Антенна радиостанции RX3AKT.

Антенна радиостанции RX3AKT

Сергей Макаркин (RX3AKT)

Девяти диапазонная прямолинейная проволочная антенна запитанная с конца в пучности напряжения. Кабельный шлейф, как диапазонный фильтр, хорошо защищает ее от помех. Короткозамкнутая по постоянному току и поэтому не боится статических атмосферных зарядов. Удобна в развертывании и настройке. Имеет КСВ чрезвычайно близкий к единице на средних частотах диапазонов. Имеет свойство значительно ослаблять внеполосные сигналы. Не бросается в глаза. Обладает минимальной парусностью. На ВЧ диапазонах имеет коэффициент усиления до 6 ДБ в фиксированном направлении. Обходится без системы противовесов и не нуждается в ВЧ заземлении. Сопрягается с микропроцессорной системой управления, описанной в сборнике “RD” №10, №11. Конструкция антенны эксплуатируется автором в эфире уже более полугода и вызывает живой интерес у радиолюбителей. Однодиапозонный вариант антенны был опубликован в “RD” №2 за 1998 год. И, вот, удалось изготовить и испытать более универсальный ее образец - стационарную антенну на шесть основных КВ диапазонов.

Дело в том, что я живу на первом этаже многоэтажного дома, который со всех сторон окружен такими же высокими домами. В добавок, все удобные верхние точки моего и ближайших домов уже заняты оттяжками треугольников моих друзей - соседей радиолюбителей, магистралями кабельного телевидения и радиовещательными проводами. Так, что даже тратиться на фидер для подъема на крышу точки питания новой антенны, мне показалось, не имело никакого смысла. Осталась единственная возможность - использовать объем между домами. Традиционный треугольник никак не вписывался в окружающее пространство. Для диполя требовался фидер, расположенный перпендикулярно к центру полотна антенны, а оттягивать его было некуда. От примитивного LONGWIRE я отказался сразу, так как на собственном опыте знал, что все бытовые помехи моего дома, железная арматура которого является вторым полюсом такой антенны, обязательно будут присутствовать на входе моего трансивера. Короче говоря, я попал, казалось бы, в безвыходное положение. И тут я вспомнил об “Антенне быстрого развертывания”, отлично показавшей себя в многочисленных путешествиях дружной команды редакции сборника ”RD” на радиолюбительские слеты, да и просто при выездах загород. Но, это была исключительно одно-диапазонная конструкция, а в домашних условиях, конечно, хотелось бы иметь всеволновую антенну, работающую хотя бы на основных диапазонах, включая 160 М и до 10 М. И так, я остановился на варианте прямолинейной проволочной антенны с питанием с конца, в пучности напряжения, и с согласованием с помощью короткозамкнутого шлейфа из коаксиального кабеля.

Длина полотна антенны была определена из следующих соображений: - она должна быть не менее половины длины волны самого длинноволнового из диапазонов и приблизительно быть кратной числу полуволн для других, более высокочастотных, диапазонов. Я решил, что длина 84 метра будет наиболее подходящей, - для четырех основных высокочастотных диапазонов - 10, 15, 20 и 40 метров, она довольно точно совпадает с оптимальной (смотри формулу на рисунке), а для диапазонов 80 и 160 - немного больше положенного и реактивная составляющая входного сопротивления компенсируется шлейфом. Причем, при такой схеме питания и согласования получалось даже принципиальное преимущество, в плане многодиапазонности, этой антенны, по сравнению с разрезным диполем той же длины. Диполь, легко согласуется с кабелем на диапазоне 160 М ( входное сопротивление - низкое ) и затруднительно, на диапазоне, например, 80 М ( входное сопротивление - высокое ). А у строящейся антенны такого недостатка не было - входное сопротивление у нее всегда высокое, даже на VARC диапазонах. В общем то, можно было бы сделать девяти диапазонную КВ антенну, но запала хватило только на шесть. Многодиапазонность антенны обеспечивается настройкой шлейфа. Механический перенос конструкции одно-диапазонного варианта согласования на многодиапазонный, предусматривал бы переключение нескольких диапазонных шлейфов в месте контакта с проводом вибратора и в месте присоединения кабеля фидера. Это обеспечило бы мне массу трудностей - толстая колбаса параллельных кабелей шлейфов, два сложных многопозиционных дистанционных переключателя... Неизвестно, удалось бы мне вообще осуществить такой проект? Пришлось немного поразмыслить и через некоторое время в голове созрела довольно изящная схема переключения шлейфов, или, вернее, одного шлейфа.

Суть идеи заключалась в перераспределении функций кабеля вдоль его длины, начиная от места присоединения его к проволочному вибратору. Тот участок кабеля, который на коротковолновом диапазоне только что выполнял роль фидера с режимом бегущей волны при переходе на более длинноволновый диапазон становится шлейфом с режимом стоячей волны. Другими словами, для каждого диапазона в определенном месте кабеля с помощью ВЧ реле присоединяется короткозамкнутый кусок кабеля определенной длины, причем, все остальные диапазонные реле - разомкнуты. Кабель расположенный левее включенного реле, (Рис. 1) плюс подключенный КЗ отрезок кабеля, выполняют роль шлейфа. А кабель правее включенного реле, выполняет роль фидера. Сопротивление в точке разреза шлейфа (там, где реле) выбирается равным волновому сопротивлению используемого кабеля, поэтому о длине правого участка кабеля - фидера, можно не беспокоиться. Она может быть произвольной и в любой точке значение КСВ будет постоянным и равным тому, что мы установили при настройке шлейфа для данного диапазона. Конечно, надо постараться подобрать такую длину шлейфа и определить место разреза (включения реле) чтобы величина КСВ была как можно ближе к единице. Ведь место где надо резать кабель находится буквально у нас в руках, если... Если это достаточно длинноволновый диапазон и длины кабеля хватает, что бы дотянуться до места разделки. Вот именно с этой проблемой я столкнулся в начале холодного мая 1999 года. Ведь, шлейф необходимо настраивать тогда, когда полотно антенны уже заняло свое штатное место. Всю весну я готовил провод, скручивал изоляторы и делал стык с кабелем. К вибратору присоединяется только центральная жила шлейфа. Оплетка же кабеля в этом месте никуда не идет, она обрезается сантиметрах в пяти от места стыка, выпуская вперед изоляцию центральной жилы, гидро и электроизолируется. У меня это место твердо притянуто капроновой леской к самодельному изолятору из оргстекла и помещено в пластмассовую бутылку из под пепси-колы. В отверстие изолятора продета оттяжка, снимающая механическую нагрузку с кабеля. Кабель я на первый случай оставил длинной около 10 метров, свернул заготовку антенны в рулон, позвал своих друзей - соседей и вот уже через час антенна растянута. Верхний конец вытянут на крышу соседнего дома на высоту около 60 метров, а нижний, закреплен на уровне моего первого этажа - около 5 метров над землей. Полуфабрикат шлейфа вышел примерно на метр в “свободное пространство” от стены в направлении полотна, метра четыре пошло вдоль стены. В результате, в форточку просунулся кусок кабеля длиной всего в метр - это расчетное расстояние до первого реле - “горячий” отрезок шлейфа для диапазона 40 метров, в шести метрах от “бутылки”. Каждый раз выглянув в окно и увидев там то майский снег, то июньский мороз я думал: - “Как же я доберусь по стене до места, где надо впаивать реле для диапазона 10 метров. Ведь оно должно быть только в полутора метрах от начала полотна антенны”. Думал, думал я, ломал себе голову, как однажды ночью во сне ко мне пришло решение этой задачи. - Почему бы не попытаться сделать шлейф для той же “десятки” длиной не одну четверть волны (с учетом коэффициента укорочения кабеля, конечно), а любое удобное нечетное количество четвертей волн? Ведь, теоретически, это вполне корректное решение. Утром, едва проснувшись, - скорей к паяльнику. Быстро рассчитал суммарную длину кабеля для следующего диапазона - 15М. Разделал кабель. Даже без подгонки, сходу, получил КСВ около 1,5. Вышел в эфир... Меня слышат! Удалось провести QSO с несколькими Японцами. Идея работает! Дальше пошло, наверное, самое трудное - отработка технологии изготовления стыков, подбор реле, настройка шлейфа на выбранные диапазоны. Сначала рассчитывал применить реле РПВ 2-7, но оказалось, они при мощности передатчика уже около 50 Вт начинают нагреваться, и вообще, по сравнению с паянным соединением здорово ухудшают КСВ в месте стыка с фидером. Другие реле из серии РЭС и РЭН показали еще более худшие результаты. Пришлось остановиться на довольно дорогих, но надежных коаксиальных реле типа РЭВ-16. Да и их надо было дорабатывать (Рис. 2).

Удалил за ненадобностью резьбовые фланцы от разъемов переключаемых контактов. Удалил, так же, и сам нормально разомкнутый контакт и на его место поставил заглушку. Почему я убрал именно этот контакт, а не нормально замкнутый? Этому нашлось две причины: - удобней настраивать шлейф для очередного диапазона с реле к которому еще не подведено коммутирующее напряжение и, вдобавок, получается, что вся шлейфовая система антенны в обесточенном состоянии в шести местах закорочена на землю и не боится накопления атмосферных статических зарядов. Иначе, при снятии питания с коммутатора шлейфов необходимо было бы в целях безопасности отсоединять фидер от трансивера. А так - все получается автоматически, при выключении аппаратуры. Забывчивым - можно не беспокоиться! Далее, прикрепляю к торцевому разъему реле короткозамкнутый отрезок кабеля шлейфа. Длина корпуса реле входит в размер этого участка. Затем, на место удаленного фланца нормально замкнутого разъема приворачиваю жестяную пластину, краями которой, обжимаю пару предварительно разделанных кабелей - один со стороны антенны, другой - продолжение шлейфа для следующего диапазона с небольшим запасом для настройки. Кабели и место обжима сверху обматываю голой медной проволокой, которую я ,например, “добыл” из многожильного телефонного кабеля. К свободному пока еще концу отрезка кабеля шлейфа для следующего диапазона через КСВ - метр или “антенноскоп” подаю сигнал от передатчика или генератора и изменяя длины участков “А” и “Б” настраиваю шлейф. Очевидно, что настройка шлейфа для каждого отдельного диапазона нисколько не влияет на настройки для остальных диапазонов. Места проволочного бандажирования в готовом коммутирующем узле слегка пролуживаю, следя за тем, что бы не расплавить изоляцию кабеля. Покрываю герметиком щели через которые влага может проникнуть к реле и обматываю все синей изолентой. Время покажет, на сколько такая конструкция надежна - ведь весь шлейф у меня расположен “на улице”, размещаясь примерно тремя кольцами по внешнему периметру окна. Практика подтвердила тот факт, что расположение, форма, диаметр укладки кабеля шлейфа и прилегающие к нему предметы абсолютно не влияют на КСВ антенной системы, этим кабель выгодно отличается от обычного для таких антенн шлейфа из открытой симметричной линии. Роль кабеля шлейфа в процессе излучения антенны и формирования ее диаграммы направленности по моим наблюдениям различна на каждом диапазоне- чем выше частота диапазона, тем значительней антенный эффект кабеля. На диапазонах до 20 М он достаточно мал - бытовые местные помехи и помехи от компьютера, например, совершенно не ощущаются. В любом случае не помешает пропустить несколько витков кабеля фидера (после стыка для 160 М) через ферритовое кольцо соответствующего диаметра. В заключении скажу, что эта антенна, конечно, не “идеал”, но в моих условиях она открыла мне “широкое окно” в эфир.