Простые многодиапазонные антенны
Инж. Ю. ГРЕБИ ЕВ (UA9ACN) г. Миасс
Выбор антенны — нелегкая проблема для каждого коротковолновика, особенно если есть желание работать на всех диапазонах. Далеко не каждый коротковолновик имеет возможность установить несколько антенн на разные диапазоны. Зачастую все «антенное поле» любительской радиостанции состоит из нескольких квадратных метров крыши. В этих условиях выходом из положения может быть применение многодиапазонной вертикальной антенны типа «Ground Plane» (GP).
Рассмотрим, как можно сделать распространенную антенну GP, состоящую из четвертьволнового штыря и противовесов, многодиапазонной. Подключим к вершине штыря АБ (рис. 1), работающего на частоте f1, дополнительный отрезок ДЕ через короткозамкнутый шлейф БВГД, электрическая длина которого равна l1/4. Известно, что на частоте f1 сопротивление такого шлейфа между точками Б и Д близко к бесконечности, то есть отрезок ДЕ изолирован от нижней части штыря и не влияет на его работу. На частотах ниже f1 короткозамкнутый шлейф будет иметь небольшое индуктивное сопротивление, и отрезок ДЕ окажется подключенным к вершине штыря АБ через индуктивность.
Рис.1 - 3.
Если подобрать длину отрезка ДЕ так, чтобы вся система представляла собой четвертьволновый штырь на частоте f2 и добавить противовесы соответствующей длины, мы получим двухдиапазонный GP. Полная длина штыря из-за действия индуктивности будет несколько меньше, чем l2/4.
Как выполнить подобную антенну конструктивно, чтобы она была механически прочной и выдерживала большие ветровые нагрузки? Рассмотрим возможную конструкцию шлейфа. Если сделать его из таких же трубок, что и штырь, длина будет точно равна длине штыря. Это позволяет несколько изменить схему подключения штырей, совместив их функции с функциями четвертьволнового шлейфа, как показано на рис. 2. Для диапазонов 28,21 и 14 МГц оптимальное расстояние между штырями составляет 25...30 см при диаметре штырей 18...25 мм.
Практическая конструкция трех-диапазонной антенны (28, 21 и 14 МГц) показана на рис. 3. Штыри выполнены из трубок диаметром 20 мм, расстояние между ними — 25 см. Внизу штыри приварены к металлическому основанию. Положение штырей зафиксировано несколькими треугольными пенопластовыми изоляторами (на рис. 3 показан один из них). Противовесы выполнены из медной проволоки диаметром 2 мм. Четыре из них имеют длину 5,05 м, два — 3,5 м, два — 2,62 м. В качестве фидера использован 50-омный коаксиальный кабель.
Настройку антенны начинают с диапазона 14 МГц. Изменяя угол между противовесами длиной 5,05 м и штырями, добиваются минимального значения КСВ на средней частоте диапазона. Затем подключают противовесы длиной 3,35 м и, изменяя их длину и угол наклона, получают минимум КСВ на средней частоте диапазона 21 МГц. Последними настраивают элементы диапазона 28 МГц таким же способом.
Полученные практические значения КСВ для каждого диапазона приведены на рис. 4.
Рис.4.
В четырехдиапазонном варианте (28...7 МГц) к антенне следует добавить еще один штырь длиной 10,12 м, расположив штыри по углам квадрата со стороной 25 см, и четыре противовеса длиной по 10,3 м.
Конструктивно эту антенну можно выполнить иначе, поместив штыри один внутри другого (рис. 5). Правда, в этом случае антенна будет более узкополосной из-за того, что коаксиальные короткозамкнутые четвертьволновые шлейфы имеют меньшее волновое сопротивление.
Рис.5.
В принципе, антенну пятого диапазона — 3,5 МГц тоже можно сделать вертикальной. Однако высота ее штыря должна быть равна примерно 21 м. Естественно, такая конструкция под силу немногим радиолюбителям. Гораздо проще применить для этого диапазона горизонтальный диполь. Использовав свойства четвертьволновых короткозамкнутых шлейфов, можно и эту антенну сделать многодиапазонной. Конструктивно просто получается двухдиапазонная антенна на 3,5 и 7 МГц. Дело в том, что для диапазона 7 МГц, имеющего ширину всего 100 кГц, шлейф можно изготовить из коаксиального кабеля. Длина шлейфа при этом уменьшается в Sqr(e) раз, где e — диэлектрическая проницаемость диэлектрика кабеля (для полиэтилена Sqr(e)=1,5).
Рис.6.
Схематично диполь на 3,5 и 7 МГц показан на рис. 6. Вначале изготавливают два одинаковых четвертьволновых короткозамкнутых шлейфа длиной примерно по 6,7 м. Точную длину шлейфа определяют следующим образом. К любому генератору, генерирующему колебания частотой 7,05 МГц, подключают высокочастотный вольтметр и измеряют напряжение. Параллельно вольтметру подключают отрезок кабеля несколько большей длины и, замыкая на его противоположном конце оплетку с жилой (например, шилом), находят положение, при котором вольтметр покажет такое же напряжение, которое было до подключения кабеля.
Настройку антенны начинают с диапазона 7 МГц, изменяя длину обеих плеч диполя в точках а, а' до получения минимального КСВ. Затем изменяют длину плеч диполя в точках б, б', добиваясь минимального КСВ в диапазоне 3,5 МГц. Если длина четвертьволнового шлейфа была определена правильно, изменение длины диполя в точках б, б' не повлияет на. настройку диполя в диапазоне 7 МГц.
Как и обычный диполь, двухдиапазонную антенну лучше всего питать через симметрирующее устройство (например, трансформатор на ферритовом кольце) кабелем с волновым сопротивлением 75 Ом.
РАДИО № 9. 1976 г