Воскресенье, 19.11.2017, 07:47
Главная Регистрация RSS
Приветствую Вас, Гость
Форма входа
Логин:
Пароль:
Поиск
Живой эфир
Наши фото
Доска объявлений
Куплю- продам...

Продам трансивер Yaesu FT-897D


Куплю- продам...

Печатные платы на заказ


Куплю- продам...

Kenwood 950sdx


День рождения

Главная » Статьи » СХЕМЫ » Антенны


Добавить статью
Балконная антенна-удочка 3,5 и 7,0 МГц. RA9SVY

.


Бородин С.В. RA9SVY
e-mail: ra9svy@mail.ru


Антенна-удочка на 7 МГц, версия 1.0 


Вашему вниманию предлагается простая однодиапазонная вертикальная антенна-удочка на 7 МГц.
Опубликована в [1]. Эта антенна работает у автора в течение 15 лет. Особенностями этой антенны являются:
  • - отсутствие классических радиалов, роль противовеса играет панельный дом; 
  • - практически «нулевая» занимаемая площадь; 
  • - доступность точки подключения питающего фидера к антенне; 
  • - лёгкость установки и демонтажа (при необходимости). 
Проблема доступа на крышу в многоквартирных домах становится всё более актуальной. Даже если радиолюбитель смог установить антенну на крыше, трудно уберечь её от вандалов. Эта антенна лучше всего годится для установки на балконах верхних этажей многоэтажных домов. 

Сначала рассмотрим схему-прототип (рисунок 1). 


Как видно, это заземлённый вертикал высотой четверть волны (с учётом укорочения за счёт краевого эффекта). При такой высоте антенна настроена в резонанс (отсутствует реактивная составляющая во входном сопротивлении). 

При некоторых линейных размерах, в точках ХХ входное сопротивление может быть точно равно сопротивлению питающего фидера, чаще всего это 50 или 75 Ом. При подключении коаксиального кабеля в этих точках, в антенно-фидерном устройстве устанавливается режим бегущей волны с КСВ=1,0. Длина кабеля в этом случае может быть любой минимально необходимой, а не быть полуволновым повторителем. Чем меньше длина кабеля и чем лучше кабель (чем ниже погонное затухание), тем с меньшими потерями будет передаваться энергия от антенны к трансиверу (и обратно). 

Расчёт размеров антенны-прототипа для входного сопротивления 50 Ом в программе MMANA (рисунки 2 и 3) 

   

даёт результат: высота верхней части (от точек ХХ) составляет 6,36 м, нижней части 3,89 м. Если нижнюю часть антенны свернуть в виде небольшой бухточки, то получим почти полную схему антенны-удочки (рисунок 4). 


Теперь в схеме появилась индуктивность, потребуется коррекция размеров.
Почему удочки? 
У автора эта антенна конструктивно выполнена так: в качестве несущей мачты применена удочка длиной 7 метров, без верхнего (самого «жидкого») колена. До недостающей высоты удочка снизу наращена деревянным бруском. 
Дерево желательно пропитать олифой и покрасить. Брусок в предыдущей антенне не был обработан и прослужил «всего» 12 лет. 
Звенья удочки закреплены изолентой от самопроизвольного складывания. Вдоль мачты снаружи проложен гибкий провод и закреплён той же изолентой. 
Нижняя точка мачты установлена на лоджии на уровне ограждения (рисунки 5, 6, 7).

   

 Заземление антенны сделано на металлоконструкцию ограждения. 
Вопреки мнению, что такая схема будет собирать электромагнитный «мусор» от бытовой техники всего дома, шум эфира не превышает 3…4 балла по S-метру (промышленный город, обычный микрорайон, обычная панельная девятиэтажка).
Для наладки антенны желательно применение антенного анализатора. Графики моделирования антенны в программе MMANA Антенна-удочка 7 МГц версия 1.0.maa и измерения анализатором АА-330 приведены ниже (рисунки 8…13). 

 

 

 


После настройки антенны, для снятия статических зарядов в точки ХХ нужно установить резистор сопротивлением 10…100 кОм мощностью 2W. Лучший результат получается при включение в точки ХХ параллельного LC-контура, настроенного на середину диапазона. Это может быть и замкнутый четвертьволновой (с учётом коэффициента укорочения) отрезок коаксиального кабеля. Для частот диапазона 7 МГц это будет высокое сопротивление, которое не шунтирует антенну. Статика и частоты других диапазонов будут значительно ослаблены.
Это не супер-антенна, но результат меня вполне устраивает. Легко достигнут КСВ=1,0 в середине диапазона, на границах диапазона КСВ лучше 1,3. При мощности трансивера 100W есть SSB QSO со всеми континентами, кроме (пока) Австралии и Антарктиды. Так как это вертикал, существует и «мёртвая» зона.
При использовании возле антенны согласующего устройства, эта антенна-удочка работает на 80 и даже 160 метровых диапазонах. Конечно, «усиление» будет со знаком «минус», кто бы спорил. Но работает!

Антенна-удочка на 7 МГц, версия 2.0


Первая версия балконной антенны-удочки на 7 МГц опубликована в [1]. Несмотря на хорошую работу антенны, искались пути улучшения её характеристик, в первую очередь - усиления антенны. 
После компьютерного моделирования, доработок антенны и измерения реальных параметров, получилось ожидаемое совпадение с моделью Антенна-удочка 7 МГц версия 2.0.maa. 
А именно: входное сопротивление антенны 50 Ом, отсутствие реактивности в центре диапазона и невысокий КСВ на границах диапазона. 
Расчётное усиление антенны примерно на 3 dB выше предыдущей версии. Антенна замкнута по постоянному току и заземлена на металлоконструкцию ограждения балкона (которая, в свою очередь, приварена к закладным в железобетонных панелях дома). Это и есть противовес в балконной антенне-удочке..
Схема антенны представлена на рисунке 14. 


Отмечу, что схема не является чем-то новым и оригинальным. 
Например, в [2] описан тот же принцип согласующего устройства. Есть такие схемы у И.Гончаренко, Б.Степанова и других.
 Вертикальная часть высотой 5…10 метров (у автора 8,6 метра) представляет собой гибкий провод диаметром 1…5 мм, проложенный вдоль удилища снаружи и закреплённый изолентой. При увеличении диаметра провода незначительно увеличивается усиление антенны. 
Снижение высоты вертикальной части до 5 метров уменьшает широкополосность, а при высоте 9…10 метров проблематичной становится «балконность» антенны, усиление отличается незначительно. У основания антенны расположено согласующее устройство на катушках L1 и L2.
 В программе моделирования MMANA-GAL, в закладке «Геометрия», это нагрузки w3c и w2c соответственно (рисунки 15 и 16) . 

  

Почему согласующее устройство именно у основания? 
В моделях антенны, где «удлиняющая» катушка L1 расположена в середине вертикального провода, прироста усиления не было. 
При настройке будет затруднён доступ к L1, повышается парусность, поэтому нет заметных плюсов при таком расположении согласующего устройства. 
Конструктивно катушка согласующего устройства – одна, в ней L1 – это верхняя часть от отвода до вертикального провода, L2 – соответственно нижняя часть от отвода до заземления. 
Общая индуктивность равна сумме L1 и L2. 
Добротность катушки 100…300, с увеличением добротности растёт усиление антенны. 
Диаметр катушки 50…150 мм. 
Максимальная добротность получается при соотношении диаметра катушки к длине намотки около 2:1 и шагу намотки примерно равным двум-трём диаметрам провода. 
Для намотки используется медный провод (трубка) диаметром 2…5 мм или шина. У автора применена бескаркасная катушка диаметром 50 мм из шины 5х3 мм2. 
Серебрение и полирование поверхности провода увеличит добротность, однако прирост усиления антенны не будет пропорционален таким затратам, увы! 
Для предварительного расчёта индуктивности и добротности катушки удобно пользоваться программами расчёта (рисунок 17). 


При монтаже катушки реальные значения индуктивности и добротности могут немного измениться из-за влияния окружающих предметов.
Для правильной настройки антенны желателен антенный анализатор, который в связке с компьютером представляет прекрасное сочетание. 
Настройка заключается в подстройке индуктивностей «удлиняющей» части катушки L1 и «согласующей» L2 путём перемещения по виткам (точки 1 и 2 на схеме) зажимов «крокодил», растягивания и сжатия витков. 
Конечная цель - достижение резонанса (отсутствие реактивности во входном сопротивлении на средней частоте диапазона) и полное согласование с волновым сопротивлением питающего фидера (рисунки 18 и 19). 

  

Процедура настройки проста и не занимает много времени. При отсутствии антенного анализатора можно ориентироваться на показания КСВ-метра. По окончании настройки в точках 1 и 2 обеспечивается надёжный постоянный контакт (рисунок 20). 


У настроенной и согласованной антенны длина фидера может быть любой минимально необходимой. Запорный дроссель на питающем фидере около точек подключения к антенне, только приветствуется.
Для сравнения, в изготовленной и настроенной антенне при оперативном переключении согласующих устройств (с версии 1.0 на версию 2.0) заметно увеличение силы принимаемых сигналов.
Некоторая разница модели и реальных измерений параметров антенны указывает на потери в железо-бетонном противовесе (около 8 Ом). Зато готовая конструкция! 

Антенна-удочка, версия 3.0


Версия 3.0 является логическим продолжением предыдущей версии, которая будет скоро опубликована в [3]. 
Это та же самая балконная антенна, только теперь двухдиапазонный вариант на 3,65 и 7 МГц. Вертикальная часть осталась без изменений, модернизация коснулась в основном согласующего устройства. 

Модель антенны называется Антенна-удочка 3,65 и 7 МГц версия 3.0. maa. 
Модель учитывает потери в "земле" (около 8 Ом). Это нагрузка w6c. 
Без учёта этих потерь расчётное усиление больше на 2 db. Необходимость учёта потерь осозналась при сравнении реальных (измеренных) параметров антенны и расчётных идеальных (без потерь) параметров. Так что это тоже элемент модернизации! 
Но и учёт потерь в земле не позволил получить полного совпадения расчётных параметров антенны с измеренными для диапазона 80 метров. Это видно из сравнения графиков Z и КСВ в программе MMANA-GAL и измерения АА-330 (папка «Измеренные параметры на 80-ке»). 
Но это так, для пущей точности. А в реальности антенна работает, да ещё как! 
На 80-метровом диапазоне при мощности 100W рапорт RS59 – обычное дело как на областном «круглом столе», так и при QSO на 2-3 тысячи км. 
И это при высоте балконного «штыря» 8,6 метров!
На каждом диапазоне антенна настроена в резонанс и согласована с кабелем 50 Ом с КСВ близким к 1 (в середине диапазона или выбранного участка). 
Для смены диапазона применяется переключатель витков «удлиняющей» катушки согласующего устройства (у основания антенны). 
Пожалуй, это единственное неудобство в схеме. Для балконного варианта такое схемотехническое решение вполне оправдано. Зато антенна оптимальна на каждом диапазоне!
Схема антенны Версии 3.0 представлена на рисунке 21. 


Для 7 МГц индуктивность «удлинняющей» катушки L1 около 2 микрогенри, для 3,65 МГц индуктивность «удлинняющей» катушки L3 около 21,8 микрогенри.
«Согласующая» катушка L2 имеет индуктивность около 1,45 микрогенри. L1, L2 и L3 конструктивно представляют собой единую катушку с отводами. Разделение на L1, L2 и L3 чисто условное, для принципиальной схемы.
Методика настройки антенны полностью повторяет методику для версии 2.0, конечно с учётом двухдиапазонного варианта. Величина L2 для диапазона 40 м такая же, как и для 80 м. Остаётся подобрать «удлинняющую» катушку на каждый диапазон.
Конечно, можно пересчитать катушку на другую предпочтительную частоту 80-ти метрового диапазона или сделать 2-3-4 переключения отводов для полного перекрытия диапазона с оптимальностью на каждом переключении.
Требования к катушке согласующего устройства прежние: высокая (в разумных пределах) добротность, диаметр каркаса 50…100 мм, намотка медным проводом (трубкой, шиной) диаметром не менее 2 мм. Это необходимо для повышения усиления антенны. Катушка может быть и бескаркасной при достаточной жёсткости провода. 

 

 

Хорошая работа антенны объясняется тем, что она расположена на верхнем этаже 9-ти этажного дома (есть ещё «технологический» этаж). 
Возможно, при другом расположении эффект будет другим.
Заинтересованным радиолюбителям по запросу на e-mail автор предоставит расчёт антенны по Вашим конструкторским условиям (диапазон, высота вертикальной части, входное сопротивление, диаметр каркаса катушки согласующего устройства и т.п.). 

Файлы maa всех трех версий можно скачать здесь.

Литература:
1. «Радиомир КВ и УКВ» № 7 (июль) 2012 год, стр. 33…36.
2. Карл Ротхаммель. Антенны. Издание одиннадцатое, исправленное.
Том 1, стр. 369…370; Том 2, стр. 185.
3. «Радиомир КВ и УКВ» № 4 (апрель) 2013 год, стр 34…37.

Бородин С.В. RA9SVY 
e-mail: ra9svy@mail.ru 

.
Похожие материалы:


Источник:
Категория: Антенны | Добавил: RA9SVY (16.04.2013)
Просмотров: 27886 | Теги: удочка, балкон, антенна | Рейтинг: 1.5/4
Всего комментариев: 0


Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]