среда, 30 августа 2017 г.

Сборка антенны Uda-Yagi 2 элемента на 20 М на буме 2 м

Антенны типа "Волновой канал" давно представляют для меня интерес.
В данном материале напишу про сборку своего варианта антенны: о выборе диапазона, материалов, настройке и использовании.

Проект такой антенны родился из просмотра материалов про антенны "бедных радиолюбителей", также "веревочных Яги":

1) Хороший материал с расчетами:
Огородно-полевая антенна (Блог Гоши Радиста)
2) Несимметричная Яги из проволоки:
Несимметричная проволочная Яги. Форум qrz-e.ru RZ9CJ
3) Направленная вертикальная Яги из проволоки:
Носимая направленная лёгкая КВ антенна UA6HJQ

2 и 3 варианты мне не подошли, из-за сложности с вращением данных антенн. По большему счету данные антенны для ориентации в одном направлении стационарно.
1 вариант  - использовать удочки и закрепленные на них проводники под мой проект подходит больше, т.к. есть реальная возможность оперативной ориентации антенны.
Для антенны "Волновой канал"  на 20 М диапазон необходимы плечи (удочки) длиной 5-6 метров. Цена каждого плеча в таком случае около 1000 р (2017 г.). А не выгоднее ли просто купить алюминиевые трубки в строительном магазине и составить из них плечи антенны?
С этим я и отправился на сайт, а затем в магазин Leroy Merlin.
Первая карта деталей для сборки выглядит следующим образом:

На карте показаны предполагаемые элементы антенны и крепежи. В трубках выполняются крест накрест пропилы, а фиксация  хомутами стяжками. Сами трубки лежат на уголках-носителях. В качестве траверсы - штанга из алюминия для одежды. Носители крепятся к траверсе водопроводными прорезиненными хомутами. Единственная сложность - найти U-образные болты для фиксации труб к уголковым носителям. В магазине http://moskrep.ru/ (МОСКРЕП)
они называются Болт оц. U-образный UBZ 1/2 M6, единственное место, где можно нормально их купить.
В дальнейшем схема антенны упростилась, для директора используется одна труба на носителе, а с краев вставляются плечи.

Фото основы антенны: Траверса, носители, трубки в разобранном виде.

Фото начала сборки: Траверса, носители, первые сегменты плеч

Узел подключения кабеля к вибратору:
Еще фото. Сверху первая труба "Директора"


Ранее у меня были идеи о сборке 3 элементного волнового канала, но в итоге, из-за дополнительных вопросов с настройкой, а также креплением и подъемом более массивной конструкции остановился на 2-х элементах.

Двухэлементная антенна строится по формуле: "Вибратор" + "Директор", как наиболее оптимальный вариант.
(см. книги: Ротхаммель, И.Гончаренко)
Ультракороткий Бум (траверса) всего 2 метра (точнее 1.94 м).

Диапазон 20М выбрал потому что:
- почти всегда работает;
- почти у всех есть антенны на этот диапазон;
- еще доступные габариты (размах около 10 метров).

К слову сказать, данная антенна допускает работу на 17М, 15М, 12М, 10М при изменении длины плеч.

Сводка по закупке деталей для антенны: (2016 г)

т.е. из металла она получилась не дороже, чем из удочек. Масса около 5.5 кг.

Предварительные расчеты антенны в МАННА представлены в таблице:
Для 20М:
Важно отметить, что с моим комплектом трубок

Максимальная длина директора = 10.8 М;
Максимальная длина вибратора = 11.2 М;
Максимальная длина директора без крайних секций= 9.2 М;
Максимальная длина вибратора без крайних секций = 7.6 М;
т.е. для построения антенны "Рефлектор+Вибратор" уже не хватает длины, т.к.
нужно около 11.8 м для высоты подвеса 7.5 м и частоты 14.2 МГц.

Схема плечей антенны:

По схеме удобно прикидывать, как меняются размеры при добавлении или удалении сегментов. Также отмечу, что для двухметровых трубок рабочая длина 1.8 метра, для однометровых - 0.9 метра.

Расчеты антенны в МАННА для 17М, 15М, 12М, 10М: представлены в таблице:




При сборке антенны на местности первым делу уточняю высоту подвеса антенны - получилось 4 метра. Да, немного, но что имеем с тем и работаем. Ввожу новые данные для антенны в ММАНА (центральная частота 14.050 МГц)
И получаю для вибратора длину 10.8 метров, для директора длину 9.76 метров.

КСВ по уровню 1.5 достигается в полосе 300 кГц (почти полный охват диапазона)

Данная модель упрощена - трубки имеют постоянный диаметр 14 мм, траверса отсутствует, нет прогиба трубок под собственной тяжестью. Но что если мы рассчитаем более точную модель, с учетом этих параметров? Добавим изменение радиуса трубки 16-14-12-10 мм, траверсу и изгиб (края антенны ниже траверсы на 40 см).
При неизменных длинах плеч  антенны получим:
Выросло активное сопротивление до 80 Ом, ухудшилось F/B на 2 дБ.
КСВ по уровню 1.5 сузилось до 200 кГц, а центральная частота ушла выше до 14.3 МГц!:
Лечение проводим удлинением элементов антенны:
Для вибратора длина 11 метров, для директора длина 9.88 метров!
На картинке показана траверса,
т.к. она изолирована от плечей волнового канала, ее влияние незначительно.
Активное сопротивление  53 Ом,  F/B около 6 дБ. Да, немного, но и высота подвеса антенны небольшая. При этом согласование я хочу получить конструктивное, т.е. меняя только геометрию антенны, а это не будет оптимальным вариантом по критериям Ga и F/B.

КСВ по уровню 1.5 на полосе 280 кГц, центральная частота около 14.050 МГц.
Практическая настройка антенны свелась к операциям поднимания/опускания и коррекции длин плечей антенны. Расстояние между Вибратором и Директором в небольших пределах не сильно изменяет настройку антенны, а уменьшение даже до расстояния 1.5 м снижает F/B на 2 дБ, а усиление почти на 1 дБ, при этом активное сопротивление растет, а реактивное уменьшается (в отрицательные значения), зенитный угол растет (плохо).

Важно помнить, увеличение директора снижает активное сопротивление антенны.

Правила настройки:

1) Корректировать длину вибратора, чтобы наилучшее значение КСВ было на заданной частоте;
2) Корректировать длину директора, для достижения наилучшего КСВ.

Пример итераций:

14000
14060
14300
14500
Директор, см
Вибратор, см
3
2
3
4
+10 +10
+10 +10
2
2
0
3
+10 +10
+0 +0
3
2
1
2
+5 +5
+0 +0
3
3
3
3
+5 +5
+10 +10
2
1
3
4
+15 +15
+10 +10
0
0
3
5
+20 +20
+10 +10








(по правилам начал действовать с третей итерации)

Для оценки согласования я использовал встроенный КСВ-метр Yaesu-FT817.
Представленная таблица итераций показывает частоты, и индикацию SW трансивера. Также показано на сколько я удлинял каждое плечо вибратора и директора относительно расчетных величин простой модели антенны..

В более понятном виде практическая оценка рабочей полосы:

кГц
14000
14050
14100
14150
14200
14250
14300
SW
0
0
0
0
1
3
3
КСВ
<1.5
<1.5
<1.5
<1.5
>1.5
>2
>2




SW - показания КСВ-метра Yaesu-FT817.


В итоге опытным путем я получил длины элементов для 20 М:
Вибратор = 11 м, Директор = 10.2 м.
Ширина полосы по уровню КСВ =1.5 - порядка 150 кГц


А для 17М:
Вибратор = 8.52 м, Директор = 7.4 м. (тоже немного длинее расчетных значений)

Запитка антенны выполняется кабелем с волновым сопроивлением 50 Ом, через бухту
диаметром 11 см, 13 витков, для уменьшения влияния кабеля на ДН антенны.

Вращение антенны выполняется вручную, в качестве опоры антенны - вкопанный столбик на который наваливается мачта.

Фото антенны 20 М:

Фото ее же для 17 М:

Фото для 15 М: 

На 15 М она смотрится ровнее, да и на ветру меньше раскачивается =)

Антенна не рассчитана на сосульки, сильные ветра и прочие неприятности и достаточно сильно выгибается под собственным весом:

Если необходима жесткость, следует увеличивать размеры трубок, траверсы, добавлять оттяжки, и все это увеличит массу антенны.

В сравнении с вариантом 1) или 3) собранная антенна не уступает по параметрам Ga, F/B  (если сравнивать на высоте установки от 7 метров)

Первые включения антенны для работы с автоматическим маячком показали ее работоспособность, дальнейшие наблюдения и комментарии о работе - в новых материалах.


Надеюсь, данная статья добавит вдохновения радиолюбителям на построение своей первой антенны Уда-Яги для работы на КВ. 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




Лавриненков Игорь / R2AJA

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

1 комментарий:

  1. Как показала себя антенна на диапазоне 20 М ? Были испытания ? А то в статье написано,что антенна работала только в качестве маячка.

    ОтветитьУдалить