Всеволновая антена "бідного" радіоаматора

При проектуванні і експлуатації свого «антенного поля» доводиться постійно лавірувати на крихітному п'ятачку даху між ліфтовими будками, шахтами вентиляції, всілякими телевізійними, супутниковими та іншими антенами, різними кабельними комунікаціями, відкритої проводкою радіомовлення ... До того ж, слід враховувати дуже згубно діє всесезонну « жнива »🙂 і небезпечні стихійні явища природи - штормові шквали вітру, грозову активність. А чого вартий, скажімо, обмерзання ... До речі, взимку 2011 року з цим зіткнулися багато радіоаматори середньої смуги Росії. Досить одного більш-менш тривалого дощу при «мінусі» - навіть без вітру - як тут же ваша красуня антена, предмет колишньої гордості, прямо на очах перетворюється на безформний зледенілий грудку з понівеченого металобрухту, уламків склопластику і обривків проводів!

Напевно, до стихій ж варто віднести і нальоти представників рідного комунального господарства, а також інших «органів, можновладців». В першу чергу, природно, це стосується коротковолновіков, які проживають в стандартних багатоповерхових будинках.

Число щасливих володарів капітальних і надійних суперантени неухильно зростає, але поки не так високо, як хотілося б. В першу чергу капітал зазвичай витрачається на придбання «буржуйського апарату», а на покупку фірмової антени грошей вже не вистачає ...

Що ж тоді залишається робити середньостатистичному вітчизняному радіоаматори, у якого на дах свого будинку і доступу то вільного найчастіше практично немає? Але ж працювати в світовому ефірі хочеться, та ще бажано не аби як, а з максимально можливою ефективністю.

Ось і винаходяться ( «голота на вигадки хитра!») Різні дешеві альтернативні варіанти: віконні та балконні міні-конструкції, антени «для екстреної роботи», 🙂 «невидимі», «резервні», «одноразові» - мало не з тонюсенького мідного проводка, «на ґудзиках», як в епоху «шпигунської п'ятої категорії» ...

Вибрати оптимальну антену, виходячи з великої різноманітності форм і параметрів, а також конкретних місцевих умов, не завжди достатньо просто. Всі знають, що «хороша антена - кращий підсилювач». На жаль, далеко не всі можуть дозволити собі мати більше однієї антени, а вже по кілька на кожен діапазон - взагалі мрія ... Дехто змушений відмовитися від роботи, скажімо, на сусідньому з 7 МГц діапазоні 80 м тільки через те, що його «Інвертед» має там занадто високий КСВ. Втім, на жаль, буває і так, що на узгодження трансивера з антеною майже не звертається уваги. Особисто сам знаю досить курйозний випадок, коли один коротковолновік, замінивши старенького саморобного «Лаповка» на імпортний апарат, «причепив» його до звичної «мотузку», наївно вважаючи, що «там же є захист вихідних транзисторів ...».

У літературі неодноразово описувалися «антени бідного радіоаматора», проте всі вони далеко не найпростіші і зовсім не дешеві конструкції. На жаль, часом, через недогляд авторів описів, буває, не беруться до уваги і окремі важливі деталі - наприклад, довжина двухпроводной лінії або матеріал щогли, яку іноді неприпустимо виконувати металевою. Це ускладнює повторення конструкції недосвідченими колегами.

Початківці (а, втім, чого гріха таїти, також і деякі «закінчують», 🙂) радіоаматори використовують в основному найпростіші антени - «Delta Loop» діапазону 80м (до того ж, часто має невдале розташування і живити як було зручніше за місцем), «горезвісну» Inverted V та четвертьволновий Ground Plane ... Для роботи на інших діапазонах (а бажано б на всіх!) може застосовуватися та чи інша пристрій, що погодить. Результати роботи антени при цьому, в залежності від оптимізації на окремому діапазоні, варіюються від дуже хороших і до дуже поганих. Дехто з коротковолновіков навіть підбирає довжину кабелю для «поліпшення» КСВ ...

Однак все ж не варто забувати про суть, про те, що ніяке погоджують пристрої, яким би воно не було хитромудрим, не в змозі зменшити КСВ в фідері антени. З його допомогою можна домогтися ідеального узгодження тільки між нашою радіостанцією і самим согласующим пристроєм, розташованим на тому ж самому робочому столі в шеке. Головний досягнутий ефект тут в іншому - передавач, як то кажуть, «вдалося обдурити», і вихідний каскад видасть всю можливу потужність. Але втрати потужності безпосередньо в самому фідері нікуди не зникли.

Як неодноразово зазначалося, звичайний диполь з КСВ близько 1, призначений для діапазону 80м, на частоті 7 МГц (де він є вже хвильовим вібратором з вхідним опором близько 4ком) матиме КСВ близько 53, а в діапазоні 20 м отримуємо КСВ = 57. Припустимо, що за допомогою такого собі узгоджувального пристрою (тюнера) вдалося отримати КСВ між трансивером і СУ і на цих діапазонах також рівний 1. Але фідер-то все одно неузгоджені з навантаженням (випромінювачем). Застосувавши двухпроводную лінію, що має порівняно низькі втрати, на це можна було б закрити очі, і все-таки зі змінним успіхом працювати в ефірі, але тут відразу виникає інша проблема - а як же конструктивно підвести ту саму відкриту двухпроводную лінію до столу оператора? Чи не будеш адже раз у раз вибігати на балкон до встановленого там узгоджувального пристрою! Якщо є можливість пропустити провідники через вікно - це прекрасно. А якщо немає? Та й чи варто мати біля свого робочого місця певне ВЧ випромінювання? До того ж, пристрій, що для симетричного фідера незрівнянно складніше конструктивно і в налаштуванні, ніж згода пристрій для несиметричного навантаження.

Пропонований варіант антеною системи на основі розробки Олега Сафіулліна, UA4PA, вирішує більшість поставлених питань. Така антена аж ніяк не покликана замінити інші, набагато ефективніші конструкції, але може зацікавити тих радіоаматорів, які не мають достатніх ресурсів, вільної площі і відповідних опор для розвішування полотна антени.

Багатьох початківців коротковолновіков в базовому описі антени UA4PA часто відлякує необхідність установки на даху вертикального штиря висотою 11,2м і проблема розташування на обмеженому просторі під ним противаг такої ж довжини. Тим часом, в журналі «Радіо», в колишні роки чи не єдине джерело потрібної для радіоаматора інформації, давно була запропонована ідея про застосування даного способу узгодження до диполю, має практично будь-які розміри плечей. При цьому зазначалося, що за рахунок збільшення ефективної випромінюючої частини така антена навіть краще відносно короткого вертикала працює на низькочастотних діапазонах, а також сам диполь може бути з успіхом розташований і у вигляді Inverted Vee. На мою особисту радіостанції (позивний за радянських часів - UB5LEW) майже 20 років в якості надійного резерву з успіхом використовувався простий похилий промінь довжиною 35,5м з харчуванням з кінця, але за допомогою відповідного відрізка кабелю з'єднаний з согласующим пристроєм.

Сама ідея О.Сафіулліна отримала активно обговорювалася в радіоаматорських колах і на відповідних форумах в Інтернеті. Головним недоліком подібної антени її завзяті противники (втім, в основному «теоретики», навіть не ставили перед собою завдання практичних випробувань конструкції) називали роботу коаксіальногокабелю в режимі стоячої хвилі - мовляв, усім відомі комп'ютерні програми при аналізі втрат просто «жахаються» 🙂

Так, мабуть, для прихильників QRO, любителів «закачати кіловат», ця антена дійсно не підходить - кабель може просто розплавитися і вигоріти ... Однак для багатьох коротковолновіков, що задовольняються стандартної колебательной потужністю імпортного апарату в 100 Вт, втрати в кабелі, який функціонує в режимі 100% стоячій хвилі (в даному випадку це ж зовсім і не фідер, а частина самого антенного полотна, тільки лише майже не випромінює!), аж ніяк не такі страшні, як їх малюють!

Природно, втрати є в будь-якому реальному фідері, але їх можна в якійсь мірі знизити, використовуючи, наприклад, кабель з більш високим хвильовим опором або ж кращої якості.

Раніше я застосовував 100-омний кабель РК-100-4-31 діаметром близько 8 мм з подвійною опліткою і обмідненої сталевою жилою, а в даний час - РК-75-7-11. Для того щоб він, досить товстий і пружний, що не елозіл по робочому столу мініатюрним і легким коробкою узгоджувального пристрою, коротка частина лінії поблизу узгоджувального пристрою - довжиною приблизно до півметра - взагалі виконана з тонюсенького RG-58.

Незаперечна гідність способу узгодження, запропонованого Олегом Сафіулліним, - настройка всієї антеною системи для роботи на будь-якому діапазоні безпосередньо на робочому столі коротковолновіка. При цьому між трансивером і погодився пристроєм (а далі - починається сама антена!) Легко досягається КСВ = 1, тобто вихідний каскад видасть «на гора» всі 100% покладеної потужності, а єдиний КПЕ дозволяє при необхідності миттєво підлаштувати антену точніше і на краях діапазонів.

До недоліків такого узгоджувального пристрою можна віднести лише необхідність підбору відводів в котушці коливального контуру, а також обмеженість застосування - виключно з однієї даної антеною в її конкретному виконанні і розташуванні. Будь-які спроби застосувати готове пристрій, що погодить з будь-якої іншої антеною обов'язково приведуть до появи певної неузгодженості, і неминуче буде потрібно повна перенастроювання всього пристрою.

Окремі радіоаматори, встановивши вертикальний випромінювач висотою 11,2м і підключивши його через коаксіальний кабель довільної довжини і пристрій, що Т-образного типу (наприклад, фірми MFJ), добилися чудових результатів. Що ж, чудово! Тільки не слід стверджувати, що в даному випадку нібито використовується «антена UA4PA», не помічаючи при цьому, що від самої ідеї узгодження «по Сафіулліна», крім довжини штиря, нічого не залишилося ...

Схема СУ приведена нижче (для спрощення показані відводи тільки для одного діапазону) і будь-яких особливостей не має - звичайний паралельний коливальний контур (як і в оригіналі антени UA4PA) з індикатором протікає в антені струму.

Порівнюючи пропоноване пристрій, що погодить з широко поширеними Т-образними, Г-подібними і П-образними согласователями, легко помітити виграш по ергономічності (один перемикач діапазонів та всього одна ручка плавної настройки) і за габаритами. Втім, як то кажуть, і тут можливі варіанти, аж до застосування роликових варіометрів.

Сама антена являє собою «уроненную вниз» одним кінцем відому конструкцію G5RV з двухпроводной повітряною лінією.

Розміри вібратора (матеріал - біметал мідь / сталь діаметром 2 мм) - загальною довжиною близько 31м - обрані виходячи з наявних можливостей розміщення на місцевості. Верхня частина безпосередньо активного полотна являє собою щось на кшталт вертикала (на жаль, в якійсь мірі наближеного верхнім кінцем до стіни панельного дев'ятиповерхового будинку - а куди тут дінешся?), А друга половина - відповідно, противаги. Двухпроводная лінія, що йде до балкону, і далі, без будь-яких хитрощів, сам кабель (природно, з урахуванням коефіцієнта укорочення) доповнюють довжину всієї системи до необхідних 42,5 м.

Розміри лінії - довжина кожного провідника по 10,4м, матеріал - мідний дріт діаметром 1,8 мм, ізоляційні розпірки, встановлені через кожні 30 см, виконані з листового фторопласта товщиною 3 мм. Відстань між провідниками не критично, і для хвильового опору 200 - 400 Ом знаходиться в межах 50 - 150 мм (в моїй антені - 50 мм).
При цьому: а) відсутні додаткові втрати на ділянці «балкон - центр полотна» за рахунок заміни коаксіальногокабелю повітряною лінією, і б) є досить комфортне продовження антенно-фідерного пристрою безпосередньо по квартирі (в моєму випадку - в наступну від балкона кімнату) коаксіальним кабелем.

Єдиний критичний параметр - це необхідна довжина відрізка кабелю від двухпроводной лінії до узгоджувального пристрою, яка розраховується за формулою:

Надлишок в будь-якому зручному місці можна згорнути в бухту. Сам О.Сафіуллін вказував на бажаність застосування кабелю з більш високим хвильовим опором (для зниження втрат), а також на можливість підстановки в формулу замість значення 42,5 логічно напрошуються кратних величин в 85 або ж 21,3м (в останньому випадку антена буде працювати тільки в діапазонах від 40 до 10 м).

Конструкція узгоджувального пристрою

Розміри застосованого мною корпусу узгоджувального пристрою невеликі - всього лише 190x125x70мм, і він дуже гармонійно виглядає в комплекті з трансівером Yaesu FT-897. Для досягнення бажаної малогабаритності пристрою я свідомо відійшов від класично прийнятих канонів, зменшивши відстань між котушками і стінками корпусу на шкоду якусь дещицю ефективності.

Конструкція узгоджувального пристрою:

Перемикач SA1 (за схемою вище) - звичайний ПГК, 11П4Н (11 положень, 4 напрямки). КПЕ С1 - з максимальною ємністю близько 150 пФ. Можна застосувати КПЕ з більшою максимальною ємністю, а то і взагалі відмовитися від додаткових конденсаторів і галети SA1.4, але при цьому слід мати на увазі, що настройка контуру стане значно «гостріше».

До речі, навіть при невеликій потужності збудження напруга на коливальному контурі може досягати значної величини. Додатково «пристібати» конденсатори при подводімоі потужності близько 100 Вт (імпортний трансивер або UW3DI з вихідним каскадом на лампі ГУ-29 і т.п.) повинні мати робочу напругу не нижче 2 кВ (звичайні КСВ-3 з напругою до 500 В «прошиває »). Інші деталі позначені на принциповій схемі або видно на фото узгоджувального пристрою і додаткових пояснень не вимагають.

Котушки для СУ кожен радіоаматор вільно підбере з будь-яких наявних з близькими параметрами - вони абсолютно не критичні, загальна кількість витків цілком можна «прикинути на око», виходячи з самого низькочастотного необхідного діапазону, а відводи будуть підібрані в процесі настройки. У підході до вибору моткових виробів слід керуватися одним - бажано домогтися якомога більш високої добротності котушки. Якщо є можливість, котушки доцільно виконати з посрібленого дроту (хоча б L1).

Дані котушок індуктивності: L1 намотана на керамічному ребристому каркасі (а можна і без нього) діаметром 32 мм і містить 8 витків посрібленого дроту 02,2 мм, намотування з кроком 5 мм; L2 намотана на керамічному каркасі 060 мм і містить 23 витка проводу ПЕВ-2 діаметром 1,2 мм, намотування з кроком 1,8 мм.

Перемикані за діапазонами відводи від котушок, вважаючи від верхнього (за схемою) виведення (вказано їх приблизне положення), а також ємності підключаються на низькочастотних діапазонах додаткових конденсаторів приведені в таблиці.

Налаштування
Після закладення роз'ємів, озброївшись терпінням, пінцетом і паяльником, можна приступати до настройки узгоджувального пристрою. На початковому етапі за допомогою елементарних вимірювальних приладів - ГСС і лампового вольтметра, або Гіра - бажано підібрати відводи контуру за діапазонами при середньому положенні ротора КПЕ і відключеному від узгоджувального пристрою передавачі. Потім, контролюючи КСВ по включеному між трансивером і согласующим пристроєм КСВ-метру або поглядаючи на захований в «буржуйський» апарат РКІ, підбирається узгодження 50-омного виходу передавача з контуром, тобто відведення робиться в тій точці, де вхідний опір буде близько 50 Ом. При цьому слід враховувати, що, швидше за все, може знадобитися і підбір точки включення в контур кабелю антени на кожному окремому діапазоні.

Саме все налагодження узгоджувального пристрою не складає особливих труднощів і цілком доступно навіть початківцю короткохвильовики (в цьому випадку для простоти і придбання початкового досвіду можна обмежитися одним діапазоном - 80 або 40м). А в підсумку радіоаматор отримує просту, дешеву, малопомітну і важкодоступну для сторонніх людей короткохвильову антену, що дозволяє навіть в обмежених міських умовах непогано працювати в ефірі на всіх аматорських KB діапазонах!

До речі, в діапазоні 160м паралельний контур узгоджувального пристрою у мене не використовується, тому що вібратор при наявній довжині в 42,5 м є напівхвильового тільки для 3,5 МГц. Приблизно рівний по довжині чверті хвилі на 1,8 МГц, він узгоджується з допомогою послідовно включеної невеликої додаткової котушки (каркас - діаметром 25мм, дріт ПЕВ-2 - діаметром 1,5 мм, 18 витків, намотування - виток до витка). Для більшої ефективності слід налаштувати і сам контур СУ на 160 м, при цьому або включити спеціальну подовжувальну індуктивність між контуром і роз'ємом для кабелю, або у формулі для розрахунку довжини кабелю застосувати вихідну цифру 85 м. У цьому випадку методика настройки узгоджувального пристрою на 1, 8 МГц буде аналогічна іншим діапазонах.

результати
На закінчення, кілька слів про ефективність антени. За рахунок похилого розміщення вібратора, в якійсь мірі наближається до вертикалі, значна складова випромінювання в діаграмі спрямованості доводиться на притиснутий до землі пелюстка, що сприятливо для проведення далеких радіозв'язків. При установці антени можливі будь-які практично здійсненних варіації як з просторовим розташуванням і довжиною елементів в будь-якому конкретному місці, так і з розмірами согласующей лінії - головне, аби загальні габарити вписувалися в формулу.

Любителі комп'ютерних розрахунків можуть змоделювати очікувані діаграми спрямованості, а також порахувати ККД антени і «неприпустимі втрати» в кабелі 🙂

В процесі настройки узгоджувального пристрою на трансивері FT-897 з вихідною потужністю 100 Вт в діапазоні 1,8 МГц були проведені радіозв'язку з OH3XR, UA9KAA, LA3XI; в діапазоні 3,5 МГц - з UA0WB, RKOUT, E7 / DK9TN; в діапазоні 7 МГц - з 4S7AB, P40L, VQ9JC; в діапазоні 10 МГц - з 9M6XRO / P, TS7TI, OY6FRA; в діапазоні 14 МГц - з КН6МВ, 9Q500N, WH0DX (з першого виклику!), в діапазоні 18 МГц - з KH0 / KT3Q, ZS6X, 9М2ТО, в діапазоні 21 МГц - з BD6JJX; BD1ISI, HS0ZEE; в діапазоні 24 МГц -CVQ9LA, 5Р5Х, EX8MLE; в діапазоні 28 МГц - з 4J9M, OG20YL, IK2SND.

Справедливості заради зазначу, що всі радіозв'язку - телеграфні, оскільки з усіх інших видів випромінювання я віддаю перевагу саме цей.

Антена в щоденній практичній роботі на всіх аматорських діапазонах повністю виправдала очікувані робочі характеристики і дозволяє проводити впевнені радіозв'язку з усіма континентами і різними експедиціями, не відчуваючи особливої ​​потреби в додатковому підсилювачі потужності. Втім, виключивши зі схеми порівняно слабкострумовий тумблер (тут він застосований свідомо, для зручності комутації заземлення антени) і збільшивши електричну міцність КПЕ і котушок, цілком допустимо збільшити колебательную потужність передавача до 300 - 500 Вт. Аналогічний варіант конструкції тривалий час експлуатувався автором спільно з різними підсилювачами на лампах ГУ-50 (від 2 до 4 шт.), При цьому скільки-небудь помітного, а вже тим більше, істотного нагрівання кабелю, а також перешкод телебаченню абсолютно не спостерігалося.

При відповідній настройці дане пристрій, що можна з успіхом застосувати і з іншого антеною (наприклад, Delta Loop) для підвищення ефективності її узгодження при роботі на всіх аматорських діапазонах.

UT2LA