Антенны КВ «Традиционная» формула для длины полуволнового диполя — 143 / F в метрах, где F — частота в МГц. Однако это лишь приблизительная оценка, не учитывающая ряд других факторов. Мы можем оценить это изменение, смоделировав диполь длиной 20 м. Согласно метрической формуле, он должен резонировать на частоте 7,15 МГц.
(В имперской формуле получается 7,132 МГц).
Высота над землёй
Два важных параметра — это диаметр проволоки и высота над землёй. Вот диаграмма моделируемой резонансной частоты для 3 диаметров проволоки при различной высоте над землёй с шагом 2 м (6 футов):
График зависимости резонансной частоты от высоты над землёй в метрах для диполя длиной 20 м (65,6 футов) для трёх размеров проводов. Зелёная линия соответствует 2 мм (AWG #12). Жёлтая линия соответствует 1 мм (AWG #18). Оранжевая линия соответствует 0,5 мм (AWG #24). Синяя линия — результат применения метрической формулы (формула для имперских единиц немного занижает частоту).
Первое, что бросается в глаза, это то, что резонансная частота изменяется как в зависимости от диаметра провода, так и от высоты над землёй, и в обоих случаях не является линейной функцией.
Ещё один важный результат заключается в том, что смоделированная резонансная частота всегда выше расчётной. Это означает, что использование традиционной формулы чревато слишком коротким обрезанием антенны.
Характеристики грунта
Мы также можем рассмотреть различные типы грунта: в данном случае, «средний», «очень хороший» и «плохой»:
Резонансная частота полуволнового диполя длиной 20 м как функция высоты в метрах и параметров грунта. Жёлтым цветом обозначен грунт «очень хорошего» качества, зелёным — «среднего» качества, оранжевым — «плохого» качества. Синяя линия показывает результат расчёта с использованием метрической формулы.
В данном случае «очень хорошее» состояние грунта приближается к традиционной метрической формуле на высоте от 0,15 до 0,2 длин волн над землёй. Однако на высотах чуть ниже 1 длины волны погрешность выше, чем для других типов грунта.
Элементы inverted vee
Существует несколько онлайн-калькуляторов, которые также дают несколько отличающуюся формулу для элементов в форме перевёрнутой буквы V (inverted vee): и не все они сходятся во мнении относительно того, какой должна быть эта формула. Давайте разберёмся, почему возникает некоторая путаница:
Зависимость смоделированной резонансной частоты диполя общей длиной 20 м от высоты вершины (в метрах). Зелёная линия соответствует прямому диполю. Жёлтая — перевёрнутой V-образной форме с углом 60 градусов с каждой стороны. Оранжевая линия соответствует углу 45 градусов. Синяя линия показывает традиционную метрическую формулу для диполя.
На этом графике показана резонансная частота в зависимости от высоты в метрах для центра прямого диполя (зелёный), Inverted V с углом 120 градусов (60 градусов с каждой стороны) (жёлтый) и Inverted V с углом 90 градусов (45 градусов с каждой стороны) (оранжевый), при одинаковой общей длине провода 20 м (65,6 футов). Обычно мы ожидаем, что изогнутые антенны будут резонировать на несколько более высокой частоте, чем прямые антенны. В данном случае это, как правило, верно, за исключением очень малых высот. (Линии для Inverted V обрезаны на малых высотах, где концы элементов пересекают землю.) Это связано с ёмкостью между концами провода и землёй, которая снижает частоту на малых высотах, но оказывает меньшее влияние, когда антенна находится выше.
Однако существует несколько других факторов, которые сложнее смоделировать.
Изоляция провода
Тип и толщина изоляции провода также имеют значение. Эмалированный провод для намотки можно считать неизолированным с практической точки зрения, но пластиковая изоляция, такая как полиэтилен, ПВХ или ПТФЭ, будет оказывать измеримое воздействие. Одна из проблем заключается в том, что для многих типов изолированных проводов не указаны характеристики используемого пластика, и его химический состав может меняться со временем. Традиционная оценка показывает, что изолированный провод снижает резонансную частоту диполя примерно на 3%.
Прикрепление провода к изоляторам
Это действительно может существенно повлиять на результат, и он зависит от того, оголённый провод или изолированный.
Когда оголённый провод складывается сам на себя через отверстие в изоляторе и скручивается, провода образуют электрический контакт, и эффект такой, как если бы конец провода был немного толще, увеличивая ёмкость.
Однако, когда изолированный провод складывается сам на себя и скручивается или завязывается узлом, электрического контакта между двумя сторонами нет, и вся длина провода остаётся активной. Но из-за связи между двумя проводами это не то же самое, что если бы тот же провод был прямым. Практическое эмпирическое правило гласит, что складывание конца изолированного провода уменьшает электрическую длину примерно на половину сложенной длины. Таким образом, если у вас есть полуволновой диполь, складывание 1 м (3 фута) провода будет эквивалентно отрезанию 0,5 м (1,5 фута) провода. Это значит, что при настройке диполя с помощью изолированного провода, если вы загибаете его, не отрезайте загнутую часть, иначе антенна окажется слишком короткой!
То же самое относится и к завязыванию узлов на проводе. Обычно завязываем петлю возле конца провода, чтобы прикрепить поддерживающий трос, оставляя «хвостик» провода свисающим вниз, чтобы его можно было обрезать для настройки. Провод в петле действует скорее как индуктивный закороченный отрезок, а не как часть излучателя. В одном случае закончился «хвостик» для настройки, а антенна всё ещё была слишком длинной. Развязали петлю и завязали её чуть выше по проводу, и теперь антенна оказалась слишком короткой, хотя использовался тот же самый провод, что и раньше. (В итоге отрегулировалась антенна, найдя правильное место для завязывания петли).
Другие параллельные элементы
Использование нескольких диполей для разных диапазонов на общей точке питания может создать простую и эффективную многодиапазонную антенну, но, особенно когда диапазоны расположены близко друг к другу (например, 20 м + 17 м + 15 м + 12 м + 10 м), настройка одних элементов будет влиять на резонансные частоты других. Обычно начинают настройку с элемента с самой низкой частотой и постепенно увеличивают её, поскольку более длинные провода меньше подвержены влиянию более коротких.
Чем ближе провода друг к другу физически, тем сильнее взаимодействие между ними: использование многожильного ленточного кабеля для параллельных диполей почти всегда требует многократной регулировки для обеспечения их работы. В одном случае добавление диполя для 60 м к антенне с элементами 40 м и 80 м сдвинуло резонанс 40 м примерно на 200 кГц вверх, но резонанс 80 м остался неизменным.
Балуны
Несовершенный балун, или его отсутствие, также может смещать резонансную частоту антенны. Например, балун с коэффициентом 1:1, намотанный проволокой, а не 50-омным коаксиальным кабелем, немного изменит импеданс из-за несоответствия на проволоке. Дроссели с воздушным сердечником и балуны напряжения часто имеют параллельное реактивное сопротивление, которое может изменять настройку. Без балуна экран коаксиального кабеля становится частью антенны, параллельной проволоке с одной стороны, и может не только изменить резонансную частоту, но даже вызвать дополнительные резонансы из-за длины коаксиального кабеля.
Существует ли формула лучше?
На самом деле нет. По крайней мере, не та, которую легко рассчитать вручную.
Проблема не в том, что в «традиционном» уравнении используется неправильная константа, а в том, что резонансная длина просто не соответствует такой простой формуле так точно, как ожидают многие радиолюбители.
Поэтому нам приходится менять свои ожидания. Обычно используем формулу (или приблизительное значение, полученное из опыта), затем добавляем к ней некоторую дополнительную длину и планируем при необходимости подстраивать антенну под желаемую резонансную частоту. После настройки в типичной установке она обычно работает достаточно хорошо каждый раз, даже если резонансная частота несколько смещается.
Если необходимо точно настроить портативную антенну для минимизации КСВ в полевых условиях, лучше использовать что-то вроде метода настройки двухдиапазонного диполя, перемещая прищепку вдоль провода (или поддерживающего троса) для регулировки частоты.
practicalantennas.com
