разомкнутая — открытая:
Здесь имеется разрыв — изолятор толщиной около 1 мм.
Причины такого крайне редко применяемого решения были видимо как-то связаны с согласованием или чем-то иным.
Наконец собираем всё вместе и получаем антенну «тройной квадрат»:
Измеренные габариты антенны — 168 х 157 x 228 мм.
Измеренная масса — около 300 г.
Вид сзади наглядно демонстрирует название «тройной квадрат»:
Спереди:
глядя с определенной точки, все три рамки практически сольются, спрятавшись за первой.
Сбоку:
Расстояние между задней рамкой и центральной — 78 мм, а между центральной и передней — 58 мм.
Интересно, отметить в описании, что «Тройной квадрат обладает малой парусностью» хотя для комнатной антенны этот показатель неактуален.
Еще раз напомню об оптимальном размещении любых комнатных антенн и особенно с пластиковыми окнами, а точнее — металло пластиковыми, т.к. рамы и створки содержат в себе металлический каркас, который препятствует прохождению сигнала.
Вообще, минимальная высота рамочной антенны должна быть не менее 0.1 λ, что для самого длинноволнового — 21 канала ДМВ составит 63 мм.
У «Сигнал 3.0» самая нижняя часть рефлектора имеет высоту — 67 мм, т.е. укладывается в минимум.
С глухой створкой — высоты антенны в принципе достаточно для приема:
А вот поворотная створка точно будет перекрывать обзор:
Поэтому в любом случае — желательно всё-таки поставить антенну на какую-нибудь подставку, к примеру, пустую пластиковую банку или пустую коробку:
Тем самым обеспечив бо
льший уровень принимаемого сигнала.
Так же при приеме c любыми комнатными антеннами стоит обратить внимание на наличие на стеклах специального энергосберегающего покрытия на внутренней стороне стеклопакета (такие окна с улицы выглядят как зеркальные):
или энергосберегающей термопленки:
Причем зачастую еще и особо отмечается:
- исключают утечку информации по электромагнитным полям
- защита от энергии в радиочастотном диапазоне (микроволновое излучение)
Всё это достигается за счет наличия металлов, которые конечно препятствуют приему сигнала. И если со связью GSM сигнала еще хватает (вышки стоят чуть ли не на каждом высотном доме), то с телевизионным приемом, Wi-Fi, 3G могут возникать проблемы из-за ослабления сигнала.
Вот, к примеру, городской эфир принятый антенной «Сигнал 3.0» (напомню, что крайний справа синий столб — это как раз уровень сигнала GSM — у него с тонировкой точно проблем быть не должно):
Чем больше я познаю современную элементную базу, тем больше удивляюсь тому, как просто сейчас делать такие электронные устройства, о которых раньше можно было только мечтать. К примеру, антенный усилитель, о котором пойдет речь, имеет рабочий диапазон частот от 50 МГц до 4000 МГц. Да, почти 4 ГГц! Во времена моей молодости о таком можно было просто мечтать, а сейчас такой усилитель на одной крохотной микросхеме может собрать даже начинающий радиолюбитель. Причем не имеющий опыта работы со сверх высокочастотной схемотехникой.
Представленный ниже антенный усилитель необычайно прост в изготовлении. Имеет хороший коэффициент усиления, низкий уровень шума и низкий ток потребления. Плюс очень широкий диапазон работы. Да, ещё и миниатюрный размер, благодаря которому его можно встроить куда угодно.
Где можно применить универсальный антенный усилитель?
Да практически где угодно в широком диапазоне 50МГц – 4000МГц.- - Как усилитель сигналов телевизионной антенны для приема как цифровых, так и аналоговых каналов.
- - Как антенный усилитель для FM приемника.
- - др.
Характеристики антенного усилителя
- Рабочий диапазон: 50 МГц – 4000 МГц.
- Усиление: 22,8 дБ - 144 МГц, 20,5 дБ - 432 МГц, 12,1 дБ - 1296 МГц.
- Коэффициент шума: 0,6 дБ - 144 МГц, 0,65 дБ - 432 МГц, 0,8 дБ - 1296 МГц.
- Ток потребления порядка 25 мА.
Малошумящий усилитель отлично себя зарекомендовал. Низкий ток потребления вполне себя оправдывает.
Так же микросхема отлично выдерживает высокочастотные перегрузки без потери характеристик.
Изготовление антенного усилителя
Схема
В схеме используется микросхема фирмы RFMD SPF5043Z, которую можно купить на - .По сути вся схема - это микросхема усилитель и фильтр для ее питания.
Плата усилителя
Плату можно сделать из фольгированного текстолита, даже без травления, как это сделал я.
Берем двух сторонний фольгированный текстолит и выпиливаем прямоугольник размером примерно 15х20 мм.
Затем, перманентным маркером рисуем по линейке разводку.
А дальше хотите травите, а хотите вырезайте дорожки механически.
Далее все залуживаем паяльником и припаиваем SMD элементы типоразмера 0603. Нижнюю сторону платы фольги замыкаем на общий провод, тем самым экранируем подложку.
Настройка и испытание
Настойка не требуется, можно конечно замерить входное напряжение, которое должно быть в пределах 3,3 В и потребляемый ток примерно равен 25 мА. Так же если вы работаете в диапазоне выше 1 ГГц, то возможно, потребуется согласовать входной контур, уменьшением конденсатора до 9 пФ.Подключаем плату к антенне. Проверка показала хорошее усиление и низкий уровень шума.
Будет очень хорошо, если разместить плату в экранированном корпусе, типа такого.
Плату уже готового усилителя можно купить на , но стоит она же в разы дороже, чем микросхема отдельно. Так что лучше заморочиться как мне кажется.
Дополнение схемы
Для питание схемы требуется напряжение 3,3 В. Это не совсем удобно, к примеру, если использовать усилитель в автомобиле с напряжением бортовой сети 12 В.
Для этих целей можно ввести в схему стабилизатор.
Подключение усилителя к антенне
По расположению, усилитель следует располагать в непосредственной близости у антенны.Для защиты от статики и гроз желательно, чтобы антенна была бы замкнута по постоянному току, то есть нужно использовать петлевой или рамочный вибратор. Антенна типа « » будет отличным вариантом.
Это направленная антенна, которая представляет собой один виток или несколько витков провода. Витки образуют рамку определенной формы, это может быть прямоугольная, круглая или квадратная рамка. В плоскости рамки находится максимальная интенсивность как приема, так и излучения волн. Рамочная антенна также носит название миниатюрного магнитного диполя. Применяются рамочные антенны в радиопеленгаторах, где они выполняют функцию приемной антенны. Кроме этого, приемные антенны используются в радиовещательных приемниках, которые работают в коротких, средних и длинных волновых диапазонах.
Рамочную антенну изобрел К. Браун в 1916 г. Ли де Форест, установив одни из первых радиостанций на пяти базах военно-морского флота США, стал заниматься разработкой нескольких видов антенн, среди них и рамочной антенной.
Входное сопротивление в рамочной антенне имеет индуктивный характер за счет того, что длина рабочей волны превосходит периметр ее рамки. Благодаря этому, присоединив конденсатор переменной емкости к рамочной антенне, можно получить колебательный контур . Контур настраивается на необходимую рабочую волну. Фаза и амплитуда колебаний тока являются постоянными по всему периметру, если только размеры рамки достаточно малы. Направление тока противоположно в элементах, противолежащих друг другу в передающей рамочной антенне. Поэтому электромагнитные волны, которые излучают противолежащие элементы, сдвигаются по своей фазе на 180°. В перпендикулярном плоскости рамки направлении получается полная компенсация излучения, в отличие от других направлений, где компенсация оказывается неполной.
Рамочные, или, по-другому, петлевые антенны используются для приема телевизионных программ. Наиболее часто применяются лампы с двумя или гремя элементами, которые носят название двойного или тройного квадрата. Конструкции подобных ламп довольно просты, усиление высокое, а полоса пропускания узкая.
Узкополосные антенны, в отличие от широкополосных антенн, обеспечивают избирательность частоты. За счет этого сигналы от других телевизионных передатчиков не проникают на вход телевизионного приемника, который работает на близких с ними частотных каналах.
Для работы в дециметровом диапазоне в двухэлементных лампах рамки изготовляются из медного или латунного прутика. Диаметр прутика не должен превышать 3-6 мм. Середины двух элементов рамок соединяет верхняя металлическая стрела. Нижняя стрела крепится к текстолитовой пластине, она является изолированной от вибраторной рамки. К той же пластине прикрепляются концы вибраторной рамки с помощью винтиков и гаек.
По сравнению с рамочной антенной с двумя элементами, которая носит название волнового канала, антенна двойной квадрат усиливается на 1,5 дБ, т. е. в несколько раз больше.
В рамочной антенне тройной квадрат находятся три рамки. Рамка директора и рамка рефлектора замкнутые, а рамка вибратора в некоторых точках разомкнута. Расположены рамки симметрично друг другу, поэтому центры их крепятся к обеим стрелам в серединах сторон. Центры рамок располагаются на одной горизонтальной прямой, которая направлена на телецентр. Лучшие результаты работы рамочной антенны достигаются тогда, когда верхняя стрела изготовлена из того же материала, что и рамки, а нижняя стрела выполнена из какого-нибудь изоляционного материала.
Простая конструкция рамочной антенны с тремя элементами состоит из куска толстого провода, работает в дециметровом диапазоне.
Расстояние между несколькими элементами рамочной антенны определяет ее усиление и входное сопротивление.
Рамочные антенны с двумя и тремя элементами тщательно направляются и ориентируются из-за того, что главный лепесток диаграммы направленности довольно узок. Настраивают рамочные антенны с помощью шлейфа, который подключен к рефлектору. Для настройки измеряется длина шлейфа, которая в идеале должна быть на 4% больше, чем длина вибратора антенны.
Если переходить от лампы двойного квадрата, в состав которой входят рефлектор и вибратор, к антенне с гремя элементами, то этот переход приведет к выигрышному усилению на 1,7 дБ.
Э. Тафро сконструировал несколько антенн, основывающихся на проволочной рамке прямоугольной формы. Соотношение сторон в рамочной антенне равнялось 1:3. Подобные рамочные антенны обладают преимуществом в небольшой подвесной высоте, которая выполняется при вертикальном расположении короткой стороны. Для большего эффекта антенну дополняют активной рамкой или рамочными директорами.
Четырехэлементная рамочная антенна с указанным соотношением сторон была построена и поставлена на определенной высоте - 40 м. В ходе экспериментальных работ антенну сравнили с трехэлементной полноразмерной антенной. В 90 случаях из 100 антенна с четырьмя элементами показывала лучшие результаты, чем полноразмерная антенна.
22. Размеры и исполнение многоэлементных рамочных антенн.
При изготовлении многоэлементных антенн следует стремиться к возможной оптимизации их параметров. Для двухэлементной антенны коэффициент усиления и КНД зависят как от расстояния между рефлектором и активным элементом, так и от размеров рефлектора. Как проверено на практике, оптимальный рефлектор для двухэлементной антенны должен быть на 5-6% длиннее ее активного элемента. Рефлектор можно выполнить сразу длиннее, а можно выполнить его и подстроечным (рис.78).
Первоначально рефлектор и вибратор выполняют одинаковых размеров, затем изменением длины рефлектора путем перемещения перемычки, настраивают антенну по максимальному усилению или по максимальному ослаблению заднего лепестка – эти настройки несколько не совпадают.
Усиление антенны в большой мере зависит от расстояния между рефлектором и вибратором (рис.79). Как видно из этого графика, приведенного во многих источниках (л.22.1, л.22.2), оптимальное усиление двухэлементной антенны будет при расстоянии вибратор-рефлектор 0,175l . Но антенна будет эффективно работать и при расстоянии, равном от 0,05 до 0,25 длины волны.
Это дает возможность создания таких антенн, как G4ZU и других, укороченных и удлиненных направленных рамочных антенн. Это может быть очень удобно при недостатке места, при размещении рамок вибратора и рефлектора на уже установленных мачтах или каких-либо других опорах.
Отношение излучения вперед/назад двухэлементной антенны может составлять по теории не менее 26 дБ, хотя на практике эта величина бывает ниже и обычно достигает около 24 дБ для квадратов, выполненных на каркасе из изоляционного материала, и может быть не лучше 20-22 дБ для антенны, в конструкции которой задействованы металлические несущие элементы. Металл внутри рамок поглощает и переотражает электромагнитную энергию, что ухудшает характеристики антенны.
К ухудшению характеристик рамочных антенн ведет размещение нескольких антенн на одной траверсе. А если еще используется питание всех рамок через один кабель, то добиться отношения излучения вперед/назад лучше 20 дБ вряд ли удастся. Здесь можно попытаться использовать поляризационное разделение внутренних рамок (л.22.1), но в этом случае коаксиальный кабель, идущий от неиспользуемой в данный момент рамки, необходимо нагружать на какую-либо переменную реактивность – катушку или конденсатор или их систему, и согласовывать эту антенну по минимуму влияния на рабочую.
Как было сказано выше, добавление лишнего директора повышает коэффициент усиления двухэлементной антенны примерно на 2 дБ, а 3-х и более элементной антенны примерно на 1 дБ. График расстояния оптимального расположения директора относительно рефлектора почти совпадает с графиком, приведенным на рис.79, с той лишь разницей, что максимум усиления будет на расстоянии, равном 0,2 длины волны. Периметр директора трехэлементной антенны должен быть на 2,5-3 % длиннее; для четырех и более элементной антенны рефлектор длиннее на 2,5-3 %, а директоры короче на 2 % активной рамки.
Таблицы оптимальных размеров рамочных многоэлементных антенн приведены на рис.81. Конечно, можно жестко не придерживаться расстояния между вибраторами, имея в виду рис.79, следует также помнить, что лучше всего выполнять пассивные элементы антенны подстроечными. Это дает возможность точно настроить антенну по максимуму коэффициента усиления в реальных условиях.
Иногда используют упрощенные пассивные элементы, выполненные в виде диполей (рис.80).
Рамка при использовании таких диполей будет иметь меньшее усиление и больший уровень заднего излучения, чем при использовании пассивных рамочных элементов. Следует правильно размещать пассивные диполи для реальной рамочной антенны, имеющей преобладающую вертикальную или горизонтальную поляризацию. В общем случае, при питании перпендикулярно горизонтальной стороне поляризация будет горизонтальной, при питании перпендикулярно вертикальной стороне поляризация будет вертикальной. Следует также учитывать, что было сказано выше о поляризации рамок с низким подвесом. Размеры диполей для рефлектора и директоров должны быть вдвое меньше периметра соответствующей пассивной рамки. Желательно также и для диполей предусмотреть возможность регулировки их размеров.
Возможно использование и других резонансных элементов в качестве пассивных элементов (рис.80).
23. Многоэлементные рамочные антенны с открытыми рамками.
Все, что касается закрытых рамочных многоэлементных антенн относительно размеров их пассивных элементов и расстояния между ними, верно и для открытых рамочных антенн.
Для получения размеров открытой рамочной антенны необходимо все размеры пассивных и активных элементов умножить на два. Входное сопротивление такой антенны также будет достаточно велико, и для ее питания и симметрирования необходимо использовать все методы, описанные для согласования выше.
Усиление открытой рамочной антенны будет выше закрытой примерно на 2-3 дБ. При использовании для ее питания двухпроводной линии и согласующего устройства, такую антенну можно согласовать в более широком диапазоне частот, чем закрытую рамочную антенну.
Но в то же время такая антенна требует большего расхода материалов по сравнению с закрытой рамочной антенной и больше места для её установки.
24. Двухэлементная антенна G4ZU.
Эта антенна (л. 24. 1. рис.82) имеет ещё одно название - “птичья клетка”, за её внешний вид. Но по позывному впервые предложившего её радиолюбителя, её также называют “квадратная антенна G4ZU”.
Как видно из рисунка, здесь центры рефлектора и излучателя находятся на очень близком расстояние друг от друга – на практике получается 50-20 см, в зависимости от диапазона. За счёт этого неоптимального расположения такая антенна имеет реальный коэффициент усиления – около 6-7 дБ, и ослабление заднего лепестка около 20 дБ.
Для этой антенны требуется всего лишь одна мачта, более того, верхние части антенны (на рис.82 обозначены “О”) имеют нулевой потенциал и, следовательно, могут быть заземлены, что ещё более упрощает конструкцию антенны. При проектировании G4ZU на НЧ диапазоны мачта делается немного выше квадратов и используется для крепления оттяжек (рис. 83). Часто внутри квадратов на НЧ диапазоны помещают квадраты и для ВЧ диапазонов. Можно использовать для этих целей не только квадраты, но и другие рамки: UA1ZAS (л. 24.2) рекомендует использовать дельты для построения G4ZU. Периметр рамок должен соответствовать указанному ранее для двухэлементных антенн. Желательна возможность подстройки рефлектора. Поскольку средняя точка G4ZU заземлена, изменять направление излучения системы можно коммутацией шлейфа и подключения настроечной линией рефлектора (л. 24.3).
Схема такой антенны показана на рис.84. С помощью реле к одной рамке подключают кабель питания, а к другой – удлиняющую линию, и можно менять направление излучения антенны на 360° фиксированно через 90° . Эта антенна должна находиться по возможности в свободном от посторонних предметов пространстве, чтобы исключить их влияние на работу антенны, которое будет проявляться в ее рассимметрировании, и, следовательно, длина настроечного шлейфа будет неоптимальной для каждой из ее сторон излучения.
На принципе питания через симметричное гамма-согласование основана конструкция антенны HB9CV (л.24.1). В ней заземлены уже все точки, имеющие минимум напряжения (рис.85). Эту антенну часто выполняют с уменьшенным расстоянием между вибраторами (рис.86). Коэффициент усиления такой антенны еще меньше, чем G4ZU, и составляет 5-6 дБ. Размеры рефлектора и излучателя соответствуют указанным для многоэлементных антенн, хотя лучше сделать рефлектор с возможностью подстройки его длины.
Антенну G4ZU лучше всего питать 75-омным кабелем (хотя, с некоторым ухудшением ее работы, подойдет и 50-омный), приняв самые серьезные меры по его симметрированию. Можно питать и через симметричное гамма согласование, описанное здесь ранее. Размещать антенну следует как можно выше над землей.
25. Расположение рамочных антенн относительно других предметов.
Рамочные антенны излучают как вертикально, так и горизонтально поляризованную волну. В зависимости от того, какая из них преобладает, выбирают место установки антенны. Крайне важно, чтобы в лепестке диаграммы направленности антенны не было предметов, реагирующих на преобладающую поляризованную составляющую ЭМВ, излучаемую антенной, или чтобы эти предметы находились на расстоянии не менее двух длин волны или, в крайнем случае, на расстоянии, равном половине периметра антенны. Посторонние предметы, переизлучая ЭМВ энергию, могут серьезно исказить диаграмму направленности антенны, вызвав провал в ее лепестке излучения. Особенно это касается многоэлементных антенн с узкой диаграммой направленности. В провале диаграммы направленности рамочной антенны посторонние проводящие предметы могут находиться на расстоянии не менее четверти длины волны работы антенны. В принципе возможно размещение внутри рамки какой-либо малогабаритной антенны – магнитной рамки или штыря, хотя это и несколько ухудшит параметры обоих антенн. Для растяжек рамочных антенн желательно использовать неметаллические оттяжки – синтетическую негниющую веревку, толстую рыболовную леску. Металлические оттяжки могут стать причиной TVI при плохой фильтрации сигнала передатчика и вообще при больших уровнях сигнала, подводимого к антенне.
Рамочные антенны менее капризны в установке, чем дипольные антенны, и допускают свою установку в таких условиях – малая высота подвеса и большая насыщенность мешающими предметами территории их установки – когда установка диполя неэффективна. Это происходит потому, что дипольная антенна разомкнута, и даже небольшое количество проводящих предметов может изменить емкость концов диполя, и, следовательно, изменить его резонансную частоту. Рамочная антенна замкнута, разомкнутая же рамочная антенна является “квазизамкнутой” – т.е. ведет себя как закрытая рамка по отношению к различным дестабилизирующим предметам. Это позволяет подходить к размещению рамочных антенн менее строго, чем в случае дипольных и штыревых антенн.
26. Влияние атмосферных воздействий на рамочную антенну.
Рамочные антенны, особенно открытые, являются одними из самых опасных антенн с точки зрения статического электричества. Вследствие своих значительных линейных размеров и обычно более высокого расположения относительно других антенн, они являются целью для удара молнии и собирателем статического электричества. Это особенно заметно в предгрозовой и грозовой период, а также в сухую зимнюю погоду. Антенна при работе на прием дает много QRM. Если же антенну изолировать от электротехнической “земли”, т.е. вынуть кабель из разъема, то статический заряд, накопленный антенной, выразится в искрах, и довольно значительных, проскакивающих между оплеткой коаксиала и “землей”. Чтобы этого не происходило, необходимо заземлять оплетку коаксиала, и лучше, если это будет сделано на крыше. На крыше оплетку коаксиала следует заземлять через резистор 10-100 кОм мощностью 2 Вт либо через ВЧ-дроссель. Это предотвратит дополнительное рассимметрирование антенны. Хорошим методом защиты антенны от статики является заземление точки полотна нулевого потенциала на мачте размещения антенны. Безопасными антенными являются антенны типа G4ZU, полотно которых заземлено на мачте.
Особое внимание следует обратить на установку разомкнутых рамочных антенн. Для этого необходимо ознакомиться с л.26.1. Открытый незаземленный ус рамки может явиться причиной выхода из строя выходных транзисторов передатчика. Накопленный заряд (он накапливается в погонной емкости коаксиала) может разрушить верхний изолятор, если оплетка кабеля не будет заземлена. Иногда возникает периодический пробой этого изолятора, который может выражаться в сильных QRM приему, и даже может стать причиной TVI.
ЛИТЕРАТУРА.
Беньковский З., Липинский Э.: Любительские антенны коротких и ультракоротких волн. М., Радио и связь,1983.
В.Швыдкий (UH8CT): Антенна радиостанции UK8HAA; Радио № 7, 1972.
Г.Болотов, С.Жемайтис: Многодиапазонный вариант рамочной антенны; Радио № 2, 1989 г.
К.Сепп, А.Снесарев: КВ антенны “квадрат”; Радио № 6, 7, 1978 г.
J.L. Dietrich WAORDX: Loops and dipoles; A Comparative analisis QST, sept. 1985.
Рамка с 50-омным питанием; КВ-журнал № 1, 1992.
Г.З.Айзенберг и др.: Коротковолновые антенны. М.; Радио и связь, 1985.
И. Подгорный (UC2AGL): Антенный тюнер; Радиолюбитель № 1, 1991.
Г.И. Атабеков: Линейные электрические цепи., М., Энергия, 1978.
Ротхаммель К.: Антенны.; М.; Энергия, 1978.
Антенна “Мини квадрат”; (“За рубежом”, QST № 8, 1973), Радио № 10, 1973.
А. Голицин (UA9UR): Антенна для низкочастотных диапазонов; Радио № 2, 1973.
С. Бунимович: Малогабаритная квадратная антенна; Радио № 4, 1968.
Квадрат на 14 МГц; (“За рубежом”, RADCOM № 10, 1976), Радио № 4, 1977.
Е.Барановский, Э.Тумаркин: Диапазонная рамочная антенна; Радио № 6, 1969.
Антенна на 180-250 МГц; (“За рубежом”, Radioamateur № 12, 1959), Радио № 3, 1960.
К.Харченко: Проводники с укорочением в антеннах; Радио № 8, 1979.
К.Харченко: За зоной уверенного приема. Зигзагообразные антенны. Радио № 3, 1961. Телевизионные антенны; Радио № 4, 1961. Двойные зигзагообразные антенны; Радио № 8,1961.
К.Каллемаа (UR2BU): Ультракоротковолновые антенны; Радио № 8,1973.
К. Харченко: Еще раз о зигзагообразных антеннах; Радио № 11, 1962.
К Харченко: Высокоэффективные антенны на 430 МГц; Радио № 4, 1966.
К. Харченко: Широкополосная телевизионная антенна; Радио № 10, 1967.
Ю. Кондратьев: Антенна двойной треугольник; Радио № 2, 1974.
А. Новиков (UA0CAS), А. Бабин (UA0LAQ): Антенна с переключаемой диаграммой направленности; Радио № 6, 1974.
Глава 4. Ромбические антенны
Ромбическая антенна является дальнейшим развитием антенны Бевереджа. Читатель, внимательно прочитавший главу о них, понимает, что антенне Бевереджа присущи свои недостатки. Это – малый КПД, сильное влияние земли. Всё это устранено в ромбической антенне. Ромбическая антенна, как и антенна Бевереджа является антенной бегущей волны. В дальнейшем будем ее называть “Р.А”.
1. Переход от антенны Бевереджа к Р.А.
Относительно высокие характеристики антенны Бевереджа (или антенны бегущей волны-АБВ) при минимальных затратах на ее изготовление, послужили причиной попыток ее использования и в УКВ - диапазоне. Но УКВ антенны должны быть приподняты над землей для повышения дальности связи.
Простое поднятие АБВ над землей приводит к тому, что провод, который ранее был “земляным”, тоже начинает излучать (рис.1). КПД антенны в таком случае должен увеличиться примерно вдвое.
Приподняв антенну Бевереджа над землей, мы получили разные высоты под проводниками h 1 и h 2 . Такое расположение дает нам рассимметрирование антенны и искажение ее диаграммы направленности. Очевидный путь исправления такого положения – параллельное расположение проводников относительно земли (рис.2).
Чем выше над землей будет поднята антенна, тем меньше будет влияние земли на работу антенны. На практике доказано, что высота подвеса около длины волны уже почти полностью исключает влияние земли. Значит, подняв антенну, мы еще более увеличим ее КПД. Но то, что возможно на УКВ, в диапазоне КВ и СВ не всегда возможно, поэтому в этих диапазонах волн Р.А. подвешивается на той высоте, которую можно реально обеспечить для эффективной работы антенной системы.
Очевидно, что, выполнив антенну точно по рис.2, мы получим точки перегиба, где будет резко меняться волновое сопротивление антенны. Это может вызвать повышенный КСВ.
Но для увеличения интенсивности излучения ЭМВ необходимо увеличивать расстояние d между проводами полотна антенны. Из этого логически вытекает построение ромбической антенны как показано на рис.3. Это антенна, поднятая над землей на значительную высоту и образующая ромб. Она имеет коэффициент усиления и КПД гораздо выше антенны Бевереджа.
Исходя из реальных условий, которые обычно существуют при установке радиолюбительских антенн, ниже рассмотрим два варианта выполнения ромбических антенн – оптимальный и неоптимальный.
2. Неоптимальная ромбическая антенна.
Неоптимальная ромбическая антенна – это антенна, сторона ромба которой меньше половины длины волны и высота подвеса меньше четверти длины волны.
Скорее всего, именно такую антенну Вы сможете использовать на 160 и 80 метров. Входное сопротивление такой антенны все равно будет равно примерно 600 Ом. Неоптимальность ее заключается в том, что она будет иметь КПД около 10-20%, т.е. почти 80% мощности передатчика будет рассеиваться на нагрузочном резисторе. Угол излучения ЭМВ в вертикальной плоскости будет более 45° . В то же время эта антенна будет иметь подавление заднего лепестка не менее 10 децибел. Являясь неоптимальной, Р.А. на 160 и 80 метров эта антенна работает все равно эффективнее подвешенных на такой же высоте диполей, которые и необходимо настраивать и низких штырей, имеющих КПД в этих диапазонах на порядок ниже, чем Р.А.
Поэтому, если Вы имеете достаточное количество провода и подходящие точки опоры, то можно смело ставить Р.А. (рис.5), которая не нуждается в настройке и работает во всех любительских диапазонах. При переходе к верхним диапазонам неоптимальная антенна станет оптимальной.
3. Оптимальная Р.А.
Приведу данные расчета оптимальной Р.А. (1).
В такой антенне высота подвеса равна длине волны, сторона L равна 4 длинам волн, а угол b равен 120° (рис.3). Антенна с этими данными имеет подавление заднего лепестка не менее 20 децибел, угол излучения к горизонту в вертикальной плоскости не более 15° . Рекомендуемое сопротивление нагрузки составляет около 400 Ом. КПД такой антенны может достигать 90 %. При переходе к меньшим длинам волн характеристики антенны почти не меняются.
Понятно, что антенна для десятиметрового диапазона со стороной L длиной 40 метров и высотой подвеса равной высоте пятиэтажного дома 20 метров будет неоптимальной на 160 и 80 метров, но иметь уже очень хорошие параметры на 40- и 20-метровом диапазоне и превос-ходные параметры на остальных верхних диапазонах.
4. КПД, мощность.
На рис.4 показан рассчитанный мной КПД для ромбической антенны, приведенной на рис.3.
Поскольку в Р.А. существует режим бегущей волны и, вследствие этого, возможно ее оптимальное согласование с кабелем, она может выдержать большие мощности, подводимые к ней. Например, при выполнении такой антенны из провода диаметром 4-6 мм, она может выдержать мощность, подводимую к ней в 600-800 киловатт. Необходимо лишь так выбрать нагрузку, чтобы она выдержала мощность, рассеиваемую на ней. Для повышения КПД Р.А. Б.В. Брауде предложил ромбическую антенну с плавной трансформацией сопротивления. Формула для КПД АБВ (см. раздел “Антенна Бевереджа”), верна и для Р.А. Из нее видно, что еще один путь к повышению КПД антенны- это уменьшение сопротивления нагрузки. Но для подавления заднего лепестка необходимо согласование волнового сопротивления Р.А. с нагрузочным, а при больших расстояниях между проводами полотна волновое сопротивление равно около 600 Ом. В антенне Б.В. Брауде волновое сопротивление плавно трансформируется от высокого значения к низкому (рис.6).
Благодаря этому на конце нагрузки волновое сопротивление получается низким, уменьшается и среднее сопротивление антенны. Уменьшение сопротивления антенны, кроме увеличения ее КПД, позволяет также увеличить и КПД согласующих устройств. Недостатком такой антенны является то, что ее можно использовать только для работы в одном направлении.
Рекомендации по выбору и размещению нагрузки приведены в главе, посвященной антенне Бевереджа. Но в антенне Бевереджа нагрузка легко доступна, а в Р.А. она может быть труднодоступной при расположении ее прямо у полотна антенны. Для обеспечения доступа нагрузка и трансформатор подключаются к Р.А. через двухпроводную открытую линию (рис.7). Это необходимо потому, что в Р.А. возможно повреждение, как нагрузки, так и трансформатора и при прямом ударе молнии в антенну и при чрезмерной мощности, подводимой к Р.А. на ее неоптимальных частотах.
5. Диаграммы направленности Р.А.
Упрощенный график диаграммы направленностей в вертикальной плоскости для Р.А., показанной на рис.3, приведен на рис.8. Подробные графики диаграммы направленности для различных типов Р.А. приведены в Л.1.
В Р.А. с длиной L более 4 длин волн, на которых она работает, будут присутствовать боковые лепестки большой интенсивности (рис.9). Если радиолюбители могут с ними примириться, то для профессиональной связи они могут быть “лишними”.
Для борьбы с ними применяется двойная ромбическая антенна, предложенная Г.Айзенбергом. Такая антенна состоит из двух ромбических антенн, смещенных примерно на 0,25 L в горизонтальной плоскости относительно малой оси ромба и на 0,1 L в вертикальной плоскости (рис.10). При таком выполнении Р.А. боковые лепестки одной антенны попадают в минимум другой. При этом задние лепестки вычитающие, а передние складывающие. В результате этого уровень задних лепестков снижается, а передних возрастает. КПД двойной антенны несколько выше, чем одиночной.
В любительских условиях, двойную Р.А. выполнять нецелесообразно. Для переключения диаграммы направленности “вперед-назад” можно использовать способы, приведенные в главе об антенне Бевереджа.
6. Суррогатные ромбические антенны.
Если невозможно использовать ромб, поднятый на одинаковую высоту, для полотна Р.А., то можно использовать и суррогатные Р.А. Необходимо лишь, чтобы минимальная высота подвеса сторон Р.А. была не менее одного метра, на концах питания и нагрузки антенна “сходилась”, а в середине расширялась. Тупой угол b (рис.3) не должен превышать 120°. Примеры суррогатных антенн приведены на рис.11.
Антенны на рис.11а даже иногда используются и в профессиональной связи. Конечно, КПД и диаграмма направленности суррогатных Р.А. будут хуже, чем КПД и диаграмма направленности классической Р.А. Но, если невозможно установить нормальную Р.А., можно вполне обойтись и суррогатной.
7. Грозозащита Р.А.
Ромбические антенны вследствие своих значительных размеров и большой высоты подвеса сильно подвержены статическому электричеству и прямому попаданию молнии в полотно антенны. При использовании коаксиала для питания РА через трансформатор, накопленный антенной статический заряд может прожечь трансформатор и повредить радиоаппаратуру. Для снятия статического заряда используются обычные меры – заземление полотна антенны через резистор сопротивлением 10-50 КОм и мощностью свыше 5 Ватт на надежную электротехническую “землю”. При прямом попадании молнии такой резистор может сгореть. Для защиты резистора от перенапряжения в антенне используют разрядники (рис.12).
Простейший самодельный разрядник – это подстроечный конденсатор марки КПВ с немного введенными внутрь пластинами и зазором между ними около 0,5-1мм. Его необходимо защищать от влаги.
8. Влияние на работу Р.А. посторонних предметов.
Если посторонние предметы находятся на расстоянии более метра от полотна Р.А., можно не обращать на них внимание. Они исказят Д.Н. антенны, но на ее входное сопротивление, а значит, на согласование с линией питания повлияют мало.
Проблема в том, что сама Р.А. излучает интенсивную ЭМВ, имеющую как вертикальную, так и горизонтальную составляющую.
Между проводами полотна антенны существует сильное электромагнитное поле. Вследствие этого ромбическая антенна наведет значительные токи в вертикальных и горизонтальных проводах, расположенных внутри нее и на большом удалении от нее. Это может стать причиной TVI и радиопомех. Избавиться от них практически невозможно. Посторонняя антенна, находящаяся внутри полотна Р.А. будет работать плохо. Это относится ко всем типам антенн – и к штыревым, и к дипольным, и к рамочным. Лишь в одном случае можно не обращать внимание на внешнюю Р.А. – если расстояние от внутренней антенны до полотна Р.А. не менее длины волны, на которой работает внутренняя антенна. Можно попытаться уменьшить влияние внешней Р.А. на внутреннюю антенну путем подключения к фидеру питания Р.А. емкости, индуктивности и комбинации того и другого, так как это рекомендовалось в главе, посвященной магнитным антеннам.
РАДИОЛЮБИТЕЛЬСКИЕ КОНСТРУКЦИИ Указатель описаний
Библиографический указательВы хотите собрать радиоприемник или несложный телевизор. Ваш друг, опытный радиолюбитель, интересуется электромузыкальными инструментами. А Ваш сын увлекается радиоспортом и ему нужна схема радиоприемника для «охоты на лис».
Антенны. антенны 2 антенны 3 антенны 4
Антенна LW
Считаю необходимым опубликовать описание антенны LW-82 м (в просторечии - веревка). Дело в том, что эта антенна, при минимальных затратах – отсутствии фидера, отсутствии необходимости выхода на крышу (достаточно жить на 2 этаже и иметь точку подвеса на расстоянии более 80 м от Вашего дома) имеет очень неплохие параметры и позволяет начать работать на интереснейших диапазонах 160, 80, 40 м.
Описание подобной антенны есть также в книге «Антенны КВ-УКВ» авторов Беньковского, Липинского, рис. 5-20. Очень важное примечание: тюнер для этой антенны должен иметь хорошее радиотехническое заземление, а это только четвертьволновые противовесы на каждый диапазон, в худшем случае, система теплоснабжения Вашего дома. Схема простейшего тюнера для такой антенны представлена ниже:
Катушка L1 намотана на каркасе диаметром 40 мм проводом диаметром 1-1,25 мм и содержит 50 витков при длине намотки 70 мм. Катушка имеет отводы от 13-го витка (диапазон 40 м), считая справа и от 23-го витка, считая справа (диапазон 80 м); когда отводы не используются, вся катушка работает на диапазоне 160 м. Естественно, правее 13-го витка можно наделать отводов для диапазонов 20, 15, 10 м. Отводы указаны приблизительно по данным В.А. Суворова (UA4NM). У вашего тюнера, естественно, витки придется подбирать индивидуально по КСВ-метру включенному до тюнера или, в простейшем случае, по максимуму шума эфира на данном диапазоне или по неоновой лампочке на передачу.
Владимир Казаков
Эффективная балконная антенна на 145 мгц
Мне понадобилась универсальная антенна, с хорошими характеристиками для работы в разных условиях на 145МГц, например из дома, когда нет возможности установить антенну на крыше, из автомобиля, на стоянке и конечно в походе. Перебрав разные конструкции, я остановился на двух элементной направленной антенне. Несмотря на простоту (я бы даже сказал: банальность) конструкции, у нее много приемуществ, а простота изготовления, позволяет назвать ее "конструкцией выходного дня".
На фотографиях вы видите, как эта антенна установлена у меня на балконе. Конструкция получилась крепкой, дождь и сильный ветер ей не страшны. До этого, на балконе, у меня стояли несколько разных антенн: зигзаг без рефлектора, фирменные A-100 и A-200, но именно эта конструцию доказала свою эффективность, поэтому остальные антенны я убрал, за ненадобностью. При установке на крыше, 2 эл. на 145 МГц не прогрывают коллинеарной антенне 3x5/8, я проверял A-1000 длиной 5 метров. При тестировании, на расстоянии 50км, сигнал от A-1000 и 2х элементной антенны был одинаковым. Так и должно быть потому что, A-1000 имеет реальное усиление примерно 4дб, а описанная здесь 2х эл. антенна 4.8дб. Она всегда выигрывала у любых автомобильных антенн типа: 1/4, 1/2, 5/8, 6/8, 2x5/8. Если две такие антенны сфазировать вместе, они уверенно выигрывают у A-1000. Проверьте сами и убедитесь в этом.
Рассмотрим конструкцию, она очень простая (хотя возможно и не красива внешне, я ее сделал за 40 минут) и состоит из рефлектора длиной 1002 мм и разрезного вибратора длиной 972 мм (разрыв для кабеля 10 мм). Расстояние между рефлектором и активным элементом, примерно 204 - 210мм. Сами элементы выполнены из 4мм проволоки в изоляции. Если у вас провод будет другой, нужно скорректровать размеры. Места пайки, залепите сырой резиной, чтобы влага не попадала. КСВ от 144 до 146МГц, примерно 1.0 - 1.1, измерения проводились прибором SWR-121.
Входное сопротивление антенны 12.5 ом, для оптимального согласования с кабелем 50 ом, я использовал трансформатор сделанный из двух кусков пятидесятиомного кабеля. Они должны иметь одинаковую длину по 37 - 44см (при настройке подберите точнее) каждый. Оба куска кабеля, нужно прижать друг к другу по всей длине. Вот собственно и все. Рекомендую эту антенну всем, вместо штырей, зигзагов, фирменных коллинеарных антенн и прочей гадости, на которых пишут явно завышенное усиление! Если сравнивать ее с двумя квадратами, то при примерно равном усилении, на два квадрата вам понадобится 4 метра проволоки, а на эту антенну только два. Для двух квадратов, нужна будет более крепкая палка, потому что они будут заметно тяжелее. Разница в усилении составляет 0.3 дб, что совсем несущественно при реальных QSO, зато подавление по бокам и сзади у 2 ел. антенны значительно меньше и это тоже плюс, нам ведь нужна круговая диаграмма направленности.
Вариант с большим усилением
Многие спрашивают, как еще более поднять усиление описанной антенны и при этом сохранить широкий лепесток. Веть при добавлении элементов, будет не только расти усиление, но и сильно сужаться лепесток. Все очень просто, нужно сфазировать несколько однотипных антенн. На рисунке показано как это сделать. Проще всего сфазировать 2 или 4 антенны, разносить их нужно только по вертикали, потому что, горизонтальный разнос, также сузит главный лепесток. Поскольку описанная антенна обладает слабой направленностью, вы получите антенну с больщим усилением и практически круговой диаграммой. Еще один важный плюс соединения нескольких однотипных антенн, это улучшение качества приема мобильных станций, находящихся в движении. Да, да, на эту простую конструкцию мобильные станции будут приниматься значительно лучше чем на различные фирменные штыри длиной 5 - 7 метров (типа А-1000, 3x5/8 и др.). Также рекомендую ставить такие антенны в городах которые окружены со всех сторон горами. Теперь многочисленные "отраженки", возникающие в таких местах, будут работать на вас. В таких условиях 2 х 2 реально будет выигрывать у "солидных" многоэлементных антенн. Реальное усиление конструкции из двух антенн, примерно 7.3дб. Но учтите, что принимать она будет лучше чем одиночная антенна с реальным усилением 8-10дб. Четыре сфазированные антенны, будут иметь усиление 12.3 дб, при этом направленность будет практически круговой! Никакая одиночная антенна не сможет тягаться с ней!
Походный вариант
Через некоторое время, был сделан разборный вариант антенны, для походов и экспедиций. Испытания в полевых условиях, подтвердили хорошую её эффективность, она не уступает коллинеарным антеннам длиной 3 - 5 метров (2x5/8 или 3x5/8) при дальности до 50 км и выигрывает у них на дистанциях от 90 км и более. На фотографии, показан походный вариант антенны, в разобранном виде. Для сборки антенны, требуется 30 секунд. В качестве бума, используется водопроводная пластиковая труба, длиной 510 мм и диаметром 21 мм. Размеры элементов, были немного скорректированы, потому что использовалась другая проволока. Для такой маленькой антенны, всегда найдется место в вашем рюкзаке, да и на больших высотах, в горах, вам не придется прикладывать чрезмерные усилия для ее удержания (кто был на 4000 и выше, знает о чем я говорю). Весть кабель и трансформатор находятся внутри пластиковой трубы, это защищает их от случайных обрывов и влаги. Антенну можно отремонтировать прямо в походе, погнутые элементы достаточно выпрямить рукой и тд.
Вариант 50-омной антенны
По просьбам "лентяев", которые не хотели делать трансформатор, я рассчитал антенну с сопротивлением 50 ом, для непосредственного соединения с кабелем идущим к радиостанции. Внешний вид остался прежним. Кабель подключается к активному элементу напрямую, для улучшения симметрирования, рекомендую сделать один виток вокруг ферритового кольца, как можно ближе к месту пайки. Усиление, этого варианта антенны, несколько меньше и составляет приблизительно 4.3 дбд. Размеры даны для проволоки диаметром 4 мм, если у вас другой материал, нужно скорректировать размеры. Расстояние между рефлектором и активным элементом, нужно подобрать точнее, в пределах 415 - 440мм, до получения минимального КСВ.
Простая трехдиапазонная антенна
Антенна работоспособна в диапазонах 40, 20, и 10 метров. В качестве согласующего элемента применен трансформатор на ферритовом кольце марки ВЧ-50 сечением 2,0 см. Число витков его первичной обмотки - 15, вторичной - 30, провод - ПЭВ-2 диаметром 1 мм.
При применении другого сечения надо заново подобрать число витков воспользовавшись схемой, приведенной на рисунке.
В результате подбора необходимо получить минимальный КСВ в диапазоне 10 м. Изготовленная автором антенна имеет КСВ:
1,1 - на диапазоне 40 м;
1,3 - на диапазоне 20 м;
1,8 - на диапазоне 10 м.
В.Кононович (UY5VI). "Радио" №5/1971 год
Комнатная антенна на 20 метров
L1=L2=37 витков на каркасе диаметром 25 мм и длиной 60мм провода диаметром 0,5 мм. J1-разьем в небольшом пластиковом корпусе.
Компактный антенный тюнер
Схема работает отлично и согласует антенну от 80-ки до 10-ки. Потерь в тюнере при проверке на 50 Ом нагрузку на удивление не обнаружил совсем. Что в обход 100 Вт,что через настроенный тюнер 100 Вт,на всех диапазонах от 80-ки до 10-ки....Катушка,хоть и компактная но холодная... Резонанс довольно острый,и этот тюнер прекрасно можно использовать как преселектор.
С SW-2011 вообще классно все работает,т.к. в нем нет ДПФ и тюнер играет роль преселектора,что очень благоприятно сказывается на качестве приема.Применять «амидоновские» кольца,как делают на «западе» многие в этих тюнерах не рекомендую – они и дороги,и греются (вносят потери) .Просто нет смысла. Обычная катушка на пластиковом каркасе намного
лучше. По опыту –диаметр каркаса для мощности до 100 Вт не имеет особого значения – проверил от 50мм до 13 мм в последнем варианте. Никакой разницы.Главное выдержать общую индуктивность катушки около 6 мкГн,и пропорционально пересчитать отводы (или подобрать конкретно под свою антенну)
Критичным компонентами являются КПЕ. При малом зазоре их «прошивает» ,т.к. напряжение на них достигает сотен вольт. Но тем не менее, даже с малогаборитными конденсаторами я добился нормальной работы (без пробоев на 3,5 и 7 МГц как было у меня сначала) введением тумблера SW2 ,который переключает отвод выхода антенны на диапазонах 3,5 и 7 МГц к большей части витков катушки. Этим достигается снижение напряжения на конденсаторах при настройке тюнера.
Укороченная вертикальная антенна
Вертикальная антенна, описание которой приведено ниже, предназначенная для работы на 80 м диапазоне, имеет полную высоту несколько более 6 м.
Основой конструкции антенны является труба 2 диаметром 100 мм и длиной 6 м, выполненная из диэлектрика (пластика). Внутри трубы для придания ей механической прочности расположен деревянный брусок 3 с распорками 4, которые соприкасаются с внутренней поверхностью трубы. Антенна установлена на основании 7.
На трубу наматывают примерно 40 м медного одножильного провода 5 диаметром 2 мм, имеющего влагостойкую изоляцию. Шаг намотки выбирается из расчета, чтобы весь провод был равномерно намотан на трубу. Верхний конец провода припаивают к латунному диску 1 диаметром 250 мм, а нижний - через конденсатор переменной емкости 6 соединяют с центральной жилой коаксиально кабеля 8. Этот конденсатор должен иметь максимальную емкость около 150 пФ и по качеству (номинальное напряжение и т.д.) не должен уступать конденсатору, используемому в резонансном контуре выходного каскада передатчика.
Как и всякая вертикальная антенна, эта антенна требует наличия хорошего заземления или противовеса 9. Настройка и согласование антенны с фидером производится изменением емкости конденсатора 6, а при необходимости изменением длины провода, намотанного на трубу.
Добротность такой антенны выше и, следовательно, ширина ее полосы пропускания уже, чем у обычного четвертьволнового вибратора.
Построенная радиолюбителем WA0WHE подобная антенна с противовесом из четырех проводов имеет КСВ до 2 в полосе пропускания шириной около 80...100 кГц. Питание антенны осуществляется по коаксиальному кабелю с волновым сопротивлением 50 Ом.
Ground Plane на 5 КВ диапазонов
Предлагаемый вариант антенны можно отнести к разряду «конструкций выходного дня», особенно для тех коротковолновиков, которые уже имеют на своей станции «GROUND PLANE» на 20-метровый диапазон. Как видно из рисунка, в центре антенны расположена дюралюминиевая труба диаметром 25…35 мм, выполняющая функции несущей мачты и вертикального четвертьволнового элемента на диапазон 20 м.
На расстоянии 402 см от основания трубы двумя винтами М4 зафиксирована стеклотекстолитовая пластина размерами 60x530x5 мм. К ней
прикреплены концы четырехпроволочных (диаметром 3 мм) вертикальных элементов, электрическая длина которых соответствует четверти длины волны для середины диапазонов 17, 15, 12 и 10
м.
К нижнему концу трубы двумя винтами М4 привинчена стеклотекстолитовая пластина размерами 180x530x5 мм. Под нижний край трубы подложена алюминиевая пластина размерами 15x300x2 мм с пятью отверстиями диаметром 4,5 мм, через которые пропускают пять винтов М4, использующиеся для крепления проволочных элементов и трубы. Чтобы был лучший электрический контакт, между винтами крепления трубы и любым ближайшим проволочным элементом вставляют отрезок медного провода.
На расстоянии 50 мм от алюминиевой пластины закрепляют еще одну такую же по размерам, но имеющую 6-12 отверстий, которые используют для крепления радиальных противовесов (по шесть на каждый диапазон).
Антенну питают по коаксиальному кабелю с волновым сопротивлением 50 Ом.
Размеры всех элементов и противовесов указаны в таблице. Расстояние между вертикальными элементами 100 мм. Из-за парусности антенны ее фиксируют двумя ярусами капроновых оттяжек. Первый ярус закреплен на расстоянии 2 м от основания трубы, второй - на расстоянии 4,1 м.
Если имеется «GROUND PLANE» на 40 м, то, используя описанный принцип, можно создать 7-диапазонную антенну.
Комнатная широкополосная...
Широкополосная комнатная активная рамочная антенна С. ван Руджи повышает эффективность приема радиостанций всех KB диапазонов
(3-30 МГц) примерно в 3-5 раз по сравнению с телескопической. В связи с тем, что рамочные антенны чувствительны к магнитной составляющей электромагнитного поля, электрические помехи, создаваемые
различными бытовыми приборами, оказываются немаловажно ослабленными.
Помехозащищенные коротковолновые приемные
антенны
(Обзор материалов из журнала "QST ", 1988 г.)
Многие любители дальнего радиоприема на коротких волнах, а также коротковолновики, интересующиеся проведением DX -радиосвязей, особенно на НЧ KB диапазонах и имеющие в своем распоряжении лишь антенну GP с вертикальной поляризацией, часто сталкиваются на практике с проблемой обеспечения помехозащищенного радиоприема. "Причем в условиях крупных промышленных городов, она является наиболее значительной. Сигналы DX радиостанций часто бывают довольно малы, в то время как напряженность поля индустриальных, атмосферных и т.п. помех в точке приема может быть достаточно высокой. При этом необходимо решить следующие проблемы:
1 - ослабление этих помех на входе РПУ при наименьшем ослаблении полезного сигнала;
2 - обеспечение возможности приема радиосигналов во всем коротковолновом диапазоне, т.е. широкополосности антенно-фидерного устройства;
3 - проблему обеспечения достаточной площади для размещения антенны вдали от источников дополнительных помех. Значительного уменьшения уровня атмосферных, индустриальных и т.п. помех можно добиться путем применения специальных приемных антенн с низким уровнем шума. В литературе они именуются "Low -Noise Receving antennas ". Некоторые типы подобных антенн уже были описаны в (1, 2, 3). В данном обзоре обобщены некоторые интересные результаты экспериментов в этой области, полученные зарубежными радиолюбителями.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ КОРОТКОВОЛНОВЫЕ ПРИЕМНЫЕ АНТЕННЫ С НИЗКИМ УРОВНЕМ ШУМА
Начав заниматься дальним радиоприемом на KB необходимо прежде всего подумать о хорошей псмехозащищенной антенне, это ключ к успеху. Как уже отмечалось, в задачу помехозащищенного антенного устройства входит возможно большая степень ослабления помех при наименьшем ослаблении полезногэ сигнала. Говорить об усилении приемной антенной полезного сигнала и особенно на НЧ KB диапазонах по известным причинам невозможно, т.к. такая антенна будет занимать достаточно много места и иметь выраженную направленность. В некоторых случаях для усиления принимаемого сигнала целесообразно применять предварительные усилители между РПУ и антенной, снабдив их ручной регулировкой усиления (1). Это относится и к антеннам, о которых речь пойдет далее. Эти антенны явяются модификацией антенны Бевереджа, классический вариант которой показан на рис.1а. Эта антенна широко используется в профессиональной KB радиосвязи и обладает некоторыми помехозащищенными свойствами. W 1FB проводил эксперименты с модификацией антенны Бевереджа и получил интересные практические результаты, которые он опубликовал в апрельском номере журнала "QST ". Некоторые коротковолновики сочли их за первоапрельскую шутку, в то время как другие, наоборот, дополнили эти результаты своим практическим опытом. На рис.1б. показана антенна с экзотическим названием "Snake " (что значит "змея"). Она состоит из длинного отрезка коаксиального кабеля, размещенного на земле или в траве. Дальний конец кабеля нагружен на безиндукционный резистор с сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля. Этот резистор необходимо поместить в изоляционную коробку и обеспечить ее герметизацию, что предотвратит попадание влаги в коаксиальный кабель.
Так как выполнить практически такую антенну для НЧ KB
диапазонов получается достаточно
дорого, ввиду высокой цены кабеля, W
1FB
предложил выполнить антенну из двухпроводного ленточного кабеля или
провода для телефонной или радиотрансляционной линии.
Волновое сопротивление таких линий различное и может
быть определено по таблицам, а также экспериментальным путем. При определении длины данной антенны необходимо, как и в первом случае, учитывать коэффициент укорочения. Антенна в виде двухпроводной нагруженной линии для диапазона 160 метров должна иметь длину около 110 метров. Разместить такую антенну над землей достаточно трудно, и W 1FB проложил кабель по периметру своего участка. При этом основные свойства антенны сохраняются, если вблизи нет посторонних предметов, которые могут повлиять на характеристику антенны и быть источником дополнительных шумов. Это могут быть системы заземления вертикальной антенны, различные металлические трубы, ограды и т.п. При размещении антенны по периметру участка ослабляются ее направленные свойства и она начинает принимать сигналы с различных направлений. В данной конструкции важно точно определить волновое сопротивление применяемой двухпроводной линии. Это необходимо для правильного расчета согласующего широкополосного трансформатора и нагрузочного резистора, сопротивление которого должно быть равно волновому сопротивлению применяемой линии. Коэффициент трансформации выбирают в зависимости от применяемого коаксиального кабеля. Он равен:
R H /R K -(N/n) 2
где: R H - сопротивление нагрузочного резистора, Ом;
R K - волновое сопротивление коаксиального кабеля, ОМ;
N - число витков обмотки трансформатора со стороны антенны;
N - число витков со стороны приемника (линии питания).
На рис. 1г. показана антенна, предложенная W 1HXU . Она располагается над землей и выполняется из ленточного кабеля с волновым сопротивлением 300 Ом. Для ее настройки применен переменный конденсатор емкостью до 1000 пф. Конденсатор подстраивают по наибольшему уровню принимаемого сигнала. На рис.1 д. показана антенна типа "Snake ", выполненная из коаксиального кабеля, имеющего длину немногим более 30 метров, который уложен в землю. Дальний конец кабеля имеет соединение между центральной жилой и оплеткой. На "приемном конце" оплетка ни с чем не соединяется. Эту антенну испытывал W 1HXU и получил хорошие результаты в диапазонах 30, 40 и 80 м.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При выполнении антенн с низким уровнем помех следует учитывать, что они достаточно сильно ослабляют полезный сигнал, поэтому применение антенн из коаксиального кабеля оправдано лишь в случаях очень высокого уровня
индустриальных помех в точке приема. Как уже отмечалось, в этих случаях
целесообразно применение дополнительных усилителей. Антенны, выполненные из двухпроводной симметричной линии в ленточном диэлектрике обладают меньшим ослаблением полезного сигнала и дают более уверенные результаты. Следует также учесть, что применение всех описанных выше антенн возможно только в случае наличия
в РПУ входа, рассчитанного на подключение антенн, имеющих волновое сопротиыление 50 или 75 Ом. Если такаго входа нет, то неоходимо применить дополнительную катушку связи, которую можно намотать поверх катушки входного контура РПУ для того КВ диапазона, на котором вы рассчитываете применять данные антенны. Число витков катушки связи составляет от 1/ 5 до 1/ 3 числа витков контурной катушки КВ диапазона. Схема подключения дополнительной катушки показана на рис.2.
Многодиапазонная антенна с переключаемой диаграммой
направленности
Проблема создания достаточно эффективной многодиапазонной антенны в условиях ограниченного пространства, требующей относительно невысоких затрат,
волнует многих радиолюбителей. Хочу предложить еще один вариант антенны "бедного радиолюбителя", удовлетворяющий этим требованиям. Она представляет собой систему слопперов с переключением
диаграммы направленности, работающую на диапазонах 3,5, 7, 14, 21, 28 МГц. В основу положен принцип работы антенн конструкции RA6AA и UA4PA. В моем варианте (рис 1) с вершины 15-метровой мачты
под углом около 30 40° к земле идут 5 лучей, которые одновременно выполняют роль верхнего яруса оттяжек Лучей может быть и больше, но желательно не менее 5. Общая длина каждого луча - 21 м, из
нее вычитается около 80 см на отвод к коробке реле и около 15 см на крепление изолятора в нижней части луча. Таким образом, реально длина каждого луча составляет около 20 метров. Антенна питается
коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 75 Ом длиной около 39,5 метра. Длина кабеля критична - вместе с длиной лучей она должна составлять 1 длину волны на диапазоне 80 метров. Все лучи в
исходном состоянии подключены к оплетке кабеля. Выбор необходимого направления производится непосредственно на рабочем месте, при этом соответствующее реле подключает луч выбранного направления к
центральной жиле кабеля. Как и у большинства направленных антенн, подавление боковых лепестков выражено сильнее, чем заднего, и составляет в среднем 2 3 балла, реже - 1 балл. Проводилось
сравнение с логопериодической антенной RB5QT , подвешенной на высоте около 9 м над землей в направлении восток-запад. На 7 МГц слоппера выигрывали в этих направлениях на 1- 2
балла.
Конструкция.
Мачта - телескопическая, от Р-140, стоит на земле без
дополнительного заземления, без диэлектрических вставок. Лучи - из полевого телефонного кабеля П-275 (2 провода по 8 стальных и 7 медных проводников в каждом), хорошо пропаяны с использованием
кислоты. Коаксиальный кабель 75 Ом. Возможно применение кабеля с любым волновым сопротивлением, а также открытой двухпроводной линии с сопротивлением 300 600 Ом. Реле применяется типа ТКЕ52 с
напряжением питания около 27 В с запараллеленными контактами, но можно применять и другие - исходя из мощности передатчика. Для питания реле применяется отдельный четырехпроводный кабель. Такая
схема (рис 2) позволяет питать 6 реле, у меня в силу местных условий стоит 5. Для переключения напряжений используются кнопки П2К с зависимой фиксацией Размеры антенны и линии питания можно
изменить в любую сторону, пользуясь формулой L2=(84,8-L1)*K, где L1 - длина одного плеча, L2 - длина линии питания; K - коэффициент укорочения (для кабеля - 0,66, для двухпроводной линии - 0,98).
Если получившейся длины линии недостаточно, в формуле вместо 84,8 необходимо подставить 127,2. Для укороченного варианта можно подставить в формулу 42,4 м, но в этом случае антенна будет работать
только на частотах выше 7 МГц.
Настройка. В настройке антенна практически не нуждается, главное - соблюдение указанных размеров лучей и кабеля. При проведении измерений ВЧ-мостом оказалось, что антенна резонирует в пределах любительских диапазонов, и ее входное сопротивление находится в пределах 30 400 Ом (см таблицу), поэтому желательно применять согласующее устройство. Я использовал рекомендованный UA4PA параллельный контур с отводами. В диапазоне 160 м данная антенна не работает - резонансная частота 1750 кГц выбрана для того, чтобы в остальных диапазонах резонанс находился в пределах диапазона.
| ЧАСТОТА | Zвх, Ом |
| 1750 | 20 |
| 3510 | 270 |
| 3600 | 150 |
| 7020 | 360 |
| 7100 | 400 |
| 10110 | 50 |
| 14100 | 260 |
| 14250 | 200 |
| 14350 | 180 |
| 18000 | 50 |
| 18120 | 50 |
| 21150 | 190 |
| 21300 | 180 |
| 21450 | 160 |
| 24940 | 59 |
| 25150 | 50 |
| 28050 | 160 |
| 28200 | 200 |
| 28500 | 130 |
| 29000 | 65 |
| 29600 | 30 |
