Эта антенна эксплуатируется в настоящее время в диапазоне 40 метров. При соответствующей коррекции размеров элементов она, как мне представляется, вполне может применяться на любом КВ диапазоне. Строго говоря, это прототип антенны (который вполне успешно работает) требующий оптимизации конструкции. В статье антенна описана такой, какой она получилась у меня.

Теоретические предпосылки, послужившие основой к созданию этой антенны, изложены во втором томе книги "Антенны" К. Ротхамеля (Л-1), в статье освященной магнитным рамкам и статье Владимира Тимофеевича Полякова /RA3AAE/ о рамочно-лучевой или настоящей ЕН антенне (Л-2).

Логическая цепочка, изложенная в статье Ротхамеля о преобразовании резонансного контура в магнитную антенну (СМ. ФРАГМЕНТ СТАТЬИ)


мне показалась, незавершенной и действительно логично было бы конденсатор, образованный лучами также использовать для излучения сигнала.

Электрическая схема получившейся антенны приведена на рисунке:

Как видно из рисунка, по распределению тока и напряжения (проверено экспериментально), антенна соответствует неразрывному полуволновому излучателю. В кратком виде работу антенны можно описать следующим образом:

1. Рамка, находясь в зоне максимального тока, формирует магнитную составляющую электромагнитной волны излучения.

2. Лучи, находясь в зоне максимального напряжения, формируют электрическую составляющую электромагнитной волны излучения.

3.Контур образованный внутренним проводником рамки и конденсатором С-1 обеспечивает синфазность этих составляющих.

Конденсатор С-2 включен на участке с небольшим напряжением и поэтому требования к его электрической прочности, можно значительно снизить.

Применение конденсатора образованного лучами кроме общего увеличения эффективности антенны позволяет значительно уменьшить ёмкость подстроечного конденсатора С-2 и применить здесь стандартный конденсатор, кроме того, лучи удобно использовать в роли оттяжек при установке. Контур образованный внутренним проводником и конденсатором, кроме того, что повышает уровень сигнала на приеме приблизительно вдвое, ещё обеспечивает необходимые фазовые сдвиги и способствует расширению рабочего диапазона.

Конечно, подстроечный конденсатор С-2, можно заменить на постоянный, но тогда настройку антенны нужно будет производить регулировкой длинны лучей. Мне такой способ показался слишком хлопотным, полагаю намного проще это делать с помощью конденсатора.

Конструкция:

Собственно рамка выполнена из кабеля, точное название которого, по документам "кабель коаксиальный 1" гибкий LCFS 114-50 JA, RFS (15239211)". Он имеет очень небольшой вес, вместо внешней оплётки сплошную гофрированную трубу из безкислородной меди диаметром около 25 мм, в роли центрального проводника медная трубка диаметром около 9 мм (см. фото)

Применяется он для устройства фидерных линий при строительстве сотовых станций. Черная пластиковая изоляция с него снята и покрыт он в два слоя бесцветным лаком марки "ХВ"

Полагаю, как вариант можно вполне успешно можно применить уже опробованные варианты со спортивным обручем или, что ещё проще, с металлопластиковой водопроводной трубой. Нужно только внутрь вставить провод подходящего сечения, в хорошей изоляции и исключить его перемещение внутри трубы. Кроме того, нужно обеспечить хороший контакт с лучами и конденсатором.

Лучи первоначально были выполнены из антенного канатика, но после нескольких дождей он настолько почернел и позеленел, что был заменен на луженый многожильный провод приблизительно такого же диаметра без изоляции. Возможно, здесь успешно сможет работать "полевой" провод.

Конденсатор, подключенный к внешнему экрану самый обыкновенный двухсекционный

12-495 пф. Что бы исключить влияние скользящих контактов, подключены только статорные пластины.

Конденсатор, подключенный к внутреннему проводнику, у меня применен типа "бабочка" ёмкостью 20 пф. Контуры образованные внешним экраном и внутренним проводником настолько сильно связанны между собой что, настраивая в резонанс внешний контур, мы автоматически настраиваем в резонанс и внутренний контур и наоборот. Другими словами один из конденсаторов может быть постоянным и настройку антенны можно производить одним конденсатором

Конденсаторы размещены в герметичной коробке подходящих размеров (приобретена в магазине электротоваров).

Петля связи с антенной изготовлена из питающего антенну коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом. С конца кабеля и с участка, отстоящего от него на 1900 мм, снята внешняя изоляционная оболочка, а в середине этого отрезка на длине 10 мм удалена и оболочка, и оплетка. Внутренний проводник на конце кабеля припаян к оплетке, а затем - к участку, где с него снята внешняя изоляция.

Получившееся кольцо прикрепляют к верхней части рамки.

Элементы антенны закреплены пластмассовыми кабельными стяжками.
Антенна установлена на 5,5 метровом бамбуковом шесте

НАСТРОЙКА:

Настройка антенны очень проста. После выполнения монтажных работ и растяжки лучей, нужно трансивер (приёмник) настроить на середину диапазона. Конденсаторы П - контура трансивера ( если он имеет настроечные элементы) нужно предварительно настроить на эквиваленте на максимальную отдаваемую мощность и во время настройки антенны их не трогать. В дальнейшей эксплуатации этими конденсаторами можно в некоторой степени подстраивать антенну.

Далее конденсатором С-1 выставить ёмкость 20-23 пф, конденсатором С-2 настроить антенну в резонанс (на максимальную громкость принимаемых сигналов). После этого хорошо бы проверить значение КСВ во всём рабочем диапазоне. У меня при указанной высоте установки и при указанных размерах, рабочая полоса по уровню КСВ-1,5 получилась более 150 кГц.

Ещё проще настраивать по максимуму напряженности поля, включить трансивер на передачу и настроить антенну на максимальные показания индикатора напряженности поля или по максимальному свечению неоновой лампочки поднесенной к одному из лучей.

Минимум КСВ совпадает с максимумом резонанса, поэтому проблем с настройкой нет.

РЕЗУЛЬТАТЫ:

За год прошедший с момента первых проведенных связей, антенна прошла полный цикл испытаний. В зимнее время на её долю достались и снегопады, и весьма серьёзные ветры и иней, и самое серьёзное испытание - обледенение. Снегопады и обрастание инеем прошли незаметно не вызвав ни серьёзных опасений, ни проблем. Опасения вызывали сильные ветры, которые случаются в нашей местности едва ли не каждую зиму (кто видел - тот поймет). Но видимо из-за небольшой высоты установки и из-за применения неметаллической (бамбуковой) мачты, проблем никаких не возникло.

Толщина обледенения в этом году достигала 1,5 см. К тому моменту, когда у меня появилась возможность (антенна находится на "фазенде") проверить работоспособность антенны в условиях обледенения, изоляторы уже успели оттаять, но вся остальная часть была покрыта добротной коркой льда. Как ни странно, это ни как не сказалось на работоспособности антенны и на её параметрах.

Беда пришла оттуда, откуда не ждал. Подготавливая антенну к зиме (благо - в связи с её малым весом нет никаких проблем положить её на землю) я старательно, с помощью силиконового герметика, уплотнил все швы и соединения. И как оказалось зря. Наша зима с её частыми оттепелями и повышенная влажность воздуха вызвали обильное образование

конденсата в коробке с конденсаторами, что с течением времени привело все же к замыканию конденсатора С-2.

Проявилось это, возрастанием КСВ до 5-6 ед. Решилась проблема не сложно, потребовалось удалить заглушки нижних отверстий (кстати - воды вытекло изрядное количество) в монтажной коробке. Через полчаса вода высохла, и антенна опять заработала. Назад я эти заглушки не ставил, и подобной проблемы больше не возникало.

За это время я, с помощью SDR трансивера мощностью 100W, провел множество связей практически со всеми странами Европы, многими странами Азии и Африки. Наиболее экзотическими (для меня) являются связи с Азорскими, Карибскими островами, островом Цейлон, Австралией (северные территории), Бразилией ну и конечно Японией.

Кроме того, экспериментальным путем было установлено: 1.

При переключении лучей в этой схеме к противоположной стороне витка рамки прием полностью прекращается. Отсюда можно сделать вывод, что необходимые фазовые соотношения образуются у лучей только со "своей частью рамки".

Другими словами рамка активно участвует в формировании диаграммы направленности. 2.

По мере увеличения длины лучей провал в диаграмме направленности рамки (в горизонтальной плоскости) уменьшается плоть до полного исчезновения (что происходит, видимо из-за увеличивающегося вклада в общую диаграмму, дипольной части антенны), и диаграмма направленности, в первом приближении, приобретает вид эллипса вытянутого в плоскости антенны. При повороте антенны на 90 градусов уровень принимаемого сигнала на дальних трассах падает на 1,5-2 балла. 3.

В вертикальной плоскости диаграмма направленности имеет вид простой векторной зависимости:
4.

При увеличении длинны луча, угол излучения уменьшается:

Тоже происходит и при наклоне лучей вниз:

Это хорошо определяется по уменьшению уровня сигнала ближних и увеличению уровня сигнала дальних радиостанций. При указанной выше (рис.?2) длине и углу наклона лучей, радиостанции расположенные ближе трехсот километров неслышны, либо их сигналы значительно ослаблены.
5.

Увеличение длинны лучей с 5-ти метров до 8-ми метров, вызывает повышение уровня принимаемых сигналов на 6- 10 дБ. Что несколько непропорционально и явно превышает увеличение сигнала, который следовало ожидать. 6.

Имеется простая зависимость между длинной лучей и рабочей полосой антенны - чем длинней лучи, тем шире рабочая полоса. 7.

С увеличением длинны лучей, снижается напряжение на подстроечном конденсаторе, и соответственно снижаются требования к электрической прочности конденсатора. 8.

Антенна очень мало подвержена влиянию "земли". При изменении высоты установки нижней части рамки от 2-х метров до 4-х метров от земли, КСВ изменился от 1,3 до 1,0. Потребовалось увеличение емкости подстроечного конденсатора С-2 менее чем на 10 пф., в остальном характеристики антенны остались прежними. Если не считать уменьшившийся угол излучения, за счет увеличенного наклона лучей.

Кроме того, антенна вовсе не реагирует на перемещение массивных металлических

предметов или людей даже при высоте лучей над землей порядка 2-х метров. 9.

Настройка антенны очень проста, достаточно иметь КСВ-метр и неоновую лампочку или индикатор напряженности поля. 10.

Антенна очень мало подвержена помехам вообще и грозовым в частности, удавалось без особых проблем работать в разгар грозы. 11.

Антенна получилась такой же малошумной, как и магнитная рамка, но при этом уровень сигнала (на приём) больше на 10-15 дБ.

ВЫВОДЫ

1. Антенна вполне работоспособна.

2. Антенна не требует значительной высоты подвеса.

3. При указанной высоте подвеса она, несомненно, превосходит волновой диполь установленный на высоте 4-х метров над крышей пятиэтажного здания.

4. На основании пунктов 1и 2 экспериментальных наблюдений можно сделать следующий вывод, что описываемая антенна, несомненно, относится к классу CFA антенн.

Как известно у CFA антенн формирование потока излучения происходит непосредственно у элементов антенны (Л-2), а не на значительном удалении как у классических антенн. Видимо этим и объясняется малая чувствительность антенны к высоте установки и наличию проводящих предметов непосредственно под антенной.

5. На основании пункта 3 экспериментальных наблюдений, с помощью несложных геометрических расчетов можно сделать вывод, что максимальный угол возвышения (угол излучения в вертикальной плоскости) получается порядка 25-ти градусов. Фактор умножения (Л-3) для вертикального лепестка пренебрежимо мал по сравнению с фактором умножения для основного лепестка. В этом отношении, как ни странно, эта антенна соответствует полуволновому диполю установленному на высоте полволны (для диапазона 7.0 мГц это 20 метров). Как известно оптимальные углы возвышения для 40 метрового диапазона составляют от 12 до 40 градусов. (Л-3) При высоте мачты 5,5 м. в диаграмме направленности (в вертикальной плоскости) зенитное излучение практически отсутствует, вместе с тем при высоте мачты 3,5 м. и длине лучей 5 м.(лучи находились параллельно земле) антенна позволяет проводить как местные, так и относительно дальние связи.

6. Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости не имеет ярко выраженных минимумов, и антенна позволяет достаточно успешно работать во всех направлениях.

7. Антенна получилась несложной конструктивно и простой в настройке.

Грачёв Александр \UA6AGW\ 73!

г. Краснодар 2009г.

ЛИТЕРАТУРА:

1. К.Ротхамель. Антенны. том 2

глава 20 стр. 11-23

2. В.Т. Поляков Рамочно-лучевая или

настоящая ЕН антенна. Схемотехника

2007 номер 5

3. К.Ротхамель. Антенны. том 1

4. В.Т. Поляков О ближнем поле приемной

Антенны. Схемотехника 2006 номер 3, номер 4.

---

© Copyright Грачёв Александр Васильевич (ua6aqw@list.ru) Размещен: 20/05/2015, изменен: 23/12/2018. 15k. Статистика. Статья: Изобретательство

Ваша оценка: не читать очень плохо плохо посредственно терпимо не читал нормально хорошая книга отличная книга великолепно шедевр

---

Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"