Прості ефективні антени для далеких зв'язків

Вибір конструкції антени - зазвичай важка проблема для кожного короткохвильника, особливо якщо в його планах — робота з далекими станціями та участь у престижних міжнародних змаганнях. У цьому випадку перевага, як правило, віддається багатоелементним обертовим антенам або системам антен з перемикаємим напрямком основного випромінювання. Однак далеко не всі радіоаматори мають реальну можливість спорудити таку антену навіть на один діапазон.

Звичайно, не кожен здатний виготовити або придбати дефіцитні поворотні пристрої, щогли або ферми, велику кількість конструктивних матеріалів. До того ж, досить часто "антенне поле" радіоаматорської станції обмежене всього кількома квадратними метрами даху.

Не випадково багато радіоспортсменів, особливо початківців, обережно підключаються до участі в змаганнях, пояснюючи це, зазвичай, відсутністю у них складних антен.

У зв'язку з вище сказаним, автор цих рядків хотів би познайомити читачів з результатами багаторічних експериментів, проведених колективом UZ3QBM з простішими типами антен і їх використанням у спортивній і повсякденній О Х-роботі.

Ми повністю згодні з майстром спорту В. Узуном (UB5MCI), який у своїй статті "Як стати чемпіоном" (Радіо, 1979, № 3 та № 4) писав: "...Відсутність на радіостанції багатоелементних обертових антен зовсім не повинно служити приводом для відмови від участі в змаганнях".

Дійсно, маючи навіть прості, але якісно виконані та добре налаштовані антени, чітко представляючи їх властивості, об'єктивно оцінюючи можливості апаратури та правильно вибравши тактику на майбутні змагання, безумовно, можна досягти непоганих результатів. Вони, безсумнівно, будуть зростати в міру накопичення досвіду та вдосконалення всього комплексу спортивної техніки.

Припустимо, однак, що ваш досвід і технічні можливості обмежені. Що ж, тоді виходом з положення може стати спорудження вертикальних штырьових антен. Їх конструкції при довжині випромінювача, що дорівнює чверті довжини хвилі, детально описані в літературі.

З збільшенням розміру більше половини довжини хвилі в діаграмі спрямованості у вертикальній площині з'являються пелюстки, спрямовані під дуже малими кутами до поверхні Землі. При штыре довжиною 5l/8 випромінювання під малими кутами досягає максимуму. Саме цю властивість було вирішено використовувати в створюваних нами антенах на високочастотні любительські КВ діапазони.

Система виглядає наступним чином. Випромінювач довжиною 5l/8 електрично подовжений послідовно включеною індуктивністю до 3l/4, а радіальні проводники (противаги) мають довжину l/4. Таким чином, з випромінювача, індуктивності та противагів утворився, як би, хвильовий диполь. Зміна резонансної частоти та узгодження з лінією живлення досягається в першу чергу індуктивністю, яка є критичним елементом всієї системи.

У таблиці наведені розміри подібних антен на діапазони 14, 21 та 28 МГц.

У всіх варіантах випромінювач встановлений на ізоляторі та виконаний з зменшенням діаметра в верхній частині. Для 10-метрового діапазону він складається з двох частин, а для 15 і 20-метрових відповідно з трьох і чотирьох дюралюмінієвих труб, закріплених необхідною кількістю розтяжок. Противаги виготовлені з антенного канатика і з'єднані між собою в точці між штырем і його основою (півтораметровою трубою), ізольованою від них. Під кутом в межах 95... 105° до випромінювача противаги спускаються до даху. Антенни живлять по коаксіальному кабелю з хвильовим опором 75 Ом довільної довжини.

Кілька технологічних порад щодо виготовлення котушок індуктивності. Оскільки котушки знаходяться в пучності струму, їх необхідно робити з таким розрахунком, щоб вони зберігали свої геометричні розміри при зміні сигналу.

В антенах на діапазони 21 та 28 МГц котушки виконані на каркасах з ізоляційного матеріалу, на яких є канавка з заданим кроком.

Для антени на 14 МГц котушка безкаркасна. Вона намотана мідною трубкою діаметром 4 мм на оправці діаметром 35 мм. Після видалення оправки на витки котушки навинчують три пластини з органічного скла розмірами 5Х12Х100 мм з просвердленими в них з потрібним кроком отворами діаметром 4,2 мм.

Ці своєрідні "ребра жорсткості" розташовують під кутом 120° одне до одного.

Налаштування антен зводилася до визначення резонансної частоти і, якщо потрібно, її корекції зміною індуктивності котушки. При цій операції досягали мінімуму КСВ на вибраній частоті.

Добре налаштовані антени мають широкий діапазон пропускання, стійкі до кліматичних змін і підстилаючої поверхні характеристиками. Вимірювання показали, що КСВ на діапазоні 14 МГц не перевищував 1,4, на 21 МГц — 1,5. на 28 МГц — 1,8 (рис. 1). Мінімальні значення на резонансних частотах відповідно дорівнювали 1; 1,02 і 1.08.

Якість роботи штырьових антен оцінювалося методом статистики в порівнянні з різними простими антенами для відповідних діапазонів. Було проведено більше тисячі оцінкових порівнянь при зв'язках з кореспондентами, розташованими від кількох сотень до кількох тисяч кілометрів.

Найбільш цікавими є дані щодо четвертьхвильового штыря. При відстані до 2000 км виготовлені антени "програвали" йому по шкалі S до 1,5 бала.

Це відбувається через те, що хоча в їх діаграмах спрямованості у вертикальній площині є пелюстки під кутом близько 30°, але інтенсивність випромінювання в цьому напрямку менша, ніж у традиційних GP. У міру збільшення відстані до кореспондента починає проявлятися перевага випромінювання під малими кутами до горизонту і при видаленні на 4000...5000 км штырь довжиною 5l/8 "виграє" в середньому 1 бал. На протяжних траси, до 10000...12000 км, рівень сигналу як на прийом, так і на передачу зростає на 1,5...2 бала. Найбільш помітно перевага створеної антени при зв'язках по так званому "довгому шляху" і на трасах, що проходять через полярні шапки.

Таким чином, незважаючи на простоту конструкції та малі матеріальні витрати, подібні системи показують хороші результати в радіоаматорській практиці. Безглуздо оспорювати переваги багатоелементних антен, однак роки експлуатації штырьових антен свідчать про те, що вони дозволяють досить успішно займатися як спортивною, так і DX-роботою в ефірі.

При зовнішній простоті ці антени займають певний простір, яке дуже часто буває обмеженим.

Цілком природно бажання якось підвищити коефіцієнт їх використання. Однак пошуки якихось компромісних рішень можуть звести нанівець всі позитивні властивості.

Несумнівно, що будь-яку з запропонованих вище однодіапазонних антен можна узгодити на всіх любительських діапазонах, але така задача не ставилася, оскільки на всіх діапазонах не виходить оптимальний результат. Тому були опробовані двохдіапазонні варіанти, ідея яких полягала в з'єднанні четвертьхвильової GP для більш низькочастотного діапазону та штыря довжиною 5l/8 для високочастотного. Так випромінювач довжиною 5l/8 на діапазон 28 МГц використовувався як подовжений четвертьхвильовий штырь на 14 МГц, для чого загальна кількість противаг збільшено вдвічі, причому половина з них має довжину 2,62 м, а інші — 5,3 м. В основі з'явився комутуючий елемент — реле, яке на 20-метровому діапазоні підключає центральну жилу фідера до конденсатора змінної ємності (100 пф), а на 10-метровому — до попередньої котушки індуктивності. Конструктивно конденсатор являє собою відрізок коаксіального кабелю. Реле — РМУГ, контакти якого захищені від вологи.

По такій же схемі виконана антена на діапазони 7 та 14 МГц. Однак, тут довелося трохи зменшити довжину вертикальної частини до 12,55 м, щоб ємність конденсатора, включеного на 40-метровому діапазоні, не була занадто маленькою, як у випадку з випромінювачем довжиною 13,2 м. У фінальному варіанті вона дорівнювала 180 пф. Загальна кількість противаг — вісім, чотири довжиною 5,3 м розташовані рівномірно по колу, ще чотири довжиною 10,8 м натягнуті з урахуванням форми будівлі. В іншому конструктивні особливості обох двохдіапазонних антен такі ж, як і в описаних вище варіантах.

Поява перемикаючих елементів особливих труднощів викликати не повинно. Для живлення реле використовується обплітка кабелю та додатковий провід. Принципово можливо подавати живлення і по центральній жилі, "розв'язавши" високочастотну і постійну складові. На рис. 2 показано залежність КСВ від частоти.

Всі антени, про які йшлося в статті, протягом кількох років експлуатувалися і на колективній радіостанції, і на радіостанції автора. Їх неодноразово повторювали радіоаматори. Антени виявилися досить технологічними, показали стійкість своїх параметрів.

Радіо №12 1991р.