Mini Whip Поиск продолжается

   Рассматривая возможные причины неудовлетворительной работы антенны mini Whip китайского исполнения в моих условиях вынужден был провести изыскания разумной причины. Сомнение возникло в первую очередь в связи с очень необычным с точки зрения обычной физики обоснованием принципа работы антенны. Про "вдвинутую" внутрь электромагнитной волны длинной иглы-мачты, которая заземлена, про искривление радиоволн, которые не могут обогнуть мачту вокруг и огибают её сверху, создавая выше конца мачты большую плотность радиоволн и т.д.   Понятно, что я не академик, но есть какие-то знания, которых может не хватать для заоблачных вершин, но противоречия с фундаментальными понятиями уж очень заметны.

    Во-первых, понятно, что без усилителя антенна такой длины работать не будет вовсе. Хотя я понимаю, что  на длине кабеля снижения будет наводиться ЭДС, и если каким-то образом, виртуально, продлить вверх полотно жилы, то получим вертикальный диполь. Продлив жилу кабеля кусочком плоского проводника мы получаем очень короткое продолжение жилы кабеля с минимально возможной индуктивностью и максимально возможной ёмкостью. Из курса физики (может быть даже школьного, зависит наверное от того каким был преподаватель) нам кое что известно про то как в проводнике наводится ЭДС и при каких условиях она преобразцуется в напряжение на входе приёмника.  Величина ЭДС для двух изолированных проводников расположенных в безвоздушном пространстве при их длине, скажем, 99 см и 1см  сильно различаться не будет. При попытке привести это к напряжению на входе приёмника возникает необходимость подключить эти отрезки. Что означает нагрузить их каким-то сопротивлением. И тогда на концах этих проводников  будет какое-то напряжение и потечёт какой-то ток. То есть будет выделена определённая мощность.  Мощность при постоянной длине проводника зависит только от передатчика, от его энергетики, а вот напряжение на проводнике зависит от того, на какое сопротивление он нагружен. Поэтому усилитель в составе miniWhip строят с максимально возможным входным сопротивлением, выделенное первым каскадом напряжение преобразуют в выходной ток на входном сопротивлении кабеля снижения, который будет мало зависеть от длины верхнего элемента, с помощью второго каскада - эмитерного повторителя.

Отсюда двухкаскадный усилитель с эмитерным повторителем на выходе для согласосания с кабелем. А вот с первым каскадом не всё так однозначно.

В подавляющем большинстве схем из интернета оба каскада - повторители. Только первый истоковый, а второй эмитерный. При таком построении коэффициент передачи двух каскадов меньше единицы. Именно этим и обусловлена неудовлетворительная работа антенны. Дело усугубляется еще неквалифицированной рекламой в интернете. Народ покупает, что дают, включает, принимает несколько радиовещательных станций и выкладывает на YOUTUBE ролик - чудо антенна: никаких проблем, а приём есть! Кто хоть что-то читал, делают мачту или заземляют оплётку кабеля снижения, что эквивалентно. Но оценка всегда приблизительная - хорошо, замечательно, превосходно, как то так..... И даже если вы почитаете в первоисточнике автора модели, то встретите слова - "нам повезло,... металлическая крыша... низкий уровень помех"  Если быть до конца честным, то я думаю, что он лукавит.  И miniWhip у них работает только на низкочастотном краю диапазона в составе комбинации нескольких антенн на один сумматор. И я так же собираюсь эту антенну использовать только на тех диапазонах, длина плеч диполя на которых нереальна для моего сада. Понятно, что на приём.

Но дело в том, что входное сопротивление полевого транзистора с изолированным затвором и так мегомы. И от того, как построена схема каскада оно сильно не изменяется. Случай когда масло маслянное. Поэтому первый каскад обязательно следует включать не истоковым повторителем, а усилителем. Итак, имеем ёмкостной зонд на вершине заземлённой металлической мачты, гипервысокое входное сопротивление и, по причине ёмкости кабеля, ёмкостной делитель, который случайно оказался частотонезависимым. В разумных пределах, конечно.

Альтернативой является минивип от RA0SMS, у которого один каскад не повторитель, а усилитель. 

А как же построена схема моей китайской модели?  Поскольку схема не прилагалась и на AliExpress её тоже не было, пришлось вооружиться лупой, карандашом и час переводить SMD монтаж в схему для того, чтобы понять что у меня.

Из нарисованой схемы видно, что она традиционная, первый каскад работает как истоковый повторитель, второй как эмитерный повторитель. Варианты модификаций:

1: переделать схему на усилитель выпаяв С6 и перепаяв С7 между стоком BF998 и резистором  R6

2: Впаять полевой транзистор с каналом Р типа "вверх ногами", то есть получить тот же усилитель на транзисторе другой структуры без перепайки резисторов и конденсаторов.  Разница номиналов: R3 300 Ом, R8 - 500 Ом.

Я выбрал новый транзистор и запаял КП301.   Ожидаем увеличение усиления и заодно уровня шума.  Подняв антенну на 6 метров над землёй, без мачты, всё в тех же ветках, длина кабеля метров 20 (утром добавлю фото, сейчас уже темно) включил антенну на вход SDRPlay.   В отличие от первого включения, сразу заметил присутствие антенны. Два недостатка проявились очень сильно.

Первый: всё что наводится на снижение miniWhip считает полезным сигналом. Пока не заземлишь оплетку кабеля снижения шум составляет процентов 20 от общего уровня сигнала.

Второй: слабые сигналы модулируются фоном 50 герц. По всей видимости это особенность моего приёмника, гетеродин "пролезает" наружу и наводится на кабель.   Лечится всё тем же заземлением оплётки кабеля.  Ниже картинка сравнения двух антенн на водопаде. Чёрная полоса - смена антенн. Верхняя часть, где сигналы сильнее, 3 элемента Яги на 20 метров на высоте 15 метров, то что ниже - miniWhip на высоте 6 метров в ветвях абрикоса.

Разница в уровнях децибел 10. Позже скажу точнее, но антенна уже работает.  Перехожу на 80 метров.  Разница сигналов значительно меньше.  То, что помощнее инвертед L на 160 метров, то что слабее (не на много, не более 5 дБ) mini Whip  Одним словом антенну можно использовать с WEB SDR приёмником.

Следует заметить, что R6 и C7 (а так же L2, которую ставят в качестве антипаразитной) являются частотозависимыми цепями и, следовательно, формируют подъёмы и спады в полосе принимаемой антенной, то есть уровни сигналов по диапазонаам будут неодинаковы. По хорошему, я бы их исключил применив гальваническую связь между каскадами. Но тогда пришлось бы корректировать рабочую точку второго каскада,  чего мне делать никак не хочется, я и так на этот девайс много времени потратил.

Резюме. Антенна действительно работает если:

1.  Она имеет в схеме хотя бы один усилительный каскад.

2. Расположена на высокой заземлённой проводящей мачте. Еще лучше над хорошо проводящей поверхностью.

3. Для работы на конкретном диапазоне потребуется подбирать элементы для формирования АЧХ.

P.S. Имею в арсенале векторный анализатор, но подключить данное устройство к нему невозможно по причине  того, что устройство (антенна) - однополюсник и подключить на вход кабель анализатора с импедансом в 50 Ом никак нельзя.  Поэтому указаные в тексте выше уровни определял по шкале спектроанализатора SDR ConsoleV3 приёмник SDRPlayV2.

P.S. II  Опустил критические замечания в адрес описывающих принцип действия этой антенны как неконструктивные. Почитайте разного, спросите у Гугла и у вас сложится собственное мнение :-)
P.S.III  Замена защитных диодов(стабилитронов) на входе диодной сборкой DVA99  заметно снижает уровень шума.