Антенны КВ Нужна антенна для всех диапазонов, какие есть варианты? Есть несколько вариантов многодиапазонных диполей. Лучшая антенна для вашего конкретного применения зависит от таких вещей, как ваши привычки в работе, бюджет, ограничения по размеру антенны и доступные опоры.
Многодиапазонные диполи предлагают различные размеры, линии питания, диаграммы направленности, полосы пропускания, переключения диапазонов и другие параметры. Вы также обнаружите различия в сложности и эффективности. В целом, самодельные диполи обеспечивают удивительную производительность. Немного знаний может иметь большое значение при выборе. Давайте рассмотрим подробнее и выясним, что может быть лучше для вас.
Поскольку резонансный диполь также резонирует немного выше каждой нечётной гармоники (3f, 5f и т.д.), даже простой садовый диполь подходит для многодиапазонного использования. Например, в диапазонах КВ 40-метровый диполь также резонирует вблизи 15-метрового любительского диапазона. Это называют «двухдиапазонным диполем». На рисунке 1 показаны диаграммы направленности 80-метрового диполя, работающего в центрах 80-, 30- и 20-метровых диапазонов. (Поговорим о 20-метровом графике позже.)
Рис. 1. Диаграммы распространения для 80-метрового диполя на 1/4 длины волны над реальной землёй. Это азимутальные диаграммы на высоте 30°. Кривая 80dip@30 относится к той же антенне, работающей в центре 30-метрового любительского диапазона (примерно третья гармоника); 80dip@20 относится к 20 метрам, четвертой гармонике 80 метров. Диаграмма для 20 метров намного сильнее при меньших углах возвышения. Она сильнее при 14°, чем показанная для 30 метров
Это всего лишь два любительских диапазона. Какие ещё есть варианты?
Другой простой подход — это тот, который называется «перемычка диполя». Начните с дипольного разреза для самой короткой интересующей длины волны и пары изоляторов на каждом конце. Добавьте больше проводов и изоляторов для каждой желаемой длины волны (см. рисунок 2A). Наконец, установите перемычку на каждом изоляторе внутри антенны. Припаяйте один конец каждой перемычки и установите зажим типа «крокодил» или подходящий разъем на другом конце. Вы можете выбрать любой из доступных диапазонов, закоротив соответствующие изоляторы.
Если вы собираетесь работать с высокой мощностью, убедитесь, что контакты перемычки подходят. Можно использовать немного электрической контактной смазки на контактах перемычки, чтобы предотвратить окисление. При создании диполей оставляйте дополнительный провод для каждого сегмента диапазона и не паяйте конечные соединения. Начните настройку с самой высокой частоты и постепенно снижайте её. Измерьте КСВ в точках по всему диапазону и отрегулируйте длину сегмента (чем короче, тем выше частота) до тех пор, пока минимальный КСВ не будет там, где вам нужно. (Анализатор КСВ или аналогичный прибор может быть особенно полезен при обрезке многодиапазонных антенн.)
Перемычка диполя обеспечивает низкие потери (при условии незначительного сопротивления на перемычках), коаксиальную подачу, бескомпромиссную полосу пропускания и стандартную диаграмму диполя без тюнера. Недостатки немного грубы. Вам нужна система фала и шкива, чтобы поднимать и опускать антенну каждый раз, когда вы переключаете диапазоны. Каждое изменение диапазона требует выхода на улицу, иногда в ненастную погоду — не лучший выбор для быстрой или частой смены диапазонов.
Рис. 2. Траповый диполь (A) и веерный диполь (B)
Диполь с перемычкой может быть хорош для походов. Его можно свернуть и положить в рюкзак! Для домашнего использования он слишком неудобен. Есть какие-то альтернативы?
У вас есть два основных варианта для многорезонансных диполей с центральным питанием: диполи-ловушки и многопроводные диполи. После правильной настройки эти антенны не требуют дополнительных настроек или переключения. Сначала давайте поговорим о диполях-ловушках.
Ловушки (трапы) — это настроенные контуры, вставленные по всей длине антенны. Резонансные ловушки являются параллельными резонансными на некоторой частоте, где высокий импеданс ловушки эффективно изолирует или отключает оставшийся провод от сегмента антенны между ловушками.
Резонансная ловушка немного похожа на частотно-чувствительный изолятор. Важно правильное размещение и настройка ловушки. Нерезонансные ловушки добавляют реактивное сопротивление для повышения или понижения резонансной частоты антенны. При грамотной конструкции пара ловушек может обеспечить резонанс на нескольких различных диапазонах.
Преимущества диполя-ловушки включают в себя меньший размер, мгновенное переключение диапазонов и стандартную диаграмму направленности диполя. Ловушки служат индуктивной нагрузкой ниже своих резонансных частот, поэтому физическая длина диполя-ловушки может быть короче, чем резонансный провод на самом низком диапазоне антенны. Поэтому диполь-ловушка может быть просто ответом на ограничения пространства или небольшую партию. С другой стороны, ловушки увеличивают потери, расходы, сложность и обслуживание. Дополнительный вес и ветровая нагрузка требуют прочных опор антенны.
Ловушки также имеют тенденцию уменьшать полосу пропускания антенны — проблема, если вы хотите работать на пределах одного диапазона. Другой многорезонансный диполь известен под многими названиями: многопоточный диполь, многоэлементный диполь, параллельный провод или веерный диполь. Его можно сконструировать разными способами, но на рисунке 2B показана техника, которую используют часто для создания своей первой антенны.
Каждый элемент индивидуально настраивается на один из желаемых диапазонов. Общее сопротивление точки питания становится параллельной комбинацией сопротивлений всех элементов.
Поскольку импедансы резонансных элементов должны быть около 50–75 Ом, а нерезонансных элементов — намного выше, общий импеданс антенны должен быть примерно таким же, как у одного резонансного элемента. Это обеспечивает хорошее соответствие для коаксиального кабеля, и это означает, что только один элемент должен быть резонансным на любом диапазоне. Комбинации КВ, которых следует избегать, включают 40/15 метров и 80/30 метров. Для этих случаях, отрежьте элемент для более низкой частоты и позвольте ему выполнять двойную функцию на нечётной гармонике.
Теоретически мы могли бы создать четырёхпроводную антенну для диапазонов 80, 40, 30, 20, 15 и 10 метров. На практике может быть трудно получить хорошее соответствие на всех диапазонах. Поскольку резонансная длина данного элемента в присутствии других не такая же, как у самого диполя, настройка может быть утомительной и сложной процедурой.
Настройте элементы для резонанса в порядке от самой низкой частоты к самой высокой. Как и в случае с перемычкой диполя, рекомендуется оставить немного дополнительного провода для облегчения обрезки. [Все эти проблемы с полосой пропускания, настройкой и согласованием легко решаются с помощью антенного тюнера на передатчике, питающего антенну через 100 футов или менее коаксиального кабеля RG-8.]
Веерные диполи предлагают многие преимущества трап-диполя, за исключением уменьшенного размера. Помимо сложной и утомительной процедуры настройки, недостатки этой антенны также включают в себя уменьшенную полосу пропускания. Стоимость дополнительного провода и изоляторов минимальна, поэтому может быть некоторая экономия по сравнению с трап-диполем. Веерный диполь может быть проще в изготовлении, в зависимости от сложности рассматриваемых ловушек.
Если КСВ на линии веерного диполя достаточно низок, чтобы потери в линии передачи из-за КСВ были низкими, может быть преимущество в эффективности по сравнению с трап-диполем. Однако преимущество в полосе пропускания может достаться трап-диполю. Потери в ловушке, хотя обычно считаются нежелательными, могут помочь улучшить кажущуюся полосу пропускания. Пагубные эффекты взаимодействия между элементами веерного диполя в сочетании с «полезными» эффектами потерь в ловушке, как правило, дают преимущество в полосе пропускания трап-диполю.
Ограничения полосы пропускания вызывают беспокойство, ведь хочется работать как CW, так и телефоном. Есть ли какие-либо другие рекомендации?
На рисунке 3 показан один из любимых многополосных диполей. Он имеет множество названий, наиболее распространенное, вероятно, «центрально питаемый Zepp». Другие названия включают «настроенный дублет» и «диполь с настроенными фидерами». По сути, это дипольный срез для самой низкой интересующей частоты, питаемый лестничной линией. Тюнер антенны согласует сопротивление фидерной линии с 50-омным коаксиальным кабелем. К сожалению, эта антенна широко понимается неправильно. Давайте проясним несколько моментов — возможно, мы даже развенчаем несколько мифов в процессе
- Лестничная линия используется из-за присущих ей низких потерь на КВ. Она не излучает (при условии надлежащего баланса), и высокий КСВ не заставляет её излучать.
- Высокий КСВ на линии передачи просто увеличивает потери в линии относительно потерь согласованной линии.
- Любая мощность, которая не рассеивается в фидерной линии, тюнере или передатчике, излучается антенной.
Рис. 3. Диполь, питаемый лестничной линией и тюнером, представляет собой простую многодиапазонную антенну (после экспериментального определения длины линии питания см. текст). Эту антенну часто называют антенной Zepp с центральным питанием, хотя любое сходство с настоящей антенной Zepp является чисто визуальным. Рисунок не в масштабе
Центральный Zepp может быть исключительно эффективным, несмотря на относительно высокий КСВ вдоль его фидерной линии. Секрет в низких потерях лестничной линии, но тюнер антенны — это совсем другая история. Потери тюнера могут сильно различаться в зависимости от диапазона, несоответствия импеданса, качества компонентов и конструкции схемы. Балун на выходе тюнера может быть очень сильным в системе такого типа. Не устанавливайте балун между лестничной линией и антенной; они оба уже сбалансированы!
Длина антенны должна быть примерно в половину длины волны на самой низкой интересующей частоте для наилучших результатов, но длина не является критической. Типичная длина для версии от 80 до 10 метров составляет от 127 до 135 футов. Волшебной длины фидерной линии также не существует, но может потребоваться регулировка для вашей конкретной установки. Помните, что импеданс фидерной линии меняется вдоль несогласованной линии. Если ваш тюнер испытывает трудности на некоторых диапазонах или вы испытываете «RF в шэке», добавьте или вычтите 1/8 длины волны (для проблемного диапазона) линии питания антенны. Вам может потребоваться повторить это, если другие диапазоны станут трудно настраиваться, но немного настойчивости обычно исправляет всё это.
Преимуществами Zepp с центральным питанием являются покрытие всех диапазонов, минимальный вес и низкая стоимость. Недостатками являются стоимость тюнера и необходимость перенастройки при смене частоты или диапазонов. Диаграммы направленности становятся все более сложными на более высоких частотных диапазонах. (Кривые на рисунке 1 намекают на это. Кривые на 30 и 20 метров показывают третью и четвертую гармоники. Лепестки и нули увеличиваются в количестве с частотой.) Лестничная линия не имеет удобства коаксиала.
Вы должны держать её подальше от металлических предметов, как минимум, в два раза больше её ширины — около двух дюймов для линии 450 Ом с интервалом в один дюйм. Делайте изгибы как можно более плавными, скажем, радиус 12 дюймов для линии 450 Ом. Скручивание линии помогает стабилизировать её в ветреную погоду. Обычно скручивают её на 180° каждые два фута или около того. Высокий КСВ также увеличивает напряжение и токи вдоль линии, поэтому максимальная мощность несогласованной линии меньше её указанного номинала.
Удачи вам в выборе и установке антенны.
WA1SVF инженер лаборатории ARRL (QST) 1996
