Многие радиолюбители в первую очередь выбирают антенну с полуволновым диполем. Но не заблуждайтесь – то, что их легко изготовить, не означает, что они плохо работают. Фактически, полуволновой диполь часто превосходит многие компромиссные коммерческие многодиапазонные антенны.
Полуволновые диполи просты в установке и монтаже, и вероятность возникновения проблем с ЭМС / помехами у них не так высока, как у проводов с концевым питанием.
Как следует из названия, диполь имеет два «полюса» или секции излучающего элемента. В своей наиболее распространенной форме она имеет длину в половину длины волны на рабочей частоте.
Это её фундаментальный резонанс, и, глядя на формы сигналов напряжения и тока (рис. 1), можно видеть, что напряжение в центре минимально, а ток максимален.
Рис. 1 Распределение тока и напряжения в полуволновом диполе
При подаче питания на антенну в этом месте обеспечивается подача с низким импедансом и хорошее соответствие вашему коаксиальному кабелю. Обычно используется коаксиальный кабель 50 Ом, такой как RG213 или RG58, поскольку это обеспечивает приемлемое соответствие.
Диполь, установленный горизонтально, излучает большую часть своей мощности под прямым углом к оси провода.
Таким образом, возможно, удастся установить антенну под таким углом, чтобы она «срабатывала» в направлении, где требуется больше всего контактов, хотя размеры вашего сада, скорее всего, будут определять, что возможно.
Также возможно использовать антенну на частоте, длина которой составляет три полуволны или любое нечётное кратное длине полуволн.
Это позволяет использовать диполь более чем в одной полосе частот. Например, полуволновой диполь, рассчитанный на работу на 40 метрах (7 МГц), также будет работать как трёхволновый диполь на 15 метрах (21 МГц), хотя КСВ будет немного выше.
Полуволновые диполи, используемые на любой частоте, отличной от их основной рабочей частоты, или любой нечётной кратной этой, будут работать, но вам нужно будет использовать ATU. Используемый таким образом диполь вряд ли будет очень эффективным, и такого рода операций следует избегать.
Конструкция диполя
Диполь довольно легко сконструировать. Можно подумать, что длина полуволнового диполя равна половине длины волны сигнала в свободном пространстве, но это не совсем так. Ряд эффектов, включая коэффициент скорости провода, длину / диаметр провода, используемого для излучающего элемента, и емкостные концевые эффекты, означают, что фактическая требуемая длина немного короче.
Без конечного эффекта длину диполя можно рассчитать по формуле длина (в метрах) равна 150 / f, где f — частота в МГц. С учётом эффектов ракурса длину можно приблизительно рассчитать по формуле: Длина (метры) = 143 / f (МГц)
Длины, рассчитанные на основе этого, следует рассматривать только как приблизительное значение – лучше всего отрезать провод немного длиннее этого, а затем закрутить конец провода обратно на себя, чтобы получить наилучшее соответствие.
Для передающей станции одним из самых простых способов является отслеживание отраженной мощности с помощью измерителя коэффициента стоячей волны по напряжению, или КСВН.
Если попробовать использовать ее в разных точках диапазона (стараясь не создавать помех), будет отмечено, что в некоторых точках КСВН выше, чем в других.
Рис. 2. Типичный график КСВН для полуволнового диполя
Можно составить схему, которая должна выглядеть примерно как на рис. 2. Длину антенны следует отрегулировать таким образом, чтобы обеспечить наименьший общий уровень в областях, представляющих интерес для диапазона. Например, если предусмотрена работа в секции SSB в середине диапазона, минимум можно настроить так, чтобы он был в этом разделе, сохраняя при этом приемлемый уровень в других разделах диапазона. Если минимальная точка КСВН находится на слишком низкой частоте, длину антенны можно укоротить.
Если это происходит на слишком высокой частоте, это означает, что антенна слишком короткая и её нужно как-то удлинить. Вставить провод обратно далеко не так просто, как снять часть провода!
Также можно использовать антенные анализаторы, которые могут дать лучшую индикацию работы антенны.
Советы по конструкции
Сконструировать диполь несложно. По сути, это просто отрезок провода длиной в полуволны, обрезанный посередине.
Рис. 3. Типичная установка дипольной антенны
Обычно она может быть настроена примерно так, как показано на рис. 3. Хотя это может быть «стандартный» тип установки, редко бывает возможно выполнить установку точно так, и допустимо, чтобы она соответствовала требованиям местоположения.
Возможно, потребуется немного согнуть провод или сделать его наклонным, например. Это в некоторой степени повлияет на диаграмму направленности, но для практической эксплуатации это, вероятно, мало что изменит.
Другие моменты, на которые следует обратить внимание, — это способы крепления концов провода, а также подключения фидера к центру антенны.
В идеале на концах следует использовать изоляторы, поскольку эти точки находятся в точке высокого напряжения. Небольшие изоляторы типа «яйцо’ (рис. 4а) идеальны, и их можно довольно дешёво купить у специалистов по антеннам.
Преимущество яйцевых изоляторов в том, что, если они по какой-либо причине сломаются, они отвалятся, но провод и крепёжный трос по-прежнему будут намотаны друг на друга, что означает, что антенна не разрушится.
Рис. 4. Изоляторы антенны: (а) яйцевидный изолятор, (б) «собачья кость» или ребристый изолятор, используемый здесь в качестве центральной части диполя
Фидер может быть прикреплён к центру антенны несколькими способами. Можно приобрести специальные центральные части диполя. Другой альтернативой является использование ребристого изолятора или «собачьей кости».
Также необходимо не забыть закрыть конец коаксиального кабеля, чтобы предотвратить попадание влаги. При попадании влаги потери значительно возрастают, что делает коаксиальный кабель бесполезным.
Также стоит постараться, чтобы конец коаксиального кабеля был направлен вниз, чтобы предотвратить попадание влаги, даже если он герметичный.
Фидер может быть довольно тяжелым, и в результате иногда бывает удобно закрепить коаксиальный кабель в подходящей точке, чтобы предотвратить слишком большую нагрузку на центр антенны. Это также подчеркивает тот факт, что по возможности следует использовать медный провод с жёсткой вытяжкой. Медь имеет низкое сопротивление, и её использование приведёт к снижению потерь на сопротивление, но обычный медный провод растянется, и со временем он может стать на несколько процентных пунктов длиннее.
Диполь — это то, что называется сбалансированной антенной. В идеальном мире для перехода между сбалансированными и несбалансированными системами следует использовать балун с коаксиальным фидером (который является несбалансированным).
Использование балуна предотвратит излучение коаксиальным кабелем какой-либо мощности или улавливание какого-либо шума. Во многих практических ситуациях можно удовлетворительно эксплуатировать диполь и без него, но при его неиспользовании может немного увеличиться риск возникновения помех. Простые балуны можно купить у поставщиков антенн или изготовить самостоятельно.
Инвертированные V-образные диполи
Максимальное излучение диполя происходит в центре. Соответственно, это наиболее важная область антенны, которую необходимо поддерживать как можно выше.
Рис. 5. Диполь перевернутый V-образный
В сочетании с тем фактом, что во многих ситуациях возможно установить только одну высокую мачту или верхнюю точку антенны, это часто делает диполь с перевернутым V-образным расположением (рис. 5) идеальным выбором.
Антенна в основном представляет собой обычный диполь, но вместо того, чтобы удерживать её горизонтально, в центре используется одна мачта или точка привязки, а две половины диполя направлены вниз в сторону от центральной мачты.
Хотя она изменяет диаграмму направленности излучения, делая его почти всенаправленным, её основная работа остаётся прежней. Ввиду своего удобства и эксплуатационных преимуществ этот тип антенны широко используется и пользуется популярностью у многих операторов.
Главное, на что следует обратить внимание при установке диполя, это то, что нижние концы антенны должны находиться вне досягаемости людей.
При использовании для передачи на концах антенны будет высокое напряжение, и установка должна быть такой, чтобы к ним невозможно было прикоснуться. Кроме того, если концы опускаются слишком низко, могут возникнуть потери на землю – по возможности держите их на высоте не менее трёх метров.
Крепёжные тросы также должны быть установлены так, чтобы люди не могли споткнуться о них. Преодолеть эту проблему может помочь подходящее дерево или кустарник.
См. канал в Telegram