"Волновые каналы" 2.87, 3.62 и 4.12 как символ национальной идеи российского радиолюбительства.
Олег Лобачев (RV3TH), г. Нижний Новгород
Глава 1. Общефилософская.
(Голосом Масяни) Товарищи господа серьёзные физики, философы и чиновники с отсутствием чувства юмора, а также все прочие граждане с инвалидностью по этому делу! Пожалуйста, закройте эту страницу и никогда больше не открывайте её и не читайте ничего из того, что здесь написано.
Большое вам СПАСИБО!Глава 2. Историческая.
Для молодой поросли, не знающей что значат числа, стоящие в названии статьи, объясняю: это цены поллитровой бутылки (поллитры) водки на разных этапах построения светлого завтра как в виде коммунизма[1], так и последовавшего за ним развитого социализма, выраженная в рублях образца 1961 года. Число 1.49 также имеет отношение к затронутой теме, поскольку именно такова была цена водки в таре с объёмом, равным четверти литра (чекушка). И, наконец, 0.66 рубля стоила бутылка непревзойдённого по своим качествам боевого отравляющего вещества нервно-паралитического действия с красивым названием "Солнцедар".
Глава 3. Ностальгическая.
Я ностальгирую, он ностальгирует, оне ностальжируют... Бог ты ж мой, как хорошо и легко было жить в те времена, когда небо было синим, вода мокрой а Генсекам в страшном сне не снилось,что за кучку вечнозелёных серебряников гробят они собственную электронику во славу забугорных фирм, гребущих эти самые вечнозелёные лопатами на нашем сверхдешёвом базаре... Мы шли в магазин, отдавали 2 рубля 87 коп, брали прозрачный до искристости пузырёк, садились на кухне, доставали стаканы и величайшую закуску всех времён и народов "Килька в томатном соусе" и начинали костерить во всё что только можно и нельзя родную КПСС и её славный Центральный Комитет.
Через несколько лет, сплавляясь на байдарке по какой-нибудь речушке, останавливались у деревни, поднимались на буколический пригорок, венчающийся кривым сельским магазином, отдавали 3 рубля 62 коп, брали волшебный сосуд и вечером у костра опорожняли его под нежный лепет мандолины. Тьфу ты, гитары, конечно же. А какой был тогда воздух!
Но вот когда цена полулитра народного напитка дошла до 4.12, стали возникать некоторые трудности. Оказалось что под чутким руководством партии и правительства водки стало хватать не всем или, по-другому, всем нехватать.
Вот с этого момента и начались все беды нашей отечественной электроники вообще и радилюбительства в частности. До чего докатились ситуация на сегодня, знают все.
Глава 4. Пояснительная, или о вреде связей.
Дело было летом, часов этак около 10 дня (то есть 22-00 по военному; я - сова), как сейчас помню, аккурат в субботу. Сидел я тихо за сампуктером, никого не задевал и не трогал. Рихтовал по просьбе RA3TT одну из своих любимых 6-элементных антенн серии "OLGA" в японской программе русского автора с германским калом. Это у меня болезнь такая: перед тем как антенну в NEC4WIN запихать, побаловаться с ней в этой самой программе. Пооптимизировать называется. Ибо единственно что хорошего в этом русяпском изделии есть, так это оптимизатор. Ну вот, сижу, рихтую. И тут голосом Николая RA3TOX у меня двухметровое радиво как токо заговорит! Да ещё и мой позывной выскакивает. Я за дудочку взялся, нажал где следует и начали мы с Николаем бормотать в обе стороны по очереди или, выражаясь официальным языком, проводить симплексное QSO, каждые 3 минуты отягчая его, как того требует инструкция, своими каловыми сигналами.
Для незнающих иногородних господ товарищей поясню, что летом во время отпуска Николай живёт в славном сельце Конёво что километрах в 60 от Нижнего Новгорода расположено. На доме у него и на бане стоят два разных варианта этих самых "OLGA", каждая немного больше 2-х метров длиной. Николай обычно полуваттом оттуда работает, но иногда переходит и на 50 милливатт. Нормально, хватает.
Так вот, сидит Николай в бане, попивает пиво после веника, ногам болтает и заодно обсуждает со мной вопрос о том, как бы нам правильнее померять параметры антенны, которую я для RA3TT считаю (есть в этом деле несколько тёмных моментов). А я, чтоб время попусту не тратить, продолжаю оптимизировать. Дело-то уж очень это интересное, особенно когда всё идёт как надо и получается то что требуется. И надо ж такому случиться,что разговор у нас как-то так чуть отклонился от технической линии в сторону отравления организма огурцами или алкоголем, не помню уж точно чем.
И произносит тут Анатольич слова, на которые я внимания-то особо и не обратил:
- А слабо тебе, Геннадьич, двоечную Ягу с длиной в метрах, равной старой цене водки в рублях, свиртуозить?
Я, как та девушка в "Масяне", не въезжаю и отвечаю в том смысле, что ничего невозможного нет, можно и свиртуозить, можно и в метрах, можно и в рублях.
- И чтоб у неё характеристика полного сопротивления была бы в виде кильки в томатном соусе? - ловко продолжает диверсию Николай, невидимый за выпуклостью планеты .
А в это время я уже начал вручную элементы подгонять, вот-вот всё на свои места встанет, торжественный момент засовывания в НЭКу приближеается.
Я в угаре оптимизации и брякнул, что с килькой у меня тоже всё в порядке будет, а уж против соуса так вообще возражений не предвидится.
Вот тогда из радива и раздолось, что пойман я на слове и что пока обещанное не выполню, будут на меня некоторые страшным пальцем показывать и напоминать усердно и непрерывно об обещанном. Влип, короче...
Не занимайтесь двумя делами одновременно, мужики, особенно когда одно из них - любимое!
Глава 5. Описательная.
Ударение в слове "описательная" прошу ставить правильно!
При проектировании этих антенн использовались следующие правила:
- в качестве возбуждающего элемента использован линейный разрезной полуволновой вибратор;
- шаг длины элементов равен 5 мм (к вибратору это не относится, т.к. он является единственным настраиваемым элементом антенны)
- шаг изменения расстояния между элементами равен 5 мм;
- все антенны расположены на диэлектрических бумах, ни о каком использовании металлической несущей без перерасчёта конструкции не может быть и речи. Но это будут уже другие антенны :-)
- симметрирующее устройство обязательно;
- каждая следующая антенна содержит в себе(по возможности)цены из предшествующей;
- окончательный вариант расчитывался в программе NEC4WIN95, результаты с MMANA стыкуются, но не полностью.
Однако, имея в виду то, что в стране нашей счастливых обладальцев NEC'а значительно меньше чем MMANAнистов, я приведу результаты расчётов, полученные именно в MMANA.
Итак, приступим. 2-87, антенна первая, младшенькая, она же самая любимая.
Существует в двух вариантах - с вибратором диаметром 16 мм (вариант А) и 10 мм (вариант B). Направляющая структура этой и остальных антенн выполнена из биметаллической проволоки сталь-медь диаметром 4 мм; такой материал используется на многих линиях проводной связи. Геометрия антенны варианта А приведена в таблице 1, из которой видно, что в этой антенне использована направляющая структура с возрастающим при удалении от активного вибратора шагом элементов.
Из этого рисунка также следует, что активный вибратор антенны работает в "разгруженном" режиме, имея размеры, характерные для тонких вибраторов, находящихся в свободном пространстве. Такой режим работы вибратора обеспечивет широкую полосу пропускания антенны и, как следствие, уменьшенную чувствительность антенны как к погодным условиям, так и к ошибкам при её изготовлении. Из этого, однако, не следует, что все элементы антенны можно делать как бог на душу положит :-) !
На рисунках 1-4 показаны основные характеристики антенны. Из Рис.1 и Рис.2 видно, что в рабочем диапазоне частот изменение активной и реактивной составляющих сопротивления не превышает 8 и 2 Ом соответственно, а - КСВ не более 0.05.
Рис.1
Рис.2На реальной антенне в диапазоне 144-146 МГц КСВ изменялся от 1.12 до 1.2 ( Использовался панорамный измеритель установки "Канопус" для исследования параметров антенн. Погрешность измерения +/-0.03).
Кстати, кому не лень, сравните с антеннами F9FT или подобными... Это не в том смысле (оборони Создатель!) кто хуже, а так, просто из детского любопытства.
Рис.3Ниже в таблице - коэффициент усиления и отношение "Туды-Сюды"(Т/С). На реальной антенне получено хорошее совпадение по усилению (0.15 дб, наверное, никого не волнуют, даже если они в сторону "больше"), а вот по отношению Т/С отличия заметны:
Частота, MHz NEC4WIN Реально 144 21.5 20.7 145 20.2 20 146 18.2 18.4 Причина этих отличий, в частности, разная методика измерения отношения T/C. Мне, честно говоря, не совсем ясно, почему если усиление антенны в сторону "Туды" мы измеряем в секторе нулевой ширины, то усиление "Сюды" надо мерять в шестидесятиградусном секторе? И почему 60 градусов а не 30 или 45? А в принципе можно и 90, всё равно же не вперёд, а взад выходит:-). Ну да ладно, захотелось автору программы выпендриться - наше Вам с кисточкой. Буду, как и обещал, продолжать ММАНАнизировать.
Диаграммы направленности антенны даны на Рис.4. Обратите внимание на малый уровеннь боковых лепестков антенны в горизонтальной плоскости. На реальной антенне уровень передних лепестков составил -24дб (145 МГц), уровень задних -26 дб.
Рис.4В варианте В антенны (Таблица 2) использован вибратор меньшего диаметра и, соответственно, несколько большей длины, расстояние до рефлектора уменьшено на 5 мм. Кроме того,второй директор установлен на расстоянии 1.02 м от рефлектора.
Особо заметных изменений параметров не произошло, кроме совершенно очевидного увеличения изменения импеданса в рабочем диапазоне частот.
Следующим этапом исторического развития нашей темы (Таблица 3) является "3-62Яга", самая пьяная антенна из трёх.
Действительно,чего здесь только нет! И тот же "Солнцедар", и чекушка, и древняя цена 2-42 и даже промежуточная, не ставшая по ряду причин классической, но тем не менее знаменитая и любимая всеми народами СССР 3 руб.12 коп. Само собой, при такой беспробудной пьяни какой приличной тудысюдыкости от неё ожидать можно было (Рис.5)? - 14 дб в середине диапазона...
Рис.5Правы доктора-алкологи: выпить можно, алкашить нельзя[2]. Вредно это. Вот! В смысле (Рис.6) КСВ, однако всё вроде как ничего, не из худших, минимум точненько на 145 МГц сидит и диаграмма симпатичная, не косая.
Рис.6А если повернуть её на 90 градусов по часовой стрелке, что-то такое она мне напоминать начинает, только вот никак не вспомню что именно...
И, наконец, самая серьёзная антенна. 4-12 (Таблица 4). Только классика пьяного жанра. Направляющая структура ритмична и даже почти периодична :-)
При меньшей длине имеет лучшие параметры чем, например, приведённая в MMANAвских антенных файлах F9FT/UU4JCR (Рис.7,8).
Рис.7
Рис.8И, как обещано было, характеристика её полного сопротивления в системе координат NEC4WIN соответствует виду классической закуски - Рис.9.
Рис.9Глава 6. Последняя. (Или как всё это в железо воплотить.)
Перво-наперво хочу признаться, что антенна 3-62 по ряду причин, основная из которых моя лень, сделана не была. Так что не взыщите! 4-12 сделана в виде масштабного аналога для диапазона 70 см.
Изготовление антенн подробно описано в статье "Универсальная технология изготовления направленных антенн YAGI" (Радиолюбитель. КВ и УКВ. 12/2002, с.23-24).
В последний раз предупреждаю, что прямой перенос структуры этих антенн на металлический бум приведёт к изменению их параметров. Однако если кому-то будет не лень пересчитать их на "ляменевый" бум и сделать, уж поделитесь результатами, интересно всё же!
Как показывает опыт работы с этими антеннами, длины пассивных элементов и расстояния между ними должны выдерживаться с погрешностью +/- 1.5мм и +/-2.5мм соответственно.
Теперь о том, как сделаны узлы питания и настройки этих антенн. Симметрирующее устройство, не трансформирующее сопротивление антенны и имеющее большую широкополосность, выполнено в виде четвертьволновой приставки[3] из такого же кабеля, что и фидерная линия. Расстояние между кабелями не критично. Оптимально - 1...1.5 диаметра. Коэффициент укорочения при этом составляет 0.94...0.97 и во внимание может не приниматься. Эскиз устройства дан на Рис.10.
Рис.10Распорки представляют собой полоски длиной около 30 мм из диэлектрика и служат для фиксации расстояния между кабелями. Для защиты от влаги устройство обматывается изоляционной лентой или заключается в оболочку из термоусаживающейся трубки.
На Рис.11 приведён эскиз питающего и настроечного узлов вибратора диаметром 16 мм. Питание толстого вибратора через конус улучшает распределение тока по его поверхности и, как следствие, уменьшает различие параметров расчётных и реальной антенны. При использовании вибратора диаметром 10 мм из медной или латунной трубки его питающие концы можно просто сплющить и припаивать кабель прямо к ним.
Рис.11Конструкция настроечного узла для вибратора 16 мм проста и очевидна. Конечно, лучше было бы использовать цанговый зажим, но такой узел довольно сложен в изготовлении. После того как настройка антенны закончена, узел герметизируется и антенна покрывается 2-3 слоями нитроэмали желательно с добавкой 15-20% пластифицированной эпоксидной смолы для повышения устойчивости покрытия к атмосферным воздействиям.
Для 10 мм вибраторов достаточно использовать подстроечные штыри с диаметром, равным внутреннему диаметру трубки вибратора. После завершения настройки стык пропаивается.
При использованн антенны с вертикальной поляризацией питающий кабель выносится на расстояние порядка 250 мм или более за рефлектор и оттуда в виде петли без натяга подходит к мачте в 2-3 метрах под антенной. Сама антенна в этом случае устанавливается на диэлектрической проставке на расстоянии 1 метр над верхней точкой мачты. Если мачта металлическая, естественно...
И наконец об измерении параметров реальной антенны. Писано-переписано на эту тему так много умных слов, особо по поводу КСВ, что и повторяться не стоит. Однако об измерении усиления и T/C небольшое замечание. Часто приходится слышать что эти параметры измеряют, используя в качестве опорной антенны вертикальный четвертьволновый штырь и считая его усиление равным 2.14 dbi. Не стоит этого делать. Фокус в том что в зависимости от длины мачты(в основном), способа подвода фидера и некоторых других факторов усиление GP может быть от кто его знает как малого до примерно 4dbi. Понятно, что с таким "эталоном" можно много чего изумительного до заикания намерять. Один дядя (не из нашей области) уверял меня что его 10-элементные квадраты имеют усиление 22 dbd. А измерял он его именно по GP. Бывает... Хорошие результаты даёт симметричный полуволновой вибратор (с симметрирующим устройством, ессно), установленный на расстоянии около длины волны от мачты.
Всем успехов!
А Вам, Николай Анатольевич (RA3TOX), так вообще огромное спасибо как за само оплодотворение,так и за усердный неустанный труд по непрерывному устыдению (устыжению) меня за ненаписание сей статьи. Так что можете считать себя отцом (см.заголовок.) А меня, соответственно, матерью...
Критику, похвалу и ругань приму с благодарностью на rv3th@mail.ru (только не забывайте о Главе 1, ладно?)
Литература:
1. Материалы XXII съезда КПСС. М. Политиздат. 1961. стр.428
2. Я.И.Ротшамель. "Алкоголь и семья". Верхне-Тунгусское издательство. Брошюра. 1986.
3. Наставление бойца-радиста бронекавалерийских войск РККА. Гриф "Секретно". М. НКО. 1936.
Публикация статьи на других сайтах только с разрешения автора.
© Апрель 2003 г. Нижний Новгород.
