Приймальна антена кв діапазону. Посилення антени, смуга пропускання та кут випромінювання

Холахуп – антена (у перекладі з англійської – обруч, кільце) призначена для прийому слабких сигналів аматорських радіостанцій в умовах ефірної обстановки індустріального міста на 160-метровому KB діапазоні.

Як відомо, прості антени типу GP, Sloper, LVV, всілякі рамки та інші антени добре працюють на передачу, але погано працюють на прийом, тому що в умовах великого міста сприймають всілякі індустріальні перешкоди, що в результаті виявляється у великій зашумленості ефіру (діапазону) ).

У таких умовах на низькочастотних діапазонах дуже важко реалізувати граничну чутливість свого приймача або трансівера (зазвичай 0,5...1,0 мкВ). Реальна чутливість трансівера на діапазоні 1,8/МГц в умовах великого міста обмежується 10…15 мкВ. Для відбудови від перешкод доводиться включати атенюатори, застосовувати спрямовані антени, спеціальні фільтри тощо. Аналогічна картина, хоч і в меншою мірою, спостерігається і інших KB діапазонах. На більш високочастотних діапазонах 14 - 28 МГц перешкод менше, але вони однаково присутні та погіршують умови прийому. У сільській місцевості (далеко від цивілізації) індустріальних перешкод майже немає, тому можливість реалізації максимальної чутливості свого трансівера більша. При цьому не відбувається модуляції однієї радіостанції, що приймається інший і, використовуючи якісний приймач, на одній частоті можна одночасно слухати дві-три станції розрізняючи їх по тембру звучання.

З метою реалізації максимально можливої ​​чутливості радіоприймального пристрою на діапазоні 1,8 МГц пропоную просту кільцеву антену (хулахуп), працюючу тільки на прийом. Вказана антена відрізняється підвищеною перешкодозахищеністю, тому що не сприймає магнітну складову електро магнітного поляперешкоди H, зменшуючи цю величину сумарні перешкоди на вході трансивера.

Наявність яскраво вираженого максимуму в діаграмі спрямованості антени дозволяє часом навіть послабити перешкоди. Крім того, обертаючи антену в різних площинах, можна додатково відбудуватися від перешкоди, що йде з певного напрямку.

Змінюючи положення антени в горизонтальній та вертикальній площині, можна покращити якість прийому і в тому випадку, коли сигнал та перешкода приходять з одного напрямку, але під різними кутами до горизонту. Більше того, завдяки налаштуванню антени в резонанс підвищується вибірковість приймача по дзеркальним та іншим побічним каналам.

Конструкція антени досить проста. Для її виготовлення необхідний відрізок коаксіального кабелю(РК-75, РК-50) завдовжки; 4,0 м і діаметром 7-10 мм, у якого, по середині, вирізається зовнішня вінілова оболонка і мідна оплетка («панчоха») на відстані 10 мм, рис.1.

Після чого зазначений відрізок кабелю змотується в бухту з 4-х витків. Між витками кабелю прокладається петля зв'язку (незамкнене кільце) з тонкого монтажного дроту.

В результаті виходить компактне кільце (хулахул) діаметром близько 32 см, яке для фіксації в кількох місцях обмотують ізолентою або скотчем, рис. 2.

До двох кінців центральної жили коаксіального кабелю підключається змінний конденсатор С1 обов'язково з повітряним діелектриком (для підвищення добротності) та ємністю близько 1000 пф. Підійде 2-х секційний конденсатор від старих радіомовних приймачів 2х495 пф, обидві секції якого включені паралельно.

Вхід трансівера або радіоприймача підключається до одного кінця витка зв'язку, інший кінець витка з'єднується з корпусом (загальним провід або клема «земля»), рис. 2.

Для звуження смуги пропускання антени, і, отже, кращої відбудови від перешкод послідовно з петлею зв'язку можна включити конденсатор невеликої ємності С2, від величини якого залежить добротність всієї антени і смуга пропускання.

Як показали експерименти без конденсатора С2, смуга частот, що перекриваються, становить від 1830 до 1870 кГц. При підключенні конденсатора С2 = 20пФ смуга пропускання антени звужується до: 5-10 кГц у центрі DX ділянки 160 метрового аматорського діапазону.

Змінним конденсатором С1 вся антенна система налаштовується в резонанс, за максимальною гучністю сигналу, що приймається. При цьому резонанс виразно сприймається на слух. Діаграма спрямованості антени має вигляд вісімки з яскраво вираженим мінімумом та максимумом, рис. 3.

Якщо чутливості трансівера недостатньо, то його вході можна додати підсилювач високої частоти (УВЧ) з коефіцієнтом посилення К = 20-30 dB. Проте, слід захоплюватися великим посиленням УВЧ, оскільки у разі знижується верхня межа динамічного діапазону приймача.

Електричні схеми УВЧ Неодноразово публікувалися в радіоаматорській літературі, наприклад, рис.5 і 6. Тут трансформатор Т1 намотується на феритовому кільці 1000 НМ, діаметром 7-10 мм, удвох скрученим проводом ПЕВ 0,2 мм. Кінець одного дроту з'єднується з початком іншого, утворюючи середню точку. Найкращим з транзисторів, що працюють в УВЧ є КТ93ЕА (замість КТ606А), він найбільш лінійний з тих, що раніше випускалися. Деталі, позначені зірочкою, впливають коефіцієнт посилення УВЧ і підбираються при налаштуванні. В іншому схема особливостей немає. При роботі із зазначеною антеною її можна обертати в просторі в різних площинах, орієнтуючись на найбільш впевнений прийом DX станції.

З метою виключення екранування антени залізобетонними перекриттями антену потрібно винести хоча б на підвіконня на балкон, конструкція антени може бути будь-якою, наприклад, як наведено на рис 4.

Холахуп встановлюється зверху металевої коробки (дюраль або двосторонній склотекстоліт), де розміщується конденсатор змінної ємності. Ручка налаштування виводиться на передню панель, коаксіальний роз'єм для підключення приймача на задню панель. Якщо застосовуватиметься УВЧ, необхідно передбачити висновки щодо його харчування.

Змінивши розміри коаксіального кабелю, антену можна перебудувати і інші любительські чи мовні діапазони.

Висновок
Раніше в зимовий час на діапазоні 1,8 МГц, особливо на сході та заході сонця виходило так, що я (US0IZ), працюючи на CQ ( загальний виклик) не чув багатьох кореспондентів: К, W, PY, VK, J А та інших, які мене викликали. Тепер виходить навпаки - я чую навіть набагато більше, ніж мені відповідають. Отже, має бути «новий виток спіралі» — вдосконалення свого передавача ТХ і антен, що передають.

Творчий процес триває... і так до безкінечності. Така вже частка радіоаматора-короткохвильовика.

Сьогодні, коли більшість старого житлового фонду приватизована, а нове, вже точно є приватною власністю, то радіоаматору стає все важче встановлювати на даху свого будинку повнорозмірні антени. Покрівля житлового будинку є частиною власності кожного мешканця будинку, де вони проживають, і вони ніколи не дозволять вам зайвий раз ходити по ній, і тим більше встановити антену і псувати фасад будівлі. Проте сьогодні відомі такі випадки, коли радіоаматор укладає договір із ЖЕУ на оренду частини покрівлі своєю антеною, але на це потрібні додаткові фінансові кошти і це зовсім інша тема. З цього, багато початківців радіоаматорів можуть дозволити собі тільки ті антени, які можна встановити на балконі або лоджії, ризикуючи отримати зауваження від управдому за псування фасаду будівлі безглуздою конструкцією, що випирає.

Молитися Богу, щоб якийсь «активіст-всезнайка» не заїкнувся про шкідливе випромінювання антени, як від антени стільникового зв'язку. На жаль треба визнати, що для радіоаматорів настала нова ера скритності свого хобі та своїх КВ антен, незважаючи на парадокс законності їх у юридичному плані цього питання. Тобто держава дозволяє вихід в ефір на підставі «Закону про зв'язок РФ», а рівні дозволеної потужності відповідають нормативам на ВЧ випромінювання СанПіН 2.2.4/2.1.8.055-96, але їм доводиться бути непомітними, щоб уникнути безпредметних доказів законності своєї діяльності.

Пропонований матеріал допоможе розібратися радіоаматору в антенах з великим укороченням, здатним розміщуватись на просторі балкона, лоджії, на стіні житлового будинку або на обмеженому антеному полі. У матеріалі «Балконні КВ антени для початківців» оглядово розглядаються варіанти антен різних авторів, раніше опубліковані як у паперовому, так і в електронному вигляді, та підібрані для умов їх встановлення на обмеженому просторі.

Коментарі, що роз'яснюють, допоможуть зрозуміти новачкові, як працює антена. Представлені матеріали націлені на радіоаматорів-початківців для набуття навичок побудови та вибору міні-антенн.

1. Діполь Герца.
2. Укорочений диполь Герца.
3. Спіральні антени.
4. Магнітні антени.
5. Ємнісні антени.

1. Диполь Герца

Найбільш класичним типом антен незаперечно є диполь Герца. Це довгий провід, найчастіше з розміром полотна антени в півхвилі. Провід антени має свою ємність та індуктивність, які розподілені по всьому полотну антени, їх називають розподіленими параметрами антени. Місткість антени створює електричну складову поля (Е), а індуктивна складова антени, магнітну поля (Н).

Класичний диполь Герца від своєї природи має значні розміри і становить половину довгої хвилі. Посудіть самі, на частоті 7МГц довжина хвилі становить 300/7 = 42,86 метра, а півхвилі складе 21,43 метра! Важливими параметрами будь-якої антени є її характеристики з боку простору, це її апертура, опір випромінювання, діюча висота антени, діаграма спрямованості та ін. Напівхвильовий диполь, це лінійний широко поширений випромінювач на практиці антенних технологій. Тим не менш, у будь-якої антени є свої переваги та недоліки.

Відразу зазначимо, що для хорошої роботи будь-якої антени потрібно щонайменше дві умови, це наявність оптимального струму зміщення та ефективного формування електромагнітної хвилі. КВ антени може бути як вертикальними, і горизонтальними. Встановлюючи напівхвильовий диполь вертикально, і зменшуючи його висоту шляхом перетворення четвертої частини на противаги, ми отримуємо так званий чвертьхвильовий вертикал. Вертикальні чвертьхвильові антени для своєї ефективної роботи вимагає наявності хорошої «радіотехнічної землі», т.к. грунт планети «Земля», має погану провідність. Радіотехнічну землю замінюють підключенням противаг. Практика показує, що мінімально необхідна кількість противаг має бути близько 12, але краще, якщо їх кількість перевищуватиме 20... 30, а в ідеалі необхідно мати 100-120 противаг.

Ніколи не слід забувати про те, що ідеальна вертикальна антена зі ста противагами має ККД 47%, а ККД антени з трьома противагами - менше 5%, що наочно відображено на графіку. Потужність, що підводиться до антени з малою кількістю противаг, поглинається земною поверхнею та навколишніми предметами, нагріваючи їх. Такий самий низький ККД очікує низько розташований горизонтальний вібратор. Простіше кажучи, земля погано відбиває і добре поглинає радіохвилю, що випромінюється, особливо коли хвиля ще не сформована в ближній зоні від антени, подібно до замутненого дзеркала. Краще відбиває морська водна гладь і не відбиває піщана пустеля. Відповідно до теорії взаємності, параметри та характеристики антени однакові як у прийом, і на передачу. Це означає, що в режимі прийому у вертикалу з малою кількістю противаг відбуваються великі втрати корисного сигналу і як наслідок цього - збільшення шумової складової сигналу, що приймається.

Противаги класичного вертикалу мають бути довжиною щонайменше довжини основного штиря, тобто. протікають між штирем і противагами струми усунення займають певний обсяг простору, який бере участь не тільки у формуванні діаграми спрямованості, але й у формуванні напруженості поля. З великим наближенням можна сказати, що кожній точці на штирі відповідає своя дзеркальна точка на противагу між якими протікають струми зміщення. Справа в тому, що струми усунення, як і всі звичайні струми, протікають шляхом найменшого опору, який в даному випадку зосереджено в об'ємі, обмеженому радіусом штиря. Створювана діаграма спрямованості і буде суперпозицією цих струмів. Повертаючись до вище сказаного, це, що ККД класичної антени залежить кількості противаг, тобто. чим більше противаг, тим більше струм зміщення, тим ефективніша антена, ЦЕ ПЕРШЕ УМОВИ гарної роботи антени.

Ідеальним випадком вважається напівхвильовий вібратор, розташований у відкритому просторі за відсутності поглинаючого ґрунту, або вертикал розташований на суцільно металевій поверхні з радіусом 2-3 довжини хвилі. Це необхідно для того, щоб грунт землі або навколишні антену предмети не заважали ефективного формуванняелектромагнітної хвилі. Справа в тому, що формування хвилі та збіг по фазі магнітної (Н) та електричної (Е) складових електромагнітного поля відбувається не в ближній зоні диполя Герца, а в середній та дальній зоні на відстані 2-3 довжини хвилі, ЦЕ ДРУГЕ УМОВИ гарної роботи антени. У цьому полягає основний недолік класичного диполя Герца.

Сформована електромагнітна хвиля в дальній зоні, менш схильна до впливу земної поверхні, Огинає її, відбивається і поширюється серед. Всі викладені вище короткі поняттяпотрібні у тому, щоб розуміти подальшу суть побудови аматорських балконних антен, -шукати такий конструктив антени, у якому хвиля формується всередині самої антени.

Тепер зрозуміло, що розміщення повнорозмірних антен, чверть хвильової штирі з противагами або напівхвильовим дипольом Герца КВ діапазону практично неможливо розмістити в межах балкона або лоджії. І якщо радіоаматору вдалося знайти доступну точку кріплення антени на протилежній від балкона або вікна будівлі, то сьогодні це вважається великим везінням.

2.Укорочений диполь Герца.

Маючи у своєму розпорядженні обмежений простір, радіоаматору доводиться йти на компроміс та зменшувати розміри антен. Електрично малими вважаються антени, розміри яких не перевищують 10...20% довжини хвилі. У разі часто використовується укорочений диполь. При укороченні антени, зменшується її розподілені ємність та індуктивність, відповідно її резонанс змінюється у бік верхніх частот. Для компенсації такого недоліку в антену вводять додаткові котушки індуктивності L та ємнісні навантаження C як зосереджені елементи (рис. 1).

Максимальне ККД антени можна при розміщенні подовжують котушок на кінцях диполя, т.к. Струм на кінцях диполя максимальний і розподілений рівномірніше, що забезпечує максимальну діючу висоту антени hд = h. Включення котушок індуктивності ближче до центру диполя зменшать її власну індуктивність, у цьому випадку струм до кінців диполя падає, висота, що діє, зменшується, а слідом за нею і ККД антени.

Навіщо ж потрібна ємнісне навантаження в укороченому диполі? Справа в тому, що при великому укороченні добротність антени сильно підвищується, а смуга пропускання антени стає радіоаматорського діапазону. Введення ємнісних навантажень, збільшує ємність антени, знижує добротність утвореного LC-контуру та розширює його смугу пропускання до прийнятної. Укорочений диполь, налаштовують на робочу частоту резонанс або котушками індуктивності, або довжиною провідників і ємнісних навантажень. Це забезпечує компенсацію їх реактивних опорів на резонансній частоті, що за умов погодження з фідером харчування.

Примітка: Таким чином, ми компенсуємо необхідні характеристики укороченої антени для узгодження її з фідером та простором, але зменшення її геометричних розмірів ЗАВЖДИ веде зменшенню її ефективності (ККД).

Однією з прикладів розрахунку подовжувальної котушки індуктивності доступно описаний розрахунок у Журналі " Радіо " , номер 5, 1999г, де розрахунок ведеться від випромінювача. Котушки індуктивності L1і L2 тут розміщена в точці живлення чвертьхвильового диполя A та противаги D (рис.2.). Це одна діапазонна антена.

Розрахувати індуктивність укороченого диполя можна також на сайті радіоаматора RN6LLV - він дає посилання для скачування калькулятора здатного допомогти в розрахунку індуктивності, що подовжує.

Існують і фірмові укорочені антени (Diamond HFV5), які мають багатодіапазонний варіант, див. Рис.3, там її електрична схема.

Робота антени полягає в паралельному включенні резонансних елементів, налаштованих різні частоти. При переході з одного діапазону на інший вони практично не впливають один на одного. Котушки індуктивності L1-L5 є подовжуючими, кожна розрахована на свій діапазон частот, так само як і ємнісні навантаження (продовження антени). Останні мають телескопічну конструкцію, а зміною їхньої довжини здатні підлаштовувати антену в невеликому діапазоні частот. Антена дуже вузькосмугова.

* Міні - антена на діапазон 27МГцавтором якої є С. Закутний. Розглянемо її роботу докладніше. У автора антена розташована на 4-му поверсі панельного 9-поверхового будинку в отворі вікна і по суті є кімнатною, хоча такий варіант антени краще працюватиме за периметром вікна (балкона, лоджії). Як видно з малюнка, антена складається з коливального контуру L1C1, налаштованого в резонанс на частоту каналу зв'язку, а котушка зв'язку L2 виконує роль узгоджувального елемента з фідером, рис. 4.а. Основним випромінювачем тут є ємнісні навантаження у вигляді рамок із дроту з розмірами 300*300мм та укорочений симетричний диполь, що складається з двох шматків дроту по 750мм. Якщо врахувати, що вертикально розташований напівхвильовий диполь зайняв у висоту 5,5м., то антена висотою всього 1,5м дуже зручний варіант для розміщення в отворі вікна.

Якщо виключити із схеми резонансний контур і підключити коаксіальний кабель безпосередньо до диполя, резонансна частота виявиться в межах 55-60МГц. Виходячи з цієї схеми зрозуміло, що частотоздатним елементом в даній конструкції є коливальний контур, а антена укорочена в 3,7 рази не сильно знизила своє ККД. Якщо в цій конструкції використовувати коливальний контур, налаштований на інші нижчі частоти КВ діапазону, звичайно антена буде працювати, але з набагато меншим ККД. Наприклад, якщо таку антену налаштувати на 7МГц аматорського діапазону, то коефіцієнт укорочення антени від половини хвилі цього діапазону становитиме 14,3, а ефективність антени впаде ще більше (на корінь квадратний із 14), тобто. у 200 з лишком разів. Але з цим ні чого не вдієш, доводиться вибирати такий конструктив антени, який би був максимально ефективний. Ця конструкція яскраво показує, що випромінюючими елементами тут виступає ємнісні навантаження у вигляді дротяних квадратів, і вони промені виконували свої функції, якби були суцільнометалевими. Слабкою ланкою тут є коливальний контур L1C1, який повинен мати високу добротність Q, а частина корисної енергії в даній конструкції марно витрачається всередині пластин конденсатора С1. Тому збільшення ємності конденсатора хоч і знижує частоту резонансу, але вона і знижує загальний ККД даної конструкції. Проектуючи дану антену на нижчі частоти КВ діапазону, слід приділити увагу тому, що на резонансної частоті L1 було максимально, а C1-мінімально, не забуваючи при цьому, що ємнісні випромінювачі є частиною резонансної системи в цілому. Максимальне перекриття по частоті бажано проектувати не більше 2-х, а випромінювачі знаходилися якнайдалі від стін будівлі. Балконний варіант цієї антени з камуфляжем від сторонніх очей зображений на рис. 4.б. Саме подібна антена використовувалася якийсь час середини 20 століття на військових автомобілях в діапазоні КВ з частотою налаштування 2-12МГц.

* Одно-діапазонний варіант «Невмираюча антена Фукса»(21МГц) зображено на рис.5.а. Штир довжиною 6,3 метра (майже півхвилі) живиться з кінця паралельним коливальним контуром з таким самим великим опором. Пан Фукс вирішив, що саме так узгоджуються між собою паралельний коливальний контур L1C1 та напівхвильовий диполь, так воно і є... Як відомо, напівхвильовий диполь самодостатній і працює сам на себе, йому не потрібні противаги як чвертьхвильовому вібратору. Випромінювач (мідний провід) можна розмістити у пластиковій вудці. Таку вудку на час роботи в ефірі можна висувати за межі поручнів балкона та прибирати назад, але в зимовий час це створює низку незручностей. Як «земля» для коливального контуру використовується шмат дроту всього 0,8 м, що дуже зручно при розміщенні такої антени на балконі. Одночасно це є винятковим випадком, коли як заземлення можна використовувати горщик для квітів(Жарт). Індуктивність резонансної котушки L2 становить 1,4мкГн, вона виконана на каркасі діаметром 48мм та містить 5 витків дроту 2,4мм кроком 2,4мм. Як резонансний конденсатор ємністю 40 пФ, у схемі застосовано два відрізки коаксіального кабелю RG-6. Відрізок (С2 за схемою) є незмінною частиною резонансного конденсатора довжиною трохи більше 55-60см, а коротший відрізок (С1 за схемою) використовується точної підстроювання в резонанс (15-20см). Котушка зв'язку L1 у вигляді одного витка поверх котушки L2 виконується кабелем RG-6 з розривом 2-3 см його обплетення, а налаштування по КСВ здійснюється переміщенням цього витка від середини у бік противаги.

Примітка: Антена Фукса добре працює тільки у напівхвильовому варіанті випромінювача, який може бути і укороченим за типом спіральних антен (читати нижче).

* Багатодіапазонний варіант балконної антенизображено на рис. 5.б. Вона була випробувана ще у 50-х роках минулого століття. Тут індуктивність грає роль котушки, що подовжує, в режимі автотрансформатора. А конденсатор С1 на 14 МГц налаштовує антену резонанс. Такому штирю необхідне гарне заземлення, яке важко знайти на балконі, хоча для цього варіанта можна використовувати розгалужену мережу опалювальних труб вашої квартири, але підводити потужність більше 50 Вт не рекомендується. Котушка індуктивності L1 має 34 витки мідної трубки діаметром 6мм, намотана на каркасі діаметром 70мм. Відведення від 2,3 та 4 витків. У діапазоні 21МГц перемикач П1замкнуто, П2 розімкнуто, В діапазоні 14МГц, П1 і П2 замкнуті. На 7 МГц становище перемикачів як у 21МГц. У діапазоні 3,5МГц П1 і П2 розімкнуті. Перемикачем П3 визначається узгодження з фідером. В обох випадках можливе застосування вудилища близько 5м, тоді решта випромінювача звисатиме до землі. Зрозуміло, що застосування таких варіантів антен має бути вищим за 2-й поверх будівлі.

У цьому розділі представлені далеко ще не всі приклади укорочення дипольних антен, інші приклади укорочення лінійного диполя будуть представлені нижче.

3.Спіральні антени.

Продовжуючи обговорення теми укорочених антен балконного призначення, не можна оминути спіральні антени діапазону КВ. І звичайно, необхідно нагадати про їх властивості, що мають практично всі властивості диполя Герца.

Будь-яка укорочена антена, розміри якої не перевищують 10-20% від довжини хвилі, відноситься до електрично малих антен.

Особливості малих антен:

1. Чим менше антена, тим менше мають бути в ньому омічні втрати. Малі антени, зібрані з тонких проводів ефективно працювати не можуть, тому що вони зазнають збільшених струмів, а скін-ефект вимагає низьких поверхневих опорів. Особливо це стосується антен із розмірами випромінювачів значно менше чверті довжини хвилі.
2. Так як напруженість поля обернено пропорційна розмірам антени, то зменшення розмірів антени призводить до зростання дуже великих напруженостей полів поблизу неї, а зі збільшенням потужності, що підводиться, призводить до появи ефекту «вогнів Святого Ельма».
3. Силові лінії електричного поля, укорочені антен мають деякий ефективний обсяг, в якому це поле зосереджено. Воно має форму, близьку до еліпсоїда обертання. По суті це обсяг ближнього квазістатичного поля антени.
4. Мала антена з габаритами λ/10 і менше має добротність близько 40-50 і відносну смугу пропускання трохи більше 2%. Тому, в такі антени доводиться вводити елемент перебудови в межах одного аматорського діапазону. Такий приклад легко спостерігати у магнітних антен із малими розмірами. Розширення смуги пропускання знижує ККД антени, тому треба завжди прагнути до збільшення ККД надмалих антен різними шляхами.

* Зменшення розмірів симетричного напівхвильового диполяпризвело спочатку до появи котушок індуктивності, що подовжують (рис.6.а), а зменшення її міжвиткової ємності і максимального підвищення ККД призвело до появи котушки індуктивності до конструктиву спіральних антен з поперечним випромінюванням. Спіральна антена (рис.6.б.), це укорочений згорнутий у спіраль класичний напівхвильовий (чвертьхвильовий) диполь з розподіленими індуктивностями та ємностями по всій довжині. У такого диполя підвищилася добротність, а смуга пропускання вже стала.

Для розширення смуги пропускання укорочений спіральний диполь, як і укорочений лінійний диполь, іноді оснащують ємнісним навантаженням, рис.6.б.

Оскільки при розрахунках одновібраторних антен, поняття «ефективна площа антени» (А ефф.) практикується досить широко, розглянемо можливості підвищення ефективності спіральних антен за допомогою кінцевих дисків (ємнісного навантаження) і звернемося до графічного прикладу розподілу струмів рис. 7. Завдяки тому, що в класичній спіральній антені котушка індуктивності (згорнуте полотно антени) розподілена по всій довжині, розподіл струму вздовж антени виходить лінійним, а площа струму збільшується незначно. Де, Iап – струм пучності спіральної антени, рис.7.а. А ефективна площа антени Аеф. визначає частину площі фронту плоскої хвилі, з якої знімає енергію антена.

Для розширення смуги пропускання та збільшення площі ефективного випромінювання, практикується встановлення кінцевих дисків, що збільшує ефективність антени загалом, рис.7.б.

Коли йдеться про несиметричні (чвертьхвильові) спіральні антени, завжди потрібно пам'ятати, що Аеф. великою мірою залежить від якості землі. З цього, слід знати, що однакові ККД чвертьхвильового вертикалу забезпечують чотири противаги довжиною λ/4, шість противаг довжиною λ /8 і вісім противаг довжиною λ /16. Більш того, двадцять противаг довжиною λ /16 забезпечують такий же ККД, як і вісім противаг довжиною λ /4. Стає зрозумілим, чому балконні радіоаматори дійшли напівхвильового диполя. Він працює сам на себе (див. рис. 7.в.), силові лінії замкнуті на свої елементи та «земля», як у конструкціях на рис.7.а; йому не потрібна. Крім того, спіральні антени також можуть забезпечуватися зосередженими елементами подовження-L (або укорочення-C) електричної довжини спірального випромінювача, а їх довжина спіралі може відрізнятися від повнорозмірної спіралі. Прикладом тому може послужити конденсатор змінної ємності (розглянуто нижче), який можна розглядати не тільки як елемент налаштування послідовного коливального контуру, але і елементом укорочення. Так само спіральна антена для станцій, що носяться на діапазон 27МГц (рис.8). Тут є подовжуюча котушка індуктивності для короткої спіралі.

* Компромісне рішенняможна побачити в конструкції Валерія Проданова (UR5WCA), - балконна спіральна антена 40-20м з коефіцієнтом укорочення К = 14, цілком варта уваги радіоаматорів позбавлених покрівлі, див. Рис.9.

По-перше вона багато-діапазонна (7/10/14МГц), по-друге, для збільшення її ефективності, автор подвоїв кількість спіральних антен і поєднав їх синфазно. Відсутність ємнісних навантажень у даній антені обумовлена ​​тим, що розширення смуги пропускання та Аеф. антени досягається синфазним включенням у паралель двох однакових елементів випромінювання. Кожна антена мотається мідним дротом на ПХВ трубі діаметром 5см, довжина дроту кожної антени становить півхвилі на діапазон 7МГц. На відміну від антени Фукса, ця антена має узгодження з фідером за допомогою широкосмугового трансформатора. Вихід трансформатора 1 та 2 має синфазну напругу. Вібратори в авторському варіанті стоять один від одного на відстані лише 1м, це ширина балкона. З розширенням цієї відстані в межах балкона посилення зростатиме незначно, але смуга пропускання антени розшириться відчутно.

* Радіоаматор Гаррі Елінгтон(WA0WHE, джерело "QST", 1972, січень. Рис.8.) побудував спіральну антену на 80м з коефіцієнтом укорочення близько К=6,7, яка у своєму саду може бути замаскована під опору нічного ліхтаря чи флагштока. Як видно з його коментаря, закордонні радіоаматори теж дбають про свій відносний спокій, хоча антена встановлена ​​на приватному обійсті. За словами автора, спіральна антена з ємнісним навантаженням на трубі діаметром 102мм, висотою близько 6-ти метрів і противагою з чотирьох проводів, легко досягає КСВ 1,2-1,3, а при КСВ=2 працює в смузі пропускання шириною до 100 кГц. Електрична довжина дроту в спіралі склала так само півхвилі. Живлення напівхвильової антени здійснюється з кінця антени по коаксіальному кабелю з хвильовим опором 50 Ом через КПЕ -150пФ, який перетворив антену на послідовний коливальний контур (L1C1) з випромінювальною індуктивністю спіралі.

Звичайно, в ефективності на передачу вертикальна спіраль поступається класичному диполю, але за твердженням автора, на прийом ця антена набагато краще.

* Згорнуті в грудку антени

Щоб зменшити розміри лінійного напівхвильового диполя його не обов'язково скручувати в спіраль.

У принципі, спіраль можна замінити й іншими формами згортання напівхвильового диполя, наприклад, за Мінковським, рис. 11. На підкладці з розмірами 175мм х175мм можна розмістити диполь із фіксованою частотою 28,5МГц. Але фрактальні антени дуже вузькосмугові, а для радіоаматорів становлять лише пізнавальний інтерес перетворення своїх конструкцій.

Використовуючи інший метод укорочення розмірів антен, напівхвильовий вібратор або вертикал можна вкоротити, стискаючи його у форму меандру, рис.12. При цьому параметри антени типу вертикал або диполь змінюються трохи при стисканні їх не більше ніж удвічі. При рівності горизонтальної та вертикальної частин меандру посилення меандр-антени зменшується приблизно на 1 дБ, а вхідний опір близько до 50 Ом, що дозволяє живити таку антену безпосередньо 50-омним кабелем. Подальше зменшення розмірів (НЕ довжини дроту) призводить до зменшення коефіцієнта посилення та вхідного опору антени. Тим не менш, продуктивність меандр-антени для короткохвильового діапазону характеризується підвищеним опором випромінювання щодо лінійних антен з таким же укороченням дроту. Експериментальні дослідження показали, що з висотою меандру 44см та з 21 елементами на резонансній частоті 21.1 МГц, імпеданс антени становив 22 Ом, тоді як лінійний вертикал тієї ж довжини має імпеданс у 10-15 разів менше. Завдяки наявності горизонтальних та вертикальних ділянок меандру, антена приймає та випромінює електромагнітні хвилі як горизонтальної, так і вертикальної поляризації.

Стискаючи або розтягуючи його, можна досягти резонансу антени на потрібній частоті. Крок меандру може становити 0,015λ, однак цей параметр є некритичним. Замість меандру можна використовувати провідник із трикутними згинами або спіраллю. Необхідну довжину вібраторів можна визначити експериментально. За відправну точку можна покласти, що довжина розпрямленого провідника повинна бути близько чверті довжини хвилі для кожного плеча розрізного вібратора.

* «Спіраль Тесла» у балконній антені.Наслідуючи заповітну мету, зменшити розміри балконної антени і звести до мінімуму втрати в Аеф, радіоаматори замість кінцевих дисків стали використовувати більш технологічну, ніж меандр, плоску «спіраль Тесла», використовуючи її як подовжуючу індуктивність укороченого диполя і кінцеву ємність одночасно (рис.6). а.). Розподіл магнітного та електричного полів у плоскій котушці індуктивності Тесла показано на рис. 13. Це відповідає теорії поширення радіохвилі, де поле-Е та поле-Н взаємно перпендикулярні.

В антенах з двома плоскими спіралями Тесла також немає нічого надприродного, а тому правила побудови антени «спіраль Тесла», залишаються класичними:

• електрична довжина спіралі може являти собою антену з несиметричним живленням як чвертьхвильовий вертикал, так і згорнутий напівхвильовий диполь.
• Чим більший крок намотування і більший її діаметр, тим вище її ефективність і навпаки.
• Чим більша відстань між кінцями згорнутого напівхвильового вібратора, тим вища його ефективність і навпаки.

Словом, ми отримали згорнутий напівхвильовий диполь у вигляді плоских котушок індуктивності по кінцях, див. Рис.14. Якою мірою зменшити або збільшити ту чи іншу конструкцію, вирішує радіоаматор після виходу на свій балкон з рулеткою (після погодження з останньою інстанцією, з мамою чи дружиною).

Використання плоскої котушки індуктивності з великими зазорами між витками на кінцях диполя вирішується відразу дві задачі. Це компенсація електричної довжини укороченого вібратора розподіленою індуктивністю та ємністю, а також збільшення ефективної площі укороченої антени Аеф, розширення її смуги пропускання одночасно, як на рис. 7.б.в. Таке рішення полегшує конструкцію укороченої антени і дозволяє працювати всім розосередженим LC - елементам антени з максимальною віддачею. Тут відсутні неробочі елементи антени, наприклад як ємність у магнітних ML-антени, та індуктивність в ЄН-антени. Слід пам'ятати, що скін-ефект останніх вимагає товстих і високопровідних поверхонь, але розглядаючи антену з котушкою індуктивності Тесла, ми бачимо, що антена згорнута повторює електричні параметри звичайного напівхвильового вібратора. При цьому розподіл струмів і напруги по всій його довжині полотна антени підпорядковані законам лінійного диполя і залишаються без змін за деяким винятком. Тому необхідність у потовщенні елементів антени (спіраль Тесла) повністю відпадає. Крім того, не витрачається потужність на нагрівання елементів антени. Перелічені вище факти змушує задуматися про високу бюджетність цієї конструкції. А простота її виготовлення з руки тому, хто хоч раз у житті тримав у руках молоток та бинтував свій палець.

Таку антену з деяким натягом можна назвати індуктивно ємнісною, в якій є LC-елементи випромінювання або антеною «спіраль Тесла». Крім того, облік ближнього поля (квазістатичного) теоретично може дати ще більші значення напруженості, що підтверджують польові випробування даної конструкції. ЕН-поле створюється в тілі антени і відповідно ця антена менш залежна від якості землі та навколишніх предметів, що є знахідкою для сімейства балконних антен. Не секрет, що такі антени вже давно існують серед радіоаматорів, а в цій публікації подається матеріал з трансформації лінійного диполя в спіральну антену з поперечним випромінюванням, далі в укорочену антену з умовною назвою «спіраль Тесла». Плоскую спіраль можна мотати дротом 1,0-1,5мм, т.к. на кінці антени є висока напруга, а струм мінімальний. Провід діаметром 2-3мм, ненабагато покращить ККД антени, але відчутно виснажить ваш гаманець.

Примітка: Проектування та виготовлення укорочених антен типу «спіральна» та «спіраль Тесла» з електричною довжиною λ/2, вигідно відрізняється від спіралі електричною довжиною λ/4 через відсутність хорошої «землі» на балконі.

Живлення антени.

Антену зі спіралями Тесла ми розглядаємо як симетричний напівхвильовий диполь, згорнутий у дві паралельні спіралі на його кінцях. Їхні площини паралельні один одному, хоча можуть бути в одній площині, рис. 14. Його вхідний опір лише трохи відрізняється від класичного варіанта, тому тут застосовні класичні варіанти узгодження.

Лінійна антена Windom див. Рис.15. відноситься до вібраторів з несиметричним харчуванням, вона відрізняється «невибагливістю» у частині, що стосується узгодження з трансівером. Унікальність антени Windom полягає у її застосуванні на декількох діапазонах та простоті виготовлення. Перетворюючи цю антену в «спіралі Тесла», у просторі симетрична антена виглядатиме як на рис. 16.а, - з Гамма-узгодженням, а несиметричний диполь Windom, рис.16.б.

Вирішувати, який варіант антени вибрати для здійснення своїх планів щодо перетворення свого балкона на «антенне поле» краще ознайомившись із цією статтею до кінця. Конструктив балконних антен вигідно відрізняється про повнорозмірні тим, що їх параметри та інші комбінації можна проводити не виходячи на дах свого будинку і не травмувати зайвий раз управдома. Крім того, ця антена є практичним посібником для радіоаматорів-початківців, коли можна практично «на колінах» дізнатися всі ази побудови елементарних антен.

Складання антени

Виходячи з практики, довжину дроту складового полотна антени краще взяти з невеликим запасом, трохи більшим на 5-10% його розрахункової довжини, це має бути ізольований одножильний мідний провід для електромонтажу діаметром 1,0-1,5мм. Несуча конструкція майбутньої антени збирається (методом паяння) із труб ПВХ опалення. Звичайно, в жодному разі не можна застосовувати труби з армованою алюмінієвою трубою. Для експерименту підійдуть і сухі дерев'яні палиці, див. Рис.17.

Російському радіоаматору немає необхідності розповідати покрокове складання несучої конструкції, йому достатньо поглянути на оригінал виробу здалеку. Тим не менш, при складанні антени Windom або симетричного диполя, варто спочатку відзначити розрахункову точку живлення на полотні майбутньої антени і закріпити її посеред траверси, де і вироблятиметься живлення антени. Природно, що довжина траверси входить у загальний електричний розмір майбутньої антени і що вона довша, то вища ефективність антени.

Трансформатор

Імпеданс антени симетричного диполя, складе трохи менше 50 Ом, тому схему підключення див. рис.18.а. можна влаштувати простим включенням магнітної клямки або використовувати гамма узгодження.

Опір згорнутої антени «Windom» має трохи менше 300 Ом, тому можна скористатися даними таблиці 1, яка підкуповує своєю універсальністю з використанням всього одного магнітного засувки.

Феритовий сердечник (засувку) перед установкою на антену необхідно протестувати. Для цього вторинну обмотку L2 підключають до передавача, а первинну L1 до еквіваленту антени. Перевіряють КСВ, нагрівання сердечника, а також втрати потужності у трансформаторі. Якщо при заданій потужності сердечник гріється, то кількість феритових засувок потрібно подвоїти. Якщо є неприпустимі втрати в потужності, необхідно підібрати ферит. Відношення втрат за потужністю до дБ див. табл.2.

Як би не був зручний ферит, я все ж таки вважаю, що для радіохвилі, що випромінюється, будь-якої міні-антени, де зосереджено величезне ЄН-поле, він є « чорною дірою». Близьке розташування фериту, зменшує ефективність міні-антени в µ/100 разів, а всі спроби зробити антену якомога ефективніше стають марними. Тому, в міні-антеннах найбільша перевага надається трансформаторам з повітряним сердечником, рис. 18.б. Такий трансформатор, що працює в діапазоні 160-10м, мотається здвоєним дротом 1,5мм на каркасі діаметром 25 і довжиною 140мм, 16 витків з довжиною намотування 100мм.

Варто ще пам'ятати, що фідер такої антени відчуває на своєму обплетенні велику напруженість випромінюваного поля і створює в ній напругу, що негативно впливає на роботу трансівера в режимі передачі. Усунути антенний ефект краще фідер-дросселем, що замикає, без використання феритових кілець, див. Рис.19. Це 5-20 витків коаксіального кабелю, намотаних на каркасі діаметром 10 – 20 сантиметрів.

Такі фідер-дроселі можна встановлювати безпосередньо біля полотна (тіла) антени, але краще вийти за межу великої концентрації поля і встановити на відстані близько 1,5-2м від полотна антени. Не завадить другий такий дросель, встановлений з відривом λ/4 від першого.

Налаштування антени

Налаштування антени приносить величезне задоволення і більше, такий конструктив рекомендується використовувати для проведення лабораторних робіту профільних коледжах та ВНЗ, не виходячи з лабораторії, на тему «Антени».

Налаштування можна розпочати з пошуку частоти резонансу та налаштування КСВ антени. Вона полягає у переміщенні точки живлення антени у той чи інший бік. Немає необхідності для і уточнення точки живлення пересувати трансформатор або кабель живлення вздовж траверси і нещадно різати дроти. Тут все поряд і просто.

Достатньо на внутрішніх кінцях плоских спіралей з одного та з іншого боку зробити повзунки у вигляді «крокодильчиків», як показано на рис.20. Попередньо передбачивши дещо збільшити довжину спіралі з урахуванням налаштування, пересуваємо повзунки з різних сторін диполя на однакову довжину, але в протилежних напрямках, тим самим ми переміщуємо точку живлення. Результатом налаштування буде очікуваний КСВ не більше 1,1-1,2 на знайденій частоті. Реактивні складові мають бути мінімальними. Звичайно, як і будь-яка антена, вона повинна знаходитися на місці максимально наближеному до умов місця встановлення.

Другим етапом буде налаштування антени точно в резонанс, це досягається методом укорочення або подовження вібраторів з обох боків на рівні шматочки дроту тими ж повзунками. Тобто збільшити частоту налаштування можна укороченням обох витків спіралі на однаковий розмір, а зменшити частоту, навпаки, подовженням. Після закінчення налаштування на майбутньому місці встановлення необхідно всі елементи антени надійно з'єднати, ізолювати та закріпити.

Посилення антени, смуга пропускання та кут випромінювання

За словами практикуючих радіоаматорів, ця антена має нижчий кутом випромінювання близько 15 градусів, ніж повнорозмірний диполь і більше придатний для DX-зв'язків. Диполь «спіраль Тесла» має ослаблення -2,5 дБ по відношенню до повнорозмірного диполя, встановленого на такій же висоті від землі (λ/4). Смуга пропускання антени за рівнем -3Дб становить 120-150кГц! При горизонтальному розміщенні, антена, що описується, має вісімкову діаграму спрямованості як у повнорозмірного напівхвильового диполя, а мінімуми діаграми спрямованості забезпечують згасання до - 25 дБ. Поліпшити ефективність антени можна, як і в класичному варіанті шляхом збільшення висоти розміщення. Але при розміщенні антен в однакових умовах на висотах λ/8 і нижче, антена «спіраль Тесла» буде ефективнішою за напівхвильовий диполь.

Примітка: Всі дані антени «спіраль Тесла» виглядають ідеально, але навіть якщо таке компонування антени буде гірше за диполь на 6дБ, тобто. на один бал за шкалою S-метра, це вже чудово.

Інші конструктиви антен.

З диполем на діапазон 40 метрів та з іншими конструкціями диполів аж до діапазону 10м тепер все зрозуміло, але повернемося до спірального вертикалу на діапазон 80м (рис.10). Тут перевага віддається спіральній антені в півхвилі, тому «земля» тут необхідна лише номінально.

Живлення таких антен можна здійснювати як на рис.9 за допомогою підсумовує трансформатора або на рис.10. конденсатором змінної ємності. Звичайно, у другому випадку смуга пропускання антени буде значно вже, але антена має можливість перебудовуватися по діапазону і все ж таки згідно авторської інформації необхідно хоч якесь заземлення. Наше завдання, - перебуваючи на балконі, позбутися його. Так як живлення антени здійснюється з кінця (в "пучності" напруги), то вхідний опір укороченої напівхвильової спіральної антени може становити близько 800-1000 Ом. Ця величина залежить від висоти вертикальної частини антени, від діаметра «спіралі Тесла» та від розташування антени щодо навколишніх предметів. Для узгодження високого вхідного опору антени з низьким опором фідера (50Ом) можна використовувати високочастотний автотрансформатор у вигляді котушки індуктивності з відведенням (рис.21.а), що широко практикується в напівхвильових, вертикально розташованих лінійних антена на 27МГц фірмами SIR.

Дані узгоджувального автотрансформатора для напівхвильової антени Сі-Бі діапазону 10-11м:

D = 30мм; L1=2 витка; L2 = 5 витків; d=1,0мм; h = 12-13 мм. Відстань між L1 та L2 = 5мм. Котушки мотається на одному пластиковому каркасі виток до витка. Кабель підключається центральною жилою до відведення 2 витка. Полотно (кінець) напівхвильового вібратора підключається до "гарячого" виводу котушки L2. Потужність, яку розрахований автотрансформатор, до 100 Вт. Можливий вибір відведення котушки.

Дані узгоджувального автотрансформатора для напівхвильової антени типу спіраль діапазону 40м:

D = 32мм; L1=4,6мкГн; h=20 мм; d=1,5мм; n=12 витків. L2=7,5мкГн; ; h=27 мм; d=1,5мм; n=17 витків. Котушка мотається на одному пластиковому каркасі. Кабель підключається центральною жилою до відведення. Полотно антени (кінець спіралі) підключається до "гарячого" виводу котушки L2. Потужність, яку розрахований автотрансформатор, 150 -200Вт. Можливий вибір відведення котушки.

Розміри антени «спіраль Тесла» діапазону 40м:загальна довжина дроту 21м, траверса заввишки 0,9-1,5м діаметром 31мм, на радіально встановлених спицях по 0,45м. Зовнішній діаметр спіралі становитиме 0,9м

Дані узгоджувального автотрансформатора для антени типу спіраль діапазону 80м: D = 32мм; L1=10,8мкГн; h=37 мм; d=1,5мм; n=22 витків. L2=17,6мкГн; ; h=58 мм; d=1,5мм; n=34 витків. Котушка мотається на одному пластиковому каркасі. Кабель підключається центральною жилою до відведення. Полотно антени (кінець спіралі) підключається до "гарячого" виводу котушки L2. Можливий вибір відведення котушки.

Розміри антени «спіраль Тесла» діапазону 80м:загальна довжина дроту 43м, траверса заввишки 1,3-1,5м діаметром 31мм, на радіально встановлених спицях по 0,6м. Зовнішній діаметр спіралі становитиме 1,2м

Узгодження з напівхвильовим спіральним диполем при живленні його з кінця, можна здійснювати не тільки за допомогою автотрансформатора, але і за Фуксом, паралельним коливальним контуром, див.

Примітка:

• При живленні напівхвильової антени з одного кінця налаштування в резонанс можна проводити з будь-якого кінця антени.
• За відсутності хоч якогось заземлення, на фідер необхідно встановити фідер-дросель, що замикає.

Варіант вертикальної спрямованої антени

Маючи пару антен «спіраль Тесла» та деяку територію для їх розміщення, можна створити антену спрямованої дії. Нагадаю, що всі операції з цією антеною повністю ідентичні з антенами лінійних розмірів, а необхідність згортання їх обумовлена ​​не модою на міні-антени, а відсутність місць розміщення лінійних антен. Використання двоелементних спрямованих антен з відстанню між ними 0,09-0,1λ дозволяє спроектувати та побудувати антену «спіраль Тесла» спрямованої дії.

Цю ідею взято з «KB ЖУРНАЛ» N 6 за 1998г. Ця антена чудово описана Володимиром Поляковим (RA3AAE), яку можна знайти на просторах Інтернету. Суть антени полягає в тому, що дві вертикальні антени, розташовані на відстані 0,09λ харчуються протифазно одним фідером (одна оплеткою, інша центральною жилою). Живлення проводиться за типом тієї ж антени Windom, тільки з однопровідним живленням, рис.22.. Зсув фаз між протилежними антенами створюється їх налаштуванням нижче і вище за частотою, як у класичних спрямованих антенах Яги. А узгодження з фідером здійснюється простим переміщенням точки живлення вздовж полотна обох антен, уникаючи нульової точки живлення (середини вібратора). При пересуванні точки живлення від середини на деяку відстань Х можна домогтися опору від 0 до 600 Ом як в антені Windom. Нам же знадобиться опір близько 25 Ом, тому зміщення точки живлення від середини вібраторів буде дуже незначним.

Електрична схемапропонованої антени з орієнтовними розмірами, наведеними в довжинах хвиль, показано на рис.22. А практичне налаштування антени «спіраль Тесла» на необхідний опір навантаження цілком можна здійснити за технологією рис.20. Живлення антени проводиться у точках ХХ безпосередньо фідером з хвильовим опором 50 Ом, а його оплетку необхідно ізолювати замикаючим фідер-дросселем див. Рис.19.

Варіант вертикальної спрямованої спіральної антени на 30м RA3AAE

Якщо з якихось причин радіоаматора не влаштовує варіант антени «спіраль Тесла», цілком здійснимо варіант антени зі спіральними випромінювачами, рис.23. Наведемо її розрахунок.

Використовуємо довжину дроту спіралі півхвилі:

λ=300/МГц =З00/10,1; λ /2 -29,7/2=14,85. Приймемо 15м

Розрахуємо крок на мотки на трубі діаметром 7,5см, довжиною намотування спіралі = 135см:

Довжина кола L=D*π = -7,5см*3,14=23,55см.=0,2355м;

у витків напівхвильового диполя -15м/ 0,2355=63,69= 64 витка;

крок намотування на рубі довжиною 135см. - 135см./64 = 2,1см.

Відповідь: на трубі діаметром 75мм намотуємо 15 метрів мідного дроту діаметром 1-1,5мм у кількості 64 витки з крок намотування =2см.

Відстань між однаковими вібраторами становитиме 30*0,1=3м.

Примітка: розрахунки антени велися із заокругленням на можливість укорочування дроту намотування під час налаштування.

Для збільшення струму зміщення і зручності налаштування, по кінцях вібраторів необхідно зробити невеликі ємнісні навантаження, що регулюються, а на фідер, в місці підключення необхідно одягнути замикаючий -фідер-дроссель. Зміщені точки живлення відповідають розмірам на рис. 22. Слід пам'ятати, що односпрямованість у цій конструкції досягається зсувом фаз між протилежними спіралями рахунок налаштування їх із різницею на 5-8% по частоті, як і класичних спрямованих антенах Уда-Яги.

Згорнута «Базука»

Як відомо, шумова обстановка у будь-якому місті залишає бажати кращого. Це стосується і частотного радіоспектру через тотальне використання імпульсних перетворювачів живлення побутової техніки. Тому мною була прийнята спроба використовувати в антені «спіраль Тесла» антену типу «Базука», що добре зарекомендувала себе в цьому відношенні. У принципі це той самий напівхвильовий вібратор із замкунтою системою, як і всі петлеві антени. Розмістити її на траверсі представлену вище не склало особливих труднощів. Експеримент проводився на частоті 10,1 МГц. Як полотно антени використовувався телевізійний кабель діаметром 7мм. (Рис.24). Головне, щоб обплетення кабелю була не алюмінієва як його оболонка, а мідна.

На цьому «проколюються» навіть досвідчені радіоаматори, приймаючи при купівлі обплетення кабелю. сірого кольоруза луджену мідь. Оскільки тут йде мова QRP - антена для балкона, а потужності, що підводяться до 100 Вт, то такий кабель буде цілком придатний. Коефіцієнт укоронення такого кабелю зі спіненим поліетиленом становить близько 0,82. Тому довжина L1 (рис.25.) для частоти 10,1МГц. Склала по 7.42см, а довжина провідників L2, що подовжують, з даною компоновкою антени склала по 1,83см. Вхідний опір згорнутої «Базуки» після монтажу на відкритій місцевості становив близько 22-25 Ом і ні чим не регулюється. Тому тут знадобився трансформатор 1:2. У пробному варіанті він був зроблений на феритовій клямці простими проводами від звукових колонок із співвідношенням витків за табл.1. Інший варіант трансформатора 1:2 зображено на рис. 26.

Аперіодична широкосмугова антена «Базука»

Жоден радіоаматор, який має у своєму розпорядженні навіть антенне поле на покрівлі свого будинку або у дворі котеджу, не відмовиться від широкосмугової оглядової антени на основі фідера згорнутого в спіраль Тесла. Класичний варіант аперіодичної антени з резистором навантаження відомий багатьом, тут антена «Базука» виконує роль широкосмугового вібратора, а її смуга пропускання як і в класичних варіантах має велике перекриття в бік вищих частот.

Схема антени зображено на рис. 27, а потужність резистора становить близько 30% від потужності, що підводиться до антени. Якщо антена використовується тільки як приймальна, достатньо потужності резистора 0,125Вт. Варто зазначити, що антена «спіраль Тесла», встановлена ​​горизонтально, має вісімкову діаграму спрямованості і здатна для проведення просторової селекції радіосигналів. Встановлена ​​вертикально, має кругову діаграму спрямованості.

4.Магнітні антени.

Другим, не менш популярним типом антен є індуктивний випромінювач з укороченими розмірами, це магнітна рамка. Магнітна рамка була відкрита в 1916 К. Брауном і використовувалася до 1942, як приймальня в радіоприймачах і радіопеленгаторах. Це також відкритий коливальний контур з периметром рамки менше ≤ 0,25 довжини хвилі, її називають "magnetic loop" (магнітна петля), а скорочена назва набула абревіатури - ML. Активним елементом magnetic loop є індуктивність. У 1942 році, радіоаматор із позивним радіосигналу W9LZX вперше використав подібну антену на мовній місіонерській станції HCJB, розташованій у горах Еквадору. Завдяки цьому магнітна антена відразу завоювала радіоаматорський світ і з того часу широко використовується в аматорському та професійному зв'язку. Магнітні рамкові антени є одним із найцікавіших типів малогабаритних антен, які зручно розташовувати як на балконах, так і на підвіконнях.

Вона має вигляд петлі з провідника, яка підключена до конденсатора змінної ємності для досягнення резонансу, де петля є індуктивністю випромінюючої коливального LC-контуру. Випромінювачем тут є лише індуктивність у вигляді петлі. Розміри такої антени дуже малі, а периметр рамки становить як правило 0,03-0,25? Максимальний ККД magnetic loop може досягати 90% щодо диполя Герца, див. рис.29.а. Місткість С у цій антені не бере участі в процесі випромінювання і несе в собі суто резонансний характер як у будь-якому коливальному контурі, рис. 29.б..

ККД антени залежить від активного опору полотна антени, від її розмірів, від розміщення в просторі, але більшою мірою від матеріалів, що використовуються для конструкції антени. Смуга пропуску рамкової антенизазвичай становить від одиниць до десятків кілогерців, що пов'язано з високою добротністю утвореного LC-контуру. З цього, ефективність ML-антени сильно залежить від її добротності, що стоїть добротність, то вище її ефективність. Таку антену застосовують і як передавальну. При малих розмірах рамки амплітуда та фаза струму, що протікає в рамці, практично постійні по всьому периметру. Максимум інтенсивності випромінювання відповідає площині рамки. У перпендикулярній площині рамки діаграма спрямованості має гострий мінімум, а загальна діаграма рамкової антени має форму «вісімки».

Напруженість електричного поля Е електромагнітної хвилі (В/м) на відстані d від передавальної рамкової антени, обчислюється за формулою:

ЕРС E , що індукується в прийомний рамкової антени, обчислюється за формулою:

Вісімкова діаграма спрямованості рамки дозволяє використовувати її мінімуми діаграми з метою відбудови її в просторі від близьких перешкод або небажаного випромінювання в певному напрямку в ближніх зонах до 100 км.

При виготовленні антени потрібно дотримання співвідношень діаметрів випромінюючого кільця і ​​витка зв'язку D/d як 5/1. Виток зв'язку виготовляється з коаксіального кабелю, знаходиться в безпосередній близькості від випромінюючого кільця на протилежному боці від конденсатора, і виглядає як на рис.30.

Оскільки в випромінювальній рамці протікає великий струм, що досягає десятки ампер, рамка в діапазонах частот 1,8-30 МГц виготовляється з мідної трубки діаметром близько 40-20 мм, а конденсатор налаштування в резонанс не повинен мати контактів, що труться. Його пробивна напруга повинна становити не менше 10 кВ при потужності, що підводиться до 100 Вт. Діаметр випромінюючого елемента залежить від діапазону частот і розраховується від довжини хвилі високочастотної частини діапазону, де периметр рамки Р = 0,25λ, рахуючи від верхньої частоти.

Мабуть одним із перших після W9LZX, німецький короткохвильовик DP9IVз антеною ML встановленою на вікні, за потужності передавача всього 5 Вт, у діапазоні 14 МГц провів QSO з багатьма країнами Європи, а за потужності 50 Вт - і з іншими континентами. Саме ця антена стала відправною точкою для експериментів російських радіоаматорів, див. Рис.31.

Бажання створити експериментальну компактну кімнатну антену, яку так само сміливо можна називати ЕН-антеною, при щільній співпраці з Олександром Грачовим ( UA6AGW), Сергій Тетюхін (R3PIN) сконструював наступний шедевр, див. Рис.32.

Саме такий, невисоко бюджетний конструктив кімнатного варіанту ЄН-антени може порадувати радіолюбителя-новосела чи дачника. Схема антени включає, як магнітний випромінювач L1; L2, так і ємнісної у вигляді телескопічних «усів».

На особливу увагу в цій конструкції (R3PIN) заслуговує резонансна система узгодження фідера з антеною Lсв; С1, яка ще раз збільшує добротність усієї антеної системи та дозволяє дещо підняти посилення антени в цілому. Як первинний контур спільно з «вусами» як у конструкції Якова Мойсейовича, тут виступає обплетення кабелю полотна антени. Довжиною цих «усів» і становищем їх у просторі, легко домогтися резонансу та найефективнішої роботи антени загалом за індикатором струму в рамці. А забезпечення антени індикаторним приладом дозволяє вважати цей варіант антени цілком закінченим конструктивом. Але якими б не були конструкції магнітних антен, завжди хочеться підняти її ефективність.

Двох-рамочні магнітні антени у вигляді вісімки порівняно недавно почали з'являтися серед радіоаматорів, див. Рис.33. Її апертура вдвічі більша порівняно з класичною. Конденсатором С1 можна змінювати резонанс антени з перекриттям частотою в 2-3 рази, а загальний периметр кола двох петель ≤ 0,5λ. Це можна порівняти з напівхвильовою антеною, а її мала апертура випромінювання компенсується підвищеною добротністю. Узгодження фідера з такою антеною краще здійснювати за допомогою індуктивного зв'язку.

Теоретичний відступ: Подвійну петлю можна розглядати як змішану коливальну систему LL та LC-системи. Тут для нормальної роботи обидва плечі навантажені на середовище випромінювання синхронно та синфазно. Якщо на ліве плече подається позитивна напівхвиля, то і на праве плече подається така сама. ЕРС самоіндукції, що зародилася в кожному плечі, буде за правилом Ленца протилежна ЕРС індукції, але так як ЕРС індукції кожного плеча протилежні у напрямку, то ЕРС самоіндукції буде завжди співпадати з напрямом індукції протилежного плеча. Тоді індукція в котушці L1 сумуватиметься з самоіндукцією від котушки L2, а індукція котушки L2 - з самоіндукцією L1. Так само, як і в LC-контурі, сумарна потужність випромінювання може в кілька разів перевищувати вхідну потужність. Подача енергії може здійснюватися на будь-яку котушку індуктивності і будь-яким способом.

Подвійна рамка зображена на рис.33.

Конструктив дворамкової антени, де L1 і L2 включені між собою у вигляді вісімки. Так з'явилася дворамкова ML. Назвемо її умовно ML-8.

У ML-8 на відміну від ML з'явилася своя особливість, - у неї може бути два резонанси, коливальний контур L1 С1 має свою резонансну частоту, а L2 С1 має свою. У завдання конструктора входить домогтися єдності резонансів і максимального ККД антени, отже, розміри петель L1; L2 та їх індуктивності мають бути однакові. На практиці інструментальна похибка в пару сантиметрів змінює ту чи іншу індуктивність, частоти налаштування резонансів дещо розходяться, а антена отримує певну дельту за частотою. Крім того, подвійне включення ідентичних антен розширює смугу пропускання антени в цілому. Іноді конструкторами це робиться навмисне. На практиці ML-8 активно використовують радіоаматори з позивними радіосигналами. RV3YE; US0KF; LZ1AQ; K8NDSта ін. однозначно стверджуючи, що така антена працює значно краще за одно-рамкову, а зміна її положення в просторі можна легко керувати просторовою селекцією. Попередні розрахунки показують, що у ML-8 для діапазону 40 метрів діаметр кожної петлі при максимальному ККД складе трохи менше 3-х метрів. Зрозуміло, що таку антену можна встановлювати лише на вулиці. А ми мріємо про ефективну ML-8 антену для балкона або навіть для підвіконня. Звичайно, можна зменшити діаметр кожної петлі до 1 метра та налаштувати резонанс антени конденсатором С1 на необхідну частоту, але ККД такої антени впаде більш ніж у 5 разів. Можна піти іншим шляхом, зберегти розрахункову індуктивність кожної петлі, використовуючи в ній не один, а два витки, залишивши резонансний конденсатор з тим самим номіналом, відповідно і добротність антени в цілому. Безперечно, що апертура антени зменшиться, але кількість витків «N» частково відшкодує цю втрату, згідно з наведеною нижче формулою:

З наведеної формули видно, що кількість витків N є одним з множників чисельника і стоїть в одному ряду як з площею витка-S, так і з його добротністю-Q.

Наприклад, радіоаматор OK2ER(див. рис.34.) вважав за можливе використовувати 4-х витковий ML діаметром всього 0,8м в діапазоні 160-40м.

Автор антени повідомляє, що на 160 метрах антена працює номінально і більше використовується для радіоспостереження. У діапазоні 40м. достатньо скористатися перемичкою, що зменшує робочу кількість витків удвічі. Звернемо увагу на матеріали, що використовуються, - мідна труба петлі взята від водяного опалення, кліпси, що з'єднують їх в загальний моноліт, використовуються для монтажу водопровідних пластикових труб, а герметичний пластиковий ящик придбаний в магазині електрики. Узгодження антени з ємністю фідером, і виконується за будь-якою з представлених схем, див. Рис.35.

Крім вище сказаного, нам потрібно розуміти, що негативно впливає на добротність Q-антени в цілому надають наступні елементи антени:

З наведеної формули ми бачимо, що активний опір індуктивності Rк і ємність коливальної системи Ск, що стоять у знаменнику, повинні бути мінімальними. Саме тому, всі ML роблять з мідної труби, якомога більшого діаметру, але є випадки, коли полотно петлі роблять з алюмінію. Добротність такої антени та її ККД падає в 1,1-1,4 рази. Що стосується ємності коливальної системи, то тут все складніше. При постійному розмірі петлі L, наприклад на резонансної частоті 14МГц, ємність З складе всього 28пФ, а ККД = 79%. На частоті 7МГц, ККД = 25%. Тоді як на частоті 3,5МГц при ємності 610 пФ, її ККД = 3%. Тому ML використовують найчастіше на два діапазони, а третій (найнижчий) вважається оглядовим. Отже, проводити розрахунки необхідно, виходячи від найвищого діапазону з мінімальною ємністю С1.

Подвійна магнітна антена діапазон 20м.

Параметри кожної петлі будуть наступними: При діаметрі полотна (мідної труби) 22мм, діаметрі подвійної петлі 0,7м, відстанню між витками 0,21м, індуктивність петлі складе 4,01мкГн. Необхідні розрахункові параметри антени інші частоти зведені в таблицю 3.

Таблиця 3.

У висоту така антена складе лише 1,50-1,60м. Що цілком прийнятно для антени типу - ML-8 балконного варіанта і навіть антени вивішеної за межі вікна багатоповерхового житлового будинку. А її монтажна схема виглядатиме як на рис. 36.а.

Живлення антениможе бути з ємнісним або з індуктивним зв'язком. Варіанти ємнісного зв'язку зображені на рис.35 можуть бути обрані за бажанням радіоаматора.

Найбільш бюджетний варіант, це індуктивна зв'язок, та її діаметр буде іншим.

Розрахунок діаметра(d) петлі зв'язку ML-8виготовляється з розрахункового діаметра двох петель.

Довжина кола двох петель становить після перерахунку 4,4*2 = 88 метрів.

Розрахуємо уявний діаметр двох петель D = 8,8 м/3,14 = 2,8 метри.

Розрахуємо діаметр петлі зв'язку-d = D/5. = 2,8/5 = 0,56 метра.

Оскільки в даній конструкції ми використовуємо двовиткову систему, то і петля зв'язку повинна мати також дві петлі. Скручуємо її вдвічі і отримуємо двох-виткову петлю зв'язку діаметром близько 28см. Підбір зв'язку з антеною здійснюється в момент уточнення ПВВ у пріоритетному діапазоні частот. Петля зв'язку може мати гальванічну зв'язок з точкою нульової напруги (рис.36.а.) і знаходиться ближче до неї.

Електричний випромінювачЦе ще один додатковий елемент випромінювання. Якщо магнітна антена випромінює електромагнітну хвилю з пріоритетом магнітного поля, електричний випромінювач буде виконувати функцію додаткового випромінювача електричного поля-Е. По суті, він повинен замінити початкову ємність C1, а струм стоку, який раніше марно проходив між закритими обкладками конденсатора С1, тепер працює на додаткове випромінювання. У цьому випадку частка потужності, що підводиться, додатково випромінюватиметься електричними випромінювачами, рис. 36.б. Смуга пропускання збільшиться до меж смуги радіоаматорського діапазону як у ЕН-антеннах. Місткість таких випромінювачів невисока (12-16пФ, не більше 20), а тому їх ефективність на низькочастотних діапазонах буде невелика. Ознайомитися з роботою ЄН-антен можна за посиланнями:

Для налаштування в резонанс магнітної антени, найкраще використовувати вакуумні конденсатори з великою пробивною напругою та високою добротністю. Більш того, використовуючи редуктор та електропривод, налаштування антени можна здійснювати дистанційно.

Ми проектуємо бюджетну балконну антену, до якої можна підійти будь-якої миті, змінити її положення в просторі, перебудувати або переключити на іншу частоту. Якщо точки «а» і «б»(див.Рис.36.а.) замість дефіцитного і дорогого змінного конденсатора з великими зазорами підключити ємність виготовлену з відрізків кабелю RG-213 з погонною ємністю 100пФ/м, можна моментально змінювати частоту налаштування, а підстроювальним конденсатором С1 уточнювати резонанс налаштування. "Кабель-конденсатор" можна скрутити в рулон і герметизувати будь-яким із способів. Такий комплект ємностей можна мати на кожен діапазон окремо, а включати в схему за допомогою звичайної розетки (точки а і б) в парі з електричною вилкою. Зразкові ємності С1 по діапазонах наведено в таблиці 1.

Індикацію налаштування антени в резонанскраще робити прямо на самій антені (так наочніше). Для цього досить далеко від котушки зв'язку на полотні L1 (точка нульової напруги) намотати щільно 25-30 витків дроту МГТФ, а індикатор налаштування з усіма його елементами герметизувати від опадів. Найпростіша схемазображено на рис.37. Максимальні показання приладу Р будуть говорити про вдале налаштування антени.

На шкоду ККД антени Як матеріал петель L1; L2 можна застосовувати більш дешеві матеріали, наприклад трубу ПВХ з алюмінієвим шаром всередині для прокладання водопроводу діаметром 10-12мм.

Антена DDRR

Незважаючи на те, що за своєю ефективністю класична антена DDRR поступається чвертьхвильовому вібратору на 2,5 дБ, її геометрія виявилася настільки привабливою, що DDRR була запатентована фірмою Nortrop і поставлена ​​в масове виробництво.

Як і у випадку Groundplane, основним фактором пристойного ККД антени DDRR є добротна противага. Це плоский металевий диск із високою поверхневою провідністю. Його діаметр повинен принаймні на 25% перевищувати діаметр кільцевого провідника. Кут піднесення головного променя тим менше, чим вище відношення діаметрів диска противаги і збільшується, якщо по колу диска закріпити якнайбільше радіальних противаг довжиною по 0,25λ, забезпечивши їх надійний контакт з диском-противагою.

У антені DDRR (рис.38), що розглядається тут, використовується два однакових кільця (звідси і назва "двох-кільцева-кругова"). Внизу замість металевої поверхні застосовується замкнене кільце з розмірами, як у верхнього. До нього підбиваються всі точки заземлення за класичною схемою. Незважаючи на деяке зниження ККД антени, така конструкція дуже приваблива для розміщення її на балконі, крім того, при такому рішенні вона цікавить і цінителів 40-метрового діапазону. Використовуючи замість кілець квадратні конструктиви, антена на балконі нагадує сушарку для білизни і викликає у сусідів зайвих питань.

Усі її розміри та номінали конденсаторів представлені в таблиці 4. бюджетному варіантідорогий вакуумний конденсатор можна замінити на відрізки фідерів по діапазону, а точне налаштування проводити підстроювачем 1-15пФ з повітряним діелектриком пам'ятаючи, що погонна ємність кабелю RG213 = (97pF / m).

Таблиця 4.

Практичний досвід застосування антени DDRR із подвійним кільцем описав DJ2RE. Випробувана антена 10-метрового діапазону була виконана з мідної трубки зовнішнім діаметром 7 мм. Для тонкого налаштування антени застосовувалися дві мідні поворотні пластини розміром 60x60 мм між верхнім гарячим кінцем провідника і нижнім кільцем.

Антенною порівняння служив поворотний триелементний Яги, розташований за 12 м від землі. Антена DDRR була на висоті 9 м. Її нижнє кільце заземлялося лише через екран коаксіального кабелю. У ході випробувального прийому одразу виявилися якості антени DDRR як кругового випромінювача. За твердженням автора випробувань сигнал, що приймається, виявився на два бали нижче за S-метром сигналу Яги з посиленням близько 8 дБ. Під час передачі з потужністю до 150 Вт було виконано 125 сеансів зв'язку.

Примітка: За твердженням автора випробувань, виходить, що антена DDRR на момент випробувань мала посилення близько 6 дБ Це часто вводить в оману від близькості різних антен того ж діапазону, а властивості перевипромінювання ними ЕМВ втрачає чистоту експерименту.

5. Ємнісні антени.

Перш ніж розпочати цю тему, хочеться згадати історію. У 60-х роках 19-го століття, формулюючи систему рівнянь для опису електромагнітних явищ, Дж. К. Максвелл зіткнувся з тим, що рівняння для магнітного поля постійного струму та рівняння збереження електричних зарядів змінних полів (рівняння безперервності) несумісні. Щоб усунути протиріччя, Максвелл, не маючи на те ніяких експериментальних даних, постулював, що магнітне поле породжується не лише рухом зарядів, а й зміною електричного поля, подібно до того, як електричне поле породжується не лише зарядами, а й зміною магнітного поля. Величину де - електрична індукція, яку він додав до густини струму провідності, Максвелл назвав струмом усунення. У електромагнітної індукції з'явився магнітоелектричний аналог, а рівняння поля набули чудової симетрії. Так, умоглядно було відкрито один із фундаментальних законів природи, наслідком якого є існування електромагнітних хвиль. Надалі Г. Герц спираючись на цю теорію довів, що електромагнітне поле, що випромінюється електричним вібратором, дорівнює полю, що випромінюється ємнісним випромінювачем.!

Якщо так, переконаємося ще раз, що відбувається, коли закритий коливальний контур перетворюється на відкритий і як можна виявити електричне поле Е? Для цього поряд з коливальним контуром помістимо індикатор електричного поля, це вібратор, в розрив якого включена лампа розжарювання, поки вона не горить, див. Рис.39.а. Поступово розкриваємо контур, і ми спостерігаємо, що лампа індикатора електричного поля спалахує, рис. 39.б. Електричне поле тепер не зосереджено між пластинами конденсатора, його силові лінії йдуть від однієї пластини до іншої через відкритий простір. Таким чином, ми маємо експериментальне підтвердження твердження Дж. К. Максвелла, що ємнісний випромінювач породжує електромагнітну хвилю. У цьому експерименті навколо пластин утворюється сильне високочастотне електричне поле, зміна якого в часі індукує в навколишньому просторі вихрові струми усунення (Ейхенвальд А.А. Електрика, видавництво п'яте, М.-Л.: Державне видавництво, 1928, перше рівняння Максвелла), формують високочастотне електромагнітне поле!

Нікола Тесла звернув на цей факт увагу, що за допомогою невеликих випромінювачів в діапазоні КВ можна створити досить ефективний прилад для випромінювання електромагнітної хвилі. Так народився резонансний трансформатор Н. Тесла.

* Конструкція ЕН-антени Т. Харда та трансформатора (диполя) Н. Тесла.

Чи варто зайвий раз стверджувати, що ЕН-антена конструкції Т. Харда (W5QJR), див. Рис.40, це копія оригіналу антени Тесла, див. Fig.1. Антени відрізняються лише розмірами, де Нікола Тесла використовував частоти, що обчислюються в кілогерцях, а Т. Хард створив конструкцію для роботи в діапазоні КВ.

Той самий резонансний контур, той же ємнісний випромінювач з котушкою індуктивності та котушкою зв'язку. Антена Теда Харда є найближчим аналогом антени Миколи Тесла і була запатентована як Coaxial inductor and dipole EH antenna (Патент США US 6956535 B2 від 18.10.2005) для роботи в КВ діапазоні.

Ємнісна КВ антена Теда Харда має індуктивний зв'язок з фідером, хоча давно існує цілий ряд ємнісних антен з ємнісним, безпосереднім та трансформаторним зв'язком.

Основою несучої конструкції інженера та радіоаматора Т. Харда служить недорога пластикова труба з хорошими ізоляційними характеристиками. Фольга у вигляді циліндрів щільно облягає її, тим самим формуючи випромінювачі антени з невеликою ємністю. Індуктивність L1 утвореного послідовного коливального контуру розташовується за апертурою випромінювача. Котушка індуктивності L2, розташована в центрі випромінювача, компенсує протифазне випромінювання котушки L1. Роз'єм живлення антени (від генератора) W1 розташовується внизу, це зручно для підключення фідера живлення вниз.

У цій конструкції налаштування антени проводиться двома елементами, L1 та L3. Методом підбору витків котушки L1, антена налаштовується в режим послідовного резонансу по максимуму випромінювання, де антена набуває ємнісного характеру. Відведення від котушки індуктивності визначає вхідний опір антени та наявність у радіоаматора фідера з хвильовим опором на 50 або 75 Ом. Підбором відведення від котушки L1 можна досягти КСВ = 1,1-1,2. Котушкою індуктивності L3 домагаються компенсації з ємнісного характеру, і антена приймає активний характер за вхідним опором близьким до КСВ=1,0-1,1.

Примітка: Котушки L1 та L2 намотані в різні сторони, а котушки L1 та L3 перпендикулярні один одному для зменшення взаємного впливу.

Даний конструктив антени безперечно заслуговує на увагу радіоаматорів, які мають у своєму розпорядженні тільки балкон або лоджію.

Тим часом розробки не стоять на одному місці і радіоаматори, оцінивши винахід Н. Тесла та конструкцію Теда Харта, почали пропонувати інші варіанти ємнісних антен.

* Сімейство антен "Isotron"є простим прикладом плоских вигнутих ємнісних випромінювачів, вона випускається промисловістю для експлуатації її радіоаматорами, див. Рис.42. Антена " Isotron " немає принципової різниці з антеною Т. Хорда. Все той же послідовний коливальний контур, ті самі ємнісні випромінювачі.

Зокрема, елементом випромінювання тут є випромінююча ємність (Сизл.) як двох пластин загнутих під кутом близько 90-100 градусів, резонанс налаштовується зменшенням чи збільшенням кута згину, тобто. їх ємності. За однією версією, зв'язок з антеною здійснюється безпосереднім включенням фідера та послідовного коливального контуру, у цьому випадку КСВ визначає співвідношення L/С утвореного контуру. За іншою версією, яку почали застосовувати радіоаматори, зв'язок здійснюється за класичною схемою через котушку зв'язку Lсв. КСВ у цьому випадку налаштовується зміною зв'язку між котушкою послідовного резонансу L1 та котушкою зв'язку Lсв. Антена працездатна і певною мірою ефективна, але вона має головний недолік, котушка індуктивності при розташуванні її в заводському варіанті знаходиться в центрі ємнісного випромінювача, працює в протифазі з ним, що приблизно на 5-8-дБ знижує ефективність антени. Достатньо розгорнути площину цієї котушки на 90 градусів і ефективність антени значно збільшиться.

Оптимальні розміри антени зведено таблицю 5.

* Багатодіапазонний варіант.

Всі антени "Isotron" одно-діапазонні, що викликає низку незручностей при переході з діапазону на діапазон та їх розміщення. При паралельному включенні двох (трьох, чотирьох) таких антен змонтованих на загальній шині, що працюють на частотах f1; f2 і fn, їх взаємодія виключено через великий опір послідовного коливального контуру антени, що не бере участі в резонансі. При виготовленні на загальній шині двох одно-резонансних антен, включених паралельно, ефективність (ККД) та смуга пропускання такої антени буде вищою. Використовуючи останній варіант синфазного включення двох одно-діапазонних антен, потрібно пам'ятати, що загальний вхідний опір антен буде вдвічі нижчим і необхідно вжити відповідних заходів звернувшись до (табл.1). Модифікація антени загальної підкладці зображено на рис. 42 (внизу). Немає необхідності нагадувати, що фідер-дроссель, що замикає, є невід'ємною частиною будь-якої міні-антени.

Вивчаючи найпростіший "Ізотрон", ми дійшли висновку, що посилення цієї антени недостатньо через розміщення резонансної котушки індуктивності між випромінюючими пластинами. В результаті радіоаматорами Франції ця конструкція була вдосконалена, а котушка індуктивності була винесена за межі робочого середовища ємнісного випромінювача, див. Рис.43. Схема антени має безпосередній зв'язок з фідером, що спрощує конструкцію, але, як і раніше, ускладнює повне узгодження з ним.

Як видно з представлених малюнків і фото, ця антена досить проста за конструкцією, особливо з налаштування її в резонанс, де досить трохи змінити відстань між випромінювачами. Якщо пластини поміняти місцями, зробити верхню «гарячою» а нижню підключити до обплетення фідера, зробити загальну шину для ряду інших таких же антен, то можна отримати багатодіапазонну антенну систему, або ряд синфазно включених ідентичних антен здатних збільшити загальне посилення.

Радіоаматор із позивним радіосигналом F1RFM, люб'язно надав для загального огляду свій конструктив антени з розрахунками на 4 радіоаматорські діапазони, схема якої зображена на рис.44.

* Антена «Biplane»

Антена Biplane названа за схожістю з розміщенням здвоєних крил літаків початку 20 століття по конструкції Біплан, а її винахід належить групі радіоаматорів (рис.45). Антена «Biplane» являє собою два послідовні коливальні контури L1; C1 і L2; C2, включених зустрічно-паралельно. Живлення випромінювачів, симетричне з безпосереднім зв'язком. Як випромінюючі елементи використовуються площини конденсаторів С1 і С2. Кожен випромінювач виготовляються з двох алюмінієвих пластин та розташовуються з двох сторін від котушок індуктивності.

Котушки індуктивності для виключення взаємовпливу мотаються зустрічно або розташовуються перпендикулярно один до одного. Площа кожної пластини на думку авторів становитиме для діапазону 20 метрів 64.5 см.кв, для 40 метрів – 129см.кв, для 80 метрів – 258см.кв, та для 160 метрового діапазону відповідно 516см.кв.

Налаштування здійснюється у два етапи і може здійснюватися елементами С1 та С2 методом зміни відстані між пластинами. Мінімальний КСВ досягається зміною ємностей С1 та С2, налаштувавши передавач на частоту. Антена дуже важка в налаштуванні та потребує складної конструкції герметизації від впливу зовнішніх опадів. Вона не має перспективи розвитку та нерентабельна.

За темою ємнісних антен варто відзначити, що вони зайняли особливу нішу серед радіоаматорів, у яких немає можливості встановити повноцінні антени, в розпорядженні яких є тільки балкон або лоджія. Радіоаматори, які мають можливість встановити на невеликому антеному полі не високу щоглу, також користуються такими антенами. Всі укорочені антени мають загальну назву QRP-антени. Крім того, у радіоаматорів існує ряд помилок при встановленні та експлуатації антен укороченого типу, це відсутність замикаючого «фідер-дроселя» або дуже близьке розташування останнього на феритовій основі до полотна укороченої антени. У першому випадку починає випромінювати фідер антени, а в другому, ферит такого дроселя є «чорною діркою» та зменшує її ефективність.

* ЕН-антена військ СА СРСР 40 - 50-х років минулого століття.

Антена була зварною з алюмінієвих труб діаметром 10 і 20мм. Плоский, широкосмуговий симетричний диполь розрізний довжиною близько 2-х метрів і шириною 0,75м. Діапазон робочих частот 2-12МГц. Ну, чим не балконна антена? Вона кріпилася на даху мобільної радіорубки у горизонтальному положенні на висоті близько 1м.

Автором цієї статті ще в 90-х роках була відтворена дана конструкція на балконі другого поверху, а випромінювачі були виготовлені під сушарку для білизни дерев'яні брускиза межами балкона. Замість мотузок були натягнуті мідні ізольовані дроти, див. Рис 46.а. Налаштовувалась антена за допомогою коливального контуру L1C1, конденсатора С2 зв'язку з антеною та котушки зв'язку Lсв. з приймачем, див. Мал. 46.б. Усі конденсатори з повітряною ізоляцією ємністю 2*12-495пФ використовувалися від лампових радіоприймачів 60-х років.

Котушка індуктивності L1 діаметр 50 мм; 20 витків; провід 1,2 мм; крок 3,5 мм. Поверх цієї котушки туго одягалася пропилена уздовж пластикова труба (50мм). Поверх її моталася котушка зв'язку Lсв. - 5 витків з відведеннями від 3; 4 і 5 витка провід 2,2 мм. У всіх конденсаторів використовувалися тільки контакти статора, а осі (роторів) на конденсаторах С2 і С3 синхронності обертання були з'єднані ізолюючою перемичкою. Двопровідна лінія повинна бути не більше 2,0-2,5 метрів, це якраз відстань від антени (сушарки) до узгоджувального пристрою, що стоїть на підвіконні. Антена будувалася в діапазоні 1,8-14,5МГц, але при зміні резонансного контуру на інші параметри такої антени можна було працювати до 30 МГц. В оригіналі послідовно з лінією передачі в такій конструкції були передбачені індикатори струму, які налаштовувалися по максимуму показань, але в спрощеному варіанті між двома проводами двопровідної лінії перпендикулярно їй висіла лампа денного світла, яка при мінімально потужності, що віддається, світилася тільки посередині, а при максимальній потужності ( на резонансі) світіння доходило до країв лампи. Узгодження з радіостанцією здійснювалося перемикачем П1 і відслідковувалося КСВ-метром. Смуга пропускання такої антени була більш ніж достатньою для роботи на кожному з аматорських діапазонів. При потужності, що підводиться 40-50Вт. перешкод телебаченню сусідам антена не завдавала. Інше зараз, коли всі перейшли на цифрове та кабельне телебачення, можна підводити до 100Вт.

Цей тип антени відноситься до ємнісних і відрізняється від ЕН-антен тільки схемою включення випромінювачів. Вона відрізняється їх формою та розмірами, але в місці з тим, має можливість перебудовуватися по КВ діапазону і використовуватися за прямим призначенням, - сушіння білизни.

* Об'єднання Е-випромінювача та Н-випромінювача.

Використовуючи ємнісний випромінювач за межами балкона (лоджії) цей конструктив можна поєднати з магнітною антеною, як це зробив Грачов Олександр Васильович ( UA6AGW), об'єднавши магнітну рамку з напівхвильовим укороченим диполем. У радіоаматорському світівона досить відома та практикується автором на дачній ділянці. Електрична схема антени досить проста та зображена на рис. 47.

Конденсатор С1 є підстроювальним у межах діапазону, а необхідну діапазонність можна задавати підключенням додаткового конденсатора до контактів К1. Погодження антени і фідера піддається тим самим законам, тобто. петлею зв'язку в точці нульової напруги, див. Рис.31. Така модифікація має переваги в тому, що її монтаж можна зробити дійсно непомітним для сторонніх очей і до того ж вона досить ефективно працюватиме у двох-трьох аматорських діапазонах частот.

Укорочений диполь у вигляді спіралі на пластиковій основі відмінно розмістився всередині лоджії з дерев'яними рамами, але власник цієї антени не наважився виставити її за межі лоджії. Не здається, що господиня цієї квартири в захваті від цієї красуні.

Балконна антена – диполь 14/21/28 МГц вдало вписалася за межами балкона. Вона малопомітна і не привертає до себе уваги. Побудувати таку антену можна звернувшись за посиланням

Післямова:

У висновку матеріалу про балконні КВ антени хочеться сказати тим, у кого немає і не передбачається вихід на покрівлю свого будинку, - краще мати погану антену, ніж зовсім ні який. Кожен може працювати триелементною антеною Уда-Яги або подвійним квадратом, а ось вибрати оптимальний варіант, розробити та побудувати балконну антену, працювати в ефірі на тому ж рівні, дано не всім. Не змінюйте своєму хобі, воно завжди стане вам у нагоді для відпочинку душею і тренування мозку, під час відпочинку або у віці на пенсії. Спілкування за ефіром, дає куди більше користі, ніж спілкування через Інтернет. Чоловіки, які не мають свого хобі, не мають мети в житті, живуть менше.

73! Сушко С.О. (їх. UA9LBG)

В одній зі своїх книг наприкінці 80-х років ХХ століття, W6SAI, Bill Orr запропонував просту антену - 1 елементний квадрат, який встановлювався вертикально на одній щоглі. Квадрат виконаний на діапазон 20 метрів (рис.1) і встановлений вертикально на одній щоглі. У продовження останнього коліна 10 метрового армійського телескопа вставлений сантиметрів п'ятдесят шматок стекстотекстоліту, за формою нічим не відрізняється від верхнього коліна телескопа, з отвором нагорі, що і є верхнім ізолятор. Вийшов квадрат у якого кут вгорі, кут внизу і два кути на розтяжках з боків. З точки зору ефективності це найбільш вигідний варіант розташування антени, яка знаходиться низько над землею. Крапка запитки вийшла близько 2 метрів від поверхні, що підстилає. Вузол підключення кабелю являє собою шматок товстого склотекстоліту 100х100 мм, який прикріплений до щогли і служить ізолятором. Для частоти 14178 мГц. (Lм = 306,3 \ 14,178) периметр дорівнюватиме 21,6 м, тобто. сторона квадрата = 5,4 м. Запит з нижнього кута кабелем 75 ом довжиною 3,49 метра, тобто. 0,25 довжини хвилі. Цей відрізок кабелю є чвертьхвильовим трансформатором, трансформуючи Rвх. антени порядку 120 Ом, залежно від навколишніх антену предметів, опір близький до 50 Ом. (46,87 Ом). Більшість відрізка кабелю 75 Ом розташована строго вертикально, вздовж щогли. Далі, через ВЧ роз'єм йде основна лінія передачі кабель 50 Ом довжиною, що дорівнює цілому числу напівхвиль. У моєму випадку це відрізок 27,93 м, який є напівхвильовим повторювачем. Такий спосіб запитки добре підходить для 50 омної техніки, що сьогодні в більшості випадків відповідає R вих. ШПУ трансіверів і номінальному вихідному опору підсилювачів потужності (трансіверів) з П-контуром на виході. Цим же 50 омним кабелем, поряд із згаданим ВЧ роз'ємом мотається ВЧ дросель. Його дані: 8-10 витків на оправці 150мм. Намотка виток до витка. Для антен на НЧ діапазони – 10 витків на оправці 250 мм. ВЧ дросель усуває кривизну діаграми спрямованості антени і є Запірним Дросселем для ВЧ струмів кабелю, що рухаються по оплетці в напрямку передавача. Смуга пропускання антени порядку 350-400 кГц. при КСВ близькому до одиниці. За межами смуги пропускання ПКС сильно зростає. Поляризація антени горизонтальна. Розтяжки виконані із дроту діаметром 1,8 мм. розбитого ізоляторами не рідше ніж через кожні 1-2 метри. Кабель використовувати той самий, як і за горизонтальної поляризації, тобто. до рамки йде чвертьхвильовий відрізок кабелю 75 Ом (центральна жила кабелю приєднується до верхньої половини квадрата, а обплетення до нижньої), а потім кратно напівхвилі кабель 50 Ом.Резонансна частота рамки при зміні точки запитки піде вгору приблизно на 200 кГц. (На 14,4 мГц.), Тому рамку доведеться трохи подовжити. Подовжувач, шлейф приблизно 0,6-0,8 метра можна включити в нижній кут рамки (в колишню точку запитки антени). Для цього треба використовувати відрізок двопровідної лінії близько 30-40 см. Хвильовий опір тут великої ролі не відіграє. На шлейфі запаюється перемичка щонайменше КСВ. Кут випромінювання буде 18 градусів, а не 42, як за горизонтальної поляризації. Щоглу дуже бажано заземлити біля основи.

Антена горизонтальна рамка

У короткохвильових початківців (і не тільки у них) виникають проблеми з установкою «всехвильової» антени для прийому радіостанцій на коротких хвилях. У міських умовах хорошим рішенням може бути використання цього кімнатної рамкової антени. Такі антени виробляються промисловістю та виготовляються радіоаматорами. Зазвичай, ці антени мають одну рамку, яку налаштовують на частоту прийому конденсатором змінної ємності. Така антена може перекрити частотою приблизно половину всього КВ-діапазону.

Бельгійський короткохвильовик ON5FM запропонував оригінальну "двохдіапазонну" рамкову антену, яка забезпечує радіоприйом практично у всьому діапазоні коротких хвиль - від 3 до 30 МГц. Як вона виглядає у його радіоаматорському «шеку», ілюструє Мал. 1.

Опис конструкції цієї антени опубліковано в журналі CQ-QSO (Guy Marchal "Actieve loop antenne", № 3-4, 2015, p. 9-13). Він вдало поєднав дві рамки в одній конструкції, як це показано на Мал. 2. Рамка для високочастотної ділянки KB-діапазону є незамкненим кільцем з алюмінієвої трубки діаметром 10 мм. Діаметр цього кільця – 30 см. А друга («низькочастотна») рамка – це два витки ізольованого дроту, поміщених усередині кільця (показані на рис. 2 червоним кольором). Оскільки перша рамка - це не замкнене кільце, вона не впливатиме на роботу другої рамки і при роботі на низьких частотах із цією рамкою просто служить для неї електростатичним екраном.

Налаштування рамок на робочу частоту здійснюють двосекційним конденсатором змінної ємності С1. Обидві секції конденсатора включені паралельно. Перемикання рамок роблять перемикачем SA1 - коли його контакти розімкнуто, працює «низькочастотна» рамка і антена перекриває ділянку приблизно 3…11 МГц. Коли вони замкнуті, до конденсатора змінної ємності підключається високочастотна рамка і антена перекриває ділянку приблизно 11...30 МГц. Ці елементи розміщені в невеликій пластиковій коробці (див. рис. 1), яка служить і для кріплення рамок.

Така антена має на увазі використання підсилювача, який забезпечує необхідне посилення сигналу та узгодження з входом приймача (зазвичай його вхідний опір - 50 Ом). Схема можливого варіанта підсилювача показана на Мал. 3. Він містить аперіодичний підсилювальний каскад на двозатворному польовому транзисторі VT1 та вихідний емітерний повторювач на транзисторі VT2. На виході підсилювача передбачено регулювання рівня сигналу (змінний резистор R6). Світлодіод HL1 відображає включення підсилювача.

Підсилювач автора був розміщений в окремій коробці і з'єднаний з антеною коротким відрізком тонкого коаксіального кабелю. Живлення підсилювача він здійснював від батареї 6F22 (Крона) напругою 9 В.

Не слід забувати, що рамка такого типу (часто звана «магнітною антеною») має діаграму спрямованості у вигляді «вісімки», і, отже, має два відносно глибоких мінімуми, які перпендикулярні площині рамок. З цієї причини антена повинна бути встановлена ​​так, щоб її можна було при необхідності обертати навколо вертикальної осі, домагаючись максимального рівня сигналу, що приймається. Це реально в домашніх умовах, оскільки розміри антени невеликі. І наявність мінімумів може бути корисною. Якщо напрями на станцію, що приймається, і на перешкоду не збігаються, обертанням антени можна зорієнтувати антену мінімумом до перешкоди і поліпшити умови прийому.

Робимо рамкову активну антену для простих короткохвильових радіоприймачів.

Чи є можливість слухати ефір людям, які не мають місця для встановлення великих, повнорозмірних антен? Один із виходів-рамкова активна антена, встановлена ​​прямо на столі, біля радіоприймача.

Про практичне виготовлення подібної антени і буде розказано у цій статті.

Отже, малогабаритна активна рамкова антена, це антена що складається з одного або декількох витків мідного проводу (трубки) або навіть коаксіального кабелю. У мережі є достатньо прикладів таких антен.

Свою антену я виготовив у вигляді вертикальної конструкції, яка встановлюється на столі біля радіо. Рамкова активна антена є такою великою котушкою індуктивності, виготовлена ​​з мідного дроту діаметром 1,2 мм і містить чотири витки. Кількість витків вибрано навмання)). Діаметр виготовленої рамкової антени приблизно 23 см:

Для зменшення власної ємності витки антени намотані з кроком 10 мм. Для підтримки сталості кроку намотування, а також надання всієї конструкції необхідної жорсткості застосовані проміжні розпірки, виготовлені зі склотекстоліту товщиною 2 мм. Ескіз розпірок наводиться нижче:

Так виглядає проміжна розпірка в антені:

Для надання стійкості всієї цієї конструкції застосовані опорні стійки, також виготовлені зі склотекстоліту, які служать ніжками антени:

Мідний дріт протягується у відповідні отвори розпірок і стійок, і фіксується в них крапелькою клею цианакрилатного.

Так виглядає стійка у виготовленому екземплярі антени:

Загальний вигляд виготовленої антени:

Заради інтересу підключив виготовлену рамкову антену до антенного аналізатора АА-54.

Виявився свій резонанс антени на частоті 14,4 МГц.

На фото нижче дисплей антенного аналізатора АА-54 у момент вимірювання параметрів рамкової антени на частоті резонансу:

Як бачимо, імпеданс антени на частоті 14,4 МГц становить 13,5 Ом, активний опір-7,3 Ома, реактивний опір відносно невеликий-мінус 11,4 Ома і носить ємнісний характер.

Індуктивність рамкової антени (а вона, власне, і є котушкою індуктивності) склала 7,2 мкГн.

Це все, що стосується виготовлення та параметрів власне рамкової антени.

Але оскільки антена активна, значить у її складі є і антений підсилювач.

При виборі схеми антенного підсилювачакерувався принципом підібрати щось не дуже хитромудре і складне, і просте у виготовленні.

Гугл, як завжди, вивалив гору схем)) Не довго думаючи, вибрав одну з них, яка мені здалася цікавою.

Схема цього антенного підсилювача була опублікована десь на початку 2000-х років в одному із зарубіжних журналів. Мені цей підсилювач здався цікавим з тієї точки зору, що він має симетричний вхід, який якраз підходить для моєї рамкової антени.

Принципова схема антенного підсилювача:

В оригіналі цього підсилювача були застосовані транзистори серії BF-щось типу BF4**.

В наявності таких не виявилося, тому зібрав підсилювач із того, що було під рукою-2N3904, 2N3906, S9013.

Власне підсилювальний каскад зібраний на транзисторах VT1VT2. На транзисторі VT3 зібраний емітерний повторювач для узгодження високого вихідного опору підсилювача відносно невисоким вхідним опором радіоприймачів.

Підсилювач живиться напругою 6 Ст. Режими роботи транзисторів встановлюються підбором резистора R3. Напруги на електродах транзисторів вказані на схемі.

Підсилювач запрацював практично одразу. Спробував було встановити в цьому підсилювачі транзистори КТ315, Кт361, але ефективність роботи його відразу помітно погіршилася, тому від такого варіанту відмовився. Антенний підсилювач я зібрав на монтажній платі, але підготував і друковану плату для нього:

Як приймач для натурних випробувань активної рамкової антени з підсилювачем був обраний

Підключивши вихід антенного підсилювача до входу приймача та включивши живлення, відразу відзначив збільшення рівня шуму. Це і не дивно-антенний підсилювач робить свій внесок.

Останнім етапом випробувань було підключення власне рамкової антени до входу підсилювача антени і спробувати прийняти будь-які сигнали з ефіру.

І це вдалося! Добре чути багато станцій, що працюють з односмуговою модуляцією на діапазоні 40 м. Зрозуміло, що станції чути не так голосно як на повнорозмірну антену. Та й не можна порівнювати нормальну антену з рамковою антеною, що знаходиться поруч із приймачем. Також під час роботи активної рамкової антени спостерігається кілька підвищений рівеньшумів. З цим треба миритися-це плата за малогабаритність. Також бажано таку антену розташовувати подалі від усіляких джерел перешкод-зарядки, енергозберігаючі лампочки, мережеве обладнання тощо.

Висновки: така антена цілком має право на життя, станцій приймає досить багато Для тих, хто не має можливості повісити велику, довгу антену, це може бути виходом із ситуації.

Відео демонстрації роботи рамкової активної антени на діапазоні 7 МГц: