Владимир UR5NAN
Продолжение. Начало смотри тут "UR5NAN антенна типа конверт. Практика"
Рамочная любительская УКВ антенна универсальной поляризации диапазона 2м на рамочных элементах типа «конверт». Часть вторая.
В этой части статьи речь пойдёт о технологии изготовления и настройки антенн этого типа, а также приведены три варианта 11-ти элементной антенны на диапазон 2 м.
Прежде всего хотелось бы обратить внимание на то, что собранный элемент «конверт» после сборки не распадается на отдельные фрагменты и сохраняет свою конфигурацию, поскольку крестовина играет роль распорок для рамки, а рамка, в свою очередь, удерживает крестовину. Если трубки крестовины проходят сквозь отверстия, просверленные в буме и не имеют люфта, то есть удерживаются в нём за счёт трения, а провод рамки хорошо натянут на крестовине, то никаких дополнительных элементов крепления не требуется и «Конверт» удерживает сам себя как по вертикали так и по горизонтали, а также в плоскости элемента. По такой технологии мною были изготовлены антенны на диапазон 430 мГц. Одна из них 5 элементная и две 7 элементные.
Для 5-ти элементной антенны был применён бум квадратного сечения 15х15 мм, что оказалось удачным вариантом, поскольку разметить и правильно просверлить его в домашних условиях оказалось намного проще, чем бум круглого сечения. С таким бумом удалось реализовать идею крепления трубок крестовины за счёт смещения одного из отверстий для них так, чтобы эти трубки, проходя внутри бума, удерживались за счёт взаимного трения своими стенками друг о друга.
С бумом круглого сечения в домашних условиях этого сделать не удалось. Поэтому трубки крестовин этих антенн пришлось слегка приплюснуть с обеих сторон бума, впритык к его стенкам, для лучшей их фиксации в нём, поскольку они имели небольшой люфт, но лучше трубки крестовин припаять к траверсе или изолировать их от неё, надев отрезки ПХВ трубок. Трубки для крестовин диаметром 5 мм использованы от «польских» антенн, а алюминиевый провод для рамок диаметром около 2,2 мм, извлечён из старых проводов для электропроводки, пролежавших на чердаке несколько десятилетий.
Но мы с Юрием (UR5YBU) не являемся сторонниками сверления отверстий в буме. Причины три.
Во-первых, в процессе настройки может возникнуть необходимость двигать элементы вдоль бума, хотя этого не потребовалось в упомянутых выше трёх широкополосных антеннах, которые довольно точно совпали с их MMANA моделями.
Во-вторых, в таком исполнении антенна становится неразборной.
В-третьих - просто жалко «портить» бум, ведь стоимость материалов сегодня не шуточная. Для бума Юрий использовал сначала стальную тонкостенную хромированную трубу диаметром 25 мм, просто других в местных магазинах не оказалось, но в последствии стал применять алюминиевые трубы, поскольку первые со временем стали ржаветь.
Для крестовины и рамки он пробовал трубки и провод различных диаметров и в первых своих «конвертах» остановился на диаметре трубки 8 мм и провода 1,6 мм. Провод можно извлечь из кабеля, предназначенного для электропроводки, срезав изоляцию. Лучше если провод будет алюминиевый, но можно применить и медный. В месте, где он контачит с трубкой крестовины медный провод надо залудить, чтобы не образовалась электрически несовместимая пара имеющая контактную разность потенциалов. В этом случае медь уже не имеет непосредственного контакта с алюминием, поскольку между ними имеется слой припоя.
Для фиксации провода на концах крестовины надфилем делаются углубления, а его залуженные концы загибаются на 2-3 см и вставляются в трубку. Затем в торец трубки вкручивают саморез, изготовленный из нержавеющей стали, который своей резьбой врезается в стенки трубки и в провод и, таким образом, обеспечивает надёжный электрический контакт. (рис1) Но лучше соединить их при помощи пайки поскольку антенна с плохими контактами шумит, трещит и искрит.
Следует учесть, что не всякий алюминиевый сплав хорошо паяется. Например, трубки 5 мм применяемые в «польских» телевизионных антеннах, не паяются, Также ведёт себя и анодированный алюминий, поэтому перед покупкой материалов для изготовления антенны «Конверт» следует проверить их на способность к пайке.
На рынках Украины имеется в продаже множество флюсов для пайки алюминия. Исходя из личного опыта, я сделал вывод, что основным компонентом большинства таких флюсов расфасованных в пластиковую тару по 25 г, есть ортофосфорная кислота. Применив такой флюс, для пайки дюралевой трубки 6 мм и медной проволоки 3 мм, я получил очень хороший результат. При этом применялся обыкновенный припой для пайки радиодеталей. По сути пайка алюминия ни чем не отличалась от пайки меди. При этом паяльник должен быть на 65 и более ватт с диаметром стержня не менее 8 мм и быть хорошо прогрет. В этом случае рамку сделайте из целого отрезка провода и только его концы надо будет вставить в торец трубки крестовины и пропаять.
Я же при изготовлении антенн для 70 см. диапазона применил другой способ крепления концов рамки. Для этого одну из трубок крестовины сплющивают на одном из её концов и в этом месте сверлят в ней два отверстия диаметром равным диаметру провода рамки. Затем в эти отверстия вставляют предварительно загнутые концы провода рамки, которые затем пропаивают. Одно из этих отверстий служит для крепления начала провода рамки, а другое для крепления его конца. Если ваш алюминий паяльником паяется плохо то лучше применить способ пайки газовой горелкой с использованием специальных флюсов и припоев (HTS 2000, Castolin 192 FBK, и другие). Видео на эту тему имеются в Интернете на сайте www.youtube.com. Однако я не имею опыта пайки таким способом, а вот Юрий UR5YBU пользуется только им.
Использование пайки при изготовлении элементов «конверт» требует аккуратности, так как излишнее количество припоя в местах пайки приводит к снижению резонансной частоты антенны и ухудшения КСВ, что и имело место при изготовлении упомянутых выше антенн на 430 мГц, где для крестовин применялась трубка 5 мм от «польских» TV антенн. Улучшить качество пайки мне в этом случае не удалось из-за применения таких трубок. Если материал, из которого изготовлены элементы антенны, паяется хорошо, то достаточно провести пайку провода рамки с трубкой крестовины на торцах этих трубок небольшим количеством припоя, что не окажет негативного влияния на настройку антенны. Можно также применить и аргоновую сварку, но в настоящее время это дорогое удовольствие.
От себя могу предложить самодельный узел крепления, разработанный мной много лет назад, минимально влияющий на антенну. Для его изготовления понадобится оцинкованная жесть 0,7 – 0,8 мм отходы которой можно найти в жестяных мастерских или листовой алюминий 1–1,2 мм. Узел крепления (рис 4) состоит из трёх частей, две из которых (деталь 1) идентичны друг другу, а третья (деталь 2) служит для их соединения между собой. Размеры на чертеже соответствуют буму диаметром 30 мм. Для изготовления такого узла потребуется всего несколько простых слесарных инструментов. Сначала нарезаются заготовки, затем ножовкой или отрезным кругом «болгарки» делаются разрезы (пазы), при этом зажимать в тисках заготовки можно группами по несколько штук, затем делаются загибы (обозначены штриховыми линиями на рис 4), сверлятся отверстия и собирается готовый узел (рис 5 а). Его размеры зависят от диаметра бума вашей антенны, поэтому эти размеры необходимо определить экспериментально при помощи модели сделанной из плотной бумаги. На каждую трубку крестовины нужен отдельный узел крепления, поэтому, например, для трёхэлементной антенны (за вычетом крестовины активного элемента, который крепится по-другому) таких узлов понадобится 4, для 5-ти элементной 8 и т.д.
Для фиксации элемента (трубки) в таком узле верхняя часть деталей «а» немного изгибается. (рис 5 б) Можно также применить иную конструкцию «конверта» показанную на рис 6, в которой трубки крестовины туго вставлены в отверстия, просверленные в алюминиевом кольце и зачеканены. При этом применение пайки или сварки в центре узла согласно этого рисунка, весьма желательно, поскольку здесь расположены пучности тока. Следует учесть и то, что элементы антенны такой конструкции будут иметь электрический контакт с траверсой, и то, что для сборки полноразмерной крестовины, в этом случае, трубки надо разрезать пополам, поэтому их длина будет в два раза короче. Поскольку антенна с такими элементами не изготавливалась, то, в этом случае, потребуется уточнить её размеры.
При сборке элемента «конверт» главным является выдержать угол 90* между трубками крестовины, их пересечение между собой в их геометрическом центре и обеспечение фиксации концов трубок крестовины между собой при установке провода рамки, так как это даёт возможность этот провод установить с натягом, не исказив геометрию элемента. Это удобно проводить с помощью шаблона которым может служить лист ДСП или толстой фанеры размером около 600Х600 мм (рис 7), а при его отсутствии изготовить деревянную крестовину из двух досок длиной около 850 мм, шириной 80 - 100 мм и толщиной 20-30 мм (рис 8), скреплённых для жёсткости деревянной планкой (рис 8е).
На поверхности шаблона при помощи угольника необходимо провести разметку расположения трубок крестовины элемента «конверта» и, согласно этой разметки, к нему шурупами крепят планки (а), уголки (б), скобы (в) или просто вкручивают шурупы (г) для фиксации этих трубок в нужном положении. Какой из этих вариантов подходит вам больше, выберите сами. Кроме того, следует учесть разность по высоте между собой как досок приспособления, так и трубок крестовины «конверта», а также наличие элементов крепления к буму и выровнять всё, закрепив прокладки (д) нужной толщины в соответствующих местах шаблона. Всё это показано на рис 7 и 8.
Когда приспособление будет готово можно приступать к сборке элемента «конверт». Сначала размечают середины трубок и устанавливают на них элементы крепления к буму. Затем трубки фиксируют в приспособлении, после этого производят установку провода рамки на концах трубок крестовины с «натягом», но без фанатизма и крепят этот провод к крестовине «конверта» или пайкой или шурупами. Шурупы должны быть из нержавейки. Это исключает их окисление и позволит сделать пайку. Для крепления концов провода рамки к крестовине можно применить также и клеммы (наконечники) которые обязательно пропаивают (рис 9). Однако следует обратить внимание читателей на то, что пайку элементов антенны следует проводить только после её окончательной настройки, поскольку в процессе этой настройки, возможно, возникнет необходимость менять размеры элементов.
При сборке элемента «конверт» следует учесть такие нюансы. Трубки крестовин отрезают такой длины, какая указана в таблице размеров, или какую рассчитал компьютер. На концах трубок делают пропилы для провода рамки такой же глубины и диаметра, как и диаметр этого провода. Длину провода рамки точно отмерять не нужно, достаточно взять с запасом 4-6 см. Главное это размер крестовины. Когда на крестовину натянется провод рамки, то его длина и будет соответствовать расчётной. Поэтому этот провод надо как можно лучше выровнять для уменьшения его изгибов и извилин, которые увеличивают его электрическую длину, и, в следствие, понижают резонансную частоту элемента. Это можно сделать по одной из методик выложенных в Интернете. Я выравнивал провод не снимая изоляцию, закрепив его конец в патроне электродрели, и пропуская этот провод сквозь трубку с волнообразной синусоподобной извилиной.
Провод рамки может быть алюминиевым или медным, голым, без изоляции, лучше, если его диаметр будет больше – в этом случае потери меньше, а усиление больше. Применение провода диаметром более 2,5 мм затрудняет его натяжение на крестовине и образование рамки с одинаковыми размерами её сторон. На местном «блошином» рынке несколько лет назад мною был приобретён провод для электропроводки в ПХВ изоляции, внутренняя жила которого биметаллическая – алюминий, покрытый медным слоем, правда, пришлось заплатить за него как за чисто медный (Hi). Провод идеальный с точки зрения применения в антеннах УКВ, лёгкий и с малыми потерями, диаметром 2,8 мм. Под слоем изоляции провод отлично сохранился, поверхность меди блестящая, без следов окисления, хотя и изготовлен лет 25-30 назад. Такой провод сейчас найти трудно. ПХВ изоляцию пришлось удалять из-за её веса и излишней парусности, но после этого я получил другую проблему, на которую хочу обратить внимание - это окисление меди. На частотах КВ диапазонов это менее заметно, но на УКВ это уже проблема, и вот почему.
Несколько лет назад по просьбе местных таксистов, для их базовой станции была изготовлена коллинеарная антенна в корпусе от стеклопластиковой удочки, однако через год они стали жаловаться на ухудшение связи, несмотря на то, что коаксиальный кабель был заменён новым. А таксисты, следует заметить, самые лучшие тестеровщики антенн. Судите сами: десятки, а то и сотни автомобилей днём и ночью, в жару и в холод, в дождь и снег, в штиль и ветер, летом и зимой, весной и осенью колесят по городу и его окресностям и их водители точно знают все точки где связь с диспетчером отличная, а где отсутствует или на грани срыва, поэтому любое ухудшение связи они сразу фиксируют, причём коллективно. Так вот антенна была снята с мачты для проверки, хотя КСВ–метр показывал единицу, и она была извлечена из корпуса для осмотра, но никаких неисправностей замечено не было, разве что медный провод, из которого она была изготовлена, утратил свой первоначальный блеск. После некоторых раздумий этот провод был зачищен до блеска самой мелкой наждачной бумагой и покрыт цапон-лаком. После чего антенна была возвращена на мачту и показала отличную работу. Прошло три года. Жалоб нет. Отсюда вывод: применять медный провод в УКВ антеннах можно лишь в случае его надёжной защиты от коррозии, а это не так уж просто, поскольку слой изоляции на поверхности провода может привести к расстройке антенны. Кроме того имеются трудности с выбором материала для такой защиты, и хотя в Интернете можно найти для этого много красок, тем не менее большинство из них у нас недоступны. Автор провёл эксперимент с положительным результатом, покрывая медный провод двумя слоями клея БФ-2, но слой такой изоляции прозрачен для солнечного света, а медь обладает фотоэффектом и темнеет, потому клей БФ-2 в нашем случае не оптимален. Я хочу провести ещё один эксперимент, затемнив клей чёрной пастой от шариковых авторучек. Может быть читатели подскажут более подходящий, всепогодный материал для защиты меди от окисления и пригодный для применения в антенной технике.
Последние свои антенны «конверт» Юрий UR5YBU изготавливает полностью из алюминиевых трубок, применяя их не только для крестовин, но и для рамок. При этом исчезла проблема натяжения провода рамки, а саму антенну можно сделать полностью разборной. Крепление трубок элементов между собой выполнено винтами с гайками, сплюснув концы трубок (рис 13). Если антенна такой конструкции будет работать стационарно, то все места крепления крестовин с рамками следует пропаять. Кроме того, если для крестовин антенны будут применяться трубки достаточно большого диаметра из твёрдого дюралюминия, то сборку антенны можно осуществить и без применения вышеописанного шаблона. Для этого на траверсе антенны закрепляют все крестовины, согласно чертежа, концы траверсы устанавливают на опорах, которые позволяют её вращать вокруг своей оси. например на деревянных рейках, забитых в землю наподобие буквы Х и скреплённых между собой в точке пересечения гвоздём и вращая антенну в направлении «от себя» (показано стрелкой) навивают провод рамок на крестовины (рис 14 слева)
Достаточно дешёвый вариант антенны, на наш взгляд, получится, если применить в качестве траверсы деревянную рейку размером 30*30 – 40*40 мм, в которой трубки крестовины проходят сквозь отверстия, просверленные в рейке, и таким образом удерживаются, не требуя отдельных элементов крепления. В качестве трубок для крестовины можно применить сантехническую пластиковую 15 мм трубу для горячей воды. Такая труба имеет внутри алюминиевую оболочку. Размеры такой антенны будут немного меньше из-за влияния пластика на крестовину, и их необходимо будет определить самостоятельно. Ещё больше можно удешевить антенну, смирившись с некоторыми потерями, применив в качестве материала, как для рамок так и для крестовин, оцинкованный провод. Если антенна будет работать только в одной поляризации, то металлическую часть крестовины что относится к той поляризации, которая не будет использована, можно заменить изолятором, то есть выполнить из пластика, текстолита, дерева которое надо защитить от влаги окрашиванием. Если у радиолюбителя отсутствуют трубки для крестовин то их можно сделать полностью деревянными, а элементы «конверта» выполнить полностью проволочными, закрепив их на этих крестовинах.