Антенна ленивого радиолюбителя
31.07.2018 12:52| Уголок радиоконструктора |
Сверхширокополосная антенна для КВ/УКВ радиостанции
Автор UA6HJQ г. Кисловодск
Понадобилась приёмо-передающая антенна, которая работала бы на всех КВ и УКВ диапазонах и при этом её не нужно было перестраивать и согласовывать. Антенна не должна иметь строгие размеры и должна работать в любых условиях.
С недавних пор, у меня дома стоит FT-857D, у этого (как и у многих других) трансивера нет тюнера. На крышу не пускают, а работать в эфире хочется, поэтому с лоджии, я спустил под углом 50 градусов, кусок провода, длину которого даже не мерил, но судя по резонансной частоте 5.3 МГц, луч 14 метров, выходит с лоджии и спускается к выступу магазина, на конце виден изолятор и дальше веревка длина примерно 14 метров. Поначалу, я делал разные согласующие устройства к этому куску, все работало и согласовывалось как обычно, но было неудобно бегать из комнаты на лоджию чтобы перестраивать антенну на нужный диапазон. Да и уровень шума на 7.0, 3.5 и 1.8 МГц доходил до 7 баллов по S-метру (многоэтажный дом, рядом центральная улица и куча проводов). Тогда пришла мысль сделать антенну которая бы меньше шумела и её не нужно было перестраивать по диапазонам. Конечно, при этом немного упадёт эффективность.,
Изначально понравилась идея TTFD (T2FD), но она тяжёлая, слишком заметная, да и кусок провода уже висел (не снимать же его). В общем, взяв за основу принцип этой антенны, я немного изменил её подключение, а что из этого получилось - видите на картинке.
В качестве безындукционного резистора 50 Ом используется эквивалент рассчитанный на 100 Вт мощности. Противовес, это кусок провода длиной 5 метров, который проложен по периметру лоджии. Думаю что несколько резонансных противовесов, улучшат работу этой антенны на передачу (впрочем как и любого другого штыря). Кабель РК-50-11, идет к радиостанции и имеет длину около семи метров.
При подключении этой антенны к радиостанции, шумы эфира снижаются на 3 - 5 делений по S-метру, по сравнению с резонансной. Полезные сигналы тоже немного падают по уровню, но слышно их лучше. На передачу антенна имеет КСВ 1:1 в диапазоне 1.5 - 450 МГц, поэтому сейчас я её использую для работы на всех КВ/УКВ диапазонах мощностью 100 Вт и мне отвечают все кого я слышу.
Чтобы убедится в том что антенна работает, провел несколько экспериментов. Для начала сделал два отдельных подключения к лучу. Первое это укорачивающая ёмкость, с ней получается удлиненный штырь на 7 МГц, который отлично согласуется и имеет КСВ = 1.0. Второе - описанный здесь широкополосный вариант с резистором. Таким образом у меня появилась возможность быстро переключать согласующие устройства. Потом я выбирал на 7 МГц слабые станции, обычно это были DL, IW, ON... и слушал их, периодически меняя согласующие устройства. Прием был примерно одинаковым, на обе антенны, но в широкополосном варианте, уровень шумов был значительно меньше что субъективно, улучшало слышимость слабых сигналов.
Сравнение между удлинённым штырём и широкополосной антенной, на передачу в диапазоне 7 МГц, дало следующие результаты:
....связь с RW4CN: на удлинённый GP 59+5, на широкополосную 58-59 (расстояние 1000 км)
....связь с RA6FC: на удлинённый GP 59+10, на широкополосную 59 (расстояние 3 км)
Как и следовало ожидать, широкополосная антенна проигрывает на передачу резонансной. Однако, величина проигрыша небольшая, а с повышением частоты она будет ещё меньше и во многих случаях ею можно будет пренебречь. Зато антенна реально работает в сплошном и очень широком диапазоне частот.
В связи с тем что длина излучающего элемента 14 метров, антенна действительно эффективна только до 7 МГц, в диапазоне 3.5 МГц многие станции меня слышат плохо или вообще не отвечают, на 1.8 МГц возможны только местные QSO. В тоже время от 7 МГц и выше никаких проблем со связью нет. Слышимость отличная, отвечают все, в том числе и DX-экспедиции и всякие мобильные р/станции. На УКВ открываю все местные репитеры и провожу FM QSO, правда на 430 МГц сильно сказывается горизонтальная поляризация антенны.
Эту антенну можно использовать как основную, запасную, приёмную, аварийную и антишумовую, чтобы лучше слышать удалённые станции в городе. Расположив её как штырь или сделать диполем - результаты будут ещё лучше. Вы можете ''превратить'' в широкополосную, любую антенну уже установленную ранее (диполь или штырь) и поэкспериментировать с этим, нужно только добавить нагрузочный резистор. Обратите внимание на то, что длина плеч диполя или длина полотна штыря не имеют значения, так как у антенны нет резонансов. Длина полотна, в данном случае влияет только на КПД. Попытки просчитать характеристики антенны в MMANA, не удались. Видимо, программа не может правильно рассчитывать этот тип антенн, косвенно это подтверждает файл с расчётом TTFD (T2FD), результаты которого очень сомнительны.
Я пока не проверял, но предполагаю (по аналогии с TTFD (T2FD), что для увеличения эффективности антенны, нужно добавить несколько резонансных противовесов, увеличить длину луча до 20 - 40 метров и более (если вас интересуют диапазоны 1,8 и 3,5 МГц).
Вариант с трансформатором
Поработав на всех КВ-УКВ диапазонах на описанном выше варианте, я немного переделал конструкцию, добавив в нее трансформатор 1:9 и нагрузочный резистор 450 Ом. Теоретически, КПД антенны должно стать больше. Изменения в конструкции и подключения, вы видите на рисунке. При измерении равномерности перекрытия, прибором MFJ, был виден завал на частотах от 15 МГц и выше (связано это с неудачной маркой ферритового кольца), с реальной антенной этот завал остался, но КСВ был в пределах нормы. От 1.8 до 14 МГц КСВ 1.0, от 14 до 28 МГц он плавно увеличивался до 2.0. На УКВ диапазонах, этот вариант не работает, из- за большого КСВ.
Тестирование антенны в реальном эфире, дало следующие результаты: Шум эфира при переходе с удлинённого GP на широкополосную антенну, уменьшался с 6-8 баллов, до 5-7 баллов. При работе на передачу мощностью 60 Вт, на диапазоне 7 МГц, были получены следующие оценки сигнала:
RA3RJL, 59+ широкополосная, 59+ удлинённый GP
UA3DCT, 56 широкополосная, 59 удлинённый GP
RK4HQ, 55-57 широкополосная, 58-59 удлинённый GP
RN4HDN, 55 широкополосная, 57 удлинённый GP
На сайте F6BQU описана аналогичная антенна с нагрузочным резистором.
Итак цель достигнута, я сделал антенну работающую на всех КВ и УКВ диапазонах, не требующую согласования. Теперь можно работать в эфире и слушать его, "лёжа на диване", а диапазоны переключать только кнопкой на радиостанции. Лень правит миром, hi-hi.
Вариант номер три
Опробован ещё один вариант, широкополосного согласования антенны. Это классический несимметричный трансформатор 1:9, нагруженный на резистор 450 Ом с одной стороны и кабель 50 Ом с другой. Длина луча не имеет особого значения, но в отличии от предыдущей конструкции, важно чтобы она не попадала в резонанс ни на одном любительском диапазоне (например 23 или 12 метров). Тогда КСВ будет везде хорошим. Трансформатор мотается на ферритовом кольце, трёмя сложенными вместе проводами, у меня получилось 5 витков, которые нужно равномерно расположить по окружности кольца.
Нагрузочный резистор можно сделать составным, например 15 шт. по 6 ком 8 резисторов типа МЛТ-2, обеспечат вам возможность работать в CW и SSB мощностью до 100 Вт. В качестве заземления можно использовать луч любой длины, водопроводные трубы, вбитый в землю кол и т.д.
Готовая конструкция помещается в маленькую коробочку, из которой выходит разьём PL для кабеля и две клеммы - для луча и заземления. Диапазон рабочих частот 1,6 - 31 МГц.