Известно, что лучшими антеннами DX для связей на НЧ диапазонах являются вертикальные излучатели. Однако чистые вертикалы мало пригодны для связей на ближние расстояния (до 1500 км). Казалось бы. недостаток не столь большой, особенно если QSO внутри своего континента вас не интересуют. Но представьте себе следующую ситуацию: вы даете CQ DX, и кто-то из DX (слышный, конечно, на уровне шумов) вас зовет. В это же время кто-нибудь из соседей с горизонтальной антенной слышит вот что: вас - баллов на б...7 (GP на ближние трассы работает плохо, да еще разная поляризация антенн), a DX-a он с такой антенной не слышит вообще. Если этот оператор имеет хорошую квалификацию, он даст себе труд послушать и разобраться в чем дело. Но увы, большинство поступит по-другому: начнет давать общий вызов либо на вашей частоте, либо в килогерце в стороне. Ваше DX QSO будет безусловно сорвано. В contest также крайне желательно, чтобы вас хорошо слышали на своем континенте, иначе работа на CQ будет невозможна - по той же причине.
Проще всего обеспечить указанные требования, используя вертикальный излучатель с горизонтальными и достаточно длинными емкостными нагрузками (рис.1).Считается, что излучение емкостных нагрузок компенсируется противофазными токами в противовесах. Однако, при достаточной высоте вертикала полной компенсации не происходит. Провода емкостной нагрузки можно рассматривать как короткий, возбужденный однопроводной линией диполь, низко расположенный над проводящей землей, который, как известно, излучает пол большими углами к горизонту. По данным [I], а также по экспериментальным данным автора, длина горизонтальной излучающей части для уверенного приема ваших сигналов внутри своего континента должна быть около 15 м (имеется в виду 1,8 и 3,5 МГц).
Антенна, показанная на рис.1, хорошо работает на диапазонах 1,8; 3,5; 7 МГц, а при использовании блока согласования, приведенного на рис.4 - и в диапазоне 10 МГц. Антенна имеет электрическую длину 0,15l на 1,8 МГц, 0,29l на 3,5 МГц, 5/8l на 7 МГц и 0,75l на 10 МГц. Согласование достигается блоком, устанавливаемым у основания антенн и переключаемым но диапазонам постоянным управляющим напряжением, подаваемым на центральную жилу питающего кабеля. Конструктивные особенности излучателя и блока согласования описаны в [2].
Конструкция.
Мачта. Мачта высотой 16,5 м собрана из дюралевых или стальных труб (в последнем случае вдоль труб надо проложить 3...6 алюминиевых или медных проводов, равномерно распределив их по окружности трубы. Эти провода удобно закрепить скотчем через 1 м.) . Провода емкостной нагрузки выполнены из стального тросика и являются частью растяжек верхнего яруса.
Выполнение этого яруса для случая установки на узкой крыше многоэтажного здания показано на рис.2. Конструктивно выполнение емкостной нагрузки в виде двух проводов значительно надежнее и удобнее, чем в виде "шляпы" из дюралевых трубок [3. стр.18. 19], и не требует много свободного места во всех направлениях, как в случае с четырьмя проводами емкостной нагрузки [3, стр.Зб]. При необходимости можно изменять высоту мачты в пределах +0,5м, соответственно увеличивая (уменьшая) длину каждого из проводов емкостной нагрузки.
Противовесы. Лучше всего на каждый диапазон использовать по 4 резонансных четвертьволновых противовеса, расположенных под углом 90 градусов. У автора, в силу того что дом окружен токоведушими проводами, противовесы размещены на крыше, как показано на рис.3: 6 шт. на 1,8 МГц и по 4 - на остальные диапазоны. Общая длина каждого противовеса должна составлять: 18 м на 3,5 МГц и 37 м на 1,8 МГц, размеры указанные на рис.3 относятся не ко всей длине противовеса, а только к прямой его части. Противовесы выполнены из изолированного провода, их концы растянуты полиамидными шнурами. Крайне желательно настроить противовесы в резонанс, используя ВЧ-мост.
Блок согласования. Катушка L1 намотана проводом диаметром 2.5 мм На каркасе диаметром 55 мм с шагом 4 мм. Содержит 29 витков, отводы - от 6-го и 20-го витков считая снизу. Точное число витков и положение отводов подбирается при настройке. Данные L1 - могут быть и иными - главное нужная индуктивность и большая толщина провода - ток по L1 протекает большой. L2 -любой ВЧ дроссель, не имеющий резонансов в рабочем диапазоне. У автора - 150 витков ПЭВ 0,36 на каркасе диаметром 30 мм, виток к витку.
Конденсаторы СЗ, С5 - любого гипа, С2 - типа КСО на напряжение 250 В, С 1 и С4 - на соответствующую мощности ТХ реактивную мощность, на напряжение 500 В, типов КСО, К15У-1. Набирая С1 и С4 из нескольких конденсаторов, имейте в виду, что допустимая реактивная мощность одного конденсатора типа КСО - 75 Вт (это по паспорту, реально они спокойно выдерживают раза в три больше). К1...КЗ - низкочастотные силовые реле с расстоянием между контактами. не менее 1 мм. При замене на другие типы реле следует помнить что ток через замкнутые контакты достигает 4 А, а К1 и КЗ, кроме того, должны выдерживать 1 кВ между разомкнутыми контактами и между контактными группами и обмотками. Этим требованиям удовлетворяет большинство низкочастотных силовых реле с запараллеленными контактными группами. Подчеркну, что нет необходимости использовать ВЧ реле, поскольку паразитные индуктивность и емкость контактов входят в состав реактивностей блока согласования и полностью компенсируются при настройке. На мой взгляд, нет особой необходимости использовать герметизированные реле - блок согласования все равно придется помещать в герметичную коробку, а открытые контакты реле значительно проще почистить при их обгорании.
Управление переключением реле, конечно, можно производить по отдельному кабелю, но показанная на рис.1 схема длительно и надежно отработала при мощности в кабеле 1 кВт.
Настройка. Рассмотрим вначале настройку трехдиапазонного варианта блока согласования (рис.1).
160м. Подав на центральную жилу кабеля управляющее напряжение Uynp отрицательной полярности через блок управления [2, рис.2], изменяя общее число витков L1 достигают резонанса на 1,8 МГц, а перемещая нижний отвод L1 - КСВ=1 на этом же диапазоне.
Есть один момент в настройке 160-м диапазона. Там можно легко попасть в ложную настройку, когда резонанс обеспечивает часть катушки от отвода до антенны, а часть катушки от отвода до земли - просто шунтирует кабель. КСВ тогда, точно менее 1,7 не получается никакими силами. При правильной настройке КСВ на 160м должен быть мертвой 1. Если упорно не выходит (резонанс острый и можно легко проскочить) можно порекомендовать следущее:
160-ный отвод катушки временно отключить
Временно оторвать от земли нижний вывод катушки и подключить его прямо к центральной жиле кабеля.
Меняя общее число витков катушки добиться резонанса на выбранной частоте 160-м диапазона (быстрее будет если есть ВЧ-мост). КСВ при этом будет неважный 1,5...2, но на этом этапе главное установить реактивное сопротивление всей катушки равным реактивности антенны.
Вернуть нижний вывод на землю, кабель на место.
Не трогая общего числа витков перемещением только 160-ного отвода добиться минимального КСВ..
80м. Подав Uynp положительной полярности (диапазон 3,5 МГц), подбором емкости С1 добиваются резонанса на 3,65 МГц.
40м. Не подавая Uynp (диапазон 7 МГц), подбором положения верхнего отвода L1 добиваются резонанса на 7,05 МГц.
Есть тонкость при настройке 40м. Активная часть входного сопротивления антенны в этом диапазоне заметно зависит от соотношения диаметров мачты и проводов емкостных нагрузок (у меня мачта 60 мм до уровня 12м, далее 40 мм , провода - 2 мм соответственно). Если у вас иное соотношение, то входное сопротивление на 40-ке изменится. Измерьте ВЧ-мостом входное сопротивление на 40м на резонансе (через настроенный болк согласования). Если оно меньше 40 Ом, то провода емкостных нагрузок надо немного УКОРОТИТЬ (не опечатка, именно так - если малое сопротивление, то укоротить), если больше 60 Ом - УДЛИНИТЬ. Если подстраивать длину емкостных нагрузок затруднительно - придется сделать еще один отвод от L1 (на 1..3 витка ниже верхнего отвода) и поставить еще одно реле, на диапазоне 7 МГц закорачивающее этот отвод на землю. Схема согласования при этом получается такая же как и на 160 м - методика настройки - та же. Ну и КСВ на резонансе тоже становиться равным точно 1.30м При использовании четырехдиапазонного блока согласования (рис.4) настройка диапазонов 1,8 и 7 МГц выполняется так же, как и в предыдущем случае. . Для включения диапазона 10 МГц подается Uynp=+18...20 В, при этом срабатывает только реле К1 (имеется в виду, что напряжение срабатывания К1<18 В). Настройка антенны ведется изменением емкости С4. Для включения диапазона 3,5 МГц подастся Uynp=+25...27 В. При этом также срабатывает К1, кроме того, открывается стабилитрон VD5 и через ключ на VT1 срабатывает КЗ. При этом параллельно с С4 включается конденсатор С1, изменением емкости которого и достигается резонанс на 3,65 МГц. При выполнении четырехдиапазонного блока следует так конструктивно размещать ключ на VT1, чтобы исключить влияние ВЧ на его работу. Может потребоваться блокировочный конденсатор между базой и эмиттером VT1.
Результаты настройки.
На 1,8 МГц на резонансе КСВ=1, полоса пропускания - 80 кГц по уровню КСВ<2 (что более чем достаточно, внимательный анализ моего лога показал, что абсолютно все DX связи проведены в участке 1810...1880 кГц).
На 3,5 МГц-на 3,65 МГц КСВ=1, на краях диапазона (3,5 и 3,8 МГц) КСВ<1,7.
На 7 МГц на резонансе КСВ<1,2, на краях диапазона КСВ<1,4 (при использовании блока согласования рис.1), а если сделать доп. отвод L1 и поставить доп. реле - КСВ на резонансе 1, на краях диапазона - 1,2
На 10 МГц во всем диапазоне КСВ 1,8...2. Rвx в этом диапазоне - 100...110 Ом, поэтому согласование не очень хорошее. К сожалению, не удалось найти приемлемого решения по снижению КСВ в этом диапазоне без заметного усложнения схемы согласования и увеличения количества реле. Но даже в таком виде на диапазоне 10 МГц данная антенна выигрывала при DX QSO 2...3 балла у вертикальной рамки с периметром 30 м и высотой подвеса нижнего края 5 м над крышей.
На 3,5...10 МГц значение КСВ на резонансе немного зависит от сопротивления потерь в системе заземления.
Для питания антенны можно использовать и 75-омный кабель. При этом на 1,8 МГц КСВ останется прежним (конечно, придется при настройке переместить выше на 1...2 витка нижний отвод L1). На 3,5 МГц КСВ на резонансе возрастает до 1,3...1,4, на 7 МГц согласование практически не изменяется, на 10 МГц КСВ уменьшается до 1,5...1,7.Результаты работы.
Антенна работала с весны 1996 года по февраль 1999-го.
Наработано:
160 м - zone 23wkd/22cfm, country:104wkd/103cfm, DXCC160m#856
80 м - zone 37wkd/35cfm, country: 158wkd/144cfm, DXCC80m#1731
40 м - zone 40wkd/40cfm country: 206wkd/178cfm, DXCC40m#3588
30 m - zone 36wkd/32cfm, country:157wkd/127cfm (за этот диапазон DXCC не выдают -hi).Цифры убедительнее слов. Стоит добавить, что я в общем-то не фанат DX-инга, был в эфире от случая к случаю и если бы сидел больше, то и результаты были бы выше. Все приведенное - передатчик 500...900 Вт, и сработано практически только на эту антенну, до нее у меня были инв. V - ничего интересного я на них не сработал. Разница с этой антенной - очень велика. На 160-ке стали отвечать янки и карибы, в упор меня не слышавшие на инверторы. На 80-ке я мог легко стоять на CQ в телефонном участке и собирать карибов и Южную Америку поверх Европы, которая к ним ближе. На 40-ке стрелял как из пушки проигрывая только обладателям бимов.
В файлах eu1tt30.maa, eu1tt40.maa, eu1tt80.maa, eu1tt160.maa показаны модели данной антенны в программе MMANA для каждого из 4-х диапазонов. Обратите внимание -в каждом из файлов смоделирована не только антенна, но и согласующее устройство. Модели помогут Вам изучить все параметры антенны и при необходимости адаптировать ее под Ваши условия.
Литература
1. Ефремов В. Антенна для низкочастотных КВ диапазонов/Радиолюбитель. - 1994. N6. - С.59.
2. Гончаренко И. Вертикальная КВ антенна/Радиолюбитель. КВ и УКВ. 1995. - Сентябрь. - С.29.
3. Зельдин И. Коротковолновые антенны с вертикальной поляризацией. Харьков,1991.И.ГОНЧАРЕНКО (EU1TT), eu1tt@qsl.net
Cегодняшнюю, авторскую редакции этой статьи можно увидеть на сайте автора:http://www.qsl.net/dl2kq/ant/3-1.htm