Вертикал верхнего питания (2)
Владимир Поляков (RA3AAE), г. Москва
Портативный двухдиапазонный ВВП
Первый практический вариант ВВП был сделан срочно, "на коленке", когда возникла необходимость развернуть радиостанцию редакции журнала "Радио" на выставке НТТМ-2002. Огромный павильон с ажурными металлическими перекрытиями и металлической арматурой остекленных стен исключал размещение антенны внутри здания ввиду полной экранировки сигналов и высокого уровня помех. По счастью, удалось установить вертикал на крыше вентиляционной будки и пропустить кабель в вентиляционную шахту.
Через год, за несколько дней до открытия выставки "Экспо-Наука 2003" (см. "Радио", 2003, № 8, первая обложка), судьба преподнесла неприятнейший сюрприз. Крыша аналогичного павильона, где разворачивалась выставка, представляла собой ровное поле, больше футбольного, покрытое рубероидом. Ковырять его, вбивать гвозди, крючья и т. д., так же, как и использовать вентиляционные шахты, категорически запрещалось. Речь могла идти только о свободно стоящей антенне с фидером, спускающимся вдоль наружной стены и входящим в здание сквозь щель у двери. Ситуация казалась безвыходной, но несколько часов моделирования с помощью программы MMANA и два вечера "доводки" ВВП решили проблему.
Нужны были хотя бы два диапазона: 20 и 40 метров. Именно на них и была спроектирована антенна. В разобранном и сложенном виде она уместилась в пакет диаметром 30 и высотой 160 см, ее легко переносили одной рукой (не взвешивали, но бухта кабеля многократно тяжелее) и привезли на выставку в метро. После часа-полуто-ра, потраченных на ее установку и решение организационных проблем (проводка фидера, сеть, стол и т. д.), она обеспечила связи с Сибирью, Западной Европой, а потом и более далекими корреспондентами.
Эскиз антенны показан на рис. 3. Верхняя часть ВВП выше точки питания А изготовлена из трех дюралюминиевых трубок, вставляемых одна в другую (средняя — лыжная палка, верхняя — совсем легкая и тонкостенная).
Рис.3.
От точки питания А до контура В излучающим элементом 1 служит оплетка кабеля, его центральный проводник соединен с верхней частью антенны 2. Ниже контура В с оплеткой кабеля соединены четыре радиа-ла 3, изготовленных из стального тонкостенного профиля прямоугольного сечения (от оконных гардин). Внешние концы радиалов соединены между собой отрезками отслужившего свой век коаксиального кабеля длиной по 2,5 м (использована только оплетка). Это увеличивает эффективную поверхность образовавшейся "виртуальной земли".
Поскольку антенна проектировалась как двухдиапазонная, решено было использовать один параллельный контур В, настроенный несколько выше частоты 7 МГц. В диапазоне 40 метров он имеет индуктивное сопротивление и служит удлиняющей катушкой, настраивая антенну в резонанс. В диапазоне 20 метров контур имеет емкостное сопротивление и укорачивает электрическую длину антенны, опять-таки настраивая ее в резонанс. Параметры контура при заданных размерах антенны оптимизировали с помощью программы MMANA, поместив радиалы на высоте 0,2 м над идеально проводящей землей (так мы пытались учесть влияние железобетонной крыши павильона).
Моделирование дало частоту настройки контура 7,6 МГц при индуктивности 1,24 мкГ и емкости 355 пФ. Из бухты кабеля контур со столь большой емкостью сделать нельзя, поэтому использовали обычные конденсаторы и цилиндрическую катушку из кабеля, обеспечивающую большую добротность.
Конструктивные особенности изготовленного ВВП поясняет рис. 4. Контур помещен в цилиндрический корпус 4, имеющий прочное дно, отлитое из алюминиевого сплава, и относительно тонкие дюралюминиевые стенки. Автор использовал бачок отжима от старой стиральной машины (например, "Сибирь"). Размеры корпуса некритичны (25.. .30 см в диаметре и в высоту). Имеющиеся в дне отверстия не закрывают — они служат по прямому назначению для слива случайно попавшей дождевой воды и конденсата.
Рис.4.
К дну корпуса 4 винтами прикрепляют радиалы 3. Особой прочности в этих соединениях не требуется, поскольку радиалы свободно лежат на поверхности крыши. Нижний несущий элемент вертикала 1 сделан из отрезка сантехнической пластиковой трубы диаметром 2.5...3 дюйма. Для закрепления трубы 1 к дну корпуса 4 и для крепления верхнего излучающего элемента 2 служат цилиндрические бобышки 5. Их можно изготовить как из металла, так и из диэлектрического материала. В верхней бобышке просверлено радиальное отверстие, сквозь которое центральный проводник кабеля соединяется с верхним излучающим элементом 2 клеммой 6. Она же придает механическую прочность этому узлу. Перед завинчиванием клеммы на трубу 1 надевают легкую пластиковую крышку (на рис. 4 не показана), в которой проделаны отверстия для трубы и кабеля. Крышка опускается до корпуса 4, защищая контур от осадков.
Верхний конец кабеля надо оснастить контактным лепестком с отверстием, подходящим под клемму 6. Лепесток надо прочно закрепить на внешней изоляции кабеля, изолировав его от оплетки. С лепестком соединяют центральный проводник без его натяжения, что предохранит проводник от обрыва при сборках и разборках ВВП.
Еще четыре клеммы закрепляют на внешних концах радиалов 3, а к концам отрезков кабеля 7 "искусственной земли" заранее припаивают контактные лепестки, что значительно ускоряет сборку антенны. Окончательную прочность всей конструкции придают четыре растяжки из тонкой рыболовной лески, показанные штриховыми линиями на рис. 3. Их привязывают к элементу 2 в месте верхнего сочленения трубок и к клеммам на концах радиалов.
Конструкция контура ясна из рис. 4. На боковой стенке корпуса 4 закреплены коаксиальный разъем 8, желательно такой же, как и в радиостанции (это позволит не думать при сборке антенны, какой конец основного фидера должен идти к антенне, а какой к трансиверу), и монтажная планка с двумя лепестками 9. Еще один лепесток, имеющий контакт с корпусом 4, закрепляют под винт разъема 8. К нему припаивают оплетку кабеля, из которого намотана катушка, и один
вывод конденсатора 10. Лепестки монтажной планки 9 контакта с корпусом 4 иметь не должны. К одному из них припаивают два центральных проводника, а к другому — оплетки отрезков кабеля и другой вывод конденсатора 10. Конденсатор составлен, для надежности, из двух последовательно включенных конденсаторов КСО на рабочее напряжение 500 В емкостью по 680 пф. Допустимо использовать и другие высоковольтные конденсаторы с достаточной степенью герметизации, чтобы противостоять атмосферным воздействиям.
Катушка контура содержит 7 витков кабеля РК-75-4-11, намотанных вплотную на пластиковую трубу 1. Индуктивность катушки подстраивают двумя способами: либо перемещая всю катушку по высоте трубы (приближение ее ко дну корпуса 4 уменьшает индуктивность, повышая частоту настройки контура), либо приподнимая верхние витки, увеличивая длину намотки за счет образующихся зазоров между витками (индуктивность при этом также уменьшается). После настройки витки закрепляют изоляционной лентой или провощенным шпагатом.
Настройка антенны несложна. Собрав ее и установив на рабочей позиции (на случай сильного ветра концы радиалов 3 полезно "утяжелить" мешками с песком или другими подручными тяжелыми предметами), соединяют антенну с трансиве-ром основным кабелем. Сняв частотную зависимость КСВ в диапазоне 40 метров, определяют, куда нужно сдвинуть частоту настройки контура, чтобы минимум КСВ попал на середину диапазона. Например, если минимум КСВ оказался ниже 7 МГц, индуктивность катушки надо уменьшить, а если выше 7,1 МГц — увеличить. Как правило, достаточно одной, максимум двух коррекций.
Затем проверяют КСВ в диапазоне 20 метров. Там антенна весьма широкополосна, и коррекции, как правило, не требуется. Если все же такая необходимость возникла, то надо изменить соотношение L и С контура и снова подстроить антенну в диапазоне 40 метров. Увеличение индуктивности контура при одновременном уменьшении емкости понижает частоту настройки антенны в диапазоне 40 метров и повышает в диапазоне 20 метров, т. е. "раздвигает" резонансные частоты антенны. У нас после однократной подстройки антенна, установленная на железобетонной крыше, обеспечивала КСВ, близкий к единице в обоих диапазонах.
При эксплуатации антенны выяснилось, что она неплохо работает и в диапазоне 15 метров, хотя КСВ там выше. Возможностей автоматического тюнера трансивера IC-746 вполне хватило для ее подстройки.
Предложенная концепция ВВП открывает широкие возможности конструирования простых многодиапазонных вертикальных антенн. Даже если радиолюбителю и не удастся хорошо настроить ВВП, все равно он может быть уверен, что верхняя, примерно пятиметровая, часть его вертикала будет излучать, причем туда, куда надо — в направлении на горизонт, а это и есть залог успешных результатов в DX-инге.
Радио 6-2004