GP НА НИЗЬКОЧАСТОТНІ ДІАПАЗОНИ
Цікаву конструкцію укороченого GP для аматорських діапазонів 40 і 80 метрів запропонував David Reid (PA3HBB/G0BZF). Детальний опис антени і результатів експериментів, проведених автором, які призвели до її створення, маються на його "домашній сторінці" <http://www.qsl.net/~pa3hbb/ll.htm>. З люб'язної згоди автора ми публікуємо скорочений опис його антени. Слід мати на увазі, що на цю конструкцію РАЗНВВ подав заявку на патент, тому застосовувати її без згоди автора для комерційних цілей не можна. Це, однак, не накладає обмежень на повторення даної антени для коротковолновиками використання на своїх аматорських радіостанціях.
Спочатку антена РАЗНВВ розроблялася як укорочений GP на діапазон 40 метрів. Надалі з'ясувалося, що її можна пристосувати для роботи на діапазоні 80 метрів (без зміни розмірів основного випромінювача і без погіршення характеристик антени на діапазоні 40 метрів).
Схематично ця антена показана на рис. 1 (розміри в см). Вона складається з основного випромінювача (1), двох лінійних навантажень" (2 і 3 - для діапазонів 40 і 80 метрів відповідно) і ємнісний навантаження (4).
Основний випромінювач зібраний з чотирьох відрізків алюмінієвих труб довжиною по 2 м кожна. Щоб забезпечити їх стикування без додаткових елементів (втулок), використані відрізки труб різного діаметру (30, 26, 22 і 18 мм, товщина стінок 2 мм), які щільно вставлені один в одного на глибину 88 мм. Результуюча висота основного випромінювача виходить 773.6 див. В нижній частині він повинен бути ізольований від "землі". В якості опорного ізолятора використаний відрізок пластиковій водопровідної труби відповідного діаметру. Надійну фіксацію місць з'єднання окремих елементів випромінювача забезпечують зажимающими хомутами.
Конструкція ємнісний навантаження показана на рис. 2. Вона складається з чотирьох дюралюмінієвих смуг (2) довжиною 100 см, шириною 6 мм і товщиною 1 мм Один з кінців кожної смуги загинають під кутом 90* на довжину 50 мм (затиснувши в лещата і прогрів місце згину газовим пальником). З допомогою затискають хомута (3) їх кріплять до основного випромінювача, утворюючи горизонтальний "хрест". Для підвищення механічної стабільності "хреста" конструкцію можна посилити, встановивши в центрі диск діаметром 150 мм.
Призначення ємнісний навантаження -знизити добротність випромінювача (тобто розширити смугу пропускання антени) і підняти її вхідний опір для кращого узгодження з 50-омних фідером. Так, варіант антени без ємнісний навантаження на діапазоні 80 метрів мав смугу пропускання всього 180 кГц (з КСВ - не більше 2), а варіант з таким навантаженням - понад 300 кГц.
Для доведення загальної довжини випромінювача до розмірів, що забезпечують резонанс на відповідних аматорських діапазонах, в антені застосована так звана "лінійна навантаження" (linear loading). Цей термін означає, що для зменшення фізичних розмірів антени замість зосередженого елемента (котушки індуктивності) використано зміна геометрії випромінювача. При лінійній навантаженні" частина його полотна згинають і пускають уздовж основної частини випромінювача на невеликій відстані. Прийнято вважати, що вкорочення антени "лінійної навантаженням" можна доводити до значення 40% без помітного погіршення її параметрів. Очевидний плюс такого методу в порівнянні з використанням котушки індуктивності - простота конструкції і відсутність помітних омічних втрат.
Метод "лінійної навантаження" застосовується деякими фірмами в конструкціях спрямованих антен, а фірма GAP випускає і вертикальні антени з "лінійної навантаженням".
Загальна довжина "лінійної навантаження" для GP розраховується просто: повна довжина полотна антени (основний випромінювач плюс "лінійна навантаження") повинна бути дорівнює чверті довжини хвилі для відповідного діапазону. При довжині основного випромінювача 773,6 см довжини провідників, що входять в "лінійне навантаження", в антені повинні були б бути 290,2 см (діапазон 40 метрів) і 1309,7 см (діапазон 80 метрів).
Із-за наявності на основному випромінювачі ємнісний навантаження в даній конструкції вони повинні бути трохи менше наведених значень. Це вкорочення не піддається простому розрахунку і на практиці елементи лінійної навантаження" простіше підібрати, взявши спочатку їх з невеликим запасом і поступово скорочуючи до налаштування антени на робочу частоту. Робити це нескладно, оскільки операції здійснюються біля основи антени. В авторському варіанті остаточна довжина проводів "лінійної навантаження" була 279 см (мінімум КСВ на частоті 7050 кГц) і 1083,2 см (мінімум КСВ на частоті 3600 кГц).
При виготовленні "лінійної навантаження" автор використав ізольований мідний провід діаметром 2.5 мм. Відрізавши шматок дроту потрібної довжини (з деяким запасом - на налаштування), його згинають в петлю, яка нагадує двопровідну лінію, замкнуту в верхній частині провідником у вигляді неповного кільця (див. рис. 1).
Для кріплення лінійних навантажень" до основного випромінювача (1 на рис. 3) виготовляють діелектричні розпірки (2). Ці розпірки кріплять гвинтом(5)безпосередньо до основного випромінювача. Дроти (3). твірні "лінійне навантаження", пропускають в отвори в розпірках і по завершенні налаштування фіксують епоксидним клеєм (4). Довжина розпірок - 50 мм (діапазон 40 метрів. 5 шт.) і 120 мм (діапазон 80 метрів. 13 шт.). Їх рівномірно розподіляють по довжині петлі, щоб забезпечити її надійну механічну фіксацію. Для кріплення кілець петлі виготовляють одну розпорку довжиною 120 мм (діапазон 40 метрів) і одну довжиною 320 мм (діапазон 80 метрів). "Лінійні навантаження" розташовують по різні сторони основного випромінювача.
Відстань між провідниками лінії (розмір А на рис. 3) для діапазону 40 метрів має бути 40 мм, а для 80 метрів -100 мм. Діаметр кільця "лінійної навантаження" діапазону 40 метрів -100 мм, а діапазону 80 метрів - 300 мм.
Один з кінців кожної петлі "лінійної навантаження" підключають до нижнього кінця основного випромінювача, а вільні кінці - до фидерам. Живлять антену або окремими коаксіальними кабелями, або одним кабелем, який підключається контактами високочастотного реле до "лінійним навантаженням". Спроба підключити їх одночасно до одного кабелю успіху не мала. На діапазоні 40 метрів характеристики антени не змінилися, а на діапазоні 80 метрів вона просто перестала працювати.
Вибрані автором розміри елементів антени при живленні їх через коаксіальний кабель з хвильовим опором 50 Ом забезпечили КСХ не більше 1,5 в межах всього діапазону 40 метрів при мінімумі КСВ=1,1 на частоті 7050 кГц. На діапазоні 80 метрів антена була налаштована по мінімуму КСВ (близько 1.2) на частоті 3600 кГц. При цьому в смузі частот 3500...3800 кГц КСВ не перевищував 2 (1,5 на частоті 3500 кГц; 1,6 - на частоті 3700 кГц і 2 - на частоті 3800 кГц). Ці дані отримані з противагою у вигляді сітки, яка використовується для пташників, площею 50 кв. м.
Пряме порівняння укороченою антени з повнорозмірним випромінювачем на діапазоні 40 метрів показало (за оцінками кореспондентами рівня сигналу і прийому станцій), що вони практично ідентичні. На діапазоні 80 метрів вкорочення антени вже перевищує 60%. тому говорити про дуже високу її ефективність не доводиться. Тим не менш, вона дозволяє проводити і DX зв'язку на цьому діапазоні.
Автор випробував антену і з чотирма дротовими противагами довжиною 20 м. Вони були "лінійно навантажені" так. щоб "вписатися'1 в квадрат розмірами 10x10 м. При цьому КСВ в межах діапазонів 40 і 80 метрів дещо зріс. Як і слід було очікувати, при прямому порівнянні двох варіантів противаг ефективність антени з дротяними противагами була трохи гірше, але все ж достатньою для проведення DX зв'язків на діапазонах 40 і 80 метрів.
ДВІ АНТЕНИ ВСЕВОЛНОВЫЕ
Антени, що забезпечують роботу радіостанції на кількох аматорських діапазонах за рахунок введення в них резисторів, продовжують користуватися популярністю у коротковолновиков незважаючи на очевидний недолік - знижений ККД. Причин такої популярності кілька. По-перше, ці антени зазвичай мають дуже просту конструкцію - рамка тієї чи іншої форми, в яку включений резистор. По-друге, в силу своєї широкосмуговості вони. як правило, не вимагають налаштування, що помітно прискорює і спрощує досягнення кінцевого результату -антени, з допомогою якої можна працювати в ефірі на декількох діапазонах.
Що стосується втрат потужності в резисторі, то вона досягає 50%. З одного боку, втрати начебто великі, але з іншого - у радіоаматора (особливо в міських умовах) може і не бути можливості встановити більш ефективну багато-діапазонну антену. Більше того, саме такого порядку можуть бути неочевидні втрати навіть у однодиапазонной антеною системі. Яскравий приклад - втрати в поганий "землі" для антен типу GP (див., наприклад, замітку "Скільки потрібно противаг" в "Радіо", 1999, № 10. с. 59). Виміряти ці втрати складно, тому про них просто воліють не згадувати.
Класичний варіант широкосмугового похилій антени T2FD з резистором у рамці, вимагає для установки двох щогл висотою 10 і 2 м і працює в смузі частот 7...35 МГц. багаторазово описаний в літературі. Про цікавий горизонтальному варіанті такої антени, що вимагає для установки тільки однієї щогли і працює у смузі частот 10...30 МГц, було розказано в статті "Чергова всехвильова" ("КВ журнал", 1996. № 3, с. 19, 20). Нарешті, з'явився і вертикальний варіант цієї антени.
Його запропонував L. Novates (EA2CL) у статті "Otra vez con la antena T2FD" ("URE". 1998. p. 31,32).
При загальній висоті близько 7.5 м (див. рис. 4) ця антена забезпечує роботу в смузі 14...30 МГц, тобто на всіх п'яти високочастотних КВ діапазонах. Випромінювач (розрізної петлевий вібратор) виконаний з двох однакових половинок (1 і 2). Вони виготовлені з алюмінієвих труб діаметром 25 мм з товщиною стінок 1 мм Окремі відрізки труб, що утворюють випромінювач, з'єднані між собою алюмінієвими втулками (на рис. 4 не показані). На вільно стоїть дерев'яної щоглі (3) висотою 4.5 м випромінювач закріплений за допомогою поперечок: двох - для верхньої половини випромінювача і двох-трьох - для нижньої.
Навантажувальний резистор R1 повинен мати потужність розсіювання, що становить приблизно одну третину від вихідної потужності передавача. Наведений на рис. 4 номінал цього резистора забезпечує вхідний опір антени 300 Ом, тому для її живлення через коаксіальний кабель з хвильовим опір 75 Ом необхідний широкосмуговий сімметрірующій трансформатор з коефіцієнтом трансформації 1:4. Якщо використовувати кабель з хвильовим опором 50 Ом. коефіцієнт трансформації повинен бути 1:6. При використанні резистора з опором 500 Ом вхідний опір антени буде близько 450 Ом. тому для її живлення коаксіального кабелю з хвильовим опором 50 Ом потрібно сімметрірующій трансформатор з коефіцієнтом трансформації 1:9.
Варіант конструкції такого трансформатора наведено у згадуваній вище статті про горизонтальну антену T2FD.
Сімметрірующій трансформатор підключають до точок XX.
Єдина невелика технічна складність у виготовленні антени EA2CL - це підводка живлячого кабелю. Для зменшення наведень на його оплітку кабель повинен бути перпендикулярний полотна антени на довжиною в кілька метрів. Більш того, оскільки на практиці звести ці наведення до нуля нереально, на кабелі (в тій частини, де він йде вже вертикально) необхідно створити дросель для струмів високої частоти. Найпростіше рішення - невелика бухта, утворена декількома витками кабелю живлення.
Слід зауважити, що антени типу T2FD цілком пристойно працюють в УКХ діапазоні, а також мають зазвичай непоганий КСВ і на частотах нижче граничної. Однак з-за малих розмірів випромінювача її ККД у цьому випадку, природно, погіршується. Останнє, втім, не виключає можливості використання такої антени для ближніх зв'язків.
Антени з навантажувальним резистором випускають і деякі фірми. Так фірма Barker & Williamson виробляє антену АС-1.8-30, яка працює в смузі частот 1,8...30 МГц і може бути, в принципі, встановлена на даху житлового будинку (не баштового типу). Для установки такої антени (рис. 5) потрібно всього одна неметалічна щогла висотою (1) 10,7 м. В радіоаматорський літературі (Pat Hawker, "Technical Topics", "Radio Communication", 1996, June. p. 71, 72) йде суперечка про те. як її називати: "вертикальні полромба" (VHR - Vertical Half Rhombic), то "піраміда з навантаженням" (Loaded Pyramid). До цієї суперечки можна додати, що антена нагадує також і сильно деформовану T2FD. У будь-якому випадку вона непогано працює, а як її називати -питання другорядне.
Крім щогли (1), для установки антени потрібні ще дві стійки (2) висотою 0.9 м. Антену живлять через коаксіальний кабель (10) і широкосмуговий сімметрірующій трансформатор (3) з коефіцієнтом трансформації 1:9. Випромінююча частина антени - провідники, що утворюють напівромб (4 і 5).
Навантажувальний резистор (6) має опір 450 Ом. Вимоги до нього розсіюваної потужності такі ж, як і в антені T2FD. Замикаючі рамку провідники (7, 8 і 9) утворюють для противагу полуромба. Висота підвісу провідника (9) над поверхнею всього 5 див. Треба зауважити, що при такій висоті підвісу стійки (2) можуть, очевидно, мати помітно меншу висоту. Для всіх провідників використаний мідний дріт діаметром 2 мм
Зайве говорити, що навантажувальний резистор і симметрирующе-узгоджувальний трансформатор повинні бути надійно захищені від впливу атмосферної вологи. Це відноситься як до антени T2FD, так і до антени VHR.
Використовуючи ідеї, закладені в антені VHR. можна, мабуть, створити вельми компактний пристрій на більш вузьку смугу робочих частот (наприклад. 3.5 30... МГц або 7...30 МГц) і відповідно менша кількість аматорських діапазонів.