Любители о антенне длинный провод. АСУ

В любительской практике крайне редко используются антенны, входное сопротивление которых равно волновому сопротивлению фидера, и в свою очередь, выходному сопротивлению передатчика (идеальный вариант согласования). Чаще всего такого соответствия нет и приходится применять специальные согласующие устройства. Антенну, фидер и выход передатчика следует рассматривать как единую систему, в которой передача энергии должна осуществляться без потерь.

Реализация этой непростой задачи потребует согласования в двух местах: в точке соединения антенны с фидером и фидера с выходом передатчика. Наиболее популярны различного рода трансформирующие устройства: от резонансных колебательных контуров до коаксиальных трансформаторов в виде отрезков коаксиального кабеля требуемой длины. Все они нужны для согласования сопротивлений, что в конечном итоге и приводит к минимизации потерь в линии передачи. И, самое главное, к снижению внеполосных излучений.

Как правило, стандартное выходное сопротивление современных широкополосных передатчиков (трансиверов) 500м. Большинство применяемых в качестве фидера коаксиальных кабелей также имеют стандартную величину волнового сопротивления 50 или 750м. Антенны в зависимости от типа и конструкции могут иметь входное сопротивление в очень широком интервале величин: от нескольких Ом до сотен Ом и больше.
Известно, что входное сопротивление одноэлементных антенн на резонансной частоте носит практически активный характер. И чем больше частота передатчика отличается от резонансной* частоты антенны в ту или другую сторону, тем больше во входном сопротивлении антенны появляется реактивная составляющая емкостного или индуктивного характера. В многоэлементных антеннах входное сопротивление на резонансной частоте имеет комплексный характер, так как свою лепту в образование реактивной составляющей вносят пассивные элементы.

В том случае, когда входное сопротивление антенны имеет чисто активный характер, согласовать его с сопротивлением фидера несложно с помощью любого из подходящих трансформирующих устройств. При этом потери совсем незначительны. Но, как только во входном сопротивлении образуется реактивная составляющая, то согласование усложняется, и требуется более сложное согласующее устройство, способное скомпенсировать нежелательную реактивность. И это устройство должно находиться в точке питания антенны. Не скомпенсированная реактивность ухудшает КСВ в фидере и увеличивает потери.
Попытка полной компенсации реактивности на нижнем конце фидера (у передатчика) безуспешна, так как ограничена параметрами самого фидера. Перестройка частоты передатчика в пределах узких участков любительских диапазонов не приводит к появлению значительной реактивной составляющей, поэтому в большинстве случаев нет необходимости компенсировать реактивность. Правильно спроектированные многоэлементные антенны также не имеют большой реактивной составляющей входного сопротивления, и обычно ее компенсации не требуется.

В эфире часто возникают споры о роли и назначении антенного согласующего устройства (антенного тюнера) при согласовании передатчика с антенной. Одни возлагают на него большие надежды, другие считают его ненужной игрушкой. Чем же на самом деле (на практике) может и чем не может помочь антенный тюнер?

В первую очередь тюнер - это высокочастотный трансформатор сопротивлений, способный при необходимости скомпенсировать реактивность емкостного или индуктивного характера.

Рассмотрим простой пример:
Разрезной вибратор (диполь), имеющий на резонансной частоте входное сопротивление активного характера около 700м, соединен 75-омным коаксиальным кабелем (фидером) с передатчиком, выходное сопротивление которого 500м. Тюнер установлен на выходе передатчика и в данном случае выполняет роль согласующего узла между фидером и передатчиком, с чем он легко справляется.
Если передатчик перестроить на частоту отличную от резонансной частоты антенны, то во входном сопротивлении антенны возникнет реактивность, которая тут же проявится на нижнем конце фидера. Тюнер также способен ее скомпенсировать, и передатчик опять будет согласован с фидером антенны.

Что будет на выходе фидера, в точке его соединения с антенной?
Используя тюнер только на выходе передатчика, полную компенсацию обеспечить не удастся, и в фидере возникнут потери из-за неточного согласования с антенной. В этом случае понадобится еще один тюнер, который придется подключить между фидером и антенной, тогда он исправит положение и скомпенсирует реактивность. В зтом примере фидер выполняет роль согласованной линии передачи произвольной длины.

Еще один пример:
Рамочную антенну, имеющую входное сопротивление активного характера приблизительно 1100м, необходимо согласовать с 50-омной линией передачи. Выход передатчика 500м. Здесь потребуется согласующее устройство, установленное в точке подключения фиДера к антенне. Обычно многие любители используют ВЧ трансформаторы разных типов с ферритовыми сердечниками, но удобнее изготовить четвертьволновый коаксиальный трансформатор из 75-омного кабеля.
Длина отрезка кабеля А/4 х 0.66, где
Я - длина волны,
0.66 - коэффициент укорочения для большинства известных коаксиальных кабелей.
Коаксиальный трансформатор включается между входом антенны и 50-омным фидером.
Если его свернуть в бухту диаметром 15…20см, то он будет выполнять и функцию симметрирующего устройства. Фидер с передатчиком согласуется автоматически, при равенстве их сопротивлений. В этом случае от услуг антенного тюнера можно вообще отказаться.

Для данного примера возможен еще один способ согласования:
При помощи полуволнового или кратного половине волны коаксиального кабеля вообще с любым волновым сопротивлением (также с учетом коэффициента укорочения). Он включается между антенной и тюнером, находящимся возле передатчика. Входное сопротивление антенны около 110Ом переносится к нижнему концу кабеля и с помощью тюнера трансформируется в сопротивление 500м. В этом случае имеет место полное согласование антенны с передатчиком, а фидер выполняет функцию повторителя.

В более сложных случаях, когда входное сопротивление антенны не соответствует волновому сопротивлению фидера, а сопротивление фидера не соответствует выходному сопротивлению передатчика, необходимы два согласующих устройства. Одно вверху для согласования антенны с фидером, другое внизу — для согласования фидера с передатчиком. И обойтись только одним антенным фидером для согласования всей цепи: антенна - фидер - передатчик не представляется возможным.

Наличие реактивности еще больше осложняет ситуацию. Антенный тюнер в этом случае значительно улучшит согласование передатчика с фидером, облегчив тем самым работу оконечного каскада, но не более того. Из-за рассогласования фидера с антенной будут иметь место потери, и эффективность работы самой антенны будет пониженной. Включенный КСВ-метр между передатчиком и тюнером зафиксирует КСВ=1, а между тюнером и фидером этого не произойдет по причине рассогласоаания фидера с антенной.

Напрашивается вполне справедливый вывод: тюнер полезен тем, что поддерживает нормальный режим передатчика при работе на несогласованную нагрузку, но при этом не способен улучшить эффективность работы антенны при ее рассогласовании с фидером.

П-контур, используемый в выходном каскаде передатчика, также может выполнять роль антенного тюнера, но при условии оперативного изменения индуктивности и обеих емкостей.
Как правило, антенные тюнеры и ручные и автоматические — это резонансные контурные перестраиваемые устройства. Ручные имеют два- три регулирующих элемента и не оперативны в работе. Автоматические - дороги, а для работы на больших мощностях — очень дороги.

Давайте рассмотрим довольно простое широкополосное согласующее устройство (тюнер) на рис 1, удовлетворяющее большинству вариаций при согласовании передатчика с антенной. :

Он очень эффективен при работе с антеннами (рамки, диполи), используемыми на гармониках, когда фидер является полуволновым повторителем. В данном случае входное сопротивление антенны на разных диапазонах различно, но с помощью согласующего устройства легко согласуется с передатчиком. Предлагаемый тюнер может работать при мощностях передатчика до 1,5кВт в полосе частот от 1.5 до 30МГц.
Основные элементы тюнера — ВЧ автотрансформатор на феррито- вом кольце от отклоняющей системы телевизора УНТ-35 и переключатель на 17 положений. Возможно применение конусных колец от телевизоров УНТ-47/59 или других.

Обмотка содержит 12 витков, намотанных в два провода. Начало одной обмотки соединяется с концом другой. В таблице и на схеме нумерация витков сквозная. Сам провод — многожильный во фторопластовой изоляции. Диаметр провода 2,5мм по изоляции. Отводы сделаны от каждого витка, начиная с восьмого от заземленного конца.

Переключатель - керамический, галетного типа на 17 положений.

Автотрансформатор располагается максимально близко к переключателю, а соединительные проводники между ними должны быть минимальной длины. Возможно применение переключателя на 11 положений при сохранении конструкции трансформатора с меньшим количеством отводов, например, с 10 по 20 виток. Но в этом случае уменьшится и интервал трансформации сопротивлений.

Зная входное сопротивление антенны, можно воспользоваться таким трансформатором для согласовании антенны с фидером 50 или 750м, сделав только необходимые отводы. В этом случае он помещается во влагонепроницаемую коробку, заливается парафином и устанавливается в точке питания антенны.

Также это согласующее устройство может быть выполнено как самостоятельная конструкция или входить в состав антенно-коммутационного блока радиостанции.

Для наглядности метка на ручке переключателя (на лицевой панели) указывает на величину сопротивления, соответствующую данному положению. Для компенсации реактивной составляющей индуктивного характера возможно подключение переменного конденсатора С1, рис.2.

Зависимость сопротивления от количества витков приводится в таблице 1. Расчет производился исходя из соотношения сопротивлений, которое находится в квадратичной зависимости от количества витков.

В любительской практике не так часто можно встретить антенны, в которых входное сопротивление является равным фидера, а также выходному сопротивлению передатчика. В преимущественном большинстве случаев обнаружить такое соответствие не удается, поэтому нужно использовать специализированные согласующие устройства. Антенна, фидер, а также выход передатчика входят в единую систему, в которой энергия передается без каких-либо потерь.

Как это сделать?

Чтобы реализовать эту достаточно сложную задачу, нужно использовать согласующие устройства в двух основных местах - это точка соединения антенны с фидером, а также точка, где фидер соединяется с выходом передатчика. Наиболее широкое распространение сегодня получили специализированные трансформирующие устройства, начиная от колебательных резонансных контуров и заканчивая коаксиальными трансформаторами, выполненными в виде отдельных отрезков коаксиального кабеля нужной длины. Все эти согласующие устройства используются для согласования сопротивлений, что позволяет в конечном итоге минимизировать общие потери в линии передач и, что более важно, снизить внеполосные излучения.

Сопротивление и его особенности

В преимущественном большинстве случаев выходное сопротивление стандартно в современных широкополосных передатчиках составляет 500 м. При этом стоит отметить, что многие коаксиальные кабеля, использующиеся в качестве фидера, также отличаются стандартной величиной волнового сопротивления на уровне 50 или 750 м. Если же рассматривать антенны, для которых могут использоваться согласующие устройства, то в зависимости от конструкции и типа в них входное сопротивление имеет достаточно широкий диапазон величин, начиная от нескольких Ом и заканчивая сотнями и даже большим количеством.

Известно, что в одноэлементных антеннах входное сопротивление на резонансной частоте является практически активным, при этом чем больше частота передатчика будет отличаться от резонансной в те или иные стороны, тем больше появится реактивной составляющей индуктивного или же емкостного характера во входном сопротивлении самого устройства. В то же время многоэлементные антенны имеют входное сопротивление на резонансной частоте, имеющее комплексный характер за счет того, что в процесс образования реактивной составляющей свой вклад вносят различные пассивные элементы.

Если входное сопротивление относится к активным, его можно согласовать с сопротивлением, используя специализированное согласующее устройство для антенны. При этом стоит отметить, что потери здесь являются практически незначительными. Однако сразу после того, как во входном сопротивлении начнет образовываться реактивная составляющая, процедура согласования будет все более сложной, и нужно будет использовать все более и более сложное согласующие устройство для антенны, возможности которого позволят обеспечить компенсацию нежелательной реактивности, и располагаться оно должно непосредственно в точке питания. Если реактивность не будет компенсироваться, это негативно скажется на КСВ в фидере, а также существенно увеличит общие потери.

Нужно ли это делать?

Попытка полноценной компенсации реактивности в нижнем конце фидера является безуспешной, поскольку ограничивается характеристиками самого устройства. Любые перестройки частоты передатчика в границах узких участков любительских диапазонов в конечном итоге не приведут к появлению значительной реактивной составляющей, вследствие чего зачастую не возникает потребности в ее компенсации. Также стоит отметить, что правильный проект многоэлементных антенн также не предусматривает большой реактивной составляющей имеющегося входного сопротивления, что не требует ее компенсации.

В эфире можно достаточно часто встретить различные споры о том, какую роль и назначение имеет согласующее устройство для антенны («длинный провод» или другого типа) в процессе согласования с ней передатчика. Некоторые возлагают на него достаточно большие надежды, в то время как другие просто считают обыкновенной игрушкой. Именно поэтому нужно правильно понимать, чем же действительно может на практике помочь антенный тюнер, а где его использование будет лишним.

Что это такое?

В первую очередь, нужно правильно понимать, что тюнер представляет собой высокочастотный трансформатор сопротивлений, при помощи которого при необходимости можно будет обеспечить компенсацию реактивности индуктивного или же емкостного характера. Можно рассмотреть предельно простой пример:

Разрезной вибратор, который на резонансной частоте имеет активное входное сопротивление на уровне 700 м, и при этом в нем используется с передатчиком, имеющий входное сопротивление около 500 м. Тюнеры устанавливаются на выходе передатчика, и в этой ситуации будут представлять собой для какой-либо антенны (включая «длинный кабель») согласующие устройства между передатчиком и фидером, безо всяких сложностей справляясь со своей основной задачей.

Если в дальнейшем провести перестройку передатчика на частоту, которая отличается от резонансной частоты антенны, то в таком случае во входном сопротивлении устройства может появиться реактивность, которая впоследствии практически моментально начнет проявляться и на нижнем конце фидера. При этом согласующее устройство «Р» любой серии также сможет ее компенсировать, и передатчик снова получит согласованность с фидером.

Что будет на выходе, где фидер соединяется с антенной?

Если вы используете тюнер исключительно на выходе передатчика, то в таком случае не получится обеспечить полноценную компенсацию, и в устройстве начнут возникать различные потери, так как будет присутствовать не до конца точное согласование. В такой ситуации нужно будет использовать еще один, подключающийся между антенной и фидером, что позволит полностью исправить положение и обеспечить компенсацию реактивности. В данном примере фидер выступает в качестве согласованной линии передачи, имеющей произвольную длину.

Еще один пример

Рамочная антенна, у которой активное входное сопротивление имеет значение около 1100 м, нужно согласовать с линией передачи на 50 Ом. Выход передатчика в данном случае имеет значение 500 м.

Здесь нужно будет использовать согласующее устройство для трансивера или антенны, которое будет устанавливаться в точке, где фидер подключается к антенне. В преимущественном большинстве случаев многие любители предпочитают использовать ВЧ трансформаторы различных типов, оснащенные ферритовыми сердечниками, но на самом деле более удобным решением будет изготовление четвертьволнового коаксиального трансформатора, который можно сделать из стандартного 75-омного кабеля.

Как это реализовать?

Длина используемого отрезка кабеля должна рассчитываться по формуле А/4*0.66, где А представляет собой длину волны, а 0.66 является коэффициентом укорочения, использующимся для преимущественного большинства современных коаксиальных кабелей. Согласующие устройства КВ антенн в данном случае будут подключаться между 50-омным фидером и входом антенны, и если их свернуть в бухту диаметром от 15 до 20 см, то в таком случае он будет также выступать в качестве симметрирующего устройства. Фидер будет полностью автоматически согласовываться с передатчиком, а также при равенстве их сопротивлений, причем в такой ситуации можно будет полностью отказаться от услуг стандартного антенного тюнера.

Другой вариант

Для такого примера можно рассмотреть еще один оптимальный способ согласования - при помощи кратного половине волны или же полуволнового коаксиального кабеля в принципе с любым волновым сопротивлением. Его включают между тюнером, располагающимся возле передатчика, и антенной. В данном случае входное сопротивление антенны, имеющее значение на уровне 110 Ом, переносится на нижний конец кабеля, после чего, используя антенное согласующее устройство, трансформируется в сопротивление 500 м. В данном случае предусматривается полное согласование передатчика с антенной, а фидер используется в качестве повторителя.

В более тяжелых ситуациях, когда входное сопротивление антенны является несоответствующим волновому сопротивлению фидера, которое, в свою очередь, не соответствует выходному сопротивлению передатчика, требуются согласующие устройства КВ антенн в количестве двух штук. В данном случае одно используется вверху, чтобы добиться согласования фидера с антенной, в то время как другое обеспечивает согласование фидера с передатчиком внизу. При этом нет никакой возможности сделать какое-нибудь согласующее устройство своими руками, которое можно будет использовать одно для согласования всей цепи.

Возникновение реактивности сделает ситуацию еще более сложной. В данном случае согласующие устройства КВ диапазонов позволят существенно улучшить согласование передатчика с фидером, обеспечив таким образом значительное облегчение работы оконечного каскада, но большего от них ждать не стоит. Из-за того, что фидер будет рассогласован с антенной, появятся потери, поэтому эффективность работы самого устройства будет заниженной. Активированный КСВ-метр, установленный между тюнером и передатчиком, обеспечит фиксацию КСВ=1, а между фидером и тюнером такого эффекта не получится добиться, так как присутствует рассогласованность.

Вывод

Польза тюнера заключается в том, что он позволяет поддерживать оптимальный режим передатчика в процессе работы на несогласованную нагрузку. Но при этом не может обеспечиваться улучшение эффективности работы любой антенны (включая «длинный провод») - согласующее устройства бессильны, если она рассогласована с фидером.

П-контур, который используется в выходном каскаде передатчика, также может применяться в качестве антенного тюнера, но только в том случае, если будет присутствовать оперативное изменение индуктивности и каждой емкости. В преимущественном большинстве случаев как ручные, так и автоматические тюнеры представляют собой резонансные контурные перестраиваемые устройства вне зависимости от того, собираются они фабрично или кто-то решил сделать согласующее устройство для антенны своими руками. В ручных присутствует два или три регулирующих элемента, а сами они не оперативны в работе, в то время как автоматические являются дорогими, а для работы при серьезных мощностях их стоимость может быть крайне высокой.

Широкополосное согласующее устройство

Такой тюнер удовлетворяет преимущественному большинству вариаций, при которых нужно обеспечить согласование антенны с передатчиком. Такое оборудование является довольно эффективным в процессе работы с антеннами, использующихся на гармониках, если фидер представляет собой полуволновой повторитель. В такой ситуации входное сопротивление антенны отличается на разных диапазонах, но при этом тюнер позволяет обеспечить легкую согласованность с передатчиком. Предлагаемое устройство может без труда функционировать при мощностях передатчика до 1.5 кВт в частотной полосе от 1.5 до 30 МГц. Такое устройство можно сделать даже своими руками.

Основными элементами тюнера выступает ВЧ автотрансформатор на от отклоняющей системы телевизор УНТ-35, а также переключатель, рассчитанный на 17 положений. Предусматривается возможность использования конусных колец от моделей УНТ-47/59 или каких-либо других. В обмотке присутствует 12 витков, которые наматываются в два провода, при этом начало одной объединяется с концом второй. На схеме и в таблице нумерация витков сквозная, в то время как сам провод многожильный и заключен в фторопластовую изоляцию. По изоляции диаметр провода составляет 2.5 мм, предусматривая отводы от каждого витка, начиная с восьмого, если вести счет от заземленного конца.

Автотрансформатор устанавливается предельно близко к переключателю, при этом соединительные проводники между ними должны иметь минимальную длину. Предусматривается возможность использования переключателя на 11 положений, если будет сохранена конструкция трансформатора с не таким большим количеством отводов, к примеру, с 10 по 20 виток, но в такой ситуации произойдет уменьшение и интервала трансформации сопротивлений.

Зная точное значение входного сопротивления антенны, можно использовать такой трансформатор для того, чтобы согласовать антенну с фидером 50 или 750 м, используя только самые необходимые отводы. В такой ситуации его размещают в специальную влагонепроницаемую коробку, после чего заливают парафином и ставят в непосредственно в точке питания антенны. Само по себе согласующее устройство может выполняться в качестве самостоятельной конструкции или же включаться в состав специального антенно-коммутационного блока какой-нибудь радиостанции.

Для наглядности метка, установленная на ручке переключателя, показывает величину сопротивления, которое соответствует данному положению. Чтобы обеспечить полноценную компенсацию реактивной индуктивной составляющей, предусматривается возможность последующего подключения переменного конденсатора.

В приведенной таблице четко указывается, каким образом сопротивление зависит от количества сделанных вами витков. В данном случае произведение расчетов осуществлялось, основываясь на соотношении сопротивлений, которое находится в квадратичной зависимости от общего количества сделанных витков.

По многочисленным просьбам радиолюбителей-путешественников и радиолюбителей-дачников, в этой статье, мы опять будем говорить про пешеходные радиоэкспедиции и продолжим изучать возможности проведения связей на КВ, при минимальном весе антенной системы и простой конструкции. Эти антенны испытывались с трансивером FT-817 и тюнером MFJ-902.

...про провод

Сначала определимся, какими свойствами должна обладать проволока из которой мы будем делать антенну. Первое материал, в нашем случае, для создания эффективного излучателя подходит медь. Причём не просто медный провод, а медный провод в изоляции. Диаметр этого провода доолжен быть в переделах 1.5 - 2.5мм, Более тонкий порвётся при сильном ветре, а толстый будет неоправданно тяжёлым. Обратите внимание, что провод должен быть не сильно мягким и не жёстким. Сейчас, можно без труда подобрать провод отвечающий этим условиям.

На фотографиях вы видите три удачных варианта провода в изоляции. Второй вопрос, на который нам предстоит ответить: "Какой длины должен быть провод?" Это зависит от КВ диапазона, но нам нужна антенна которая может работать с достаточной эффективностью на всех диапазонах. Определимся с приоритетами, радиоэкспедиции в первую очередь выбирают диапазоны 7МГц и 14МГц. Поэтому будем ориентироваться на них, чтобы получить хорошие параметры. Исходя из этого, можно сразу сказать что длина провода, должна быть не менее 9 и не более 21 метра. Почему так, понятно? Нам нужна антенна без противовесов, это значит её длина должна быть ½λ или 1λ. Более длинная, это лишний вес, более короткая - низкая эффективносить.

Если во время радиоэкспедиции, вы планируете работать в основном на 14 - 28Мгц - берите кусок провода длиной около 10 метров. С ним в сможете проводить ближние и дальние QSO на 14Мгц и вполне прилично работать на 18 - 28Мгц, а при необходимости перейти на 7Мгц, хотя эффективность здесь будет не высокой, но тем не менее это ¼λ на 7Мгц и работать она будет.

С куском проволоки длиной около 20 метров, вы можете эффективно работать на 14 и 7Мгц, а также на всех ВЧ-диапазонах до 29Мгц и проводить местные QSO на 3.6Мгц. Замечу, что если условия позволят подвесить один конец провода на высоте не менее 10 метров, то на 3.6Мгц вы сможете проводить и дальние связи.

...как вешать будем?
С проводом и его длиной опеределились, теперь нужно разобраться как вешать кусок провода в пространстве, чтобы максимально эффективно работать малой мощностью (а мы используем FT-817) на КВ диапазонах.

Классический вариант подвеса антенн такого типа, это наклонный лучь. Один конец цепляем за дерево, на максимально возможной высоте (обычно 3 - 6 метров). Этот вариант вы видите на картинке. В сторону наклона наблюдается совсем небольшая направленность. Чтобы повысить эффективность антенны, при длине провода 20 метров, можно использовать дополнительную мачту из удилища или палки, как показано на картинке.

На средней картинке справа, направление излучения будет иметь небольшой максимум в противоположную сторону от наклона луча. На нижней картинке слева, в диапазоне 14Мгц, мы получаем прижатый лепесток и небольшое усиление. На 7МГц, такой вариант работает как и полуволновой вибратор, только запитанный скраю, а не в центре.

Особенность всех этих антенн (на основе длинного провода), в том что излучают они одновременно как горизонтальную так и вертикальную поляризацию. При небольшой мощности передатчика (5Вт), это скорее минус, потому что излучение неравномерно делится между поляризациями и соответственно уменьшается в каждой из них.

Могут ли антенны типа лучь, соперничать с диполями и штырями? И да и нет, лучь проще и быстрее повесить, чем диполь. Эффективность лучей чуть ниже (при одинаковой высоте подвеса), только за счёт излучения двух поляризаций. В реальном эфире, при определённых условиях это может быть незаметно.

Важное приемущество лучей - многодиапазонность, без каких-либо переключениё и коммутаций. В заключении, несколько общих советов, которые помогут вам получить максимальную эффективность антенной системы:

Если вы идёте в известное место, где есть опора на которую можно поднять один конец провода, то мачту (удилище) можно не брать.

UA6HJQ
http://ua6hjq.qrz.ru/ant/kusok.htm

Радиолюбители частенько, по разным причинам, используют, в качестве передающей, антенну «длинный провод». Такое её название означает, что длина провода больше, чем длина рабочей волны, и, следовательно, антенна возбуждается на гармониках её собственной длины волны. О свойствах и конструктивных особенностях антенны в виде длинного провода далее.

Сооружение антенны в виде длинного провода достаточно просто и не требует больших затрат, но сама антенна занимает много места, так как пропорционально её длине увеличивается и её эффективность. При соответствующем подборе размеров антенны и фидера антенна может служить в качестве коротковолновой широкодиапазонной антенны.

Необходимая длина антенны в виде длинного провода определяется по формуле

где l - искомая длина, м;

n - число полуволн рабочей волны;

f - рабочая частота, МГц.

Из диаграммы направленности полуволнового вибратора (рис. 1-9) видно, что максимум излучения направлен перпендикулярно оси антенны.

С увеличением длины антенны направление основного лепестка диаграммы направленности все больше и больше приближается к оси антенны. Одновременно увеличивается и интенсивность излучения в направлении основного лепестка. На рис. 2-1 изображены диаграммы направленности антенн, имеющих различную длину.

Заметно, что с увеличением длины антенн появляются боковые лепестки.

Полученная многолепестковость диаграммы направленности не является существенным недостатком таких антенн (длинный провод), так как они всё-таки сохраняют удовлетворительную круговую диаграмму направленности, дающую возможность устанавливать связь почти в любых направлениях. Да и в направлении основного излучения достигается заметное усиление, увеличивающееся вместе с увеличением длины антенны.

Характерной чертой таких антенн, особенно полезной для DX связей, является то, что они имеют небольшие вертикальные углы излучения. На рис. 2-2 приведён график, по которому можно разобраться с теоретическим усилением антенны в децибелах (кривая I), увидеть угол между направлением основного излучения и плоскостью подвеса антенны (кривая III), а также сопротивление излучения антенны, отнесённое к току в пучности (кривая II).

Нужно определить:

а) необходимую длину провода для 4λ антенны;

б) ожидаемое усиление антенны в направлении максимума основного лепестка;

в) сопротивление излучения и направление максимума основного лепестка.

Длина провода определяется по формуле:

Так как на 4λ антенне может разместиться 8 полуволн, то n = 8. Средняя частота 20-м диапазона 14,1 Мгц.

Таким образом, длина провода составляет 84,57 м.

Из рис. 2-2 находим, что при длине антенны 4λ (точка пересечений с кривой I) следует ожидать усиления антенны в направлении максимума основного лепестка около 3 дб.

Сопротивление излучения при этом 130 ом (кривая II), а угол между направлением основного лепестка диаграммы направленности и плоскостью подвеса антенны (кривая III) равен 26°.

В связи с тем, что антенна подвешена в направлении восток - запад, и это соответствует 270°, то, как видно из рассмотрения на рис. 2-1, основные максимумы диаграммы направленности имеют следующие направления:

270 + 26 = 296°,

270 - 26 = 244°,

Определив направления основного излучения, можно по карте мира в конической равноугольной проекции найти те районы, с которыми может быть достигнута наиболее устойчивая связь при использовании рассмотренной здесь антенны.

Диаграммы направленности (рис. 2-1) представляют собой идеализированные теоретические диаграммы и на практике всегда претерпевают некоторые изменения. Например, заметная деформация диаграммы направленности имеет место, когда вибратор возбуждается на одном из его концов, т. е. питание антенны несимметричное. Для наглядности на рис. 2-3 приведена диаграмма направленности 2λ антенны в виде длинного провода в горизонтальной плоскости при симметричном и несимметричном питании. При возбуждении антенны на одном из ее концов (диаграмма изображена штриховой линией) диаграмма направленности также становится несимметричной, причем максимум излучения перемещается в направлении открытого конца антенны, а лепестки излучения, находящиеся в направлении конца антенны, с которого производится возбуждение антенны, ослабляются.

Подобная деформация диаграммы направленности возникает во всех антеннах с несимметричным питанием. Следовательно, антенна в виде длинного провода дает основное излучение в направлении открытого конца. Дальнейшая деформация диаграммы направленности происходит в случае, если антенна либо наклонена по отношению к земле, либо расположена над наклонным участком. Если открытый конец антенны наклонен или же антенна подвешена над наклонной поверхностью (рис. 2-4), то в направлении, указанном на рисунке стрелкой, в любительских коротковолновых диапазонах могут быть установлены дальние связи.

При установлении связей на больших расстояниях особенное значение имеет направление основного лепестка диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости. Как уже упоминалось, для дальних связей особенно благоприятным является «плоское» излучение, т. е. небольшие вертикальные углы излучения. В частности, для каждого из любительских диапазонов наиболее благоприятные средние углы вертикального излучения составляют: 80-м диапазон - 60°; 40-м - 30°; 20-м - 15°; 15-м - 12° и 10-м - 9°.

Антенны в виде длинного провода имеют пологие углы вертикального излучения в случае большой высоты подвеса провода. Например, при высоте подвеса, равной 2λ, вертикальный угол излучения составляет 10°, а при высоте 0,5λ - около 35°. При меньших высотах подвеса антенны уменьшение вертикального угла излучения и, следовательно, увеличение возможности дальних связей может быть достигнуто, как уже отмечалось выше, за счёт наклона вибратора.

Использование антенны «длинный провод» в качестве многодиапазонной

Самая простая из антенн коротковолнового диапазона L-образная антенна. По своему внешнему виду она мало чем отличается от радиовещательных антенн средневолнового диапазона (рис. 2-5). Её общая длина l (до антенного зажима подсоединяемого устройства) должна составлять по меньшей мере λ/2. Эту антенну можно использовать как многодиапазонную, если она рассчитана как полуволновая антенна для диапазона 80 м. В этом случае антенна представляет собой для диапазона 40 м 1λ антенну, для 20 м - 2λ антенну, для 15 м - 3λ антенну и для 10-м диапазона - 4λ антенну.

К сожалению, сказанное выше не совсем верно, когда по формуле:

определяется длина полуволновой антенны для f = 3 500 кГц, то имеем:

Однако, полуволновая антенна для частоты 7 МГц, по той же формуле, должна иметь длину:

Таким образом, полуволновая антенна короче требуемого значения более чем на 1 м.

Из приводимого ниже сравнения видно, что полуволновая антенна, рассчитанная для 3 500 кГц, в случае использования её на высших гармониках расчётной частоты, соответствующих любительским диапазонам, в каждом случае короче необходимого значения.

Таким образом, когда нормальная L-антенна используется в качестве многодиапазонной, то следует учитывать, что она может быть точно рассчитанной только для одного диапазона, а в остальных диапазонах полное согласование получено быть не может.

На практике длина антенны, равная 42,2 м, является достаточно хорошим компромиссным решением, так как в этом случае резонансная частота антенны расположена в пределах диапазонов 10, 15 и 20 м (f соответственно равна 14 040 кГц, 21 140 кГц, 28 230 кГц), а для диапазона 40 и 80 м такая антенна имеет длину, большую необходимой. Применение рассмотренной антенны в качестве вседиапазонной антенны, конечно, следует понимать, как вспомогательное решение.

Это связано с тем, что в густонаселенных районах вследствие того, что L-образная антенна излучает по всей своей длине, включая подводящий фидер, могут возникнуть сильные помехи радиовещательным и др. приёмникам. Часто предлагаемый способ связи антенны с колебательным контуром оконечного каскада через высоковольтный конденсатор (рис. 2-6) может в лучшем случае уменьшить излучение высших гармоник только у станций небольшой мощности.

Сегодня, по поводу воскресенья, был в гостях. Недалеко, в почти такой же деревне как моя. И увидел насколько труднее быть радиолюбителем без подсказки более опытных товарищей. Это я не про себя. Несколько нескромно, но моя заслуга в предлагаемом материале в основном перевод с английского. Потому что всё что я предложу известно давно и не раз опубликовано в наших журналах "Радио". Акцент в этот раз будет стоять на слове "просто". Без заумных коэффициентов укорочения и слов типа "импеданс". И намоточные данные катушек приведу. Очень хочется помочь тем, кому по жизни не пришлось слушать курс радиотехники в институте или техникуме. Поразмыслив, решил просто найти проверенную конструкцию.

Конечно же я говорю про "действующих" радиолюбителей, тех, кто пытается проводить радиосвязи несмотря на отсутствие возможностей использовать хорошие антенны. Часто радиолюбителю достаётся место жительства с ограниченным пространством вокруг. Антенна "длинный провод", являясь самой простой, требует пространства (ну раз "длинный") Но бывает что даже полуволновый LW не помещаются по длине. Иногда это только несколько метров от балкона до ближайшего дерева. Тогда используются антенны из провода случайной длины. Отсутствие какого-либо согласования сводит к нолю 40 ватт от UW3DI. Вместе с тем известно, что можно заставить работать даже сильно укороченную антенну. И все знают волшебное слово для этого - "согласующее", и большая часть радиолюбителей его так и воспринимает - как согласователь сопротивлений, точнее импедансов:-(а обещал этого слова не говорить).
Note: О самих антеннах. Есть несколько советов, которые могут улучшить ситуацию. Random-wire это не полная свобода, а вынужденная мера, поэтому учитывать некоторые моменты всё-таки следует. Понятно, что если антенна получается укороченной, то растягивать её нужно в направлении куда возможна её максимальная длина. Изгибы и повороты нежелательны, но не критичны. До тех пор пока провод антенны не пойдёт в обратном направлении. Смысла в таком дополнительном отрезке нет. Высота подвеса должна быть максимально возможной. Если есть возможность поднять горизонтальную часть антенны вверх, то это надо делать сразу при "выходе" проводника наружу. А далее растягивать на всё доступное пространство. "Проход" через окно или стену лучше сделать через фарфоровую (или ВЧ изолятора) трубку. Сам провод должен быть минимального диаметра чтобы он был максимально лёгкий, но выдерживать свой вес. К тому же тонкий провод почти не заметен. Это может быть плюсом с точки зрения хороших отношений с соседями .

Предлагаемая конструкция (или две, если считать SWR meter) - это трансформатор случайного сопротивления случайной длины провода в нужные 50 или 75 ом в зависимости от конструкции передатчика. Подвесив в соответствии со своими возможностями "верёвку" в положении при котором её длина максимальна, а высота от земли на пределе возможного, получаем задачу со множеством неизвестных. Вернее с одним неизвестным, зависящим от множества других: проводимость земли, расстояние до ближайших физических объектов, изменение высоты подвеса по длине антенны и т.д. Никогда нельзя сказать точно какой импеданс и реактивность будет иметь нижний конец провода. В этом состоит основная причина ошибок не очень опытных радиолбителей. Они пытаются угадать сопротивление, применить трансформатор на ферритах или "бинокле" и привести всё к сопротивлению фидера. Между тем главное - не применять фидер и сделать антенну частью настроенного контура. Её импеданс по прежнему остаётся величиной неизвестной. Но есть способ методом последовательных приближений (научного тыка:-) приблизиться к эффективному использованию того что есть. В случае когда мы подключаем антенну (любую) к трансиверу с автотюнером посредством кабеля, тюнер настраивается на волновое сопротивление кабеля и следующей за ним, как следующий вагон в электричке, антенны. Если длина кабеля определена заранее как волновой повторитель, то тюнер точно будет настраивать выход передатчика на сопротивление антенны. Но не факт, что он при этом "увидит" нужное сопротивление антенны. А если оно еще и неизвестно какое - тогда и результат будет никаким.
Разница между этим, и тем, что будет описано ниже состоит как раз в том что в нашем случае мы действительно "введём" антенну и часть нашего устройства в резонанс, добившись максимального излучения антенны, и при этом добъёмся равенства сопротивлений передатчик-антенна (условия при котором в антенну попадет максимально возможная часть энергии). К сожалению, законов физики никто не отменял, и для использования этого (каждого конкретного) случайной длины провода на различных диапазонах интервала перестройки конденсатора переменной ёмкости (и точки отвода катушки) будет недостаточно. Поэтому в конструкции Левиса МакКоя (Lewis G.McCoy) W1ICP, описанной в книге "ARRL Antenna Anthology", применяется система из базовой конструкции с подключаемыми внешними комбинациями индуктивностей, позволяющая трансформировать "всё во всё".
На фотографии устройство в сборе - со встроенным рефлектометром и две совокупности индуктивностей на разъёме. Как видно, самый главнй элемент - "крокодилы" на гибких проводниках. :-) Сразу следует предупредить о соблюдении необходимых мер предосторожности - на "горячем" конце контура может быть высокое напряжение. Не осуществляйте переключения при включенном передатчике. Это опасно в первую очередь для транзисторов выходного каскада. Ну и поберегите ваши пальцы - ВЧ ожог при не соблюдении этих рекомендаций гарантирован.
P.S. Одним из побочных (и очень неприятным) эффектом будет значительно более близкое расположение излучающего элемента к вашему организму, электронным приборам, которым оно, конечно же будет мешать, а так же возможность наводок на предварительные каскады вашего радио. Например, потребуется значительное улучшение защиты от ВЧ наводок микрофонного (или ACC входа при работе RTTY/PSK/SSTV)
А справа эквивалентные схемы включения для различных вариантов LW. Вариант А лучше использовать при длине провода антенны соизмеримой с длиной волны, варианты В и C для сильно укороченных антенн. Такая гибкая схема и реверсирование включения позволяет эффективно запитывать любые длины в диапазонах от 80 до 10 метров. Обратите внимание на слово "запитывать". Это не эквивалент слова "излучать". Хотя это всё равно лучший способ использования антенн LW не кратной полуволне длины.

Вот еще более простая эквивалентная схема идеи, которую я успешно использовал сразу после армии, еще не имея радиотехнического образования. Все сведения были почерпнуты из популярной книги "Радио - это очень просто" :-) Тогда моё радио состояло из Р-250 и армейского легендарного передатчика РСБ-5. Антенна, конечно же, длинный провод неизвестной длины из окна до дерева на другой стороне дороги. Согласно указанного выше источника, сопротивление паралельного колебательного контура изменяется от 0 в точке "земля" до неизвестного, но максимума в верхней точке. Подбирая точку включения антенны можно найти наилучшие условия - равенство сопротивления антенны и части контура:-), а вторая точка подключения - нижняя - подключение передатчика. И задача облегчается тем, что его выходное сопротивление известно - 50 ом. Стало быть она будет расположена значительно ниже по телу катушки контура:-) Это теперь я знаю, что это называется автотрансформатор:-)
Но как бы то ни было, если в хозяйстве сохранился вариометр и конденсатор переменной ёмкости от РСБ-5 (а конденсатор хорош тем, что имеет на оси переключатель, который при повороте более чем на 180 градусов подключает параллельно пластинам постоянную ёмкость), с использованием двух гибких проводников (выпотрошенная оплетка от любого кабеля) и тонкогубых "крокодилов", то это может быть использовано в качестве высокоэффективного автотрансформатора. Вернее двух автотрансформаторов. Но если есть желание повторить конструкцию один к одному, по автору, то продолжаю. Вот рисунок (схема) основной конструкции. Её основа - встроенный КСВ-метр и панель с контактной планкой (разъём одна "мама" три "папы") на пять контактов. В этом месте я бы сделал отступление от конструкции и использовал керамические галетные переключатели типа тех, что стоят в UW3DI или аналогичных. С точки зрения удобства пользования (и сохранности формы катушек:-) несравненно лучше. Как я уже упоминал выше, при использовании одного или двух диапазонов от этого узла можно отказаться вовсе. И если у вас есть достаточно надёжный КСВ-метр, то встроенный также можно не делать. Но тем не менее, по автору всё выглядит так:

В варианте А работает чистый трансформатор с индуктивной связью, причём её величину изменить невозможно, что не очень хорошо для системы, перестраиваемой в широком диапазоне значений индуктивности и ёмкости. Настройка осуществляется путем циклический действий: подключение антенны, настройка контура С1L1 в резонанс по максимуму "показометра" напряжённости поля ("неонка" или индикатор поля), после этого подстройка входа - С2 по минимуму КСВ. Затем переподключение "крокодила" проводника антенны в другое место и снова настройки и сравнение результатов. Добившись самого хорошего результата, можно зафиксировать точку подключения к катушке краской, рисунком на бумажке:-) или записать номера витка. Может показаться неудобным, но после двух-трёх настроек смена диапазона будет проходить быстро.
В вариантах B и C связь с колебательным контуром, часть которого составляет наш провод неизвестной дины, представляет из себя автотрансформатор. Коммутация осуществляется подключением других планок с индуктивностями и перемычками. Ниже представлены схемы вариантов B и C. Как можно заметить, в схемах с индуктивностями конденсатор переменной ёмкости перемещается из одного конца индуктивности в другой.
В варианте B и С мы видим что это варианты нашего автотрансформатора с различными коэффициентами трансформации (с точки зрения сопротивлений, вариант С это вариант А наоборот). Конденсатор С1 с максимальной ёмкостью от 150 до 300 пф. Катушки L3 и L4 - индуктивности ответвителей в КСВ-метре и поэтому отдельно не рассматриваются. Данные катушек L1 и L2 ниже на рисунке и в тексте (так как они для различных диапазонов разные). Для диапазона 80 и 40 метров они выполнены бескаркасной бифилярной намоткой на изоляционных распорках проводом диаметром 1,5 мм (#14 на американский манер:-) с шагом 3 мм (8 витков на дюйм (25 мм) и диаметром 65 мм. Через один виток провод "продавливается" внутрь катушки для закрепления витков и облегчения подключения к ним "крокодила" . Катушки имеют соответственно 18 и 6 витков с пропусканием одного оборота между собой - вместо одного витка укладывается только его половина (см. рисунок и фото). Это достаточно трудоёмкая часть работы, но выполнить её нужно очень аккуратно, хорошенько натягивая провод и фиксируя витки.
Для диапазонов от 10 до 18 мгц катушки L1 и L2 бескаркасные диаметром 65 мм. L1 содержит 4 витка при длине намотки 36мм (с шагом 9 мм). L2 - один виток с таким же шагом. Она расплогается на расстоянии 13 мм от L1. В диапазонах от 21 до 28 мгц L1 имеет два витка, а L2 также имеет один виток такого же диаметра и на таком же расстоянии от L1.
Конечно же не обязательно повторять всё один к одному, можно использовать либо часть описанного, либо вообще сделать трансмаш неперестраиваемой нижней частью проводника однодиапазонной антенны, используя внешний КСВ метр. Но при настройке обязательно нужно использовать еще и индикатор напряженности поля. Пусть даже простейший - "неонку" или люминесцентную лампу. То есть секрет прост: используя два инструмента настройки можно получить и резонансную антенну и наилучший КСВ для антенны в виде провода случайной длины. Мне представляется что это очень эффективный способ улучшить качество связи в условиях полевых дней, экспедиций да и в повседневной работе с радио.

• Назад
• Вперёд

You have no rights to post comments Недостаточно прав для комментирования

В повседневной жизни понятие связанное больше с проблемами, чем с радостями. В нашем хобби иногда проявляются неожиданные грани, которые добавляют положительных эмоций. Вот например SDR. Моё к ним отношение уже не раз проявлялось в виде скептических нотаток и даже карикатур. Кто не читал, заходите на мой сайт чаще и читайте дольше:-) Но техника развивается и незаметно положительных аспектов набралось столько, что они стали уравновешивать моё неуверенно-хорошее отношение к SDR технологиям. Первое, что меня сильно раздражало в SDR - один орган управления: мышь. Серая. С двумя кнопками. Случайно, по просьбе соседа Жени US5UM, прилаживая к его Flex3000 двойной валкодер (Геркулес) обратил внимание что рук теперь не хватает:-) И два гетеродина можно крутить одновременно и полосу менять ползунковыми регуляторами и переключений сколько хочешь..... Одним словом мой скепсис "поплыл"........ Но, продолжая упорствовать, мой мозг абсолютно не приемлет задержку сигнала в трактах приёма и передачи:-) DX уже секунду назад закончил вызов, а мой SDR только-только закончил "прожёвывать" сигнал на приём. В это время шустрые ребята уже по два раза успели дать вызов.... Работать в телеграфе без самоконтроля грустно. Когда включаешь реальный контроль, второй или WEB приёмник - просто ужасает! Вплоть до того, что передавать нельзя.... Опоздание просто сбивает с толку...