Антенны КВ Если бы был идеальный мир, у нас были бы полноразмерные 160-метровые антенны Beverage, расходящиеся веером, как спицы колеса, от расположенного в центре шэка, и все точки подключения были бы расположены рядом с шэком. У большинства из нас нет необходимых метров земли, поэтому точки подачи наших Beverage часто находятся далеко.
Подключать их приходиться по длинным коаксиальным кабелям.
Допустим, хотим установить однонаправленную антенну Beverage, направленную на северо-восток, а шэк расположен в северо-восточном углу участка. Провод для Beverage должен проходить на 800 футов к юго-западу от жилья, оконечный резистор должен быть расположен на конце застройки, а питание полностью на юго-западном конце. Надо протянуть 800-футовый провод Beverage плюс 800-футовый коаксиальный кабель, чтобы передать сигнал в shack. Вы ничего не можете сделать, чтобы изменить геометрию этой проблемы, но здесь будет показано, как коаксиальный кабель может служить как линией подачи, так и проводом для Beverage.
Иногда мы создаем реверсивные антенны Beverage, которые требуют длительного использования коаксиальных кабелей и удалённых релейных блоков для выполнения требуемого переключения. Коаксиальный кабель часто заглубляется, что делает его восприимчивым к физическим повреждениям, особенно на сельскохозяйственных землях, и подверженным загрязнению из-за постоянного воздействия влаги. Заглубленный коаксиальный кабель может быть пробит близлежащими ударами молнии. Обнаружение повреждения и ремонт могут означать замену всего коаксиального кабеля.
Классическая антенна Beverage
Рис. 1. Классическая антенна Beverage
ВАРИАНТ ПЕРВЫЙ: основная идея
Основная концепция дизайна показана на следующей схеме. В дополнительных вариантах осуществления, приведённых ниже, используется та же технология, что описана здесь. Коаксиальный кабель подвешен над землёй, а внешняя оболочка коаксиального экрана служит ”проводом» классической антенны Beverage.
Крошечные токи, индуцируемые в проводе антенны (внешнем экране коаксиального кабеля), связаны с заземлением и подаются на первичную обмотку согласующего трансформатора T-1 на 450 Ом, точно также, как в классическом Beverage, показанном выше. Вторичная обмотка T-1 подключается к экрану и центральному проводнику линии подачи коаксиального кабеля, который является тем же коаксиальным кабелем, который образует активный элемент антенны. Радиочастотный сигнал, подаваемый T-1, распространяется внутри коаксиального кабеля к противоположному концу (концевому резистору) антенны. Обратите внимание, что T-1 представляет собой изолирующий трансформатор с двумя независимыми обмотками.
Рис. 2. Коаксиальный Beverage с конечной подачей
На концевом резисторе антенны мы сталкиваемся с проблемой извлечения нужного нам сигнала, который распространяется внутри коаксиального кабеля, при этом предотвращая протекание радиочастотных токов, проходящих по внешней поверхности экрана коаксиального кабеля, за пределы этой точки.
Это распространенная проблема антенн, которая решается с помощью балуна (L1). Однако проблема в этом случае серьёзнее, чем мы обычно сталкиваемся с радиолюбительскими антеннами. В случае антенны Beverage мы, скорее всего, работаем на частоте 1,8 МГц, что означает, что требуемые индуктивности большие. Мы также работаем с импедансом, который в 10 раз выше, чем тот, с которым мы обычно работаем, поэтому требуемые индуктивности ещё намного выше. (Помните, что балун предназначен для блокирования внешних поверхностных токов при сопротивлении Beverage 500 Ом. Внутреннее сопротивление коаксиального кабеля 75 или 50 Ом не имеет значения для балуна.)
Эмпирическое правило для балунов заключается в том, чтобы обеспечить индуктивное сопротивление, в 10 раз превышающее сопротивление, с которым мы работаем. Для коаксиального кабеля 50 Ом вы стремитесь к 500 Ом. В данном случае импеданс Beverage составляет 500 Ом, поэтому мы хотели бы, чтобы реактивное сопротивление балуна составляло 5000 Ом. При частоте 1,8 МГц это относительно большая величина индуктивности – около 450 мкгч. Однако в нашу пользу говорит тот факт, что потери на конце оконечного резистора напитка оказывают несколько меньшее влияние на выходной сигнал, чем потери на питающем конце провода, поэтому мы можем отказаться от требования 5000 Ом и назвать его 2500 Ом. Но даже в этом случае мы всё ещё рассматриваем 225 мкч. Подходящие балуны обсуждаются в конце статьи.
ВАРИАНТ ВТОРОЙ: подключайте их в любом месте
Вероятно, некоторым очевидно, что, поскольку коаксиальный кабель (с точки зрения прохождения сигнала внутри) не настроен, его длина не имеет значения. Коаксиальный кабель не обязательно протягивать по всей длине антенны Beverage, как показано выше, и линию подачи можно отключить в любой точке. Преимущества этого очевидны. Вместо того, чтобы беспокоиться о том, где находятся конечные точки антенны по отношению к жилью, всё, что нужно сделать антенне, это пройти рядом с домом, и питание будет отключено в ближайшей точке. Можно установить несколько антенн Beverage, охватывающих разные направления, и до тех пор, пока они в какой-то момент проходят рядом с шэком, все линии подачи могут быть очень короткими.
Рис. 3. Коаксиальный Beverage со средней подачей
ТРЕТИЙ ВАРИАНТ: Реверсивный Beverage
Этот вариант также может быть очевиден для некоторых коллег. Обратите внимание, что автор никогда не создавал и не тестировал этот вариант, но нет сомнений, что он будет работать нормально. Есь надежда найти и приобрести участок земли, достаточно большой, чтобы опробовать это.
Реверсивные устройства для Beverage неизменно имеют реле на дальних концах антенны для переключения между питающей линией и оконечным резистором, чтобы изменить диаграмму направленности антенны. Концепции, показанные выше во втором варианте, демонстрируют отключение линии подачи в любой точке по длине антенны. Тот же метод можно использовать для подведения оконечного резистора к определённым точкам вдоль антенны или до самого противоположного конца. Переключение направления может осуществляться в одном блоке, расположенном на любом конце антенны или в определённых точках по длине антенны. Направления переключения — это просто вопрос замены линии питания на резистор на L1 и L2.
Рис. 4. Коаксиальный Beverage с реверсивной подачей
Теперь возникает вопрос: обратите внимание, что в первых двух вариантах длина коаксиального кабеля (ей) не имела значения. В этом третьем варианте предполагается, что длины коаксиальных кабелей кратны половине волны (электрическая длина), принимая во внимание коэффициент скорости коаксиального кабеля (внутри). Кратность длины волны 1/2 необходима для обеспечения точного отражения сопротивления оконечного резистора на другом конце коаксиального кабеля в виде чистого сопротивления. Однако, если импедансы проводов для Beverage / согласующих трансформаторов / коаксиальных кабелей подобраны достаточно точно, чтобы КСВ внутри коаксиального кабеля было низким, длины не должны иметь значения и не должно быть необходимости придерживаться длины волны, кратной 1/2. Это ещё предстоит проверить опытным путем.
Устойчивость к молниям
При изготовлении Beverage следует учитывать простоту конструкции и низкую стоимость таких компонентов, как трансформаторы и балуны, поскольку эти компоненты часто разрушаются молнией. Для Beverage используется очень длинный провод, поэтому молния, попадающая на расстоянии сотен футов, всё равно может вызвать сильный ток, который испарит балуны и трансформаторы, пробьёт изоляцию и т.д. Разрядники в стратегически важных местах недороги, низкотехнологичны и стоят затраченных усилий. Каждая опора должна быть оснащена стержнем заземления и разрядником. Ничто не спасёт вас от прямого или очень близкого попадания, но разрядники защитят от большинства попаданий поблизости. Также рекомендуется часто проверять антенну и разрядники. Разрядник, испарившийся во время вчерашнего шторма, сегодня вас не защитит.
Согласующие трансформаторы нельзя сделать молниезащищёнными, но, к счастью, они дешевы и просты в изготовлении. Если вы собираетесь изготовить один, делайте сразу несколько. Они вам, вероятно, понадобятся.
Подходящие балуны
Существует несколько способов изготовления подходящего балуна для этой антенны. Тип балуна, необходимый в этих конструкциях, на самом деле является unun (неуравновешенный -несбалансированный), также называемый “балуном тока” или балуном Коллинза. Что делает balun, так это то, что он просто использует индуктивность для перекрытия антенных токов, проходящих по внешней стороне коаксиального кабеля, удерживая их “на антенном проводе” и не передавая по питающей линии в корпус.
Конструктивные параметры, которые следует учитывать, следующие:
- Поддерживайте как можно более низкую межвитковую ёмкость, чтобы поддерживать как можно более высокую частоту саморезонанса balunа, чтобы антенну можно было использовать на диапазоне 80 м и даже 40 м, при желании. Если не планируется работа в диапазонах, отличных от 160 м, то саморезонирующая частота не так важна, пока f0 значительно превышает 2,0 МГц.
- Балуны могут и должны проектироваться с учётом грозовых разрядов. Прямое попадание рядом с балуном, скорее всего, разрушит его, независимо от того, как он сконструирован, но большая часть разрядов молнии будет вызвана индуцированным током от близлежащих ударов, которые может выдержать правильно изготовленный балун. Чем более устойчивым к перенапряжениям вы сделаете балун, тем реже вам придётся его заменять. Повышение молниезащиты балуна в основном заключается в том, чтобы сделать балун физически большим и распределить перенапряжение по всему балуну так, чтобы между витками не возникало дугообразования. Лучший способ достичь этого — использовать длинную катушку в форме соленоида, которая удерживает первый и последний витки как можно дальше друг от друга и равномерно распределяет напряжение. Это также минимизирует упомянутую выше межвитковую ёмкость.
Некоторые номера электромагнитных балунов
Вот несколько номеров подходящих балунов
RG-6
| Form Dia. | Coil Len. | Turns | uH | Coax Len Ft |
| 4.5 in | 56 in** | 168 | 246 | 198 |
| 12 in | 11 in | 33 | 239 | 104 |
| 12 in | 18 in | 54 | 448 | 169 |
| 18 in | 7.3 in | 22 | 254 | 104 |
| 18 in | 11 in | 33 | 461 | 155 |
RG-8X, RG-59
| Form Dia. |
Coil Len. |
Turns | uH | Coax Len Ft |
| 4.5 in | 30 in | 124 | 243 | 146 |
| 12 in | 7 in | 29 | 244 | 91 |
| 12 in | 11 in | 46 | 464 | 144 |
| 18 in | 5 in | 20 | 247 | 94 |
| 18 in | 7 in | 29 | 451 | 136 |
RG-58
| Form Dia. |
Coil Len. |
Turns | uH | Coax Len Ft |
| 4.5 in | 21 in | 107 | 251 | 126 |
| 4.5 in | 36 in | 185 | 456 | 218 |
| 12 in | 5.3 in | 27 | 246 | 85 |
| 12 in | 8 in | 41 | 452 | 129 |
| 18 in | 3.7 | 19 | 248 | 89 |
| 18 in | 5.3 | 27 | 441 | 127 |
RG-174
| Form Dia. |
Coil Len. |
Turns | uH | Coax Len Ft |
| 4.5 in | 6.5 in | 65 | 251 | 76 |
| 4.5 in | 10.5 | 105 | 446 | 124 |
| 12 in | 2.3 | 23 | 247 | 72 |
| 12 in | 3.3 | 33 | 451 | 104 |
| 18 in | 1.8 | 18 | 265 | 84 |
| 18 in | 2.4 | 24 | 444 | 113 |
** Один слой RG-6 на 4,5-дюймовой форме непрактичен. Один из способов сократить длину катушки и уменьшить количество коаксиального кабеля в балуне — намотать двухслойную катушку. Обычная двухслойная обмотка, которая проходит до одного конца, а затем разворачивается обратно поверх первого слоя, даёт аккуратный результат, но является плохой идеей. Благодаря этому первый виток очень близок к последнему и устраняется основная причина намотки соленоида вместо тороидального или балуна Коллинза: высокое сопротивление перегреву.
Однако, вы можете намотать их методом квазискремблирования, чтобы сохранить большинство преимуществ и уменьшить длину катушки. Намотайте два или три витка на форму катушки, затем скрестите обратно и намотайте два или три витка вторым слоем поверх первых трёх витков. Затем нанесите на форму ещё три витка, скрестите обратно и нанесите на них второй слой, и так далее. Это выглядит не так аккуратно, но создаёт двухслойную катушку, которая сохраняет почти все преимущества однослойной катушки.
Потери по коаксиальному каналу на частоте 2,0 МГц показаны ниже. Значения приведены для 150 футов и КСВ 1,5:1. За исключением миниатюрного коаксиального кабеля RG-174, потери на частоте 2 МГц настолько малы, что ими можно пренебречь.
| Тип | Imp | Потеря | ||
| RG-6A/U | 75 | 0.604 дБ | ||
| RG-8X | 50 | 0.631 дБ | ||
| RG-58 | 50 | 0.788 дБ | ||
| RG-59 | 75 | 0.678 дБ | ||
| RG-59B | 75 | 0.734 дБ | ||
| RG-174 | 50 | 1.74 дБ |
Collins Baluns
Балун Collins очень прост в изготовлении и потребляет примерно вдвое меньше коаксиального кабеля, чем соленоид. Однако, в отличие от однослойного соленоида, он обеспечивает небольшое сопротивление дуговому разряду от молнии.
Чтобы сделать балун Collins, просто слегка намотайте коаксиальный кабель на круглую форму в одном месте, затем снимите коаксиальный кабель с формы и скрутите его лентой или проволокой в кольцо. Если коаксиальный кабель не очень вялый и гибкий, на этом этапе пригодится дополнительная пара рук помощника. Слегка заостренная форма может пригодиться для снятия коаксиального кабеля. Небольшие пластиковые корзины для мусора или бочонки часто имеют хорошую форму.
30 витков RG-6 диаметром 12 дюймов вырабатывают около 450 момч и потребляют 94 фута коаксиального кабеля (в отличие от 170 футов при той же индуктивности соленоида).
Тороидальные балуны
С этими антеннами также можно использовать тороидальные балоны. Эти антенны предназначены только для приёма, поэтому проблем с насыщенностью или регулировкой мощности не возникает. Целевая индуктивность составляет 450 Мкгч, поэтому мы хотим использовать феррит с самой высокой проницаемостью, который будет работать на интересующих частотах. Старый добрый Type 43, вероятно, лучший выбор. Она имеет проницаемость около 850 + и обрабатывает частоты 160, 80 и 40 метров. Сердечник FT-240-43 выдаёт 450 мкгч при 20 витках.
Проблема в том, что окно этого сердечника имеет диаметр 1,4 дюйма, поэтому оно вмещает только 12 витков RG-6 (диаметр 0,332 дюйма). Размещение двух сердечников уменьшает требуемое количество витков до 15, но это все равно слишком много. Поскольку балун на самом деле представляет собой всего лишь катушку индуктивности, а последовательно соединённые катушки индуктивности складываются вместе, мы можем приблизиться к цели ещё больше, установив два балуна мощностью 225 мкгч последовательно. При этом количество необходимых витков уменьшается до 13 на каждом сердечнике, что всё ещё больше, чем 12 витков, которые подойдут, но достаточно близко.
Конструкция балуна с коаксиальным кабелем RG-59 (диаметр 0,242 дюйма) решает проблему площади окна, поскольку 19 витков легко проходят через окно диаметром 1,4 дюйма. Требуется только одно ядро вместо двух, что может вызывать беспокойство, поскольку ядра FT-240-43 стоят около 10 долларов за штуку.
Лучшим решением является использование RG-174. Для 20 витков RG-174 требуется всего около двух футов. Дополнительную потерю пары футов RG-174 можно не учитывать.
Хотя тороидальный балун будет работать нормально, он практически не обеспечивает молниезащиты, поэтому будьте готовы заменить те, которые повреждены молнией.
Эти конструкции Beverage могут быть полезны другим радиолюбителям, упростят сборку и обслуживание ваших установок, станут дешевле и надёжнее.
KW2P
