Сьогодні, як і на зорі радиолюбительства, багато радіоаматори змушені (з різних причин) використовувати "балконні" антени. Цікаве рішення "балконного GP" пропонує автор цієї статті.
Як відомо з теорії антен, для того, щоб визначити напруженість електромагнітного поля, створюваного передавальною антеною, необхідно цю антену представити у вигляді множини її відрізків - елементарних випромінювачів. В будь-якій точці прийому напруженість поля, створюваного всій антеною, є сумою значень напруженості поля, що створюються випромінюваннями кожного з цих відрізків. У свою чергу, напруженість поля, створюваного окремим елементарним випромінювачем, пропорційна струму, що проходить через нього і його довжині.
Для того щоб визначити струм, що протікає через кожний елементарний випромінювач, необхідно знати закон розподілу струму в антені, який залежить від типу антени. Закон розподілу струму в четвертьволновом вібраторі показаний на рис.1, а. Він має косинусоидальный характер.
Puc.1
Повнорозмірний вертикальний четвертьволновой вібратор для аматорського діапазону 28 МГц або Сі-Бі діапазону 27 МГц на балконі встановити, природно, не представляється можливим, не кажучи вже про полуволновом вібраторі або популярному вібраторі довжиною 5/8l. Тому в якості балконних антен використовуються укорочені антени.
У промислових антенах антени для мобільних радіостанцій (а це антени довжиною менше чверті довжини хвилі) для компенсації ємнісної складової повного вхідного опору застосовуються подовжувальні котушки. Розподіл струму в скороченому вертикальному вібраторі з подовжувальною котушкою показано на рис.1,б. По відношенню до четвертьволновому вібратора в ньому як би виключена нижня частина антени, замість якої встановлюється котушка індуктивності (подовжувальна котушка) Lуд. Так як струм в нижній частині четвертьволнового вібратора максимальний, то, вкоротивши антену таким чином, ми виключаємо найефективнішу її частина (розподіл струму в якій показано на рис.1,б пунктиром).
Виникає справедливе питання: а не можна вкоротити антену так, щоб виключити не нижню її частину, а верхню, в якій струм мінімальний? Такий спосіб існує, і антени такого типу широко поширені, наприклад, в якості передавальних на средневолновых радіостанціях. Антена, пропонована в цій статті, - це антена саме такого типу.
Для того щоб зрозуміти принцип роботи та переваги пропонованої антени, хотілося б пояснити принцип роботи таких антен взагалі. Верхню частину четвертьволнового вібратора (рис.1,а), можна представити у вигляді окремого вібратора, довжина якого менше чверті довжини хвилі. Вхідний опір такого вібратора має ємнісний характер. Тому, з деякими припущеннями, верхню частину четвертьволнового вібратора можна замінити навантажувальних конденсатором відповідної ємності Сн. Антена такого типу, а також розподіл струму в ній показані на рис.1,ст. Як видно з малюнка, розподіл струму в цій антені більш сприятливе у порівнянні з розподілом струму в укороченій антени з подовжувальною котушкою (рис.1,б). Іншими словами, при однаковій фізичній довжині антени з подовжувальною котушкою і антени з ємнісний навантаженням діюча довжина (висота) останньої більше. Відсутність подовжувальною котушки в антені з ємнісний навантаженням також є її перевагою. Адже в антенах, де застосовується подовжувальна котушка, істотна частка втрат припадає саме на цю котушку.
На рис. 2 показана проста у виготовленні, але досить ефективна балконні антена для аматорського діапазону 28 МГц або Сі-Бі діапазону 27 МГц. Особливістю її конструкції є те, що антена не виступає за краї балкона, не має подовжувальною котушки, а в якості противаг використовуються металеві частини самого балкона. Антена може бути виконана на балконі житлової квартири, у якому в якості основи зовнішнього огородження (парапету) використовується металева конструкція (зазвичай у вигляді зварної сітки). Металеву огорожу балкона вашої квартири цілком може виконати функцію противаг антени, а металева огорожа вищерозміщеного балкона - роль "землі" в ланцюзі ємнісний навантаження.
Puc.2
Оплетки коаксіального кабелю приєднана до металевого парапету (поручнів) балкону. Конденсатор Сн одним висновком з'єднаний з верхньою точкою полотна антени, а іншим висновком - з нижньою частиною металевого парапету балкона верхнього поверху. Ємність конденсатора Сн обрана при довжині вібратора (полотна антени) - 1,6 м. Це зазвичай відповідає висоті стель житлової квартири 2,5 м. Якщо довжина вібратора інша, то ємність Сн може відрізнятися від зазначеної. Чим більше довжина вібратора, тим менше повинна бути ємність Сн.
Конструкція антени показана на рис. 3. Полотно антени виконано з антенного канатика (перетин не критично). Можна використовувати декілька скручених ізольованих проводів. Кінці проводів повинні бути зачищені від ізоляції і спаяні разом. Ізолятори на кінцях полотна виконані у вигляді пластин з текстоліту або іншого підручного ізолюючого матеріалу. Підлаштування конденсатор Сн - керамічний дисковий типу КПК-1. Нижній ізолятор антени кріпиться до огорожі двома болтами, які, крім того, за допомогою клем повинні забезпечувати надійний електричний контакт обплетення кабелю з металевим парапетом балкона. Також необхідно просвердлити кріпильний отвір в нижній частині парапету вищерозміщеного балкона. У цей отвір також укручується болт, який повинен для надійного контакту міцно затискати клему, до якої заздалегідь слід припаяти провід, з'єднаний з ротором підлаштування конденсатора Сн.
Puc.3
Налаштування антени здійснюється за допомогою КСВ-метра. Регулюванням підлаштування конденсатора Сн досягають мінімуму КСВ в середині робочого діапазону.
Щоб уникнути попадання опадів на підлаштування конденсатор після установки на плату з конденсатором слід надіти поліетиленовий пакет, який потім слід щільно примотати до дроту, що йде від цієї плати до верхнього балкону. Нижній край пакета повинен бути вільним - це виключить утворення конденсату всередині пакету і не дозволить накопичуватися там вологи.
Слід зазначити, що пропонована антена не придатна для роботи з підсилювачем потужності. По-перше, у даній антені, як і в четвертьволновом вібраторі, напруга на верхньому кінці вібратора в кілька разів перевищує напругу, що підводиться до антени фідером (у нижній точці вібратора). Тому, якщо подводимая потужність перевищує приблизно 20 Вт, підлаштування конденсатор Сн може бути пробитий, а при попаданні вологи пробій може статися і при меншій потужності. По-друге, при великій потужності, що підводиться на металевих огорожах балконів можуть бути досить великі ВЧ напруги. (При потужності до 20 Вт ці напруги можуть викликати будь-яких неприємностей). Втім, при використанні та інших балконних антен працювати з великими потужностями не рекомендується з санітарно-гігієнічних міркувань.
Без будь-яких змін до конструкції (вимагається тільки підстроювання конденсатором) антена прекрасно працює і в діапазоні 27 МГц (Сі-Бі). На мій погляд, укорочена антена з ємнісний навантаженням просто ідеально підходить для балкона житлової квартири. Особливо непогані результати при роботі на балконну антену виходять, якщо радіостанція розташована на одному з верхніх поверхів багатоповерхового будинку, а також якщо напрямок на кореспондента лежить в межах півкола, обмеженою стіною будинку зі сторони балкону (±90° від перпендикулярного напрямку до стіни).
Література
Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru