Простые эффективные антенны для дальних связей

Выбор конструкции антенны - обычно трудно решаемая проблема для каждого коротковолновика, особенно если в его планах — работа с дальними станциями и участие в престижных международных соревнованиях. В этом случае предпочтение, как правило, отдают многоэлементным вращающимся антеннам или системам антенн с переключаемым направлением основного излучения. Однако, далеко не все радиолюбители имеют реальную возможность соорудить подобную антенну даже на один диапазон.

Конечно, не каждый способен изготовить или приобрести остродефицитные поворотные устройства, мачты или фермы, большое количество конструктивных материалов. К тому же довольно часто "антенное поле" радиолюбительской станции ограничено всего несколькими квадратными метрами крыши.

Не случайно многие радиоспортсмены, особенно начинающие, робко подключаются к участию в соревнованиях, объясняя это, обычно, отсутствием у них сложных антенн.

В связи со сказанным, автору этих строк хотелось бы познакомить читателей с результатами многолетних экспериментов, проводимых коллективом UZ3QBM с простейшими типами антенн и их использованием в спортивной и повседневной О Х-работе.

Мы полностью согласны с мастером спорта В. Узуном (UB5MCI), который в своей статье "Как стать чемпионом" (Радио, 1979, № 3 и № 4) писал: "...Отсутствие на радиостанции многоэлементных вращающихся антенн вовсе не должно служить поводом для отказа от участия в соревнованиях".

Действительно, имея даже простые, но качественно выполненные и хорошо настроенные антенны, четко представляя их свойства, объективно оценивая возможности аппаратуры и правильно выбрав тактику на предстоящие соревнования, безусловно, можно добиться неплохих результатов. Они, несомненно, будут расти по мере накопления опыта и совершенствования всего комплекса спортивной техники.

Допустим, однако, что ваш опыт и технические возможности ограничены. Что ж, тогда выходом из положения может служить сооружение вертикальных штыревых антенн. Их конструкции при длине излучателя равной четверти длины волны подробно описаны в литературе.

С увеличением размера более половины длины волны в диаграмме направленности в вертикалькой плоскости появляются лепестки, направленные под очень небольшими углами к поверхности Земли. При штыре длиной 5l/8 излучение под малыми углами достигает максимума. Именно это свойство было решено использовать в создаваемых нами антеннах на высокочастотные любительские КВ диапазоны.

Система выглядит следующим образом. Излучатель длиной 5l/8 электрически удлинен последовательно включенной индуктивностью до 3l/4, а радиальные проводники (противовесы) имеют длину l/4. Таким образом из излучателя, индуктивности и противовесов получился как бы волновой диполь. Изменение резонансной частоты и согласование с линией питания достигается в первую очередь индуктивностью, являющейся критичным элементом всей системы.

В таблице приведены размеры подобных антенн на диапазоны 14, 21 и 28 МГц.

Во всех вариантах излучатель установлен на изоляторе и выполнен с уменьшением диаметра в верхней части. Для 10-метрового диапазона он составлен из двух частей, а для 15 и 20-метровых соответственно из трех и четырех дюралюминиевых труб, закрепленных необходимым количеством растяжек. Противовесы изготовлены из антенного канатика и соединены между собой в точке между штырем и его основанием (полутораметровой трубой), изолированной от них. Под углом в пределах 95... 105° к излучателю противовесы спускаются к крыше. Антенны питают по коаксиальному кабелю с волновым сопротивлением 75 Ом произвольной длины.

Несколько технологических советов по изготовлению катушек индуктивности. Поскольку катушки находятся в пучности тока, их необходимо делать с таким расчетом, чтобы они сохраняли свои геометрические размеры при изменении сигнала.

В антеннах на диапазоны 21 и 28 МГц катушки выполнены на каркасах из изоляционного материала, на которых имеется канавка с заданным шагом.

Для антенны на 14 МГц катушка бескаркасная. Она намотана медной трубкой диаметром 4 мм на оправке диаметром 35 мм. После удаления оправки на витки катушки навинчивают три пластины из органического стекла размерами 5Х12Х100 мм с просверленными в них с нужным шагом отверстиями диаметром 4,2 мм.

Эти своеобразные "ребра жесткости" располагают под углом 120° друг к другу.

Настройка антенн сводилась к определению резонансной частоты и, если требовалось, ее коррекции изменением индуктивности катушки. При этой операции добивались минимума КСВ на выбранной частоте.

Хорошо настроенные антенны обладают широкой полосой пропускания, устойчивыми к климатическим переменам и подстилающей поверхности характеристиками. Измерения показали, что КСВ на диапазоне 14 МГц не превышал 1,4, на 21 МГц — 1,5. на 28 МГц — 1,8 (рис. 1). Минимальные значения на резонансных частотах соответственно равнялись 1; 1,02 и 1.08.

Качество работы штыревых антенн оценивалось методом статистики в сравнении с различными простыми антеннами для соответствующих диапазонов. Было проведено более тысячи оценочных сравнений при связях с корреспондентами, расположенными от нескольких сотен до нескольких тысяч километров.

Наиболее интересными являются данные по отношению к четвертьволновому штырю. При расстоянии до 2000 км изготовленные антенны "проигрывали" ему по шкале S до 1,5 балла.

Это происходит из-за того, что хотя в их диаграммах направленности в вертикальной плоскости имеются лепестки под углом около 30°, но интенсивность излучения в этом направлении меньше, чем у традиционных GP. По мере увеличения дальности до корреспондента начинает проявляться преимущество излучения под малыми углами к горизонту и при удалении на 4000...5000 км штырь длиной 5l/8 "выигрывает" в среднем 1 балл. На протяженных трассах, до 10000...12000 км, уровень сигнала как на прием, так и на передачу возрастает на 1,5...2 балла. Наиболее заметно преимущество созданной антенны при связях по так называемому "длинному пути" и на трассах, проходящих через полярные шапки.

Таким образом, несмотря на простоту конструкции и малые материальные затраты, подобные системы показывают хорошие результаты в радиолюбительской практике. Бессмысленно оспаривать преимущества многоэлементных антенн, однако годы эксплуатации штыревых антенн свидетельствуют о том, что они позволяют достаточно успешно заниматься как спортивной, так и DX-работой в эфире.

При внешней простоте эти антенны занимают определенное пространство, которое очень часто бывает лимитировано.

Вполне естественно желание как-то повысить коэффициент их использования. Однако поиски каких-либо компромиссных решений могут свести на нет все положительные свойства.

Несомненно, что любую из предложенных выше однодиапазонных антенн можно согласовать на всех любительских диапазонах, но такая задача не ставилась, так как на всех диапазонах не получается оптимальный результат. Поэтому были опробованы двухдиапазонные варианты, идея которых заключалась в соединении четвертьволновой GP для более низкочастотного диапазона и штыревой длиной 5l/8 для высокочастотного. Так излучатель длиной 5l/8 на диапазон 28 МГц использовался как удлиненный четвертьволновый штырь на 14 МГц, для чего общее число противовесов увеличено вдвое, причем половина из них имеет длину 2,62 м, а остальные — 5,3 м. В основании появился коммутирующий элемент — реле, которое на 20-метровом диапазоне подключает центральную жилу фидера к конденсатору переменной емкости (100 пф), а на 10-метровом — к прежней катушке индуктивности. Конструктивно конденсатор представляет собой отрезок коаксиального кабеля. Реле — РМУГ, контакты которого защищены от влаги.

По такой же схеме выполнена антенна на диапазоны 7 и 14 МГц. Однако, здесь пришлось немного уменьшить длину вертикальной части до 12,55 м, с тем, чтобы емкость конденсатора, включаемого на 40-метровом диапазоне, не была слишком малой, как в случае с излучателем длиной 13,2 м. В окончательном варианте она равнялась 180 пф. Общее число противовесов — восемь, четыре длиной 5,3 м расположены равномерно по кругу, еще четыре длиной 10,8 м натянуты с учетом формы здания. В остальном конструктивные особенности обеих двухдиапазонных антенн такие же, как и в описанных выше вариантах.

Появление переключающих элементов особых затруднений вызывать не должно. Для питания реле используется оплетка кабеля и дополнительный провод. Принципиально возможно подавать питание и по центральной жиле, "развязав" высокочастотную и постоянную составляющие. На рис. 2 показана зависимость КСВ от частоты.

Все антенны, о которых шла речь в статье, в течение нескольких лет эксплуатировались и на коллективной радиостанции, и на радиостанции автора. Их неоднократно повторяли радиолюбители. Антенны оказались достаточно технологичными, показали устойчивость своих параметров.

Радио №12 1991г.