Выбор простой антенны для размещения типа "окно - дерево"

Рассмотрим три варианта размещения антенны (Горизонтальный диполь, вертикальный диполь, длинный провод). Рассмотрение задачи выбора простой проволочной антенны ведется для диапазона 14 МГц. (20 М), для низких этажей многоэтажных зданий.

1) Горизонтальный диполь, запитка в разрыв коаксиалом 50 Ом.

2) Вертикальный диполь, запитка в разрыв коаксиалом 50 Ом.

3)  Антенна длинный провод (LW), в частном случае еще и EFA ( end fed dipole) диполь, запитываемый с конца.

Антенна LW показана с примером согласующего устройства. 

4) Антенна типа Диполь, плечо которого есть оплетка коаксиального кабеля. Защита от ВЧ токов по оплетке с помощью защелки.

Схема простая, но этот вариант нельзя рассматривать для использования, т.к. магнитная защелка не сможет предотвратить утечку больших ВЧ токов по оплетке коаксиального кабеля в сторону передатчика.

Основные проблемы для всех этих антенн в данном размещении:

1) влияние земли

2) влияние здания

3) влияние дерева

Индивидуальные проблемы антенн:

Горизонтальный диполь (H Dipole):

1) Невозможность настройки после размещения этой антенны. 

2) однодиапазонность 

3) три провода на улице (два плеча и коаксиал)  И в глаза бросается, и в помещение  заводить

сложнее.

Вертикальный диполь (V Dipole):

1) Невозможность настройки после размещения этой антенны.

2) Поглощение деревом сигнала. 

3) однодиапазонность

4) три провода на улице (два плеча и коаксиал)   в отличие от горизонтального диполя менее заметен, в помещение всего один провод - коаксиал.

Длинный провод (Long Wire, LW): 

1) Меньший КПД, чем у диполя.

2) Требует согласующее устройство

По приоритетности установки я бы расставил их: LW, H Dipole, V Dipole.

Невозможность настройки - серьезный повод задуматься. Конечно, можно снять изменить размеры, заново повесить антенну, однако на настройку  могут еще влиять и атмосферные факторы. Следует заметить, что КПД плохорасположеного и ненастроенного диполя будет заведомо хуже чем настроенного LW. 

Рассмотрим теперь схемы согласования для данной LW антенны.

У согласования контуром (3) "антенна Фукса" имеет наихудший КПД. Следует отметить, что СУ по схеме (2) сбрасывает статику с полотна антенны.  Среди (1) и (2) варианта обычно СУ строят по (1), это так называемый Г - контур. 

Элементная база:

Катушка 2.5 мкГн намотана проводом (1 мм диаметр) на оправке 2 см в диаметре.

Катушку обязательно до намотки раcсчитать в Coil32!

Переменные конденсаторы бывают такие:

Лучше использовать с большой емкостью (485 пФ), на фото такого нет. На фото все КПЕ могут работать лишь при мощностях менее 5 Вт. Но для меня это достаточно.

Первый вариант СУ: 

Кабель до трансивера с магнитной защелкой, плата с компонентами, крокодилы заземления и подключения к полотну антенны. Провод заземления (0.5 м) можно оставить просто висеть неподключенным. Задача данного СУ, привести высокое сопротивление излучения (около 1000 Ом) к 50 Ом кабеля.   При настройке лучше стремиться к бОльшей индуктивности и меньшей емкости. Интересная особенность для согласования большого сопротивления излучения к меньшему (антенны с длиной полотна ламбда/2 и более), конденсатор настройки ставится со стороны полотна антенны, в обратном случае (укороченные антенны) со стороны трансивера. 

Небольшой эксперимент.

Эталонный генератор+СУ+осциллограф.

Настройка контура до получения максимальной амплитуды сигнала произошла при С = 50 + 1... 5 пФ

Тестовый сигнал Vpp = 2 В, f = 14.1 МГц.

Измерения:

Амплитуда на входе Vpp = 1.6 В. (зеленый)

Амплитуда на выходе Vpp = 4.8 В. (фиолетовый)

При отключенном LW от СУ, fр растет до 16 МГц.

При подключенном LW к СУ, fр = 14 МГц.

При свернутым в кольцо LW, fр снижается до 13 МГц.

LW вносит дополнительную емкость в контур и понижает частоту резонанса.

Осталось разобраться с добротностью. По определению добротность контура можно определить отношением напряжения на реактивном элементе Uc(Ul) к напряжению на активном сопротивлении (R) на частоте резонанса. Например я получил Uc pp = 2.25 В, а Ul pp = 1.2 В. Но при этом катушка является и реактивным и активным сопротивлением одновременно, и как это учитывать не ясно.

В конечном итоге получил следующий вариант:

Настраивать одной маленькой емкостью (КПЕ) оказалось непросто. Индуктивности тоже разные нужны. Поэтому в СУ добавлены два крокодила для подключения емкости, параллельно к КПЕ. А у катушки реализованы отводы (переключение крокодилом).

Практической настройкой подобраны следующие значения емкостей и индуктивностей:

Антенна LW 10 м.

Индуктивность:

0) 0 витков ~ 0.1 мкГн

1) 7 витков ~ 1.6 мкГн

2) 14 витков ~ 4.6 мкГн

3) 21 виток ~ 8.2 мкГн

===========================================

Подключаемая емкость "С1" разных номиналов.

===========================================

Переменная емкость "C" 6...80 пФ (нет данных, это оценка)

min= 6 пф, mid = 40 пФ, max = 80 пф

==========================================

Таблица согласования:

1.8 МГц (160 М)

SWR = Всегда плохо (10 делений из 10)

============================================

3.6 МГц (80 М)

L3 (5.4 мкГн) + С1 (470 пФ) + С (max)

SWR = Посредственный (4 деления из 10)

============================================

7.1 МГц (40 М)

L1 (1.8 мкГн) + С1 (470 пФ) + С (max)

SWR = Посредственный (4 деления из 10)

Область согласования по SWR = "1" лежит

от 6.000 МГц до 6.700 МГц dF = 700 кГц

============================================

10.1 МГц (30 М)

L3 (5.4 мкГн) + С1 (50 пФ) + С (max)

SWR = Отличный (0 делений из 10)

Область согласования по SWR = "1" лежит

от 10.000 МГц до 10.400 МГц dF = 400 кГц

============================================

14.2 МГц (20 М)  (максимальный КПД в этом диапазоне)

L3 (5.4 мкГн) + С1 (7.5 пФ) + С (max)

SWR = Отличный (0 делений из 10)

Область согласования по SWR = "1" лежит

от 13.900 МГц до 14.400 МГц dF = 500 кГц

============================================

18.1 МГц (17 М)

L1 (1.8 мкГн) + С1 (22 пФ) + С (max)

SWR = Отличный (0 делений из 10)

Область согласования по SWR = "1" лежит

от 17.300 МГц до 18.300 МГц dF = 1000 кГц

=============================================

21.2 МГц (15 М)

L1 (1.8 мкГн) + С1 (33 пФ) + С (max)

SWR = Отличный (0 делений из 10)

Область согласования по SWR = "1" лежит

от 20.700 МГц до 21.600 МГц dF = 900 кГц

=============================================

24.95 МГц (12 М)

L1 (1.8 мкГн) + С1 (22 пФ) + С (min)

SWR = Хороший (1 деление из 10)

Область согласования по SWR = "1" лежит

от 24.100 МГц до 24.700 МГц dF = 600 кГц

=============================================

28.5 МГц (10 М)

L1 (1.8 мкГн) + С1 (7.5 пФ) + С (mid)

SWR = Отличный (0 делений из 10)

Область согласования по SWR = "1" лежит

от 27.600 МГц до 28.800 МГц dF = 1200 кГц

=============================================

27.135 МГц (CB)

L1 (1.8 мкГн) + С1 (7.5 пФ) + С (max)

SWR = Отличный (0 делений из 10)

Область согласования по SWR = "1" лежит

от 26.800 МГц до 28.100 МГц dF = 1300 кГц

Итого: Есть все диапазоны от 10 МГц до 28 МГц.

Для диапазона 40М область согласования оказалась на частотах 6.000...6.700 МГц, что

эквивалентно более длинному полотну антенны, чем необходимо. Я попробовал реализовать укорочение

емкостью. Для диапазона 40М схема согласования:

КПД скорее всего невысокий.

Оценим теперь диаграммы направленности полученной антенны.

Для диапазонов: 40М...15М (7МГц...21 МГц)

Для диапазонов: 12М...10М (24МГц...28 МГц)

Видим, что антенна обладает зенитным излучением, для диапазонов 40М...15М (7МГц...21 МГц). И лишь при частотах выше 24 МГц, угол излучения снижается. Таким образом такую антенну можно использовать для ближних и односкачковых связей. 

Таблица импендансов, и углов излучения для разных частот этой антенны:

Ссылки:

[1] Расчет катушек индуктивности  [http://coil32.ru ]

[2] Анализ антенн в MMANA-GAL  [http://gal-ana.de/basicmm/ru/] 

[3] Борис СТЕПАНОВ, EFA — "запитываемая с конца антенна" [http://rfanat.ru/s13/an-r205.html ]

[4] «Неумирающая антенна Фукса» (Радио, 2007, № 5 стр.67,68)

[5] Евгений Кузнецов "Антенна Фукса",  [http://www.433175.ru/index.php?newsid=834] (CQ-QRP #32)

[6] Владимир Тимофеевич Поляков, "Об антенне HB9SL" CQ-QRP #16 (Весна 2007)

[7] "Согласование антенн случайной длины" [http://qrp.ru/media/kunena/attachments/1180/.pdf]

[8] Вариометр на трехпозиционных переключателях [http://qrp.ru/media/kunena/attachments/2110/Variometr_2015-11-21.pdf]

[9] Г.Члиянц, В.Гончарский "Универсальное согласующее устройство" [http://qrp.ru/media/kunena/attachments/2110/ATUuniversal.pdf]

[10] Николай Левочкин, "Простой антенный тюнер" [http://rfanat.ru/s15/su_ua3tcw.html]

[11] Иван (RA3WDK), "Дешевый тюнер для импортных (и не очень) трансиверов " [http://rfanat.ru/s14/ant41_06.html]

[12] Hendricks QRP Kits, BLTplus [http://qrpkits.com/files/BLTplusManualv21.pdf]

[13] Игорь Гончаренко, "Сравнение тюнеров"  О том, как узнать область импедансов, которые могут согласованы конкретным антенным тюнером и сравнение по этому параметру разных схем тюнеров. [http://dl2kq.de/ant/3-100.htm]

Немного больше про данную антенну и другие радиотехнические самоделки можно прочитать в моей книге "Практика радиолюбителя. Антенны, маяки, скиммеры." см.  http://lavrinenkov.blogspot.com/2019/04/amateur-radio-practice.html

Успехов в проектирования антенн и согласующих устройств!

72/73! 

Лавриненков Игорь Сергеевич  / R2AJA

Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру