В.Я. Кирсей, uy0ua, г. Киев

В авторской публикации [1] показано, что есть все основания считать антенну болгарского радиолюбителя LZ2ZK «Двойная базука» (далее – базука-LZ)   разновидностью дипольного шунтового вибратора Г.З. Айзенберга [2]. Подобное  мнение высказывалось польскими радиолюбителями относительно антенны «одинарная базука» в интернете, о чем автору стало известно позже.

Передающие КВ антенны классического шунтового типа находят ограниченное применение ([7-9]) в любительской радиосвязи (чаще – в ранге «неопознанных») из-за недоразумений и трудностей технологического исполнения, несмотря на их положительные качества – широкополосность, ограниченное влияние внешнего окружения и независимость от статики. Эти положительные свойства присущи шунтовым вибраторным антеннам (ШВА) изначально, ибо электрический шунт является разновидностью байпаса (англ. bypass — обход), ослабляющего влияние изменений и возможного разрушения объекта обхода вследствие воздействия неблагоприятных факторов.  Изложение физики работы базуки приведено в [1] и здесь не дублируется. Коаксиально-кабельное исполнение   базуки-LZ привело к возврату внимания радиолюбителей к этой группе антенн и стало популярным при оснащении любительских радиостанций. Однако упомянутые трудности не преодолены до конца – конструкции базуки-LZ характерны известные недостатки, связанные с деформационным провесом, прогибом, парусностью, трудно устранимыми натяжением из-за ограниченной механической прочности и реальной массы в той или иной степени  пластичного коаксиального кабеля основного антенного полотна. Ситуация несколько улучшается для случая применения более прочного, но значительного по величине погонного веса военно-полевого (бронированного) кабеля, но он менее распространен. Привязка полотна к страховочному прочному стержню или тросу  (по схемам подвязки виноградной лозы, томатного куста, бельевой веревки, т.е. механического байпаса)  простоты не добавляет, осложняя установку и эксплуатацию антенны в реальных рабочих условиях, с чем приходится мириться.

Но нет худа без добра, и именно этот прием придания жесткости и прочности системе совмещением функций механического и электрического байпасов оказывается плодотворным при развитии идеи базуки–LZ, где уже используется принцип другого совмещения функций – излучателя и оболочки коаксиального неизлучающего шунта. В этом контексте подобные конструкции можно считать шунтовыми антеннами «двойного совмещения».

   

Под «одинарной» базукой-LZ будем понимать четвертьволновый, рис. 1, а под «двойной» (Double Bazooka)  - полуволновый дипольный, рис. 2, базовые варианты.ШВА. В американских источниках одинарная базука встречается под названием «однорукая» (One-Leg Bazooka) и трактуется шире в контексте «однорукавного» вибратора (российский аналог – антенна «Стрела», [1]). Типичные издержки накопления количества разрозненной информации, выливающиеся в полезный скачок качества понимания ее объекта. И еще, само название «базука» представляется крайне неудачным применительно к антенным конструкциям, тем более, что «стреляет» она не по оси «ствола»,  а под углом к нему. Но так уж сложилось, что для радиолюбительства, уважающего традиции, не ново. В нашем случае было бы правильным признать и уважать академический подход одного из пионеров ШВА профессора Г.З. Айзенберга и от названия «базука» по возможности освободиться.

   

Принцип двойного, электромеханического байпаса в антенной технике известен десятилетиями с момента применения шунтовой антенны на стационарных передающих центрах, рис. 3, 4. Рис. 3 иллюстрирует шунтовой вертикал коаксиального типа, рис. 4 – шунтовой горизонтальный слегка измененный «толстый» диполь Надененко. Первый совпадает по схеме с одинарной базукой-LZ, рис. 1, но не является кабельным вариантом, второй поясняет принцип совмещенного трубного байпаса без применения коаксиального исполнения. Плунжер-перемычка П на рис. 3 предназначен для настойки коаксиального шунта в резонанс подобно нахождению точки соединения отрезков l1, l2 на рис. 1, 2

В учебниках по антеннам [2, 3] уже стало традицией подчеркивать, что при трубном исполнении шунтов обеспечивается механическая прочность и удобство сооружения антенн возможностью заземления точки 7 (рис. 4), что чрезвычайно полезно для крепления к опорной мачте.

Вернемся к любительским антеннам, построение которых обычно осуществляется по менее сложным технологиям, и посмотрим на открывающиеся возможности рождения новых  и нового понимания уже известных антенных конструкций «двойного совмещения».

1. «Некабельная одинарная  базука».

Вертикальную ШВА рис. 3 очень просто повторить, опустив штырь 1 (стальная арматура, труба) в грунт и одев на него отрезки легких диэлектрической 2 и дюралевой 3 труб , рис. 5, (медного чулка-оплетки с еще одной защитной пластиковой внешней трубой-оболочкой 9 по принципу «чулочной» технологии [10]). Возможно «третье» совмещение штыря 1 со штырем заземления 4, что не исключает необходимость тройной, крестообразной или более разветвленной системы радиалов 5, ибо эта ШВА остается вертикальным четвертьволновым излучателем с соответствующими требованиями к противовесам.

Отрезок диэлектрической трубы 2 нужен для надежной изоляции внутреннего и внешнего элементов некабельного коаксиала. Замыкатель 6 стержня 1 и трубного отрезка 3 можно выполнить в виде проводящей заглушки, крышки со стопорными винтами. После настройке шунта в резонанс стержень фиксируется в грунте  бетонированием. Удлинитель 7 выполняется из доступных материалов. ВЧ-разъем 8 питания устанавливается и распаивается по схеме на металлической пластинке, зафиксированной на нижней части стержня 1 произвольным способом. К ней же подключаются проводники противовесов 5 с помощью болта (-ов). Стержень 1 полезно сделать пирамидально-ступенчатым с утолщением нижней и средней частей для прочности и повышения эффективности излучения.

Без обсуждения ясно, что некабельная четвертьволновая базука лишена отмеченных недостатков одинарной базуки-LZ, как жесткая механическая конструкция «рукотворного» коаксиала.

Следует предостеречь радиолюбителей от неверной трактовки антенны «Некабельная одинарная базука», как половинки петлевого вибратора Пистолькорса, что легко опровергается отсутствием излучения экранированного шунта и величиной входного сопротивления антенны (36-50 Ом против 120-150 Ом). Кстати, нарушение контакта в месте замыкателя 6 приводит к схеме вертикала с укорачивающей емкостью большой величины и резкой потере излучения из-за снижения действующей высоты антенны.

2).Шунтовая «Куликовка».

Знаменитая Куликовка содержит внутренний механический байпас - гибкий стальной натянутый трос, обеспечивающий и электрический контакт между «позвонками» благодаря натяжению. Ее нетрудно превратить в шунтовую конструкцию. Для этого следует заменить трос на аналогичный, но опрессованный полиэтиленом, а также первый (нижний) позвонок на диэлектрический (толстая изоляционная шайба), заложить монтажный лепесток и выполнить новый монтаж с ВЧ-разъемом, рис.6. В итоге получаем искомую одинарную базуку с электромеханическим байпасом – шунтом. Надобность в мощном нижнем керамическом изоляторе отпадает, но опасность электрического пробоя заставляет уделить особое внимание изоляции троса.

3). «Инвертированный дискон».

Если позволить себе вольность и ввести понятие «нецилиндрического коаксиала», что для кабельного исполнения выглядит супер экзотически, приходим к новым интересным решениям. В самом деле, соосная электрическая линия «стержень-оболочка» классического коаксиала и оба ее элемента не обязательно должны быть цилиндрическими, а иметь иные формы – конусную, пирамидальную, спиральную, фрактальную.

Вспомним антенны «дискон», «морковку, «удочку», … Схемы таких антенн легко трансформировать в схему некабельного коаксиала рис. 5, при этом ассоциация с гранатометом «базука» рискует быть утраченной навсегда (туда ей и дорога!). На рис. 7 показаны классический дискон (рис. 7,а) и его преобразованный вариант (рис.7, б) с инверсией питания.

Известный из антенной техники прием по замене сплошной поверхности группой проводов (веерных спиц) с успехом можно применить и к базукам.

Особо привлекательной обозначенная идея антенны «inv дискон» представляется в варианте мачта/ферма – оттяжки, где не требуется традиционная разбивка последних изоляторами и наличие опорного мачтового изолятора, рис.8. Тем самым конструкция освобождается от обременительных усложнений и дополнительных материальных затрат. Оттяжки, их группы/ярусы выполняются четвертьволнового размера и соединяются снизу через проводниковые кольца с питающим кабелем (кабелями на определенную диапазонную группу). Для ослабления резонанса на гармониках оттяжки, не используемые в качестве рабочих при радиосвязи, можно заземлять и снизу, а также применять дополнительные меры подавления паразитных излучений. Кстати, существенную разность по длине «скат – стержень» (гипотенуза и катет) можно ослабить поперечным шунтом/перемычкой П, рис. 8, как это сделано в базуке-LZ. Читатель понимает, что здесь открывается широкий простор для творческих импровизаций, прежде заблокированный каноном «изоляторных гирлянд».

Устремив угол «скат–ось» конуса (пирамиды) к 90 градусам, получаем вариации плоской  круговой полосковой (рамочной) шунтовой антенны, а при спиральном варианте – плоскую спиральную или круговую-окружность. Проводниковое исполнение скатов конуса приводит к разновидности антенного «спиц-колеса», рис. 9. Подобные конструкции известны [9] в изобилии, особенно, волновых рамочных и малогабаритных магнитных, а также кардиоидных антенн. Отличия имеются в способах питания и схемах подключения шунтов, которых тоже не мало, что хорошо известно

 Кстати, на базе изложенного четче проясняется физика работы и дискуссионной антенны DDRR, полемика вокруг которой не ослабевает.

4) «Морковка».

Еще с 1968 г. известна [4] и популярна среди радиолюбителей оригинальная антенна Ю. Матийченко, UW4HW, получившая жаргонное название «морковка» из-за ее конфигурации, рис. 10. Ее излучающая часть сформирована из двух встречных 6-проводных призматических пирамид, механически зафиксированных на центральном стержне-мачте. Автор пояснил такую форму излучателя приближением к экспоненциальному закону, что имеет свои преимущества. Однако с центральным стержнем возникли недоразумения, ибо часть радиолюбителей восприняла три его изолированные части за норму. В таком решении антенна интерпретируется обычным «толстым» четвертьволновым вертикальным излучателем. И только в 1981 г. Ю. Золотарев, UA6HKH, в публикации [5] дал понять, что центральный стержень должен быть проводящим с контактными соединениями вверху (с излучателем) и внизу (с землей) без каких-либо пояснений. Позже киевский радиолюбитель В. Марков, UY5AP, широко популяризировавший «морковку», пояснил ситуацию «устранением плохих контактов в сочленениях мачты», для чего ввел в схему «седьмой» осевой проводник [6].  Кстати, в названии «морковка» содержится элемент интриги – тот же LZ2ZK в одной из своих заметок утверждает, что наименование антенны происходит от фамилии Марков («марковка») и нигде не называет ее «одинарной базукой». Автору, хорошо знавшему  Вячеслава, UY5AP, как скромного человека и уважаемого радиолюбителя, такой «ономастики» (наука о наименованиях, названиях) от него слышать не приходилось.

Совершенно очевидно, что конструкции UA6HKH, UY5AP антенны «морковка» совпадают по схеме с рис. 3 и являются вариантом неопознанной «некабельной одинарной базуки», т.е. четвертьволновой ШВА. Из-за общей воздушной среды коэффициент укорочения для излучателя и шунта здесь одинаков, поэтому необходимость удлинителя l2, как атрибута конструкции, не обязательна. Длина излучателя зафиксирована углом излома, размерами всех составляющих системы и при настройке, эксплуатации не меняется.  Увеличение входного сопротивления «морковки»  до 75 Ом объясняется помимо прочего снижением экранирующего влияния несплошной «полупрозрачной» проводниковой формы поверхности излучателя.

5). «Удочка».

Угловоерасположение каждой из предыдущих антенн превращает их в подобие «удочки». Тем не менее, использование пластикового удилища в качестве центральной опоры спиральной «удочки» диктует свои особенности. Для трансформации ее в одинарную базуку, рис. 11, достаточно ввести внутрь телескопического удилища центральный проводник и подключить его по схеме рис. 3. Разумеется, спиральная форма «поверхности» излучателя вносит свои коррективы в классификационную интерпретацию подобной антенны, но ее шунтовой характер при наличии центрального проводника остается неизменным. В качестве последнего вполне возможно использование металлического удилища, на которое одевается «намотка» на изолирующей трубе, которая м.б. съемной при смене групп рабочих диапазонов.

При больших верхних углах «размаха» inv дискона и “морковки», большой длине проводника спирали «удочки», может возникнуть ситуация, когда малый по длине размер шунта не позволяет настроить его на среднюю рабочую частоту. В этом случае шунт можно выполнить в форме спирали, как показано на примере рис. 12. Аналогия с базукой как видом оружия  исключается, более убедительно сравнение двуспиральной конструкции с биологической «двойной спиралью» ДНК, как способом  плотной упаковки генетической информации, а в нашем случае - антенны.

6). Излучающая крыша; «намотки» на постройках.

 

Неиссякаемое творчество радиолюбителей положило начало целой группе, казалось бы, «безрассудных» антенн, тем не менее, работающих и применяемых, особенно в дачных и экстремальных условиях. Характерный пример – использование заземленной металлической крыши дома, подсобных построек в качестве антенны. Представив ее схему в виде рис. 13,  видим, что и здесь мы имеем дело с некабельным одинарным вибратором по типу выше рассмотренных антенн. А «намотка» витка, нескольких витков провода вокруг тела дома, беседки, рис 14, дает возможность получить вполне серьезную конструкцию кольцевой (рамочной) ШВА. Использование последней идеи на многоэтажном здании в городе позволяет выполнить даже антенну Бевереджа, никак не связанную с нашей темой. По идее рис. 14 можно закрепить и базуку-LZ , выполненную на low-band диапазоны.

 7) Некабельная двойная базука.

Избавиться от механически пластичного коаксиального кабеля в классической конструкции двойной базуки проще простого. Для этого воспользуемся чулочной технологией [10]. Между двумя мачтами натягивается прочный трос 1, опрессованный полиэтиленом 2, (или с надетой полиэтиленовой трубкой, лучше – самоусадочной) и двумя одетыми внешними медными чулками (оплеткой) 3, т.е. плечами полуволнового диполя. Зафиксировать плечи на теле шунта можно «каплями» монтажной пены или герметика, клея. Все остальное – по схеме рис. 2. Защиту от атмосферных воздействий можно обеспечить дополнительной пластиковой трубкой 9 снаружи, рис. 15 (условные обозначения такие же, как на рис. 5).

В принципе, некабельная двойная базука может быть реализована всеми вариантами 1) – 6) по схеме диполя. Разумеется, подобные конструкции могут быть выполнены не обязательно в горизонтальной конфигурации, а в форме антенн inv V, inv L, «наклонный луч», трэпового диполя и т.п. Часть из них вполне возможно реализовать в вариантах вращаемых (beam) и многоэлементных конструкций, в том числе, решеток.

8) Спиральные базуки.

Вместо медного чулка предыдущей конструкции можно применить цилиндрическую спираль 3 из коаксиального кабеля или провода, «намотанную» на диэлектрическую трубу 2, рис. 16. В случае кабеля получим двойной шунт «опорный трос - внутренняя жила» с разными длинами и удельным сопротивлением составляющих. Такая антенна нуждается в тщательных исследованиях. Однако априори ясно, что ее «широкополосность» может превзойти все ожидания при существенно меньших габаритах системы.

Свертывание каждого плеча базуки-LZ по форме полукольца в противоположные стороны приводит к известной форме логарифмической спирали (рис. 17), напоминающей латинскую букву S.Подобные антенны в полосковом исполнении находят применение в современных устройствах мобильных связи.

9) Рамочные базуки.

         

Свернув классическую базуку по окружности, рис. 18, или по форме треугольника, квадрата и т.п., получаем знакомую «открытую» (незамкнутую) рамочную антенну [9], по сути, отдельную группу рамочных ШВА. В варианте волнового прямоугольника это может быть и «кабельный» петлевой вибратор, но с иными параметрами. А замена двух удлинителей на КПЕ приводит к конструкции магнитной антенны с нетрадиционной схемой питания. Правда, о механической жесткости вариантов 8), 9) речь может идти при обеспечении дополнительных мер. Тем не менее, сам «тур» по возможным рамочным конструкциям «невоенной» базуки представляется весьма интересным и обещающим для творческого  радиолюбительства. Скажем, ряд упрощений и изменений сечения  произвольной  вертикальной плоскостью «инвертированного дискона» приводит к антеннам «Парус», рис. 19, а «Морковки» – к антенне ОК3TDC, рис. 20.

Заканчивая наше «хождение по базукам»,  автор не рискует определить его как «восхождение» или «нисхождение» в антенный мир ШВА. Наша цель - такой мир обозначить, миную времязатратное патентование, и привлечь к нему внимание радиолюбителей, а все остальное дополнит развитием время. Поскольку приведенный материал построен на основе  хорошо изученных базовых моделей четверть-, полу- и волновых вибраторов, известных в течение почти ста лет, формулы, графики, расчетные соотношения опущены. Однако тема далеко не исчерпана и нуждается в экспериментах и творческих опытах, например, с позиций симметрирования и согласования. С такой надеждой на радиолюбителей-энтузиастов и позволю себе завершить эти сжатые заметки  73!

 

Литература

1. В.Я. Кирсей. Об антенне «Двойная базука». «Радиомир. КВ и УКВ», № 5, 2014.

2. Г.З. Айзенберг и др. Коротковолновые антенны. М. «Связьиздат», 1962.

3.  В.В. Никольский. Антенны. М. «Связь». 1966.

4. Ю. Матийченко. Многодиапазонная вертикальная антенна. «Радио», № 12, 1968.

5. Ю. Золотарев. Многодиапазонная экспоненциальная антенна. «Радио», № 9, 1981.

6. В. Марков. Multi band антенна. "Радиолюбитель", №5, 1992г

7. З. Беньковский, Э. Липинский. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн. М. «Радио и связь». 1983.

8. И.В. Гончаренко. Антенны КВ и УКВ, ч.ч. 2,3. М. Радиософт, «Радио». 2007.

9. И.Н. Григоров. Практические конструкции антенн. М. ДМК. 2006.

10. В.Я. Кирсей. Антенные вертикалы: чулочные технологии. «Радиохобби», № 3, 2007.