Антенны КВ Способная охватывать все частоты от 3,5 до примерно 10 МГц, описанная здесь петля является направленной, не требует радиальной системы и имеет высоту всего 1,8 метра. Большинство необходимых деталей можно приобрести в магазине. Антенну можно собрать за день, для её сборки требуются только ручные инструменты.
Обратите внимание на схему петли — элемент является сплошным, за исключением зазора в верхней части, через который подключен переменный конденсатор. Линия питания подключена к нижней части петли. Также показана физическая конструкция антенны. Петлевой элемент имеет площадь 1,5 квадратных метра и опирается на деревянную перекладину. Для минимизации потерь для элемента используется толстая алюминиевая полоса.
В верхней части петли расположен высоковольтный конденсатор переменного тока. Он используется для настройки антенны на рабочую частоту. Из-за узкой полосы пропускания настройка очень чёткая, а для упрощения настройки был добавлен нониусный привод. Размеры не имеют особого значения при условии, что с помощью переменного конденсатора можно привести петлю в резонанс на всех рабочих частотах.
Необходимые детали
Для изготовления антенны требуются следующие материалы:
- Алюминиевая лента длиной 3 м 3×20 мм
- 1 длина 1,8 м из сосны 20×44 мм
- 1 квадратное дерево длиной 1,5 м (12×12 мм)
- 1 разделочная доска из полиэтилена (среднего или большого размера)
- 1 кусок жёсткого высоковольтного изоляционного материала размером 150 x 80 × 4 мм (например, бакелит)
- 2 прямоугольных металлических кронштейна
- 1 высоковольтный переменный конденсатор 20-400 пф
- 1 привод с нониусным редуктором 6:1 (Дик Смит № P-7170)
- небольшая длина оплётки коаксиального кабеля
- коаксиальный кабель RG58 (любой длины) и штекер PL259
- винты, гайки и разное оборудование
Многие из вышеперечисленных товаров можно купить в магазинах бытовой техники. Основным исключением является широкорасположенный переменный конденсатор. Их практически невозможно приобрести в продаже, хотя вы можете попробовать. Точное значение переменного конденсатора не особенно важно, при условии, что оно составляет не менее 400 пф. В прототипе использовался конденсатор на две группы по 200 пф с расстоянием между пластинами 2 мм. Группы были соединены вместе, чтобы обеспечить необходимую максимальную емкость.
Если ваши попытки приобрести подходящий конденсатор не увенчаются успехом, всегда есть возможность его изготовить. Подробные сведения о конструкции приведены в программе проектирования магнитных петель у DK1NB.
Конструкция
Первым шагом в сборке петли является изготовление деревянной крестовины, поддерживающей алюминиевый элемент. Это делается путём крепления горизонтальной поперечины длиной 1,5 м к вертикальной секции длиной 1,8 м. В качестве основания антенны используется разделочная доска из белого полиэтилена. Два прямоугольных кронштейна используются для крепления её к вертикальной секции.
Следующим шагом будет согнуть три отрезка алюминия так, чтобы они образовали петлю площадью 1,5 метра, которая при соединении болтами поместится на раме. Как видно на рисунке, две детали имеют форму буквы “L”, а другая изогнута в виде неглубокой буквы “U”. Обратите внимание, что две L-образные детали находятся примерно в 10 см друг от друга в верхней части петли. Физически они соединены бакелитовым изоляционным блоком, который прикреплен к верхушке соснового бруса.
Верхние L-образные элементы соединяются с нижними U-образными элементами в точках ‘v» и ‘w’. Перекрытие составляет около 40-50 мм. Сделайте электрическое соединение в этих точках как можно более качественным. Для этого отшлифуйте алюминий в месте контакта и скрепите детали двумя или более небольшими болтами. При наличии используйте специальную токопроводящую пасту.
Конденсатор переменного тока установлен на самодельном металлическом кронштейне так, что его вал направлен вниз. К валу прикреплен привод с нониусным редуктором. Используйте небольшие кронштейны, леску или клей, чтобы прикрепить раму редуктора к вертикальной секции длиной 1,8 метра. Обратите внимание на толстые провода с низким сопротивлением между концом петли и настроечными конденсаторами. В прототипе использовалась оплётка из отрезка коаксиального кабеля. Сделайте эти соединения короткими, чтобы минимизировать потери.
Петля подводится снизу. Оплётка линии подачи соединяется с центром нижнего горизонтального элемента (см. схему, точка ‘x’). Внутренний провод соединяется с петлей в точке ‘y’ с помощью коаксиального кабеля длиной 900 мм (внутренний провод и оплётка спаяны вместе). Для подсоединения к алюминиевому элементу как на «x», так и на «y» используются небольшой болт, гайка и проушина с клеммами. Расстояние между буквами «x» и «y», а также длину коаксиального кабеля, возможно, придётся варьировать для правильного согласования – это обсуждается позже.
Настройка
Целью процесса настройки является регулировка участка между ‘x» и «y» до тех пор, пока импеданс точки питания антенны не будет равен 50 Ом на интересующих диапазонах. Первым шагом является подключение антенны к высокочастотному приёмнику, настроенному на частоту 7 МГц. Установите регуляторы усиления RF и AF приёмника почти на максимум, а конденсатор антенны — на минимальную ёмкость (пластины полностью не соединены). Затем постепенно увеличивайте ёмкость. Поначалу ничего особенного не произойдёт, но шум от приёмника должен постепенно начать увеличиваться.
Дальнейшая регулировка конденсатора приведёт к снижению принимаемого шума. Верните конденсатор в положение, при котором уровень шума достигает максимума. В зависимости от мощности вашего конденсатора, в этом месте пластины должны находиться примерно в четверти зацепления. Этот тест подтверждает, что антенну можно настроить на частоту 7 МГц.
Повторите процедуру на диапазоне 80 метров. На этот раз шум должен достичь максимума, когда ёмкость конденсатора приблизится к максимальной. Если получить пиковый сигнал невозможно, попробуйте настроить приёмник на более высокую частоту (4 или 5 МГц) и настроиться на пиковый сигнал. Если там получен пик, но не на частоте 3,5 МГц, вполне вероятно, что максимальная ёмкость переменного конденсатора слишком мала для восьмидесяти метров. Возможные решения включают замену конденсатора большего размера, подключение высоковольтных постоянных конденсаторов параллельно переменному конденсатору или увеличение размера петли.
Убедившись, что пики шума могут быть получены на всех интересующих частотах, пришло время убедиться, что импеданс антенны составляет 50 Ом на этих частотах. Для этого необходимо отрегулировать канал питания антенны. Рекомендуется использовать резистивный антенный мост, чтобы можно было производить измерения антенны, не излучая сигнал. Если у вас есть только обычный КСВ-мост, внесите коррективы в течение дня, чтобы свести к минимуму риск помех для других станций.
Расположите антенну ближе к её окончательному рабочему положению (которое должно быть вне досягаемости других людей). Установите трансивер примерно на 3,580 МГц. Отрегулируйте переменный конденсатор на максимальный уровень принимаемого шума. Передайте постоянную несущую и отметьте отражённую мощность или КСВ. Отрегулируйте передатчик вверх и вниз на 40 или 50 килогерц, чтобы найти точную частоту, на которой КСВ является самым низким. Обратите внимание на показания на этой частоте. Если вам повезёт, отражённая мощность должна быть почти нулевой.
В противном случае отрегулируйте длину и положение 900-миллиметрового провода, соединяющего линию подачи с точкой «y», и / или расстояние между точками ‘x» и ‘y». Вы обнаружите, что между этими настройками и настройкой переменного конденсатора существует некоторое взаимодействие. Каждый раз при внесении изменений регулируйте либо частоту передачи, либо переменный конденсатор антенны для точки, где отражённая мощность наименьшая. Повторяйте эти процедуры до тех пор, пока отражённая мощность не станет нулевой или близкой к ней.
При выполнении этих настроек возникает соблазн оставить передатчик включенным при внесении изменений в антенну или регулировке переменного конденсатора. Этого не следует делать по двум причинам.
- Во-первых, напряжение в верхней части антенного элемента может быть довольно высоким (сотни или даже тысячи вольт) даже при довольно низкой мощности передачи.
- Во-вторых, петля отключается, когда рядом с ней находятся люди. Таким образом, любая регулировка, произведенная, когда вы находитесь рядом с петлей, не будет оптимальной, когда вы отойдете. Этот эффект особенно заметен на более высоких частотах и применим как к металлическим предметам, так и к людям.
После определения длины и положения 900-миллиметрового коаксиального кабеля, а также соответствующего расстояния между ‘x» и «y», все дальнейшие настройки можно производить с помощью регулируемого конденсатора антенны. Управление антенной описано в следующем разделе.
Работа
Добротность этой антенны очень высока. Это означает, что она может эффективно работать только в узком диапазоне частот (обычно 5-10 кГц). Почти каждый раз, когда вы меняете частоту, вам придётся изменять настройку переменного конденсатора.
Как упоминалось ранее, это делается путём достижения максимального принимаемого шума на желаемой рабочей частоте. Если отражённая мощность высока, производите дальнейшие регулировки, пока она не станет приемлемой. Опять же, использование моста резистивного типа (а не обычного измерителя КСВ) предпочтительнее из-за возможности настройки без создания помех.
Обратите внимание, что петля является направленной, с резким нулевым значением, когда элемент направлен в направлении входящего сигнала. Это отличает её поведение от поведения полноразмерных четырёхэлементных элементов, где нулевое значение находится по бокам петли. Такая направленность может быть полезна при устранении помех. Также полезно помнить, когда другие станции сообщают о проблемах с приёмом – поворот петли может улучшить ваш сигнал.
Результаты
Эта петля широко использовалась на диапазоне восьмидесяти метров. Большинство контактов осуществлялось с антенной внутри помещений. Хотя производительность диполя значительно снизилась, с его помощью были установлены контакты из Австралии с Новой Зеландией. Использованная мощность составила двадцать ватт. Были опробованы более низкие мощности, но результаты не были хорошими.
Как и следовало ожидать, недостаток петли по сравнению с полноразмерными антеннами уменьшается с увеличением частоты. Например, на частоте 7 МГц теоретическая разница между петлёй и полуволновым диполем составляет всего один балл. Испытания подтвердили эффективность петли на диапазоне 40 метров, хотя все контакты находились в пределах VK / ZL.
Повышение эффективности петли
Описанная антенна способна показывать хорошие результаты на 80, 40 и, возможно, 30 метрах. Однако это компромисс, рассчитанный на низкую стоимость и простоту конструкции с использованием базовых инструментов. Выполнение любого из следующих действий повысит её эффективность и / или полезность.
- Используйте медь, а не алюминий. Медь обладает большей проводимостью (но дороже), чем алюминий. Это означает, что версия этой антенны с использованием меди, а не указанного алюминия, вероятно, будет более эффективной, чем прототип. Должна подойти медная водопроводная труба (чем толще, тем лучше).
- Припаивание петлевого элемента непосредственно к переменному конденсатору также улучшит производительность и долговременную надёжность, особенно если антенна используется на открытом воздухе. Причина, по которой это не было сделано в прототипе, заключалась в сложности пайки к алюминию.
- Используйте цельный кусок металла для проводника, чтобы уменьшить потери на сопротивление. Если это невозможно, либо припаяйте / приварите детали друг к другу, либо используйте токопроводящую пасту для минимизации потерь.
- Сделайте петлю в виде круга или восьмиугольника вместо квадрата. Квадратные петли сделать проще всего, но они занимают меньшую площадь по заданному периметру, чем другие формы. Это снижает эффективность.
- Сделайте антенну поворотной. Глубокие нулевые значения петли могут быть использованы для устранения помех от линий электропередач, телевизоров и других станций.
- Используйте петлю большего размера. Эффективность быстро возрастает с увеличением размера петли. Даже петля площадью 2 или 2,5 квадратных метра должна быть заметно эффективнее, чем представленная здесь 1,5-метровая антенна. Использование программного обеспечения для моделирования магнитного контура позволяет оценить возможное улучшение путём внесения этого и других изменений, предложенных выше.
- Используйте большее уменьшение на переменном конденсаторе, чтобы упростить настройку. Первый прототип имел только один привод нониуса на валу конденсатора. При таком расположении настройка антенны на нужную частоту была утомительной, поскольку настройка была резкой. Если вы регулярно меняете частоту, второй привод вполне оправдывает затраты, особенно если основными интересующими вас диапазонами являются 40 и 30 метров.
Для выполнения этой модификации установите два нониусных привода в паре, как показано на рисунке. Если на переднем приводе установлен диск 0-100, вы можете обнаружить, что ручка ограничена тремя поворотами, а задняя часть — поворотом на 180 градусов. Чтобы преодолеть это, снимите ручку, отвинтите диск 0-100 и снимите с-образный кронштейн, ограничивающий движение.
Впервые эта статья появилось в журнале Amateur Radio, декабрь 1997 г. Автор VK3YE
