Антенны, питаемые с конца, и, в частности, антенны в виде длинного провода, предназначенные для работы на нескольких диапазонах, часто питаются с помощью настроенных линий (рис. 2-24).

Антенна «цеппелин» - это простой полуволновый вибратор, питание которого осуществляется с помощью настроенной двухпроводной линии передачи, подключаемой к его концу.

Одни провод линии передачи подключается к вибратору, а другой изолируется от него. Длина линин передачи должна составлять λ/4 или быть кратной λ/4. Если длина линин передачи равна 2λ/4; 4λ/4; 6λ/4 и т. д., т. е. равна четному числу четвертей волны, то на входе и выходе линии передачи распределение токов и напряжений одинаковое. Если же длина линии передачи равна нечетному числу четвертей волны, т. е. 1λ/4; 3λ/4; 5λ/4, то распределение токов и напряжений на входе линии противоположно распределению на выходе.

На конце любого вибратора имеет место пучность напряжения. Если питание вибратора осуществляется по линии длиной 2λ/4, то на ее нижнем конце также имеется пучность напряжения, и говорят о связи с линией по напряжению. Если линия передачи имеет длину, равную 1/4λ (3/4λ, 5/4λ и т. д.), то при этом соотношение меняется и, хотя на конце вибратора по-прежнему имеет место пучность, на нижнем конце линии имеется узел напряжения (пучность тока). При подсоединении линии передачи к передатчику в точках максимума тока говорят о связи по току.

Полуволновая антенна «цеппелин», рассчитанная на волну 80 м ,одновременно может служить и широкодиапазонной антенной при некоторых ограничениях, так как на волне 40 м эта антенна работает как волновая антенна «цеппелин», а на волнах 20, 15 и 10 м - как 2λ, 3λ или 4λ антенна в виде длинного провода с питанием на конце. Если длина линии передачи составляет приблизительно 40 м , т. е. 2λ/4 для 80 м , то на всех диапазонах имеет место связь с линией передачи по напряжению. Если же линия передачи имеет длину 20 м , что соответствует λ/4 для 80 м , то на частоте 3,5 Мгц имеет место связь по току, а на остальных диапазонах - по напряжению.

Схемы настройки для различных видов связи даны на рис. 2-25.

Процедура настройки таких устройств связи с антенной будет подробно описана в гл. 13.

Многодиапазонная антенна «цеппелин»

Антенна, сконструированная на основании приведенных выше соображений, показана на рис. 2-26.

Эта антенна для диапазонов 80, 40, 20 и 15 м имеет связь по току, " а в диапазоне 10 м - связь по напряжению и может быть также выполнена с длиной вибратора 20, 42 м, но при этом в диапазоне 80 м антенна с питанием, показанным на рис. 2-26, не работает. Только если конец линии передачи, подключаемый к передатчику, замкнут накоротко и связь с оконечным каскадом осуществляется через П-контур, то в этом случае такая антенна может использоваться на волне 80 м в качестве простейшей L-образной антенны.

Если антенна, питаемая с конца, предназначена для использования только в одном диапазоне, то имеет смысл подключить к концу вибратора замкнутый четвертьволновый отрезок двухпроводной линии и осуществлять питание в режиме бегущей волны, как показано на рис. 2-27.

В качестве линии передачи, работающей в режиме бегущей волны, может использоваться отрезок ленточного кабеля любой длины или самодельной двухпроводной линии.

Двойная антенна «цеппелин»

Как уже упоминалось, симметричный вибратор с центральным питанием имеет наиболее простую диаграмму направленности. Одна из таких антенн с центральным питанием, применяемая на всех коротковолновых диапазонах, известна как двойная антенна «цеппелин» (рис. 2-28).

Для настройки линии передачи и ее согласования с оконечным каскадом передатчика применяются схемы, изображенные на рис. 2-25. Однако наиболее часто применяется, так же как и для обыкновенной антенны «цеппелин», связь линии передачи с оконечным каскадом передатчика при помощи симметричного П-контура (рис. 2-28).

В случае использования симметричного вибратора исключительно в качестве однодиапазонной антенны согласование линии питания производится с помощью четвертьволнового согласующего шлейфа. Согласованная линия передачи может иметь любую длину, так как она работает в режиме бегущей волны. Следует иметь в виду, что если общая длина вибратора равна по меньшей мере 1λ или целому числу λ (пучность напряжения в точке питания), то применяется замкнутый четвертьволновый шлейф, а если длина вибратора равна λ/2 или нечетному числу λ/2, то следует использовать разомкнутый четвертьволновый шлейф.

Само собой разумеется, что для согласования могут применяться любые типы согласующих устройств при условии, что они легко выполнимы конструктивно.

При описании L-образ-ной антенны как многодиапазонной антенны было установлено, что вибратор, работающий на всех диапазонах, практически может быть точно настроен в резонанс только для одного диапазона. Во всех других диапазонах следует учитывать большее или меньшее отклонение от резонансной длины вибратора.

Сказанное выше справедливо не только для L-об-разной антенны, но также и для всех возможных всеволновых антенн. Коэффициент укорочения антенны большей частью зависит от емкостного краевого эффекта, имеющего место на концах антенны. Как видно из рис. 2-29, если проводник возбуждается на высших гармониках его резонансной волны, т. е. по его длине укладывается несколько полуволн, то емкостный краевой эффект проявляется только на его концах.

Так как емкостный краевой эффект удлиняет электрическую длину антенны, то длина антенны должна быть уменьшена. Из рис. 2-29 ясно, что вибратор, по длине которого укладывается несколько полуволн, должен быть относительно меньше укорочен, чем полуволновый вибратор, так как емкостный эффект в этом случае возникает только на концах вибратора.

За последний месяц увлечение радио немного продвинулось: я стал обладателем легендарного Icom IC-R75, построена антенна T2FD, и натянута самая простая, но интересная антенна.

О первых двух будут отдельные посты, потому что T2FD пока лежит в коридоре и ожидает ключа к заветной двери на чердак, а новый приемник просто требовал чего-то более, чем провод на балконе.

Итак, LW (длинный луч, Windom или "американка") - о ней и пойдет речь.

Примечательно, что антенна была изобретена Виндомом аж в 1936 году и до сих пор не утратила актуальности, как и многие другие вещи в радио. В стандартном виде она должна иметь длину ровно 41 метр и перекрывать практически все радиолюбительские диапазоны КВ, кроме 160м.

Покрутив в очередной раз вечером валкодер, я понял, что нужно расширять горизонты, и пока не установлена T2FD на крыше, натянуть длинный луч.

Посмотрев в окно, быстро выбрал нижнюю точку подвеса - старый деревянный столб электросети. Не самое лучшее, конечно решение, учитывая, что у меня двор-коробка из 10-этажек, но учитывая трудозатраты, то в качестве временного решения - лучше и не придумать.

На следующее утро отправился на строительный рынок, где были приобретены:
1. Полевка П-274 40 метров (распутана и срощена) - 300 руб.
2. Зажимы дуплекс М2 - 6 шт - 72 руб.
3. Тросик д2 - 2 м - 16 руб.
4. Изолятор ретро - 2 шт. -24 руб.
5. Дюбель с кольцом 10*60 - 12 руб.
6. Рым-винт - 12 руб.
Итого, 436 рублей)

Монтаж антенны занял часов 5 вместе со всеми мелочами и намоткой трансформатора.
Балун 1:9 изготовлен на кольце РС40 диаметром 38 мм. по известной всему интернету схеме.

Длина полотна получилась что-то в районе 70 метров. Со столба до балкона на 6 этаже посередине:

Высота подвеса на столбе - в районе 5 метров.

Так как такое длинное полотно обязательно будет накапливать статику, проведен отдельный провод заземления от перил балкона (которые соединены с арматурой и контура дома). Атмосферное напряжение - вещь серьезная:

Сразу же вместе в фидером протянул жилу на кухню, где у меня оборудован радиошек. В перспективе поставлю антенный переключатель с положением всех антенн "на землю".

Пока на всякий случай втыкаю жилу в радио - так спокойнее. На прием не влияет, потому что антенна уже имеет "сброс" ВЧ токов через трансформатор.

Питание антенны через трансформатор решил делать только из-за этого выхода на землю, не хотелось, чтобы токи бежали через ресивер.В любом случае, майские грозы уже давно позади, поэтому есть еще время подумать над наилучшим решением.

Крепление верхнего конца антенны:

Общий вид:

При натяжении важно также дать небольшое провисание полотна для снятия физического напряжения на провод. Необходимо учитывать и возможное обледенение, и ураганные ветра, которые тоненькая полевка может не выдержать.

Как результат:
- открылся диапазон 80 метров: слышу любителей из всех зон в России, но не более.
- открылась железнодорожная частота 2130 кГц. Ничего интересного
- средние и длинные волны - теперь гремят на "ура". Слушать одно удовольствие.
- вещательные станции в диапазоне 70, 60 метров - теперь слышны громко, а главное - их стало много!).
Африка, Юго-Восточная Азия также хорошо слышны.

Сегодня, например, под вечер, слушал Radio Australia, как будто это ближняя станция.

Но. Станции Америки по-прежнему остаются для меня загадкой. Либо Китайрадио перебивает, либо они ждут T2FD на крыше!..

Под названием «Levy» мы понимаем все антенны с центральной запиткой и двухпроводной линией с любой длиной лучей и проводов линии.

Рассмотрим вначале антенну типа LW (рис.1). Длина луча должна быть не менее четверти длины волны самого низкочастотного из используемых диапазонов. Согласующее устройство поможет настроить его на любую частоту. LW можно представить, как половину антенны Levy.

Но этот вариант неудобен, поскольку токи ВЧ, текущие по лучу и согласующему устройству требуют хорошего заземления всей системы. Необходимо не размещать антенны телевидения в этом огромном «конденсаторе» (луч-земля), что вызывает очевидные трудности.

Антенна «Levy» (Двойная антенна Цепеллина) показана на рис. 2.

До сих пор говорилось, что излучающим проводам вибраторов необходимо иметь резонансные длины 41, 40 м или 20, 40 м. В действительности это условие не столь необходимо. Четверть волны — это минимальная длина, если вы хотите сохранить эффективность антенны, но достаточно хорошие результаты можно получить, используя и более короткие лучи.

Свойства двухпроводной линии допускают отводить ее от полотна антенны не перпендикулярно вниз, как это желательно для коаксиального кабеля. И в этом случае токи ВЧ компенсируются в согласующем устройстве (потенциал ВЧ всегда равен нулю по отношению к земле).

Эта симметрия по отношению к земле делает Levy не влияющей на прием TV. Длину двухпроводной линии выбирают наиболее короткую.

Можно придать антенне форму перевернутого V. Нижние концы антенны должны быть на высоте не менее 3 м, что диктуется соображениями безопасности, т.к. на концах антенны пучность напряжения.

Излучающая часть Levy не определяется лучами. Ее устройство согласования, двухпроводная линия, лучи — это элементы нераздельные.

Линия находится в режиме стоячих волн, и ошибочно будет называть эту линию «фидером». Настоящий фидер в Levy — это отрезок коаксиального кабеля, соединяющего выход трансивера с согласующим устройством антенны и КСВ-метром. Он работает в режиме бегущей волны с КСВ-1, что обеспечивается согласующим устройством. Согласующее устройство компенсирует реактивное сопротивление линии и излучающих проводов, а также трансформирует в 50 Ом полное сопротивление линии.

Антенна Levy возбуждается нечетным числом полуволн, что определяется общей длиной проводной части и реактивными сопротивлениями катушек и конденсаторов согласующего устройства.

Согласующие устройства для антенн Levy

Все не апериодические антенны хорошо настраиваются с колебательным контуром, но вибраторная нагрузка может резонировать на многих частотах, тогда как колебательный контур состоящий из катушки и конденсатора - лишь на одной частоте.

Большинство станции имеют устройства согласования, которые компенсируют реактивное сопротивление и трансформируют сопротивления. Рассмотрим несколько схем согласующих устройств. В устройстве, показанном на рис. 1, Balun на входе, имеющем 50 Ом, постоянно согласован с отношением 1:1, он питает двойную L с 50 Ом симметрично. Конденсаторы С1 и С2 одинаковы и вращаются одной ручкой.

Конструкция (рис.2) не требует использования Balun, но необходимо иметь сдвоенный КПК.

Поскольку имеется двойной контур она очень селективна, т.к. имеет острый резонанс. Это позволяет провести настройку антенны при приеме. Считают, что у Levy характеристики лучшие, чем у KB антенн с укорачивающими катушками, с теми же линейными размерами. Однако за добротность, позволяющую получить эти результаты, расплачиваются необходимостью подстройки согласования при QSY на кГц!

В зависимости от конкретного диапазона необходимо питать двухпроводную линию в узле тока или напряжения и переходить с помощью зажимов от последовательного колебательного контура к параллельному.

Схем очень много — наиболее легко выполнима конструкция с автотрансформаторной связью, но она вносит некоторую ассиметрию. Самая простая (рис.3) опубликована F3LG. Автотрансформаторный вариант (рис.4) представлен F9HJ.

Еще один вариант, где выходное сопротивление определяется конденсаторами, показан на рис.5

На всех KB диапазонах Levy, бесспорно, лучшая антенна: она проста и работает в нужных участках коротких волн, излучающее полотно одно и тоже для всех диапазонов. Благодаря симметрии и двухпроводной линии питания, она не дает TVI.

КОЕ-ЧТО ОБ АНТЕННАХ

Предлагаю Вашему вниманию интересные, на мой взгляд, сведения об антеннах и антенных усилителях, полученные из разных источников и в результате экспериментов.

Итак, знаете ли Вы, что:

Самый многоэлементный «волновой канал», описанный в радиолюбительской литературе - 34-элементная антенна на диапазон 1296 МГц, предложенная G8AZM, причем длина траверсы не такая уж и большая - 2м

Первое место по длине траверсы (16 метров!) занимает 24-элементная антенна (на 144 МГц) конструкции DJ40B, которая является и самой «мягкой» из «волновых каналов», так как при транспортировке может сворачиваться в рулон;

Длину траверсы около 10 метровимеет 22-элементный вариант антенны Шпиндлера на 144 МГц . Эта конструкция в рулон не сворачивается!

В антеннах «волновой канал» с простыми рефлекторами зависимость коэффициента защитного действия Кзд (т.е. отношения излучения «вперед/назад») от количества директоров имеет осциллирующий характер с экстремумами около -10 дБ и — 20 дБ. Наибольший Кзд имеют антенны с 2,5, 8 и т.д. директорами;

При регулировке «волновых каналов» возможны два варианта: при настройке антенны на максимальное усиление Кзд может уменьшиться на 10 дБ и более, а при настройке на максимальный Кзд усиление снизится в пределах 0,5… 1 дБ;

В антеннах с т.н. «поглощающим» элементом, расположенным позади основного рефлектора на расстоянии 0,18…0,25 длины волны, удается получать очень большие значения Кзд (свыше 70 дБ!), однако, в довольно узком секторе излучения;

Одной из причин ухудшения ДН как KB, так и УКВ антенн могут быть резонансные явления в несущей конструкции . Устранить их можно разными способами: изоляцией главного элемента от траверсы, одеванием на траверсу ферритовых олец вблизи активного элемента или, проще всего, покрасив траверсу (но не элементы!) краской с добавлением порошка графита;

При длинном питающем фидере улучшить симметрирование антенны и уменьшить местные помехи можно с помощью двух ферритовых колец. Одно устанавливается на фидер вблизи точек питания антенны, а другое - возле антенного входа/выхода устройства. В некоторых сложных случаях может потребоваться дополнительное размещение несколько ферритовых колец вдоль всего фидера и подбор расстояния между ними экспериментально;

Применив в качестве антенного усилителя (АУ) дифференциальный каскад, можно не только обеспечить широкополосное симметрирование антенны, но и значительно снизить местные помехи, в т.ч. и от автомобилей. В качестве дифференциального ТВ АУ для MB хорошо работает м/с К174ПС1.

Используя некоторые цифровые ЭСЛ м/с серии К500 (К100) в линейном режиме, можно изготовить дифференциальный АУ с полосой пропускания до 160… 180 МГц. Коэффициент усиления (обратно пропорциональный ширине полосы пропускания) такого АУ достигает 40 (!) дБ.

Как правило, начинающий радиолюбитель, приступающий к изготовлению антенны, теряется перед выбором в многообразии различных конструкций антенн. Вероятно надо обратить внимание, в первую очередь, на семейство полуволновых вибраторов.

Они имеют электрическую длину, равную λ / 2, и излучают в направлении, перпендикулярно плоскости, в которой они подвешиваются.

Такими простыми полуволновыми антеннами являются:

• антенна с промежуточным контуром, антенна «Виндом» («американка»),
• Y-антенна, шельфовый вибратор,
• вибратор с кабельной линией питания,
• всеволновая антенна W3DZZ, антенна «цеппелин».

Все эти антенны по отношению к коэффициенту усиления совершенно равнозначны и отличаются только видом питания.

Следующей группой антенн являются антенны в виде длинного провода. Они представляют собой излучатели, по длине которых укладывается несколько полуволн рабочей частоты. При этом отдельные полуволновые отрезки возбуждаются в противофазе и следовательно, с увеличением длины проводника направление основного излучения всё больше приближается к направлению натяжения провода.

К антеннам «длинный провод» принадлежат:

• антенна в виде длинного провода, всеволновая антенна DL7AB,
• V-образная антенна,
• ромбическая антенна.

Следующую группу составляют рамочные направленные антенны, которые имеют острую диаграмму направленности в направлении, перпендикулярном плоскости, в которой располагаются их элементы. Речь идёт в данном случае о синфазно возбуждаемых полуволновых вибраторах, расположенных в вертикальной плоскости друг над другом.

Приблизительно такой же коэффициент усиления в направлении основного излучения имеют вращающиеся направленные антенны. Они имеют то преимущество, что с их помощью можно устанавливать связи во всех направлениях. Они занимают немного места, но механическая конструкция их значительно сложнее. Наиболее экономичная в конструктивном отношении и в тоже время наиболее эффективная вращающаяся направленная антенна — антенна «двойной квадрат». Имея только два элемента, она по своим параметрам не уступает четырёхэлементной антенне «волновой канал».

Наконец упомянем вертикальные излучатели, представляющие собой простейшие вертикальные антенны в виде штырей. Они отличаются тем, что требуют совсем мало места и имеют круговую диаграмму направленности. Наиболее известная и наиболее эффективная конструкция таких антенн — антенна типа Ground Plane «граунд — плэйн» (GP), которая при правильном монтаже, несмотря на то, что имеет круговую диаграмму направленности, всё же даёт небольшой коэффициент усиления и пологий угол вертикального излучения.

Какую коротковолновую антенну выбрать?

Начинающему радиолюбителю можно рекомендовать конструировать приведённые ниже антенны, так как именно они предназначены для описанных целей, что проверено длительной практикой их использования, и соотношение между расходами труда и материалами на их изготовление и получаемыми результатами очень хорошее.

Излучатель с круговой диаграммой направленности и минимально используемой площадью для диапазонов 10, 15, 20 метров — антенна типа Ground Plane.

Всеволновая антенна с небольшим коэффициентом усиления в высокочастотных коротковолновых диапазонах и слабо выраженным направленным действием — всеволновая антенна W3DZZ.

Направленный излучатель с очень большой занимаемой площадью и большим коэффициентом усиления для всех диапазонов — V-образная антенна.

Вращающийся направленный излучатель с очень большим коэффициентом усиления для диапазонов 20, 15 и 10 метров — антенна «двойной квадрат».

Крылатое радиолюбительское выражение гласит: лучший усилитель мощности — это антенна.

Здесь будет рассмотрены простые в изготовлении, но достаточно эффективные типы антенн.

Полуволновой диполь

Диаграмма излучения в горизонтальной плоскости имеет вид восьмёрки, максимум излучения (приёма) приходится на плоскость полотна антенны.

С торцов излучение минимальное.

В вертикальной плоскости вид диаграммы излучения зависит от высоты подвеса диполя над землёй. Чем выше подвешена антенна, тем эффективнее она работает на дальних трассах.

Входное сопротивление диполя около 75 Ом и незначительно меняется при высоте подвеса — Н больше λ / 2. Если высота подвеса меньше четверти длины волны, входное сопротивление уменьшается.

Длина полуволнового диполя рассчитывается по формуле:

где L — в метрах, f — в кГц.

Чем толще провод, из которого сделана антенна, тем шире полоса её пропускания. На практике диаметр антенного провода не менее 4 мм является вполне достаточным и для этого лучше всего подходит антенный канатик или биметалл.

Многодиапазонная антенна W3DZZ

Один из способов многодиапазонного использования диполя — отключение его части с помощью резонансных контуров.

Многодиапазонная антенна с согласованной кабельной линией передачи, сконструированная радиолюбителем W3DZZ, заслуживает особого внимания. Для радиолюбителей, желающих иметь все диапазонную антенну, эта конструкция, безусловно наиболее простая и практичная.

Место, необходимое для размещения антенны, небольшое и в диапазонах, в которых проходит большинство дальних связей, можно получить значительное усиление. При соблюдении указанных размеров дополнительных поправок обычно не требуется. Питание антенны по коаксиальному кабелю в режиме бегущей волны устраняет также помехи радиовещанию (кабель должен быть на расстоянии 6 м перпендикулярным антенне).

Катушки индуктивности L1 и L2 одинаковые. Они могут быть намотаны на каркасе диаметром 50 мм (провод ПЭВ-2 1,5 шаг намотки около 2,5 мм, число витков — 20). До подключения контура к антенне он проверяется ГИР и подгоняется длина или число витков намотки L1 и L2 до получения резонанса на частоте 7050 кГц. Конденсаторы C1 и C2 — 60 пФ, должны быть рассчитаны на напряжение до 3000 В и реактивную мощность до 10 кВА. Учитывая, что контуры антенны не должны расстраиваться при изменении окружающей температуры, конденсаторы должны быть с отрицательным ТКЕ.

Вертикальная антенна (GP)

Вертикальная антенна — четвертьволновый штырь с противовесами. Противовесы выполняют роль искусственной земли. Исследования, проведённые швейцарским радиолюбителем HB9OP, показали, что с помощью антенны GP можно добиться направленного излучения в горизонтальной плоскости, когда используются три радиальных проводника, натянутых под углом 120° по отношению друг к другу в горизонтальной плоскости и наклоненных под углом 45°.

Эта антенна излучает преимущественно в направлениях биссектрис углов между горизонтальными проводниками и имеет вертикальный угол излучения порядка 6 — 7°. Диаграмма направленности этой антенны в горизонтальной плоскости имеет вид листа клевера.

Оптимальный вертикальный угол излучения, равный 6 — 7°, достигается, по данным радиолюбителя HB9OP, при высоте подвеса антенны 6 метров. Число радиальных проводников при заданном угле наклона 45° влияет на входное сопротивление антенны и для указанной антенны оно составляет от 50 до 53 Ом.

Просмотрено: 437