Описувана нижче експериментальна антена (ЕА) загострила ще одну проблему електромагнітної сумісності засобів зв'язку - проблему придушення дзеркального каналу радіоприймальних пристроїв. При експериментах з ЕА і передавачем з вихідною потужністю 2 Вт в умовах міста виникли нарікання від професійно-комерційної організації на перешкоди від випромінювання побічних частот.
Подальша перевірка скануючим приймачем в зазначеному діапазоні частот (145 МГц) поблизу передавача результату не дала. Попередня робота протягом двох років на тому ж місці і з тією ж апаратурою нарікань не викликала, а різниця була лише одна - інша антена: до інциденту - "подвійний квадрат", потім - описувана ЕА. Излученная енергія двухваттного передавача виявилася настільки сконцентрованої в напрямку головного пелюстка діаграми спрямованості антени, що зрівнялася за рівнем з сигналом в основному (не дзеркальне) каналі "комерційного" приймача, де прийом сигналу передавача двометрового діапазону став можливий точно так, як якщо б передача велася на частоті на 2Fпч вище.
Прошу радіоаматорів звернути найсерйознішу увагу на цю проблему: хоча вона, дійсно, і "не ваша", усувати її доведеться вам. так як комерсантам (та іже з ними) до цього діла немає: вони "заплатили гроші" і розщедритися на додатковий фільтр верхніх частот або смуговий фільтр ви їх не зможете змусити.
Провівши деякі вимірювання, автор (від гріха подалі) вирішив перенести експерименти з ЕА в польові умови - на дачу. Оскільки антена важить небагато і дуже легко згортається і розгортається, проблем з транспортуванням не виникає. Кілька слів про те, чому саме "квадрат" обраний як переносної антени. По-перше, він вдвічі коротше, наприклад, дипольної антени (в плані довжини елементів). По-друге (і це головне), "квадрат" може експлуатуватися при дуже невеликих висотах підвіски і малочутливий до навколишніх предметів (вплив руки, піднесеної до антени збоку, позначається тільки на відстані, меншій 150...200 мм). По-третє, така антена до певної міри пригнічує місцеві шумові і імпульсні перешкоди. В четверте (в авторському варіанті), має замкнутий по постійному струму активний елемент.
Базою для побудови ЕА з'явився годований 75-омних кабелем "подвійний квадрат" [ 1 ] з відстанню між вібраторами 0,2 (див. рис. 1), елементи якого (1 - активний вібратор, 3 - рефлектор) були просто-підвішені на віконній кватирці 2 всередині кімнати.
Подібну "кватирку"-траверсу можна закріпити за допомогою шарнірів на стіні будинку або кутку балкона. Такий Поворот антени в залежності від розташування рефлектора можливий в межах 120...150°. Для кріплення в обраному напрямку можна застосувати гачки і петлі. Така конструкція, звичайно, з урахуванням конкретних місцевих умов, може бути корисною як для проведення зв'язків, так і для прийому телебачення.
З чого починалася ця ЕА? У приміщенні (кімната на другому поверсі дерев'яного будинку) був виготовлений стенд" для експериментальної роботи з УКХ антенами: під стелею натягнуті два відрізка товстої рибальської леси на відстані 250...300 мм один від іншого. До них за допомогою кілець з тієї ж леси або обмотувального проводу підвішувалися елементи (рис. 2): спочатку два, потім три і так далі до 13 (стільки вмістила кімната). Довжини елементів активного вібратора (АВ) і рефлектора (Р) розраховувалися за формулами з [ 1 ], після чого перевірялися за допомогою приладу вимірювача частотних характеристик (ИЧХ) XI -48. Директори (Д1 -Д11) виконані з зменшенням у кожного подальшого (в розрахунку на одну сторону) на 5 мм. Матеріал для виготовлення елементів - алюмінієвий дріт в полівінілхлоридній ізоляції від трифазного кабелю АПВ (ще краще - обміднений дріт алюмінієвий
Рис. 3
у такий же ізоляції, який можна паяти). Ізоляція проводу не знімалася(елементи з ізоляцією білого, чорного і червоного кольорів зручно чергувати - легше не плутати їх при настроювальних операцій: через два елемента різниця в розмірах стає більш помітною). Довжини сторін рамок і відстані між ними зазначено на рис. 2 (в дужках наведено значення їх периметрів).
Вхідний опір антени - близько 45 Ом. Для живлення автор застосував відрізок коаксіального кабелю РК-50 діаметром 4 мм і довжиною приблизно 1 м (рис. 3). У місці підключення до вібратора 1 встановлено кільце 2 діаметром 20 мм з фериту 20ВЧ, на якому зроблено один виток кабелем 3. Можна застосувати й гамма-узгодження (рис. 4), яке дозволить погодити антену більш точно і, на вибір, як з 50-, так і з 75-омних кабелем. Можна також для узгодження посувати перший директор стосовно активного вібратора, а потім підтягнути інші директори.
Слід зазначити, що антени з великим числом елементів повинні мати жорстку конструкцію - відстані між елементами в процесі експлуатації не повинні змінюватися. Як показали експерименти в польових умовах, двох відрізків леси недостатньо: найменший подих вітерця - і антена починала "грати" - елементи розгойдувалися подібно білизну на мотузці. Найкращий варіант - жорстка траверса, але для похідних умов це небажано, тому пропоную конструкцію, схематично показано на рис. 5: додати ще два відрізка 1 рибальської леси або струни для тенісних ракеток, тобто довести їх кількість до чотирьох. Відрізки слід розтягнути по кутах всередині рамок 2 і закріпити останні (після остаточної установки), наприклад, за допомогою тієї ж леси (3), на необхідному відстані одна від одної у відповідності з рис. 2. Довжину відрізків леси необхідно вибрати з таким розрахунком, щоб з кожного краю антени залишилося по 3...4 м для прив'язування до опор, наприклад, до дерев.
Для збільшення надійності можна по краях конструкції помістити рамки 2 (рис. 6), виготовлені з дерев'яних рейок, прикріпити до них по кутах кінці відрізків леси 5, а вже за рамки розтягувати антену з допомогою, наприклад, капронових мотузок 3 (тут 1 - опори, 4 - елементи антени). Якщо на одній або на обох межах зробити жолоб з дерев'яних брусків 4 (рис. 7), то вібратори антени 3 і розтяжки 2 можна буде укладати в них як у футляр у згорнутому стані, і в такому вигляді зберігати антену і транспортувати на будь-яку відстань. Для кріплення рамки-кришки 1 до рамки 4 можна використовувати гачки або колечка ізоляційної стрічки. Живильний кабель при цьому може бути покладений разом з антеною по периметру меж або відключений (при наявності рознімного з'єднувача).
Елементи антени слід виготовляти з добре отрихтованного дроти. Найпростіше це зробити шляхом його витягування, закріпивши один з кінців в лещатах і затиснувши одною в плоскогубцях. Відрізаючи заготовки, необхідно передбачити припуск на з'єднання (скручування або зварювання) кінців проводу, для чого їх слід звільнити від ізоляції. Невеликий "хвостик" з скручених проводів на роботу антени не впливає, важливо лише, щоб були дотримані розрахункові периметри рамок. Місця з'єднань елементів краще розташувати з одного боку, наприклад, знизу. В площині рамок не повинно бути перекосів. Встановлювати їх відносно одна одної слід строго паралельно і "концентрично" (при погляді з боку рефлектора).
Орієнтувати антену для уточнення на правління на кореспондента можна так, як показано на рис. 8, тобто утримуючи її за дерев'яну рамку 5 (або відтяжку 6) за рефлектором - в цьому випадку вплив на неї з боку оператора мінімальне. Розтяжку 2, закріплену на дерев'яній рамці 3 з боку директорів 4 бажано прив'язати до опор 1. Знайшовши правильний напрямок на кореспондента, рамку краще перев'язати за кути - антена буде менше крутитися при вітрі. Експеримент з ЕА (при вертикальній поляризації) проводився в безпосередній близькості від землі, в осушенной болотистій місцевості, в низині. Верхні частини елементів антени знаходилися на висоті 1,8 м. ЕА була розтягнута між стінкою сараю і невеликий дошкою, врытой в землю в якості опори і посиленої з боку антени косинкою. Відстань до кореспондентів досягала 22...24 км. В "створі" ЕА знаходилася дорога, що проходить по насипу і делящая "рамку" навпіл, до дороги приблизно 200 м, а за нею - ліс 350...500 м (ситуація, схематично зображена на рис. 9).
При ретельному виготовленні і жорсткої конструкції ЕА"пляма", очерчиваемое головною пелюсткою діаграми спрямованості (за рівнем 0,7) - 25...30°. При нечіткій установці елементів "пляма" розмивається, а посилення падає. Якщо немає можливості забезпечити механічну стабільність багатоелементною антени (на чотирьох відрізках леси ЕА досить жорстка) і достатню точність її виготовлення, краще обмежитися чотирма-п'ятьма елементами, а для їх виготовлення взяти провід більшого діаметра. У цьому випадку антену доведеться піднімати вище, щоб уникнути відбиття від землі поблизу антени через розширення головної пелюстки діаграми спрямованості. Однак кріпити елементи все одно доведеться досить жорстко.
Рис.7
При роботі в лісі (особливо при вертикальній поляризації) слід вибирати зріджені або відкриті у бік кореспондента місця (ще краще - піднесені), підвішуючи антену між деревами або опорами з таким розрахунком, щоб уникнути присутності дерев у "створі" антени поблизу від неї. Отже, описувана ЕА може складатися і розкладатися подібно бурдюки гармоніки. Це зручно при згортанні, перенесенні і наступному швидкому розгортанні, але годиться лише для порівняно повільне повернення. Втім, якщо все підготувати заздалегідь (гачки для кріплення, наприклад), то антену можна повернути удвох за десяток секунд, що дозволяє використовувати її в змаганнях "Польовий день" на виїзді. 13-елементна ЕА розраховувалася для роботи на частоті 145,5 МГц. При невеликій коригуванню і навіть без неї антену можна використовувати у всьому двометровому любительському діапазоні. Посилення ЕА - не менш 15...16 dBd. Ширина основної пелюстки діаграми спрямованості як у вертикальній, так і горизонтальній площині - не більше 30° (за рівнем 0,7). Вхідний опір - близько 45 Ом, КСВ на частоті 145,5 МГц при використанні коаксіального кабелю РК-50 та узгоджувального пристрою, показаного на рис. 3, - 1,8.
Використані автором методи оцінки якості антени - аматорські, приблизні. При експериментах застосовувалася зарубіжна апаратура: IC-706, FT-11, FT-270. На відстані 24...25 км при низько підвішеною ЕА і потужності 0,3 Вт кореспонденти давали максимальні оцінки 3-4 бали за шкалами наявних S-метрів. Для порівняння: в їх апаратурі "відкривається" і "тримає" шумоподавлювач і розбірливість сигналу дорівнює 100 % при рівнях сигналу, коли S-метр взагалі нічого не показує. Адже відомо, що при слуховому контролі 1 бал - прийом неможливий, так що рівень сигналу в місті виявився значним навіть при такій малій потужності. При збільшенні ж її до 4 Вт максимальні оцінки були 59, 59+10 і навіть 59+20 дБ! Правда, останні "децибели" порою "подмаргивали". Експеримент проводився в ЧС режимі. Для прийому в місті використовувалися вертикальний диполь, чотирьохелементна коллинеарная антена і вертикальний пятиэлементный "хвильовий канал" розташовані на дахах будинків, причому в далекому (від ЕА) кінці міста і "хвильовий канал" стояв "трохи боком".
Помічено вплив вологого земної поверхні та рослинності на проходження сигналу у землі. Варто було пройти дощу і виглянути сонцю, як сила сигналів падала на 2 бали. Оцінено співвідношення рівнів сигналів між штатної для F-11 "резинкою" і ЕА: тільки "зміна спектру шумів - прийом неможливий" - до 59 з децибелами, що явно говорить на користь ЕА.
Антена "хвильовий канал" на такій невеликій висоті була б безнадійно засмучена. Великі лінійні розміри елементів такої антени вимагають більшої ретельності в експлуатації і більшої висоти підвісу, що не завжди можливо. Хоча при ходьбі, напевно,переносити"Yagi" у згорнутому стані зручніше, наприклад[2].
Експериментувати з УКХ антенами, як говорилося вище, можна на стенді" з двох натягнутих відрізків леси. Елементи ді-польных антен, наприклад, просто кладуть зверху і переміщають відносно один одного при налаштуванні. Від випадкового зсуву їх можна закріпити якими-небудь затискачами, наприклад, пластмасовими білизняними прищіпками з пропилами. В якості зразкового можна використовувати сигнал "маячка" [З], встановленого в "створі" антени в центрі основної пелюстки діаграми спрямованості на відстані не менше 10 довжин траверси (відстань від рефлектора до останнього директора).
Кабель від активного вібратора підключають до входу приймача, налаштування ведуть по максимуму сигналу "маячка". Таким же чином можна "відпрацювати" спрямовану антену для прийому сигналів телебачення за зоною впевненого прийому. Кабель від антени в цьому випадку підключають до телевізора, а налаштування ведуть, домагаючись максимальної контрастності і мінімуму шумів (муару) на екрані, а краще, контролюючи напруга АРУ. Послідовність налаштування така. Спочатку натягують леси-траверси в напрямку на телецентр, підвішують активний вібратор і підключають його до телевізора. Потім позаду вібратора встановлюють рефлектор і переміщають його по траверсах до одержання максимально можливого рівня сигналу (можливо, це буде всього лише збільшення шумів в каналі звукового супроводу). Закріпивши рефлектор в знайденому положенні, встановлюють перший директор і таким же чином домагаються подальшого збільшення сигналу, потім другий і т. д. до останнього директора.
Далі уточнюють напрямок на телецентр, повертаючи траверси зі сторони рефлектора, після чого ще раз коригують положення всіх елементів антени по максимуму сигналу. Подібним чином автором була виконана десятиэлементная антена на шостий телевізійний канал для прийому передач в горах Карачаєво-Черкесії (приймався відбитий від гори сигнал). За відсутністю відповідного матеріалу активний вібратор довелося вирубати з листа дюралюмінію (вібратор Пистолькорса).
Кілька слів про підключення кабелю живлення до активного вібратора. В місці розриву в його середній частині встановлюють діелектричну вставку, на якій закріплений коаксіальний кабель або коаксіальне гніздо рознімного з'єднувача. Для швидкого виготовлення антени можливий і варіант, застосований автором: кінці дроту активного вібратора відгинають під прямим кутом, розплющують для кращої фіксації кабелю, після чого накладають один на інший (ізоляцією на ізоляцію) і скріплюють бандажем з міцних - капронових, лавсанових або звичайних "суворих", просочених бітумом - ниток, дріт використовувати небажано, так як бандаж з неї дає паразитні ре-зонансы в електромагнітному полі антени). Рамка при цьому дещо деформується, але це не страшно, важливо лише, щоб робочий периметр вібратора був рівний розрахунковому. До кінців вібратора бандажем з одножильного лудженого дроту кріплять оплітку і центральну жилу коаксіального кабелю, попередньо пропущеного через феррі-товое (ВЧ20) кільце зовнішнім діаметром 16...20 мм (рис. 3). На іншому кінці кабелю монтують вилку коаксіального роз'єму для підключення до антенного гнізда радіостанції.
Поляризацію антени легко змінити, розгорнувши на 90° лише активний вібратор (інші елементи чіпати не потрібно). Деяка незручність в даній конструкції доставляє відсутність компенсації ваги кабелю при вертикальній поляризації. При невеликій довжині проблем не виникає - оператор сам тримає кабель, при великий. довжині доводиться підтримувати його додаткової рогаткою, увіткненої в землю поблизу активного вібратора. Кабель бажано розташувати перпендикулярно його стороні (при вертикальній поляризації він повинен розташовуватися строго горизонтально). Автор сподівається, що простота конструкції і виготовлення описаної ЕА спонукатимуть радіоаматорів на власні експерименти з антеною технікою, адже відомо, що кращий підсилювач РЧ - гарна антена. Така антена дозволить відчувати себе значно впевненіше в поході, на дачі, одним словом, скрізь, де потрібно забезпечити надійний зв'язок малою потужністю на великі (за "мірками" УКВ і QRP) відстані. Адже мала потужність - малі габарити самої апаратури і, головне, джерел живлення. Згадайте результати випробувань, наведені вище: тільки зміна спектру шумів на штатну антену радіостанції при вихідний потужності 4 Вт і 3-4 бали за "загрубленному" S-метру при 0,3 Вт - різниця суттєва!
Антена названа експериментальної - радіоаматор сам вирішить, як краще її виготовити з наявних матеріалів. У похідному варіанті (без дерев'яних рамок або футляра і кабелю) вона важить менше кілограма, зручна в перенесенні - однією рукою можна нести і антену і сумку (всередині рамок-вібраторів), а кінці ліс-траверс неважко зібрати в пучок і тимчасово закріпити кільцями ПХВ ізоляційної стрічки або КЛТ. Антена допускає перебувати поруч з нею (збоку) на відстані до 150...200 мм, що, у свою чергу, дозволяє використовувати кабель невеликої довжини. Не менш важливо і те, що вона нормально працює при малих висотах підвісу (хоча велика висота, якщо дозволяють обставини, анітрохи не завадить). На практиці верхній край вібраторів повинен знаходитися на висоті не менше 1 м (краще - 1,5...2м) від землі. Відстані між вібраторами обрані з урахуванням їх легкого запам'ятовування, що спрощує виготовлення антени у разі потреби (експромтом), а також у разі необхідності коригування положення вібраторів при їх випадковому зсуві.
Слід врахувати, що при використанні для виготовлення рамок нерівного (неотрихтованного) дроти виникає помилка, що виражається в подовженні периметра елементів. Застосування більш товстого дроту веде до збільшення власної ємності рамок, що вимагає відповідного зменшення їх периметра. Орієнтовно смугу пропускання F (в мегагерцах), яка зростає зі збільшенням діаметра провідника рамки (в тому числі і у вигляді стрічки), можна вирахувати, користуючись формулою, наведеною в [1]. Наприклад, для активного вібратора F - Рмах - Fmin - 304635/Рміп - 304635/Рмах, де Fmax і Fmin - верхня і нижня граничні частоти смуги пропускання, що відповідають мінімальному і максимальному периметрах рамки (рис. 10).
Стрічковий вібратор можна змоделювати з декількох проводів, електрично з'єднавши їх один з одним (рис. 10, б), що давно й успішно користуються при виготовленні зигзагоподібних телевізійних антен. Деколи, виготовляючи антену за описом, краще трохи збільшити діаметр проводів елементів, і, таким чином, "залишитися" в смузі пропускання, дещо втративши посилення антени.
Користуючись нагодою, хочу висловити подяку надали автору (вільно або мимоволі) допомога в експерименті: RA9LO, RA9LZ, RA9LE, UA9LFJ, RA9LT, UA9LAJ.UA9LP, UA9LDG, RA9LY. UA9LAC, UA9LR, RA9LAP, UA9LBG, а також радіоаматорам Свердловської області, встановив ретранслятор (канал IARU R1 145025 кГц - ТХ/145625 кГц - RX) і спонукав мене до цієї затії. Після довгих посиденьок під час експериментів з ЕА мені все ж вдалося виявити нечіткі сигнали з S2 QSB ретранслятора. Але на передачу, природно, двох ват не вистачило (QRB 300 км), щоб відкрити ретранслятор. Довелося виготовити звуковий генератор синусоїдальних коливань на електромеханічному фільтрі ЗЧ з частотою 1343 Гц і смугою пропускання 9 Гц (ШЫ2.067.064 за ТУ радіостанції "Кама-С"), щоб при "відкритті" репітера свердловскими станціями на тлі голосу міг "пролізти" слабкий телеграфний сигнал.
Але не тут-то було. Потрібно час і відмінне проходження, яке буває тільки раз у році", наприклад, як у листопаді 1996 р., коли з свердловчанами працювали ЧС безпосередньо, без ретрансляторів. Поки ж, застосовуючи ЧС телеграфию і натискаючи на голосові зв'язки, я зміг докричатися до наших "фірм". Вони по достоїнству оцінили якість моєї ЕА і зателефонували на контрольний пункт Госсвяэьнадзора, так як рівень мого сигналу (в напрямку на Єкатеринбург, а при експериментах - ів інших напрямках) компенсували придушення частот двометрового аматорського діапазону вхідний ланцюгом їх приймача (придушення дзеркального каналу). Експеримент довелося припинити.
Кілька слів про інших експериментах з рамковими антенами. Випробування двухэлементного "подвійного квадрата" показали, що для зв'язку всередині міста він підходить в якості "ненаправленою" антени з вертикальною поляризацією при потужності передавача 1...5 Вт. Будучи встановленим вище над дахом, він "дістає до самої землі" в будь-якому напрямку як при прийнятті, так і при передачі (експерименти автора з UA9LFJ). Придбання антеною ненаправленої властивостей пояснюється переизлучениями, відображеннями, наприклад, від будівель, проводів, металевих стовпів і інших конструкцій.
При використанні такої антени на краю міста вступає в силу її діаграма спрямованості, має досить широкий (приблизно 60° за рівнем 0,7) основний пелюстка і посилення близько 8 dBd (при розташуванні рефлектора на відстані 0,2 від вібратора і вхідному опорі 75 Ом). Завдяки цьому повертати антену не потрібно, достатньо направити її на місто.
При видаленні від міста останній займає все менший і менший кут на горизонті, а рівень сигналів падає пропорційно квадрату відстані, що відповідає більш вузькому основного пелюстка діаграми спрямованості (більшого коефіцієнту підсилення) у антен з підвищеним числом елементів.
Випробовувалася і семиэлементная ЕА, розташована всередині дерев'яного сараю. Ширина головного пелюстка виявилася рівною приблизно 40°, а посилення - близько 12 dBd.
Як з'ясувалося, вплив на налаштування активного елемента (в плані резонансної частоти і вхідного опору) з боку четвертого і наступних директорів можна не враховувати і число їх вибирати за потреби. При цьому не слід забувати, що при великому числі директорів хоча і можна сконцентрувати енергію до малого "плями", але недовго і "промазати" в напрямку на кореспондента як по азимуту, так і по куту місця. У той же час багатоелементні антени здатні працювати на меншій висоті. Відзначено збільшення сигналу на один бал при піднятті ЕА від початкової висоти всього на 300 мм. При зміні поляризації на горизонтальну (у кореспондента - вертикальна) сила сигналу падає на чотири бали. Більш точного узгодження фідера з антеною можна досягти переміщенням феритового кільця по кабелю.
Деякий опускання середніх елементів ЕА і підйом останніх директорів (через провисання траверс з леси), а також підвіска верхніх сторін елементів на одному рівні (аконцентрично) створює додаткові умови до невеликого підняття основної пелюстки діаграми спрямованості. Це також сприяє можливості низькою підвіски над поверхнею землі без ризику відображення і розсіювання сконцентрованої РЧ енергії поблизу антени. Разом з тим умови розповсюдження цієї енергії над самою поверхнею землі залишаються в межах розкриття головної пелюстки,
Література
- Ротхаммель До, Антени. М: Енергія, 1979. С. 267, 268.
- Ротхаммель К. Антени. М: Енергія, 1979. С. 232,233.
- Бесєдін Ст. УКХ Маячок. - KB журнал, 1998,N 2,с. 46,47.
- Бесєдін Ст. Адаптація радіостанцій промислового застосування до аматорським умов. - Радіоаматор. KB і УКВ., 1996, N 6, с. 26.
Автор: Віктор Бесєдін (UA9LAQ), р. Тюмень; Публікація: www.cxem.net