Проектируем траповый диполь 20+40 метров [W3DZZ, Trap Dipole 20+40 meters]
Для работы в полевых условиях на основных диапазонах 20 и 40 метров я обычно использую антенну Linked Dipole - Диполь с переключением полотна с помощью крокодилов. Такая антенна легкая, причем ее можно улучшить, добавляя промежуточные диапазоны просто добавляя конденсаторы в разрыв полотна антенны (по материалам http://goryham.qrz.ru/ant/upa7-10-14.htm "Простая носимая антенна на 7-10-14МГц" от UA6HJQ)
Но, в некоторых ситуациях, переключать антенну может быть неудобно, ведь для опускания полотна антенна требуется складывать удочку, либо опускать два плеча антенны. На морозе удочка может смерзнуться и не складываться, кусты и заросли, сугробы могут мешать доступу к краям антенны для их переключения. Ночное время или осадки также фактор - не способствующий вылазкам из под навеса для переключения антенны.
Вопрос многодиапазонной антенны может решаться по-разному. В данном случае рассмотрим диполь 20+40 метров с трапами. Трап - это параллельный LC контур. Любой контур обладает резонансной частотой и добротностью, которая связана с полосой пропускания. Вместо подключаемых крокодилов мы установим такие контуры, которые помогут работать антенне на двух разных частотах.
Алгоритм:
1. Рисуем диполь верхнего диапазона (плечи по 5.2 м на 20М) на заданной высоте, ставим источник в центре; 2. Добавляем элементы нижнего диапазона (плечи по 4.5 м на 40М) с LC элементами на концах; 3. Подбираем желаемую центральную частоту у трапа, для верхнего диапазона определяем необходимую индуктивность для заданной частоты и ёмкости (Используем С = 100 пФ); 4. Корректируем размеры плеч верхнего диапазона (уменьшаем), для получения минимума КСВ на частоте трапа; 5. Корректируем размеры плеч нижнего диапазона , для получения минимума КСВ на нужной частоте диапазона; 6. Помним, что расчет ведётся для провода без изоляции. Провода в изоляции на практике будут более короткими.
Модель антенны:
Трапы помечены красными крестиками. Параметры трапов: С=100 пФ. L=1.274 мкГн. В программе легко подбирать величину L, при фиксированном С, задавая параметр F/B1 (резонансная частота). Добротность принимаем за среднюю 300 (она может быть реально от 100 до 500). Трап должен быть настроен на частоту верхнего диапазона. Практически из модели хорошо видно, что если установить трап 13.5 МГц (ниже) или 14.5 МГц (выше), антенна совершенно расстраивается в рабочей полосе 20М! Практически, для выбранной частоты трапа 14.1 МГц он может быть в допуске от 13.9 до 14.2 МГц, с ростом отклонения частоты Трапа от заданной, согласование антенны ухудшается. При ёмкости 100 пФ для частоты 13.9 МГц нужна индуктивность 1.311 мкГн, а для14.2 МГц 1.256 мкГн.
На полосу и резонанс верхнего диапазона также немного влияют и длины проводников за трапами!
Внешний вид трапов от Sotabeams(на фото справа):
Кольца Amidon желтые Т50-6, 17 витков, индуктивность 1.4 мкГн. Если отмотать 1 виток, то индуктивность снизиться до 1.2 мкГн. Я привел эти цифры, показать, что индуктивность изменяется достаточно быстро, в рамках точности настройки такой антенны. У показанных трапов практическая резонансная частота получилась 13840 и 13900 КГц. Я думаю, вполне возможно изготовить трап используя простую двухконтактную площадку и самодельную бескаркасную катушку.
Расчет ведется для провода без изоляции с R = 1.5 мм. Использование более тонкого провода, сужает полосу антенны и увеличит КСВ. Рассматриваем случай с небольшим влиянием земли, высота подвеса = 10 метров. Получаем плечо для 20М длиной 5.1 метра, плечо для диапазона 40М длиной 9.6 м. Отмечу, что если бы антенна была без трапов, длина плеча на 40М составила бы около 10.1 метра (длиннее), а для диапазона 20М - 5.2 метра (длиннее). На нижней частоте трап работает как удлиняющая катушка, поэтому полотно укорачивается, а вот почему он не работает как укорачивающий конденсатор? =) Посмотрим на полосу пропускания верхнего диапазона 20М:
Картина не радужная, полоса диапазона по уровню КСВ=2 составляет около 70 кГц (потери на рассогласовании 11.1%) , диапазон полностью не перекрывается, либо придется работать с повышенным КСВ=3 (потери рассогласования 25%). В моей видно, что трап на частоту 14.1 МГц обеспечивает минимум КСВ антенны на 14.15 МГц (чуть выше), для сдвига полученной частоты вниз следует скорректировать длину антенны (удлинить плечи 20М до 5.15, каждое, здесь я этого не сделал, считаем, что получилась антенна на частоту 14.15 МГц). При использовании кабеля RG-58 длиной 10 метров на центральной частоте 14.1 МГц, Zант= 90-j50, приведенное ко входу трансивера Z=22+j2 Ома, что будет расценено им как КСВ=2, потери в линии составят 1.44 дБ (28.2 %) без использования тюнера со стороны трансивера, и 0.77 дБ (16.3%) с использованием идеального тюнера. В начале диапазона Zант= 75-j90, приведенное ко входу трансивера Z=15.5+j5 Ома, что будет расценено им как КСВ=3, потери в линии составят 2.55 дБ (44.4 %) без использования тюнера со стороны трансивера, и 1.12 дБ (22.8%) с использованием идеального тюнера. В конце диапазона Zант= 115+j90, приведенное ко входу трансивера Z=18.4-j21.3 Ома, что будет расценено им как КСВ>3, потери в линии составят 0.9 дБ (41.9 %) без использования тюнера со стороны трансивера, и 1.12 дБ (18.2%) с использованием идеального тюнера.
При использовании Трапа с емкостью 1000 пФ, индуктивность составит 0.127 мкГн, а добротность снизится почти в 10 раз. Антенна расстроиться на частоте 14.1.
При использовании Трапа с емкостью 10 пФ, индуктивность составит 12.741 мкГн а добротность увеличиться почти в 10 раз. Полоса антенны расширяется, во всем диапазоне 20М КСВ менее 2 (полезно).
Практически же вариант с емкостью 100 пФ - оптимальный. Катушка легко изготавливается, содержит разумное количество витков (меньшие омические потери в проводе катушки).
Теперь рассмотрим нижний диапазон 40М.
Похоже, никаких проблем. КСВ во всем диапазоне не выше 1.8. Для кабеля RG-58 длиной 10 метров в наихудшей точке 7.200 МГц. Zант= 80+j25, приведенное ко входу трансивера Z=32+j13 Ома, что будет расценено им как КСВ > 1.5, потери в линии составят 0.77 дБ (16.3 %) без использования тюнера со стороны трансивера, и 0.45 дБ (9.8%) с использованием идеального тюнера.
Диаграммы направленности данной антенны близки к диаграммам обычных диполей на такой же высоте.
20 метров:
40 метров:
Усиление на диапазоне 40М чуть хуже, из-за укорачивания полотна антенны.
Давайте теперь рассмотрим влияние земли на полосу и согласование антенны. Для этого просто опустим модель на высоту 5 метров.
20 метров:
(меньше точек)
(больше точек)
40 метров:
Полезного не добавляется.
Теперь перейдем от диполя к диполю с наклонными концами - Inverted-V. Зададимся высотой вершины около 8 метров, краев 2 метра, что в большинстве случаев и бывает на практике. Трапы на частоту 14.05, при ёмкости 100 пф и индуктивности 1.28 мкГн.
Описание антенны в формате Mmana-Gal:
W3DZZm Inv-V 20+40 М, 100 пФ, 1.274 мкГн
*
14.1
***Wires***
5
0.0,-0.01,8.0,0.0,0.01,8.0,8.000e-04,-1
0.0,-0.01,8.0,0.0,-4.1,5.0,8.000e-04,-1
0.0,0.01,8.0,0.0,4.1,5.0,8.000e-04,-1
0.0,-4.1,5.0,0.0,-7.7,2.0,8.000e-04,-1
0.0,4.1,5.0,0.0,7.7,2.0,8.000e-04,-1
***Source***
1,0
w1c,0.0,1.0
***Load***
2,1
w4b,0,1.28318,100.0,0.0
w5b,0,1.28318,100.0,0.0
***Segmentation***
800,80,2.0,2
***G/H/M/R/AzEl/X***
2,0.0,3,50.0,120,60,0.0
График КСВ на 20М:
График КСВ на 40М:
Все также посредственное согласование.
А вот такой был бы график, если бы 40М концы отвалились вместе с трапами:
20 метров:
КСВ улучшается, полоса шире, резонанс смещается вверх по частоте. Значит, плечи простого инвертед - Ви должны быть длиннее для работы в диапазоне.
Данная статья подготовлена после пробного использования трапов в моей антенне Linked Dipole (2023.05.13)
Где я и заметил, завышенный КСВ (2.3) для диапазона 20М, и смещенный резонанс для диапазона 40М (6800 кГц), т.к. не укорачивал края антенны.
20 метров:
40 метров:
Это хорошо соответствует моделированию, проведенному выше. Таким образом, траповый диполь можно считать сложной в настройке антенной, с посредственным КСВ и узкой полосой.
Комментариев нет:
Отправить комментарий