Дачная антенна, подходящая при полном отсутствии места.

Укороченный Inv V на 80 м

Задача

Требованиями для проектирования этой антенны диапазона 80 м были такими: одна мачта 10 м, длина по земле не более 22 м, нулевая ширина, никакого заземления и возможности положить хотя бы один провод на\в землю, отсутствие катушек и конденсаторов в согласовании, все операции по настройке внизу. Иначе говоря, надо было разместить антенну вдоль деревянного забора дачи длиной 22 м на телескопической мачте стоящей в середине этого забора, без конфликтов с садоводами (поэтому в землю и на нее положить ничего нельзя).

Список, конечно, сложный. Но на то и заказчик, чтобы выдвигать сложные требования. А дело проектировщика увязать их с реальностью и объяснить чем и сколько придется заплатить за такие требования.

Конструкция

Отсутствие заземления при столь малой высоте мачты исключает вертикалы. Значит горизонтальная антенна. И укороченная, почти вдвое: габарит по горизонтали едва достигает λ/4. Одна мачта, следовательно Inverted V.

Укорочение диполей эффективнее всего делать емкостными нагрузками по краям. Есть хороший вариант такой Inverted V, но к сожалению он требует нескольких метров ширины. А в данном случае этого было никак нельзя (только вдоль забора и никаких веревок к соседям).

Остается только укорочение индуктивностью в центре. Это не лучший способ (мы вырезаем из диполя середину с максимальным током), но выбора нет. Но остается еще одна проблема: укороченная антенна всегда узкополосна. А чтобы настраивать катушку в точке питания нужно либо уметь летать, либо опускать антенну на каждую итерацию. И даже этого недостаточно, т.к. диапазон 80 м широкий и желательно бы иметь переключение CW и SSB участков. А реле и управление наверху мачты: это совсем не то, что хочется от простой антенны.

Остается единственный вариант: от точки питания укороченного Inverted V спустить вниз, к основанию мачты двухпроводную линию. Если эта линия высокоомная, то ею можно убить трех зайцев:

  1. Обеспечить низкие потери в питании и согласовании.

  2. Индуктивным импедансом такой линии скомпенсировать большую часть –jXa.

  3. Подобрать ее размер так, чтобы согласующее устройство стало бы просто дополнительным короткозамкнутым отрезком такой же линии.

  4. Вся настройка будут внизу, не выше 2 м над землей

  5. Передвигая по линии точки подключения коаксиального кабеля и короткозамыкателя, можно перестраивать-переключать антенну от 3,5 до 3,8 МГц

Будут, конечно, и минусы:

  1. Малая высота горизонтальной антенны даст высокие углы излучения. То есть эта антенна для работы внутри своего континента (хотя тут есть варианты, см. окончание статьи).

  2. Узкая полоса (35 ... 45 кГц). Но с этим у короткой антенны ничего не сделаешь.

  3. Для переключения антенны по диапазону надо выходить на улицу и иметь доступ к основанию мачты. Т.е. это антенна для дачи или частного дома, но не для крыши.

Но на все эти минусы заказчика уговорить удалось. В результате получилась антенна, показанная на следующем скриншоте. Это короткий Inverted V с немного загнутыми внутрь краями и согласованием двумя отрезками двухпроводной линии.

Более подробно, размеры и характеристики можно посмотреть в файлах модели этой антенны, настроенных на частоты 3,515 МГц, 3,65 МГц и 3,78 МГц. Для просмотра и вычисления этого файлов достаточно демо-версии GAL-ANA и не забудьте выбрать движок NEC2 и реальную землю Зоммерфельда-Нортона как показано красным на скриншоте выше, т.к. горизонтальная антенна расположена низко над реальной землей.

Антенна рассчитана на выполнение из провода, диаметром 1,2 мм. Из этого же провода выполнена и линия питания. Расстояние между ее проводами 80 мм, волновое сопротивление 585 Ом. Длина линии 10,4 м. Её нижний конец загнут по забору в сторону.

Размеры самой антенны и линии питания остаются неизменными при переключении по частоте. Меняются лишь точки подключения кабеля и перемычки к линии. Расчетная длина верхней линии по частоте: 3,515 Мгц –9,86 м, 3,65 МГц – 8,91 м, 3,78 МГц – 7,98 м. Длина нижней линии (т.е. расстояние от точки подключения кабеля до перемычки): 3,515 Мгц –0,51 м, 3,65 МГц – 0,54 м, 3,78 МГц – 0,57 м. Качество контакта перемычки с линией должно быть очень хорошим, токи там большие.

Настройка

Делается передвижением точек подключения к линии питающего кабеля и короткозамыкателя. Но делается непросто: резонанс очень узкий, проскочить его легко.

Если есть измеритель импеданса, то для упрощения настройки лучше сначала не устанавливать короткозамыкающую перемычку и найти точку подключения к линии, где входной импеданс будет около 10 – J20 Ом.

*На получение примерно такого же импеданса следует ориентироваться, если геометрия (высота, длина, размер и конфигурация загнутых частей) антенны, отличается от приведенных выше.

Наличие небольшой отрицательной реактивности принципиально. Именно она образует с подключенной затем короткозамкнутой нижней частью линии параллельный колебательный контур, трансформирующий имеющееся низкое Ra в 50 Ом.

Процедура настройки повторяется для каждой из частот, где планируется работа антенны. Потом на линию наносятся метки (например, разноцветными кабельными стяжками), соответствующие точкам подключения. По этим меткам и будет переключаться (крокодилами, например) по частоте антенна в процессе эксплуатации.

Результаты

Полоса по уровню КСВ < 2 получается на: 3,515 Мгц – 35 кГц, 3,65 МГц – 40 кГц, 3,78 МГц – 45 кГц. Усиление, конечно не блещет при таких размерах, но оно всего на 1,2 дБ (т.е. на 25%) ниже, чем у полноразмерной Inverted V на той же мачте. Это вполне можно скомпенсировать мощностью передатчика.

Модификации

Горизонтальный диполь на высоте меньше λ/8 над землей будет иметь почти точно круговой азимутальную ДН. А его зенитная ДН будет плохой для работы с DX. Хотя исходно антенна и планировалась для работы внутри континента, но аппетит приходит во время еды. Особенно в чистом эфире дачи, где DX-ов слышно.

Для этого антенну можно переключить для работы вертикалом. Да, потребуется хотя бы пара противовесов и LC согласующее устройство, но бесплатный сыр сейчас не кладут даже в мышеловку.

Для работы вертикалом оба провода линии соединяются внизу вместе и к ним подключается выход СУ. А его корпус и оплетка кабеля – к противовесам\заземлению.

На следующем скриншоте показано сравнение зенитных ДН антенны в режиме Inverted V и вертикала. Для GP принята плохая ВЧ земля с потерями 20 Ом. Это, например, 4 коротких радиала по 10 м.

Да, усиление в режиме GP получается небольшим, но для углов ниже 200 мы выигрываем несколько децибел. А если не полениться с радиалами, то выигрыш можно еще увеличить.

В исходном дипольном включении антенна может использоваться как многодиапазонная до 28 МГц, если подключить внизу линии тюнер: автоматический, перестраиваемый или переключаемый (набор фиксированных LC-цепей и "крокодиловые" переключатели).

Заключение

Основная идея данной статьи: использование согласования на двух отрезках высокоомных линий для укороченного диполя. Причем, использование конструктивно удобное, т.к. из-за большой длины линий вся настройка делается внизу. Это дает возможность практически применять и настраивать короткие диполи с удлинением при помощи индуктивного импеданса. При обычном же выполнении таких диполей (с катушками посередине диполя) это сделать очень затруднительно, т.к. индуктивность требует точной подстройки с несколькими шагами, а сделать это на полной высоте практически нереально.



Bonn, 27.09.2013

На главную - Main page