Пятиэлементная YAGI на диапазон 20 метров.

В этой статье рассказано о некоторых технологических приемах и тонкостях к которым мы прибегли при строительстве антенны для коллективной станции RK9XXS. К сожалению, авторы различных антенн не обращают внимания на описание технологии изготовления антенн, а это очень важно для тех, кто будет пытаться ее повторить. Не зная технологии изготовления, трудно в полной мере оценить собственные возможности. Их переоценка зачастую приводит к тому, что хорошие конструкции, несмотря на уже затраченные материалы, так и остаются недоделанными. Надеюсь, конструкция или некоторые приемы понравятся вам или смогут помочь в строительстве ваших антенн . В статье приведены также рекомендации и ссылки на ранее опубликованные конструкции.

Проблема выбора антенны стала перед коллективом Интинского радиоклуба еще в самом начале его деятельности. Уже тогда было решено: делать только серьезные антенны. Хорошо понимая, что антенну быстро не сделаешь, решили для начала собрать материалы, а уже исходя из их количества, решать, какую антенну строить. В течении месяца удалось найти: 10 дюралевых планок для прыжков в высоту, длиной по 3 м 60 см, 10 отрезков 30 миллиметровых труб длиной по 1,5 метра, две трубы от медицинских носилок диаметром 36 мм, две шестиметровых дюралевых трубы диаметром 60 и 70 мм и одну трехметровую трубу диаметром 60 мм. Этого материала было достаточно для строительства 5-элементной антенны YAGI. Имея опыт расчета антенных систем с помощью компьютера и строительства рассчитанных антенн, приступили к предварительному проектированию антенны.

Первые же прикидки показали, что выгоднее всего строить антенну на удлиненной траверсе. Выше коэффициент усиления, лучше отношение фронт/тыл. Основным критерием клубной антенны по нашему мнению, была ее широкополосность, т.е возможность с минимальным КСВ работать в полосе частот 14,0 14,35 МГц. Это обусловлено прежде всего разносторонними интересами членов клуба: Один любит телеграфный участок, другой SSTV, третий - поклонник островных экспедиций, четвертый любит МТ-63. Это и предопределило основной критерий компьютерного моделирования. Когда впоследствии была смоделирована антенна с максимальным усилением в направлении главного лепестка, оказалось, что наша антенна проигрывает всего 0,5-0,7 дБ. Это нас вполне устраивало.

Как и при строительстве 5-элементной антенны на 15 метровый диапазон провели расчет программой YAGIOPTIMIZER и проверили расчеты программой NEC4WIN95. Справедливости ради, надо отметить, что обе программы весьма близки по конечному результату, хотя и имеются некоторые расхождения. Построенная ранее с помощью YO антенна показала характеристики, полностью идентичные расчетным, поэтому и было решено придерживаться значений, определенных этой программой.

Итак, основные размеры были определены, пришло время технологических решений. Технология изготовления антенны была выбрана такой, чтобы минимизировать объем платных• работ, и основную часть деталей можно было выполнить самостоятельно с помощью нехитрого инструмента. Для работ понадобились электродрель, ножницы по металлу, ножовка по металлу, молотки, плоскогубцы, метчики, плашки, гаечные ключи, отвертки и другие мелочи.

Сварочных работ немного всего шесть несложных узлов. Токарные работы 10 дюралевых втулок. Все остальное выполнено самостоятельно, без применения специального оборудования.

Из личного опыта: К сварщику или токарю лучше всего идти в понедельник или после длительных праздников, с раннего утра, запасшись жидкой валютой•, тогда можно минимизировать затраты до предела и ускорить выполнение работ.

Как конструктивно все это выполнено:

Наиболее просто решили вопрос с траверсой: в центре расположили трубу диаметром 70 мм, с двух сторон в нее вставили трубы диаметром 60 мм. Зазор между трубами ликвидировали полосой стальной ленты толщиной 1,5 мм, плотно обернув ею тонкие трубы. Места стыка зафиксировали от проворачивания болтами М10х80. На расстоянии 1500 мм от концов просверлили два отверстия и закрепили болтами М10х100 по две стальные петли размером 30х120х5 мм для крепления верхней и боковых растяжек. 

На размеченных местах установили площадки крепления элементов:

Эти площадки полностью изолируют элементы от траверсы при минимальной емкости между ними.

Площадки крепления элементов состоят из стальной пластины толщиной 3 мм и текстолитовой пластины размером 100 х 250 х 15 мм. В стальной и текстолитовой пластине просверлено 16 соосных отверстий диаметром 6 мм, после этого в стальной пластине 8 отверстий рассверлены до диаметра 25 мм. Это нужно для того, чтобы стремянки крепления элементов не имели контакта со стальной пластиной. Затем в стальной пластине просверлено еще 4 отверстия диаметром 8 мм для крепления площадки к траверсе и приварена трубка диаметром 17 мм и длиной 500 мм для верхних растяжек элемента(стойка). Пластины скреплены между собой через не рассверленные отверстия 8-ю болтами М6 х 25.

Стремянки: Стремянки изготовлены из стальной не отожженной проволоки диаметром 8 мм. Для крепления элементов стремянки выбраны диаметром 6 мм(использовались строительные гвозди). Сначала рассчитывалась длина прутка, затем на концах на длину 30 мм нарезалась резьба и затем стремянка изгибалась на наковальне до нужной формы. Рассчитать длину прутка несложно:

L = 1,57*(D+d) + D + 2*M + 40

Где:

L Необходимая длина прутка
D - Диаметр трубы, которую крепит стремянка
d - Диаметр прутка из которого изготовлена стремянка
M Толщина детали к которой крепится труба
40 запас для гаек крепления.

Простой способ изгибания стремянки показан на рисунке

В процессе изгибания один молоток наставляется на стремянку, вторым наносятся несильные удары. Профиль стремянки контролируется по шаблону или закрепляемой трубе.

Элементы антенны составлены из отрезка трубки диаметром 36 мм (в центре), двух планок для прыжков в высоту и двух отрезков 30 мм трубки(на концах). Планки для прыжков плотно вставлены в трубку диаметром 36 мм, и зафиксированы стандартными хомутами, а отрезки трубок стыкуются с прыжковой планкой специально выточенными втулками из дюраля и заклепками из алюминиевой проволоки диаметром 5 мм. В месте стыка установлена петля для крепления верхних и внешних растяжек элементов.

Размеры элементов антенны:

Рефлектор 10 м 70 см
Вибратор 10 м 30 см
1-й директор 9 м 88 см
2-й директор 9 м 58 см
3-й директор 8 м 90 см

Петля изготовлена из проволоки 6 х 90 мм (можно использовать строительные гвозди). С одного конца на длину 20 мм нарезана резьба М6х1, второй конец изогнут в кольцо на оправке диаметром 15 мм.

Узел крепления траверсы показан на рисунке. 

Узел крепления принимает на себя основную нагрузку статического и динамического характера и должен обеспечивать высокую прочность.

Узел крепления траверсы представляет собой стальную пластину толщиной 4 мм. Размер пластины определяется длиной траверсы и весом антенны, минимальный размер В• для данной антенны 500 мм. В пластине просверлены отверстия для хомутов крепления траверсы и для хомутов крепления пластины к мачте.

Разметка отверстий производится следующим образом:

После разметки и сверления этих отверстий в нижнем углу сделаго отверстие для кронштейна боковых растяжек. Диаметр этого отверстия должен быть равен диаметру трубы, выбранной для кронштейна. Труба кронштейна выбрана диаметром 1,5 дюйма, т.е. 37 мм.

Длину трубы кронштейна (размер Г•) мы выбрали примерно 1000 мм. В трубе кронштейна на концах просверлено по два отверстия диаметром 12 мм , в которые будут вставляться натяжные болты боковых растяжек. Труба кронштейна вставлена в отверстие в стальной пластине, так чтобы длина концов была равна, и тщательно обварена дуговой сваркой с двух сторон.

Узел крепления тщательно зашкурен и окрашен масляной краской для наружных работ.

Натяжные болты верхних и боковых растяжек изготовлены из стального прутка диаметром 12 мм и длиной 250 мм. Один конец прутка изогнут в кольцо на оправке диаметром 15 мм, с другого конца на всю оставшуюся длину нарезана резьба М12 х 1,5.

Боковые и верхние растяжки траверсы изготавливать лучше всего в процессе сборки антенны, поскольку их длина определяется центром тяжести антенной системы.

Заделка растяжек в петли аналогична описанной в Ветроустойчивой и прочной антенне•

Сборка антенны: Вначале была собрана траверса антенны, как указано выше. Траверса укладывается на чистой, ровной горизонтальной площадке размером 12 х 16 метров.

На траверсе с помощью стремянок установлены площадки крепления элементов и на них, также с помощью стремянок, - собранные элементы антенн. При этом обращалось внимание на горизонтальность всех элементов антенн.

Расстояние между элементами

                                               Траверса 15 метров                Траверса 13 метров
Рефлектор - вибратор                      2 м 14 см                                 1 м 86 см
Вибратор - 1-й директор                   1 м 96 см                                 1 м 69 см
1-й директор - 2-й директор             4 м 58 см                                 3 м 97 см
2-й директор - 3-й директор             6 м 32 см                                 5 м 48 см 

При установке элементов петли крепления верхних и внешних растяжек должны находиться сверху.

Производится разметка верхних растяжек элементов и установка на них изоляторов. Чем больше будет установлено изоляторов, тем меньшее влияние на параметры антенны будут оказывать верхние растяжки. В случае применения диэлектрических(капроновых, пеньковых) верхних растяжек изоляторы можно не устанавливать. Растяжки крепятся одном концом за петли на элементах, другим в просверленные в поддерживающих стойках отверстиях.

Для всех узлов крепления растяжек обязательно должны применяться коуши. Внешние растяжки крепятся также к петлям на элементах.

Внешние растяжки в местах крепления желательно обернуть полосками оцинкованной жести, тогда они прослужат долго. Внешние растяжки должны быть по возможности сильно, но равномерно натянуты. Самое важное обеспечить правильное положение элементов антенны.

В нашей конструкции использовались стальные тросики для верхних растяжек и пеньковый шнур для внешних растяжек. После крепления всех растяжек производится установка согласующего устройства.

Согласующее устройство крепится с помощью хомутов или стремянок. Кабель питания подключается, закрепляется и прокладывается к центру мачты сразу. Корпус согласующего устройства должен обеспечивать защиту конденсаторов от дождя и снегопада.

Теперь антенна собрана и можно определить ее центр тяжести. Для этого приподнимают траверсу между 1 и 2-м директорами и передвигая точку опоры находят положение в котором максимально равновесие антенны. В этом месте устанавливают центр узла крепления траверсы, таким образом, чтобы кронштейн боковых растяжек находился снизу.

Измеряют расстояние между отверстиями кронштейна и стальными петлями на траверсе и по этим размерам изготавливают боковые растяжки, сделав запас для натяжения.

Перед подъемом антенны обязательно нужно проверить все крепления, подтянуть все гайки.

Поддерживая траверсу в 2-х местах поднимают собранную антенну на станок УНЖИ, на котором закреплен редуктор с несущей трубой. Переделка редуктора от П-35•. Прижав узел крепления к несущей трубе, закрепляют его с помощью стремянок.

Эту операцию, так же как и установку редуктора на мачту, нам удалось выполнить вдвоем с помощью конструкции аналогичной описанной ранее Устанавливаем УНЖУ без станка•

Выровняв траверсу с помощью подставок, измеряют расстояние между верхней частью несущей трубы и петлями крепления верхних растяжек. По этим размерам изготавливают и устанавливают верхние растяжки. Сразу же нужно обеспечить натяжение верхних и боковых растяжек траверсы, контролируя отсутствие вертикального и бокового прогиба. Это единственная сборочная работа проводимая на высоте 3 метра. Теперь антенна полностью собрана и подняв секции на высоту при которой еще можно работать с согласующим устройством производят настройку омега-согласователя.

Настройка: Две построенные по компьютерным расчетам антенны потребовали только настройки согласующего устройства. Каких либо удлинений или укорочений элементов и перемещений их на траверсе в процессе настройки не производилось.

Настройка согласующего устройства сводится к установке положений конденсаторов соответствующим максимальной отдаче мощности при минимуме КСВ на средине диапазона.

В случае настройки согласующего на высоте 3 - 4 метра от земли настройку производят на частоте 14 100 кГц , при этом необходимо проверить КСВ на частотах 14,0 и 14,35 где он не должен превышать 1,1. КСВ должен быть равномерным (не более 1,1) во всем 20 метровом диапазоне.

Характеристики антенны:

В проектировании и строительстве антенны приняли участие Ю.Погребан (UA9XEX), А.Кищин(UA9XJK), А. Колпаков(UA9XKT), А.Богомолов(UA9XBL), М.Грибак (UA9XEQ)

Генеральный конструктор и прораб строительства: Н.Филенко(UA9XBI)

Анализ= характеристик= антенны 5 ел YAGI.

Антенна построена на коллективной станции Интинского радиоклуба. Анализ характеристик антенны производился на разными алгоритмами расчетов. Применялись программы YO6.53, YO5.10, NEC4WIN95 NEC4WIN95VM, и после постройки антенна была смоделирована на MMANA v.1.77

Вид антенны смоделированной в MMANA:

    

Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости. По данным YO, алгоритм MININEC:

 

График на частоте= 14.200, по данным YO:

 

Тот же график F/B в прямоугольной системе координат:

 

По данным =ММАNA:

 

Диаграмма направленности в вертикальной плоскости: По данным YO на высоте 25 метров:

 

По данным программы MMANA на высотах 14 и 25 метров:

 

Электрические Характеристики антенны.

Усиление и подавление заднего лепестка. По данным ММАNA:

 

Входное сопротивление антенны (без согласования).

=

 

=Основные характеристики на разных частотах, по данным MMANA.

= ===============                  

 

КСВ с использованием гамма согласования, по данным MMANA:

 

КСВ c использованием Омега-согласователя, на основной частоте 14.100 по данным MMANA:

 

Основные графики по данным YO:

 

 Поведение антенны на разных высотах и с разной подстилающей поверхностью по данным MMANA:

На частоте 14.200======Реальная земля очень плохая.

 

 На частоте 14.100============Реальная земля очень плохая.

Технический совет радиоклуба.

Дальних Вам связей! 73!

Н.Филенко (UA9XBI), ua9xbi@online.ru