Простой вертикал на 80 м

Простой проволочный вертикал на 80 м

Вариант всенаправленной антенны для DX QSO

Среди радиолюбителей пользуются популярностью на низкочастотных диапазонах проволочные антенны, такие как “Дельта”, обычный полуволновой диполь или “верёвка”, зачастую располагающиеся просто горизонтально.

Такие антенны достаточно просты в конструкции и монтаже: проволочную антенну можно просто подвесить между домами. При этом высота подвеса горизонтальных антенн, как правило, невелика. Для примера, полуволновой диполь, подвешенный на высоте четверти волны (для 80-метрового диапазона это около 21 м) имеет максимум диаграммы вертикального излучения в точности в зените, абсолютно бесполезное для проведения QSO. Если такую антенну подвесить на высоте полволны, то излучение в зенит исчезает, а лепестки излучения составляют около 30 град к горизонту (см. [1]), однако для 80 м диапазона эта высота уже около 42 м, не говоря уже про диапазон 160 м. Высота типовых 8-9 этажек составляет около 25 м, а поднять антенну выше 40 м доступно не каждому.

Антенны с наклонными излучающими элементами, Inverted V, наклонные “Дельты” или “веревки” дают лучшие результаты, но, тем не менее, горизонтальная составляющая излучения таких антенн заметна. Из антенн типа Inverted V можно выделить антенну VP2E (Vertical polarized 2 element, см. [3]). Она имеет направленные свойства, вполне эффективна в направлениях перпендикулярных плоскости антенны и имеет полотно в размере длины волны.

Вертикалы типа “Граунд-плейн” (GP, см. обзор [4]), пожалуй, наилучший вариант всенаправленной антенны для DX QSO уже неплохо себя зарекомендовали, правда, они несколько более громоздки проволочных в монтаже для антенн приемлемой высоты, требуют, помимо достаточно большой мачты, организации хорошей “земли” для снижения потерь.

С недавнего времени я использую на диапазоне 80 м проволочную антенну, схематическое изображение которой показано на рис. 1.

Антенна подвешена на высоте 25 м (8-ми этажный дом). Антенна очень проста в изготовлении и исполнении — чуть сложнее обычного диполя. По виду напоминает перевернутую “Ground Plane” (GP) с двумя радиалами, и, хотя её уже нельзя назвать GP в полном смысле слова (см. [2]), принцип работы её горизонтальной части схож с принципом работы радиалов в GP с противовесами (радиалами) и поясняется рисунком (рис. 2).

Токи в плечах обычного диполя противофазны, что обеспечивает ему диаграмму излучения в виде восьмёрки, тогда как в описываемой антенне токи “растекаются” по радиалам (токи синфазны) и имеют вдвое меньшую величину, чем рабочий ток. И хотя горизонтальная часть все-таки излучает, приблизительно под углами 45 град к оси антенны и под большими горизонтальными углами, это излучение вызывается вдвое меньшими токами и отсутствует излучение в зенит.

Расчётные максимумы излучения горизонтальной части по отношению к максимуму основных лепестков (вертикального излучения) антенны получаются около –15 дБ (по данным компьютерного моделирования) и они нисколько не портят работу антенны.

В целом, расчётная диаграмма антенны весьма близка к диаграмме классической GP, провалы диаграммы в горизонтальной плоскости около 1 дБ. Основное излучение антенны имеет вертикальную поляризацию.

Антенна не требует организации “земли”, тем не менее, отражающие свойства земляной поверхности, безусловно, влияют на качество работы антенны. На практике все факторы влияния на антенну имеют место (окружение, земля и прочее), но, в любом случае, такая антенна предпочтительнее горизонтальных антенн на небольшой высоте. Антенну удобно использовать в условиях городских застроек (загородных условиях, наверное, проще соорудить обычный вертикал GP и обеспечить “землю” для него).

Расчётные значения излучателя и радиалов для диапазона 80 м – 21,03 м (резонансная частота 3,550 МГц). Все три проводника были выбраны равной длины по следующим причинам. Излучающая часть расположена близко к земле, что должно вызывать её электрическое удлинение.

Выбор длин всех проводников равными делает излучающую часть электрически чуть длиннее четверти волны, а радиалов чуть короче четверти волны. Это предотвращает смещение максимумов токов в радиалах от центра к концам на верхних границах рабочего диапазона, нарушение правильной работы горизонтальной части антенны и появление дополнительного горизонтального излучения. Кроме того, горизонтальную часть следует располагать максимально симметрично относительно окружающих предметов.

Несмотря на то, что антенна, по сути, несимметрична, применение устройства, симметрирующего токи в кабеле питания, весьма желательно. Выбор устройства симметрирования диктуется механическими соображениями для минимальной нагрузки на центр подвеса горизонтальной части (которая и так порядком нагружена). У меня он выполнен на ферритовом кольце (8 витков коаксиального кабеля на кольце 1000НН 40х25х11).

Питание антенны было организовано следующим образом. От точки питания через симметрирующее кольцо до “сухой” точки (места, где удобно производить согласование и настройку) лёгким кабелем 75 Ом (опять же из механических соображений и смиряясь с возможной стоячей волной в данном участке фидера). Далее обычным 50-омным кабелем через простое самодельное согласующее устройство, компенсирующее вносимую 75-омной линией реактивную составляющую (длина кабеля от точки питания до согласующего устройства была отлична от половины волны) и приводящее сопротивление к нужному значению. Схему и параметры устройства легко подобрать с помощью программы расчёта антенн MMANA. Можно использовать выносной антенный тюнер или любое другое согласующее устройство.

Судя по LC параметрам согласующего устройства при настройке его в резонанс, сопротивление в точке питания антенны оказалось выше — где-то в районе 50-60 Ом, что выше расчётного (около 40 Ом). В такое повышение сопротивления по сравнению с расчётным возникает из-за провисания центра горизонтальной части под тяжестью проводника излучателя и кабеля (ну и неизбежных потерь, конечно). Настройка производилась с помощью антенного моста.

Антенну можно запитать из нижней точки излучателя (если неудобно тянуть кабель сверху вниз) с помощью настроенной линии по типу питания известного J-образного вертикала (см. [1]).

Для наилучших результатов и если это позволяют условия, горизонтальную часть антенны желательно поднять несколько выше уровня крыш домов, между которыми растягивается антенна. Конец излучателя с помощью оттяжек крепится на деревьях на малой высоте или других, торчащих из земли предметах.

Для диапазона 160 м, если высота не позволяет разместить полноразмерный четвертьволновый излучатель, можно использовать емкостную нагрузку на нижнем конце излучателя в виде двух горизонтальных проводников. Особенно заметной разницы в расположении проводников емкостной нагрузки (параллельно радиалам или перпендикулярно), по крайней мере, в расчётном варианте, не видно. Размеры для антенны с емкостной нагрузкой на 160 м (резонанс — в телеграфном участке диапазона): радиалы по 39,32 м, излучатель – 21 м, два проводника емкостной нагрузки по 12,19 м. Высота подвеса 25 м. Расчётное сопротивление в точке питания около 25 Ом.

Возможно изготовление многодиапазонных вариантов антенны путем “отсечения” лишней длины излучателя и радиалов с помощью LC трапов. Для двухдиапазонного варианта 160-80 м расчётные размеры составляют: радиалы по 36 м (трапы вставляются в точках 14,97 м от концов радиалов), излучатель 21,14 м (трап включается между концом излучателя и емкостной нагрузкой), два проводника емкостной нагрузки по 14,2 м. Трапы – параллельно включенные L=13.4 uH, C=150 pF. Сопротивления излучения изменяется при смене диапазона. Резонансы — в телеграфных участках диапазонов.

Сходный по принципу работы вариант вертикальной направленной антенны под названием “Bobtail Curtain” упоминается в [4]. Она состоит из трёх вертикальных излучателей, соединённых сверху горизонтальной секцией с синфазно растекающимися токами. “Bobtail Curtain” имеет направленную диаграмму в горизонтальной плоскости (в направлениях перпендикулярных плоскости антенны).

ЛИТЕРАТУРА.

  1. К. Ротхаммель, “Антенны”, Бояныч, Санкт-Петербург, 1998;
  2. И. Григоров. Антенны для радиолюбителей.
  3. КВ журнал 2/97.
  4. И. Зельдин, И. Кирик, В. Русинов. Коротковолновые антенны с вертикальной поляризацией, Харьков.

Дмитрий Фёдоров (UA3AVR)

73!