Шестидиапазонная антенна

Шестидиапазонный диполь
Практическая конструкция радиолюбительской антенны

 

Этот шестидиапазонный диполь был построен на даче, но данную антенну можно использовать и дома, в обычных стационарных условиях, а также, как элемент для многодиапазонных направленных антенн.

После долгих экспериментов с антеннами на даче, был сделан вывод, что из простых антенн наиболее эффективной оказывается обычный диполь поднятый на большую высоту. Но как в условиях дачи поднять высоко диполь? Использовать две высокие мачты? Это накладно, к тому же их растяжки, а это минимум 6 штук, будут здорово мешать на участке. Выполнить антенну на одной мачте в виде Inverted V? Проверено. ничего хорошего при разумной высоте мачты не получается. Разумной считается высота 10-12 метров, чтобы один человек мог установить мачту. Нашёлся выход: выполнить  диполь жёстким, изготовить  его из дюралевых трубок и разместить на одной мачте.

Здесь приведена диаграмма направленности полноразмерной антенны Inverted V на диапазон 10 МНz c высотой подвеса средней точки 10,5 метров и высотой концов 4,5 метра над землей.

 

 

А это диаграмма, описываемой далее антенны на высоте 10 метров.

 

 

Как видно из данных диаграмм, у описываемой антенны хоть не на много, но больше усиление (на 1.15 дб), меньше угол мах усиления, (41.8 против 49.8) и при малых углах усиление больше ( при 10 градусах больше 2 дб). При этом данная антенна является многодиапазонной  да ещё и укороченной на 20% на данном диапазоне.

На даче бываем чаще по выходным, а в это  время на обычных диапазонах как правило идут соревнования в которых мы не всегда работаем, следовательно антенна должна работать на WARC диапазонах. Если вы прочитали статью о сравнении дачных антенн, то поняли, что предприняты попытки создавать антенны с переключаемой диаграммой направленности в частности Х-beam и Sloper .

Но Х-beam имея хорошее усиление является однодиапазонным, а Sloper помимо однодиапазонности имеет и ещё весьма посредственное усиление. В общем хотелось иметь многодиапазонную антенну с неплохим усилением. И вот, в результате родилась описываемая ниже антенна.

Лишь немного проигрывая по усилению антенне Х-beam (~2 дб) в 20 метровом  диапазоне она является многодиапазонной и выигрывает у слопера около 3 дб. Конечно это данные получены расчётным путем в программе Mmana и не учтены потери в согласующем устройстве. Но по полученным результатам, забегая вперёд — антенна почти полностью оправдала надежды.

Собственно антенна выполнена на диапазоны от 10 до 29 МНz и поднята на дешевой стальной телескопической мачте на высоту 10 метров. И хотя для диапазона 10 МНz высота явно мала, но мне очень хотелось что бы этот диапазон был.

Антенна изготовлена из дюралевых труб диаметрами 20, 16 и 12 мм длинной по 2 метра. Трубы соединены телескопически и заходят одна в другую на 10 см. Для компенсации высокой реактивности в диапазонах 21 и 24 МГц применён дополнительный элемент общей длинной 3,7 метра, который  играет роль растяжек основного элемента. И хотя применение дополнительного элемента понизило усиление на ВЧ диапазонах примерно на 2 дб , но значительно понизило реактивное сопротивление. Схематически антенна изображена ниже.

Дополнительный элемент выполнен из антенного канатика и имеет общую длину 3,7 метра. От точки запитки он поднимается на высоту 1 метр вдоль мачты, а дальше идёт наклонно, будучи удлинён через изолятор капроновым шнуром к точке стыка труб 16 и 12 мм. В точке запитки установлен дистанционно управляемый антенный тюнер, состоящий из катушки, индуктивностью 1,6 мН и набора ёмкостей управляемых реле в двоичном коде.

Расчётные диаграммы для всех диапазонов при высоте подвеса 10 м см. ниже.

 

 

10 MHz

 

 

14 MHz

 

 

18 MHz

 

 

21 MHz

 

 

24 MHz

 

28 MHz

 

Как видно из таблицы КСВ на всех диапазонах не превышает 2,5.  Симметрирующий трансформатор в согласующем устройстве работает с малой реактивностью, потери в кабеле будут не значительные а активное сопротивление должно быть согласовано встроенным в трансивер или отдельным тюнером . В связи с увеличенными размерами на всех диапазонах кроме 10 MHz, антенна имеет повышенное усиление по отношению к полуволновому диполю.

Расчётные величины конденсаторов по диапазонам:

10 MHz — 120 pf

14 MHz — 200 pf

18 MHz — 45 pf

21 MHz — 200 pf

24 MHz — 55 pf

28 MHz — 30 pf

 

Индуктивность катушки для всех диапазонов 1,6 мкН

Антенна имеет ярко выраженную двухстороннюю диаграмму направленности и в принципе требует вращения. Но если есть возможность приобрести дорогую поворотку и хорошую мачту способную всё это держать, то, наверное, нет смысла заморачиваться с данной антенной, можно установить что то и более серьёзное. Это антенна — бедного радиолюбителя. Выйти из положения можно, установив перпендикулярно, на одной мачте, две таких антенны, переключая их реле.Затраты при этом значительно меньше, чем при покупке поворотки. Конечно при этом всё равно останутся сектора с потерей усиления, но они будут гораздо меньше.

 

 

 

Монтаж антенны

 

 

Согласующее устройство выполнено в герметичном корпусе G353 китайского производства, приобретено на радиорынке. Печатная плата изготовлена именно под этот корпус. В устройстве использованы реле TIANBO TRA-2 и малогабаритные конденсаторы голубого цвета, неизвестного производителя))) на напряжение 2 кV c не нормированной реактивной мощностью.

 

 

На плате оставлены места для чип диодов, если будут применятся транзисторные ключи.

Для увеличения реактивной мощности, на плате предусмотрена установка до 3 конденсаторов в параллель. Конструкция видна из фотографий.

 

Расположение деталей понятно из фотографий. Реле попарно соединены перемычками (видны красного цвета). Поверх реле установлена текстолитовая плата с симметрирующим трансформатором, конструкция его тоже думаю понятна. Катушка содержит 10 витков провода диаметром 1,8 мм намотанных на оправке 25 мм виток к витку, затем снята с оправки и вкручена в поддерживающие пластинки из оргстекла с шагом 1 мм (видно на фото).

Возле катушки установлены 2 реле для переключения второго диполя. Если планируется изготавливать только один диполь, то эти реле можно не устанавливать.

 

 

Сверху провода выведены через гермовводы. Красные провода это выводы одного диполя , синие — другого. Длинна проводов 30 см. Снизу трансформатор подключен к стандартному гнезду PL-259 установленному на акриловый герметик, силиконовый лучше не использовать, от него сильно ржавеют металлические детали. Провода управления подключены к разъему СР-10 так же установленному на герметик. Управление на блок подается по 10 контактному кабелю КСПВГ с толщиной жилы 0,2 мм. Общий (+ )подается по 2 проводам, по 6 проводам подается минус для управления конденсаторами, ещё один провод используется для переключения диполей. Один провод остаётся в резерве.

Схема пульта управления может быть очень простой. Достаточно 6 тумблеров если используется один диполь, или 7 если используется 2 диполя.

Показано использование электронного переключателя работающего совместно с тюнером АТ-6.0 с памятью на всех диапазонах.

Для настройки очень желательно иметь антенный анализатор показывающий реактивность, но  можно, хотя и более сложно, ограничиться обычным КСВ-метром. Используя антенный анализатор перебором емкостей добиваются минимальной реактивности, или минимального КСВ при использовании КСВ — метра.

В показанном автором случае конденсаторы получились очень близки к расчётным. И хотя полностью  на некоторых диапазонах компенсировать реактивность не удалось, возможно сказалась емкость монтажа и реле, она осталась в допустимых пределах. Для настройки использовался антенный анализатор АА-330.

Окончательная настройка производится тюнером трансивера или внешним тюнером на месте оператора. В диапазоне 10 метров полоса составила 200 КГц при полном отсутствии реактивности. Остальные диапазоны перекрылись полностью, хотя кое где пришлось изменять емкость конденсаторов по диапазону. С ручным переключателем это не очень удобно, хотя можно составить таблицу по диапазонам, в электронном всё происходит автоматически, настройки вызываются из памяти при изменении частоты.

 

 Антенна на рабочей высоте

 

Все испытания антенны проводились при мощности 100 Ватт. Вероятно при большей надо использовать несколько  другие детали.

Результаты:

При сравнении с вертикалом UT1MA , по оценке корреспондентов, разница на ближних дистанциях составляла 3-4 балла, на дальних хоть разница и уменьшалась, всё равно выигрыш оставался за диполем. При переключении диполей (направлений), при попадании станции точно в лепесток диаграммы, разница составляет 3 балла в диапазоне 20 метров. На более высокочастотных диапазонах разница еще больше. В диапазоне 18 МГц был случай, станция которая принималась на 7 баллов при переключении диполей исчезла полностью. На 10 МГц разница менее заметна, но иногда достигает 2 баллов. Сказывается низкая высота подвеса. Так что нужен ли второй диполь или нет решать каждому.

Возникает большой соблазн сделать диполи из проволоки натянутой на удочках. Было произведено моделирование такой антенны из проволоки 1.6 мм. Результаты не очень утешительные. Дело в том что в пределах диапазона начинает сильно меняется реактивность и возможно данным методом её не удастся скомпенсировать. Но если кто то сделает такую антенну очень прошу отписаться о полученных результатах.

Схема и плата в zip архиве находятся здесь

 

г. Мытищи

RA3DNQ

Полухин Алексей, июнь 2016 г.

73!