В продолжение моих экспериментов над ЕН антеннами было решено построить ЕН антенну для диапазона 160 метров. Материалом для ее изготовления послужили ... два бачка для вываривания белья

Они изготовлены из тонкого оцинкованного стального листа и имеют следующие размеры диаметр днища 324мм, верхний диаметр 384мм, высота 380мм. Безусловно, более предпочтительным было бы применение меди или алюминия, но для диапазона 160м цинк имеет вполне приемлемые характеристики. Антенна представляет собой "дипольную" конструкцию, составленную из бачков, обращенных днищами друг к другу. Между собой они соединены с помощью трех деревянных, пропитанных парафином стоек

Дополнительно по центру расположена полиэтиленовая труба диаметром 50мм, которая служит каркасом для "изолирующей катушки", состоящей из 10 витков провода ПЭВ-2 1,5мм. Эта катушка, как было сказано ранее, служит для снижения уровня излучения соединительных проводов. Такая конструкция, к сожалению, не позволяет полностью реализовать свойства антенны ввиду того, что электрическое поле, силовые линии которого расположены между днищами, не участвует в излучении. С другой стороны, это позволяет увеличить емкость между элементами, что способствует снижению действующего между ними напряжения. Расстояние между днищами выбирается равным их диаметру 320мм. Этот выбор определяется, исходя из трех различных требований емкость между элементами, электрическая прочность и кривизна силовых линий. И такой выбор является той самой " золотой серединой ". Уменьшению кривизны силовых линий, а, значит, увеличению уровня излучения под малыми углами к горизонту, способствует также то обстоятельство, что элементы антенны имеют слегка коническую форму.

Далее конструкция антенны выглядит следующим образом. К внутренней стороне днища нижнего элемента крепится металлический фланец с коротким (150мм) отрезком трубы, в которую вставлен метровый отрезок полипропиленовой трубы диаметром 50мм, который одновременно служит каркасом для катушки, настраивающей систему в резонанс. Эта конструкция не является абсолютно оптимальной, а тем более, всепогодной. Это макет, на котором автор хотел продемонстрировать принцип построения ЕН антенн этого диапазона. И одной из главных задач была минимизация затрат на макетирование. Итак, проследим полностью конструкцию антенны.

Верхний элемент, обращенный днищем вниз.
К днищу присоединяется один вывод "изолирующей катушки".
Второй ее вывод пропускается вовнутрь верхней трубы (желательно по центру), установленной между днищами.
Нижний элемент, обращенный днищем вверх. В днище по центру делается отверстие, приблизительно равное внутреннему диаметру верхней трубы.
Металлический фланец, прикрепленный к днищу изнутри нижнего элемента.
Нижняя полипропиленовая труба, вставленная в фланец, на которую одет каркас для катушки.
Основная, "резонанcная" катушка. Ее начало соединяется со вторым выводом "изолирующей" катушки проводом, проходящим внутри как верхней, так и нижней трубы. Расстояние начала катушки от днища - около 200мм. Заметьте, катушка располагается внутри нижнего элемента. Конец катушки присоединяется к центральной жиле питающего кабеля.
Оплетка кабеля проводом, проходящим внутри как нижней, так и верхней трубы, по возможности ближе к стенке, через отверстие в верхней трубе, поближе к ее нижней части, присоединяется к наружной части днища нижнего элемента.

Рассмотрим теперь более подробно принципы фазирования антенны. В данном случае емкость антенны равна 30 Пф. Ее реактивное сопротивление на частоте 1830 кГц равно 2900 Ом. Примем сопротивление излучения равным 30 Ом. Строим векторную диаграмму.

По горизонтали откладываем величину сопротивления излучения, по вертикали - реактивное сопротивление антенны. Гипотенузой треугольника будет полный импеданс антенны. Утверждение авторов о том, что в антенне присутствует собственная индуктивность, создаваемая, якобы, током смещения, сомнительно. На данный момент, насколько мне известно, не существует методики расчета этой виртуальной индуктивности. Исходя из каких критериев авторы делают поправку значения фазового угла импеданса антенны на величину около 2 градусов - вопрос пока открытый. Однако, на практике эту разницу можно легко компенсировать настроечными элементами. В нашем случае, без учета виртуальной индуктивности, фазовый угол равен 89,4 градуса. Введем поправку, получаем 87,4 градуса. По вновь построенному треугольнику находим величину индуктивности, которая необходима для настройки антенны в резонанс ( компенсация емкостной составляющей ). Далее наступает самый важный момент. Как было справедливо отмечено в [ 2 ], в таком виде эта антенна еще не является ЕН антенной. Для ввода антенны в ЕН режим, необходимо ввести дополнительный фазовый сдвиг в 90 градусов, чтобы поля Е и Н в антенне стали синфазными, т.е. ввести дополнительные корректирующие цепи.

Для любителей QRO проведем энергетический расчет антенны. Пусть Рвых = 1 кВт. Ток в антенне I = ( P вых / R изл )^0.5 = 5,77A. Напряжение между элементами антенны U = I * ( Rизл + j X ) = 5,77 * (30 + 2900) = 16906 B !!

Теперь производим расчет и конструирование фазирующе-согласующей цепи.

А. Выбираем тип фазирующе-согласующей цепи. Мне больше нравится цепь с последовательным резонансом с применением L-T контура. На сайте авторов концепции wwweh-antenna.comсвободно доступна программа для расчетов этой цепи. При этом необходимо учитывать следующее обстоятельство. Эту цепь условно можно представить в следующем виде

1. L -контур (Г-контур в русскоязычной транскрипции), преобразующий выходное сопротивление трансивера в промежуточное значение, приблизительно равное сопротивлению излучения антенны (25 - 35 Ом ), а также вносящий небольшой фазовый сдвиг.

2. Т-контур, предназначенный для обеспечения требуемого фазового сдвига с учетом внесенного L -контуром.

3. Катушка, составляющая совместно с емкостью между элементами последовательный контур, настроенный на требуемую частоту.

В программе авторов Ls состоит из катушки - контура и левой катушки Т-контура. Соответственно, Ll - это сумма правой катушки Т-контура и резонансной катушки, при этом более 90% индуктивности составляет резонансная катушка. Фазирующе- согласующую цепь можно смонтировать непосредственно на антенне, однако я предпочел следующую конфигурацию резонансная катушка на антенне - питающий кабель - L-T контур возле трансивера. Дело в том, что в дальнейшем я предполагал преобразовать эту конструкцию в двухдиапазонный вариант путем закорачивания с помощью ВЧ реле части витков резонансной катушки со стороны "холодного", т.е., подключенного к питающему кабелю, конца для получения резонанса в диапазоне 3,5 Мгц и соответствующей коммутации L-T контура. Коммутация же двух отдельных цепей, находящихся под очень высоким ВЧ напряжением, сопряжена со значительными затратами. Но выбранная конфигурация требует применения кабеля с электрической длиной, кратной половине длины волны, так называемого полуволнового повторителя, поскольку сопротивление излучения антенны, по определению авторов, находящееся в пределах 30 Ом, не соответствует волновому сопротивлению питающего кабеля. В противном случае неизбежны дополнительные потери.

Б. Измеряем емкость между элементами. В моем варианте она составляет 30 Пф.

В. Выбираем центральную частоту, на которую будет настроена антенна. Я собирался работать телеграфом, поэтому Fp = 1830 кГц.

Г. По формуле F = 1/2П(LC)^.5 находим величину индуктивности резонансной катушки. L = 252,37uH

Д. По формуле L = 0,01Dw^2 / ( l/D + 0,44 ) находим индуктивность "изолирующей катушки". Lи = 5uH. "Изолирующая катушка" включена последовательно с основной и входит в состав резонансной катушки. Тогда индуктивность основной катушки Lp = L - Lи = 247,37uH

Е. Пользуясь программой и задавая известные величины Freq (частота) = 1.83 mHz Ant. Capacity (емкость антенны) = 30 Pf, Source resistance (выходное сопротивление трансивера) = 75 Оhm, Intermediate resistance (промежуточное сопротивление - выбираем приблизительно равным сопротивлению излучения) = 35 Ohm, Load resistance> (ориентировочное значение сопротивления излучения) = 30Ohm - находим значения емкостей и индуктивностей фазирующе-огласующей цепи. В данном случае Cs = 1240Pf, Cl = 1978,8Pf, Ls = 9,86uH, Ll = 258,34uH. Индуктивность правой катушки L - T контура найдем из формулы Lт = Ll - L = 6uH. В качестве Cs и Cl применяем переменные конденсаторы от старых радиовещательных приемников, соединяя параллельно две секции и добавляя конденсаторы постоянной емкости 1000Пф для Cs и 1500Пф для Cl. Катушки наматываем на полиэтиленовых каркасах диаметром 50мм, при этом Ls содержит 18 витков провода ПЭВ-2 2,0мм, а Lт - 11 витков этого же провода. Что касается катушки Lp, то вначале была попытка намотать ее на вышеуказанной трубе диаметром 50мм. Однако, ее длина оказалась довольно большой, поэтому на трубу был одет дополнительный пластмассовый каркас диаметром 100мм, на котором и была намотана катушка Lp, состоящая из 78 витков провода ПЭВ-2 1,5мм.

Ж.. Подключаем коаксиальный кабель, устанавливаем антенну на необходимую высоту.

В данном варианте было предпринято следующее. Антенна была установлена на крыше 16-этажного дома. Его поперечные размеры 16 х 28 метров. На крыше смонтировано служебное помещение 6 х 8 метров и высотой 4 метра. На нем и была установлена антенна на мачте высотой 4 метра. Как утверждают авторы концепции, на таких частотах многоэтажное строение можно рассматривать как "толстую мачту". Для проверки этого предположения и было выбрано это здание. Антенна была запитана отрезком коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом и длиной 15 метров. Кабель вертикально опускался вниз, затем был уложен по крыше.

З. С помощью ГСС и резистивного мостового КСВ-метра вращением роторов конденаторов Cs и Cl настраиваем антенную систему до получения КСВ = 1 на центральной частоте резонанса.

И. Измеряем полосу пропускания антенны по КСВ = 2. В данном варианте она составляет 30 кГц, т.е. при резонансной частоте 1830 кГц крайние частоты по КСВ = 2 соответственно равны 1815 и 1845 кГц.

Антенна, установленная на рабочей позиции, изображена на фото 4.

Автор четко представляет себе, что данные размеры элементов антенны, образующих емкость - это MINIMUM MINIMORUM для диапазона 160м. Нормальная конструкция выглядела бы следующим образом два цилиндра диаметром около 40см и длиной 125см и расстоянием между ними 40см, т.е. общая высота около 3м. В данном варианте общая высота равна 108см. Однако, автора вдохновило то, что W0KPH испытывал антенну для диапазона 20м с соотношением диаметра цилиндра к его длине равным 0,86.

Испытания антенны было решено провести во время CQ WW 160 CW контеста. К сожалению, из-за нехватки свободного времени удалось поработать только одну ночь c 21 30 UT субботы 25, до 03 30 UT воскресенья, 26 января 2003г. Но и этого оказалось достаточно, чтобы сделать определенные выводы. В общей сложности за 6 часов работы проведено 150 QSO, сработано 33 страны. Работа проводилась в основном на поиск, на CQ проведено около 20 QSO. Для начала вроде бы неплохо, но...

1. Все сработанные страны находятся в секторе, ограниченном Нидерландами, Бельгией, Кувейтом, Таджикистаном, Уралом. С американского континента слышал только VE1ZZ, но он ходил на поиск.

2. В начале работы я у некоторых корреспондентов спрашивал реальный RST. Иностранцы, не понимая, о чем я у них спрашиваю, давали 599 и аббревиатуру страны. Зато UA6LV и UA9AT дали 579. Негусто для усилителя с Ua = 1200V и Ia = 0,5A, и антенны, расположенной на крыше 16-этажного здания, стоящего на возвышенности.

3. Во время работы наблюдались некоторые "странности". Например, станции Кувейта, Нидерландов отвечали с первого раза. В то же время некоторые достаточно громко идущие станции Югославии, Чехии упорно не хотели отвечать на мой вызов. Были станции, которые переспрашивали мой позывной по несколько раз, хотя находились они ближе.

4. Пытался я работать и на частотах выше 1845 кГц (КСВ = 2). Отвечают, но вяло. Особенно "понравилось" вызывать G6PZ, стоящего на частоте 1869 кГц. Около 10 подходов к нему оказались безуспешными.

5. Однако, есть один положительный момент. Как мой дом, так и это 16-этажное здание находятся неподалеку от целого ряда высоковольтных ЛЭП. И если на Inverted Vee шум в сырую погоду порой доходит до 9 баллов, то с этой антенной уровень шума не превышал 5 баллов.

Какие же выводы можно сделать? Ясно, что утверждение о "толстой мачте", мягко говоря, некорректно. Близко расположенная к антенне железобетонная крыша делает свое дело. А поднятие даже такой миниатюрной конструкции на минимально необходимые 1/8 длины волны, что составляет 20 метров - задача уже не простая. И здесь начинаешь задумываться а не лучше ли на этой же самой крыше установить такой же высоты вертикал с противовесами? Пока ответ дать не могу, это еще предстоит проверить и сравнить. Другое дело - городской частный сектор, где общая площадь усадьбы составляет 6 - 10 соток. Здесь можно пойти на определенные затраты, установить хорошую мачту, а на нее ЕН антенну, да еще в двухдиапазонном варианте. Это будет хорошим решением проблемы.

И в заключение приведу график зависимости эффективности антенны от высоты ее подъема ( в процентах от длины волны ), который также свободно доступен на сайте авторов.

 

Сенчуров Алекcандр, UT4EK,

Мастер спорта Украины.

E-mail ut4ek@ukr.net.

 

Список использованных источников.

 
wwweh-antenna.com.
И. Гончаренко. МА-ахонькие антенны. "Радиомир. КВ и УКВ." №7, 2002 г.
http://ehant.qrz.ru/eh-160.htm