Многодиапазонная «полуволновая» антенна

Многодиапазонная «полуволновая» антенна
Практические конструкции радиолюбительских антенн

 

Именно с того времени когда началось освоение коротких волн, у радиолюбителей неизменный интерес вызывают проволочные антенны, длина излучателя которых равна или кратна половине длины волны, а его возбуждение осуществляется с конца излучателя.

В иностранной литературе такие антенны называют — EFHW, что расшифровывается как «запитываемая с конца полуволновая» (end fed half wave) антенна. Пожалуй, наиболее известной из них является антенна Фукса, у которой возбуждение излучателя осуществляется посредством дополнительного параллельного колебательного контура, настроенного на рабочую частоту.

Многих привлекает то, что по утверждению Фукса она не требует хорошей «земли» или «радиотехнической земли» (противовесов) в отличие от большинства простых антенн (многие проволочные антенны, GP и т. д.). Утверждение это ошибочное, хотя эта антенна действительно оказалась работоспособной без явных противовесов. Просто требования к ним у неё невысокие (не такие, как, например, у GP), и их роль часто выполняет то, что подключено к согласующему контуру (фидер, корпус передатчика).

Хотя EFHW антенна, по сути, многодиапазонная, но у неё сегодня есть и небольшой недостаток — она работает без проблем только на кратных («старых») КВ-диапазонах. А сейчас уже есть и несколько тех, что в эту сетку не попадают. Второй недостаток — это то, что на разных диапазонах такие антенны с неизменной электрической длиной излучателя имеют различные диаграммы направленности на различных диапазонах. Но этот недостаток есть абсолютно у всех подобных антенн, начиная с WINDOM. Однако на это всегда «закрывают глаза», поскольку в реальных городских условиях установить и одну проволочную антенну не всегда возможно.

Выходное сопротивление современных трансиверов и передатчиков низкое (обычно 50 Ом), а это значит, что для возбуждения полуволновой антенны, у которой высокое входное сопротивление (до нескольких кило-ом), необходимо согласующее устройство. Это могут быть и параллельный колебательный контур, как в антенне Фукса, и различные LC-цепи. Недостаток таких согласующих устройств в многодиапазонной антенне — необходимость переключений и подстроек при переходе с диапазона на диапазон.

Широкополосные высокочастотные трансформаторы на магнитопроводах из феррита уже давно применяются в транзисторных усилителях, в частности, в широкополосных усилителях мощности. Поэтому не стоит удивляться, что возникла идея запитать с конца полуволновый излучатель через такой трансформатор. Выигрыш понятен — при смене диапазонов не потребуются переключений в согласующем устройстве.

Один из вариантов подобной антенны был предложен голландским коротковолновиком PD7MAA [1]. Он использовал её для работы в полевых условиях, но она подходит и как стационарная в городе. Ведь многие коротковолновики вынуждены ограничивать своё «антенное хозяйство» проволочной антенной, выходящей из окна квартиры на близлежащий столб или дерево.

Он реализовал два варианта антенны — одну на диапазоны 80, 40, 20, 15 и 10 метров, а другую — на диапазоны 40, 20 и 10 метров. Они отличаются только исполнением излучателя. Вариант антенны на 40, 20 и 10 метров и её согласующего устройства приведён на рис. 1. Для неё А=10,1 м, В=1,85 м.

 

Рис. 1. Вариант антенны на 40, 20 и 10 метров и её согласующего устройства

 

Её излучатель образован полуволновым (для диапазона 20 метров) отрезком провода, катушкой индуктивности L1 и подключённым после этой катушки сравнительно коротким отрезком провода. Индуктивность катушки L1 выбрана такой (34 мкГн), что вместе со вторым отрезком провода электрическая длина излучателя близка к половине длины волны на диапазоне 40 метров.

На диапазонах 20 и 10 метров эта катушка индуктивности работает как дроссель, практически «отсекающий» дополнительный отрезок от основной части излучателя, и его длина становится равной половине длины волны на диапазоне 20 метров и одной длине волны на диапазоне 10 метров. В результате на всех трёх диапазонах к согласующему устройству подключаются «полуволновые» излучатели. Распределение токов по излучателю для этих диапазонов приведено на рис. 2.

 

Рис. 2. Распределение токов по излучателю для диапазонов 7МГц, 14 МГц и 28 МГц

 

Катушка индуктивности L1 намотана на пластиковом каркасе диаметром 19 мм и имеет 90 витков провода диаметром 1 мм.

Согласующее устройство получилось предельно простое — широкополосный ВЧ-трансформатор Т1 и корректирующий конденсатор С1. Оно размещается в небольшой пластмассовой коробке (рис. 3). Трансформатор выполнен на магнитопроводе FT 140-43 фирмы Amindon. Первичная его обмотка — 2 витка, вторичная — 16 витков. Обмотки намотаны проводом диаметром 1 мм.

 

Рис. 3. Согласующее устройство

 

Вторичная обмотка, как это видно на рис. 3, разделена на две разнесённые по кольцу части по 8 витков каждая. Особенность в конструкции этого трансформатора — это то, что провод первичной обмотки и провод первых двух витков вторичной обмотки (нижних по рис. 3) перевиты между собой. Это также хорошо видно на рис. 3. Конденсатор С1 служит для коррекции частотной характеристики согласующего устройства на диапазоне 28 МГц (10 метров). Его ёмкость может быть в пределах 100…150 пФ. Он должен быть рассчитан на номинальное напряжение 1000 В.

На корпусе согласующего устройства установлены коаксиальный ВЧ-разъём XW1 для подключения кабеля, идущего от трансивера, и клемма Е1 для подключения излучателя антенны.

Это согласующее устройство рассчитано на мощность трансивера примерно 100 Вт.

Другой вариант антенны PD7MAA, предназначенный для работы на диапазонах 80, 40, 20, 15 и 10 метров, отличается лишь размерами излучателя и индуктивностью катушки L1. Для него размеры А=20,35 м и В=2,39 м, а катушка имеет индуктивность 110 мкГн.

Её также наматывают на каркасе диаметром 19 мм — 260 витков провода диаметром 1 мм.

На фидер у трансивера надо установить кабельный дроссель (надеть, например, ферритовую «защёлку»), а к согласующему устройству желательно подключить короткие противовесы. Их длина некритична — для антенны Фукса в литературе рекомендуется длина примерно 0,05λ.

Настройку излучателя у обоих вариантов антенны начинают с высокочастотных диапазонов. Катушка индуктивности L1 не является хорошим «режектором» (трапом, как в антенне типа W3DZZ), поэтому второй отрезок излучателя (В) может немного влиять на резонансную частоту излучателя. Соответственно может потребоваться некоторая коррекция её индуктивности. На самом низкочастотном диапазоне настройка сводится к подбору длины отрезка В, чтобы электрическая длина излучателя (его резонансная частота) на этом диапазоне (40 или 80 метров соответственно) была близка к «полволны».

Американская фирма PAR Electronics выпускает несколько антенн подобного типа, в том числе и антенну под названием EF-10/20/40 MKII на диапазоны 40, 20 и 10 метров [2]. Интересные данные её испытаний есть в Интернете [3, 4]. Эта антенна имеет согласующее устройство, рассчитанное на меньшую допустимую мощность (25 Вт), но в остальном очень близка к антенне PD7MAA. На рис. 4 приведена фотография набора для установки этой антенны.

 

Рис. 4. Набор для установки антенны

 

По данным фирмы, полоса её пропускания на диапазоне 20 метров по уровню КСВ=1,5 примерно 500 кГц. На диапазоне 40 метров она около 140 кГц по уровню КСВ=2, а на диапазоне 10 метров — около 900 кГц по уровню КСВ=1,5. Эти данные соответствуют фидеру с волновым сопротивлением 50 Ом. Иными словами, это очень приличные значения по полосе пропускания для простой многодиапазонной антенны.

В описании антенны приведены данные, которые могут быть полезны при настройке антенны PD7MAA. Изменение длины основной части излучателя и дополнительного его отрезка (А и В на рис. 1) на 1 дюйм (2,5 см) приводит к сдвигу полосы пропускания на 30…35 кГц.

 

Литература

1. PD7MAA homepage. — URL: http:// pa-11019.blogspot.ie (17.07.15).

2. HF END-FEDZ. — URL: http://www. parelectro nics.com/end-fedz.php (17.07.15).

3. LNR Precision EF-10/20/40 MKII examination. — URL: http://www.hamradio. me/antennas/lnr-precislon-ef-102040mkii-examination.html (17.07.15).

4. LNR Precision EF 10/20/40 MKII test data. — URL: http://www.hamradio.me/ antennas/lnr-precision-ef-1 02040mkii-test-data.html (17.07.15).

 

Автор: Борис Степанов (RU3AX), г. Москва