Ежедневный радиожурнал со звуком. Иногда с юмором. Всегда с картинками

SAT/SPACE MONITOR ВЫ можете участвовать в формировании новостей

Огородно-полевая антенна

  ПОЛЕВАЯ АНТЕННА. Или двухэлементная трёхдиапазонная антенна из удочек.  
Начало.   Продолжение смотреть   Огородно Полевая Антенна 2
             Неоднократные выезды (на острова)  и работа с поля (мемориалы) дали бесценный опыт работы настоящих радистов: как дать связь подручными средствами. В этом отношении очень интересен опыт использования усилителей. Не главное, но первое: в этом случае необходим аккумулятор, желательно большой ёмкости. Он включается в качестве конденсатора большой ёмкости (буфер) между блоком питания 12 вольт и трансивером и должен сглаживать броски тока при передаче.  Тогда генератор при работающем усилителе мощности не так сильно напрягается при пиках потребления. Но при использовании усилителей тут же  возникает  другая проблема. В поле, конечно же, предпочтительны легкие и простые антенны. В диапазонах 160-80 метров конкуренции "инвертед ви" нет. Но от 40 и выше возможны варианты. Нередко вследствии конструктивных преимуществ побеждают разнообразные штыри. Особенно эффективны они  начиная с 40 метров и выше..... Но у каждой медали есть обратная сторона.  Штырь - точно не приёмная антенна.  Эта болезнь сильно обостряется при работе с усилителем, так как на передачу GP очень эффективен, особенно на больших расстояниях.  В результате гиперактивируется эффект crocodaile   - большой рот и маленькие уши.   Внешне это выглядит так, как будто за трансивером плохой (глухой) оператор.  Можно предположить что лучший вариант из всех возможных - возить с собой спайдер или  "Русский Робинзон" (это не одно и тоже, как многие предполагают). Антенны относительно легкие, с относительно хорошим усилением и коэффициентом направленного действия, что на самом деле не есть хорошо, так как  работа с поля и островов пердполагает в основном работу на CQ, и неизвесно с какого направления прийдет сигнал.   Не надо быть мудрецом чтобы определить что с боков даже трехэлементная антенна имеет значительные провалы. Даже у Спайдера, не говоря о Робинзоне, который строго говоря являет собой гексабим, т.е. КУ и КНД у него выше чем у Спайдера (конечно при одних и тех же  размерах). Дело в том, что элементы гексабима менее изогнуты и у них большая чем у спайдера часть проводников находится в плоскости "прямого" элемента. Отсюда большая наводящаяся в проводнике ЭДС. Плюс ко всему развёртывание таких антенн не такой уж и простой процесс: множество проводов-вибраторов, директоров и рефлекторов, сборка крестовины (или гексаэдра), причем нужно ничего не перепутать...Затем подтянуть растяжками все элементы вверх на одну и ту же высоту и.д. ...
      Таким образом приоритетные свойства желаемой полевой антенны располагаются в следующем порядке: одинаковая эффективность приём-передача, простота сборки-установки, минимальный КСВ, желательно какое-нибудь усиление при круговой (или близкой к ней)  диаграмме направленности. Наибольшее количество очков набирает следующее предложение - растянутое на удочках (конструкцуию см. ниже) полотнище W3DZZ на диапазоны 14-28 мгц.  Если растянуть перпендикулярно два таких полотнища,  то их можно переключать c помощью реле. Из приоритетов налицо три с половиной: усиление приём=передача, просто, КСВ близок к 1, ну и, если нет усиления, то есть почти направленное действие.
   Сама собой напрашивается мысль о двух элементной антенне, имеющей какое-нибудь усиление, но не такие глубокие провалы с боков. И при этом имеющие минимальный КСВ. Ну и, конечно же, попроще в сборке-разборке и установке.  Подумав, я решил попробовать следующую конструкцию (рабочее имя - "огородно-полевая"): четыре удочки в парах, прогнувшиеся вниз на нужную величину под весом проволочных элементов. Это хорошо потому что не требует специальных мер по цетровке, (определению центра тяжести) и подвешивании (подтягивании) концов удочки вверх как в спайдере. Для того, чтобы диапазонные элементы были паралельны, для 10-ти и 15-ти метровых элементов прийдется использовать веревочки - удлинить до хомута на удилище. Пара вибратор-директор выбрана исходя из того, что её усиление больше чем у пары вибратор-рефлектор. Еще один аргумент - директор намного короче рефлектора. А это "размах крыла" антенны, вес и т.д. Можно было бы пожадничать и сделать элементы укороченными с ёмкостной нагрузкой в виде отрезков параллельных траверсе, но тогда КПД антенны и её и так небольшое усиление станут еще меньше, добавится головная боль с расчётом и растягиванием элементов ёмкостной нагрузки, поэтому от этой идеи я отказался: всё должно быть просто - палки и провода. :-) 

К преимуществам следует отнести:одинаковую эффективность прием-передача, хороший КСВ, наличие небольшого усиления (4-4,5 dBd), которое при необходимости можно использовать, но самое главное - неглубокие провалы с боков - нет необходимости постоянно крутить антенну.  Простота конструкции очевидна из рисунка, причем те, кто рискнет воплотить её в реалиях, оценят низкие материальные затраты. Четыре толстостенные 6-ти метровые удочки без последнего колена и без колец на базаре стоят 200 гривен. Примерно столько же уйдет на сварку двух узлов крепления удочек. Если нет знакомого сварщика, все узлы можно собрать из дерева с помощью фанеры и U-образных болтов. Десяток водопроводных хомутов вообще не знаю сколько стоят, врядли более 10 гривен....

В собранном состоянии самая большая длинна - длинна траверсы - 1,95 м (пока). Таким образом "пакет" антенны не превышает в длинну 2 метра. При расстоянии межу элементами не в 5 см, а 10 см, длинну траверсы можно уменьшить до 1, 45 м., но при этом, по понятным причинам, уменьшится и так небольшое усиление на 20 метровом диапазоне и увеличится на диапазоне 28 мгц, но антенну уже можно будет перевозить в багажнике Жигулей. При указанном расстоянии между элементами, антенна теоретически будет иметь усиление примерно 4-5 dBd (почти A3S Cushcraft). На практике эта величина вряд ли поднимется выше 4-4,5 dBd. Определить это точно в домашних условиях трудно... :-)  Говорим это на случай если кто-то захочет сделать себе такую на дачу. Конечно же, даже при диаметре проводов самих элементов в два миллиметра, полоса пропускания антенны будет очень небольшая, в пределах 100-150 кгц. Увеличивая диаметр проводов, увеличиваем вес, а он и так большой (для удочек :-). На самом деле толщина провода уже не критична, так как находится далеко за пределами желаемого: сделайте элементы проводом 1 мм и на практике ничего не измениться. Поэтому к этому надо быть готовым и либо изменять размер элементов (CW или SSB участки) перед подъемом антенны, либо мирится с возрастанием КСВ по краям диапазона до неприличного значения. Следующая проблема, которая будет возникать из-за гибкости удочек - изменение параметров антенны при порывистом  сильном ветре. Понятно что сильный ветер будет раскачивать концы удочек и, вследствии того, что пучности напряжения (сопротивления) расположены как раз на концах диполей, входное сопротивление (читай КСВ) будет изменятся, что, возможно, будет приводить к запуску автотюнеров трансивера. Если такая проблема будет возникать, бороться с ней можно установкой легких пластиковых водопроводных трубок в качестве распорок между удочками на расстоянии не более двух метров от траверсы с каждой стороны. В качестве крепежа распорок  можно использовать два хомута, как показано на рисунке. Следует отметить, что это, скорее всего, понадобится только тем, кто пожелает построить эту конструкцию в качестве стационарной на крыше, так как для того, чтобы "раскачать" удилища нагруженные как минимум тремя проводами, ветер должен быть очень сильный.  Не исключается и подвязка-растяжка обычным капроновым шнуром.
 Следует отметить критическое отношение многих к прочности конструкции: они уверяют, что удочки тяжести трех проволочных элементов долго не выдержат.  Я пытался делать что-то подобное на даче но с переключением с помощью реле отрезка провода, который превращал директор в рефлектор. Для одного диапазона работало прекрасно - как и положено полноразмерным 2-м элементам прибавка (на слух)около 2 баллов. Как всегда, этот параметр важен когда корреспондент еле слышен в шумах... :-) Но, как только появлялся второй диапазон, всё становилось с ног на голову. Директор более низкочастотного диапазона начинал работать как рефлектор для следующего. Плюс ко всему нечем было расчитать расстояние между элементами  при котором этот эффект имел минимальное влияние. Таким образом мои сомнения касаются многодиапазонности конструкции. Отсюда и уверенность, что антенну надо не переключать а поворачивать. Как, спросите вы? Легко, отвечу я :-). Вариант тоже военно-полевой. Внизу завареная снизу труба, в которой металлический шарик от большого подшипника.  На нём будет поворачиваться мачта   (предполагается что это набор полутораметровых труб от армейского сборного телескопа, вверху два яруса растяжек или на обычных (укреплённых чтобы не опускались по трубе) подшипниках, или, что круче, на опорно-радиальных.
. Само поворотное устройство на фотографии. Конечно не исключается и другие варианты: например система верёвочных блоков или вообще фирменная поворотка. Но в поле, я думаю, вполне достаточно мускульной силы. Практика использования "Русского Робинзона" показала, что проволочные яги отлично работают на высоте 7-ми метров. Ниже начинается сильное влияние земли и резонанс стремительно "уезжает" вниз. Таким образом, если ограничится высотой в 7 метров, можно обойтись одним уровнем растяжек.


 Спасибо Сергею, (UR5RMD), который  рассчитал два варианта этой конструкции на MMANA-GAL Basic.    Взять её можно здесь: http://gal-ana.de/basicmm/ru
Вариант первый - просто провода.
F(МГц) – частота
R(Ом) – сопротивление антенныjX (Ом)реактивное сопротивление антенны
КСВ 50 – Коэффициент стоящей волны в кабеле с сопротивлением 50 Ом.

Gh (dBd) – Усиление антенны по сравнению с полуволновым диполем 
Ga (dBi) –Усиление антенны относительно изотропного излучателя.
F
/B (dB) – Отношение излучений вперед/назад.

Elev (гр) – Зенитный угол (град.) соответствующий максимальному усилению.
Земля – указывается при расчете (Свободное пространство, Идеальная, Реальная)
Высота – высота на идеальной, реальной землей.
Поляр. – горизонтальная, вертикальная поляризация.

Диаграмма направленности на диапазоне 20 метров. Из экономии места диаграммы для 15-ти и 10-ти метрового диапазонов не приведены, но вы знаете, что от диапазона к диапазону "банан" чуть вытягивается,  а провалы с боков чуть увеличиваются. То же происходит и с илучением в вертикальной плоскости. 
Размеры элементов и расстояния между элементами  на рисунках ниже. Расстояние между вибраторами и директорами 1, 95 метра. Расстояние между элементами по вертикали - 5 сантиметров.  Вибраторы
Директоры

Как мы и предупреждали, антенна очень узкополосная. КСВ по диапазонам изменяется очень сильно. Решение только одно: выбирать приоритетный участок - SSB или CW. К cожалению. Надо сказать, что и спайдер и  гексабим страдают той же болезнью. Но  буквально повсеместно используются.
Настройка антенны достаточно проста и требует в основном терпения: если нам не нужно максимальное подавление назад, а нам оно точно не нужно, то настройку начинайте с низкочастотных диапазонов. Сначала настраиваете 20-тку, изменив длину вибратора по минимуму КСВ, потом изменяете длину директора по минимуму КСВ и, если нужно, повторно подстройте по минимуму КСВ вибратор. Потом 15-ти метровый диапазон и в конце 10 м. В своих предыдущих материалах я этой темы уже касался, посмотрите, если не лень...
  Больше всего забот (и раздражения) будет вызывать путаница проводов и веревок. Существует способ сократить в несколько раз количество элементов - выполнить антенну в два элемента, но с трапами. Тогда на каждой удочке окажется по одному (тяжелому, правда) элементу, который будет работать на трех диапазонах. Но количество проводов и веревок снизится в 6 раз. Кроме этого длинна самого большого элемента, вибратора, станет меньше: 9 метров против 11,6 метра при полноразмерном варианте.  Стоит попробовать? Конечно, за всё прийдется заплатить, в данном случае полоса пропускания антенны сузится еще больше. И добавятся  конструктивные элементы, отличные от прямого провода. Схема нового варианта  антенны на рисунке ниже. Для того, чтобы увеличить, просто кликните на рисунке мышкой.

Характаристики антенны приведены в таблице.  Сравнивая таблицы параметров обоих антенн, можно заметить, что усиление антенны с трапами несколько больше, но практически этими изменениями можно пренебречь, существенного изменения диаграммы направленности не будет, поэтому покажем только диаграмму 20-ти метрового диапазона, а вот изменения КСВ будут значительными. Положительный момент - значение КСВ по диапазонам станет меньше, конечно при точно настроенных трапах, а вот изменение КСВ по диапазону может сильно огорчить.

Что касается трапов, то рекомендации следующие. В Интернете есть достаточное количество программ по расчету катушек индуктивности для трапов. Емкости в трапах некритичны, следует только позаботиться о достаточном (большом) рабочем напряжении конденаторов в случае большой подводимой мощности. При 100 ваттах рабочее напряжение конденсаторов в 300 вольт будет достаточным. Конструкция так же зависти от того,  какую мощность мы будем направлять в антенну. Вот ссылка на один из видов трапов http://dl2kq.de/soft/6-6.htm. И еще "Трех и более диапазонные диполи с одной парой трапов" http://dl2kq.de/ant/kniga/533.htm.  Настройка траповой антенны осуществляется следующим образом. Сначала нужно настроить в резонанс контуры (трапы) на заданную частоту, удобнее всего это делать с трапами уже включенными в антенное полотно с помощью гетеродинного индикатора резонанса (ГИР). Понятно что сопротивление контуров будет большим на резонансной частоте и тем самым осуществляется  регулировка электрических длинн антенн. Затем настраиваются провода. Начинаем с 10-ти метрового диапазона. Изменяя длину вибратора настроить по минимуму КСВ. Потом, изменяя длину директора, тоже добиваемся показания минимального КСВ. Если КСВ нас не удовлетворяет, то, снова нужно подстроить вибратор по минимуму КСВ. Дальше переходим на 15 м. и 20 м. При хорошо настроенных трапах этот процес не будет сложным и длительным. Таким образом у вас есть выбор что пробовать - стандартные 2 el 3 bander или траповую конструкцию.
Комментарий и фото  R9HAJ (Ринат Кулахметьев)
День добрый, все не получалось антенну сфотографировать... Доволен пока как паровоз, ураган выдержала, зиму перезимовала, работает стабильно. Траверза немного длиннее расчетной. 




По результатам последующего экспедиционного опыта  создана Огородно Полевая Антенна 2
С добрыми пожеланиями  Егор UY2RA

       Давайте дружить. Добавьте этот сайт в избранное                                         
© Copyright 2011-2016 UY2RA.   All rights reserved.    Все права защищены.    Пожалуйста уважайте их.
Использование материалов c этого сайта разрешается только с указанием АКТИВНОЙ ссылки на этот сайт.

FREE & OPEN UKRAINIAN HAM  RADIO  BANNERS NET