ШЕСТИДИАПАЗОННАЯ ШТЫРЕВАЯ АНТЕННА

Д. ВУЗОВ, Л. КАЗАНСКИЙ, С. МИШЕНКОВ (RN3AA)

Отличие этой антенны от аналогичных многодиапазонных GP, которые настраивают на рабочую частоту согласующим блоком, расположенным у основания вертикального излучателя, - отсутствие в этом блоке элементов коммутации или элементов с изменяемыми параметрами (конденсаторов, катушек индуктивности). Подобное решение снижает вероятность выхода из строя согласующего блока из-за воздействия неблагоприятных погодных условий, повышает надежность антенны в целом.

В данной статье рассматривается антенна, которую можно разместить на крыше шахты лифта многоэтажного дома. Она предназначена для использования на любительских радиостанциях, которые имеют отдельный или встроенный в трансивер согласующий блок, позволяющий работать без снижения мощности на нагрузку с КСВ не более 3. Эта антенна имеет неперестраиваемое согласующее устройство, обеспечивающее указанный уровень согласования в большей части шести любительских диапазонов (7-21 и 28 МГц). Согласующее устройство устанавливают у основания антенны.

Собственно антенна (рис. 1) представляет собой вертикальный излучатель - штырь высотой 6,25м. До 1/З его высоты он выполнен из стальной трубы с внешним диаметром 114 мм, а верхние 2/3 штыря с целью уменьшения его веса и парусности антенны сделаны из четырех параллельных стальных труб диаметром 40 мм (с эквивалентным радиусом таким же, как и у нижней трубы). Излучатель установлен на опорном изоляторе. В практической конструкции был использован стеатитовый изолятор модели СБ-007С.

an-rbo-1.gif
Puc.1

Антенна имеет диэлектрические оттяжки, нижние концы которых закреплены на краях крыши шахты лифта, а верхние - у верхнего конца трубы (примерно на уровне 1/3 высоты антенны). Противовес выполнен из восьми стальных полос шириной 180 мм, вписанных в размер крыши шахты лифта 2,5x2,5 м (рис. 2).

an-rbo-2.gif
Puc.2

Масса антенны - 58 кг. В табл. 1 приведены измеренные входные сопротивления и КСВ такого штыря на различных любительских диапазонах (для волнового сопротивления фидера 50 Ом).

Table 1
На диапазонах 1,8 и 3,5 МГц антенна почти не излучает, а на большинстве остальных диапазонов собственный КСВ слишком высок для ее эффективной работы. Задачу согласования антенны с фидером решает неперестраиваемое согласующее устройство, схема КОТОРОГО приведена на рис. 3.
an-rbo-5.gif
Puc.3

Расчетные величины элементов схемы приведены в табл. 2 (L - в мкГн, С - в пф).

Table 2
В элементах схемы согласующего устройства развиваются значительные токи и напряжения, поэтому здесь желательно использовать керамические конденсаторы К15У-1 и однослойные цилиндрические катушки индуктивности из медной трубки или провода большого диаметра. В катушках должна быть предусмотрена возможность подстройки величины индуктивности в пределах ±20% (например, с помощью подвижного хомутика). Размеры и мощность элементов выбираются в зависимости от мощности передатчика, с которым будет работать антенна.

Узел согласования выполнен следующим образом. В каждой из шести цепочек осуществляется согласование входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидера на средней частоте соответствующего диапазона (первая цепочка - на частоте 7,05 МГц и т. д.). Согласование выполняется как бы Г-образным звеном (прямым или обратным - в зависимости от величины активной части входной проводимости антенны на данной частоте), содержащим индуктивность в последовательной ветви и емкость в параллельной. На самом деле указанные индуктивность и емкость получаются увеличением L1 п или L2n и СЗп контуров L1nC1n, L2nC2n, L3nC3n, изначально настроенных в резонанс на средней частоте соответствующего диапазона (п имеет значения от 1 до 6 в зависимости от диапазона) Назначение этих контуров - ослабить взаимное влияние цепочек друг на друга с тем, чтобы оказался возможным процесс поочередного согласования антенны на разных диапазонах.

Согласующее устройство работает так. Допустим, от передатчика поступает сигнал с частотой, равной средней частоте первого диапазона. Предположим сперва, что характеристические сопротивления цепочек 2-6 весьма велики (т. е. индуктивности в них велики, а емкости малы). В этом случае входные сопротивления цепочек 2-6 будут также весьма велики и существенного влияния на настройку первой цепочки не окажут. Активное сопротивление антенны в первом диапазоне меньше волнового сопротивления фидера (50 Ом), поэтому осуществить согласование антенны с фидером можно с помощью Г-образной цепочки, имеющей последовательную индуктивность со стороны антенны и параллельную емкость со стороны передатчика. Контур L21C21 настроен в резонанс, его сопротивление равно нулю, так что его как бы и нет. В первой цепочке величина индуктивности L11 больше величины индуктивности L21 на величину, необходимую для согласования входного сопротивления антенны с фидером В параллельной ветви величина емкости С21 также больше необходимой для настройки контура L31C31 в резонанс на величину, обеспечивающую согласование антенны с фидером. При незначительном отклонении частоты от резонансной сопротивление контура L21C21 будет невелико, а сопротивления контуров L11C11 и L31C31 станут лишь незначительно отличаться от значений, необходимых для согласования антенны на этой частоте.

На самом деле величина характеристического сопротивления контуров цепочек 2-6 не может быть сделана очень большой как по конструктивным соображениям, так и из-за необходимости обеспечения достаточных полос пропускания для 2-6 диапазонов. Поэтому цепочки 2-6 влияют на уровень согласования. Это влияние компенсируется соответствующим изменением величин L11 и С31.

Работа согласующего устройства на остальных диапазонах аналогична, за исключением тех из них, на которых активная часть входного сопротивления антенны больше волнового сопротивления фидера. На средней частоте соответствующего диапазона равно нулю сопротивление контура L1nC1n, а согласование осуществляется изменением величин L2n и СЗn.

Настройка согласующего устройства производится так. Сначала выставляют величины элементов, близкие к расчетным, и настраивают контуры L1nC1n, L2nC2n, L3nC3n на средние частоты соответствующих диапазонов При этом добиваются минимального значения полного сопротивления контуров L1nC1n и L2nC2n и максимального - для L3nC3n. Изменением величин 1_1n или 1_2n и СЗn осуществляют собственно настройку на средней частоте диапазона, причем рекомендуется начинать настройку с самого низкочастотного диапазона. Поскольку наличие контуров не устраняет полностью взаимного влияния настроек на разных диапазонах, процесс настройки приходится повторять.

Для расширения полосы настройки (снижения КСВ на краях какого-либо диапазона) следует увеличивать индуктивность L3n в соответствующей цепочке. Чтобы уменьшить взаимное влияние, наоборот, надо уменьшать индуктивность L3n, сохранив резонансные частоты соответствующих контуров. При малых значениях индуктивности катушки L3n ее выполняют в виде шлейфа. Желательно, чтобы физические размеры элементов были небольшими.

Настройку рекомендуется производить в месте установки антенны. Технически это не сложно, поскольку согласующий блок находится у основания антенны. После настройки положения регулировочных элементов фиксируют (например, пайкой) и в дальнейшем в процессе эксплуатации не изменяют. КСВ на "резонансной частоте" антенны для разных диапазонов лежит в пределах 1,2-1,7 и только на диапазоне 18 МГц он выше - 2,2.

Радио 11/2000, с.63-64.