Антенны КВ Как многие из вас поймут, для хорошей работы DX требуется низкий угол излучения антенны. Этого низкого угла можно достичь с помощью горизонтальной антенны, но только при условии достижения достаточной высоты над землёй. Хотя это возможно на более высоких диапазонах, это практически невозможно на 40 и 80 метрах.
Почему вертикальная антенна?
Вертикальная антенна выглядит идеальным низкоугольным излучателем, за исключением одного… высота 1/4 l для 80 метров составляет 20 метров, что непрактично в конструкции, монтаже или, что более важно, сохранении установленного.
Автор начал эту статью со смелого утверждения, которое нуждается в некотором объяснении для тех, кто не понимает, как низкий угол излучения может улучшить работу DX. Итак, вот упрощённое описание того, как радиосигналы излучаются антенной.
Экспериментируя с антеннами, автор использовал множество необычных предметов, от пластиковых коробок для сэндвичей до антенных блоков для электромобилей. Осмотр вашего любимого магазина самодельных изделий может привести к появлению множества полезных предметов; проверьте отдел сантехники на наличие любого количества различных пластиковых и металлических фитингов. В отделе оборудования можно приобрести металлические кронштейны, винты, болты и фитинги, а в отделе посуды — множество полезных пластиковых коробок (большинство из которых водонепроницаемы). Другим хорошим источником трубок является производитель офисной мебели, и зачастую они намного дешевле традиционных.
Когда дело доходит до проектирования вертикали с загрузочной катушкой, двумя основными элементами в списке покупок являются металлические трубки для элемента и соответствующий формирователь для катушки. По моему опыту, больше всего проблем всегда возникает с формирователем катушки. Лучшее решение, которое автор когда-либо находил, — это изготовить самостоятельно, используя соединяемый кусок трубки в качестве формы и заливая его эпоксидной смолой. Когда смола застынет, разрезать трубку вдоль, чтобы получить идеальный изолятор. Продаётся «заливочный компаунд», который работает очень хорошо. Однако, если речь идёт о нагрузочной катушке в основании высокого вертикала, то диаметр первой должен быть значительно увеличен, чтобы обеспечить достаточную прочность.
Механические проблемы, вероятно, занимают первое место в списках большинства пользователей, когда речь заходит о создании антенн. Для этого требуется лишь немного опыта, несколько базовых тестов и готовность переделать всё, что не сработает с первого раза. Не ожидайте «профессиональных» результатов от ваших первых усилий по созданию антенны, иначе вы будете прискорбно разочарованы. Вместо этого сначала попробуйте наладить работу антенны, протестируйте её и убедитесь, что она выдерживает суровые погодные условия, затем улучшите конструкцию и соберите версию 2.
Каждый эксперимент, который работает, следует детализировать и, возможно, использовать позже в другом дизайне. Изобретательность — ключ к успеху.
При проектировании вертикальной антенны обычно возникают проблемы в двух областях механической конструкции; первая заключается в том, как соединить все секции труб, чтобы они были механически прочными и электрически связанными, и вторая — соединения с питающей линией и согласующей сетью.
Большинство людей могут создать электрическое соединение, достаточное для экспериментальной антенны, но для постоянной установки окончательной версии необходимо учитывать тип материалов, используемых для винтов, фурнитуры и т.д., А также достаточную защиту от атмосферных воздействий. Это особенно верно, когда два (или более) разнородных металла соединены вместе. Это оставляет механическую сторону вещей для изучения. Поскольку не все материалы, которые вы могли бы использовать в своей антенне, были разработаны для особых условий использования самодельных антенн, вам необходимо поэкспериментировать и протестировать новые материалы.
Простые тесты, такие как соединение нескольких отрезков трубки вместе и проверка того, как она выдерживает легкий ветерок, зимнюю грозу или сильный дождь. Если вы проектируете горизонтальную балку, то поэкспериментируйте с длиной элемента, который вы можете изготовить, прежде чем требовать наличия фермы для поддержки концов и, при необходимости, наилучшего места для соединений фермы с элементом.
Ультрафиолетовая энергия солнца, кислотные дожди и колебания температуры разрушают множество материалов, в том числе некоторые, предназначенные для использования на открытом воздухе! Конечно, и изолятор также должен быть изолирующим, и я помещаю свои образцы примерно на 30 секунд в микроволновую печь, чтобы проверить нагрев. Если образец холодный, когда он выходит, то это хороший признак того, что он является изолятором для радиочастоты.
Моя последняя буква «М» означает man-power. Обычно, хотя и не всегда, самодельные антенны тяжелее и громоздче коммерческих антенн. Обычно это происходит потому, что они изготавливаются из доступных материалов, а не из компонентов, изготовленных на заказ. Из соображений безопасности и простоты установки обратитесь за помощью при монтаже, регулировке или демонтаже экспериментальной антенны (это, конечно, относится и к любым антенным работам, но в большей степени к самодельным).
Помните, что если антенна упадёт с крыши, вы окажетесь в груде металлолома, но если вы упадёте с крыши, то окажетесь в больнице. Безопасность превыше всего в любое время — ключ к успешной установке. Даже если вам повезло и у вас есть насосная или наклонная вышка, следите за линиями электропередач, телефонными кабелями и т.д.
Базовая конструкция
Обычным решением для проектирования короткого вертикала является использование катушки нагрузки (или сосредоточенной постоянной) у основания или в середине излучателя антенны. Метод линейной загрузки используется на ряде коммерческих лучевых антенн, но, только Gap использует линейную загрузку по вертикали. Это ещё одна причина попытаться спроектировать и построить такую антенну.
Что такое линейная нагрузка и как она работает?
Линейная загрузка — это радиопередающий термин, обозначающий складывание части антенны обратно к себе, чтобы уменьшить общую длину четвертьволновой антенны до более приемлемого размера. Во всех примерах, которые исследованы, используя эту технику, общая длина может быть уменьшена до 40% от исходного размера в четверть длины волны без потерь, возникающих в результате использования катушки нагрузки.
С механической точки зрения антенна может быть изготовлена либо из одной длины лёгкой трубки, либо из нескольких длинных телескопических трубок, и она может быть самостоятельной. При вставке нагрузочной катушки в излучающий элемент отсутствует слабое место и отсутствуют потери из-за сопротивления катушки. Также нет необходимости в изоляторе в элементе или катушкообразователе. Защита излучателя от атмосферных воздействий значительно упрощается, а время сборки, настройки и тестирования антенны значительно сокращается. Механически это обеспечивает надежную стабильную антенну.
Итак, как это работает? Что ж, это интересная область обсуждения.
Электрически антенна выглядит и действует как вертикальный 1/4l излучатель, но с другим (более высоким) сопротивлением в точке подачи. При приёме он работает почти также хорошо, как полноразмерный излучатель на той же наземной плоскости. При передаче, похоже, она работает одинаково хорошо, с одинаковыми сообщениями, получаемыми с любой антенны. Импеданс в точке подачи изменяется из-за эффекта нагружения сложенной секции антенны и блока цилиндров, и это требует тщательного рассмотрения, когда дело доходит до резонирования антенны и согласования её с передатчиком.
Физически антенна просто выглядит короче, чем должна быть на самом деле. Для своей конструкции выбран излучатель, размер которого составил 73% от размера четвертьволновой волны на 40 м, или 7,736 метра. Это сделало излучатель довольно коротким на 80 м при всего 37% четверти волны, но это было лучшее, что можно сделать с материалами и ограничениями, которые наложены на эту конструкцию.
Окончательный размер, как и у всех многополосных антенн, был достигнут в результате компромисса между диапазонами, материалами и расположением. Это одно из лучших преимуществ при проектировании собственных антенн: вы можете адаптировать дизайн к пространству и окружению или материалам, соответствующим вашим собственным обстоятельствам.
Позднее, для придания дополнительной прочности сборке цилиндра, поверх элемента была установлена небольшая (150 мм) круглая алюминиевая пластина для поддержки полосок емкостной нагрузки. Планки были плотно привинчены к пластине с помощью саморезов через отверстия в пластине. Это лишь незначительно изменило настройку.
Общая длина трубки = 8000 мм
Требуемая длина = 7736 мм
Разница = 8000-7736 = 264 мм
следовательно, требуется 3 соединения = 264/3 = 88 мм каждое.
Мне всегда проще преобразовать все члены уравнений к наименьшему общему основанию, прежде чем выполнять вычисления, в данном случае выбраны миллиметры.
Согласование, резонанс и КСВН
Наиболее эффективное согласование достигается без использования согласующей сети, поэтому много проэкспериментировано с трубками разной длины и проводами разной длины, чтобы попытаться добиться хорошего согласования непосредственно с 50-омным коаксиальным кабелем для 40-метровой версии антенны.
В конце концов, дошло до 7,736-метрового излучателя и остальной части провода. Это обеспечило хорошее соответствие импедансов на частоте 7050 кГц. Она была слегка емкостной, но соответствие КСВН коаксиальному кабелю 50 Ом и передатчику было достаточно хорошим.
Для 80 м была масштабирована конструкция длиной 40 м и она была проверена (длина провода составила 12,59 м). При измерении резонансная частота была слишком низкой, и соответствие было не слишком хорошим, поэтому был обрезан элемент, понемногу за раз, пока не было найдено хорошее соответствие и резонанс в диапазоне.
После согласования антенны с передатчиком все провода приклеены горячим расплавом к пластиковым изоляторам и сделаны постоянные соединения с двумя линиями питания внутри пластиковой коробки, защищённой от атмосферных воздействий, которая была установлена на нижней части элемента излучателя.
Первоначально была спроектирована антенна только на 40 м, а затем добавлена и на 80 м, основываясь на успехе, которого удалось добиться с 40-метровой версией.
Обе антенны установлены на одном телескопическом излучателе, и каждая питается от отдельного коаксиального фидера. В основании может быть установлен переключатель или реле, чтобы обеспечить подачу одного фидера в корпус. Опробовано соединение обоих элементов вместе и подача на них питания от одного фидера, и 40M работали отлично, однако 80M было непригодно для этой конфигурации, поскольку длина 40M эффективно закорачивает 80M элемент.
Чтобы сделать антенну портативной, можно было обрезать провода элемента и повторно соединить их с помощью «шоколадного блока электриков», чтобы антенну можно было легко демонтировать и транспортировать. Попробовав это, была собрана вся антенна заново, и вся антенна была протестирована ещё раз. Тесты показали, что ничего особенного не изменилось.
Зная, что не у всех любителей может быть такой big groundplane, как у автора, он сделал четыре 20-метровых радиуса и линейно разместил их на площади 10 квадратных метров, пытаясь имитировать обычный сад. Затем была установлена антенна и она была закреплена на наземной плоскости и снова проверен КСВН. Практически не было разницы в показаниях КСВН (1,5:1 вместо 1,2:1), однако DX, которых можно было слышать и работать, шли немного слабее, чем когда антенна находилась в середине big groundplane.
The Total Cost of the Antenna
Необходимые материалы указаны в таблице с указанием их соответствующей длины.
Одна из замечательных особенностей этой антенны заключается в том, что для её изготовления не требуется специальных инструментов или навыков, вам не нужно отрезать какие-либо трубки, делать какие-либо причудливые кронштейны, покупать какие-либо специальные детали или сооружать сложную согласующую сеть. Все необходимые инструменты — небольшая дрель, рулетка, отвёртка, немного клея или термоклеевого пистолета и пара бокорезов.
Патент, регистрация® и авторское право©1998
Автор подал заявку на получение патента, регистрацию и обладает авторскими правами на конструкцию этой антенны, любой желающий изготовить эту антенну на коммерческой основе или для продажи в любой стране мира должен связаться с Автором и произвести соответствующие платежи и признание. Для частных лиц, которые желают изготовить эту антенну для собственного использования, разрешение предоставляется Автором, однако коммерческая выгода, будь то денежная или в виде товаров / услуг, полученная от продажи этой конструкции, будет подпадать под действие закона, регулирующего юрисдикцию. Патент подан в 1998 году D.A.Reid.
Выводы
Автор обнаружил, что создавать антенну было легко и интересно. Сравнивал её с Cushcraft AP8A vertical, антенна намного лучше работает с DX как на 80 м, так и на 40 м. Для сравнения построена полноразмерная вертикальная антенна 1/4 волны на 40 м, и DX был одинаковыми для обеих антенн на 40 м.
David A.Reid PA3HBB / G0BZF
