Антенны
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Направленная антенна 2E3BРаспечатать: Направленная антенна 2E3B

Направленная антенна 2E3B



Работая в эфире в полевых условиях (соревнования, отдых и пр.), радиолюбители обычно используют простые антенны GP, IV, LW и т. д. Но не исключено, что многие, как и я, задавались целью применить что-то более эффективное, например, направленную антенну. При этом она должна быть лёгкая в перевозке и не сложная в установке...

Свой поиск подходящего варианта я начал с повторения антенны "SPIDER BEAM" ("ПАУК") от DF4SA [1]. Отличная проверенная конструкция, которая достаточно подробно описана для самостоятельного изготовления и которую, в принципе, можно купить. Однако сборка и подъём этого "паука" в поле заняли около 3 ч 40 мин. Ктомуже приобретённые для изготовления несущей конструкции антенны четыре китайских удилища длиной 6 м и обрезанные до требуемых пяти явно не подходили для неё. Они изгибались как "змеи" в разных местах, и их следовало бы заменить более прочными, более толстыми удилищами или стеклопластиковыми трубами. Но это как-то не вписывалось тогда в мои планы, хотелось чего-нибудь "направленного" попроще и полегче.

Дальнейшие поиски продолжались с помощью компьютерной программы "MMANA". Самая простая и малогабаритная направленная трёхдиапазонная проволочная антенна конструкции VK2ABQ [2], очень давно описанная, не обладала в "моделировщике" выразительной диаграммой направленности и соответственно усилением, хотя и была вполне работоспособной. Также простая и приличная по всем параметрам антенна "MOXON" [3] тоже вполне удовлетворяла, но для "нижнего" диапазона 14 МГц требовались несущие элементы длиной более четырёх метров. Ктомуже большинство попавшихся мне описаний "MOXON''-ов были либо однодиапазонными, либо совмещёнными с другими, не подходящими для меня диапазонами. А мне нужна была антенна, работающая на 14, 21 и 28 МГц.

И наконец, после нескольких часов работы с программой была смоделирована проволочная двухэлементная трёхдиапазонная антенна - нечто среднее между "VK2ABQ" и "MOXON". Я назвал её 2E3B (два элемента три диапазона)...

Забегая вперёд, скажу, что многократные испытания антенны в полевых условиях подтвердили её полную работоспособность. В сравнении с GP она давала выигрыш 1...3 балла по S-метру на разных дистанциях, хорошо "вырезала" шумы от близко расположенного города, а станции из W или JA отвечали на 10 Вт практически с первого раза.

Чертёж антенны приведён на рис. 1. Её конструкция - классическая для антенн этого типа. Она состоит из четырёх стеклопластиковых распорок ("паука"), поддерживающих в пространстве на требуемых расстояниях элементы трёх проволочных антенн "волновой канал", а также крестовины - узла крепления распорок к мачте. Активные элементы антенны - это три отдельных диполя, соединённых в одной общей точке питания.

Чертёж антенны

Рис. 1. Чертёж антенны

Указанные на чертеже размеры вибраторов и рефлекторов справедливы при изготовлении их из проводов расплетённого полевого телефонного кабеля П-274М, каждый провод которого содержит четыре медные и три стальные проволоки, заключённые в полиэтиленовую изоляцию. Можно изготовить элементы антенны и из медного неизолированного провода диаметром 1,2...1,5 мм, увеличив их длину на 3,5 %. Однако лучше подходит "полёвка", которая легче медного провода и к тому же меньше вытягивается, что немаловажно для сохранения настройки антенны.

Вариантов выполнения крестовины множество, один из них можно подсмотреть в описании антенны "SPIDER BEAM". Мой первый вариант кресто-вины был сделан из двух дюралевых равнополочных уголков 30x30 мм с толщиной стенки 3 мм и длиной 60 см. В центре каждого устанавливалась U-образная скоба с резьбой на концах, с помощью которой уголок крепился к мачте. Уголки располагались на мачте один над другим и прочно держали распорки на протяжении нескольких выездов в поле. Но у узла был и один недостаток. Каждый раз при сборке антенны требовалось устанавливать по шаблону угол "крестовины" (72°), который при затягивании U-скоб постоянно пытался "улизнуть". Впоследствии этот узел был доработан, и уголки были надёжно закреплены винтами М6 на общей четырёхмиллиметровой дюралюминиевой пластине размерами 70x130 мм. Вид узла представлен на фотографии рис. 2.

Вид узла

Рис. 2. Вид узла

Каждая распорка (удилище) крепится к крестовине с помощью двух червячных хомутов. В местах установки хомутов распорка предварительно обмотана резиновой лентой, вырезанной, например, из негодной велокамеры. А резиновая лента, в свою очередь, закреплена посредством нескольких витков ПХВ-изоленты.

Чтобы упростить и ускорить сборку антенны, очень важно разметить на распорках (например, краской разных цветов) точки крепления её активных элементов. Способы крепления здесь могут быть разные - хомуты, липкая лента, пластиковые стяжки, защёлки и т. д. Главное, чтобы выбранный способ обеспечивал невозможность перемещения проволочного элемента по распорке. У меня в этих местах дополнительно просверлены отверстия диаметром 2,5 мм, через которые при сборке антенны пропускаются отрезки миллиметрового эмалированного медного провода. Концы этого провода загибаются вверх и перекручиваются друг с другом, образуя небольшие хомутики для крепления элементов антенны в местах перегиба.

На рис. 3 представлены чертежи вибратора, рефлектора и линии питания. Размеры вибраторов и рефлекторов, а также положение меток, где проволочные элементы сгибаются и крепятся к распоркам, указаны в табл. 1 и табл. 2 соответственно. Как уже отмечалось, совместно с метками на распорках это упрощает и ускоряет сборку антенны, обеспечивая конструкции симметричность. Следует учесть, что в табл. 1 указана только половина длины диполя. Вторая половина аналогична.

Чертежи вибратора, рефлектора и линии питания

Рис. 3. Чертежи вибратора, рефлектора и линии питания

Таблица 1

Диап., МГц

А, м

В, м

С, м

14

4,55

2.99

1,56

21

3,26

2,21

1,05

28

2.5

1.64

0,86

Таблица 2

Диап., МГц

А, м

В, D, м

С, м

14

10.24

2,12

6

21

6,84

1,2

4.44

28

5,11

0,905

3.3

На концах элементов образованы петли, закреплённые с помощью проволочных бандажей. В петли при сборке пропускается леска, которая стягивает концы элементов друг с другом. Бандажи и метки на проводах элементов выполнены плотной намоткой четырёх витков медной проволоки диаметром 1 мм.

На вибраторах с одной стороны вместо петель припаяны кольцевые клеммные наконечники под винты М4. С помощью наконечников вибраторы одноимённых диапазонов крепятся к изоляторам, образуя полноценные диполи (вибраторы диапазона 28 МГц крепятся к плате "балуна").

Линии питания также выполнены проводом П-274М и удерживаются параллельно друг к другу в непосредственной близости отрезками термоусаживаемой трубки. При этом ухудшения КСВ по диапазонам не отмечается. Главное, не допускать перекручивания линий, иначе работа антенны нарушится. К концам проводов линий также припаяны кольцевые клеммы под винты М4, а на плате изоляторов установлены винты М4 с гайками для крепления половинок вибраторов и линий питания.

Длина провода для вибраторов берётся на 10...15 см больше, образуя отводы для настройки антенны. Укорачивая их длину, можно точнее найти минимум КСВ в нужном участке диапазона. Антенна оказалась не слишком узкополосной, как предполагалось. Поэтому эффект от регулировки их длины выражен незначительно. Но так как кусать проводник легче, чем наращивать, решено было их оставить. В итоге от первоначальной длины 10...15 см на моей антенне остались отрезки длиной 4...5 см. Если настройкой антенны заниматься нет желания или возможности, рекомендую сразу укоротить их по длине до 5 см. Думаю, что КСВ в этом случае не превысит значения 2 ни на одном из диапазонов.

Пайка кольцевых наконечников к проводу П-274М обычно не вызывает проблем, если провод не старый (не потемневший). Пайку следует производить быстро, с достаточным количеством флюса, так как изоляция быстро плавится. Не лишними будут здесь и разноцветные термоусаживаемые трубки. Это поможет при сборке антенны не перепутать элементы одноимённых диапазонов и линий питания (их длины несколько отличаются) и сэкономит время.

Изоляторы размерами 20x40 мм и плата "балуна" размерами 50x90 мм выполнены из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Их эскизы представлены на рис. 4. Для снятия статических зарядов на плате "балуна" параллельно зажимам питания установлен резистор МЛТ-2 100 кОм. "Балун" и кабель питания крепятся к плате пластиковыми стяжками. Намотка "балуна" выполнена классически - 5+5 витков кабелем RG-58 C/U на противоположных сторонах ферритового кольцевого магнито-провода FT-140-61 фирмы Amidon. Можно, наверное, применить и отечественный магнитопровод проницаемостью 200...600 соответствующего типоразмера.

Эскизы изоляторов и плата

Рис. 4. Эскизы изоляторов и плата "балуна"

У одной из обмоток в качестве вывода оставлен отрезок кабеля длиной около 1,2 м, к которому припаян разъём SO-239. Он механически крепится вверху мачты так, чтобы "сползание" было невозможным. Разъём служит для подсоединения к более толстому кабелю (к примеру, RG-213), идущему вниз к трансиверу. Применение тонкого кабеля от "балуна" к мачте вызвано стремлением уменьшить массу и соответственно провисание вибраторов в центре. С другой стороны, потери в тонком кабеле достигают 1 дБ на частоте 28 МГц уже при длине около 10 м, и применять его в качестве полной длины фидера к трансиверу чревато потерями. Можно, конечно, использовать дополнительную распорку длиной около 1,2 м от мачты к плате "балуна". Тогда более толстый кабель может быть подведён непосредственно к "балуну", где целесообразно, в этом случае,установить ВЧ-разъём.

Сборку антенны лучше всего производить на короткой вертикальной мачте (1,5...2 м), надёжно закреплённой в основании. Очень удобно, если это будет первое "колено" выдвижной мачты. Установив распорки, закрепляют рефлектор и вибратор диапазона 28 МГц, затем диапазона 21 МГц и последним - 14 МГц. Подсоединив концы вибраторов к изоляторам (вибратор 28 МГц - к "балуну"), производят подключение питающих линий. После этого слегка подтягивают (лучше всего одновременно, с обеих сторон) и связывают концы однодиапазонных элементов леской. В этой операции главное не переусердствовать - не изогнуть удилища и не оставить элементы антенны свисающими. Кстати, как показала практика, при разборке антенны эти же куски лески лучше отвязывать только с одной стороны, что упростит последующую сборку (или изготовить эти соединения на основе мини-карабинов). Чтобы концы удилищ не провисали, их можно подтянуть с помощью лески или шнура к выступающей вверх на 0,5... 1 м трубе мачты.

На сборку и установку антенны требуется менее двух часов. Для распорок подходят четыре удилища длиной 5...6 м из стеклопластика (или стеклопластиковые трубы), обрезанные до длины 3,7 м. Масса антенны с полотнами, выполненными из полевого провода П-274М (без мачты и кабеля питания), чуть больше 3 кг, поэтому её легко можно поднять в одиночку на лёгкой выдвижной мачте. Для вращения антенны, при необходимости, можно применить недорогое поворотное устройство для ТВ-антенн. Как показала практика, антенна довольно хорошо работает, чётко проявляя свою направленность, уже на высоте около восьми метров, поэтому её параметры в табл. 3, взятые из программы "MMANA", приведены для этой высоты установки над "средней" по проводимости землёй. Понятно, что чем выше, тем лучше, но для полевых условий вряд ли подходит большая и тяжёлая мачта.

Таблица 3

Частота, МГц

КСВ (50 Ом)

Усиление Ga (dBi)

Вперёд/назад (dB)

Вперёд/вбок (dB)

Полоса частот при КСВ=2, кГц

14,1

1,31

9,05

17

16

600

21,1

1,01

11

20

18

800

28,3

1.6

10,55

14,5

15

1000

Литература

1. Трёхдиапазонная направленная антен-на"Спайдер" (DF4SA"SPIDER BEAM"). - URL: http://www.cqham.ru/spider.htm (01.10.17).

2. Малогабаритные коротковолновые антенны. - URL: http://ra3tox.qrz.ru/s9/ an_ra475.html (01.10.17).

3. Прямоугольник Moxon. Обозрение. - URL: http://www.cqham.ru/cebik_n.htm (01.10.17).

Автор: Николай Мясников (UA3DJG), г. Раменское Московской обл.


Дата публикации: 19.02.2018
Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.


Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics