Как я делал антенны

Автор: RW3AFY


Постараюсь подробно рассказать Вам о том, как я делал свои антенны (20/15/10), как выполнял различные элементы конструкции, во сколько обошлась их стоимость и, наконец, как они работают.

Для начала немного «воды» J (Сразу же прошу прощения за столь большой рассказ. Хочется рассказать все подробно и поделиться своими впечатлениями).

Идея установки эффективных направленных антенн возникла у меня весной 2003 года после нескольких интересных моментов.

Мой товарищ Слава, UA3AJU уезжал на ПМЖ в Мексику и подарил мне свое поворотное устройство и 4 элемента ЯГИ на 10 метровый диапазон. Через 2 дня я ее установил, настроил по прибору MFJ-259 и начал свои эксперименты по сравнению «Штырька» (5/8 на 27 МГц, перестроенная на 28.150) и ЯГИ. С первых же связей стало понятно, что ЯГИ работает лучше во много раз! Я смотрел в DX-cluster инфо, слушал на штырь, пока поворачивал ЯГИ, а потом слушал на ЯГИ… Эффект был ошеломляющий! Я понял, что раньше я не слышал больше 40% DX!

Была экспедиция К1В, я ждал их в CW (этот вид модуляции я предпочитаю больше, чем остальные) на 10-ке, но так и не дождался. Вдруг вижу в DX-Cluster инфо о K1B на 10-ке в SSB! Перехожу на частоту, на которой должен быть К1В, слушаю – тишина L Поворачиваю ЯГИ на них и слышу без «баллов», но полностью разборчиво «59! K1B, up 5». Ставлю сплит 5 выше и называю 2 раза «RW3AFY», в ответ по-русски «РВ3АФЫ, привет, 59!» (это был Игорь Буклан, RA3AUU) и провожу с ним QSO. Это был первый «крутой» DX на новую антенну J

После этого я понял, что без хороших направленных антенн мне делать в эфире просто нечего, т.к. за 4 года работы на КВ было отработанно 300 территорий, а остальные я не мог дозваться на 100 Ватт, диполи, инверторы и штырьки…

Теперь о выборе антенн.

Было всего 2 варианта – ЯГИ или квадраты. К тому же прорабатывались и просчитывались варианты покупки антенн (БРИЗ, R-QUAD) и самостоятельного изготовления.

От БРИЗ я отказался практически сразу, т.к. прочитал о них множество негативных статей в и-нете (да и дороговаты их антенны), на R-QUAD тоже денег не хватало, поэтому решил делать антенны своими руками, используя некоторые технологии той и другой фирмы (насмотрелся картинок их антенн в и-нете)! Например от Бриз – заклепывание элемента, но частично, от R-QUAD способ растягивания траверсы и т.д.

Почему же все-таки ЯГИ?

Дело в том, что ЯГИ, в отличие от квадратов менее громоздкие и имеют более узкий угол излучения в горезонте, соответственно ЯГИ интереснее вращать. К тому же, пообщавшись с народом, послушав разные мнения, пришел к выводу, что оба варианта антенн практически идентичны по характеристикам… Где-то ЯГИ выигрывает, где-то квадраты… Исходя из этого я выбрал вариант ЯГИ т.к. их проще изготовить своими руками.

Я задался вопросом «С чего же начать?»

До этого я уже сравнивал различные варианты ЯГИ их габариты и расположение на мачтах. Хотелось сделать несколько эффективных антенн и расположить их на одной мачте (опять же насмотрелся в и-нете, как радиолюбители используя одну мачту устанавливают антенны в 2 этажа). Остановился на варианте 4 элемента на 20-ку на отдельной траверсе, 4 на 15-ку и 5 на 10-ку на одной траверсе (исходя из того, что 15-ка на 10-ка особого взаимного влияния не испытывают). К тому же смогу сравнить 4 элемента на 10-ку с 5-ю!

Сделав такой выбор задался не менее актуальным вопросом «Где взять такую мачту, на которой бы все это без проблем стояло?». Ответ был найден очень быстро – УНЖА! Но где взять 700-1200 у.е.? (именно за эти деньги их продают радиолюбители). Опять же мне повезло! Оказалось, что мой начальник бывший командир полка ПВО. Я обратился к нему и он с радостью решил мне помочь. Через неделю я уже ехал в Подмосковье смотреть несколько вариантов УНЖИ, подобрал самую «свежую» (1964 г. J) и договорился о цене – 6 тыс. рублей за подъемник, 13 секций и 4 двухбарабанные лебедки с тросом! А так же за 1 тыс. р. мне в довесок дали еще один подъемник и опорную плиту! Я был в восторге! Доставка в МСК на а/м Газель стоила 800 рублей. О некоторых особенностях эксплуатации УНЖИ напишу на своем сайте, выложив и эту статейку…

И так, мачта у меня была, теперь необходимо было посчитать размеры антенн, выбрать материал и диаметры труб и разработать различные узлы крепления.

Т.к. я не очень разбирался в ПО ММАНА, решил обратиться к еще одному своему приятелю Дмитрию, UA3AVR (этот человек пишет очень интересные статьи по поводу простых и практичных антенн). Выслушав мои «запросы» на счет будущих антенн и их параметров (максимальное подавление и максимальное усиление J) Дима решил мне помочь с расчетами!

Было посчитано 2 ЯГИ на 20-ку.. одна на 7-ми метровой траверсе, вторая на 12-ти метровой… Разница в подавлении и усилении у 12-ти метровой по сравнению с 7-ми м. немного выше, соответственно и габариты больше, но размеры меня не пугали и я выбрал именно ее.

С расчетами 15/10 на одной траверсе было много трудностей, но Дима их преодолел (за что ему ОГРОМНОЕ спасибо) и выдал мне очень хороший вариант двухдиапазонной антенны на траверсе длиной 10 м. Да еще и рассчитал для всех антенн размеры Омега-согласования и параметры емкостей!

Хочу сразу же сказать о стоимости всех материалов, может и не к чему будет читать дальше J

Трубы и полоса включая стоимость ее нарезки – 12000 руб., расходные материалы (талрепы, хомутики для троса, заклепки, автомобильные хомуты, шпильки, трос и т.п.) – примерно 3000 руб.

Выбор материалов для изготовления.

На мой взгляд, самой большой компанией в МСК торгующей алюминием является компания АЛРОС, на их сайт я и отправился… У них продаются трубы из материала АД31 в состоянии Т1 (закаленные и искусственно состаренные) именно из них я и решил делать антенны. (После установки антенн были сильные ветра, но, «тьфу-тьфу-тьфу», трубы не гнутся!)

И так я выбрал:

  1. Траверсы из трубы 50х4,0 мм, вставки внутрь траверс для соединения их частей из трубы 42х4,0 мм (трубы плотно вошли друг в друга без каких-либо проблем).
  2. Элементы 10-ки из труб 20х2,0 мм и 16х1,0 мм (трубы так же плотно вошли друг в друга); элементы 15-ки из труб 25х2,0 мм и 20х2,0 мм; элементы 20-ки из труб 25х2,0 мм, 20х2,0 мм, 16х1,0 мм.
  3. Вертикальные стойки на траверсе, для «поддержки» элементов 20-ки практически в горизонтальном состоянии из трубы 20х2,0 мм.
  4. Пластины для крепления элементов к траверсам из полосы 80х8,0 мм из того же АД31Т1.
  5. «Поддержки, растяжки» траверс выполнены: у 15/10 из стального оцинкованного троса диаметром 5 мм, у 20-ки, во избежании влияния на 15/10 из кевларового троса (арамидного) приобретенного в фирме R-QUAD.
  6. U-образные хомуты для крепления элементов к пластинам и, соответственно, пластин к траверсам из шпилек с нарезанной по всей длине резьбой М6 (их много на строительных рынках, используются в основном вентиляционщиками). Самое главное, не покупать подкаленные шпильки, они при сгибании ломаются (у подкаленных цвет матовый, у нормальных - глянцевый).
  7. Для натяжения тросов траверс использованы талрепы М8.
  8. Для крепления тросов использованы Польские «зажимы для троса». Зажим представляет собой U-образную скобочку с элементом для зажима, в виде швейлерочка и 2-х гаек.
  9. Также использованы различные расходные материалы, о которых я расскажу в процессе описания методики изготовления.

Трубы и полосы продаются любой длины кратной 6-ти метрам. Т.е. меньше 6-ти метров купить нельзя… Трубы были нарезаны по 3 метра, часть полосы (3 метра) на 14 кусков по 200 мм + обрезки (вторая часть полосы лежит на балконе и ждет от меня новых идей по изготовлению антенн).

Общая длина труб была посчитана исходя из того, что:

  1. Трубы из которых состоит элемент, для надежного крепления, должны входить друг в друга на 150 мм;
  2. Вставки траверс длиной по 600 мм (300 мм в один кусок траверсы, 300 в другой), общая длина траверс 22,5 метра (купил, соответственно 24 метра);
  3. Вертикальные стойки для поддержки элементов высотой по 300 мм.

Первое с чего я начал изготовление имея в наличии все материалы – согнул из шпилек М6 U-образные хомуты для крепления элементов и пластин к траверсам. (Хомутов на диаметр 20 мм – 10 + запас 2 шт., на диам. 25 мм – 16 + запас 2 шт., на диам. 50 мм – 26 + запас 4 шт.) Для крепления антенн к мачте согнул U-образные хомуты на диам. 50 мм из шпилек М8 (16 шт. + 2 запас). Шпильки гнул используя оправки (болванки) нужного диаметра. Инструменты: оправки, молоток, наковальня, тиски. Длина шпильки высчитывается по формуле предложенной Николаем, UA9XBI в своей статье «Пятиэлементная YAGI на диапазон 20 метров».

L = 1,57*(D+d) + D + 2*M + 40

Где:

L – Необходимая длина прутка
D - Диаметр трубы, которую крепит стремянка (U-образный хомут)
d - Диаметр прутка из которого изготовлена стремянка
M –Толщина детали к которой крепится труба (пластина крепления элемента к траверсе)
40 – запас для гаек крепления.

Второе - разметил и просверлил на станке пластины для крепления элементов к траверсам.

Расстояние между отверстиями для крепления U-образным хомутом равно диаметру трубы, которую крепит хомут, плюс диаметр шпильки из которой изготовлен хомут.

Теперь необходимо было измерить все трубы (их длина была на несколько мм больше 3-х метров, но никак не меньше) чтобы правильно их использовать, с минимумом обрезков. Трубы измерил, подписал на них все значения, отметил середину, прикинул как их рационально использовать и приступил к работе.

Здесь основной задачей было сделать надежную конструкцию с минимумом сквозных отверстий.

На основе одного элемента:

На расстоянии 125 мм от конца трубы в ней просверливается отверстие через одну стенку (ТРУБА НЕ СВЕРЛИТСЯ НАСКВОЗЬ, СВЕРЛИТСЯ ТОЛЬКО ОДНА СТЕНКА) диаметр отверстия равен диаметру заклепки с помощью которой скрепляются трубы друг в дружке. (Заклепки я выбрал 4х8 мм). На расстоянии 20 мм от конца трубы перпендикулярно оси предыдущего просверливается еще одно отверстие, только уже насквозь через обе стенки трубы. Далее в торце трубы (торец со стороны отверстий) пропиливаются пазы необходимые для зажима автомобильным хомутом двух труб вставленных друг в друга. Пропиливаются обе стенки трубы. Длина пропила – 20 мм, ширина пропила равняется толщине 2-х ножовочных полотен, это примерно 3 мм. В конце пропила ОБЯЗАТЕЛЬНО должно быть просверлено отверстие (оно у нас уже просверлено, именно до него и пилим), это предохраняет трубу от растрескивания по оси пропила при изменении температуры окружающей среды. Благодаря такому пропилу, при затягивании хомута, одна труба плотно облегает другую и надежно зажимает ее в себе.

Каждый элемент 20-ки составляется из 5-ти труб. Одна 25-ти мм (в центре) в нее по торцам вставляются трубы диаметром 20 мм, а в них, в свою очередь 16-ти миллиметровые. Трубы входят друг в друга на 150 мм.

Соответственно пропилы делаются с обоих торцов 25-й трубы, с одного торца у каждой из 20-й. Отверстия для крепления заклепками сверлятся с обеих сторон в 25-й трубе, с обеих сторон 20 мм труб и с одной из сторон в 16 миллиметровых трубах. Окончательная длина элемента подгоняется крайними, 16-ти миллиметровыми трубами.

Каждый элемент 15-ки составляется из 3-х труб. Одна 25-ти мм (в центре) в нее по торцам вставляются трубы диаметром 20 мм. Методика просверливания и пропиливания та же что и у 20-ки. Трубы входят друг в друга на 150 мм. Окончательная длина элемента подгоняется крайними, 20-ти миллиметровыми трубами.

Каждый элемент 10-ки составляется из 3-х труб. Одна 20-ти мм (в центре) в нее по торцам вставляются трубы диаметром 16 мм. Методика просверливания и пропиливания та же что и у 20-ки и 15-ки. Трубы входят друг в друга на 150 мм. Окончательная длина элемента подгоняется крайними, 16-ти миллиметровыми трубами.

После изготовления и маркирования (обязательно все подписывайте маркером прямо на трубах, а то у меня было несколько нюансов J) элементов я занялся изготовлением траверсы. Траверса изготавливается из трубы диаметром 50х4 мм. Для соединения трехметровых кусков трубы используются вставки из трубы 42х4 длиной по 600 мм. Траверса на 20-ку выполняется из 4-х кусков по 3 метра и кусочка длиной 700 мм (общая длина траверсы 12,5 метров + запас на крепление крайних элементов - 200 мм). Траверса 10/15 выполняется из 3-х кусков по 3 метра и кусочка длиной 1200 мм (общая длина траверсы 10 метров + запас на крепление крайних элементов - 200 мм). Скрепить трубы траверсы и вставки можно также как и элементы, но по 2-е заклепки на половину вставки, т.е. 4 заклепки на одно место стыка 2-х трехметровых кусков траверсы. Заклепки 4,8х15 мм. В последствии выяснилось, что это крепление не особо надежное и пришлось переделать. Я оставил по 2 заклепки на одно место стыка 2-х трехметровых кусков траверсы и вместо еще 2-х заклепок поставил 2-е сквозных шпильки М6.

Следующим этап - выяснить, можно ли установить элементы 20-ки без кевларовых поддерживающих тросиков? Элементы поучались от 11 до 9,6 м длиной. Провел эксперимент, собрав элемент положил его центральную часть на возвышающуюся поверхность имитируя траверсу и стал замерять провис концов. Провис оказался около 300 мм от горизонтальной плоскости. Потом приложил на конец элемента нагрузку, килограмма 2-3 (вес вороны или обледенения) и понял, что без поддержек из кевлара все сломается. Исходя из этого, необходимо было придумать, из чего изготовить вертикальные стойки над элементами, как их закрепить и как выполнить узлы крепления тросиков к элементам. Т.к. оставались обрезки трубы 20х2 мм из нее и решил делать стойки. Стойки имеют высоту 300 мм, в нижней части приклепаны к дюралевому уголку, который прикреплен к пластине крепления элемента к траверсе одним из хомутов крепящим трубу элемента к этой пластине. В верхней части стойки просверлены 2 сквозных отверстия в одной плоскости, в которые вставлены шпильки с резьбой, загнутые с одной стороны в виде петли. (Соответственно петли направлены в разные стороны.) Таким образом получился узел, при помощи которого можно было натягивать независимо друг от друга левую и правую части элемента. Крепление кевлара к элементу выполнено следующим образом: Для выполнения этого узла использованы маленькие карабинчики (как на рюкзаках раньше были) и авто-хомуты. Карабинчик надет на авто-хомут, хомут надет на трубу элемента и сильно стянут (он принимает форму капли, а карабинчик продавливает небольшую лунку на стенке трубы элемента, что и не дает ему двигаться по направлению к траверсе). Тросик крепится к элементу на расстоянии 1/3 половины элемента. Место крепления отсчитывается, соответственно от конца элемента. Т.е. если элемент имеет длину 11 м, его половина 5,5 м, тросик крепится на расстоянии 1,8 м (5,5/3) от конца элемента.

Следующий этап – растягивание траверс. (Это я полностью срисовал у ребят из R-QUAD. Большое им спасибо за интересные инженерные решения и качественные фото). Узел крепления тросов к трубам траверс выполнен из шпилек М8 и гаек в виде кольца (научное название Рым-гайки). На траверсе 20-ки таких узлов 4 (2 на одной части траверсы, 2 на другой), на траверсе 1015 – 2.

Согласование.

В качестве согласования для всех антенн использовалось Омега-согласование. Омега-согласование применено по причине малого входного сопротивления антенн.

Размеры Омеги:

  1. ЯГИ на 20-ку – длина трубы согласования 1 м, диаметр 20 мм, конденсатор, параллельный шлейфу - 120 пф, последовательный кабелю 260 пф., при длине в 1.5 м. параллельный конденсатор уменьшается до 70 пф., последовательный кабелю
    приблизительно тот же. Т.е. конденсаторы можно брать типа 12-450 пф.
  2. ЯГИ 15/10 – длины труб согласования по 1 м., для 15-ной диам. 20 мм, для 10-ной диам. 16 мм.; ориентировочные емкости настройки в параллели 40 пф, последовательно 80-100 пф).

Я использовал постоянные емкости рассчитанные Димой, UA3AVR (они описаны выше).

Настраивать пришлось только 10-ку. Именно на 10-ку советую поставить переменные емкости, настроить, а потом впаять постоянные.

Т.к. на крыше моего дома особо не развернешься, сборку антенн я проводил следующим образом:

Предварительно закрепил на вертикальную трубу (поручень) на подъемнике УНЖИ стальную пластину, к которой 4-мя U-образными хомутами М8 должна была крепиться траверса 15/10. Собрал траверсу 15/10 и закрепил к ней тросы. Поднял ее за середину и полез на стремянку. Долез до места крепления траверсы, приложил ее к пластине и закрепил 4-мя хомутами. Закрепил талрепы и натянул тросы поддерживающие траверсу. Далее стал собирать элементы. Закреплял к серединам элементов пластины, заклепывал трубки элементов друг в дружке и стягивал авто хомутами. Собрав один элемент я сразу крепил его на штатное место на траверсе, предварительно отмеренное и отмеченное маркером. Такой метод сбора антенны (собирать по 1 элементу) был выбран мной потому, что я боялся не успеть до темноты собрать всю антенну (собирал я ее один), а оставлять на крыше собранные элементы побоялся, алюминий все-таки!

Через 3 часа все элементы были закреплены четко в одной плоскости и строго перпендикулярно траверсе. Потом открутив хомуты крепления траверсы к мачте, передвинул всю антенну на 30 см вперед, найдя, таким образом, центр тяжести конструкции. Самое главное не забыть про согласующие элемент и коаксиальные кабели, да еще и загерметизировать все.

Далее мне понадобился помощник, в роли которого выступил мой отец. Мы повесили блок на верхушке вертикальной трубы крепления антенн, перекинув через него капроновый канат. К месту, где находится центр тяжести антенны закрепили один конец каната, а за второй тянули антенну вверх, до блока. Я залез на трубу и привязавшись монтажным поясом закрепил траверсу ЯГИ, а потом и талрепы, которыми она растягивается. Первая часть строительства была выполнена.

На следующий день таким же образом мы собрали 20-ку и закрепили ее на штатном месте под 15/10.

Далее предстояли замеры с помощью прибора MFJ-259, которые меня очень обрадовали. 20-ка была в резонансе на 14.120, 15-ка на 21.100, 10-ка на 28.250. После подъема антенн резонансные частоты уползли вверх на 20-30 кГц, т.е. 14.150, 21.123 и 28.270. Это меня вполне устраивало, все остальное достраивает автоматический тюнер.

Ну а далее подъем УНЖИ и наслаждение громкими сигналами станций!

Желаю удачи в постройке антенн!