Антенны КВ Благодаря своему размеру, простоте установки и надёжной работе 40-метровая вертикальная четвертьволновая антенна является очень популярной КВ-антенной. Более того, при правильном согласовании она также очень хорошо работает в диапазоне 20 метров. Здесь описано использование несколько инновационного метода настройки антенны.
Будучи полуволновой в этом диапазоне, антенна обеспечивает эффективную диаграмму направленности излучения под малым углом, с примерно на один дБ усилением по сравнению с более коротким стандартным четвертьволновым вертикалом.
В этой статье описывается двухдиапазонная вертикальная антенная система для 20 и 40 метров, которая была построена для портативного использования в Field Day. Она использует несколько инновационный метод настройки, который после выполнения первоначальных настроек позволяет работать в эфирном диапазоне без необходимости дальнейшей настройки — и она отлично работает!
Эта схема была обнаружена автором в прошлых выпусках QST. Имелся очень хороший телескопический 35-футовый морской вертикальный хлыст, который и предполагалось использовать для предстоящего Дня Поля.
И, ища идеи, автор наткнулся на этот новый метод работы в двух диапазонах. Он был описан W7ZOI, в старой колонке Hints & Kinks. Обычно четвертьволновая вертикальная антенна питается путём прямого подключения коаксиальной линии питания к основанию антенны. Поскольку базовое сопротивление низкое (обычно 40-70 Ом, в зависимости от используемой системы заземления/радиала), этот метод обеспечивает приемлемый КСВ и хорошо работает. Однако базовое сопротивление полуволновой (20 метров, в данном случае) вертикальной антенны гораздо выше (около 1100 Ом); поэтому для успешного питания антенны с коаксиальной линией передачи требуется согласующая цепь.
До того, как открыть этот метод, автор видел только этот тип двухдиапазонной работы, выполняемой с использованием удалённых реле (K1, K2) в сочетании с L-сетью (L1, C1), как показано на рис. 1.
Рис. 1. Использование удалённых реле 0 (К1, К2) для двухдиапазонной работы. Одно реле DPDT может быть заменено двумя реле
Этот инновационный подход предполагает размещение дополнительного конденсатора последовательно с индуктором L-сети, так что при правильной настройке обычный 40-метровый, 1/4 длины волны, вертикал, будет работать на обоих диапазонах 40 и 20 метров с приемлемым КСВ без необходимости переключения схем или каких-либо дополнительных настроек.
Рис. 2. Модифицированная L-сеть для работы в двух диапазонах — без реле
Как это работает
Модификацию W7ZOI, показанную на рисунке 2, легко понять, если сравнить её бок о бок с простой L-сетью на рисунке 1. L1 и C2 образуют последовательный резонансный контур, который ведёт себя — на 40 метров — как короткозамкнутый. Результат такой же, как и при наличии контактов реле в положении 40 метров, как показано на рисунке 1. Реактивное сопротивление шунтирующего конденсатора (C1) на 40 метрах примерно в десять раз больше, чем базовое сопротивление антенны (точка питания) и следовательно, оказывает незначительное влияние на согласование. Конечный результат заключается в том, что низкое базовое сопротивление антенны по существу остаётся неизменным для коаксиальной линии передачи на 40 метрах.
Работа на двадцати метрах достигается путем регулировки L1 и C2 таким образом, чтобы чистое индуктивное сопротивление было таким же, как было бы в базовой L-сети. Значение C1 остается одинаковым в обеих сетях.
Итак, мы получаем согласующую систему, которая выполняет двойную функцию. Модифицированная L-сеть регулируется таким образом, чтобы L1 и C2 обеспечивали надлежащее количество индуктивного реактивного сопротивления, которое при использовании с C1 соответствует высокому базовому (точке питания) импедансу антенны на 20 метрах. И, одновременно, он поддерживает последовательный резонанс, который требуется для соответствия низкому базовому импедансу антенны на 40 метрах. Довольно изящная идея!
Конструкция
Вся система была построена исключительно из деталей в коробке с радиолюбительским «хламом». Как это обычно бывает при создании такого проекта, в сокровище не оказалось конденсаторов точных значений, рекомендованных W7ZOI. Конденсатор C1 был заменен конденсатором на 100 пФ, а C2 — на 500 пФ. Изначально было беспокойство, что при использовании больших значений, чем рекомендуемые, особенно для C2, минимальные значения ёмкости могут быть слишком большими для правильной настройки; однако, это оказалось не так.
Индуктор был изготовлен из отрезка катушки (диаметр 2 дюйма; проволока 14 калибра; 10 т при 8 tpi). Все компоненты были смонтированы на пластиковой панели толщиной 1/8 дюйма, которая, в свою очередь, была установлена в водонепроницаемом корпусе, который видел предыдущую жизнь как часть корабельной антенной системы. Готовая сеть показана на рисунках 3 и 4.
Рис. 3. Внутри двухдиапазонной модифицированной L-сети. Последовательный конденсатор (C2) находится вверху слева, сразу за индуктором (L1). Шунтирующий конденсатор (C1) находится справа
Если вы решите построить этот проект, позаботьтесь об использовании конденсаторов, которые имеют достаточно высокое номинальное напряжение. У автора рассчитаны на 4,5 кВ и должны легко выдерживать 500 Вт или более.
Примечание: Вакуумные конденсаторы были бы идеальными для этого применения, но они дорогие.
Рис. 4. Настройка сети с помощью анализатора КСВ. Рекомендации по настройке см. в тексте
Настройка
Как уже говорилось ранее, высота антенны составляет около 35 футов; следовательно, её резонансная частота попадает ниже 40-метрового диапазона. Это не вызвало проблем при настройке; однако возникли проблемы при попытке настроить сеть с высотой антенны, которая была немного меньше 1/4 длины волны. Об этом чуть позже.
Настройка была выполнена эмпирически. С помощью анализатора антенн MFJ-259B отвод на индукторе был установлен около максимальной индуктивности, а конденсатор C2 был отрегулирован для наилучшего указанного КСВ на 40 метрах. Затем частота анализатора была изменена на 20-метровый диапазон, а C1 был отрегулирован для наилучшего КСВ, но полученное соответствие было не хорошим. Затем был перемещён отвод на катушке в направлении меньшей индуктивности, и C1 и C2 были снова отрегулированы для соответствующих диапазонов. Этот процесс повторялся до тех пор, пока не были получены удовлетворительные показания КСВ. (Требованием было, чтобы КСВ упал ниже 2:1 на обоих диапазонах. Многие твердотельные установки начинают снижать свою мощность или, что ещё хуже, отключаются при КСВ 2:1.) Полученные кривые КСВ показаны на рисунках 5 (A) и (B).
Рис. 5. КСВ на расстоянии 20 метров (A) и 40 метров (B)
Надо отметить, что эта система была настроена с использованием предельной радиальной системы (всего двенадцать радиалов) и поэтому кривые КСВ довольно широкие. Эти кривые были бы более выраженными, если бы антенна была настроена с использованием более эффективной системы заземления.
Телескопическая мачта состоит из шести секций, которые в выдвинутом состоянии достигают примерно 35 футов. Ради интереса опробована настройка антенны с одной из секций втянутой, что привело к общей высоте антенны около 30 футов, что, конечно, саморезонирует выше 40-метрового диапазона (около 7,8 МГц). Используя более короткую антенну, удалось добиться хорошего согласования на одном или другом диапазоне, но не на обоих одновременно.
Оказалось, что дополнительная индуктивность, необходимая для получения хорошего согласования на 40 метрах с более короткой высотой антенны, привела к слишком большому чистому индуктивному сопротивлению в последовательной комбинации L1/C2 для удовлетворительного согласования на 20 метрах. И наоборот, уменьшение величины индуктивности, которая обеспечивала хорошее согласование на 20 метрах, не давало достаточной индукции для приемлемого согласования на более низкой частоте. Следовательно, для правильной работы этой системы высота антенны должна быть не короче 1/4 длины волны для самой низкой рабочей частоты. Не было обнаружено никаких пагубных последствий, когда она была немного длиннее.
Заключение
После первоначальных настроек сеть работала безупречно. Переключение между 20 и 40-метровым диапазоном не требовало ничего, кроме изменения частоты/диапазона на радио, без каких-либо забот об антенной системе. И было удивление, что не видел эту технику в более широком применении.
K6MHE
