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.
Радиолюбители постоянно находятся в поиске антенн, идеально подходящих под конкретные условия. Конечно, знание теории в этом процессе необходимо, но никакая теория не заменяет личный опыт. Другими словами, ничего не остается, кроме как снова и снова пробовать разные антенны, взвешивая их сильные и слабые стороны, а затем делая выводы. Чем мы сегодня и займемся. Экспериментировать на этот раз будем с несколькими антеннами, изготовленных из двухпроводной линии.
Немного теории
Двухпроводная линия — это два провода, идущих параллельно. Как и любую линию, двухпроводную линию характеризуют ряд свойств, из которыми наиболее важными являются (1) волновое сопротивление, (2) коэффициент укорочения и (3) потери на единицу длины для заданной частоты. Конечно, есть и другие свойства, такие, как погонная емкость, а также стоимость, вес и прочие.
В отличие от КВ, на УКВ для питания антенн кабель RG58 не походит. Вместо него следует использовать RG213 или кабель с еще меньшими потерями . При использовании 10 метров RG58 аттенюация сигнала на 144 МГц составляет 1.82 дБ, а на 450 МГц — 3.65 дБ. У RG213 она составляет 0.86 дБ и 1.73 дБ соответственно. Впрочем, если кабель короткий, всего пара метров, то сойдет и RG58.
На КВ двухпроводные линии имеют небольшие потери. При длине линии порядка 10 метров из-за потерь в ней можно не переживать.
Наконец, напомню, что двухпроводные линии чувствительны к осадкам. Также двухпроводная линия должна находится от земли и металлических предметов на расстоянии не менее десяти расстояний между ее проводами. В отличие от двухпроводной линии, коаксиальный кабель можно прокладывать как угодно — вдоль стен, по земле или даже под землей.
Как измерить волновое сопротивление и КУ линии?
Настоящие радиолюбительские двухпроводные линии доступны как в специализированных онлайн-магазинах, так и на eBay по запросам вроде «450 Ohm Ladder Line» и «MFJ-18H250». Но цены на такие линии колеблются в районе 1.5-3$ за метр, что немного дороговато. Поэтому двухпроводные линии нередко изготавливаются самостоятельно из доступных проводов и распорок, либо в их качестве используются линии, предназначенные немного для других целей. В качестве примеров доступных двухпроводных линий можно привести в пример провода П-274М («полевка», около 0.17$ за метр) и ТРП 2х0.4 («телефонная лапша», около 0.06$ за метр). На eBay также можно найти много предложений по запросу «speaker wire» (порядка 0.75$ за метр, в зависимости от толщины провода).
Минус таких линий — неизвестные волновое сопротивление и КУ. Спрашивается, как их можно измерить?
Волновое сопротивление можно измерить по крайней мере двумя способами. Первый способ такой. Берется несколько метров линии и RLC-метр. Устройство прикладывается к одному из концов линии и измеряется емкость C. Затем провода линии соединяются на втором ее конце и измеряется индуктивность L. Волновое сопротивление определяется по формуле Z = sqrt(L/C) .
Fun fact! Упомянутая ранее погонная емкость является не более чем C на единицу длины линии. Например, один метр коаксиального кабеля RG58 имеет емкость около 100 пФ. Ранее этот факт мы использовали при изготовлении трапов для диполя .
Для второго способа нам потребуется осциллограф , генератор сигналов и мультиметр. К осциллографу подключается T-образный BNC-коннектор. К одному из входов коннектора подключается генератор, а ко второму — отрезок измеряемой линии. На втором конце линии подключается потенциометр. Генератором сигналов генерируется меандр , а ручка потенциометра ставится в положение, при котором осциллограф показывает сигнал без каких-либо искажений. Когда такое положение найдено, это значит, что в линии нет отражений. Это возможно только если потенциометр имеет сопротивление, равное волновому сопротивлению линии. Остается только взять мультиметр и измерить получившееся сопротивление потенциометра. Процесс наглядно показан в видео , снятом Alan Wolke, W2AEW.
Стоит однако отметить, что оба способа далеки от идеала. Практика показывает, что погрешность измерения составляет не менее 5%.
Используя ту же технику с осциллографом можно определить КУ линии. Если мы отсоединим потенциометр, сигнал будет полностью отражаться от конца линии. При помощи осциллографа мы сможем измерить время, за которое сигнал дважды проходит по линии (время round trip). Длина линии известна, что позволяет измерить скорость распространения сигнала. Поделив эту скорость на скорость света, получаем КУ.
Если у вас нет осциллографа, то КУ можно измерить при помощи КСВ-метра и эквивалента нагрузки 50 Ом . Берется отрезок линии длиной 5 метров. Один конец подключается к КСВ-метру, второй конец — к эквиваленту нагрузки. Далее в интервале 15-30 МГц ищется минимум КСВ. В результате должны найти частоту, где КСВ равен 1 или очень близок к этому значению. На этой частоте линия работает, как полуволновой повторитель, и устройство видит нагрузку 50 Ом. Длина линии известна, половина длины волны тоже. Отношение первого ко второму и есть КУ.
Простая походная антенна из двухпроводной линии
Описанная выше теория необходима для понимания и изготовления следующей антенны (иллюстрация позаимствована из The ARRL Antenna Book):
Антенна представляет собой обыкновенный диполь , запитанный двухпроводной линией. Среди англоязычных радиолюбителей антенна известна, как speaker wire antenna, поскольку часто она делается из того самого speaker wire. Казалось бы, если запитать диполь с входным сопротивлением 50-73 Ом при помощи двухпроводной линии с волновым сопротивлением 100-600 Ом, ничего хорошего не выйдет. Но выше мы выяснили, что линия длиной λ/2 работает, как полуволновой повторитель. Осталось найти подходящую линию, измерить ее КУ, обрезать линию до соответствующей длины, и получаем очень легкий и компактный диполь. Так как диполь питается двухпроводной линией, никаких синфазных токов в линии не возникает, а значит балун такой антенне не нужен. В качестве мачты можно использовать тонкую удочку, и не бояться, что она сломается под весом балуна.
Для антуража была решено приобрести 100 футов (30 метров) того самого speaker wire толщиной 20 AWG и сделать из него диполь на диапазон 20 метров. Измеренный КУ линии оказался ~0.75. Это очень удобно, потому что длина λ/2 линии составит 7.5 метров, а это в точности длина легких и недорогих удилищ.
Для крепления удилища вместо оттяжек, как в прошлый раз , было решено использовать пику точеную:
Пика точеная представляет собой кусок алюминиевого профиля, обрезанный до полуметра и заостренный при помощи дремеля. Пика забивается в землю примерно на половину длины. Удилище крепится к ней при помощи ремешков с липучками, вроде тех, что используются для крепления батарей в квадрокоптерах . Вопреки интуиции, такая конструкция вполне надежна, а по весу и занимаемому месту существенно выигрывает у трех отверток с веревками.
Для подключения антенны к трансиверу удобно воспользоваться «крокодилом» и «банановым» штекером с диаметром 4 мм :
Штекер втыкается в разъем SO-239. По диаметру они подходят друг к другу просто идеально. «Крокодилом» проще всего ухватиться за клемму заземления трансивера.
Точные размеры антенны у меня получились следующие. Длина линии — 758 см. Длина одного плеча — 490 см. График КСВ антенны немного меняется в зависимости от высоты антенны до земли и угла между плечами, но в среднем выглядит так:
При желании, поигравшись с формой и высотой антенны, КСВ на 20 метрах можно вогнать в единицу. По счастливому стечению обстоятельств антенна оказалась довольно сносно согласована и на 15 метрах. КСВ в этом диапазоне составляет от 1.7 до 2. Радиосвязи удалось провести в каждом из диапазонов. В плане уровня шума и полученных рапортов я не заметил никакой разницы с классическим диполем.
Fun fact! Так как в сложенном виде антенна очень компактна, ее не лишено смысла всегда иметь при себе в качестве запасной.
Если хочется разместить трансивер подальше от антенны и/или использовать мачту повыше (например, оптимальные 10 метров для этого диапазона), двухпроводную линию можно подключить через балун 1:1 к коаксиальному кабелю произвольной длины.
Многодиапазонный вариант
Возможен и многодиапазонный вариант подобной антенны (иллюстрация снова позаимствована из The ARRL Antenna Book):
Данная антенна известна под именами двойной цеппелин, double zepp, center-fed zepp, а также, при использовании определенных размеров и типа линии, как антенна G5RV. Антенна имеет не очень понятно какое входное сопротивление. Однако при удачном выборе длины линии и плеч ее можно настроить на любой КВ-диапазон с помощью тюнера .
Важно! Вопреки тому, что поется в легендах, антенна G5RV не настраивает себя магическим образом на все диапазоны. Антенне необходим тюнер для всех диапазонов за исключением 14 МГц.
На этот раз антенна была сделана из «полевки» со следующими размерами. Длина линии — 1340 см. Длина одного плеча — 1305 см. Для согласования антенны было решено использовать автотюнер mAT-30 .
Антенна прекрасно настраивается на любой радиолюбительский диапазон от 80 до 10 метров с КСВ 1-1.2. Тестовые радиосвязи были проведены в диапазонах 20, 40 и 80 метров, как наиболее популярных. Во всех диапазонах были получены хорошие рапорты.
При этом антенна оказалась на удивление тихой. Уровень шума составил 1-2 балла на 20 метрах, 2-3 балла на 40 метрах и 5-6 баллов на 80 метрах. В моем QTH такого низкого уровня шума я раньше не видел ни у диполей, ни у вертикалов, ни даже у рамочных антенн (впрочем, последняя установлена близко к дому). Например, на тех же 40 метрах я типично наблюдаю 6-7 баллов шума. С чем это связано — не очень понятно, но работать в эфире намного приятнее.
Заключение
Описанные варианты антенн недороги, легки в изготовлении, мало весят и занимают мало места в рюкзаке. В отличие от классических диполей, им не требуется тяжелый балун. Поэтому в полевых условиях при помощи удочки такие антенны можно установить на бо льшей высоте. В отличие от вертикалов, им не нужны противовесы, о которые всегда кто-нибудь да спотыкается. Антенне на диапазон 20 метров не требуется тюнер и при установке на 10-и метровой мачте (потребуется балун, но внизу антенны) это вполне себе приличная антенна для проведения дальних связей. Многодиапазонный вариант антенны требует тюнера. Зато она дает выход сразу на все КВ-диапазоны и обладает низким уровнем шума.
В целом, мой опыт с антеннами из двухпроводных линий оказался исключительно положительным. Я собираюсь инвестировать больше времени в изучение родственных антенн.
Дополнение: В продолжение темы см статьи
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.
73!Просмотрено: 437
Антенна в точках А-А (см. рис. 5.13) имеет большое входное сопротивление (около 600 Ом), зависящее от электрической толщины провода и концевой емкости. Такая антенна может быть возбуждена симметричной линией с волновым сопротивлением около 600 Ом (длина линии Я/4 или ЗА,/4). Четвертьволновый отрезок выполняет роль трансформатора, снижающего сопротивление в точках В-В.
К-х/2 U/IU п-л/2
Ц15м(2аА2м)
Ц15м(гО,42м)
12,80м или 23,60м (12,95 м или 19,95м)
Катушка сопряжения с передатчиком
Рис. 5 13 Антеииа Цеппелина:
а - конструкция антенны; б -основные размеры пятидиапазонной антенны; в - двойная антенна Цеппелина
В этих точках может быть подключена коаксиальная линия с волновым сопротивлением Zo=50...75 Ом.
В пространстве около антенны (со стороны линии питания) создается сильное электромагнитное поле, являющееся, по сути дела,
зеркальным изображением реальной антенны. Поэтому это пространство должно быть свободно от всех предметов. В противном случае наблюдается значительная деформация характеристик излучения, что приводит к возрастанию уровня помех. Отметим, что эта антенна, как и ранее рассмотренная антенна /.-типа, не обладает фильтрующими свойствами и излучает в пространство все гармоники передатчика. Правда, имеется возможность несколько снизить уровень их излучения, что достигается включением между выходом передатчика и входом линии питания В-В симметрирующих устройств.
Отметим, что если длина линии питания кратна длине волны, то рассматриваемая антенна становится аналогичной антенне L-типа. В этом случае линия питания становится источником излучения. Для предотвращения этого явления длину линии питания выбирают в пределах от 12,8 до 13,75 м. Вместо двухпроводной воздушной линии с Zo=600 Ом можно использовать двухпроводную линию в диэлектрической изоляции с Zo=240...300 Ом; при этом следует помнить о влиянии коэффициента укорочения и уменьшить длину линии до 11,9 м. Если антенна используется только в одном диапазоне, то для улучшения согласования следует воспользоваться настроечными шлейфами (см. рис. 2.46).
Двойная антенна Цеппелина. Соединив между собой две одинарные антенны так, как показано иа рис. 5.1 Зв, получим двойную антенну Цеппелина, которая может работать в пяти радиолюбительских диапазонах.
Б табл. 5.4 приведены наиболее целесообразные длины питающих линий и соответствующие им способы питания.
ТАБЛИЦА 5.4
Цлины линий питания и соответствующие им способы питания двойной антенны Цеппелина
Полная длина вибратора, м | Длина линии питания, м | Способ питания в диапазонах частот, МГц |
||||
/-питание током; U - питание напряжением.
Питание напряжением требует использования параллельного)нтура, а питание током - последовательного контура (более подобно см. в § 3.2).
Диапазонная антенна с изменением длины питающей линии. Ра-е были выяснены причины изменения Z\=Ra+\Xa с изменением 1апазона используемых частот. Входное сопротивление при резо-шсе антенны имеет только активную составляющую.
Такое условие можно осуществить только в одном диапазоне. :ли антенну возбуждать с помощью линии, имеющей Zo=/?4, то в угих диапазонах Za>Ra и получаем большую степень рассогласо-
вания антенны с линией питания. Вместо использования различных подстроечных систем в этом случае можно применить другой способ согласования, а именно изменить место подключения питания антенны, что иа практике не вызывает больших трудностей.
Возможность применения такого способа согласования выясняется при рассмотрении рис. 5.14, на котором показаны распределения сопротивления Да вдоль линии для различных частот радиолюбительских диапазонов. Шкала изменения построена в логарифмическом масштабе и учитывает изменения Ra от 65 Ом до 3000 Ом. Кроме того, на этих графиках криволинейные отрезки изменения Ra заменены прямыми, а коэффициент укорочения К равен 1.
Несмотря на упрощения, принятые при построении, графики изменения Ra достаточно точны для целей практики. Более точные значения Ra можно получить, пользуясь формулой
R = - Аз + Ro, (5.5)
где Rai и Ra2 - входные сопротивления, соответствующие узлам тока и напряжения соответственно; Ro - волновое сопротивление диполя; b - расстояние от точки подключения питания до точки, соответствующей максимуму тока в аитеине; Я - длина волны.
Из графиков, приведенных на рис. 5.14, видно, что большинство пересечений линий изменения Ra для различных диапазонов и при различных длинах линии питания происходит в пределах, ограин-чеиных значениями 200 и 300 Ом.
Пример. При длине линии питания 14,1 м графики изменения Ra для четырех диапазонов (3,5; 6; 14 и 28 МГц) пересекаются практически в одной точке, соответствующей /?а=240 Ом, а для диапазона 21 МГц выбранная длина линии питания соответствует максимальному значению Ra- При длине линии питания 7 м совпадение значений Ra (около 240 Ом) наблюдается для трех диапазонов (7; 14 и 28 МГц).
Если теперь волновое сопротивление линии питания, длина которой выбрана на основе совпадения Ra для нескольких диапазонов, взять равным Zo=a=240 Ом, то такая система (антенна - линия питания) будет работоспособна в нескольких диапазонах частот одновремеиио.
Надо иметь в виду, что полного совпадения сопротивлений добиться будет достаточно сложно, так как в наших рассуждениях не принималось во внимание реальное значение коэффициента укорочения, а было принято К=1. Тем не менее практическим подбором длины линии питания, имеющей волновое сопротивление Zo- = 240... 300 Ом, можно добиться весьма хороших показателей согласования в нескольких частотных диапазонах.
Удлиненная и укороченная антенны Цеппели-н а. На рис. 5.15а приведена схема антеииы, получившей название удлиненной двойной антеииы Цеппелина. Эта антенна отличается от антеииы, приведенной на рнс. 5.13в, длиной плеча вибратора. Длина плеча вибратора равна 27 м. Входное сопротивление антенны диапазонах длин воли 10; 20; 40; 80 м /?а=240 ... 300 Ом (точное значение входного сопротивления зависит от высоты подвеса антенны), что позволяет для питания антеииы использовать двухпроводную линию в ленточном диэлектрике.
Отметим, что коэффициент направленного действия такой антеииы несколько больше, чем у обычной двойной антеииы. Кроме того, следует иметь в виду, что входное сопротивление удлиненной
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!..
