Антени на діапазон 160 м
"Скажи мені, що в тебе на даху, і я скажу тобі, хто ти!"
І дійсно: те, яку антену вибрав коротковолновік, як він її налаштував і погодив, визначає, як правило, загальний "Коефіцієнт корисної дії" радіостанції, її "далекобійність".
Найбільші труднощі викликає у радіоаматорів створення антенних систем на низькочастотні КВ діапазони і особливо на діапазон 160 м. Адже для ефективної роботи антени довжина її випромінюючої частини повинна бути порівнянна з довжиною хвилі. Для діапазону 160 м це означає, що випромінювач повинен мати довжину принаймні 30. 40 м. Та й видаляти її від "землі", зокрема - від металевого даху будівлі, слід приблизно на таку ж відстань.
Виконати повністю ці вимоги зазвичай не представляється можливим, тому радіоаматори змушені шукати компромісні рішення, йти, наприклад, на явне зниження ефективності антеною системи, аби її установка була реальною в конкретних умовах будинку, де проживає коротковолновік.
Для діапазону 160 м найкраще підходять симетричні антени типу півхвильового диполя або різних модифікацій рамок, що мають периметр довжиною в довжину хвилі ( "Квадрат", "Delta Loop"). Практично такі антени можна встановлювати тільки між будинками, причому в цьому випадку середня висота їх підвісу повинна становити не менше 20. 30 м. При менших висотах через вплив "землі" антена буде випромінювати радіохвилі до горизонту і, отже, буде недостатньо ефективна при проведенні далеких зв'язків.
Довжину l (в мм) випромінюючої частини півхвильового диполя (рис.1) розраховують за формулою:
Рис.1. Симетрична антена полуволновой диполь
Слід зазначити, що на практиці довжина випромінювача може помітно відрізнятися від розрахункової через вплив навколишніх предметів. Ось чому при виготовленні антени первісну довжину випромінювача треба взяти з деяким запасом, а потім, в процесі настройки, уточнити її.
Вхідний опір диполя близько 75 Ом, тому для його харчування слід використовувати коаксіальний кабель з хвильовим опором 75 Ом. Однак тут цілком допустимо застосування 50-омного кабелю. По-перше, досить імовірно, що вхідний опір диполя при реальних висотах підвісу буде нижче 75 Ом, а по-друге, таке незначне неузгодженість антени з фідером (КСВ до 2) практично не впливає на її ефективність.
Власне випромінювач виконаний з мідного канатика діаметром 2. 3 мм. Для того щоб виключити обрив коаксіальногокабелю в місці його підключення до випромінювача необхідно кабель 5 жорстко прикріпити (наприклад, U-образними хомутами) до Т-образному ізолятора 4, який виготовляють з текстоліту товщиною не менше 3 мм. Частина ізолятора, яка працює на розтяг, підсилюють текстолітовими бруском 6 розмірами 15х25х100 мм. Оплетку і центральну жилу коаксіального кабелю припаюють до плечей 2 та 3 випромінювача.
Налаштовують антену за вимірюваннями КСВ в смузі частот. З цих вимірювань знаходять резонансну частоту антени, тобто частоту, на якій КСВ мінімальний. Якщо вона менше (більше) заданої, то диполь вкорочують (удліяют). Величину, на яку треба вкоротити або подовжити кожне з плечей диполя, визначають за формулою:
Тут f2 - частота, на яку повинна бути налаштована антена, а l` і f1 - відповідно первісна довжина диполя і його резонансна частота.
В реальних умовах плечі диполя можна встановлювати під деяким кутом, дещо меншим 180 градусів, і навіть згинати кожне з плечей (рис.2).
Рис.2. Антена полуволновой диполь з вигином плечей
Вхідний опір антени при цьому трохи знижується, тому такі антени доцільно з'єднувати 50 Ом коаксіальним кабелем. Зміниться також і діаграма спрямованості, яка для класичного диполя має вигляд "вісімки". Налаштування цієї антени трохи складніше, оскільки вплив оточуючих її предметів позначається зазвичай сильніше. Для того щоб не "проскочити" резонансну частоту, вкорочувати плечі диполя тут слід поступово, крок за кроком. Цей варіант установки диполя, природно, компромісний, але він дозволяє при незначному зниженні ефективності антени "прив'язати" її до конкретних місцевих умов.
Довжину випромінюючої частини диполя можна зменшити майже вдвічі, якщо ввести в кожне її плече по "подовжує" котушці (рис.3).
Рис.3. Антена полуволновой диполь з подовженими котушками
Щоб не знижувати істотно коефіцієнт корисної дії антени, "подовжують" котушки повинні мати малі власні втрати, тобто високу (приблизно 150) добротність. Крім того вони повинні бути надійно захищені від впливу атмосферної вологи.
Харчування на цю антену подають 50 Ом коаксіальним кабелем. При зазначених на рис.3 розмірах випромінюючої частини котушки L1 і L2 повинні мати індуктивність близько 70 мкг. Їх можна виконати на каркасах діаметром 40 мм і довжиною 80 мм, на які намотують по 65 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 1,2 мм (намотування рядова, виток до витка). Якщо в розпорядженні радіоаматора є інші каркаси, то необхідне число витків можна оцінити за формулою:
Тут L - індуктивність котушки в мкГ; D і l - діаметр і довжина котушки в см; n - кількість витків. Оскільки намотування рядова, то l = nd, де d - діаметр проводу котушки в см. Необхідну резонансну частоту антени встановлюють підбором довжини зовнішніх (14-метрових) відрізків кожного плеча.
Скорочений диполь цілком можна встановити на даху одного будинку, модифікувавши його в антену типу "Inverted V" (вона показана на рис.3). Для установки такої антени потрібно тільки одна щогла висотою близько 15 м. Плечі диполя виконують одночасно і функції двох (з необхідних чотирьох) відтяжок для кріплення щогли. Як вже зазначалося, при такій висоті підвісу диполь випромінює в основному під великими кутами до горизонту. Однак навіть з урахуванням цього недоліку описана укорочена антена IV може виявитися ефективніше несиметричних антен, про які йтиметься нижче.
Недоліком всіх несиметричних антен (до них відносяться різноманітні "дротові" антени типу "Long Wire". А також вертикальні випромінювачі типу "Ground Plane") є необхідність мати хорошу "землю", тобто заземлення (в радіотехнічному сенсі цього слова). Реалізувати хороше заземлення в містах практично неможливо, тому радіоаматор, якщо він вирішує (або його змушують обставини) встановити антену з несиметричним харчуванням, повинен подбати про хороших противовесах.
Вхідний опір більшості несиметричних антен лежить в межах 10. 30 Ом, а для укорочених антен може становити одиниці Ом і навіть частки Ома. Тим часом опір втрат для поширеної системи з трьох противаг під кутом 120 градусів один до одного становить приблизно 30 Ом. Таким чином, при використанні противаг більше половини потужності, що віддається передавачем, марно втрачається. Для ефективної роботи несиметричною антени кількість противаг повинно бути 10. 12, причому зовсім не обов'язково, щоб всі вони мали довжину чверть довжини хвилі (рис.4а).
Рис.4а. Розміщення противаг по колу
Справа в тому, що найбільше значення щільності струмів ВЧ - безпосередньо біля основи антени, саме тут треба мати найбільшу сумарну перетин провідників противаг. Якщо противаги можна встановити по колу (зазвичай справа йде саме так), то їх слід розмістити, як показано на рис.4б.
Рис.4б. Розміщення противаг неравномено
На рис.5 наведені два варіанти Г-образної антени для діапазону 160 м. Харчування на обидві антени подають коаксіальним кабелем з хвильовим опором 50 Ом. Співвідношення між довжинами відрізків А і Б може бути вибрано довільним, важливо лише, щоб їх сумарна довжина становила 38 м для варіанту а й 43 м для варіанту б.
Рис.5а. Г-подібна антена з вхідним опір 10 Ом
Антена на рис.5а при довжині відрізка А = 10 м має вхідний опір близько 10 Ом. Котушка L1 має індуктивність 13 мкг. Вона виконана на каркасі діаметром 50 мм і містить 20 витків мідного голого дроту діаметром 0,8. 1,0 мм. Довжина намотування 50 мм. При потужності передавача до 10 Вт в якості конденсатора С можна використовувати блок конденсаторів від лампового радіомовного приймача. Налаштовують антену спочатку конденсатором С, домагаючись послідовного резонансу на робочій частоті (встановлюють по максимальному навантаженні антеною передавача). Після цього підбирають положення відведення на котушці L1 по мінімуму КСВ.
Антена, показана на ріс.5б. має активну складову вхідного опору близько 50 Ом, якщо довжина відрізка А = 10 м.
Ріс.5б. Г-подібна антена з вхідним опір 50 Ом
При налаштуванні цієї антени спочатку компенсують конденсатором С реактивну складову вхідного опору (вона має індуктивний характер), а потім підбирають довжину антени по мінімуму КСВ, кожен раз підлаштовуючи конденсатор С. Через велику вхідного опору ця антена працює ефективніше, ніж зображена на рис. 5а. але остання простіше в налаштуванні, так як не вимагає ретельного підбору загальної довжини антени.
В окремому випадку будь-яка з цих двох антен може починатися безпосередньо у передавача і проходити через віконну раму на найближчий будинок або яке-небудь дерево. У цих умовах створити розгалужену систему противаг практично неможливо, тому корпус передавача треба приєднати короткими провідниками до труб водопостачання, опалення та до арматури балкона (якщо будинок залізобетонний). Крім того, таку систему "заземлення" слід доповнити хоча б одним противагою максимально можливої довжини (але не менше 5 м). Цей противагу може бути розтягнутий на зовнішній стороні балкону або уздовж стіни будинку. До корпусу передавача його підключають через котушку (рис.6). індуктивність якої слід встановити експериментальним шляхом за мінімальною величиною ВЧ напруги на корпусі передавача (початкове значення індуктивності 200 мкг).
Рис.6. підключення противаги
Ця напруга можна реєструвати найпростішим ВЧ вольтметром (рис.7). який підключають до корпусу тільки одним висновком.
Рис.7. Вимірювання високочастотного напруги на корпусі передавача
Якщо радіоаматор має можливість зробити хорошу систему противаг, то для проведення далеких зв'язків все ж краще встановити нехай вкорочений, але вертикальну антену типу GP. Цілком пристойні результати можна отримати з антенами, що мають висоту до 15 м.
Один з варіантів такої антени показаний на рис.8. Вона складається з вертикального випромінювача (щогли) довжиною 12 м, ізольованого біля основи від "землі". Випромінювач являє собою металеву трубу. Він має так звану верхню ємнісне навантаження, яка утворена чотирма проводами довжиною по 15 м. Кут між цими проводами (вони одночасно грають роль відтяжок) і трубою повинен бути 90 градусів. Харчування в антену подають коаксіальним кабелем з хвильовим опором 50 Ом. При невеликій довжині фідера доцільно не встановлювати біля основи антени ніяких узгоджувальних елементів (при цьому відпадає потреба в їх герметизації), а працювати зі стоячою хвилею в кабелі. У цьому випадку обов'язковим є наявність на радіостанції окремого антенного узгоджувального блоку у передавача, так як можливостей за погодженням у його вихідного контуру (зазвичай П-фільтра) може не вистачити.
Рис.8. Вертикальна антена типу GP
Антена, показана на рис.9. має повну висоту близько 13,5 м. Як обрізати в ній досягнуто за рахунок включення "укорочує" котушки L1 подібно до того, як це робилося в скороченому диполі, про який розповідалося раніше. Ця котушка повинна мати індуктивністю близько 160 мкг. Її намотують мідним голим проводом діаметром 70 мм. Вона має 90 витків. Довжина намотування 220 мм, а загальна довжина вставки в трубу - 300 мм. Індуктивність согласующей котушки L2 близько 10 мкг (20 витків такого ж дроту, намотаного на каркас діаметром 40 мм, довжина намотування 50 мм).
Рис.9. Антена з "укорочує" котушкою
Налаштовують цю антену на робочу частоту за допомогою гетеродинного індикатора резонансу (підбором довжини верхньої секції антени і, якщо цього недостатньо, - підбором числа витків котушки L1). Потім по мінімуму КСВ підбирають положення відведення на котушці L2. Як і всі інші укорочені випромінювачі, ця антена вузькосмугових, її слід налаштовувати на ту ділянку діапазону, де найчастіше ведеться робота.
При тих труднощах, з якими пов'язана установка антен, про спрямованих передавальних антенах на НЧ діапазони, і особливо на діапазон 160 м, можна тільки мріяти. Але ось для прийому такі антени реалізувати щодо неважко. Зазвичай вони представляють собою рамки, що складаються з одного або декількох витків. Рамкові антени мають два чітко виражених мінімуму при прийомі сигналу, спрямовані перпендикулярно її площині. Придушення сигналів з цих напрямків може досягати приблизно 30 дБ (п'ять балів за шкалою S!). Це дає можливість "прибрати" перешкоду: сигнали іншої аматорської станції, гармоніку від средневолновой мовної радіостанції і т.д.
Можливий варіант виконання рамкової антени показаний на рис.10.
Рис.10. Рамкова антена
Вона складається з трьох витоків (в формі квадрата зі стороною 1,5 м), що утворюють власне рамку, і одного витка зв'язку. Діаметр і марка дроти некритичні, зокрема, підійде і звичайний монтажний провід. Рамка поміщається в електростатичний екран, розімкнутий у верхній частині. Екран можна виконати з обплетення коаксіального кабелю, а в цілому рамку закріпити на хрестовині з дерева. Налаштовують рамку на робочу частоту конденсатором С, який повинен бути надійно захищений від атмосферної вологи. До системи рамку підключають за допомогою коаксіального кабелю з хвильовим опором 50 Ом.
"Радіоежегоднік" 1983 рік
Багато разів доводилося застосовувати рамкову антену (рис.10) працює навіть на передачу при невеликій потужності 0,5 ват SSB.Размещенная у віконному отворі на 5-му поверсі дозволяла підтримувати контакт між однотіпниі раціями (на іншій стороні була променева антена 12 м і такої ж противагу в сторону кореспондента) на відстані близько 30 км.В панельних будинках коли "глухо як в танку" розміщував у вікні або на балконе.Вполне прийнятно працює і без статичного екрана.Очень рекомендую для прийому прийому средневолнового і КВ радіомовних діапазонів тим хто живе в панельних або з монолітного бетону будинках.