ТРИ KB АНТЕННЫ
GP НА НИЗКОЧАСТОТНЫЕ ДИАПАЗОНЫ
Интересную конструкцию укороченного GP для любительских диапазонов 40 и 80 метров предложил David Reid (PA3HBB/G0BZF). Подробное описание антенны и результатов экспериментов, проведенных автором, которые привели к ее созданию, имеются на его "домашней страничке" <http://www.qsl.net/ ~pa3hbb/ll.htm>. С любезного согласия автора мы публикуем сокращенное описание его антенны. Следует иметь в виду, что на эту конструкцию РА3НВВ подал заявку на патент, поэтому применять ее без согласия автора для коммерческих целей нельзя. Это, однако, не накладывает ограничений на повторение данной антенны коротковолновиками для использования на своих любительских радиостанциях.
Изначально антенна РА3НВВ разрабатывалась как укороченный GP на диапазон 40 метров. В дальнейшем выяснилось, что ее можно приспособить и для работы на диапазоне 80 метров (без изменения размеров основного излучателя и без ухудшения характеристик антенны на диапазоне 40 метров).
Схематически эта антенна показана на рис. 1 (размеры - в см). Она состоит из основного излучателя (1), двух "линейных нагрузок" (2 и 3 - для диапазонов 40 и 80 метров соответственно) и емкостной нагрузки (4).
Puc.1
Основной излучатель собран из четырех отрезков дюралюминиевых труб длиной по 2 м каждая. Чтобы обеспечить их стыковку без дополнительных элементов (втулок), использованы отрезки труб разного диаметра (30, 26, 22 и 18 мм, толщина стенок 2 мм), которые плотно вставлены друг в друга на глубину 88 мм. Результирующая высота основного излучателя получается 773,6 см. В нижней части он должен быть изолирован от "земли". В качестве опорного изолятора использован отрезок пластиковой водопроводной трубы подходящего диаметра. Надежную фиксацию мест соединения отдельных элементов излучателя обеспечивают зажимающими хомутами.
Конструкция емкостной нагрузки показана на рис. 2. Она состоит из четырех дюралюминиевых полос (2) длиной 100 см, шириной 6 мм и толщиной 1 мм. Один из концов каждой полосы загибают под углом 90" на длину 50 мм (зажав в тиски и прогрев место сгиба газовой горелкой). С помощью зажимающего хомута (3) их крепят к основному излучателю, образуя горизонтальный "крест". Для повышения механической стабильности "креста" конструкцию можно усилить, установив в центре диск диаметром 150мм.
Puc.2
Назначение емкостной нагрузки -снизить добротность излучателя (т. е. расширить полосу пропускания антенны) и поднять ее входное сопротивление для лучшего согласования с 50-омным фидером. Так, вариант антенны без емкостной нагрузки на диапазоне 80 метров имел полосу пропускания всего 180 кГц (по КСВ - не более 2), а вариант с такой нагрузкой - более 300 кГц.
Для доведения общей длины излучателя до размеров, обеспечивающих резонанс на соответствующих любительских диапазонах, в антенне применена так называемая "линейная нагрузка" (linear loading). Этот термин обозначает, что для уменьшения физических размеров антенны вместо сосредоточенного элемента (катушки индуктивности) использовано изменение геометрии излучателя. При "линейной нагрузке" часть его полотна изгибают и пускают вдоль основной части излучателя на небольшом расстоянии. Принято считать, что укорочение антенны "линейной нагрузкой" можно доводить до значения 40 % без заметного ухудшения ее параметров. Очевидный плюс такого метода по сравнению с использованием катушки индуктивности - простота конструкции и отсутствие заметных омических потерь.
Метод "линейной нагрузки" применяется некоторыми фирмами в конструкциях направленных антенн, а фирма GAP выпускает и вертикальные антенны с "линейной нагрузкой".
Общая длина "линейной нагрузки" для GP рассчитывается просто: полная длина полотна антенны (основной излучатель плюс "линейная нагрузка") должна быть равна четверти длины волны для соответствующего диапазона. При длине основного излучателя 773,6 см длины проводников, входящих в "линейную нагрузку", в антенне должны были бы быть 290,2 см (диапазон 40 метров) и 1309,7 см (диапазон 80 метров).
Из-за наличия на основном излучателе емкостной нагрузки в данной конструкции они должны быть несколько меньше приведенных значений. Это укорочение не поддается простому расчету и на практике элементы "линейной нагрузки" проще подобрать, взяв изначально их с небольшим запасом и постепенно укорачивая до настройки антенны на рабочую частоту. Делать это несложно, поскольку операции производятся у основания антенны. В авторском варианте окончательная длина проводов "линейной нагрузки" была 279 см (минимум КСВ на частоте 7050 кГц) и 1083,2 см (минимум КСВ на частоте 3600 кГц).
При изготовлении "линейной нагрузки" автор использовал изолированный медный провод диаметром 2,5 мм. Отрезав кусок провода необходимой длины (с некоторым запасом - на настройку), его сгибают в петлю, которая напоминает двухпроводную линию, замкнутую в верхней части проводником в виде неполного кольца(см.рис.1).
Для крепления "линейных нагрузок" к основному излучателю (1 на рис. 3) изготавливают диэлектрические распорки (2). Эти распорки крепят винтом (5) непосредственно к основному излучателю. Провода (3), образующие "линейную нагрузку", пропускают в отверстия в распорках и по завершении настройки фиксируют эпоксидным клеем (4). Длина распорок - 50 мм (диапазон 40 метров, 5 шт.) и 120 мм (диапазон 80 метров, 13 шт.). Их равномерно распределяют по длине петли, чтобы обеспечить ее надежную механическую фиксацию. Для крепления колец петли изготавливают одну распорку длиной 120 мм (диапазон 40 метров) и одну длиной 320 мм (диапазон 80 метров). "Линейные нагрузки" располагают по разные стороны основного излучателя.
Расстояние между проводниками "линии" (размер А на рис. 3) для диапазона 40 метров должно быть 40 мм, а для 80 метров - 100 мм. Диаметр кольца "линейной нагрузки" диапазона 40 метров -100 мм, а диапазона 80 метров - 300 мм.
Puc.3
Один из концов петли каждой "линейной нагрузки" подключают к нижнему концу основного излучателя, а оставшиеся свободными концы - к фидерам. Питают антенну либо отдельными коаксиальными кабелями, либо одним кабелем, который подключается контактами высокочастотного реле к "линейным нагрузкам". Попытка подключить их одновременно к одному кабелю успеха не имела. На диапазоне 40 метров характеристики антенны не изменились, а на диапазоне 80 метров она просто перестала работать.
Выбранные автором размеры элементов антенны при питании их через коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом обеспечили КСВ не более 1,5 в пределах всего диапазона 40 метров при минимуме КСВ=1,1 на частоте 7050 кГц. На диапазоне 80 метров антенна была настроена по минимуму КСВ (около 1,2) на частоте 3600 кГц. При этом в полосе частот 3500...3800 кГц КСВ не превышал 2 (1,5 на частоте 3500 кГц; 1,6 - на частоте 3700 кГц и 2 - на частоте 3800 кГц). Эти данные получены с противовесом в виде сетки, используемой для птичников, площадью 50 кв.м.
Прямое сравнение укороченной антенны с полноразмерным излучателем на диапазоне 40 метров показало (по оценкам корреспондентами уровня сигнала и по приему станций), что они практически идентичны. На диапазоне 80 метров укорочение антенны уже превышает 60%, поэтому говорить об очень высокой ее эффективности не приходится. Тем не менее она позволяет проводить и DX связи на этом диапазоне.
Автор испытал антенну и с четырьмя проволочными противовесами длиной 20 м. Они были "линейно нагружены" так, чтобы "вписаться" в квадрат размерами 10х10 м. При этом КСВ в пределах диапазонов 40 и 80 метров несколько возрос. Как и следовало ожидать, при прямом сравнении двух вариантов противовесов эффективность антенны с проволочными противовесами была несколько хуже, но все же достаточной для проведения DX связей на диапазонах 40 и 80 метров.
ДВЕ ВСЕВОЛНОВЫЕ АНТЕННЫ
Антенны, обеспечивающие работу радиостанции на нескольких любительских диапазонах за счет введения в них резисторов, продолжают пользоваться популярностью у коротковолновиков несмотря на очевидный недостаток - пониженный КПД. Причин такой популярности несколько, Во-первых, эти антенны обычно имеют очень простую конструкцию - рамка той или иной формы, в которую включен резистор. Во-вторых, в силу своей широкополосности они, как правило, не требуют настройки, что заметно ускоряет и упрощает достижение конечного результата -антенны, с помощью которой можно работать в эфире на нескольких диапазонах.
Что касается потерь мощности в резисторе, то она достигает 50%. С одной стороны, потери вроде бы большие, но с другой - у радиолюбителя (особенно в городских условиях) может и не быть возможности установить более эффективную многодиапазонную антенну. Более того, именно такого порядка могут быть неочевидные потери даже в однодиапазонной антенной системе. Яркий пример - потери в плохой "земле" для антенн типа GP (см., например, заметку "Сколько нужно противовесов" в "Радио", 1999, № 10, с. 59). Измерить эти потери сложно, поэтому о них просто предпочитают не вспоминать.
Классический вариант широкополосной наклонной антенны T2FD с резистором в рамке, требующей для установки двух мачт высотой 10 и 2 м и работающей в полосе частот 7...35 МГц, многократно описан в литературе. Об интересном горизонтальном варианте такой антенны, требующей для установки только одной мачты и работающей в полосе частот 10...30 МГц, было рассказано в статье "Очередная всеволновая" ("KB журнал", 1996,№ 3, с. 19, 20). Наконец, появился и вертикальный вариант этой антенны.
Его предложил L.Novales (EA2CL) в статье "Otra vez con la antena T2FD" ("UIRE", 1998,p.31,32).
При общей высоте около 7,5 м (см. рис. 4) эта антенна обеспечивает работу в полосе 14...30 МГц, т. е. на всех пяти высокочастотных КB диапазонах. Излучатель (разрезной петлевой вибратор) выполнен из двух идентичных половинок (1 и 2). Они изготовлены из дюралюминиевых труб диаметром 25 мм с толщиной стенок 1 мм. Отдельные отрезки труб, образующие излучатель, соединены между собой дюралюминиевыми втулками (на рис. 4 не показаны). На свободно стоящей деревянной мачте (3) высотой 4,5 м излучатель закреплен с помощью поперечин: двух - для верхней половины излучателя и двух-трех - для нижней.
Puc.4
Нагрузочный резистор R1 должен иметь мощность рассеивания, составляющую примерно одну треть от выходной мощности передатчика. Приведенный на рис. 4 номинал этого резистора обеспечивает входное сопротивление антенны 300 Ом, поэтому для ее питания через коаксиальный кабель с волновым сопротивление 75 Ом необходим широкополосный симметрирующий трансформатор с коэффициентом трансформации 1:4. Если использовать кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, то коэффициент трансформации должен быть 1:6. При использовании резистора с сопротивлением 500 Ом входное сопротивление антенны будет около 450 Ом, поэтому для питания ее коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом потребуется симметрирующий трансформатор с коэффициентом трансформации 1:9.
Вариант конструкции такого трансформатора приведен в упоминавшейся выше статье про горизонтальную антенну T2FD.
Симметрирующий трансформатор подключают к точкам XX.
Единственная небольшая техническая сложность в изготовлении антенны EA2CL - это подводка питающего кабеля. Для уменьшения наводок на его оплетку кабель должен быть перпендикулярен полотну антенны на длине в несколько метров. Более того, поскольку на практике свести эти наводки к нулю нереально, на кабеле (в той части, где он идет уже вертикально) необходимо создать дроссель для токов высокой частоты. Простейшее решение - небольшая бухта, образованная несколькими витками кабеля питания.
Следует заметить, что антенны типа T2FD вполне прилично работают в УКВ диапазоне, а также имеют обычно неплохой КСВ и на частотах ниже граничной. Однако из-за малых размеров излучателя ее КПД в этом случае, естественно, ухудшается. Последнее, впрочем, не исключает возможности использования такой антенны для ближних связей.
Антенны с нагрузочным резистором выпускают и некоторые фирмы. Так фирма Barker & Williamson производит антенну АС-1.8-30, которая работает в полосе частот 1,8...30 МГц и может быть, в принципе, установлена на крыше жилого дома (не башенного типа). Для установки такой антенны (рис. 5) требуется всего одна неметаллическая мачта высотой (1) 10,7 м.
Puc.5
В радиолюбительской литературе (Pat Hawker, "Technical Topics", "Radio Communication", 1996, June, p. 71, 72) идет спор о том, как ее называть: то ли "вертикальные полромба" (VHR - Vertical Half Rhombic), то ли "пирамида с нагрузкой" (Loaded Pyramid). К этому спору можно добавить, что антенна напоминает также и сильно деформированную T2FD. В любом случае она неплохо работает, а как ее называть - вопрос второстепенный.
Кроме мачты (1), для установки антенны нужны еще две стойки (2) высотой 0,9 м. Антенну питают через коаксиальный кабель (10) и широкополосный симметрирующий трансформатор (3) с коэффициентом трансформации 1:9. Излучающая часть антенны - проводники, образующие полуромб (4 и 5).
Нагрузочный резистор (6) имеет сопротивление 450 Ом. Требования к нему по рассеиваемой мощности такие же, как и в антенне T2FD. Замыкающие рамку проводники (7, 8 и 9) образуют противовес для полуромба. Высота подвеса проводника (9) над поверхностью всего 5 см. Надо заметить, что при такой высоте подвеса стойки (2) могут, по-видимому, иметь заметно меньшую высоту. Для всех проводников использован медный провод диаметром 2 мм.
Излишне говорить, что нагрузочный резистор и симметрирующе-согласующий трансформатор должны быть надежно защищены от воздействия атмосферной влаги. Это относится как к антенне T2FD, так и к антенне VHR.
Используя идеи, заложенные в антенне VHR, можно, по-видимому, создать весьма компактное устройство на более узкую полосу рабочих частот (например, 3,5...30 МГц или 7...30 МГц) и соответственно меньшее число любительских диапазонов.
Радио 4/2000, с.62-64.