Про багатодіапазонної спрямованої антени мріють багато радіоаматори. Відомий цілий ряд технічних рішень, що дозволяють створити таку конструкцію, але не всі вони легко відтворювані в аматорських умовах. Автор цієї статті пропонує увазі читачів свій варіант реалізації компактної пятидиапазонной спрямованої антени.
Спрямована обертається KB антена на 5 діапазонів (10 - 20 метрів) і навіть на 7 діапазонів (10 -40м) - актуальна аматорська конструкція. Більшість провідних фірм світу, які виробляють антени для аматорського радіозв'язку, мають в своєю номенклатурою кілька пятидиапазонных антен, які відрізняються характеристиками і ціною. Кожна з фірм, як правило, використовує свої відпрацьовані і стали стандартними способи реалізації многодиапазонности. Наприклад фірма FORCE 12 застосовує переміжне розташування елементів різних діапазонів (моделі XR5, 5ВА), MOSLEY - велика кількість резонансних трапів (PRO-67, PRO-96), HY-GAIN - логопериодический активний елемент в поєднанні з "траповыми" директорами (ТН-11), TITANEX - різноманітні дротяні логопериодические антени. Новинку запропонувала фірма SteppIR - елементи антени змінюють свої розміри з допомогою електромеханічного приводу по командам розташованого внизу мікропроцесорного пристрою.
У пропонованій статті коротко розглянуті основні переваги та недоліки стандартних способів створення МДА (Багато Діапазонних Антен) і описаний власний варіант, що дозволяє в габаритах трехэлементного ВК (Хвильового Каналу) діапазону 20 метрів з довжиною буму менше 6 м одержати пятидиапазонную (10, 12, 15, 17 і 20 метрів) антену. Загальне число елементів - 16, а взаємні впливу елементів мінімізовані без застосування трапів. Характеристики антени на кожному з діапазонів практично відповідають трехэлементному ВК (!). Особливість цього варіанти - частини директора діапазону 20 метрів, отсекаемые за допомогою двох вакуумних реле, що використовуються як директори діапазонів 10 і 15 метрів. В антені застосований пятидиапазонный активний елемент з простою схемою узгодження, що дозволило живити її одним кабелем без перемикань.
Характеристики застосовуваних МДА
Для аналізу МДА були використані як наведені в літературі дані, так і розрахунки з використанням комп'ютерної програми антенного моделювання MMANA[1].
Як правило, при розробці таких антен прагнуть отримати на окремих діапазонах характеристики, відповідні дво - або трехэлементному ВК, тому слід почати з визначення цих характеристик. Будемо використовувати позначення, прийняті в MMANA:
- Gh - коефіцієнт підсилення (надалі - посилення) антени у вільному просторі по відношенню до полуволновому диполю, в децибелах (dBd);
- Ga - посилення по відношенню до изотропному випромінювача (dBi). Ga = + 2,15;
- Za = Ra + jXa - вхідний опір антени;
- Front-to-Back або F/B - відношення вперед/назад. Чисельно дорівнює вираженому в децибелах відносно величини переднього пелюстки діаграми спрямованості (ДН) до величиною максимального заднього пелюстки в секторі 180 ± 60 град. Щоб F/B відображало реальну здатність антени послаблювати крутопадающие промені (сигнали) від відносно недалеко розташованих станцій, для розрахунків прийнята елевація (кут місця) 50 град, на діапазонах 20 і 17 метрів і 40 град, на решті;
- SWR - коефіцієнт стоячої хвилі. Надалі будемо використовувати більш звичне позначення КСВ;
- BW1,5 і BW2 - ширина смуги робочих частот активного елемента у межах КСВ не понад 1,5 і КСХ не більше 2. Оскільки програма визначає відразу обидва значення, зручно ввести показник BW=BW1,5/BW2.
Розрахуємо характеристики трехэлементного ВК. Це можна зробити для будь-якої частоти. Приймемо f = 28,3 МГц (X = = 10,6 м), робоча смуга частот-600 кГц (28,0...28,6 МГц), радіус провідника r= 10 мм. При оптимізації антени вагові коефіцієнти параметрів КСВ, Gh і F/B приймаємо відповідно рівними 0,3; 0,3 і 0,4.
Розрахунок зробимо для трьох варіантів:
Умови розрахунку - антена знаходиться у вільному просторі, F/B визначається для нульової елевації. Розрахункові дані зведені в табл. 1. Через Три числа дробову риску відповідають значенням параметра на початку (28 МГц), середині і наприкінці робочої смуги частот. При розрахунку BW виходимо з того, що на вході антени застосовано згода пристрій СУ, що забезпечує на середній частоті КСХ=1. Дані, наведені в четвертому рядку цієї таблиці, будуть обговорюватися далі в розділі "Взаємний вплив пасивних елементів ВК на різних діапазонах".
При зміні розрахункової частоти пропорційно змінюється ширина робочої смуги частот. Наприклад, при f = 14,15 МГц параметри G і F/B будуть такими ж, як у табл. 1, але в смузі 0,3 МГц. Також в 2 рази менше значення BW (при умови, що радіус елементів буде збільшено пропорційно, тобто в 2 рази).
Укорочені елементи
Найбільш часто вкорочення досягається включенням котушки індуктивності в кожне плече елемента [2]. При цьому погіршується ряд характеристик елементів, в першу чергу їх широкосмуговість. Відчутний внесок у звуження робочої смуги може надати паразитна ємність між витками котушки С0.
Наприклад, котушка має L = 10 мкГн і С0 = 2 пф. На частоті f = 28 МГц XL = coL = = j1760 Ом і Хс = 1/ωС = -j2664 Ом. Опір паралельної ланцюга з L і С0 буде Xn = j[1760x(-2664)/(1760-2664)] = =ј5187Ом. Виходить, що з урахуванням впливу С0 реальне значення реактивного опору "котушки" зросла в 5187/1760 = 2,95 рази (відповідно зросла і опір втрат), а еквівалентна індуктивність ланцюга буде ХLэкв= 10x2,95 = 29,5 мкГн. Основна ж проблема, яка виникає за наявності С0, полягає в тому, що разом із зростанням індуктивного опору ланцюга зростає і швидкість його зміни при переході від однієї робочої частоти на іншу. Так, у разі котушки з нульовою С0 при зміни робочої частоти на, припустимо, один відсоток опір котушки XL також зміниться на один відсоток, а для нашої ланцюга зміна буде вже значно більше - близько 5 %.
Очевидний висновок - ємність С0 повинна бути як можна менше. Досягається це однорядною намотуванням проводу (бажано з невеликим кроком) на каркасі невеликого діаметра. Ось експериментальні дані. Котушка з провід МГТФ з діаметром по ізоляції 1,55 мм, діаметр каркаса 23 мм, кількість витків n = 41 (намотка виток до витка) мала виміряну індуктивність L = 13 мкГн і добротність Q = 260. З допомогою ГИР була визначена резонансна частота контуру LCD (вона виявилася рівною fn = 42 МГц) і розрахунковим шляхом (MMANA) отримано значення С0 =1,1 пф.
З цього ж дроти виконана інша котушка на каркасі діаметром 50 мм. Її дані n = 20, L = 19 мкГн, Q = 340, f0 = 25МГц і С0 = 2,13 пФ.
Диполь з трапами
Розглянемо диполь, призначений для роботи на діапазонах 10 і 15 метрів, двухдиапазонность якого забезпечується застосуванням резонансних LC-трапів, набудованих на верхню частоту f1= 28,5 МГц. На частотах 15-метрового діапазону опір трапа Хт має індуктивний характер і його величина визначається величинами Lт і Ст (Ст входить і С0). Очевидно, що наявність конденсатора Ст вплине на широкосмуговість диполя BWтаким же чином, як і межвит-ковая ємність С0.
Розрахуємо ширину смуги частот BW1,5 спочатку у поодиноких повнорозмірних диполів з резонансними частотами f1 = 28,5 (диполь 1) і f2 = 21,2 МГц (диполь 2), а потім у траповой дводіапазонною антени. Розрахунки зробимо для трьох варіантів трапів (трап 1, трап 2 і трап 3) зі значеннями ємності тра-групових конденсаторів - 15, 25 і 35 пФ (індуктивності 1_т відповідно 2,08, 1,25 і 0,89 мкГн) при добротності котушок Q = 150 і радіус провідника р = 15 мм. Результати розрахунку наведені в табл. 2. Числа в дужках показують, яку частку смуги повнорозмірних диполів має траповая антена на відповідному діапазоні.
Розрахунок показує, що така антена значно, в 1,5...3 рази, поступається повнорозмірної за широкосмуговості. Так як це обумовлено, в першу чергу, більш швидким зростанням вхідний (власної) реактивності, то при використанні трапових елементів в якості пасивних значно швидше в межах діапазону буде змінюватися і показник F/B.
З розрахункових даних випливає, що залежність широкосмуговості траповой антени на верхньому (10 метрів) і нижньому (15 метрів) діапазонах від величини Ст має протилежний характер і вибір величини Ст - компромісна завдання. На верхньому діапазоні чим більше величина LT (менше Ст), тим вище резонансне опір контуру-трапа і менше його вплив на широкосмуговість антени на цьому діапазоні. Зате на нижньому при збільшенні Lт зменшується повна довжина антени і відповідно її широкосмуговість.
Відзначимо цікаву особливість - укорочені пасивні елементи дозволяють отримати кращий показник F/B, ніж повнорозмірні, але у вузькій смузі частот.
Що стосується втрат в траповой антени, то розрахунок дає наступні значення: трехдиапазонном одиночному диполе довжиною 7,4 м з двома парами трапів при добротності котушок Q = 150 втрати на діапазоні 10 метрів - 0,14 dB, 15 метрів 0,78 dB і 20 метрів - 0,59 dB. У ВК з траповыми елементами загальні втрати можуть перевищити 1 dB.
Взаємний вплив пасивних елементів ВК різних діапазонів
Відомо, що за розміщення антен різних діапазонів на одному бумі елементи більш низькочастотних антен можуть сильно вплинути на параметри антен верхніх діапазонів [3]. Для оцінки цього впливу зробимо розрахунок параметрів трехэлементного ВК-10 на діапазон 10 метрів (f o = 28,5 МГц, див. табл. 1, рядок 1), що знаходиться в "оточенні" більш довгих пасивних елементів. Для визначеності вважаємо, що це директори і рефлектори ВК діапазонів 15 і 20 метрів. Довжини елементів Д15, Р15 і Д20, Р20, а також їх радіуси і відстані від центру встановлюємо виходячи з аналогічних розмірів Д10 і Р10 з урахуванням коефіцієнтів подібності (відношення частот) К15 - 28,3/21,2 = 1,33 і К20 = 28,3/ /14,15 = 2 (рис. 1). Розрахунок ведеться поетапно. Розрахунок КСВ і смуги BW виробляємо з застосуванням зовнішнього узгоджувального пристрою. На кожному етапі використовується механізм оптимізації параметрів ВК-10. Результати розрахунку зведені в табл. 3.
Проведений розрахунок (рядки 1 і 2) показує, що розташовані за рефлектором Р10 провідники практично не впливають на параметри ВК-10. Це пояснюється тим, що поле за рефлектором дуже ослаблене і в "задніх" провідниках не може виникнути помітний струм. Розташування рефлекторів, як на рис. 1, широко використовується в багатодіапазонних антенах, особливо у разі застосування многодиапазонного активного елемента, наприклад, з трапами або LOM котушками [4].
У разі розташування більш довгих елементів "попереду" ВК-10 (у зоні сильного поля) струми в цих елементах досягають значної величини. Їх вплив різко погіршує якісні показники ВК-10 (рядки 3, 4, 5), тому такі варіанти слід уникати. Як виняток можливий варіант, коли "довгий" провідник розташований у ближній зоні активного елемента (на відстані 0,05 Л, рядок 6) [3].
Власне, питання застосування (розташування) директорных елементів є одним з основних при відпрацюванні багатодіапазонної антени.
В якості прикладу розглянемо варіант поєднаної антени, що складається з трехэлементного ВК-20 з оптимальними межэлементными відстанями і четырехэлементного ВК-10 (рис. 2). Розрахунок ВК-20 показує, що його показники практично співпадають з даними табл. 1 (рядок 1). Потім проведено розрахунок (оптимізація) показників ВК-10. Для зручності порівняння з показниками несовмещенной трехэлементной антени розрахункові дані поміщені в табл. 1, рядок 4. Видно, що додавання другого директора Д10 дозволило в значній мірі подолати негативний вплив Д20 і чотирьохелементний ВК-10 за показниками G і F/B впритул наблизився до трехэлементному (!), але за широкосмуговості значно поступається.
Інший приклад - поєднана 14-елементна антена на три діапазону типу C-31XR (FORCE-12) з довжиною буму 9,3 м. На діапазоні 10 метрів антена забезпечує посилення 7,3 dBd з допомогою семи елементів цього діапазону [5]. Розрахунок показує, що таке посилення може бути забезпечено лише чотирма елементами, отже, дія інших трьох спрямоване на компенсацію "негативного" впливу директорів нижніх діапазонів.
При побудові пятидиапазонной (10 - 20 метрів) антени використання компенсаційного принципу мало ймовірно із-за надмірної складності.
Багатодіапазонні активні елементи
Крім давно використовуваних трапового і логоперисдического випромінювачів застосовуються і інші, відносно нові види.
Одна з популярних конструкцій на три діапазони показана на рис 3.
Вона складається з розрізного диполя на діапазон 20 метрів і розташованих на відстані 0,1 ...0,5 м двох провідників з довжинами, близькими до 0,5 λ на діапазони 15 і 10 метрів. За рахунок сильної електромагнітного зв'язку між ними система має три резонансні частоти. Підбором довжини провідників і їх відстані до диполя можна одержати потрібне значення вхідного опору на діапазонах 10 і 15 метрів як у простих, так і в багатоелементних антенах. Така конструкція отримала назву open sleeve або C-R (coupled приховує резонатора) [6]. Недолік варіанти - відносна узкополосность. Зокрема, щоб перекрити весь діапазон 10 метрів, доводиться застосовувати два провідника-резонатора різної довжини. Один з них забезпечує роботу в нижній ділянці 28,0...29,0 МГц, а другий - 29,0...29,7 МГц.
Хороші результати можна отримати при паралельному з'єднанні декількох близько розташованих диполів з різними резонансними частотами. При відстанях між окремими диполями 0,3...0,5 м такий активний елемент може забезпечити нормальні показники в діапазонах 12, 15, 17 і 20 метрів, а в поєднанні з іншими способами - і на діапазонах 10, 30 і 40 метрів [4].
Різні типи пятидиапазонных антен (конкретні зразки)
Логопериодика. Зразок з досить високими для цього класу антен характеристики наведено в [7]. Діапазон - від 14 до 30 МГц, число елементів - 13, довжина буму - 10,97 м, посилення в межах діапазону від 4,85 до 5,65 dBd, F/B - 20...26 dB. Інша конструкція описана в THE ARRL ANTENNA HANDBOOK і має більш скромні параметри - довжина буму 7,8 м, 12 елементів, посилення 4,4.. .4,6 dBd і F/B - 14...21 dB. В обох конструкціях елементи були з трубок діаметром близько 25 мм. Необхідно мати на увазі, що підсилення антени зменшується при зменшення діаметра елементів, тому в дротовому виконанні потрібно більше елементів, ніж у трубкової антени з тим же посиленням. Наявність збиральної лінії і необхідність ізолювати елементи від буму істотно ускладнює і ускладнює конструкцію. Безсумнівний "плюс" ЛНА - всього одна фідерна лінія.
У логопериодике з великим числом елементів в межах кожного з відносно вузьких радіоаматорських діапазонів активно працюють, як правило, тільки три елемента. В силу особливостей ЛНА ці елементи використовуються менш ефективно, чим у складі "вузькосмугового" ВК. Тому, якщо на довгому бумі розташувати послідовно, один за іншим, п'ять трьохелементної ВК на діапазони 10, 12,15, 17 і 20 метрів, можна отримати більше посилення, ніж у логопериодике з тим же числом елементів. Очевидні конструктивні недоліки такої побудови - велика кількість фідерних ліній (п'ять) і дуже велика довжина буму. Один із способів рішення завдання можна побачити на рис. 4.
Це модель 5ВА фірми FORCE 12. Заявлені характеристики цієї антени: посилення - в межах 5,4... 5,9 dBd, F/B - 14...23 dB, довжина буму - 9,9 м, 15 елементів, 3 фідерні лінії. Ціна антени - близько 1300 USD.
Антена ВМА 5
Пятидиапазонная спрямована антена ВМА-5 розроблена автором цієї статті. Ось її дані:
- робочі діапазони 10, 12, 15, 17, 20 метрів;
- на кожному діапазоні використовується трьохелементний ВК, як має оптимальне ставлення ефективність/витрати (ефективність визначається параметрами G, F/B і BW);
- відсутній негативний вплив один на одного окремих ВК, зберігаються параметри однодиапазонных антен;
- поздовжній розмір (довжина буму) - не більше 6 м, тобто мінімальний, при якому ще можливо отримати "пристойні" показники Gh > 5,5 dBd і F/B > 20 dB на діапазоні 20 метрів;
- використані дротові елементи на "вузькосмугових" діапазонах 12 і 15 метрів для зменшення парусності і ваги антени, а також витрати дефіцитних алюмінієвих трубок;
- застосований один живильний кабель без перемикань (вседиапазонный активний "елемент").
Всі отримані в результаті розрахунків дані - схема антени, форма і геометричні розміри провідників-елементів, реактивні навантаження, а також електричні показники за діапазонами знаходяться у файлі ВМА-5.
Загальний вигляд антени показаний на фото (рис. 5)
Вона складається з двох збірок - директорной і активної і ряду рефлекторів, розташованих на бумі згідно рис. 6. Координати елементів на бумі задаються за відношенню до активного елемента діапазону 20 метрів (А20), положення якого прийнято за нульову позначку. Дротові рефлектори Р12 і Р17 змонтовані відповідно над трубочными Р15 і Р20 таким чином, що їх середина знаходиться на висоті 0,5 м, а краї - по 0,15 м вище трубок.
Електрична схема активної частини антени наведена на рис. 7. Вона складається з чотирьох окремих активних елементів А12, А15, А17, А20, з'єднаних паралельно між собою через "укорачивающие" конденсатори С1 і С2 з кабелем живлення, і окремого, пов'язаного через поле диполя А10 (система "open sleeve"). Погодження на діапазоні 10 метрів досягається підбором довжини А10 і його відстані від основної групи. Довжини диполів А12 - А20 обрані більше резонансних з таким розрахунком, щоб вхідний опір (активна частина) піднялося до Ra ≈ 50 Ом. Підбором довжини диполів і ємності компенсуючих конденсаторів С1 і С2, а також положення пасивних елементів на бумі та їх налаштування довжини) вдалося отримати на середніх частотах всіх діапазонів КСВ=1,05... 1,25.
Конструкція активної складання показана на рис. 8 у двох проекціях (збірка симетрична, показана лише одна половина). Ізолятори ІП - пластмасові ізолятори типу А1001 ("Антеннополис", р. Запоріжжя), ІО - ізолятори орешкова.
Основою збірки є елемент А20, виконаний з дюралевих труб діаметрами (зовнішній/внутрішній) 35/30 + 30/26 + 30/27 загальною довжиною 10 м. На кінцях А20 укріплені невеликі ємнісні навантаження ЕН20. Застосування ЕН20 дозволило:
- зменшити довжину А20 з 11,4 до 10 м, що особливо важливо при додаванні в антену ще одного діапазону - 40-метрового (див. зауваження в кінці статті);
- відмовитися від додаткової поперечної розпірки для кріплення кінців відтяжок дротяних А12 і А17.
Як відтяжок використаний складений удвічі поліпропіленовий канат діаметром близько 3 мм, Попередньо натягнута із зусиллям 5... 10 кГ відтяжка накручується на трубку ЕН20 (10...15 витків), потім кінець відтяжки фіксується затискачем (clamp).
Прийнята вигнута форма А12 і А17 дозволила збільшити відстань між А20 і дротяними вібраторами і тим самим зменшити взаємні впливи. Крім того, вони успішно виконують роль розтяжок, оберігають важкий А20 від сильного прогинання, особливо у випадку ожеледі.
Елемент А15 кріпиться нижче А20 на відстані 0,38 м з допомогою чотирьох діелектричних розпірок. При обраному відстані широкосмуговість А15 зменшується незначно - приблизно на 10 %. В якості початкових ділянок А15 використані відрізки гнучкого кабелю РК75-4 (обплетення і жила спаяні разом). Можна використовувати будь-мідний багатожильний дріт діаметром 5...8 мм атмосферостійкою ізоляції, але це буде і дорожче і важче.
Симетрування здійснюється за допомогою захисного дроселя з 15 витків коаксіального кабелю RG-58, навитого на феритовий магнітопровід зовнішнім діаметром 65 мм і проникністю 300. При потужності більше 200 Вт слід використовувати більш потужний кабель. Дросель і конденсатори С1, С2 типу К15У-2 200 пФ поміщені в текстолитовую коробку зовнішніми розмірами 130x140x45 мм, знизу до коробки прикріплений кутовий коаксіальний роз'єм XS типу СР50-153Ф. Коробка кріпиться до вертикального кронштейна, виконаному, як і верхня горизонтальна поперечка, з сталевого тонкостінного прокату квадратної форми розміром 20x20 мм.
Механічне з'єднання половинок А20 проводиться за допомогою муфти-вставки, виточеної з суцільного стеклотекстолитового стрижня, зазор між половинами - 50 мм. А20 кріпиться до стеклотекстолитовой плиті розмірами 225х 100х 19 мм з допомогою двох U-образних шпильок з нержавіючої дроту діаметром 6 мм. Активна збірка А12-А20 являє собою один легкознімний вузол. Елемент А10 кріпиться до буму окремо за допомогою U-подібної скоби і гайок-баранчиків.
Електрична схема директорной складання показана на рис. 9. В її складі директорные елементи на всі п'ять діапазонів. Конструктивною основою для складання служить середній елемент, що складається з трьох ізольованих ділянок а-Ь, с-d, е-f, які можуть з'єднуватися між собою за допомогою контактів реле К1.1 і К2.1.
Якщо обидва реле включені і контакти замкнуті, виходить директорный елемент на діапазон 20 метрів (Д20) довжиною близько 9,65 м. Коли включено тільки одне з реле, виходить директорный елемент для діапазону 15 метрів (Д15). Це буде елемент а-b-с-d або с-d-е-f в залежності від того, яке реле включено, а яке вимкнено. Оскільки Д15 розташований несиметрично по відношенню до осі антени (буму), то і діаграма спрямованості (ДН) буде також кілька несиметрична. Розрахунок показує, що передній пелюстка ДН відхиляється від осі антени незначно - приблизно на 5 градусів, але це не супроводжується падінням посилення (деформація заднього пелюстки буде показано нижче). Коли обидва реле вимкнені, крайні секції а-b і е-f працюють як два директори діапазону 10 метрів. Довжини цих секцій недостатні для нормальної роботи, тому на внутрішніх кінцях секцій (Ь і е) встановлені дві ємнісні навантаження ЕН10. Такий подвійний директор впливає на параметри антени на цьому діапазоні практично також, як і звичайний одинарний, розташований прямо на бумі. Можна відзначити, що у Д15 і Д20 (при замкнутих контактах реле) вплив ЕН10 незначно.
При такому способі організації " директорів трьох основних діапазонів повністю виключаються їх взаємні негативні впливу, а також їх впливу (при розімкнутих контакти реле К1, К2) та на діапазонах 12 і 17 метрів. Крім того, уменьшются витрата алюмінієвих труб приблизно на 11 м, парусність і вага антени.
Директорна збірка розташована на відстані 2,85 м від А20. Це компромісне значення. При більшій відстані буде швидко зменшуватися показник F/B діапазоні 10 метрів, а при меншому - погіршуватися більшість показників на діапазоні 20 метрів.
У директора застосовані високочастотні вакуумні реле (вимикачі) В1 В-1В з допустимими значеннями 1=10 А і U=3 кВ. Розрахунок показує, що такі струм і напруга в директорі відповідають потужності на вході антени не менше 5 кВт. Температурний діапазон реле - від -60° до +100°, гарантовану кількість перемикань - 100000.
Виміряне значення "прохідний" ємності розімкнутого реле - близько 0,9 пФ, з урахуванням паразитної ємності монтажу в розрахункову модель закладена величина 1,5 пФ (таблиця навантажень, pulse w35c, w36c). Замкнутим станом реле відповідають ці ж навантаження, але вже величиною 100000 пф (еквівалент к. з., див. "коментар" до файлу ВМА-5). Розрахунок показує, що допустимо застосування реле з "прохідний" ємністю до 5 пф з коригуванням розмірів складових частин Д20 і ЕН10. Зокрема, можна спробувати поширені герметичні реле РЕН-33 при паралельно-послідовному включенні всіх чотирьох контактних груп.
Директори діапазонів 12 метрів (Д12) і 17 метрів (Д17) виконані з дроту. Для усунення негативного впливу цих елементів на параметри більш високочастотних діапазонів вжиті наступні заходи.
1. Директори всіх п'яти діапазонів розташовані в одній вертикальній площині. Як показують розрахунки, при такому розташуванні їх взаємні впливи зменшуються.
2. Можливе сильне вплив Д12 на діапазон 10 метрів (по своїй довжині Д12 був би на діапазоні 10 метрів повноцінним рефлектором) усувається з допомогою паралельного контуру -антитрапа L12C12 з частотою настройки 28,3 МГц, встановленого в середній частині Д12. Чому антитрап? Призначення трапа - виділити з антенного елемента частина, розміри якої близькі до резонансних. Призначення антитрапа протилежне - розсікти елемент на відрізки, розміри яких значно менше резонансних. Щоб не вплинути на широкосмуговість діапазону 12 метрів, прийняті незвично малі реактивності - С12=150 пФ і 1.12=0,21 мкГн, що в 8... 10 разів менше стандартних для трапа. Незважаючи на це, резонансне опір контуру достатньо для виконання його основної функції. Передбачений виток зв'язку Lc, через який за допомогою КСВ-метра мостового типу можна визначити резонансну частоту контуру.
3. У середню частину Д17 включена індуктивність L17=4 мкГн. Це призводить до того, що при роботі на частотах 21 МГц і вище наведений в Д17 струм істотно зменшується - L17 як би розсікає Д17 на дві половини. Завдяки цьому погіршення показника F/B на верхніх діапазонах під впливом Д17 не перевищує 1 dB. З метою спрощення конструкції L17 виконана з двох однакових близько розташованих котушок (L17' і L17") з індуктивністю 2 мкГн кожна. Введення L17, природно, погіршує широкосмуговість параметрів антени на діапазоні 17 метрів, але відчутно це виявляється вже поза робочого ділянки частот (див. табл. 4).
Конструкція середньої частини директорією складання показана на рис, 10. Застосовані труби - центральна частина діаметром 30/26 мм, ізоляційні вставки з стеклотекстолитовых стрижнів, кінцеві секції з труб діаметрами 30/27 і 22/20 мм, ємнісні навантаження - 16/13,8 мм.
Середня частина Д20 кріпиться до буму через скло-текстолитовую пластину (рис. 10,а) розмірами 270x95x12 мм. Кожна з котушок L17 намотана на пластмасовому антенне ізоляторі типу А1001 тим же дротом, що і в Д17 (рис. 10,6). На рис. 11 показані коробка (бокс розмірами 70x120x35 мм, фрезерований з текстоліту) з реле В1В-1В і спосіб її кріплення до Д20 (кріплення легкосъемное). Харчування до реле підводиться через роз'єм РС4ГВ. Дроти живлення реле розбиті на ділянки довжиною близько 2 м з допомогою дроселів типу ДПМ-1,2 по 15мкГн. У своїй середній частині дроти підв'язані до поперечного кронштейна. Конденсатор С1 - К31-11-3 ємністю 2000 пф.
В силу несиметричного розташування Д15 на бумі можуть наводитися струми, що призведе до додаткової асиметрії ДН на діапазоні 15 метрів. Щоб уникнути цієї неприємності, крайня частина буму (з боку директорів) довжиною 2 м відокремлена від решти буму текстолітової вставкою.
Відпрацювання антени і розрахунок електричних параметрів проводилися стосовно до її положенню у вільному просторі. При висоті антени над землею більше 20 м її параметри зміняться не дуже сильно.
Можливі два варіанти розрахунків: на досягнення максимально можливих показників G і F/B в якомусь ділянці діапазону і на досягнення найбільшої рівномірності показників у межах всього діапазону. У другому випадку на середній частоті діапазону посилення буде менше на 0,2...0,4 dB. Був обраний варіант, при якому параметри оптимізуються для ділянок діапазонів 14,0...14,3 , 21.0...21,4 і 28,0.-28,6 МГц. Якби оптимізацією були охоплені і верхні, мало використовувані ділянки діапазонів, це неминуче погіршило б показники "внизу", на телеграфних ділянках. Для діапазонів 12 і 17 метрів розрахунок зроблений на максимальний F/B середніх частотах. Результати розрахунків зведені в табл. 4.
Зауваження з приводу зазначених зірочкою * значень параметра F/B на частотах 21,0 і 21,4 МГц. На рис. 12 і 13 показані дві ДН для однієї і тієї ж частоти 21,0 МГц, отримувані в залежності від того, яке з реле К1 або К2 включено. Ці ДН практично різняться лише формою тильній частині (дзеркальна симетрія). Так як реле оперативно управляються з пульта радіостанції, перешкоду з будь-якого напрямки в задній півплощини, як це видно з малюнків, можна придушити на 21...24 dB. Для порівняння на рис. 14 показана ДН на середній частоті 21,2 МГц.
Згадані в першій частині статті антени 5ВА (FORCE-12) і 13-елемент-ва ЛНА за електричним параметрами близькі до ВМА-5. Вище вже згадувалися заявлені параметри 5ВА: посилення - в межах 5,4...5,9 dBd, F/B - від 14 до 23 dB, довжина буму - 9,9 м, 15 елементів, 3 фідерні лінії. При цьому витрата дюралевих трубок становить: ВМА-5 - 63 м (з урахуванням буму і ємнісних навантажень), 5ВА - близько 110 м, ЛПА - близько 100 м. Очевидно також, що дві останні антени мають значно більші вітрове опір і вага.
Конструкція ВМА-5 має експериментальний характер: всі елементи мають трубкові регульовані кінцеві секції, довжина дротяних регулюється в кінцевих ізоляторах, а елементи можна переміщати по буму. Це дає можливість в експерименті, при необхідності, уточнити розрахункові дані.
Зокрема, при розрахунку не враховувався вплив "землі", в першу чергу, із-за того, що в QTH автора в різних напрямках від антени параметри землі відрізняються кардинально. Виготовлена за розрахунковими даними антена була спочатку встановлена на висоті 1,8 м над коником шиферного даху і з невеликий регулюванням довжин активних елементів (довжин ЕН20 в А20) резонансні частоти були з допомогою КСВ-метраустановлены на "свої місця". Потім послідували підйом на робочу висоту - 6,5 м над коником чотириповерхового будинку і 25 м над землею і перевірка параметрів. Основна перевірка F/B на трьох частотах кожного діапазону проводилася за сигналами місцевої радіостанції UT1MQ в режимі прийому. У приймачі включалася ручне регулювання підсилення, рівень сигналу на виході НЧ відслідковувався з допомогою вольтметра В7-37. Виміряні значення F/B були в межах 18...30 dB. Цікавий експеримент вдалося провести з Артуром (4X4DZ). Протягом 20 хв обидві сторони "прокрутили" один одному свої антени (у Артура - ТН-11) всіх п'яти діапазонах, результат з обох сторін приблизно однаковий - F/B середньому на рівні 20 dB (З...4балла). Величина КСВ і смуга близькі до BW розрахунковим, серйозні вимірювання підсилення антени ще не проводилися.
У конструкції ВМА-5 є деякі відмінності від розрахункової моделі:
- дротові елементи виконані з гнучкого багатожильного проводу в ізоляції ПВЗ перетином 2,5 мм2. Версія програми MMANA, використана автором, "не вміє" вважати провідники в ізоляції, тому розрахунок зроблений під "голий" провід, а реальні довжини бралися з урахуванням коефіцієнта укорочення Ку. Експеримент показав, що Ку залежить від товщини ізоляції та частоти і для ПВЗ-2,5 в діапазоні KB становить близько 0,97 (бажано уточнити);
- початкові ділянки А12 і А17 ( до верхнього ізолятора) виконані з плавним вигином, а в моделі довелося показати прямими відрізками. Те ж відноситься до початковим (дротяним) дільниць А15. У моделі також важко показати закладення проводи в ізоляторі. Тому довелося виходити з рівності повній розрахунковій довжини плеча елемента і повної довжини реального проводу (з урахуванням Ку). Це відноситься і до директорам Д12 і Д17.
Слід також зазначити, що реактивні навантаження в програмі задаються як точкові, а реальні L і С мають свої довжини, і це позначиться на точності розрахунку.
На базі ВМА-5 відпрацьована модель семидиапазонной антени, що включає також по два елемента на діапазони 30 і 40 метрів. Можливо, з часом цю модель вдасться здійснити в "залозі".
Частина цієї моделі - активний елемент на діапазон 40 метрів (А40) вже застосовано (як доповнення) в існуючій антени (див. рис. 5 - фото). А40 виконаний на основі А20 за рахунок додавання до кожного з його кінців котушки з індуктивністю 20 мкГн і кінцевий секції довжиною 1,41 м (LOM-технологія). Довжини ємнісних навантажень довелося трохи збільшити.
На закінчення можна відзначити, що електромагнітні реле починають з'являтися як у фірмових антенах (MAGNUM 280 FORCE-12, TITAN EX і ін), так і аматорських розробках [8].
Автор дякує Бориса Катаєва (UR1MQ) за велику допомогу в процесі монтажу ВМА-5 і Олександра Погуди-на (UT1MQ) за участь у вимірюваннях.
Література
Автор: Ернест Гуткін (UT1MA), р. Луганськ, Україна