Перед началом любого проекта следует иметь в виду цель с пониманием задействованной динамики. Чтение принципов работы многодиапазонных антенн показалось автору сложным, тем более что не нравиться рассматривать уравнения, сложные цифры и графики. И всегда поражает, что экспертам, которые действительно знают своё дело, просто трудно выразить свои идеи в простых терминах.

Точно так же, если вы внимательно изучите материал, вы сможете ознакомиться с основами, и это позволит вам получить максимум знаний для вашего проекта.

Каждый раз, когда вы размещаете две антенны, которые резонируют на одних и тех же частотах близко друг к другу, вы будете испытывать взаимное сцепление. Это может быть очень позитивно, как вы увидите. Большинство из нас слышали, как кто-то говорил об их «четырёхугольных» или «концевых фазированных вертикальных решётках», и поражались тому, насколько относительно сильными были сигналы. Что означает вся эта болтовня в эфире о фазировании и направленности, и как это можно сделать с помощью вертикалов?

Существует четыре основных преимущества использования двух или более антенн – направленность, шумоподавление, усиление и отказ от нежелательного QRM. Каждый хочет усиления, и шумоподавление, конечно, универсально привлекательно. Неверно с отклонением и направленностью, поскольку те, кто много болтает в эфире, просто хотят иметь возможность разговаривать на 360 градусов в пространстве. Лучшим выбором могут быть трёхэлементные антенны с центральным элементом, питание которого отличается от питания двух других. Такой набор из трёх элементов будет излучать в одну сторону со значительным усилением – свыше 5 дБ – в сравнении с общей диаграммой направленности. Точно так же, как при использовании усилителя. На рисунке 1, взятом из справочника ARRL Antenna Handbook 2, показана другая версия, в которой токи подаются биномиальным методом с соотношением 1:2:1. Коэффициент усиления составляет около 5 дБ и является двунаправленным. Линии подачи имеют длину волны ¾ по необходимости из-за интервала в ½ длины волны. Преимущества заключаются в том, что такая система проста, не требует реле или фазирующих блоков в точках подачи и более или менее не требует технического обслуживания. Коэффициент усиления более 5 дБ также привлекателен. Однако вы отказываетесь от одной из наиболее важных целей – обратной QRM и направленности!

Рис. 1. Система подачи для трёхэлементной биноминальной матрицы 1:2:1.
Все линии питания имеют одинаковую длину 3/4 электрической длины волны
и одинаковый характеристический импеданс

Цели автора были другими. Хотелось усиления, некоторой направленности и отклонения QRM. Также поиск варианта с широким диапазоном, который позволил бы любителю поболтать использовать QSO на всенаправленной основе. В принципе, хотелось бы всю энчиладу. Знаний достаточно, чтобы понимать, что для этого потребуется настройка, которая обеспечивала бы нуль в любом направлении, усиление в противоположном направлении и не была бы слишком сложной. На этом концептуальном этапе попытка осмыслить более двух антенн была слишком сложной для сложной части, и мысль о том, чтобы выложить много-много метров наземных радиусов для трёх или четырёх вертикалов, была подавляющей. Нужно было остановиться на проекте с двумя антеннами.

Давайте посмотрим, как можно заставить работать друг с другом двухполосных братьев и сестёр. Когда два вертикала выстраиваются в определённом направлении и подаются не в фазе, они называются решётками «конечного срабатывания». Следует помнить хорошее эмпирическое правило: решётка всегда срабатывает в направлении элемента с запаздывающим током подачи (это прояснится через минуту). Изменяя фазировку, вы можете в основном изменять их в соответствии с вашими проектными параметрами для достижения наилучшей производительности при прямом усилении и нежелательном отклонении от обратной стороны.

Подумайте о полной длине волны радиочастотной энергии – синусоидальной волне, которая распространяется на 360 градусов со скоростью деформации – на вашей частоте. Визуализируйте форму сигнала, когда он движется от нуля к своей наиболее положительной точке, а затем возвращается к отрицательной территории, когда направляется на юг, и, наконец, возвращается к нулю. На одной длине волны она перемещается на 360 градусов – более семи миллионов раз в секунду на 40 метрах! В точке 90 градусов она продвинулась на четверть цикла или четверть полной длины волны. Если мы расположим две идентичные вертикали на расстоянии 90 градусов (одна четверть длины волны) друг от друга, то принимаемый сигнал, идущий параллельно направлению антенны one, достигнет антенны two на 90 градусов позже из-за их физического разделения. Это предполагает, что принимаемый сигнал распространяется горизонтально, чего никогда не бывает, поскольку сигналы поступают под разными углами – факт, который мы можем пока игнорировать. Если мы хотим нейтрализовать сигнал, поступающий на антенну номер один, мы можем сделать это, сделав линию подачи на антенну номер два «электрически» длиннее на четверть длины волны (90 градусов) в точке подачи. Теперь два принятых сигнала будут отклонены по фазе на 180 градусов, на 90 градусов из-за физического разделения и ещё на 90 градусов растянуты с помощью линии фазирования на четверть длины волны. В этом случае два сигнала обнуляют друг друга. Бинго – мы только что исключили сигналы, поступающие к первой антенне. Поскольку сигналы поступают под разными углами на первую антенну, полного затухания никогда не происходит. Однако, по сути, большая часть сигнала может быть эффективно ослаблена, особенно QRM, поступающий с нежелательного направления.

Обратный эффект происходит, когда принимаемый сигнал поступает с противоположного направления или на одной линии со второй антенной. На этот раз линия фазирования на 90 градусов на второй антенне задерживает сигнал, чтобы он соответствовал его приходу на первую антенну. Теперь два принятых сигнала находятся в фазе друг с другом и объединяются для улучшения результата. Тот же принцип работает на вашем передаваемом выходе с коэффициентом направленного усиления 4 дБ! Неплохой способ повысить производительность при одновременном устранении нежелательных помех в сигнале с противоположного направления. Питая обе антенны без сдвига фазы, вы получаете широкополосную решётку.

Легко понять, что фазирование с помощью многополосной антенны добавило бы целый ряд новых проблем и усложнений. Всё меняется с частотой – длина линии фазирования, импеданс точки подачи, физическое разделение и т.д. Возможно, для более предприимчивых.

Автор начал проект, зная, что для него потребуются прочные и самонесущие наборы антенн. Решено использовать две 40-метровые вертикали производства Zerofive-Antennas (www.zerofive-antennas.com). Исследование показало, что эта компания предлагает лучшее качество на рынке. Владелец, Том (N9ZV), собирает каждую антенну вручную, и вы можете почувствовать и увидеть разницу. Качество превосходное. Базовая пластина для крепления радиалов была приобретена у Lance Johnson Engineering (http://www.lancejohnsonengineering.com).

Когда номер один был запущен, номер два был возведён ровно на расстоянии четверти длины волны к востоку и западу. Поскольку дом автора расположен в центре страны, это казалось наиболее логичным расположением. Так же, как и для антенны номер один, требовались два радиала, поэтому возникла ленивая мысль! Почему бы не разрешить “близнецам” делиться? Итак, взято шесть радиалов длиной 24 четверти, предусмотренных для одного, и подключил их к базовой плате второго номера. Осталось добавить только 18 новых радиалов. Больше, или, конечно (Zerofive-Antennas рекомендует 60 – тьфу!) работало бы лучше, но решётка работает исключительно хорошо «как надо»! Автор как бы прикинул, что добавит немного позже, возможно, этого будет достаточно, пока сопротивление точки подачи каждой антенны не перестанет снижаться.

Если ваша проводимость земли не очень хорошая, вы могли бы рассмотреть возможность поднятия обеих антенн примерно на восемь футов. Это позволит вам установить два приподнятых “настроенных” радиала, обрезанных до четверти длины волны на самой низкой рабочей частоте, которую вы планируете использовать – возможно, вам придётся поэкспериментировать с обрезкой их длины, чтобы получить правильное сопротивление точки подачи. Вы можете наклонить их примерно на 40 градусов, чтобы лучше соответствовать фазирующим линиям в точках подачи антенны. Держите их примерно на 180 градусов друг от друга и изолируйте от земли. Эта альтернатива обеспечит вам отличную отдачу от земли без проблем с наземными радиалами! (Как в справочнике ARRL Antenna Handbook2, так и в низкочастотной радиальной решётке Dxing1 от ON4UN есть отличные примеры использования с радиальными решётками на возвышенностях).

Принято решение использовать коммерческое фазирующее устройство, а не установку для домашнего приготовления. Модель Comtek Systems PVS-2 стала идеальным решением для фазирующей сети, поскольку она рассчитана на работу с двумя антеннами. Она хорошо собрана, выдерживает все установленные законом ограничения и по разумной цене. Они также поставляют четырёхжильный кабель, необходимый для подключения.

Для обеспечения хорошей работы системы было два очень важных требования. Во-первых, обе антенны должны резонировать на одной частоте. Используя анализатор антенн MFJ, отрегулирована каждой из них, чтобы они были идентичны по частоте. Другим условием было подавать на каждую из них коаксиальный сигнал с точностью до одной четверти “электрической” длины волны от точки подачи или распределительной коробки. Обрезка коаксиального кабеля до нужной длины имеет решающее значение для обеспечения идентичности токов и напряжений в точках подачи. Хотя вы можете определить длину на основе коэффициента скорости коаксиального кабеля (умножьте желаемую длину на коэффициент скорости), это не очень точно из-за различий в производственном процессе.

Чтобы получить точную электрическую длину, использован анализатор антенны MFJ, следуя их указаниям. В качестве альтернативы вы можете собрать схему КСВ с использованием фиктивной нагрузки, коаксиального T-соединения и измерителя КСВ в соответствии с вашим передатчиком. Отрежьте первый отрезок коаксиального кабеля до физической длины волны в четверть длины волны – это будет слишком долго. Закоротите противоположный конец и подсоедините другой конец к Т-образному соединению, идущему от передатчика – другая сторона Т-образного разъема будет питать фиктивную нагрузку. Используя передатчик с очень низкой мощностью, начните подравнивать коаксиальный сигнал до тех пор, пока КСВ не достигнет самой низкой точки на желаемой частоте (в руководстве ARRL Antenna Handbook2 содержится более полное описание процесса). Проделайте то же самое для другой линии подачи, и они будут иметь одинаковые напряжения и токи в точке подачи! Без этого условия вы не добьётесь отклонения при подаче матрицы не по фазе.

Единственным дополнительным дополнением, необходимым для систем Comtek, была маломощная фиктивная нагрузка на распределительную коробку. Найден был 100-ваттный блок, который хорошо работает даже при допустимых уровнях мощности — через систему рассеивается лишь небольшой уровень мощности!

После того, как всё было подключено, сделал QSO на восток, и решётка сработала в этом направлении. Автор вежливо спросил, можно ли переключить направления, чтобы посмотреть, как будет работать задняя сторона. Мой корреспондент был поражён, заметив, что сигнал почти растворился в шуме, и полагал, что ослабление составляет от -25 до-30 дБ. Святая корова – эта крошка действительно работает. После некоторого использования антенн с PRO-II и 600-ваттным усилителем home brew можно честно сказать, что это лучшая антенна на 40 метров. По авторским оценкам, прямое усиление составляет около 4 дБ – точно так же, как при наличии усилителя. Ещё одним преимуществом системы Comtek является настройка broadside, которая позволяет проводить QSO на противоположных сторонах решётки, но за вычетом преимуществ фазирования — целая enchilada!

Если у вас ограниченный бюджет, вставить фазирующую линию с релейным управлением и согласующую сеть будет несложно, следуя многочисленным примерам в руководстве ON4UN по низкочастотной радиосвязи Dxin. Не бойтесь создавать антенны “в домашних условиях”. В обеих ссылках приведено много примеров, и вы можете испачкать ноги, рассматривая некоторые из более простых. Особенно нравится система подачи Алана Кристмана (K3LC), описанная в главе 11 1-й книги ON4UN.

Двухэлементная матрица (с шагом 1/4) может подаваться синхронно
для покрытия боковых направлений добавлен переключатель S1
в систему подачи Christman. Когда S1 закрыт, питание обеих
антенн осуществляется синфазно, что приводит к разнонаправленному
боковому излучению

Обратите внимание на разницу в линиях фазирования – это отличие конструкции от используемой модели с углом наклона 90 градусов. Переключение S1 позволяет использовать широкополосный сигнал для обеспечения QSO в обоих направлениях, или S2 для обеспечения направленности. Вы почти всегда достигнете вероятного усиления в 4 дБ, но у вас могут возникнуть проблемы с отклонением на обратной стороне, если соответствующие секции не обрезаны до нужной электрической длины.

Вариации фазированных решёток этих типов бесконечны. Экспериментатору-любителю кажется очевидным одно – идеальной “фазированной решётки” не существует. При рассмотрении многих сложностей и альтернатив хорошими справочниками являются ON4UN “Низкочастотная радиосвязь Dxing 1 и руководство по антенне ARRL» 2. Создайте свою собственную систему для любых целей, которые вы хотите, и начните наслаждаться неизменно хорошими отчётами о сигналах!

VK3PA