Эффективная антенна на 160 (80) метров

Для низкочастотного DX-инга одной из самых эффективных антенн выступает система фазированных вертикалов. Это 2-4 вертикальных четвертьволновых излучателя, находящихся на расстоянии 1/8-1/4 длины волны друг от друга. Возбуждение каждого излучателя производится по отдельной линии питания. 

Такие антенны при внешней простоте имеют выдающиеся показатели — усиление от 4 до 7 дБ по отношению к полуволновому диполю на высоте в 0,5 длины волны, подавление заднего лепестка до 20-30 дБ, вертикальный угол излучения от 15 до 30 градусов.

Дело за малым — найти свободную площадку размером в половину футбольного поля, раздобыть две (четыре) дюралевых трубы высотой с двенадцатиэтажный дом, и нанять вертолёт для их установки. Обложиться кучей радиотехнической литературы, чтобы понять толком — что же такое активное питание, поскольку доступная информация, к сожалению, практически не даёт необходимой её полноты, а антенны, описанные в классике типа Ротхаммеля, уже давно изучены, и очередное перелистывание новостей не приносит.

Осознание изложенного, как правило, оптимизма не добавляет, и поэтому, большинство радиолюбителей на TOP BAND обходится любым Inverted Vee, либо «Дельтой», которые, впрочем, из-за малых (относительно длины волны) высот для действительно дальних связей малопригодны. Отдельные счастливчики ухитряются ставить укороченные вертикалы метров до тридцати.

Однажды автору посчастливилось и в его компьютер попала великолепная программа для моделирования антенн — NEC, разработанная командой из Центра военно-морских систем San-Diego, California.

Благодаря своевременным идеям Евгения (RU6BW), после нескольких бессонных ночей за монитором появилась предлагаемая конструкция.

Автор не ставит цели вдаваться в теоретические глубины, касающиеся работы антенн с фазированным питанием. Многие пока скептически относятся к компьютерным расчётам в радиолюбительской практике. Но эта антенна работает весьма неплохо. Для начала можно попробовать соорудить «модель» на 80 метров.

Рассмотрим смоделированные компьютером диаграммы направленности в вертикальной (рис. 1) и горизонтальной (рис. 2) плоскостях и графики зависимости подавления заднего лепестка (рис. 3) и усиления (рис. 4) от частоты:

— ширина главного лепестка в горизонтальной плоскости по уровню -3 дБ — 136 градусов;
— ширина главного лепестка в вертикальной плоскости по уровню -3 дБ — от 6 до 54 градусов (с максимумом 20 градусов);
— подавление заднего лепестка: на частоте 1830 кГц — -22 дБ, на 1845 кГц — -31 дБ, на 1860 кГц — -19 дБ;
— усиление антенны — соответственно 5,3-5,7 дБ.

Указанные параметры моделировались для системы заземления, состоящей из 16 дважды закольцованных (по периметру и посередине) противовесов длиной по 10 м над почвой средней проводимости. В точках питания внешнее кольцо подключено к вбитым в землю двухметровым трубам.

Не правда ли, антенна с такими параметрами очень похожа на полноразмерный трехэлементный «Волновой канал» на высоте 80 м? Впрочем, такое «чудовище» может только присниться.

Проанализируем эти цифры:

  1. Горизонтальный лепесток в 136 градусов при переключении излучения на противоположное без особых потерь в усилении перекроет большую часть направлений (впрочем, ориентировать антенну по излюбленным азимутам все равно желательно). В условиях RU6BW — это 80/260 градусов.
  2. Вертикальный лепесток с одинаковой легкостью будет работать с отражениями на расстояния от сотен до тысяч километров.
  3. Усиление в пределах рабочего участка практически не изменяется.
  4. Подавление имеет приличные характеристики в участке всего 30 кГц, тем не менее, DX-окно перекрывается.

Далее будет рассмотрен вопрос о способе расширения участка.

Антенна представляет собой систему из двух одинаковых вертикальных полуволновых петлевых вибраторов с активным шунтовым питанием. Для уменьшения высоты и упрощения конструкции верхние углы вибраторов на изоляторах сведены к вершине мачты высотой 25,0 м (в участке 3,75-3,8 МГц высота мачты — 13 м, далее в скобках будут указываться размеры для DX-окна 80-метрового диапазона) и отстоят от нее на 0,20 (0,20) м. Наличие неизолированной металлической мачты указанной длины внутри рамок на параметры антенн не влияет.

Четыре верхних части вибраторов длиной по 25,88 (13,04) м расходятся от мачты под прямыми углами, опускаясь к земле до высоты 6,00 (3,00) м. В этих местах полотно вибратора пропускается сквозь изолятор и, изгибаясь, уходит к точке питания, отстоящей на 10,00 (4,72) м от основания мачты. К изоляторам прикреплены четыре растяжки, служащие как бы продолжениями верхних частей вибраторов, вместе с которыми они крепят вершину мачты (подобно элементам двухдиапазонного Inverted Vee). Длина части вибратора от изолятора до точки питания составляет 14,07 (6,08) м (рис. 5 и 6).

Рамки выполнены из канатика или биметалла диаметром 3-4 мм.

Два отрезка 75-омного кабеля длиной по 10,00 (4,72) м подключаются к противоположным рамкам и сходятся к основанию мачты. Один конец рамки подключается к системе заземления, второй — к центральному проводнику. Возле мачты оплётки кабелей также заземляются, а между центральными проводниками включается фазосдвигающий конденсатор. Изменение направления излучения производится подключением выхода согласующего устройства к соответствующему концу конденсатора (посредством управляемого из Shack’a реле). Кабель питания от трансивера подключается ко входу согласующего устройства. Схема согласующего устройства может быть любой. На испытанной антенне использовался резонансный автотрансформатор.

Настройка

Весь процесс происходит на земле под мачтой и на операторском столе. При точном изготовлении подбирать длину вибраторов не нужно.

  1. Настраиваем трансивер на середину рабочего участка. Включаем вместо фазосдвигающего конденсатора КПЕ с максимальной емкостью 1000 пФ. На входе согласующего устройства устанавливаем КСВ-метр, рассчитанный на измерения в линиях с сопротивлением применяемого кабеля (можно согласовать как 50, так и 75-омный коаксиал). Устанавливаем фазосдвигающий КПЕ в среднее положение.
  2. В случае применения резонансного автотрансформатора, настраиваем согласующее устройство по минимуму КСВ подбором точки отвода контура и параллельной емкости. Желательно предварительно согласовать активную нагрузку с сопротивлением используемого кабеля, и в дальнейшем настройку не изменять.
  3. Следующий этап — установка фазового сдвига. Запускаем в нескольких сотнях метров в направлении, перпендикулярном плоскости рамок, маяк с вертикально поляризованной антенной. Автор использовал кварцевый генератор на 1845 кГц с усилителем на КТ922, нагруженный на оплетку кабеля снижения TV-антенны, расположенный в полутора километрах от RU6BW. В крайнем случае, настраиваем трансивер на работающую станцию, расположенную в створе рамок, поближе к середине рабочего участка. Включаем противоположную рамку (можно ориентироваться по падению уровня сигнала) и настраиваем КПЕ по максимальному подавлению сигнала маяка.
  4. Повторяем пункты 2, 3, 4 до получения отношения вперёд/назад не менее 4-5 баллов.
  5. Если при переключениях сильно изменяется КСВ, значит, допущены ошибки при отрезании антенного полотна, либо вблизи одной из рамок расположены проводники или другие отражатели. После настройки рамок вышеописанные процедуры необходимо повторить.
  6. После окончательной настройки можно измерить емкость КПЕ и заменить его на постоянный конденсатор хорошего качества с соответствующей реактивной мощности.

Примечание

Хорошее подавление заднего лепестка, к сожалению, получается в достаточно узкой полосе частот RU6BW применил дистанционное управление вращением фазосдвигающего КПЕ с использованием микроредуктора с электродвигателем. Результат — превосходный. Теперь практически в любой точке диапазона без изменения геометрических размеров антенны стало возможным быстро и достаточно эффективно подавлять сигналы станций, находящихся в заднем секторе шириной около 90 градусов. При желании то же можно делать вручную, но с гораздо меньшими удобствами.

Приведённые компьютерные расчёты после изготовления системы в натуре и эфирной обкатки (TNX RU6BW) полностью подтвердились. Думается, это совсем неплохая альтернатива «Инвентору» при почти таких же затратах.

Тем не менее, хочется добавить следующее.

Определённая часть радиолюбителей думает, что наличие антенны с описанными параметрами автоматически гарантирует работу, скажем, Украины с Азией в любое время суток (к примеру, в обеденный перерыв). Вынужден разочаровать, TOP BAND так назван потому, что это диапазон высшей категории сложности, и для серьёзных достижений на нём необходимо многое знать и много работать. Способы получения результатов описаны. Приведённая разработка — лишь один из эффективных вариантов, надеюсь, достаточно доступной конструкции.

RZ6AU

73!