Антенна «Bob tail curtain»

По разным причинам коротковолновики иногда начинают мечтать заиметь простую проволочную многодиапазонную антенну, которая бы давала усиление относительно диполя, а для DX QSO имела низкий угол излучения в вертикальной плоскости, да ещё и обошлась бы без антенного тюнера. 

Наиболее просты в конструктивном исполнения антенны типа диполь, но при относительно небольшой высоте подвеса они хорошо работают на близких расстояниях, а при DX QSO — малоэффективны.

Рис. а.

Поиск эффективной антенны привёл автора в итоге к рассмотрению нескольких конструкций вертикальных излучателей и систем из них. К сожалению, для установки таких конструкций, особенно для работы на низкочастотных диапазонах, требуется значительная площадь, которая ещё и будет занята системой радиальных противовесов.

Конструкции типа self-contained verticals выглядят перспективно. Они представляют собой рамки в виде треугольников или квадратов, имеют небольшие углы излучения в вертикальной плоскости и не требуют противовесов. Рамки выполняют отдельно для разных диапазонов.

Рис. 1в.

На рис. 1 приведена конструкция антенны bob tail curtain (А) и версия однодиапозонной антенны N4GG (В).

Большинство таких многодиапазонных антенн имеют блоки коммутации, представляющих собой схемы с реле, несколько питающих фидеров, требуют соответствующих блоков настройки для получения разумного значения КСВ на рабочих частотах.

Среди self-contained verticals особое место занимают half square, которые представляет собой почти идеальное решение поставленной задачи, за исключением наличия трудностей, связанных с реализацией многодиапазонной конструкции.

Рис. 2.

Моделирование при помощи программы EZNEC привело к получению многодиапазонной конструкции. Практически антенная решётка N4GG состоит из двух 1/4 [] проволочных вертикалов, запитанных сверху и разнесённых на длину волны.

Антенна напоминает конструкцию bob tail curtain, за исключением того, что центральный вертикальный излучатель заменён на линию питания. Если вы когда-либо использовали 40-метровый диполь на 15-ти метрах, вы использовали диполь длины 3/2 [].

На рис. 1 также показано текущее распределение тока по проводам. Антенна питается в центре через симметрирующий трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1.

На рис. 2 для сравнения приведены диаграммы направленности в вертикальной плоскости диполя и антенны N4GG, размещённых на одинаковой высоте подвеса.

Из диаграмм видно, что антенны имеют одинаковое усиление при вертикальном угле около 23,5 градуса.

Выигрыш антенны N4GG при углах 10 — 15 градусов составляет около 3 дБ, а при углах меньше 5 градусов — более 11 дБ.
Для DX QSO плохая работа антенны под большими углами столь же важна, как и превосходная под малыми углами.

Высокоугловой приём — источник атмосферного шума. Для антенны N4GG и диполя разница при больших углах составляет порядка 20 дБ.

Фактически выигрыш антенны N4GG по отношению к диполю, особенно под малыми вертикальными углами, будет зависеть от высоты антенны над землей и проводимости земли.

Зависимость на рис. 2 приведена для случая со средней проводимостью земли. Увеличенная высота и/или увеличенная проводимость земли приведут к улучшению работы.

На рис. 3 приведена диаграмма направленности в горизонтальной плоскости для вертикального угла 25 градусов.

Рис. 4.

Имеется четыре ярко выраженных лепестка, расположенных под углами 40 градусов от горизонтальной части антенны, т.е. она не является всенаправленной.

Но плохо ли это? Как видно, по уровню -3 дБ общая ширина лепестков составляет 187 градусов из 360. Глубокие провалы являются очень узкими. Фактически автор смог использовать полученную диаграмму в своих интересах.

Для своего QTH автор смог расположить антенну так, что максимумы лепестков направленности получились в направлении центральной Атлантики, Европы, Африки, VK/ZL и JA.

При реальном сравнении работы диполя и антенны N4GG получилось, что сила принимаемых сигналов с любого направления почти всегда была больше у антенны N4GG. Отношение сигнал/шум было всегда лучше у N4GG. Расчетные формулы:

 L1 (фут) = 489/f (МГц),
 L2 (фут) = 257/f (МГц).

Формулы справедливы при условии подвеса антенны на высоте около 0,3 длины волны. Как с большинством проводных антенн, разумно делать длины немного большими — в процессе настройки лишнее можно будет удалить.

Рис. 6.

В резонансе и при высоте подвеса обеспечивает 0,3 [] импеданс в точке питания составляет 73 Ом, что обеспечивает КСВ около 1,0 при питании 75-омным кабелем, и КСВ 1,5:1 при питании 50-омным кабелем.

При использовании 50-омного кабеля и КСВ не более 2 полоса пропускания на 20 метрах составляет больше, чем 200 кГц.

В табл. 1 приведены геометрические размеры и характеристики антенн для различных диапазонов.

Конструкция N4GG является простой. Физически это — запитанный в центре диполь вдвое больше традиционной длины, с вертикальными проводами на концах диполя.

На рис. 4 показана реализация антенны N4GG для диапазонов 10, 15 и 20 метров.

На рис. 5 показана собранная конструкция перед поднятием на полную высоту.

Провода различных диапазонов разнесены на 4 дюйма при помощи 20 распорок из ПВХ-трубок. На рис. 6 и 7 показано выполнение точки питания.

Антенна работает и на 40 метрах, где представляет собой диполь с изогнутыми концами. КСВ в этом диапазоне не превышает 2.

На рис. 8 показан второй вариант получения многодиапазонной антенны, который получается при добавлении вертикальных проводов для более высокой частоты к существующему диполю низкочастотного диапазона.

В этом случае никакие распорки не используются.

Рис. 8.

Автор добавил набор на 15 метров []/4 — вертикальные провода на существующий диполь 160 метров Добавление 15-метровых проводов не имело никакого эффекта на 160-метровый диполь.

Не стоит думать, что предлагаемая антенна столь же хороша, как и приличная «яги». Однако, это достаточно неплохой вариант, сочетающей в себе низкий вертикальный угол (даже при небольшой высоте установки), многодиапазонность и простоту согласования с кабелем.

H. Kenntdy (N4GG) Литература: QST, July 2002

73!