Эта конструкция появилась вынуждено. После февральского обледенения со штормовым ветром у моей основной антенны на НЧ диапазоны отломились верхние 3 м дюралевой трубы. Но верхний ярус растяжек - емкостных нагрузок не дал ей никуда улететь, и я оставил её лежать на крыше до тепла, в расчёте отремонтировать. Но к весне её украли, порезав растяжки. Как я нашел вора (им оказался дачник из нашего дома) и что с ним сделал не то что рассказывать, вспоминать не хочу... Быстро найти трубу для ремонта не удавалось, а на носу был WPX, и встала альтернатива, либо остаться без НЧ диапазонов, либо на базе оставшихся 13,5 м мачты попытаться сделать что-то с приличными характеристиками....

Еще одна антенна на НЧ диапазоны

На первый взгляд кажется, что от вертикала с физической высотой всего 13,5 м на 1,8 МГц ничего хорошего ждать не следует. Но у меня уже был весьма положительный опыт использования вертикала 16,5 м с ёмкостными нагрузками и потеря всего 20% длины по расчётам снижала эффективность не катастрофически.

Для того, чтобы сделать это снижение минимальным пришлось применить уже не 2 как в исходной антенне, а 6 ёмкостных нагрузок. Это позволило получить бОльший ток по вертикалу, и повысить сопротивление излучения (и соответственно КПД) почти до уровня исходной антенны. В отличие от общепринятого расположения ёмкостных нагрузок по кругу, в данном случае они сгруппированы в два относительно узких веера, что позволило разместить их на крыше обычного многоэтажного дома. Как показало компьютерное моделирование, расположение нагрузок имеет намного меньшее значение, чем их число и длина.

Внешний вид антенны показан на рисунках.



Размеры ёмкостных нагрузок выбраны с тем расчётом, чтобы максимально упростить СУ.

Антенна имеет точно такую же как и исходный 16,5м вертикал систему противовесов, и очень похожее по схеме СУ, отличающееся лишь номиналами элементов. Файл модели антенны в антенны, в программе GAL-ANA (для просмотра и расчета данного файла достаточно демо-версии). Данный файл не имеет СУ, одинаково считается и MININEC3 и NEC2.

 

Диапазон 160 м. Распределение тока по вертикалу трапецеидальное, и близко к максимальному току полноразмерного штыря. Благодаря этому удалось получить сопротивление излучения на 160 м целых 6,7 Ома. Не торопитесь улыбаться, у весьма хорошей исходной антенны это сопротивление 7,9 Ома. То есть при одинаковых потерях КПД нашей антенны будет ниже всего на 15%.

Но это при равных, а на самом деле потери далеко не равные - из-за большой ёмкостной нагрузки, реактивная часть входного сопротивления нашей антенны всего -j85 Ом, против почти -j300 исходной антенны. Поэтому катушка СУ получается вчетверо меньше, и соответственно с меньшими потерями. Расчеты показывают, что при холостой добротности катушки 300 (это хорошая катушка из толстого провода) потери будут меньше на 10% . Итого: суммарное снижение КПД составит -15%+10%=-5%. А 5% снижения эффективности уже можно пережить...

Согласование в этом диапазоне производится катушкой с индуктивностью 8 uH c отводом примерно от 1/4 витков, считая от заземленного конца. И индуктивность и положение отвода уточняются при настройке. Катушка выполнена точно также как в исходной антенне, но имеет вчетверо меньше витков.

Более короткая антенна при всем прочем равном должна иметь более узкую полосу. Но в данном случае ёмкостные нагрузки разные, и соответственно разная входная реактивность. Поэтому получается с точностью до наоборот - более короткая 13,5 антенна имеет примерно на 10...20% более широкую полосу.

Файл модели антенны вместе с СУ на этом диапазоне  в программе GAL-ANA (для просмотра и расчета данного файла достаточно демо-версии) можно считать только MININEC3. Дело в том, что СУ в данном случае симулировано набором коротких проводов в точке питания. А  ядро NEC2 совершенно не приспособлено для расчета нескольких коротких проводов в точке питания и дает в таком случае большие ошибки.

 

Диапазон 80 м. Распределение токапо вертикалу странное - максимум (соответствующий середине полуволнового вибратора) расположен посередине вертикала. Поэтому вертикал излучает очень эффективно и несмотря на свою малую, для 80 длину, по входному импедансу соответствует удлинённому GP. Активная часть входного импеданса в этом диапазоне близко к 50 Ом, а реактивная +j300...350 Ом. Поэтому СУ наипростейшее - конденсатор, включенный последовательно.

Нюанс: из-за довольно высокой реактивной составляющей полоса антенны только 200 kHz и не перекрывает целиком весь диапазон 3,5...3,8 MHz. Поэтому он разбит на два поддиапазона 3,8 и 3,5 MHz. На 3,8 MHz емкость конденсатор около 125 pF, а на 3,5 MHz к нему добавляется (в схеме СУ использована коммутация ранее использовавшаяся на диапазон 10 MHz) еще около 40 pF (разомкнутый кусок кабеля с полметра длиной). Оба конденсатора подбираются при настройке. В таком варианте удаётся в полосах 3,5...3,58 и 3,7...3,8 MHz получить КСВ не более 1,3.

Файл модели антенны вместе с СУ на этом диапазоне  в программе GAL-ANA (для просмотра и расчета данного файла достаточно демо-версии) можно считать только MININEC3. Дело в том, что СУ в данном случае симулировано набором коротких проводов в точке питания. А  ядро NEC2 совершенно не приспособлено для расчета нескольких коротких проводов в точке питания и дает в таком случае большие ошибки.

 

Диапазон 40 м. Размеры ёмкостных нагрузок близки к четверти волны, максимум тока располагается на вершине и антенна работает по сути как перевернутый удлинённый GP, запитанный снизу. Эффективность работы такая же как и у обычного GP 13,5м (но все же повыше - за счёт того, что максимум тока не у поглощающей земли, а вверху.)

Активная часть входного импеданса в этом диапазоне около 60-ти Ом, а реактивная - более -j500 Ом. СУ - включенная последовательно катушка с индуктивностью около 14 uH. Важный момент в схеме СУ при работе на этом диапазоне надо отключать (дополнительным реле) от штыря катушку диапазона 160 м - она будет мешать.

Большая входная реактивность приводит к узкой полосе, поэтому катушка весьма критична в настройке, а КСВ на краях диапазона достигает 1,7.

Файл модели антенны вместе с СУ на этом диапазоне  в программе GAL-ANA (для просмотра и расчета данного файла достаточно демо-версии) можно считать только MININEC3. Дело в том, что СУ в данном случае симулировано набором коротких проводов в точке питания. А  ядро NEC2 совершенно не приспособлено для расчета нескольких коротких проводов в точке питания и дает в таком случае большие ошибки.

Результаты

Антенна отстояла всего несколько месяцев весной-летом, отдельной статистики по ней не вёл. Прямо сравнить её с исходной антенной высотой 16,5 м, понятно тоже не мог. Остается ненаучное собственное ощущение.

На 80 м сёрьезной потери я не заметил - точно также как и раньше отвечали и Штаты и Карибы, и SA, и хорошо отвечали.

На 160 м вроде бы (вроде?) чуть похуже, но очень ненамного (моделировщик докладывает, что одинаково). По крайней мере несколько десятков связей дальше 5 тысяч км (AF, NA, AS ) на 160 м были проведены.

Тут еще надо заметить, что и WPX и IARU (в этих тестах только и отработала эта антенна) по своим условиям малопригодны, чтобы собирать DX на 160 и 80 м. Да и TopBand - это TopBand прохождение там настолько причудливо и переменчиво, что сравнения в разное время корректными никак не назовешь.
На 40 м и с этой антенной, и с прежней отвечали все и с одного-двух раз, а моделировщик говорит, что под совсем низкими углами (>15 градусов) эта антенна чуть хуже, а под средними (30...60 градусов) получше.

Мачта высотой 13,5 м (такую мачту, например можно сделать из легкого 10 метрового "телескопа" с парой дополнительных труб наверху), конструктивно гораздо проще, чем 16,5 м, а эффективность работы не намного хуже.
Мне кажется, что для задачи "закрыть" одной невысокой мачтой все НЧ диапазоны эта антенна одно из лучших решений. Не следует относится к ней как к "инвалидной" - это вполне серьёзная антенна для DX работы.



На главную - Main page