Линейно нагруженный диполь на 7 МГц

Описание очень простого и практичного способа изготовления укороченного, но эффективного диполя на 40-метровый диапазон. Одна из самых простых антенн, которую можно построить, — это полуволновой диполь, запитываемый с помощью коаксиала.

Перевод Google

Каждое руководство ARRL с 1930 года содержит информацию, необходимую для его создания. Единственным ограничивающим аспектом антенны является пространство, необходимое для её поддержки. Это становится особой проблемой на частотах 7 МГц и ниже. В то время как в личной ситуации автора (K4VX) пространство не является проблемой, он всё же решил спроектировать укороченный диполь для использования там, где пространство ограничено. На частоте 7 МГц стандартный горизонтальный диполь требует примерно 20 метров провода, а с центральным и концевым изоляторами приближается к 20,72 метра между верёвочными опорами. Очевидно, нужно добавить ещё несколько сантиметров к общему пролёту для поддержки. Концепция автора состояла в том, чтобы спроектировать диполь, который имеет примерно 70% длины стандартного диполя, но при этом должен быть очень недорогим и простым в конструкции. Он также должен работать почти также эффективно, как полноразмерная антенна. Линейная загрузка казалась самым простым способом.

Линейная нагрузка

Линейная нагрузка существует уже много лет в конструкции 80 и 40-метровых Yagi’s. Одной из первых антенн, которую автор мог вспомнить, была Hy-Gain 402BA, 40-метровая, 2-элементная конструкция с 14,6-метровыми элементами на 4,8-метровой траверсе. Другие производители скопировали эту концепцию в своих проектах Yagi.

Укороченный диполь, представленный здесь, является результатом использования компьютерного моделирования изначально для проверки концепции и фактической конструкции для проверки моделирования. Неудивительно, что теория и реальность очень близки.

Чтобы сохранить дизайн этой антенны недорогим, автор решил, что будет пробовать лестничную линию 450 Ом в качестве механизма линейной загрузки.

Были использованы два метода применения нагрузки:

  1. Установка загрузки на половине каждой из сторон пролёта, для чего потребуется два дополнительных изолятора.
  2. Вставка нагрузки в центр, поддерживаемую антенными проводами.

После моделирования с NEC-2, а затем с NEC-4, автор смог увидеть очень небольшую разницу между этими двумя методами. Поскольку первый метод требует двух дополнительных изоляторов, был выбран второй метод. Обе программы моделирования дали обнадеживающие результаты и было решено построить антенну.

Первоначальная конструкция состояла из 14-метрового пролёта 2 мм провода, запитанного в центре, и линейной нагрузки с двумя 3,65-метровыми секциями 450-омной лестничной линии.

Рис. 1

Схема линейно нагруженного диполя K4VX. Хотя провод продет
через линию окна 450 Ом, чтобы поддержать его, это не показано на этом чертеже для ясности

 

Рис. 2

Информация о точке подачи. Обратите внимание, что коаксиальная подача проходит через центральный
изолятор для снятия механических напряжений

 

Каждая сторона центрального изолятора и закорочена на конце от центра. Где эта конструкция отличается от предыдущих, так это в том, что 2 мм провод вплетён в линию лестницы, чтобы обеспечить физическую поддержку линии лестницы.

Рис. 3

Метод окончательной сборки с использованием переплетенной 2мм медной проволоки через оконные отверстия, пробитые в лестничной линии

 

Конструкция

В реальной конструкции автор использовал приблизительно 1645,9 см RG-8X до шэка для обеспечения полуволновой линии питания на частоте 7,025 МГц. Поскольку предполагалось, что будет получен импеданс, отличный от 50 Ом, автор хотел сделать точную половину длины волны, которая повторяла бы значение в центральном изоляторе.

Была измерена длина электрической линии с помощью радиочастотного моста General Radio 916-A, используя генератор сигналов Measurements Corporation Model 65-B в качестве источника и трансивер IC-740 в качестве null detector.

Для тех читателей, которые незнакомы с использованием моста для измерения длины коаксиальной волны в половину длины волны, метод заключается в том, чтобы закоротить один конец и найти импеданс на другом конце, который является нулевым реактивным сопротивлением и очень низким значением сопротивления. В этом случае после некоторой обрезки результирующее сопротивление составило 3,1 + j0 Ом. После того, как антенна была поднята в воздух, автор смог измерить импеданс в точке подачи и продолжить его согласование.

Установка

Как только антенна была построена, автор поднял её примерно на 12 метров. Затем использовался мост MFJ-247 для измерения КСВ. К удивлению КСВ был совершенно ровным на 7,025 МГц, частота, для которой и была спроектирована антенна! Будучи радиолюбителем почти 55 лет, автор мог честно сказать, что шансов на то, что это произойдёт, почти не было. На рис. 4 показан измеренный КСВ для этой исходной антенны.

Рис. 4

Кривая КСВ для исходной модели, построенной K4VX

 

Очевидно, центром является частота 7,025 МГц и полоса слишком мала, чтобы охватить весь 40-метровый диапазон. Однако, просмотр данных показывает, что пропускная способность КСВ 2:1 приближается к 300 кГц, что достаточно широко, чтобы охватить всю полосу с некоторым масштабированием центральной частоты.

Можно и так оставить, но так как эта статья для широкой любительской аудитории, автор приступил к масштабированию дизайна до 7,125 МГц.

Вычисление частоты

Первое, что мы узнали, — это то, что 1,4% (7.125/7.025) пропорциональное изменение длины провода и длины линии лестницы 450 Ом не обеспечит правильного сдвига частоты. Первоначально было сделано укорочение каждого конца провода на 10,16 см и каждую линейную линию загрузки на 5,08 см. Это переместило резонанс до 7,200 МГц, сделав его менее полезным в нижней части полосы CW.
Затем было решено оставить линейную нагрузку в покое и просто удлинить концы проводов полотна антенны. После нескольких попыток резонанс составил 7,125 МГц. На рис. 5 показан КСВ готовой антенны с КСВ 2:1.

Рис. 5

Кривая КСВ для завершенной модели

Полоса пропускания КСВ составила приблизительно 275 кГц, которая охватывает практически весь 40-метровый диапазон. Измеренные конечные размеры антенны составляют 6,85 м провода (Ø 2мм) и 3,61 м лестничной линии с каждой стороны от центра.

Проводя эти тесты автор обнаружил, что одно только поднятие и опускание антенны может изменять резонанс на 20 кГц. Это происходило без каких-либо изменений длин. Затем было решено закрепить провод антенны как можно ближе к центру лестничной линии с помощью электрической ленты. Получилось, что провод сдвинулся и связь между лестничной линией и полотном изменилась, но не сильно, однако достаточно, чтобы быть обнаруженной на MFJ-247. Одна только электрическая лента — не лучшее окончательное решение для этого.

Лучшее решение состоит в том, чтобы пробить отверстия в центре изоляции линии лестницы и зашнуровать провод примерно через 10-сантиметровые интервалы. Это предотвращает любые отклонения в расстоянии между проводниками. См. Рис. 3 ещё раз.

Есть несколько способов закрепить конец от линии лестницы к проводу полотна антенны. Автор выбрал электрические разъёмы с разъёмными болтами с нейлоновым шнуром для механического снятия напряжения. Следует позаботиться о том, чтобы закороченный конец лестничной линии не попал внутрь и произошёл контакт с проводом. См. Рис. 6.

Рис. 6

Способ закрепить конец линии лестницы

 

Представление

По-видимому, существует небольшая измеримая разница в воздухе между этим укороченным диполем и полноразмерным диполем. Компьютерное моделирование также указывает на разницу менее 1 дБ. На рис. 7 представлена фотография антенны на высоте 40 футов.

Рис. 7

40-метровый линейно нагруженный диполь K4VX развёрнут на высоте 40 футов

Общая стоимость этой антенны (за вычетом коаксиала) должна составлять менее 25 долларов США со всеми новыми материалами. Линия лестницы 450 Ом доступна примерно за $0,25/фут и провод Copperweld #12 ещё дешевле. Новые изоляторы должны стоить менее 10 долларов, но обычно достаточно мусорных ящиков и блошиных рынков.

Вывод

Эта конструкция представляет диполь, который составляет 70% от размаха полноразмерного диполя с небольшой заметной разницей в производительности. На 40 метрах это составляет сокращение более чем на 6,09 м. 80-метровая версия требует только 27,43-метрового пролёта. Можно представить себе 80-метровый квадрат 4 с линейно нагруженным вертикальным элементом высотой 13,7 метров и одним 13,7-метровым линейно нагруженным радиальным элементом, поддерживаемым мачтой высотой от 18 до 21 метра, основанной на конструкции ON4UN (выпуск 3).

Другим вариантом может быть линейно загруженный четвертьволновой 160-метровый слопер, поддерживаемый 24-метровой мачтой. Как и с большинством новых концепций, экспериментаторы не обязательно получат идеальные совпадения с первой попытки, что автор сделал с этой антенной, но для тех, кто готов внести коррективы и использовать некоторые сокращения и попытки, награды окажутся стоящими усилий.

На фото слева одна из башен, которые стояли в округе Уоррен (Warren County), штат Огайо (Ohio) (1950).

Любой, кто проезжал мимо двух впечатляющих антенных конструкций рядом с I-71 в Орегонии, штат Огайо (между Уилмингтоном и Rte 73), не скоро забудет их. Две 24-метровые самодельные мачты, на одной из которых была самодельная вывеска с позывным владельца. Мачты находились примерно в 45 метрах друг от друга и были достопримечательностью для путешественников в Dayton Hamvention.

Notes:

1. Available from The WIREMAN, 261 Pittman Rd, Landrum, SC 29356, orders 800-727-WIRE; cahaba.net/~thewirem/index.shtml. Part #CQ-552.
2. RadioShack #278-1313. 3ON4UN’s Low-Band DXing (Newington: ARRL, 1999) p 11-72, Section 5.3.

Автор: Lew Gordon K4VX

73!