Тема многодиапазонной вертикальной антенны остается актуальной. Особенно, для живущих в городах, в условиях жестокой нехватки площади крыши под серьезные антенны. Ниже описана простенькая вертикальная антенна, являющаяся хорош ей альтернатив ой широкополосной антенне -"морковке" UW4HW. Э то не широкополосная, а резонансная система и требует настройки. Но это неплохо: во-первых достигается хорошее согласование во всех диапазонах (чего не покриви душой нельзя сказать о "морковке"), во-вторых нарабатывается практический опыт.

Многодиапазонный Ground Plane

Обычно многодиапазонную антенну GP выполняют либо как набор расположенных рядом трубчатых четвертьволновых вибраторов [1], либо как один вибратор с переключаемым по диапазонам согласующим устройством [2], либо как один вибратор с трапами.

Первый вариант удобен тем, что не требует коммутации, но зато дорог и сложен конструктивно, требуется много труб (на каждый диапазон). Второй — прост по конструкции излучателя, но требует переключаемого согласующего устройства. Третий путь - установка контуров-трапов, усложняет конструкцию и ограничивает мощность.

Среди радиолюбителей СНГ получила распространение экспоненциальная антенна, (используемая в служебной связи), адаптированная для любительских диапазонов UW4HW [3], известная также под названием "морковка". Она имеет относительно удовлетворительные характеристики (достигается КСВ менее 2) в непрерывном диапазоне частот от 14 до 28 MHz, но требует изолированной мачты.

Кроме того, для радиолюбительской связи непрерывное перекрытие по частоте не нужно и даже вредно. Во-первых, облегчается излучение в эфир внеполосных составляющих сигнала передатчика, что увеличивает риск создания помех, во-вторых, возможны дополнительные помехи приему из-за перегрузки мощными (десятки-сотни киловатт) сигналами вещательных и служебных станций, расположенных между любительскими диапазонами.

Модернизированная "морковка" с заземленной мачтой [4] более удобна конструктивно; но имеет значительную неравномерность КСВ по диапазонам (особенно на 18 и 21 MHz, где КСВ может быть более 3).

Оба варианта "морковки" не имеют никаких подстроек, и можно только смиряться с полученными значениями КСВ, подстроить-то антенну нечем. Особенно это неприятно, когда антенна расположена низко, и из-за влияния окружающих предметов (лифтовые будки, TV антенны, и т. д.) КСВ может вырасти весьма значительно. Случаи когда "морковка" напрочь отказывается иметь приемлемый КСВ на нескольких диапазонах нередки.

Тут же крайне уместно заметить, что приводимые иногда в любительской литературе данные о том, что "КСВ антенны UW4HW во всём диапазоне не более1,2" (некоторые ретивые авторы пишут даже 1,05) не имеют отношения к действительности, и являются не более чем выдачей желаемого за действительное. На самом деле (об этом кстати писал в первой публикации UW4HW) КСВ "морковки" меняется в полосе 14...29 MHz довольно сильно, достигая значений 2...3. Что, однако никак не умаляет достоинств "морковки" и для широкополосной антенны является очень неплохим результатом.

На рисунке 1 показана пятидиапазонная (14, 18, 21, 24, 28 МГц) антенна GР, которая сочетает в себе достоинства всех вышеупомянутых антенн: имеет только одну заземленную трубу, не требует коммутации и имеет возможность независимой настройки каждого диапазона.

3-3-1.gif (15474 bytes)

На каждом из диапазонов достигается КСВ на резонансе менее 1,2. Антенна не имеет непрерывного перекрытия по частоте и резонирует только в любительских диапазонах.

Мачта антенны представляет собой обычную антенну GР на 14 MHz с заземленным основанием и питанием через гамма-согласование. Параллельно ей включены удлиненные и слегка изогнутые (так оказалось удобнее всего конструктивно) четвертьволновые вибраторы на 18, 21, 24 и 28 MHz.

На высоте 1,3...2 м (ее значение некритично) на мачту надет хомут с приваренными (или даже просто вставленными головкой к мачте, а резьбой наружу и прижатыми хомутом) к нему четырьмя болтами. На эти болты плотно надеты отрезки трубок-распорок длиной 30-60 см (также некритичный размер). Лучше использовать пластиковые трубки, но можно и металлические. В последнем случае на концах трубок необходимо установить изоляторы (напряжение там не очень велико).

Проволочные вибраторы (диаметром 1...2,5 мм каждый - также некритично) диапазонов 18...28 МГц расположены как показано на рис.1, их вершины стянуты к концу мачты изолированными шнурами (капрон, толстая леска). Указанные на рисунке 1 размеры проволочных вибраторов и длина трубки g-согласования даны для кабеля 50 Ом.

В случае использования кабеля 75 Ом указанные размеры надо увеличить на 10...15%. Конструктивное выполнение нижнего узла антенны и схема питания показаны на рисунке 2.

3-3-2.gif (10013 bytes)

Нижние изоляторы удобно закрепить на хомуте, аналогичном тому, который используется для крепления распорок.

Настроечные конденсаторы располагаются в пластиковой коробке с плотной крышкой, а коробка парой небольших хомутиков прикреплена к основанию мачты.

Конструкция противовесов зависит от расположения и высоты антенны. Лучший вариант (с точки зрения эффективности антенны) - если Вам удастся приподнять противовесы над землей (или крышей) хотя бы на полметра (лучше на метр-другой). Для этого достаточно лишь взять мачту с соответствующим запасом длины - изолятор в ней не нужен. В этом случае совершенно достаточно по два резонансных четвертьволновых противовеса (нюанс - точно в разные стороны!) на каждый диапазон, дальнейшее увеличение их количества практически не улучшит работу антенны. Настройка противовесов в данном варианте желательна, но необязательна, вполне можно обойтись точно отмеренными четвертьволновыми кусками провода.

Если же основание антенны расположено прямо на земле или крыше, то это хуже. В этом случае, для получения хорошего качества работы антенны желательно проложить по 4...6 резонансных противовесов на каждый диапазон.

Это не так страшно, как может показаться - достаточно разобрать один отслуживший свое силовой трансформатор ватт на 200 и провода там хватит не на одну систему противовесов. Крепление их тоже не сложно - каплями смолы (при лежащих на крыше противовесах).

Сложность здесь в том, что "резонансных" в данном случае совсем не означает "четвертьволновых". Противовес, лежащий прямо на земле из-за её большой (и заранее неизвестной диэлектрической проницаемости) подвергается очень сильному электрическому укорочению, поэтому его электрический резонанс наступит при физической длине намного (на десятки процентов) меньше, чем четверть волны. При какой именно? Эх, если б знать заранее... Только настройка противовесов в резонанс (гетеродинным индикатором резонанса или по максимуму втекающего в противовес тока - измеряется с датчика на ферритовом кольце) может дать точный ответ на этот вопрос.

Если вы при противовесах, лежащих на земле не планируете их настраивать, то при некотором ухудшении излучения под низкими углами можно оставить простейшую нерезонансную систему противовесов (типа 4 по 5,1 м как у той же “морковки”). Степень ухудшения качества антенны в данном случае зависит от проводимости земли (не системы противовесов, а именно земли, почвы, грунта). При высокой проводимости последней (сырая местность, черноземы) антенна почти ничего не потеряет. А вот если проводимость почвы плоха (песок, камни, бетонная, или шиферная крыша), то ухудшение работы антенны будет значительным.

Вид 3D ДН, построенный в GAL-ANA, показан на выше (хотя это обычнейший GP, но надо же хоть где-то на сайте иметь картинку объемной ДН простого вертикального вибратора).

Настройка

Установить роторы C1... C5 в положение примерно 2/3 максимальной емкости. Меняя положение перемычки (она должна иметь очень хороший контакт, как с мачтой, так и с трубкой согласования – там протекает значительный ток) найти минимум КСВ на 14 MHz.

Затем подстройкой C1 добиться КСВ < 1,2. Может быть, потребуется повторить эти операции несколько раз. Если мачта имеет иной диаметр, чем указан на рисунке 1, желательно соответственно изменить диаметр трубки согласования, чтобы отношение их диапазонов осталось бы прежним — около 3. Если этого не сделать, то антенну все равно можно настроить, но возможно придется заметно изменить длину трубки гамма -согласования и ёмкость C1.

Затем поочередно (начиная с 18 MHz и двигаясь по диапазонам вверх) настраивают вибраторы, добиваясь резонанса. На 18,1 MHz подстройкой C2, ни 21,15 MHz — C3, на 24,9 MHz — C4, на 28,3 MHz — C5.

Если на резонансе минимум КСВ на данном диапазоне более 1,2 значит надо несколько изменить длину вибратора данного диапазона (это удобно делать изменяя длину горизонтальных трубок-распорок, это и невысоко, и не потребуется что-то делать с верхними, труднодоступными концами вибраторов), поэтому на рисунке 1 длины вибраторов указаны с запасом в примерно 10...20 см - отрезать это всегда легче.

Имеется взаимное влияние настроек, прежде всего двух соседних диапазонов (14 MHz на 18, 18  на 21 и т. д.). Хотя влияние и не сильное, но по окончании настройки диапазона 28 MHz, вернитесь еще раз к началу и проверьте еще раз КСВ во всех диапазонах, и при необходимости выполните повторную точную подстройку.

После завершения настройки подстроечные конденсаторы для увеличения надежности можно заменить на постоянные, например KCO, параллельно которым для точной установки емкости подключить небольшие отрезки разомкнутого кабеля. Погонная емкость большинства 50 Ом кабелей около 1 pF на см и из него удобно делать небольшие подстроечные конденсаторы, причем в данном случае можно использовать для этого даже очень тонкий кабель (например RG58) - напряжение на конденсаторах невелико.

Антенна имеет достаточно широкие полосы, с большим запасом перекрывающие любительские диапазоны, и только в диапазоне 28 MHz ее полоса мала - около 500 kHz (по уровню КСВ<2). Если необходимо перекрыть весть диапазон 28 MHz с малым КСВ можно установить два вибратора этого диапазона на разные трубки-распорки (одну придется добавить), соединив их начала и концы внизу и вверху. То есть сделать “толстый и объемный” удлиненный вибратор диапазона 28 MHz, из двух параллельно включенных тонких проволочных. Соединенные внизу концы этого “толстого” вибратора 28 MHz также через настроечный конденсатор – к центральной жиле кабеля. В этом варианте можно получить КСВ менее 1,8 во всем диапазоне 28...29,7 MHz.

Модификации

Если вас почему-либо не устраивает g-согласование, то можно удлинив мачту до 0,28l (для 75 Ом – до 0,31l поставить ее на изолятор и включить также как и остальные вибраторы – через последовательный конденсатор. Модель именно такой антенны, в программе GAL-ANA вы можете посмотреть и изучить здесь (для просмотра и вычисления этого файла достаточно демо-версии GAL-ANA).

Используя данный принцип можно на заземленной мачте высотой 10,2 м сделать семи диапазонную антенну (мачта — 7 MHz и шесть вибраторов с 10 до 28 MHz ). Конечно, придется использовать не 4, а 6 трубок-распорок. В этом варианте начиная с 21 MHz можно использовать вибраторы длиной 5/8 l с согласующими катушками. Аналогично, на мачте 7,5 м можно сделать шести диапазонную антенну 10...29 MHz.

Во всех вариантах можно не устанавливать вибраторы ненужных в вашем случае диапазонов (например, WARC).

Литература

1. Беньковский 3., Липиньский Э., Любительские антенны коротких и ультракоротких волн.

2. Ротхаммель К, Антенны. — 3-е изд. — М.: Энергия, 1979.

3.Радио.—1961.—N2,— стр.21.

4. Радио. — 1981. — N9, — стр.19.



На главную - Main page