Складной квадрат 10-метрового диапазона для походных условий

L. B. Cebik, W4RNL. Оригинал статьи опубликован в журнале HAM RADIO, November 1989, pp. 70...75

  Активность на диапазоне 10 метров (Внимание! Вдладельцы СВ аппаратуры, эта антенна может быть полезной и Вам – UA9LAQ) сохраняется высокой, благодаря наличию  выпускаемых портативных приёмопередатчиков, таких как HTX-100, President и Ranger повысилась привлекательность работы в полевых условиях. Самым “слабым звеном”, как всегда, является антенна. Мобильные антенны - неэффективны. Направленные антенны громоздки для транспортировки, даже в разобранном состоянии. Диполи нужно на что-то крепить, тут существует дилемма: или подвешивать диполь низко над землёй, или взбираться на деревья, если, конечно, таковые есть поблизости.

  Описываемый здесь складной одноэлементный квадрат, наверное, придётся по сердцу заядлому путешественнику с радиоаппаратурой:

- Рамка квадрата имеет достаточно высокую эффективность и нечувствительность к влиянию близко расположенных предметов.

- Даже, поднятый на высоту всего лишь 10 футов, “квадрат” уже имеет симметричную двухстороннюю  диаграмму направленности.

-  Ширина антенны небольшая, всего 9 футов, идеальна для поднятия антенны в условиях “тесного” окружения, например, между двумя автомобилями.

-  Антенна быстро складывается и разворачивается (10 минут не более, включая настройку трансивера на антенну перед работой в эфире).

-  Квадрат сворачивается без разборки в пакет размером 8 дюймов х 6 дюймов х 5 1/2 футов и легко может транспортироваться (имеется в виду, видимо, автомобиль – UA9LAQ).

- Кроме коаксиального гнезда соединителя (SO-239) и куска пластмассы, все части антенны можно изготовить из подручных материалов.

 Электрически ничего нового в этом квадрате нет, нова лишь его складная конструкция. Длина проводника рамки для частоты 28,5 МГц составляет около 35 ¼ фута, около 8 футов 9 дюймов на сторону и рассчитывается по формуле:

L = 1005 / F,

где  L – длина проводника рамки в футах, F - расчетная частота, МГц.(1 фут = 30,48 см).

Квадратная рамка, расположенная на высоте, по крайней мере, половины длины волны ( примерно 5 м) имеет входной импеданс, примерно, 120 Ом. Но обо всём по - порядку.

Строим складной квадрат

  Традиционный способ монтажа квадрата основан на обтягивании проводником Х-образной диэлектрической основы по периметру. Предлагаемая конструкция переносного квадрата выполнена несколько иначе. Как видно из Figure 1, антенна содержит центральную поддерживающую штангу из трубчатого диэлектрика, горизонтальные элементы из алюминиевого L-профиля, вертикальные части рамки выполнены из провода. Диэлектрическая штанга смонтирована на стандартной телевизионной мачте.

  Центральная штанга состоит из двух  отрезков водопроводной диэлектрической трубы длиной по 5 футов (1 фут = 30,48 см). Верхний отрезок имеет диаметр 1 дюйм (1 дюйм = 2, 54 см), нижний – 1 ¼ дюйма. Это даёт внешний диаметр верхнего отрезка 1 5/16 дюйма, внутренний диаметр нижнего отрезка 1 3/8 дюйма. Отрезки свободно входят друг в друга и легко перемещаются относительно друг друга (расположены телескопически).

  Закрепите пластинки из акриловой пластмассы на каждом отрезке диэлектрических трубок центральной штанги согласно Figure 2. По паре болтов #10 и гаек обеспечивают вполне надёжное крепление пластинок к трубкам. Я выпилил эти пластинки из сидений офисных кресел толщиной 3/16 дюйма. В “крыльях”, выполняемых из дюралюминиевого L-профиля размерами 1 х ¾  дюйма, лучше сначала просверлить небольшие отверстия для крепления (1/8 …3/16 дюйма), а уж потом отрезать край по размерам, дело в том, что при сверлении отверстий недалеко от края, можно просто выкрошить кусок материала, неумеренно нажимая на сверло, при сверлении отверстий в непосредственной близости от кромки профиля. Опиливая пластик пилой, не следует “работать” слишком быстро, разогретый пластик плавится и пила “заедает”. При выпиливании выступов на диэлектрической пластине, следует соблюдать осторожность: выступы имеют небольшую ширину и можно просто “пролететь” или отломить их при нажатии на пилу.

Общий вид квадрата в развёрнутом и свёрнутом состоянии.

Просверлите отверстия  для крепления пластинок к диэлектрической штанге, отступив 1 ½ дюйма от верхнего и нижнего краёв пластинки. Просверлите отверстия под фигурный крепёж #10 (можно, например, использовать винты с гайками типа “барашек”), который будет являться осями перегиба квадрата на линии “крыльев”, при его сворачивании. Для фиксации “крыльев”, выполненных из L-образного профиля используется дюймовый хомут, который одевается на выступы диэлектрической пластмассовой пластины  и “крылья”- при сворачивании квадрата, достаточно, снять эти хомуты с выступов, немного деформировав антенну (см. рисунки). (Следует отметить: для придания жёсткости конструкции, крепление в развёрнутом состоянии у квадрата должно осуществляться с натягом, элементы не должны болтаться – правильно выберите длину проволочных вертикальных сторон квадрата – UA9LAQ).

Чертёж верхней и нижней пластин, выполняемых из акриловой пластмассы.

  Поскольку каждый горизонтальный элемент  имеет достаточно большую длину 4 фута 4 ½ дюйма, используйте четыре куска толстого алюминиевого L-профиля размерами 3/4 х 3/4 х 1/16 дюйма. Я приобрёл 8-футовые отрезки, так что осталось и на квадрат  диапазона 50 МГц. Прикрепите отрезки с помощью крепежа #10 так, чтобы между их торцами остался зазор в 1/8 дюйма. Соедините внутренние концы  крыльев с помощью проволочной перемычки, используя провод #18 и лепестки, крепёж #6. Соблюдайте ориентацию профиля: плоская сторона его должна быть повёрнута внутрь антенны, в её центр, - не наружу. Это даст хорошую натяжку в развёрнутом состоянии со стороны вертикальных проводов. У центра нижних элементов (“крыльев”) просверлите отверстие диаметром 5/8 дюйма  в одном из отрезков для крепления модифицированного соединителя SO-239. Убедитесь, что осталось достаточно места между обоймой коаксиального гнезда SO-239 и стенкой L-профиля, чтобы можно было привернуть штекер соединителя. Отпилите два противоположных  угла с крепёжными отверстиями у коаксиального гнезда, обработайте аккуратно напильником и закрепите, с помощью оставшихся двух

отверстий, на нижней (более узкой) грани одного из нижних “крыльев”. (Повреждённое при обработке антикоррозийное покрытие обоймы коаксиального гнезда следует покрыть, для предотвращения окисления, краской, клеем или пролудить, если обойма выполнена из нержавеющей стали, можно оставить, - как есть – UA9LAQ).

 На прототипе антенны гнездо соединителя расположено с внешней стороны от крепёжных элементов #10 (осей перегиба при сворачивании квадрата – UA9LAQ). Если Вы увеличите расстояние между точками подвижного крепления  нижних “крыльев”, то появится место для крепления гнезда соединителя непосредственно на внутреннем крае одного отрезка профиля. В другом отрезке профиля просверлите отверстие #6 и приверните крепёжным винтом с гайкой и шайбами к нему лепесток, к которому припаян отрезок провода #18. Другой конец этого провода припаивается к центральному выводу гнезда РЧ соединителя SO-239.

  Отрежьте два куска провода длиной 8 футов 9 дюймов (холоднотянутый провод #18 отлично подходит для этой цели). Припаяйте лепестки на концах проводов и закрепите их на концах “крыльев”, согласно рисункам, просверлив отверстия #6 в вертикальных стенках L-профиля.  (Чтобы правильно собрать антенну, следует сначала отвернуть верхнюю пластмассовую пластинку, опустить её внутрь квадрата привернуть провода к профилю, одеть хомуты на выступы пластинок и, двигая верхнюю пластинку вверх, водрузить её на место, закрепив винтами. Таким образом будет под контролем обеспечение оптимального натяжения проводов (выбрать первоначально чуть длиннее и доводить до нормы), которое с одной стороны обеспечит натяжение, придающее жёсткость системе, с другой – обеспечит минимальные усилия при развёртывании антенны и максимальную её износоустойчивость - UA9LAQ).

 Простой метод, используемый при сверлении труб из диэлектрика.

  Последней операцией будет сверление отверстия в обеих трубках центральной штанги. Это отверстие будет определять положение развёрнутого квадрата: сверление следует производить на ровном полу строго по диаметру обеих трубок (в помощь Figure 3). Перед сверлением следует зафиксировать “крылья” антенны, одев хомуты на выступы диэлектрических пластин и, завернув “барашки” на осях сгиба “крыльев”. Выдвиньте трубки центральной штанги друг из друга до получения небольшого натяжения (будут пружинить “крылья”, выполненные из L-профиля), затем отметьте это положение риской на внутренней трубке по краю внешней. Пользуясь рисунком (Figure 3), просверлите в обеих трубках диаметральные отверстия, в которые при развёртывании квадратов вставляется шпилька. С помощью полоски бумаги, согласно рисунка, определяется место отверстия: оно будет на отмечаемой линии между захлёстнутыми краями бумажной ленты. Противоположное диаметрально отверстие будет находиться посередине между отметками и в центре ленты по ширине. Сверлят отверстия  диаметром 3 мм с той и другой стороны внешней трубки, затем, вставляют внутреннюю на глубину, отмеченную риской ранее. Зафиксировав трубки относительно друг друга, сверлят отверстие с одной стороны внутренней трубки через отверстие во внешней, затем, вставляют в него короткий винт для фиксации и сверлят другое отверстие с противоположной стороны, также, через отверстие во внешней трубке. L-образная шпилька диаметром 3 мм (или винт с гайкой) должна легко проходить через трубки, при совмещении отверстий. Чем тщательней будет проведена операция по сверлению отверстий, тем меньше времени будет затрачено на развёртывание квадрата в дальнейшем.

Детали антенны (см. текст)

Соединительная секция антенна – мачта.

Разворачивание и сворачивание готовой антенны.

 Положите готовую антенну на пол (на землю), чтобы попробовать, как она будет разворачиваться и сворачиваться. Для приведения антенны в рабочее состояние, приведите отрезки L-образного профиля в состояние перпендикулярное к центральной штанге. Набросьте хомуты на выступы пластмассовых пластин и затяните. Затяните и подвижные соединения #10 (на которых вращаются “крылья”, например, “барашками”). Проверьте надёжность электрических соединений  между “крыльями” в центре (проводники). Теперь, выдвигайте внутреннюю трубку центральной штанги антенны из внешней, до того, как  отверстия фиксирования совпадут. Вставьте в них шпильку, прикрутите штекер подключаемой коаксиальной линии - фидера, питающего антенну, установите антенну на мачту, поднимайте сооружение, крепите, чтоб не упало, и работайте.

  Свёртывание антенны осуществляется в обратном порядке, не забудьте только сначала снять антенну с мачты и отсоединить питающий кабель. Освободите хомуты, стяните их на отрезки L-профиля, затем, “отпустите” “барашки” на осях вращения “крыльев” и “сложите” последние вдоль центральной штанги (см. Figure 1). Уберите шпильку и втолкните трубки штанги друг в друга, насколько возможно (до краёв диэлектрических пластин). С помощью вертикальных проводов, стяжек или других подручных средств (изоленты, например) приведите антенну в удобное для переноски состояние, стабилизировав её габариты. (Можно просверлить и ещё одно отверстие во внутренней трубке штанги, соответствующему сложенному положению антенны и вставлять в него шпильку. Чтобы шпилька не выпадала, во-первых, диаметр отверстия должен быть таким, чтобы шпилька вставлялась с усилием, во- вторых, длинное колено шпильки  может быть фигурно изогнутым, в третьих, короткое колено шпильки может быть прижато к штанге резиновым кольцом, одетым на штангу, чтобы кольцо не сползало со шпильки, короткое колено шпильки следует фигурно выгнуть – UA9LAQ ).

Монтаж антенны на мачту

Монтаж антенны на мачту требует выдумки и тщательной подготовки. Без сомнения, может быть много работоспособных  его вариантов. Для работы в полевых условиях я использую две 5-футовых стандартных секции от телевизионных мачт, для поднятия нижней части антенны на высоту порядка 10 футов от земли. Для того, чтобы грязь  не попадала внутрь мачты, применяется подставка - подпятник, в стакан которой вставляется нижний конец мачты. С простыми верёвочными растяжками можно ещё добавить мачте пару колен. (Удобно снабдить подпятник штырями, а сочленение с мачтой сделать шарнирным, при этом, сначала ногами, при помощи собственного веса в грунт вжимается подпятник, его штыри фиксируют нижнюю часть мачты, в то  время как верхнюю часть тогда можно спокойно поднимать одному человеку. Зафиксировав шарнирное соединение шпилькой, можно бегать - растягивать оттяжки - UA9LAQ). Секция сочленения антенны с мачтой (Figure 4) служит двум целям. Верхняя секция крепления состоит из дюймовой пластиковой трубы с помощью винтов соединённой с центральной штангой антенны. 9-дюймовый слот хорош для работы на выезде, но не будет в состоянии выдерживать ветровые нагрузки.

  3-футовая длина 1 ¼ дюймовых отрезков диэлектрических труб, находится над мачтой. Она достаточна для надёжного крепления антенны и поворота антенны ручным способом. Поскольку антенна имеет двухстороннюю диаграмму направленности, даже недалеко от поверхности земли, необходимо иметь возможность поворачивать антенну на угол 90 градусов. Для удобства поворота можно приладить резиновую зажимку или ручку.

  Оттяжки при длине мачты в 10 футов выполняются очень просто. Я привязал три верёвки диаметром 1/8 дюйма  длиной 15 футов сверху нижней пластинки. Это помогает удерживать антенну при небольшом ветре. Если антенна стоит между автомобилями, то растяжки привязываются к их колёсам или дверным петлям. На открытом месте я привязываю оттяжки к палаточным крючьям. Вместе с моей YL – N4TZP, мы собираем и устанавливаем антенну за 10 минут и весит-то она (не YL, а антенна!) всего-ничего, каких-то там 5 фунтов. Более высокие мачты требуют более серьёзной системы растяжек с кольцами и хорошим креплением внизу.

  Моя система крепления антенны спокойно выносит бризы со скоростью ветра до 15 миль в час. Ну, а ветра большей силы отбивают охоту выезжать на природу, чтобы поработать с горки…

Простое T-образное согласующее устройство.

Настройка антенны.

  Входной импеданс квадратной рам  Входной импеданс квадратной рамки, расположенной недалеко от поверхности земли, не сильно отличается от номинального её импеданса, измеренного на больших высотах. На  высотах подвеса (расположения)  антенны больших половины длины волны, входной импеданс антенны составляет 100…120 Ом и для согласования с выходным сопротивлением передатчика в 50 Ом требуется совсем несложное согласующее устройство. Кабель RG59 длиной 5 футов 7 дюймов

осуществляет эту трансформацию. На малых высотах подвеса антенны такую секцию трансформации применять не имеет смысла.

  Поскольку длина коаксиального питающего кабеля (RG58) небольшая, всего около 20 футов, потери в кабеле при малой мощности передатчика также небольшие, даже при КСВ выше 3 : 1. Вот поэтому я и использую простое T-образное согласующее устройство, схема которого показана на Figure 5. КПЕ типа МАРС имеют максимальную ёмкость 50 пФ с удлинёнными осями под ручки настройки. Катушка содержит 12 витков диаметром 1 дюйм, которые уложены в канавку на стандартном каркасе, содержащем плотность намотки 16 витков на дюйм. Переключатель на 12 положений переключает отводы от каждого витка катушки. Тюнер размещён в корпусе – экране  из алюминия размером 4 х 5 х 6 дюймов, но можно использовать корпус и меньших размеров. Старенький КСВ-метр, имевшийся у меня, я приторочил к тюнеру с помощью двойного штекерного соединителя. Процесс настройки протекает очень быстро, тем более, что у моего НТХ-100 есть положение выходной мощности 5 Вт и имеется большой запас прочности при работе на расстроенную нагрузку. На корпусе согласующего устройства имеются риски под настройку квадрата. Смена местоположения квадрата меняет согласование лишь незначительно и небольшим изменением положений роторов КПЕ рассогласование устраняется.

  Подтверждением эффективности работы системы является поездка на Сигнальную Гору в штат Теннеси для работы в Chatanooga Choo Choo Net, которая дала отличные результаты. Станция W4NRL/N4TZP (с участием W4TKN) получала высокие оценки сигнала. Мы могли работать также эффективно, как и другие с большими направленными антеннами (видимо, имеется в виду связь на небольшие расстояния в соревнованиях, под вид наших очных – UA9LAQ). Повернув антенну на северо-восток/юго-запад, мы слышали как  “отметился” WA4TJW из Ноксвиля, из-за грозы прекративший работу (QRB = 120 км)( - с горы-то можно и подальше услышать!) Поворот поближе к направлению восток-запад принёс массу сигналов W5 с приличными уровнями сигналов. Разворот радиостанции с колёс занял 10 минут, включая установку небольшого стола со складными ножками. После слёта, 10 минут заняло сворачивание антенны.

 Что ж, такая практика наглядно показала, что квадрат является более эффективной антенной, чем имеющиеся в наличии у автолюбителей-коротковолновиков штыревые антенны, более удобной, чем обычные диполи. Итак, складной квадрат является недорогой, компактной и эффективной антенной для работы на диапазоне 10 метров в полевых условиях.

Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru
г. Тюмень  февраль, 2003 г