Антенны КВ Немногие антенны поляризуют мнения так сильно, как G5RV — кажется, вы либо клянётесь ею, либо ругаетесь на неё! Цель этой статьи — представить несколько технических фактов об антенне и позволить читателю судить, может ли она быть для него полезной. Задайте этот вопрос на одном из форумов, и вы почти наверняка получите различные мнения.
A. Что такое G5RV?
Проблема отчасти кроется в самом Louis Varney (G5RV), который по-разному описывал антенну как имеющую: согласующую секцию открытой линии или линию 300 Ом; фидер, включающий коаксиальный кабель 50 Ом, коаксиальный кабель 80 Ом, двухпроводной кабель 75 Ом или вообще не имеющий фидера; симметрирующее устройство, без симметрирующего устройства или высокочастотный дроссель!
Для целей этого обсуждения мы предположим, что антенна включает:
G5RV
Диполь с центральным питанием, который имеет длину в три полуволны на 20 м — показан красным (A) на схеме выше
«Согласующая секция» 300-омной лестничной линии электрической полуволны длиной на 20 м — показан синим (B) на схеме выше
Отрезок 50-омного коаксиального кабеля неопределённой длины — показан зелёным (C) на схеме выше
Необходимость в симметрирующем устройстве на соединении лестничной линии с коаксиальным кабелем — точка X — обсуждается позже
B. Какие диапазоны она охватывает?
Опять же, вы найдёте широкий спектр мнений. Есть те, кто утверждает, что Varney всегда задумывал её как однодиапазонную антенну 20 м, и те (часто поставщики коммерческих антенн), кто утверждает, что это «вседиапазонная» антенна 80–10 м. Конечно, Varney обсуждал её работу на всех диапазонах 160–10 м (включая диапазоны WARC), поэтому, похоже, он думал о ней как о чём-то ином, нежели однодиапазонная антенна.
| Диапазон | Лучший КСВ | Худший КСВ |
| 160m | >100 | >100 |
| 80m | 3.2 | 12.6 |
| 40m | 4.9 | 5.9 |
| 30m | 48 | 49.5 |
| 20m | 2.5 | 3.7 |
| 17m | 32.1 | 33.6 |
| 15m | 6.1 | 12.9 |
| 12m | 3.6 | 4.6 |
| 10m | 51 | 59.6 |
Давайте смоделируем G5RV в EZNEC и посмотрим на импедансы точек питания. Предположим, что диполь построен из неизолированного медного провода #14 на высоте 30 футов над средней землёй, а согласующая секция представляет собой 300-омную лестничную линию с коэффициентом укорочения 0,9 и потерями 0,2 дБ/100 футов на частоте 30 МГц. При построении модели мы сначала настраиваем длину диполя так, чтобы он был резонансным на частоте 14,150 кГц, а затем настраиваем длину согласующей секции так, чтобы она была точной полуволновой на этой частоте; мы обнаруживаем, что диполь должен быть длиной 103,25 фута, а согласующая секция — 31,2 фута (34,7 фута * Vf).
В таблице ниже перечислены худшие и лучшие значения КСВН 50 Ом, представленные в точке X для каждого любительского диапазона. Они близки к значениям КСВН, которые были бы видны трансиверу, если бы использовался очень короткий отрезок коаксиального кабеля с низкими потерями. Мы замечаем, что:
- Ни на одной части диапазона КСВН не падает ниже 2:1 — типичный предел для современного твердотельного трансивера
- Все 20 м и части 80 м и 12 м имеют КСВН ниже 4:1 — типичный предел для современного трансивера со встроенным автоматическим тюнером
- 80 м, 40 м, 20 м, 15 м и 12 м демонстрируют умеренные значения КСВН, которые должны быть в пределах диапазона согласования внешнего тюнера, и для которых потери в коротком отрезке качественного коаксиального кабеля, вероятно, будут приемлемыми
| Диапазон | Лучший КСВН | Потеря коаксиального сигнала |
| 160 м | 20.7 | 20 дБ |
| 80m | 2.8 | 0.8дБ |
| 40 м | 3.3 | 1.9 дБ |
| 30 м | 8.2 | 7,7 дБ |
| 20 м | 2.0 | 1.5dB |
| 17m | 5.5 | 7,8 дБ |
| 15 м | 3.3 | 3.1дБ |
| 12m | 2.4 | 2.4дБ |
| 10 м | 4.8 | 10.5дБ |
В попытке улучшить эти показатели КСВН некоторые коммерческие поставщики снабжают антенну коаксиальным фидером большой длины с относительно низкими потерями, утверждая (справедливо), что эта длина важна для работы антенны. Давайте снова запустим нашу модель с 70-футовым коаксиальным кабелем RG58 между трапом и установкой. В таблице ниже показаны новые КСВН и потери в коаксиальном кабеле. Мы видим, что:
| Диапазон | Диапазон КСВН (EZNEC) |
Диапазон КСВН (измеренный) |
| 80m | 10 — 3.1 | 8.8 — 3.1 |
| 40 м | 5.7 — 4.9 | 6.2 — 5.6 |
| 30 м | 18.3 — 18.5 | >10 |
| 20 м | 4.4 — 2.6 | 4 — 2.3 |
| 17m | 13.4 — 13.2 | >10 |
| 15 м | 3.2 — 6.3 | 2.8 — 4 |
| 12m | 1.8 — 2.1 | 2.0 — 2.0 |
| 10 м | 14 | >10 |
- 20m теперь практически можно использовать без какого-либо тюнера, при потере 1,5 дБ
- 80 м, 40 м, 20 м, 15 м и 12 м, вероятно, будут в пределах досягаемости встроенного автотюнера, но у нас будет принимать потери более 3 дБ (для 15 м)
- Все диапазоны от 80 м до 10 м будут в пределах диапазона соответствия хорошего внешнего тюнера, но потери на 30 м, 17 м и 10 м приведут к посредственной производительности
- 160 м непригодна для использования [Varney предлагал использовать антенну на 160 м только в качестве вертикала с верхней нагрузкой, когда провода лестницы соединены вместе и подведены к земле]
Наконец, в этой таблице сравниваются измерения КСВН, сделанные на реальном G5RV, с прогнозами EZNEC. Антенна была установлена в конфигурации Inverted-V с вершиной всего 18 футов; концы находились на высоте 6 футов. У основания лестницы был установлен балун тока 1:1, а коаксиальная секция состояла примерно из 18 футов RG213.
В целом наблюдается хорошее соответствие между прогнозируемыми и измеренными результатами — безусловно, достаточно близкое для большинства любительских требований. КСВН немного отличаются от приведённых в предыдущих таблицах из-за конфигурации с низким инвертированным напряжением. Несмотря на эту существенно отличающуюся конфигурацию, выводы о покрытии полосы частот не отличаются.
Мы приходим к выводу, что с точки зрения соответствия, G5RV далека от того, чтобы быть вседиапазонной антенной. Из-за низких потерь в коаксиальной секции антенну нельзя использовать ни на одном диапазоне без какого-либо тюнера. Цитата от Varney: «Использование сети согласования «несимметричный-несимметричный» между коаксиальным выходом современного передатчика (или трансивера) и коаксиальным фидером имеет важное значение. Это связано с реактивным состоянием, возникающим на конце станции этого фидера, который на всех частотах, кроме 14 МГц, будет иметь довольно высокое КСВ «. Благодаря современному встроенному автотюнеру это в лучшем случае 3-полосная антенна (80 м, 20 м, 12 м). С хорошим внешним тюнером это, вероятно, 5-полосная антенна (80 м, 40 м, 20 м, 15 м, 12 м). Другие диапазоны могут быть выведены в соответствующий диапазон из-за потерь в коаксиальном кабеле!
Конечно, используя хороший внешний тюнер и избегая коаксиальной секции, доводя линию трапа до самого корпуса, потери, вероятно, будут приемлемыми на всех диапазонах от 80 м до 10 м. но является ли антенна в таком случае G5RV или просто 102-футовым многополосным дублетом?
Как и любой многополосный дублет, G5RV демонстрирует разную характеристику по азимуту на разных диапазонах. В качестве примера, на приведённой выше диаграмме показан отклик свободного пространства на 80 м (синий), отклик на 20 м (красный) и отклик на 15 м (зелёный). На более низких частотах характеристика по азимуту представляет собой два лепестка, каждый со стороны антенны. По мере увеличения частоты характеристика становится более сложной с множеством лепестков и нулей. Эти особенности становятся менее выраженными, когда антенна моделируется над реальной поверхностью земли, но, тем не менее, возможны отклонения глубиной до 20 дБ, и их стоит учитывать при планировании ориентации антенны.
C. Балун или без балуна?
Хорошей инженерной практикой является установка распределителя тока 1:1 на любом коаксиально-симметричном переходе в антенной системе; это помогает предотвратить синфазные токи на внешней поверхности коаксиальной оплетки, которые могут вызывать проблемы с «радиочастотами в гнёздах» при передаче и улавливание локальных шумов при приёме. Varney выступал за балун в своей первоначальной статье, но в своей статье о радиосвязи 1984 года он изменил своё мнение, потому что почувствовал, что реактивные нагрузки могут привести к нагреву обмоток и насыщению их сердечника. Уже тогда он выступал за «коаксиальный кабельный высокочастотный дроссель».
Благодаря современным ферритовым материалам и нашему лучшему пониманию характеристик balun, чем во времена Varney, нет причин не использовать Guanella balun с ферритовым сердечником 1:1 на интерфейсе ladderline / coax.
G5RV без балуна
На приведённой выше схеме показано, что может произойти, если вы не включите balun; это модель антенной системы G5RV от EZNEC. Провода 1 и 2 представляют антенну, провода 3 и 4 — вертикальную лестничную секцию, а провод 6 — коаксиальную секцию. Фиолетовые линии показывают распределение тока по проводам.
Обратите внимание, что:
- Токи в двух ветвях диполя неодинаковы; это вызовет «перекос» диаграмм направленности по азимуту
- Токи в двух опорах лестничной линии неодинаковы; это вызовет излучение от вертикальной секции на Tx
- По коаксиальному кабелю протекает значительный синфазный ток, который заканчивается близко к радио и другому бытовому оборудованию; это может вызвать проблемы с RFI на Tx, а на Rx шум от этого оборудования может поступать на соединение коаксиального кабеля с лестничной линией
G5RV с балуном 1:1
Теперь посмотрите на диаграмме выше, как улучшается ситуация, когда мы включаем балун 1:1 (или синфазный дроссель) — токи в двух ветвях диполя и двух ветвях лестницы хорошо сбалансированы, а синфазный ток на коаксиальном канале незначителен.
D. Можем ли мы сделать лучше?
| Диапазон | Лучший КСВН | Худший КСВН |
| 160 м | >100 | >100 |
| 80m | 8.3 | 18.8 |
| 40 м | 1.1 | 1.4 |
| 30 м | 87 | 89 |
| 20 м | 1.2 | 3.2 |
| 17m | 1.4 | 1.6 |
| 15 м | 80 | 90 |
| 12m | 1.2 | 1.4 |
| 10 м | 1.5 | 9.7 |
Лучший и худший КСВН
Брайан Остин ZS6BKW/G0GSF искал комбинации длины антенны и фидерной линии, которые обеспечивали бы разумное соответствие 50 Ом на ряде диапазонов КВ; ему это удалось — он обнаружил, что антенна длиной 93 фута, питаемая от 39,8 футов лестничной линии 400 Ом (Vf = 0,9), обеспечивает приемлемое соответствие на пяти диапазонах. В таблице выше показаны лучшие и наихудшие КСВН этой антенной системы в каждом КВ диапазоне, смоделированные на высоте 30 футов над средней поверхностью земли.
Антенну можно было бы использовать на всех диапазонах 40 м, 17 м и 12 м без какого-либо тюнера, а также на большей части 20 м и 10 м. Возможно, её самым большим недостатком является то, что она не покрывает популярные 80-метровые и 15-метровые диапазоны без тюнера.
Когда L.B. Cebik (W4RNL) проанализировал G5RV и варианты, он пришёл к выводу:
«Из всех аналогов антенной системы G5RV антенная система ZS6BKW / G0GSF ближе всего подошла к достижению цели, которая является частью мифологии G5RV: многодиапазонная КВ-антенна, состоящая из одного провода и простой системы согласования, чтобы охватить как можно больше любительских КВ-диапазонов. Система Austin обеспечивает приемлемое соответствие на 5 из 8 диапазонов на диапазонах от 80 до 10 метров в большинстве условий без антенного тюнера. Это лучший результат, который был достигнут с помощью любой из систем, которые привлекли моё внимание».
G3TXQ
