2el Delta loop с активным питанием без траверсы.

Давно уже стало типичным, для контест- и /р позиций среднего уровня - мачта с каким- нибудь трайбендером, а под ней IV на НЧ диапазоны. Просто и недорого, вместо IV повесить 2el Delta Loop, с приростом сигнала от 3 до 6 дБ сверх уровня IV. а при высоте над землей в полволны и более, получить антенну не уступающую по усилению 3el Yagi, только более легкую и дешевую, поскольку сделана из проволоки.

Две Дэльты со сведенными вершинами на одной мачте давно привлекали внимание своей простотой и механической прочностью ввиду отсутствия траверсы. Были созданы направленную антенны ("вибратор-рефлектор" и "вибратор-директор") с такой конфигурацией проводников, но распространения не получили по следующим причинам:

1. Уродливая ДН - передний лепесток заужен, а паразитные лепестки ДН +/-120 градусов от основного направления излучения не удается задавить более чем на 5-7дБ.
2. Узкая полоса по усилению, по ДН, когда она еще приемлема, так и по КСВ.

Такими же пороками обладает антенна G4ZU всех модификаций, поэтому и не получила распространения, несмотря на простоту, компактность и легкость коммутации ДН.

Хорошими потенциальными возможностями обладают 2эл Дэльты с разнесенными вершинами, т.е. рамками, параллельными друг-другу, и они получили большое распространение как антенны с пассивными элементами, если запитать обе рамки, можно получить устойчивую ДН в существенно большей полосе, и несколько большее усиление. Картинку с рисунком такой антенны можно найти чуть не в каждом хэндбуке, однако, как говорится, - "гладко было на бумаге", заставить такую антенну работать в полную меру ее возможностей удается только отдельным, особо упорным энтузиастам. Причина этих трудностей наглядно видна стоит построить ее ММАНА модель, из которой видно, что вх. сопротивления рамок отнюдь не равны 110ом, более того не равны друг-другу, как это умозрительно предполагают публикаторы, более того, если рассмотреть частотные характеристики хода активной и реактивной составляющих вх. сопротивления, можно увидеть что они ОЧЕНЬ сильно отличаются, а на некоторых частотах вх. сопротивление является ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ. Современные методы моделирования позволяют обойти и все эти "подводные камни", однако схема и коммутация получается намного сложнее, а главное - наличие ТРАВЕРСЫ, на НЧ диапазонах, а это "палка" длиной десятки метров меня как-то не воодушевило. Поэтому я занялся рамками со сведенными верхними концами.

Если такие рамки включить противофазно, и подвести к ним обеим ВЧ напряжение, в силу того, что рамки излучают противофазные поля, излучения "в небо" и "в землю" будут подавлены, что очень хорошо, т.к. энергия ЭМ поля, излученная в этих направлениях все равно теряется бесполезно, эта энергия перераспределяется и образуется двунаправленная ДН -"восьмерка" с КУ = 8,5...9,5 дБи в зависимости от высоты мачты, и - этот простейший вариант реализации такой антенны уже значительно лучше "инвертора".

Конфигурации рамок могут быть самыми разными, с разными углами наклона их к горизонту, и углами между наклонными частями противоположных рамок по азимуту. Вариации этих параметров при помощи моделировщика ММАНА, позволяют "вписать" антенну в конкретную площадь и конфигурацию крыши Вашего дома, или площади огорода, а также подогнать Rвх под "удобоваримые" значения Rвх= 50, 37, 33, 28, 18 ом.

Конкретный пример в приложении EX8A BD7-50.maa. Эта антенна имеет ДН в виде восьмерки, Rвх=50ом, КУ=9дБи КСВ менее 1,3 в полосе 7...7,1мс, менее 1,6 в полосе 6,9...7,2мс. Максимум излучения - 29,8 градусов от горизонта, при высоте самой высокой точки антенны - 22м над землей. ДН устойчива и существенно не меняется в полосе 2мГц.

Закономерности, характерные для антенн вообще, сохраняются и для этих антенн - выше мачта - больше усиление и меньше верт, угол излучения. Дэльты с более пологим наклоном сторон более эффективны, что неудивительно, т.к. охватывают больше пространства, соответственно требуют больше площади для растяжек элементов. что для полевых условий обычно - не проблема. А в городе такую антенну можно повесить между домами, это плоская модификация той же самой антенны см. 2 приложения EX8A BD7-50 и 3.

Высота 27м G=10,7дБи. Высота 30m G=10,9дБи. Поскольку эти антенны ортогонально-симметричны, введением несложной коммутации, каждую из этих антенн можно заставить излучать и в двух других, перпендикулярных первоначальным, направлениях. Так, если радиальные проводники рамок выполнить из двух проводов, концы этих проводов замкнуть по ВЧ конденсаторами и запитать через эти провода 4 реле, расположенные на концах радиальных проводников. Реле отключат от концов этих проводников одни петлеобразующие проводники, подключат другие, и получатся две другие рамки, расположенные перпендикулярно первым, соответственно направление излучения повернется на 90 град. при этом в точке питания никакой коммутации не требуется. Разумеется эта модель в процессе доведения ее до рабочей, требует дополнительной проработки (учет влияния изоляции, размеров реле и пр.) что позволяет делать моделировщик.

В простейшем полевом варианте, можно эти манипуляции производить вручную ко времени прохождения на USA, например. Ослабил растяжки, перецепил горизонтальные провода этих дэльт, и излучать антенна начнет не в направлении "Восток-Запад" а "Север-Юг".

Из двух рамок такой конфигурации можно сделать и однонаправленную антенну, если одну рамку укоротить, а другую - удлиннить. При помощи ММАННы модификаций однонаправленной антенны можно сделать сколько угодно. Закономерности, характерные для направленных антенн, сохраняются те-же самые. Больше усиление - меньше полоса и наоборот, меняя углы наклона сторон рамок к земле и друг к другу можно подгонять Rвх. под разные удобоваримые значения. привожу наугад 3 модели из моей коллекции.

Преимущество таких антенн - простота и большее усиление чем у двунаправленного варианта, они не уступают по усилению 3el Yagi на той же высоте, их недостаток-одно направление излучения.

Если в этой антенне обе рамки сделать одинаковыми, размером с директор, а в проводники крест-накрест соединяющие рамки, включить небольшие индуктивности, электрически удлинняющие одну из рамок до рефлектора, получаем однонаправленную антенну, направление излучения которой легко может реверсироваться, подключением питающей линии релюхой к одной или другой из рамок. Таким образом "директор" и "рефлектор" меняются местами и ДН "поворачивается" на 180 градусов, причем очень быстро, за время срабатывания реле - 5...10мс. Естественно, дополнив эту антенну 4мя реле, по принципу, описанному выше, можно "крутить" ее через 90 градусов. Можно также сделать антенну, коммутируемую через 60 градусов, соответственно 6 направлений, больше делать вряд-ли стоит, т.к. провал усиления между соседними диаграммами становится менее 1,5дБ, а с ростом количества направлений коммутация существенно усложняется.

Такая антенна, с реверсируемой ДН была сделана у нас на EX9A, приложение - EX8A SDS 7-33, позволила существенно повысить результаты в контестах, по факту, как на прием, так и на передачу, выигрывает у IV, на такой же высоте, на соседней мачте 2-3 балла. В частности она помогла в RDXC-2005 установить новый мировой рекорд этого контеста Максиму Пустовиту - RV3BA, работавшему с EX9A, 1 место в SOAB Mix, по количеству очков он обошел даже все коллективки, уступив только UP5G.

Rвх этой антенны =33,3 ома, с 75омным фидером согласуется куском 50 омного кабеля, длиной 7м. Это четвертьволновой трансформатор, он свернут в бухту диаметром ок. 30см., выполняя роль симметрирующего запирающего дросселя.

Узел питания сделан из плекса 12 х 12см х 5мм, в центре стоит реле реверса ДН типа РЭН33, фазосдвигающие катушки расположены перпендикулярно друг-другу по разные стороны от пластины. Катушки содержат около 8 витков медного провода 3мм диаметром, на оправке около 40мм, намотка бескаркасная, индуктивность, которую указала ММАНа, отмеряли на индуктометре, настройка антенны свелась к сдвиганию-раздвиганию витков этих катушек для получения КСВ на частоте 7,05мс =1, по краям получилось около 1,5.

В дальнейшем моделировании, я обнаружил, что антенну с реверсируемой ДН можно сделать еще проще, применив не 2, а только одну фазосдвигающую катушку, имеющую индуктивность, равную сумме индуктивностей 2х прежних катушек. Это упрощает конструкцию и коммутацию реверса, отпала необходимость коммутировать оплетку кабеля, она присоединяется к одной из перемычек наклонных частей противоположных рамок, потенциал этой точки близок к нулю, катушка включается как диагональ, соединяющая две другие наклонные стороны противоположных рамок. Жила кабеля подключается контактом реле к одному или другому концу катушки, то есть к одной, или другой рамке НЕПОСРЕДСТВЕННО, при этом противоположная рамка оказывается подключенной к жиле через катушку, сдвигающую фазу для формирования однонаправленной ДН. Вся эта схема прекрасно видна на модели см. EX8A 80-125-LC.1 Это упрощение конструкции - 1катушка, вместо 2х, привела к некоторой ассимметрии заднего лепестка, на которую я решил наплевать.

Перекрыть диапазон 3,5...3,8мс с сохранением приемлемых параметров - задача не самая простая, потому, что Zвх. антенны в таком широком диапазоне меняется так сильно, что в каждой из рабочих полос (CW, SSB) реально надо применять отдельное согласующее устройство, кроме того у антенн с пассивными элементами в таком широком диапазоне разваливается ДН, Чтобы ДН была приемлемой, антенну приходится оптимизировать по макс. полосе, а это означает потерю усиления. Тут пригодилось свойство нашей 2эл Дэльты с активным питанием, "держать" диаграмму в гораздо большей полосе частот. Экспериментами с конфигурацией этой антенны для 80м диапазона была найдена такая, что частотный ход активной части вх, сопротивления в этом диапазоне имеет форму буквы S в трех точках пересекая ось -50ом, во всем диапазоне отклоняясь от 50 ом на +/-1,5ома, т.е. незначительно. Таким образом, точное согласование с фидером 50 ом на любой частоте сводится к компенсации реактивной составляющей входного сопротивления, а согласующее устройство - это небольшая катушка или конденсатор включенный в жилу кабеля, что резко упрощает коммутацию полос приемлемого согласования, добавлением 2х реле, закорачивающих или не закорачивающих согласующие реактивности, в данной модели, добавлено 2 реле РЭН33, конденсатор 880пФ и катушка 1,4мкГн. Если и кондер и катушка закорочены КСВ=1 на частоте 3,65мс. Полоса 100кГц, по уровню КСВ=1,5 и 200кГц, по уровню КСВ=2. Если катушка раскорачивается, минимум КСВ смещается на частоту 3,540мс, если раскорочен конденсатор КСВ = 1 на частоте 3,75мс не выходит из пределов 1,5 в полосе 100кГц. Естественно при желании можно сделать и большее количество частот точного согласования.

Повесить эту антенну удалось быстро, а сделать пластину с релюхами и катушками, как всегда не успели, тут Контест на носу - WAE CW, поэтому я быстренько слепил однонаправленную модель без коммутации направления излучения, так она там и висит. Также имеет Sобразную характеристику, а раз на релюху времени не хватило, для перевода в SSB приходится лезть на мачту и цеплять кондер в жилу, на соплях. Эта модель - EX8A SD 80-125-50.

Тем не менее работает она прекрасно, выигрывая у IV на другой мачте те-же 2-3 балла, уровень сигнала EX9A/EX2M сравнялся с уровнем самых мощных станций Урала, что и было нашей ближайшей целью. Для меня лично, главным приятным моментом было точное соответствие данных ММАННы, фактическим параметрам. Разумеется еще легче сделать такую антенну на ВЧ диапазоны, можно делать из них стэки, преимущество таких Дэльт - простота, прочность и дешевизна.

В конце статьи хочу обратить внимание на то, что во всех приведенных моделях диаметр проводников равен 1,6мм, что реальности, во всяком случае в наших действующих антеннах, не соответствует. Медный провод такого диаметра на ГОРЕ, где "живет" EX2M продержался бы до первого ветра, поэтому там применяется толстый полевик у которого вокруг семижильного стального тросика навито 24 медных жилки, потом изоляция. Если применяется проводник цилиндрического сечения без изоляции, ММАННа сразу выдаст все размеры и параметры, какие будут у антенны с таким проводом. Если применяется провод сложной конфигурации как разные многожильные витые канатики, да еще и в изоляции, ММАНа этого не учитывает. Поэтому надо измерять коэффициент, на который нужно умножить длину каждого провода, чтобы получить размеры рабочей модели из реального провода, той же "полевки". Это будет Ку-коэффициент укорочения. для его измерения делаем:

1. Отмеряем 2 одинаковых куска проводов, метра 3...4, один такой, какой забит в ММАННа модели, другой из провода, что будет реально применяться.
2. Сворачиваем провода в точно одинаковые по конфигурации рамки, цепляем такие-же изоляторы и пр.
3. Любым прибором, мостом, MFJем меряем частоту резонанса одной рамки, подцепляя ее концы к зажимам прибора. пусть получилось 65мс.
4. На это же место, что называется, на эти же гвозди, вешаем рамку из второго провода, пусть получилось 60мс.

Ку=60мс/65мс=0.923.

Скачать ММАНА модели EX8A (ex8a_maa.zip - 5kb)

73! Сергей Пасько (EX8A), ex8a@mail.ru