Взрослая J-антенна. УКВ антенны с J-согласованием Калькулятор j антенны

Разбирая QSL

Так уж бог даёт, в рассрочку. Уже давно выветрился запах костра в летние экспедиции прошлых лет, а я до сих пор проверяю в логе и отправляю карточки на EN5R и EN25R. Связей набралось немало, ну да я не об этом. Сидя занимаясь скучной работой приятно радует иногда желание корреспондентов поднять нам настроение. Как образец - карточка Владимира Дорошенко UX7MM. Спасибо, Володя, полегчало. :-)

P.S. Так мы еще и по щуке однодумцы:-) Я про qrz.com

Простое поворотное на Ардуино

Про поворотное устройство для антенны под управлением Ардуино не писал только очень ленивый. И тем не менее, как мне кажется, самое простое "нарисовал" я:-) При кажущейся сложности поворотных устройств, вернее пультов управления, при определённой экономии можно создать очень простое устройство позволяющее сильно экономить телодвижения:-) У меня есть некоторый опыт эксплуатации устройств типа Yaesu G800DXA и G5500. Конечно доволен, что они у меня есть вообще, но у них есть и недостатки. Первый - кривая система предустановки в G800: очень неточная, хотя "наводить" трудно. В G5500 предустановки вообще нет. При том, что сами механизмы поддерживают достаточно точную индикацию поворота, держать нажатыми кнопки пока антенна не спеша доберётся до нужного азимута утомительно.

Украинец, хорошего настроения! Охота на лис:-)

Спасибо приятелю Алексею (UT0RM) за то что нашёл и поделился. Справка для неукраинцев. "Вопли Видоплясова" - культовая украинская группа соединившая в своей музыке ностальгический хард-рок, жесткую волну, элементы ретро и колорит местного фольклора. Результат получился выше всяких похвал: прихардованный панк, усиленный звучанием баяна, украинскими приколами и виртуозно поданный сценически. "Охота на лис"

Предлагаем несложный вариант двухдиапазонной KB J-антенны, испытанной на диапазонах 21 и 28 МГц. Авторам давно хотелось практически проверить такую антенну в работе. Виктор, UA6G, взял на себя разработку и выполнение механической конструкции, а Владимир, UA6HGW, сделал необходимые расчёты и провел настройку антенны.

В KB и УКВ диапазонах широко используют различные вертикальные штыревые антенны. Причем чаще всего применяют четвертьволновые вертикальные вибраторы с системами противовесов или «искусственной земли», благодаря которым эти антенны и работают, будучи, в принципе, аналогами полуволнового вибратора. К сожалению, выполнить качественную систему «искусственной земли» или противовесов не так просто , а некачественная система резко снижает КПД антенны в целом. Тем не менее, антенны типа Ground Plane пользуются у радиолюбителей большой популярностью. При этом многие уделяют внимание лишь качественному выполнению самого четвертьволнового излучателя и, в связи с недостатком площади для размещения полноценной системы заземления», часто не обращают внимания на «землю», используя различные суррогатные системы противовесов либо заземления. Необходимо сделать оговорку, что в УКВ диапазоне такой проблемы практически не существует, т.к. основание антенны и противовесы можно поднять на достаточную высоту, что позволяет разместить систему, рассчитанную для работы даже на самых длинных метровых волнах.

Если площади для размещения антенн других типов недостаточно, то для высокочастотного участка KB диапазона лучше использовать вертикальный полуволновой вибратор, питаемый с нижнего конца и установленный без растяжек. Для согласования его высокого сопротивления с низким сопротивлением фидера используют различные согласующие устройства - как резонансные, так и широкополосные. Один из наиболее известных и простых способов согласования - с помощью четвертьволнового трансформатора сопротивлений. Причем различают два способа питания с помощью такого трансформатора - последовательный и параллельный .

При последовательном питании используется четвертьволновая линия, которая может быть выполнена в виде воздушной линии либо линии с твердым диэлектриком. Чаще для этого используют симметричные линии. Недостаток этого способа питания - необходимость установки на нижнем конце вибратора изолятора, что на KB диапазонах вызывает конструктивные трудности и снижает надежность конструкции.

При параллельном питании нижний конец линии трансформатора, который иногда называют шлейфом, можно закорачивать с вибратором и заземлять, что конструктивно более удобно, т.к. позволяет отказаться от применения громоздкого опорного изолятора. Точки подключения фидера в этом случае выбирают выше, на заранее рассчитанном расстоянии от нижнего конца линии, которое потом уточняют в процессе настройки антенны по минимуму КСВ. Это несколько затрудняет настройку антенны и сужает полосу рабочих частот, а также требует применения дополнительных мер для снижения антенного эффекта фидера.

В обоих случаях волновое сопротивление линии четвертьволнового трансформатора должно быть правильно рассчитано и одинаково на всем ее протяжении. Классической J-антенной чаще всего называют именно такую конструкцию. У нее длина основного вертикального элемента - излучатель плюс линия - составляет 3/4Lamda*К ,
где К - коэффициент укорочения, зависящий от конфигурации и поперечных размеров этих элементов.

Как показал опыт, эти размеры могут быть различными для разных участков излучателя и линии.

Радиолюбители чаще всего используют J-антенны в диапазоне УКВ и высокочастотной части KB диапазона, где их конструкции, обладая необходимой прочностью, не слишком сложны и громоздки.

Основной вертикальный элемент 1 (рис.1) - заземленная мачта, служащая также излучателем, выполнена из трех стальных труб разного диаметра, соединенных по телескопическому принципу. Трубы звеньев были точно подобраны по диаметрам так, чтобы они плотно входили друг в друга. Длина труб была выбрана с таким расчетом, чтобы конец одной заходил в другую на расстояние, достаточное для того, чтобы вся конструкция антенны прочно держалась и не качалась без растяжек. Поэтому точную длину всего вертикального элемента в сборе указать трудно, но она, по нашим расчетам, оказалась не менее 12 м. Нижняя труба - основание антенны длиной около 5 м и наружным диаметром 90 мм - была установлена на уровне земли на бетонном основании внутри небольшого помещения и выходила через отверстие в плоской железобетонной крыше 6, которая электрически соединена с контуром заземления. После сборки системы в узлах соединений трубы крепились с помощью двух винтов диаметром 10мм с гайками. Гайки были заранее надежно приварены к наружной поверхности на конце труб в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения согласующих элементов 2. Винты 7 вкручивали в гайки, зажимая основание трубы следующего звена.

Элементы 2 согласующих воздушных линий выполнены из стальной трубы диаметром 0,5 дюйма для диапазона 21 МГц и оцинкованного прутка диаметром около 8 мм для 28 МГц. В связи с тем, что элемент 1 и элементы 2 пришлось выполнить разного диаметра, некоторую сложность вызвал предварительный расчет размеров излучателей и воздушных линий, т.к. при такой конструкции коэффициенты укорочения К будут различными не только для разных диапазонов в соответствии с частотой, но и в связи с изменением соотношения диаметров труб. По этой причине для расчета было выбрано несколько различных приближенных практических формул. Они приведены в табл.1 вместе с результатами вычислений.

По нашему мнению, в подобных случаях расстояние D лучше указывать для воздушного промежутка между элементами 1 и 2, меньше которого его делать не следует. Расстояние С предварительно взято 0.03Lamda. Практика показала, что точное значение можно определить лишь после настройки конкретной антенны на выбранные частоты.

Первоначальный расчет антенны был сделан для работы в телеграфном участке диапазона 21 МГц. Все размеры для практического выполнения конструкции мы выбрали исходя из компромисса между реальными возможностями и расчетами, которые можно было корректировать, проверяя с помощью программы MMANA-GAL. Для обеспечения надежного электрического контакта с верхнего конца мачты к нижнему были проложены два медных проводника из антенного канатика в плоскости расположения согласующих элементов, которые дополнительно прикреплялись к каждому звену с помощью обычных плоских хомутиков, стягиваемых винтами с гайками. Чтобы не загружать рис.1, на нем условно показан только один из канатиков 3. На трубках согласующих линий также желательно закрепить дополнительные медные проводники из антенного канатика либо одножильного медного провода. При выборе таких конструктивных решений была учтена «склонность» некоторых граждан к «охоте» за цветным металлом, поэтому большинство основных элементов были выполнены из стали. Следует учесть, что при использовании разнородных металлов может возникнуть их коррозия, и как результат - увеличение шумов при приеме. Поэтому желательно использовать металлы, расположенные в гальваническом ряду как можно ближе друг к другу, или прибегнуть к дополнительным мерам (например, к облуживанию медных проводников свинцово-оловянным припоем и улучшению контактов с помощью пайки). Это относится даже к мелким элементам, используемым в конструкциях, - к болтам, шайбам, гайкам и т.п.

В табл.2 приведена часть гальванического ряда наиболее часто используемых металлов.

Другой особенностью конструкции является то, что элементы согласующих линий пришлось выполнить из стальной трубки и прутка меньшего диаметра, чем вибратор, т.е. не так, как рекомендуется в литературе. Поэтому расстояние между вибратором и согласующими вертикальными элементами 2 было выбрано компромиссное и оказалось несколько меньше расчетного, полученного с помощью программы MMANA. Это вызывало некоторые сомнения в возможности получения хорошего согласования с кабелем питания. В линиях установлены еще несколько важных элементов, которые не показаны на рис.1, чтобы не загружать его. Это пластины, установленные для прочности и фиксации воздушного промежутка между вибратором и согласующими линиями. Их нужно выполнить из изоляционного материала с хорошими изоляционными свойствами на высоких частотах, не теряющего их под воздействием влажности (например, из стеклотекстолита или оргстекла, по несколько штук для элемента 2 каждого диапазона). Причем нижние пластины можно объединить непосредственно с хомутиками 5, а верхние установить ближе к концам линий. Их положение можно изменять при настройке, фиксируя металлические хомутики на трубах винтами. С помощью хомутиков 5 можно регулировать точки подключения кабеля, центральная жила и оплетка которого должны быть надежно соединены с ними, лучше всего с помощью пайки. Для облегчения процесса настройки на согласующих звеньях также установлены подвижные хомутики 4, с помощью которых можно подбирать полную рабочую длину вибратора антенны и длину согласующих элементов. После окончательной настройки их желательно соединить с дополнительными медными проводниками 3.

Сомнения вызывал вопрос выбора наилучшего варианта подключения центральной жилы кабеля и оплетки . В литературе трудно найти конкретный ответ, т.к. встречаются различные варианты, т.е. подключение к согласующим элементам либо к основному вибратору, что чаще используют в УКВ диапазоне. На удивление, практически выяснилось, что в данном случае хорошего согласования можно достичь, только подключив центральную жилу к элементам 2, а оплетку - к вибратору 1.

Процесс предварительной настройки антенны оказался сложным, но, в итоге, успешным. Настройка осуществлялась с помощью прибора MFJ259. Затем ее результаты корректировались по показаниям КСВ-метра уже при достаточной мощности передатчика, и окончательно - при полной мощности в разных участках диапазонов.

Так как в антенне используется параллельное питание, проявились все его недостатки. Два 50-омных кабеля фидеров 8 марки РК50-9-12 были проложены внутри основной мачты, для чего в ней пришлось сделать 4 отверстия необходимого диаметра. Этого оказалось недостаточно, и на выходе из мачты излишки кабелей пришлось свернуть в две отдельные бухты, что позволило уменьшить антенный эффект. Переключение антенны с одного диапазона на другой производилось без каких-либо переключателей, с помощью разъемов, что не исключает применение специальных коаксиальных переключателей, механических или на коаксиальных реле.

Антенну первоначально изготовили и настроили в телеграфный участок диапазона 21 МГц. Как показала практика, вначале необходимо подобрать длину вибратора А1 и линии В1, настроив их на необходимую резонансную частоту с помощью подвижного хомутика-перемычки 4, который фиксируется винтами с гайками. Это лучше всего сделать, используя индикатор резонанса (ГИР) или анализатор антенн (например, MFJ259), если к нему имеются специальные дополнительные элементы, позволяющие осуществлять связь прибора с антенной без подключения к ней. Затем надо предварительно выбрать расстояние С1 - т.е. место подключения кабеля по минимуму КСВ на выбранной частоте, регулируя его хомутиками 5, и откорректировать настройку более точно, несколько раз повторив все указанные регулировки.

После испытания антенны на этом диапазоне, убедившись, что она достаточно эффективна, мы добавили к ней элементы согласования для диапазона 28 МГц и настроили систему на этот диапазон тем же способом. После того как настроили антенну для этого диапазона, пришлось немного откорректировать согласование на 21 МГц и затем опять проверить настройку на 28 МГц. В процессе корректировки подстройку на разных диапазонах приходилось повторять несколько раз. При практической работе на диапазоне 28 МГц мы также неоднократно убеждались в высокой эффективности антенны, т.к. при небольшой мощности удавалось успешно проводить радиосвязи как с ближними, так и с дальними корреспондентами.

На рис.2 и 3 показана зависимость КСВ от частоты, полученная в итоге настройки для диапазонов 21 и 28 МГц, а на рис.4 и 5 - диаграммы направленности, полученные в соответствии с расчетами для оптимальных вариантов J-антенны по программе MMANA.

Необходимо отметить, что хорошей работе антенны, вероятно, способствовал и тот факт, что вблизи на значительном расстоянии не было никаких более высоких посторонних предметов, т.к. иногда ее хорошая работа даже удивляла тем, что дальние корреспонденты давали более высокие оценки сигнала по сравнению со станциями, работающими недалеко от нашего населенного пункта и использующими направленные антенны и более мощные передатчики.

Подобную конструкцию, по нашему мнению, можно предложить и для других высокочастотных KB диапазонов, пересчитав антенну. Вероятно, к ней можно добавить верхнее звено, рассчитанное для работы на 144МГц. Примеры подобных комбинированных J-антенн в практике имеются.

За время использования антенны на трансивере мощностью не более 100 Вт удалось провести большое количество дальних радиосвязей. Это подтвердило, что она не только эффективно работает при передаче, но и обеспечивает хороший дальний прием с низким уровнем помех. Конструкция оказалась прочной и надежной - антенна простояла уже более 5 лет и, несмотря на очень сложные, резко меняющиеся метеоусловия в нашем регионе, хорошо выдержала все испытания.

Эта антенна давно и вполне заслуженно пользуется популярностью у радиолюбителей. Конструкция её проста, она легко настраивается и согласуется с фидером с любым волновым сопротивлением. Однако большие размеры (общая длина равна 0,75λ) затрудняют её использование на КВ-диапазонах. Зато в УКВ-диапазонах она применяется достаточно часто.

Рис. 1. Эскиз конструкции антенны

Антенна (рис. 1) представляет собой вибратор длиной λ/2, запитанный с конца через согласующее устройство, выполненное в виде четвертьволновой открытой линии, замкнутой на нижнем конце. Высокое входное сопротивление полуволнового вибратора при питании с конца (несколько килоом) легко трансформируется к волновому сопротивлению кабеля выбором оптимального расстояния от точек питания (Х1, Х2) до замкнутого конца линии. Использование в качестве трансформатора открытой линии обеспечивает малые потери при больших коэффициентах трансформации. Усиление J-антенны - +0,25 дБд, оно несколько превосходит усиление диполя (за счёт двухпроводной линии).

Вертикальная J-антенна из-за неполной симметрии имеет небольшое излучение с горизонтальной поляризацией (рис. 2).

Рис. 2. Параметры и диаграмма направленности

Модифицируем J-антенну, отогнув четвертьволновую линию на 90 градусов (рис. 3). Немного уточнив размеры, нетрудно получить хорошее согласование и усиление 0 дБд. Однако у этого варианта антенны уже заметная часть излучения имеет горизонтальную поляризацию. Его вызывает синфазный ток в двухпроводной линии, играющего в J-антенне роль противовеса (токоприёмника).

Рис. 3. Модифицированная конструкция антенны

Добавим ещё один полуволновый вибратор, подключив его к свободному концу двухпроводной линии (рис. 4). Получаем полностью симметричную конструкцию в вертикальной плоскости. Синфазный ток в двухпроводной линии отсутствует, как, впрочем, и излучение с горизонтальной поляризацией. Этот вариант - коллинеарная антенна из двух полуволновых вибраторов с питанием через четвертьволновую замкнутую на конце линию.

Рис. 4. Модифицированная конструкция антенны

Такая антенна описана SM0VPO на его сайте в статье "6 dB collinear VHF antenna by Harry Lythall - SM0VPO". Её усиление (около 2,4 дБд) получено за счёт сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости. В горизонтальной плоскости диаграмма излучения круговая. Антенна конструктивно очень проста и может изготавливаться из одного отрезка алюминиевого прутка или трубки. Для сохранения симметрии антенны кабель питания желательно подключать через симметрирующий трансформатор. SM0VPO использует симметрирующий трансформатор в виде U-колена. Можно ограничиться и несколькими ферритовыми кольцами, надетыми на кабель вблизи точки питания антенны.

Назовём эту конструкцию для краткости Super-J антенной. А какая возможна её дальнейшая модификация?

Рис. 5. Модифицированная конструкция антенны

Добавив в конструкцию рефлекторы, получим двухэлементную Super-J антенну (рис. 5). Это уже направленная коллинеарная антенна с усилением +5,8 дБд. А если добавить директоры, получаем трёхэлементную Super-J антенну (рис. 6) с усилением +8 дБд (рис. 7). Попытка добавить второй директор даёт прибавку в усилении всего 0,8 дБ, но заметно увеличивает длину антенны...

Рис. 6. Модифицированная конструкция антенны

Рис. 7. Параметры и диаграмма направленности

В чём преимущество этих антенн перед многоэлементными Yagi?

При равной площади коэффициенты усиления у них примерно равны, но преимущества Super-J антенн - малая длина бумов, связанный с этим малый радиус поворота и удобство согласования. К недостаткам можно отнести необходимость использования диэлектрической мачты, хотя бы верхней её части.

На рис. 8 приведена фотография трёхэлементной Super-J антенны на диапазон 144 МГц, выполненной из алюминиевого прутка диаметром 8 мм.

Рис. 8. Трёхэлементная Super-J антенна на диапазон 144 МГц

Диэлектрическая мачта (например, стеклопластиковая) и изоляционная распорка расположены в промежутках между элементами. На рис. 9 они показаны более жирными линиями. Кабель питания лучше отводить горизонтально за рефлекторы и возвращать к мачте широкой петлёй, подальше от концов рефлектора. На этом участке (вблизи антенны) через каждые 0,5 м на кабель желательно надеть трубчатые ферритовые магнитопроводы (от кабелей питания мониторов).

Рис. 9. Конструкция антенны

Аналогичную трёхэлементной Super-J антенну можно изготовить и на диапазон 430 МГц. В таблице и на рис. 10 приведены необходимые конструктивные размеры для частот 145 и 435 МГц. Размеры элементов и расстояние между их осями указаны в сантиметрах (D - диаметр алюминиевых или медных проводников, из которых изготавливается антенна). Входное сопротивление в точке питания - 50 или 200 Ом. Если для симметрирования используется U-колено, оно трансформирует сопротивление фидера к 200 Ом, поэтому место подключения к двухпроводной линии будет несколько дальше от замкнутого конца. При этом размеры согласующего шлейфа немного изменяются (см. таблицу).

Рис. 10. Конструктивные размеры

Таблица

Размеры элементов, помеченных звёздочкой, уточняются при настройке.

Для удобства настройки согласующее устройство рекомендуется выполнять с двумя передвижными контактами (ползунами): один, замыкающий двухпроводную линию, используют для настройки в резонанс, второй, подключающий фидер, - для согласования на минимальный уровень КСВ. Это позволяет быстро настроить антенну, но после выбора положений ползунов нужно обязательно обеспечить надёжный контакт (пайкой или болтами). От сопротивления контакта исключительно сильно зависит КПД антенны. Нелишне помнить о недопустимости контакта медь-алюминий и защите контакта от влаги. Требования к сопротивлению контактов на разомкнутом конце J-колена, напротив, нестрогие, поскольку ток там минимален.

Первоначально антенна была изготовлена по рис. 4 на среднюю частоту 145 МГц из алюминиевого прутка диаметром 8 мм. Крепилась она к стеклопластиковой трубе диаметром 23 мм, используемой в качестве мачты. В качестве симметрирующего устройства использовалась ферритовая трубка, надетая на кабель вблизи точки питания антенны. Её испытания показали, что при расположении антенны на деревянном столе параллельно земле и при вертикальном её расположении настройки не совпадают. Поэтому настройку антенны необходимо проводить, установив её вертикально. Достаточно, чтобы расстояние от нижних концов вибраторов до земли было около 0,5 м. Передвигая замыкающую перемычку вдоль двухпроводного шлейфа и двигая точки подключения кабеля (эти подстройки взаимозависимы), довольно просто удалось согласовать антенну до КСВ

Затем к мачте и активным вибраторам были прикреплены бумы, также выполненные из алюминиевого прутка диаметром 8 мм, поскольку под рукой не имелось диэлектрических трубок необходимой жёсткости. В средней точке вибраторов напряжение близко к нулю, поэтому проводящий бум слабо влияет на характеристики антенны, что подтвердило предварительное моделирование.

На бумах были установлены рефлекторы и директоры, длины которых выполнялись по расчёту модели с помощью программы MMANA. Двухпроводная линия и бумы закреплены на мачте посредством пластин из винипласта толщиной 10 мми U-образных скоб. Элементы антенны крепятся к бумам с помощью дюралевых П-образныхскоб и болтов.

Пассивные элементы резко снизили входное сопротивление антенны. Однако слабо выраженный минимум КСВ был найден. Передвигая перемычку и сдвигая точки подключения кабеля, нашли положение, когда минимум КСВ соответствовал частоте 145 МГц и не превышал 1,2. Длины вибраторов не регулировались.

По сравнению с настройкой одноэлементной антенны настройка трёхэлементной антенны значительно более острая и критичная. Полоса по уровню КСВ

Работа антенны предварительно оценивалась в городских условиях (среди высоких зданий, полностью закрывавших горизонт) при расположении её оси над землёй на высоте всего 1,5 м. По сравнению с четвертьволновым автомобильным штырём она давала прирост сигнала на 2... 3 балла при связях на расстояниях 10...50 км. Направленность в горизонтальной плоскости была ярко выражена. Общее впечатление - антенна работает. Более аккуратные оценки работы Super-J антенны были сделаны на открытой местности в дачных условиях при подъёме антенны на мачту высотой 7 м. Её работа сравнивалась с работой четырёхэлементной антенны "квадрат" с вертикальной поляризацией. Антенны устанавливались попеременно на одной и той же стеклопластиковой мачте в одном и том же месте. Использовались один и тот же кабель в качестве фидера и один и тот же трансивер. Оценивалась работа по открытию и слышимости репитеров, расположенных на расстояниях от 30 до 100 км и оценкам корреспондентов при проведении QSO в прямом канале на расстояниях до 70 км.

В большинстве случаев оценки были очень близкими. Если слышали "квадрат", также слышали и Super-J. Четырёхэлементный "квадрат" имел более узкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, поэтому его приходилось более точно направлять на корреспондента для получения максимальной оценки, Super-J почти не поворачивали. Общее впечатление - антенны имеют примерно равные усиления и хорошее подавление заднего лепестка. Испытуемая антенна в два раза легче "квадратов" и имеет существенно меньшие момент вращения и парусность.

В. Марков
Радиохобби 6/2003

КВ антенны

J-антенна, ее схема и конструкция описаны неоднократно в печати. Эта антенна в основном применяется на УКВ диапазонах и на высокочастотных КВ-диапазонах. Если выполнить согласующий четвертьволновый шлейф из коаксиального кабеля с учетом его коэффициента укорочения, то ее можно применять и на длинноволновых KB диапазонах. Схема такой антенны, размещенной горизонтально, показана на рис. 1.

Для крепления кабеля, провода и растяжек применяются планочки из изоляционного материала, например из текстолита, толщиной 2-3 мм (рис.2).
Место подключения кабеля питания находится на 1/8 части (А-Б на рис. 1) согласующего кабеля (шлейфа), считая от закороченного конца, для 50-омного кабеля и на 1/7 части - для 75-омного. Причем согласующий шлейф и кабель питания одного типа. В точке В оплетка на конце кабеля на расстоянии 1 см завернута на внешнюю изоляцию кабеля и обмотана ПВХ изолентой. Длина излучателя L антенны сначала рассчитывается для нужного диапазона, а затем уточняется при настройке с помощью ГИРа (GRID-DIP-METER).

После изготовления антенны все пайки и открытые части оплетки обмазываются пластилином или герметиком. В таблице даны размеры антенны для всех KB диапазонов (длина шлейфа дана для кабеля с полиэтиленовой изоляцией). Полотно антенны и согласующий шлейф должны быть на одной прямой.

Полотно антенны изготавливают из двойного медного провода 01 мм в общей изоляции типа «лапша» с расстоянием между проводами 2-3 мм. Оба провода на конце зачищают на расстоянии 1 см, скручивают и спаивают вместе, а затем подпаивают к «звездочке». После этого «лапшу» обматывают вокруг удочки, не допуская ее перекручивания.

Для антенны на 20 метровый диапазон сначала наматывают провод с шагом 2 см на расстоянии 180 см, затем с шагом 4 см на расстоянии 80 см, затем с шагом 10 см - 60 см, а потом провод длиной 240 см просто располагают вдоль удочки. При намотке через каждые 50 см провод укрепляют ПВХ изолентой.

Затем удочку с намотанным излучателем ставят вертикально на землю (крышу дома), подсоединяют ГИР к спаянным вместе так же как и возле «звездочки» концам «лапши» и измеряют fPE3.

Если резонанс ниже по частоте - укорачивают провод, если выше - удлиняют, добиваясь fPE3=14100...14120 кГц. После подъема антенны на рабочую высоту резонанс практически не «уходит». Таким образом, на удочку длиной 5 м намотан провод с электрической длиной Х/2 и реализована антенна в виде укороченного полуволнового диполя.

Теперь подсоединяют к полотну антенны согласующий кабель по размерам из таблицы с отводом для подключения кабеля питания. Удочка крепится к мачте на расстоянии 20...30 см от конца и не требует растяжек. КСВ у антенны был по 1,1...1,2 на 14000 и 14350 кГц, а на 14120 - 1,05.

Достоинства J-антенны: широкополосность, простота конструктивного исполнения, не требует противовесов.

Недостаток -однодиапазонность.

Для радиолюбителей, имеющих LW с длиной 81-84 м, можно рекомендовать согласовывать ее с помощью коаксиальных шлейфов с размерами, взятыми из таблицы. Но перед этим следует убедиться с помощью ГИРа или измерителя импеданса, что LW имеет на необходимых диапазонах максимальное входное сопротивление, т.е. ее электрическая длина кратна Х/2.

Радиолюбители широко используют для работы на УКВ полуволновую антенну с резонаторным питанием. Согласование высокого входного сопротивления полуволнового излучателя с относительно низким волновым сопротивлением коаксиального кабеля осуществляется с помощью четвертьволнового резонатора. Резонатор имеет высокое выходное сопротивление на своем конце, которое зависит от конструкции резонатора, и нагрузки на его конце. Вдоль резонатора сопротивление уменьшается по синусоидальному закону, от максимального на его конце, до нуля на дне резонатора. Это позволяет использовать для питания полуволновой антенны, подключенной к концу четвертьволнового резонатора коаксиальный кабель любого волнового сопротивления.

Четвертьволновый резонатор, обеспечивающий согласование полуволновой антенны с коаксиальным кабелем часто выполняется из двухпроводной линии. Такое построение упрощает конструкцию антенны и облегчает ее наладку. Полуволновая антенна с резонаторным питанием по своему виду напоминает латинскую букву «J». Вследствие этого в различной радиолюбительской литературе эту антенну часто называют «J-антенна».

Необходимо отметить, что «J» антенна появилась в мире в середине двадцатых годов двадцатого века. Первоначально она использовалась для работы на коротких волнах. Примерно до 50 годов, J-антенна еще использовалась в профессиональной радиосвязи. В наше время эта антенна используется только радиолюбителями. Радиолюбители разработали множество различных конструкций «J» антенны, которые могут быть использованы как для полевой работы, так и для стационарных антенн. В этой главе мы рассмотрим наиболее используемые радиолюбителями «J» антенны.

Простая J-антенна

Простая J-антенна с непосредственным подключением коаксиального кабеля к четвертьволновому резонатору показана на рис. 1. Как известно, классическая J - антенна имеет длину излучающей части "А" равную L/2. Эта часть, представляет собой полуволновой вибратор. Входное сопротивление полуволнового вибратора с любого его конца высокое, и в зависимости от практической конструкции излучателя, может составить около тысячи ом в диапазоне 145 МГц. Для питания J-антенны используют подключение коаксиального кабеля к части четвертьволнового резонатора "В".

Рисунок 1. J-антенна с непосредственным подключением коаксиального кабеля к четвертьволновому резонатору

Это наиболее распространенный способ питания J-антенны. Он часто используется при построении стационарных J-антенн выполненных из толстого провода. На конце коаксиального кабеля должен быть установлен высокочастотный дроссель. Это необходимо для предотвращения излучения оплетки коаксиального кабеля, и для устранения влияния оплетки коаксиального кабеля на работу четвертьволнового резонатора.. Высокочастотный дроссель для диапазона 145 МГц может быть выполнен в виде катушки из коаксиального кабеля, содержащей 10 -15 витков, намотанных на каркасе диаметром 20-50 мм, как показано на рис. 2. В настоящее время радиолюбители предпочитают использовать в качестве высокочастотного дросселя 10-20 ферритовых колец, надетых на коаксиальный кабель в месте питания J-антенны, как это показано на рис. 3. Магнитная проницаемость этих ферритовых колец некритична.

Рисунок 2. Простой ВЧ - дроссель

Рисунок 3. ВЧ - дроссель на основе ферритовых колец

Подключение коаксиального кабеля к антенне во время настройки можно довольно просто произвести с помощью “крокодилов” , как это показано на рис. 4, и найти оптимальные точки подключения коаксиального кабеля.

Рисунок 4. Определение точек подключения коаксиального кабеля

Но на самом деле не все так просто! Радиолюбители, которые выполняли J - антенны, знают, сколько труда и времени требует определение точки подключения коаксиального кабеля к резонатору. Кажется, что антенна уже настроена, и сдвиг точки подключения кабеля должен привести к улучшению КСВ антенны, а на практике происходит обратное!

Подключение коаксиального кабеля к четвертьволновому резонатору расстраивает последний относительно его первоначальной или расчетной частоты настройки. Это уменьшает эффективность работы "J"-антенны, приводит к увеличению КСВ в фидере питания. Для устранения этого явления необходимо проводить подстройку четвертьволнового резонатора в резонанс на окончательном этапе настройки антенны. На практике это вызывает определенные затруднения. В итоге, часто J –антенна имеет КСВ в фидере питания в пределах 1,5:1, хотя, при тщательной настройке этой антенной системы, реально достижим КСВ в фидере питания антенны 1,1:1.

На конце J - антенны, даже при мощности радиостанции 0,5 ватта, будет высокое напряжение, достаточное, чтобы вызвать ожог, поэтому необходимо принять меры по предотвращению случайного касания к концу антенны. Можно использовать J - антенны длиной кратной L/2, L, 1,5L, 2L. При экспериментальной проверке оказалось, что применение антенны длиной? увеличивает силу сигнала по сравнению с полуволновой J-антенной на 1,5 дБ, а при использовании антенны длиной 1,5L сила сигнала выросла чуть более 2 дБ по сравнению с полуволновой антенной. В табл. 1 приведены длины вибратора для выполнения J- антенны длиной L/2, L, 1,5L, 2L.

Таблица 1. Длины вибратора J - антенны длиной L/2, L, 1,5L, 2L

J - антенна может работать на третьей гармонике, т.е. антенна, настроенная для работы в диапазоне 145 МГц будет работать на диапазоне 430 МГц. Это делает ее незаменимой при работе «cross band», например, через репитеры или радиолюбительский спутник.

Направленная J-антенна

На основе J-антенн можно строить направленные антенны. В этом случае рефлектор и директор размещают около J-антенны, как это показано на рис. 5 на традиционном для них расстоянии. В зависимости от длины полотна активной части J - антенны можно использовать полуволновые или волновые рефлектор и директор. Определение точек питания четвертьволнового резонатора для направленной J-антенны аналогично как для простой J-антенны. На конце коаксиального кабеля необходимо использовать высокочастотный дроссель.

Полевая J-антенна с комбинированным питанием

При использовании переносной радиостанции из удаленных мест, той укороченной антенны, которая идет в комплекте с радиостанцией, часто недостаточно эффективной для работы. В этом случае совместно с радиостанцией будет успешно работать полуволновая антенна, которая не требует «земли» для своей работы и имеет усиление значительнее большее (до 10 дБ) по сравнению с короткой «резинкой». Полевая антенна, используемая совместно с переносной УКВ радиостанцией, должна легко устанавливаться, легко переноситься, не требовать дополнительной настройки в полевых условиях работы.

Такая J - антенна может быть выполнена из пластикового ленточного кабеля волновым сопротивлением 450 Ом. «Земля» четвертьволнового резонатора припаяна к «земле» антенного разъема. Подключение выхода передатчика сопротивлением 50 Ом к четвертьволновому резонатору выполнено на расстоянии 67 мм от «земли» разъема. Нерабочая жила из ленточного кабеля вытаскивается, в вершине кабеля делается отверстие, через которое привязывается леска. С помощью этой лески антенна может быть растянута в пространстве, подвешена к ветке, к карнизу и т.д. Схема переносной J - антенны из ленточного кабеля показана на рис. 6. При переноске J - антенна может быть свернута, и просто спрятана в карман.

Рисунок 6. Переносная J - антенна из ленточного кабеля

J -антенна при изготовлении ее точно по размерам не требует наладки, и эффективно работает в УКВ диапазоне 145 МГц с низким КСВ. J - антенну возможно подключать к трансиверу через коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом. Связь выхода передатчика с четвертьволновым резонатором в этой антенне комбинированная. Она осуществляется как через магнитное поле петли, так и через подключение к части резонатора.

При ее практическом выполнении антенны желательно использовать двухпроводную ленточную линию волновым сопротивлением 450 Ом. При использовании линии с другим волновым сопротивлением возможно придется изменить точку подключения петли связи к четвертьволновому резонатору. В настоящее время в специализированных магазинах можно приобрести двухпроводные линии передачи с любым стандартным волновым сопротивлением.

Для изготовления J -антенны можно использовать самодельную открытую линию. В этом случае соотношение между расстоянием относительно ее проводником и диаметром проводов, составляющих линию должно быть равно 20 (рис. 7). При использовании самодельной открытой линии без пластиковой изоляции длина четвертьволнового резонатора должна составлять 48 см.

Рисунок 7. Двухпроводная линия передачи

Следует отметить, когда J -антенна выполняется из двухпроводной линии передачи в пластиковой изоляции, то четвертьволновый резонатор должен иметь длину L/4 с учетом коэффициента укорочения в линии, а вибратор должен иметь L/2 (L и т.д.) в свободном пространстве. Недопустимо оставлять вторую жилу кабеля свободной около основного полотна антенны, ее всегда необходимо удалять. В противном случае эффективность работы антенны уменьшится. Возможно параллельное соединение проводников линии J-антенны для выполнения вибратора как это показано на рис. 8. В этом случае полоса пропускания антенны немного расширится. Это упростит настройку антенны.

Рисунок 8. Параллельное соединение проводников линии J-антенны

J-антенна на основе ленточного кабеля является одной из самых простых в выполнении и эксплуатации. Эта антенна позволят работать радиолюбителям из альтернативного QTH, при использовании переносных радиостанций.

Ленточные J - антенны

Мной была выполнена экспериментальная J -антенна из алюминиевой фольги используемой для пищевых продуктов. Эта антенна показала себя эффективной в работе и несложной в настройке. Это позволяет рекомендовать к повторению конструкцию ленточной J – антенны. Описанию ленточной J – антенны будет посвящен следующий параграф.

Ленточная J -антенна была выполнена по размерам, приведенным на рис. 9. На широкую фольгу, предназначенную для приготовления пищи, заранее была наклеена липкая лента типа “Скотч”. Затем при помощи ножниц была вырезана антенна в соответствии с размерами, показанными на рис. 9. После этого полотно антенны было еще раз укреплено лентой типа “Скотч”.

Рисунок 9. Ленточная J - антенна

Секция “А” этой антенны, длиной равной 1 метр, представляет собой излучатель антенны. Четвертьволновой резонатор, выполненный на секции "В", изначально был взят с резонансной частотой немного большей необходимой. Это было сделано для того, чтобы впоследствии была возможность осуществить его настройку с помощью емкостной пластины. Часть "С", длиной равной 1 метр, представляет собой "землю" ленточной J - антенны. Хотя, теоретически, J - антенна вполне может работать без части "С", следовательно, без "земли", но ее наличие улучшает работу антенны. Изменение длины части "С" в процессе настройки позволяет в небольших пределах регулировать значение КСВ и в конечном итоге достигнуть малого значения КСВ в фидере питания антенны.

Как известно, для точного выполнения частей антенны “А”, “В”, “С”, необходимо знать их коэффициент укорочения. Во всех книгах по антеннам, которые были у меня, коэффициент укорочения проводников антенны был приведен только для цилиндрического проводника. Ленточная антенна является плоской антенной, поэтому к ней неприменим коэффициент укорочения для цилиндрических антенн. Также зависит коэффициент укорочения проводников антенны от места расположения антенны, от влияния на нее посторонних проводящих предметов. Мной был принят коэффициент укорочения ленточной антенны первоначально равный 1. Поскольку ленточная антенна располагается в легко доступном месте, ее подстройка осуществляется очень просто, обрезанием части фольги вибратора. Следовательно, нет необходимости выполнять антенну точной длины с учетом коэффициента укорочения.

При определении точек питания ленточной J – антенны я сначала пытался идти традиционным путем ее настройки, подключая коаксиальный кабель к четвертьволновому резонатору с помощью широких "крокодилов". Но через некоторое время экспериментов четвертьволновой резонатор антенны был окончательно испорчен "крокодилами", которые действительно "покусали" фольгу. Стоит в связи с этим заметить, что большие проблемы составляет и пайка алюминиевой фольги, которая понадобилась бы впоследствии для подключения коаксиального кабеля к четвертьволновому резонатору.

Через некоторое время я оставил попытки непосредственного подключения коаксиального кабеля к резонатору и решил применить индуктивную связь коаксиального кабеля с резонатором. Действительно, во многих частотно - разделительных УКВ - фильтрах резонаторного типа, установленных в промышленных УКВ – ретрансляторах, используется индуктивная связь с резонаторами. Почему бы и для ленточной J -антенны не применить ее!

Мной был проведен ряд экспериментов по нахождению оптимальных размеров петли связи коаксиального кабеля с четвертьволновым резонатором. Описание их проведения заняло бы большой объем, поэтому я привожу на рис. 10 готовую конструкцию петли связи. На коаксиальный кабель были надеты 10 ферритовых колец, которые представляли собой высокочастотный дроссель. Этот дроссель препятствует изучению оплетки коаксиального кабеля. На практике это снижает КСВ в фидере антенны и облегчает согласование петли связи с четвертьволновым резонатором. Петля связи была закреплена внизу четвертьволнового согласующего резонатора, как показано на рис. 11.

Рисунок 10. Петля связи ленточной J – антенны

Рисунок 11. Расположение петли связи ленточной J - антенны

J - антенна из фольги, выполненная согласно рис. 9, была наклеена на стену комнаты. Первоначальная настройка антенны заключается в определении длины излучающего вибратора (часть антенны “А”). Для этого измеряя КСВ в фидере антенны в месте подключения коаксиального кабеля к передатчику, и постепенно укорачивая вибратор антенны, добиваются минимального значения КСВ на частоте 145 МГц. Вибратор можно понемногу обрезать сверху острой бритвой, можно просто скатывать его верхний конец в рулон, как это показано на рис. 12. С помощью укорочения вибратора (часть антенны “А”) достигают первоначального минимума КСВ фидере антенны. Этот минимум КСВ может находиться лежать в пределах 2-3. Не нужно бояться этого высокого значения КСВ, нам необходимо достигнуть только его минимума.

Рисунок 12. Укорочение вибратора скатыванием

Следующий этап настройки антенны - подстройка четвертьволнового резонатора в резонанс на частоту 145 МГц. С помощью кусочка фольги, наклеенного на скотч, как производят подстройку резонатора. Фольга играет роль настроечного конденсатора резонатора. Чем ближе к вибратору антенны этот кусочек фольги, тем большую емкость он вносит в резонатор, и тем ниже его частота настройки. Чем ближе к дну резонатора кусочек фольги, тем меньшую емкость он вносит в четвертьволновый резонатор, и тем выше его частота настройки. Реально, с помощью этого кусочка фольги можно менять частоту настройки резонатора в относительно широких пределах. На рис. 13 показан процесс настройки четвертьволнового резонатора.

Рисунок 13. Процесс настройки четвертьволнового резонатора

Перемещением фольги вдоль резонатора, добиваются минимума значения КСВ в фидере антенны. Это довольно легкая подстройка антенны, она не вызывает затруднений. Кусочек фольги двигают с помощью длинной диэлектрической палки, на которую он первоначально прикреплен. Найдя точку положения настроечного кусочка фольги на резонаторе соответствующему минимальному значению КСВ в фидере, с помощью скотча приклеивают этот кусочек фольги на этом месте резонатора.

С помощью настройки четвертьволнового резонатора в резонанс, легко удается достигнуть снижения КСВ в фидере антенны от первоначального значения 2-3 до значения, лежащего в пределах 1,5. Затем, небольшим изгибанием уголков фольги, как показано на рис. 14, дальнейшим небольшим изменением длины вибратора антенны, и, изменением длины земляного вибратора "С", достигают дальнейшего снижения КСВ. В зависимости от желания и упорства радиолюбителя, легко можно достигнуть значения КСВ в фидере лежащем пределах 1,2:1. Может, для снижения КСВ придется немного изменить положение петли связи коаксиального кабеля с четвертьволновым резонатором, или немного изменить ее размеры. Но это возможно лишь в том случае, если есть желание достигнуть значения КСВ в кабеле практически близкого к 1:1.

Рисунок 14. Подстройка четвертьволнового резонатора

После полной настройки антенны, длина части "А" была равна 85 см, длина части "С" была равна 87 см. Настроечный кусочек фольги располагался на расстоянии 23 см от дна четвертьволнового резонатора. КСВ антенны был 1,2:1, полоса работы антенны при увеличении КСВ до 1,6:1 составляла от 142 МГц до 146 МГц. Антенна обеспечивала превосходную работу, большую дальность связи по сравнению со штатной антенной УКВ радиостанции.

Ленточная антенна может быть заклеена обоями, в этом случае она будет полностью невидима постороннему наблюдателю. Для работы совместно с этой антенны петлю связи можно располагать в заранее обозначенном месте.

Антенна из фольги может располагаться на чердаке. Она там может быть просто подвешена за верхний конец вибратора. Антенна может быть использована и для работы в полевых условиях. В этом случае коаксиальный кабель может проходить вдоль "земляного" вибратора. Если фольга антенны с обоих сторон будет обклеена скотчем, то антенна будет представлять собой механически прочную, защищенную от погодных воздействий, конструкцию. В этом случае антенну можно использовать и под воздействием атмосферных условий. В этой конструкции J -антенны мной был использован коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом.