Многодиапазонная вертикальная антенна

Многодиапазонная вертикальная антенна

Э.ГУТКИН (UT1MA), Журнал "Радиолюбитель КВ и УКВ", 7-9, 2000 г.

Многодиапазонные вертикальные КВ-антенны получили широкое распространение у радиолюбителей. Об их популярности во всем мире говорит тот факт, что ведущие фирмы-производители имеют в своей номенклатуре по несколько типов таких антенн: CUSHCRAFT R7000 и АР8; HY GAIN DX-77 (88) и AV-620 (640); MFJ-1796 (1798); GAP TITAN и др.; BUTTERNUT HF6VX (9VX), HUSTLER 6BTV и Др.; FRITZEL GPA404 и др.; SOMMERANTENNAS T25 (Т50), MOSLEY RV-6 (8). В некоторых из этих антенн используются новые разработки (вероятно, фирменные секреты); и анализ этих антенн сам по себе представлял бы несомненный интерес для радиолюбителей.

Ниже приведено описание разработанной автором девятидиапазонной антенны (2,6,10,12,15,17,20,30,40 м). Конструкция антенны показана на рис.1.

1. Введение

1.1. Первоначальная отработка проводилась поэтапно на макете в масштабе 1:10 на частотах от 35 до 510 МГц. Соответственно длины и диаметры проводников, а также индуктивности катушек были в 10 раз меньше, чем у реального прототипа. Отработка заключалась в поисках конфигурации (взаимного положения и длины проводников, способов и схем согласования и т.п.), при которых антенна обеспечивала бы хорошее согласование в достаточной полосе частот на всех любительских диапазонах (кроме самых низкочастотных) без каких-либо переключении. При работе использовались КСВ-метр мостового типа, и в качестве датчика сигнала - измерительный генератор Г4-151. Уровень мощности в антенне (макете) весьма мал, что позволяло находиться в непосредственной близости, и просто пальцем руки проверять распределение напряжения вдоль проводников антенны. Действительно, прикосновение в точке с минимальным напряжением не вызывает изменения показаний КСВ-метра; зато вмешательство в область максимума напряжения (например, конец вибратора) полностью расстраивает антенну. Перемещение пальца по проводнику антенны хоть и косвенно, по изменению показаний КСВ-метра, позволяет увидеть картину распределения напряжения вдоль антенны, а при наличии расположенных рядом проводников прикосновение к ним позволяет оценить, влияют ли они на работу оцениваемого вибратора. Особенно полезен такой простой способ при отработке коллинеарных антенн УКВ, когда нужно добиться синфазности и равноценности токов в этажах антенны. Этот способ, в связи с внешней несерьезностью процедуры, получил шутливое название СЛР (способ любой руки). Макетирование позволило выявить несколько любопытных закономерностей, слабо или совсем не освещенных в литературе. 1.2. При рассмотрении несимметричных антенн сложной конфигурации, каковыми как правило являются многодиапазонные вертикальные антенны, возникает необходимость анализа плеч антенны по отдельности. Для этого следует представить полное входное сопротивление антенны Za=Ra+jXa в виде суммы входных сопротивлений первого и второго плеча (входное Z плеча можно рассматривать по отношению к условной проводящей плоскости, проходящей между точками питания антенны). Например, у полуволнового симметричного вибратора Z1=Z2=0,5Za, на резонансной частоте Zg=Rg примерно равно 70 Ом и Z1=Z2 примерно равно 35 Ом. Если антенну запитать несимметрично, например, как это сделано в популярной многодиапазонной антенне FD4. плечи которой составляют 1/3 и 2/3 общей длины, резонансная частота будет такая же, как у симметричной антенны той же длины, но входные сопротивления плеч будут отличаться кардинально. Ориентировочные расчеты показывают, что такая антенна из провода диам. 2 мм на основной частоте будет иметь Z1=10-j250, Z2=120+j250 и Zg=10-j250+120+j250 =130 Ом. Из этого примера видно, что Zа остается чисто активным за счет взаимной компенсации реактивных составляющих плеч антенны. Входное сопротивление частей антенны Z1 и Z2 определялось как половина Zg симметричной антенны, оба плеча которой имели длины 1/3 лямба о и 2/3 лямба о, соответственно.

Еще один пример на тему входных сопротивлений. На рис.2а показана симметричная антенна, укороченная за счет применения на входе двух одинаковых катушек L (симметрирующий дроссель) показан условно), на рис.2b - эквивалентная схема ее входной цепи. На частоте резонанса fо которую можно определить по минимальному показанию КСВ-метра, равному К1, Ха=-2Х_L и Z_a=R_a. Что будет, если одну из катушек перенести в другое плечо (рис.2с)? Схема входа остается неизменной (тот же рис.2b).

Измерения показывают, что также практически неизменными остаются значения fo и К1. Таким образом, если в первом случае каждая половина антенны была сбалансирована по реактивности Х1=Х2=0, то во втором такой баланс был только в целом по антенне, но на работе антенны это не отразилось. Применительно к вертикальным антеннам, отсюда следует практический вывод: если для настройки антенны необходимо включение на ее входе дополнительного реактивного элемента (L или С), он может быть с одинаковым результатом включен или в цепи "вертикала", или на входе противовеса. Во многих случаях можно избежать применения дополнительной реактивности, соответственно удлинив или укоротив плечо антенны (при этом, естественно, необходимо считаться с изменением Rа).

Отметим, что при использовании схем согласования L-match, T-match, y-match и многих других, чисто активное входное сопротивление антенны получается (в большинстве случаев) при длине вибратора, отличной от резонансной.

1.3. Антенна Ground Plane (GP) состоит из вертикального излучателя длиной I_в и противовеса (ПР) из 3 радиалов длиной I_p каждый. При I_в=I_p=0,25X, Z_a=R_a и примерно равно 35 Ом. Чтобы поднять R_a до 50 Ом, часто применяют удлиненный GP с I_в = 0,28 лямба, а появляющуюся индуктивную составляющую входного сопротивления Xв компенсируют реактивностью противоположного знака за счет включения на входе вертикала конденсатора С (Xс=-Xв). Можно обойтись и без применения конденсатора, укоротив радиалы настолько, чтобы входное реактивное (емкостное) сопротивление противовеса Хпр было равно Хс. Так как радиалы включены параллельно, то Хпр = Хр/n, где Хр - входное сопротивление одного радиала, n - их число. Например, если вертикальная часть удлиненного GP имеет Xв примерно равно j50 Ом, то для ее компенсации можно применить два радиала, каждый из которых имеет Xp= -j100, или четыре с Xp= -j200 и т.д. Отметим, что выполненный из трубы диам. 30 мм радиал имеет примерно в два раза меньшее Хр, чем радиал такой же длины из провода диам. 2 мм; поэтому по электрическим характеристикам два трубочных радиала примерно эквивалентны четырем проволочным.

Какое количество радиалов можно считать минимально необходимым? Если вертикальная антенна установлена непосредственно над землей, фактическим противовесом является земля - среда с большим сопротивлением для токов высокой частоты. Система из большого количества "земляных" радиалов (до n=120) позволяет существенно уменьшить потери, длина радиалов не критична и не влияет на частоту резонанса антенны.

По литературным данным, при размещении противовеса на высоте h=2 м потери за счет земли на НЧ-диапазо-нах уменьщаются настолько, что тот же КПД может быть достигнут при числе радиалов в три раза меньшем, а при n примерно равным 0,5 лямбда достаточно всего трех радиалов.

При размещении антенны в свободном пространстве (П>1 лямбда) ее КПД практически не зависит от числа радиалов. Даже при минимально возможном противовесе из двух расположенных под углом 180° друг к другу радиалов, КПД антенны близок к единице, и диаграмма направленности (ДН) в горизонтальной плоскости, как показали измерения, отличается от круговой не более чем на 1 дБ.

Название антенны GP дает основания предполагать, что когда пользователи переходили от исторически первых, расположенных над землей "вертикалов", в свободное пространство, противовес рассматривался как эквивалент земли (ground plane), и первые модели имели большое число радиалов (n>4).

Достоверные данные о потерях при расположении вертикальной антенны над бетонной крышей отсутствуют. Можно исходить из того, что хотя противовес и не излучает энергию, вблизи каждого радиала в радиусе до 0.05 лямбда существует интенсивное ВЧ-поле, а на концах радиалов напряжения достигают опасных для жизни значений. Поэтому, во избежание значительных потерь и случайного при- косновения, желательно располагать радиалы не ниже 2,5 м над крышей.

1.4. Несколько антенн GP на разные частоты, имеющих каждая свой вертикальный вибратор и систему радиалов, можно объединить в общую систему с одним питающим фидером. При этом за счет взаимных влияний несколько изменятся параметры каждого вибратора. Степень изменения зависит от количества параллельных проводников-вибраторов, расстояния S между ними и соотношения их длин.

Можно отметить следующие экспериментально полученные закономерности:

- входное сопротивление каждого из объединенных вибраторов, как правило, возрастает;
- более длинные из вибраторов для сохранения резонансной частоты приходится укорачивать, причем коррекция может достигать 10% и более;
- рабочая полоса частот сужается, особенно у более коротких вибраторов, и при S<100 мм может составлять всего 30...40% от исходных значений, а при S=200...300 мм порядка 70...80%.
- практически круговая форма диаграммы направленности (ДН) сохраняется при 3<0,05 лямбда

Для наглядности приведем данные, полученные при установке антенны, рассмотренной в п.2.2. Антенна состояла из центрального вибратора (ЦВ) высотой Н=6,7 м, параллельно которому по очереди подвешивались проволочные вибраторы (ПВ), соединенные снизу с ЦВ. Одиночный ЦВ имел два резонанса - полуволновой на fo=15,2МГц и волновой на foo =31,6 МГц (частоты ре-зонансов определялись по минимуму КСВ). После добавления самого длинного ПВ отмечены следующие резонансные частоты: fo=14,45, foo=31,55 и f17=18,8 МГц, после добавления второго ПВ - fo=14,32, foo=31,5, f17=18,4 и f15=21,3 МГц. При полном комплекте из четырех ПВ - fo=14,2 МГц (изменение составило порядка 7%), a foo=31,4 МГц, т.е. почти не изменилась.

2. Обоснование схемы и конструкции антенны

2.1. При разработке антенны постепенно пришло понимание, что очень важным узлом, во многом определяющим конструкцию многодиапазонной вертикальной антенны и возможность ее использования на местности, является противовес (ПР). Стандартная конструкция ПР для GP (три резонансных радиала) в семидиапазонной антенне превращается в безнадежную сеть из 21 провода, кото рую никогда не удастся правильно разместить, поднять на "недосягаемую" высоту и закрепить. Поиски более удачного варианта привели, в конце концов, к самой простой и, как оказалось, эффективной конструкции из двух "толстых" (диам. 25...30 мм) радиалов в виде одной трубы длиной 5,2 м (2х2,6м). Такой ПР позволяет, как будет показано ниже, использовать очень простую схему согласования и получить на пяти верхних диапазонах КСВ<1,3.

Длина радиалов такого ПР является резонансной на 10-метровом диапазоне (10 м.д.), на всех остальных входное сопротивление противовеса Хпр будет емкостным. Экспериментально было определено, что на 20 м.д. Хпр = -j125, на 30 м.д. Xпp= -j170 и на 40 м.д. Xпр = -j280 Ом, на остальных диапазонах (12, 15 и 17 м.д.) Хпр не определялось за ненадобностью.

2.2. Рассмотрим антенну, которая состоит из "толстого" (диам. 30 мм) центрального вибратора (ЦВ) на 20 м.д., вокруг которого расположены на близком расстоянии проволочные вибраторы (ПВ) на диапазоны 10, 12, 15, 17 м, соединенные снизу с ЦВ, и "толстого" противовеса длиной 5,2 м. На 10 м.д. Хпр " 0, на 20 м.д. составляет -j125 Ом, на частотах диапазонов 12, 15, 17 м будут промежуточные, возрастающие (по абсолютной величине) значения. Диапазонные вибраторы должны иметь сопряженные значения входных реактивных составляющих: Хв примерно равное 0 (10 м.д.), Xв=+j125 (20 м.д.) и т.д.; их длины будут примерно равны 0,25лямбда на 10 м.д., больше четвертьволновой длины по возрастающей на 12, 15, 17 м.д., и около 0,31лямбда (Н примерноравно 6,7м) на 20 м.д., а активная составляющая Rв будет изменяться по диапазонам от порядка 35 Ом на 10 м.д. до порядка 110 Ом на 20 м.д. При питании такой антенны кабелем РК-50 напрямую, удовлетворительное согласование (КСВ<1,5) на резонансных частотах можно получить на большинстве диапазонов, но высокий КСВ на 20 м.д. делает этот способ неприемлемым.

Почти идеальным согласующим устройством в этом случае может стать трансформирующий отрезок кабеля РК-75 с длиной Iкт=0,25Х, для 20 м.д. Действительно, при включении между фидером РК-50 и входом антенны такого кабель-трансформатора (КТ), его выходное сопротивление будет на 20 м.д. 112,5 Ом (Iкт=0,25 лямбда), на 10 м.д - 50 Ом (Iкт=0,5лямбда), а на диапазонах 12, 15, 17 м расчетные значения составят соответственно 55,70 и 98 Ом, что достаточно хорошо согласуется с Rа по диапазонам. Конечно, следует учитывать, что при Iкт, не кратном 0,25 лямбда, на его выходе появится также и реактивная составляющая (по диапазонам соответственно -j16, -j28, -j29 Ом), что не позволит получить хорошее согласование с чисто активной (резонансной) нагрузкой. Решение проблемы очевидно - входное сопротивление антенны на этих диапазонах должно быть комплексно-сопряженным, т.е. иметь входную реактивность обратного знака j16, j28 и j29 Ом соответственно. На практике это достигается просто - небольшим (1 ...2%) удлинением ПВ (по сравнению с резонансным (для ПВ+ПР) значением) совмещают минимум КСВ с нужной частотой.

Экспериментальная проверка подтвердила, что на четырех диапазонах минимальный КСВ был в пределах 1,1... 1,3 при достаточной полосе пропускания, и только на 10 м.д. рабочая полоса антенны была значительно уже разрешенного диапазона и КСВ>1,5. Проблему 10 м.д. можно решить, если вместо проволочного использовать "толстый" ЦВ, удлинив его до Н"7,6 м (длина ЦВ - около 0.75Х). Ниже рассматривается, как улучшить 10 м.д. и не потерять при этом 20-метровый.

2.3. Если к антенне с резонансной частотой fо, состоящей из вертикального вибратора высотой Н и противовеса, добавить сверху катушку Lв с большим реактивным сопротивлением Х^L>900 Ом и дополнительную концевую секцию (КС), то антенна станет резонировать на двух новых частотах - f1 и f2.

Частота f1 несколько выше fо, разница будет тем меньше, чем больше Х^L. При Х^L=j1000 Ом f1 составляет порядка 1,1fo, при Х^L=j2000 f1 порядка 1,03fo и при Х^L=j3000 f1 порядка 1,01 fo.

Значение f2 будет определяться величиной Х^L и длиной КС, и может быть в 2 и более раз ниже, чем fo.

Макетная проработка показала, что при Lв=10...14 мкГн катушка может выполнять роль широкополосного нерезонансного трапа на частотах 14 МГц и выше, отсекая КС, и являться удлиняющей на частоте 7 МГц в комплекте ЦВ+Lв+KC, образующем "вертикал" на 40 м.д.

В этом варианте ЦВ, помимо 20 и 40 м.д., можно использовать также и на 10 м.д. Действительно, если при добавлении Lв и КС необходимо сохранить резонанс на fо, длину вибратора придется увеличить. Применительно к антенне по п.2.2, при использовании, к примеру, Lв=10 мкГн, резонанс на fo=14,15 МГц наступит при Н=7,7м (вместо прежнего значения 6,7 м).При этом ЦВ (совместно с ПР) будет резонировать также и на foo=28,6 МГц(ПВ10, как ненужный, отключен). Такое совпадение объясняется разной величиной сопротивления катушки на частотах fо и fоо, и, соответственно, разной степенью влияния на резонансный размер ЦВ.

В реальной антенне, с учетом использования ее на 40, 30 и 2 м.д., оптимальной будет величина индуктивности Lв порядка 13 мкГн. При такой Lв резонанс антенны на f=14,15 МГц наступит при Н порядка 7,3 м, при этом foo будет иметь слишком высокое значение - 29,5...30 МГц. Улучшить положение можно, включив на входе антенны (в цепи вертикала или противовеса) небольшую катушку из 2...3 витков (L10=0,15...0,2 мкГн), что приведет к смещению вниз fоо на 0,5...0,7 МГц на 10 м.д. и всего на 20...30 кГц на 20 м.д. Ниже рассмотрены варианты, при которых достигается оптимальное совмещение 10 и 20 м.д.

Входное сопротивление ЦВ на 10 м.д. будет около 50 Ом, рабочая полоса частот перекроет весь диапазон. На 20 м.д. Rа увеличится незначительно, что объясняется специфической несинусоидальной кривой распределения тока на вершине ЦВ вблизи Lв.

2.4. "Вертикал" в составе ЦВ длиной около 7,3 м, катушки Lв порядка 13 мкГн и КС длиной 2,2...2,4 м, имеет на 40 м.д. Rв порядка 60 Ом и Xв порядка j100 (проверка на макете показала, что эквивалентным является вертикал без катушки длиной 12 м). Расположенный на входе антенны кабель-трансформатор КТ имеет на 40 м.д. выходное сопротивление Z=70+j28 Ом, следовательно, антенна должна иметь Za=70-j28. Противовес 2х2,6 м на 40 м.д. имеет слишком большое значение Xпр=-j280 Ом и должен быть дополнен устройством, которое позволило бы получить нужную величину Xnp порядка -j130, не меняя значений Хпр на других диапазонах. Варианты такого противовеса приведены на рис.3.

а. В этом варианте нужный эффект достигается увеличением длины радиала Р1 с помощью катушки L" и концевой секции КС1. L" выбирается с таким расчетом, чтобы на 14 МГц и выше она играла роль отсекающего трапа, а на 7 МГц была удлиняющей, и совместно с КС1 обеспечивала нужное значение Х Определение конкретных величин производилось экспериментально, Варьируя длину верхней КС (считая длину ЦВ и величину LB уже определенными), а также длину КС1 и величину L", можно найти значения,обеспечивающие КСВ<1,15. Вариации КС влияют в основном на Rg (величину КСВ), а настройка нижнего узла -на Хд (частоту минимума КСВ). Реальные зна чения: L^ =20...25 мкГн, длина КС1 - 1,4...1,6 м, длина КС - 2,2...2,4 м. Значение L" не критично, окончательная настройка производится регулировкой КС1. Первоначальная отработка этого и других вариантов производилась на макете; при переходе на реальную антенну (с учетом масштаба 10:1) получено хорошее совпадение результатов. Проверка ДН, произведенная на макете с помощью селективного микровольтметра STV-401, показала, что излучение в сторону КС1 - на 4 дБ, а в обратную - на 3 дБ выше, чем в перпендикулярном направлении. Ь. Вариант рис.ЗЬ может быть применен там, где есть место для размещения дополнительного проволочного радиала РЗ длиной 2,7 м с концевой проволочной частью КС2 длиной 1,6...1,7 м. РЗ работает совместно с ПР в диапазонах 10...20 м, его реактивное сопротивление примерно в 4 раза больше, чем Хпр, поэтому вызванная его применением расстройка невелика и легко компенсируется. Величина L" и принцип действия этого варианта аналогичны предыдущему. РЗ следует располагать в плоскости, перпендикулярной противовесу. с. Вариант рис.Зс значительно отличается от предыдущих. Экспери ментальной подборкой удалось найти такую длину дополнительного проволочного радиала Р4, при которой антенна нормально строится на 40 м.д. без дополнительных катушек. На верхних диапазонах низкое входное Хдр шунтирует более высокоомный вход Р4, поэтому параметры антенны на 10...17 м.д. практически не изменяются. Дополнительный положительный эффект этого варианта - сдвиг резонансной частоты 20 м.д. вверх на 0,25 МГц, что облегчает стыковку этого и 10 м.д. на ЦВ. В таком варианте антенна оказывается работоспособной и в диапазоне 30 м. Примитивный анализ распределения напряжения вдоль ЦВ, который позволяет сделать СЛР, показывает, что если на 10 и 20 м.д. катушка Lg четко отсекает КС, на 40 м.д. работает вся длина антенны, то на 30 м.д. возникает некое промежуточное состояние, т.е. часть антенного тока отражается от катушки, а часть проходит в КС. Измерения показали.что на этом диапазоне активная составляющая входа ЦВ - около 40 Ом. При длине Р4 около 8,05 м и Lg"13 мкГн, сумма активных сопротивлений верхней и нижней частей антенны - около 100 Ом, а сумма реактивных разных знаков - около -J30 Ом, что хорошо согласуется с выходным сопротивлением КТ Z^=90+j29 Ом. На 30 м.д. в излучении антенны будет значительная горизонтальная составляющая. Таким образом, вариант с проще и интереснее предыдущих; но име-, ет 2 ограничения: - нужно место для размещения Р4 Длиной (с изоляторами) около 8,5 м; - оптимальные параметры антенны достигаются при наклонном под "40° к горизонту расположении Р4, что предполагает большую высоту основания антенны. При угле наклона "20° КСВ на 30 м.д. возрастает до значения 1,4; на 20 и 40 м.д. ухудшения незначительны . Возможна такая вынужденная форма Р4, при которой большая часть радиала располагается под максимально возможным углом, а последние 2...3 метра отгибаются в удобном направлении. Во всех вариантах, если позволяют местные условия, трубочный противовес может быть заменен четырьмя проволочными радиалами длиной по 2,7 м каждый, замена равноценная. В варианте Ь, где уже есть один проволочный радиал, можно обойтись тремя дополнительными. Все описанные варианты проверены на практике и показали примерно одинаковые результаты . (Продолжение следует) (Окончание. Начало в N7/2000) 2.5. Диапазон 6 м Вибратор ПВ17 с включенной в основании катушкой L17 (п.3.1) и дополнительным радиалом Р6 (трубка 016 мм длиной 1,5...1,65 м) образуют эффективную антенну на 6 м.д. Величина КСВ в фидере зависит от конкретной длины согласующего КГ, возможные пределы - 1,15...1,3. Для устранения шунтирующего действия ЦВ, который также имеет низкое Zg в 6 м.д., в нижней части ЦВ устанавливается запирающий шлейф (ЗШ), длина которого близка к 0,25Х этого диапазона. 2. 6. Антенная опора-мачта, оттяжки антенны, кабель питания и прочие протяженные металлические предметы, подходящие вплотную к центру антенны, могут самым серьезным образом повлиять на ее параметры - частоту настройки, КСВ и, возможно, ДН. Дело в том, что вблизи точек питания действует максимальное ВЧ-поле, создающее значительные токи в приближенных проводниках. Если в симметричной антенне Inv Vee влияния половинок антенны на опору и кабель питания противоположны и взаимно уничтожаются, то в несимметричной вертикальной антенне этого не происходит. Проработка на макете показала, что ближайший к антенне участок мачты длиной "0,05^. является как бы элементом связи, через который часть энергии перекачивается в опору. Максимальные наведенные токи и влияние на параметры антенны будут наблюдаться в том случае, если длина мачты оказалась кратной 0,5Х. Если верхнюю часть мачты длиною в пределах 0,05...0,4Х сделать из изоляционного материала, или верхнюю металлическую часть соединить с остальной опорой через изоляционную вставку, длину остальной опоры можно делать любой, заземлять или изолировать без ощутимых последствий. Применительно к питающему коак-сиалу, защита может заключаться в установке на том же расстоянии 0,05Х от входных точек антенны запирающего дросселя (ЗД) из нескольких витков кабеля на подходящем ферритовом сердечнике. Дроссель должен иметь на минимальной рабочей частоте 7 МГц сопротивление XL>JIOOO Ом (т.е. L>23 мкГн), что для токов на внешней стороне оплетки кабеля практически равносильно разрыву цепи. Поскольку защита от затекания токов ВЧ на оплетку кабеля в несимметричной антенне обязательна, один дроссель может с успехом выполнять обе эти функции. Полезным поводом к "разбирательству" послужила почти детективная история, имевшая место в QTH UT1 МА. Отлаженный многодиапазонный "вертикал" вдруг закапризничал, в основном на 20 м.д. - КСВ хаотичным образом "прыгал" с 1,15 до 1,5...1,8. В поисках неисправного контакта вся антенна от низа до верха была перебрана - безрезультатно. Причиной, как оказалось, был случайный контакт между опорой и металлическим коньком крыши. Когда верхний участок мачты был отделен текстолитовой вставкой, попытки воспроизвести ситуацию стали бесполезными. После завершения комплекса защитных мер - переноса защитного коаксиального дросселя от входа антенны вниз по кабелю на 1,2 м, переноса первых изоляторов верхних оттяжек почти вплотную к мачте и небольшой подстройки - рабочая полоса на 20 м.д. по КСВ =1,5 расширилась с 320 до 430 кГц. Испытания на макете и антенне показали, что наиболее "чувствительным" оказался 20 м.д. (вероятно, в силу своей наибольшей асимметрии, т.е. максимального отношения длины вертикала к длине ПР). Поэтому можно считать, что критическая длина 0,05Х=1 м. Применение ЗД на некотором расстоянии от точек питания может оказаться полезным в резко несимметричной антенне FD4 (п.1.2) и при питании с верхнего угла антенны "дельта". 2.7. Оценим величину потерь мощности в катушке Lg при ее работе в качестве запирающего трапа (10 и 20 м.д.) и как удлиняющей на 40 м.д. Данные: индуктивность La =1,3х10' Гн, измеренная добротность Q в широком диапазоне частот - не ниже 250. На частоте 28 МГц Х^=со1-=2280 Ом, сопротивление потерь R=X^/Q=9,1 Ом. Эквивалентный потенциал верхнего конца ЦВ в точке соединения с Lg при подводимой к антенне мощности 1000 Вт составит ориентировочно 1000 В. Так как потенциал верхнего конца i-g близок к нулю, приложенное к катушке напряжение составит 1)^=1000 В; ток через катушку WJX^ =0,44 А и тепловые потери P^R^ ,77 Вт. В действительности, с учетом отраженного от стыка с КС обратного тока, суммарный ток через катушку и потери в ней будут еще меньше. Для сравнения оценим потери в обычном резонансном LC-трапе при прежних условиях. В таком трапе обычно С=25 пФ, Хс=1/(оС=227 Ом, также и Х^=227 Ом, Р=Х^/0=0,91 Ом, l"Ui_/Xi=4,4 А и потери P=FR=17,5 Вт. С учетом потерь в конденсаторе, общие потери в трапе - около 20 Вт (мощность небольшого паяльника.) Наиболее тяжелый режим для катушки будет на 40 м.д. Расчет показывает, что при мощности 1000 Вт и Rg"70 Ом, ток на входе антенны lg=3,8 А, ток в пучности ln"4 А, ток в катушке (средний) 1к"2,15 А и тепловые потери - около 10,5 Вт. 2.8. Семидиапазонная антенна (10...40 м.д.) является базовой и имеет индекс VMA-7x, где х = а, Ь, с - вариант исполнения радиала 40 м.д. согласно п.2.4. При необходимости можно добавить 6 м.д. (VMA-8), а также описанный далее вариант с антенной на 2 м.д. (VMA-9). Без ПВ получится изящная антенна на диапазоны 10, 20, 30 и 40 м (VMA-4). 2.9. На макете отработан вариант антенны, работоспособной также и на 80 м.д. В этом случае высота вертикальной части - 12,1 м, радиал Р4 удлиняется до 11,9 м, добавляются 2 катушки с индуктивностью 33 и 50 мкГн. Полоса частот в пределах 3,7...3,8 МГц перекрывается при КСВ<2. По сравнению с VMA-7c, на 40 м.д. рабочая полоса частот уменьшается в 1,5 раза, остальные диапазоны - без изменений. 3.Конструкция 3.1. Конструкция антенны VMA-7c приведена на рис.1. Пунктиром показаны дополнительные элементы (Р6 и ЗШ), необходимые для работы на 6 м.д. Диаметры трубок выбраны из соображений достаточной прочности при минимальной парусности, материал - Д16-Т. ЦВ состоит из вертикальной части регулируемой длины Н=6,8...7,2 м и емкостной нагрузки ЕН из трубки 06...8 мм длиной 0,98 м.Оптимальная конструкция ЦВ - из четырех секций с сопряженными диаметрами, например, нижняя секция диаметрами 32/28 (стенка 2 мм), затем - 28/25, далее - 25/22 и 22/20. Проверенные на практике варианты -две трехметровые секции 030 /26 мм и регулируемая 020/18 мм и длиной 1,3 м, две соединительных муфты. Самый простой вариант - две трубы 030/26 и 30/27 мм общей длиной "7 м, регулировка осуществляется изменением длины элемента ЕН. Применение ЕН позволяет уменьшить общую высоту ЦВ на 0,45 м, кроме того, ЕН будет необходима при добавлении диапазона 2 м. Если это не планируется, можно отказаться от применения ЕН, соответственно увеличив длину ЦВ. КС - телескопическая конструкция, возможные диаметры - от 16 мм внизу до 6 мм наверху. Если КС выполнена из трубок сопряженных диаметров (16, 14, 12 мм и т.д.) - ее длина 2,2 ...2,3 м, а если есть большая разница в диаметрах соседних трубок, например14 мм и 6 мм - общая длина КС будет примерно на 0,2 м больше. ЦВ и КС конструктивно объединены с помощью изоляционной вставки ИВ 022 и длиной 60 мм, параллельно которой располагается катушка Lg, электрически соединяющая ЦВ и КС . Данные катушки: провод МГТФ сечением 0,75 мм , 35 витков на стек-лотекстолитовой трубке 026 мм, гидроизоляция изолентой типа NOVA ROLL или, термоусадочной трубкой. В качестве каркаса для L" можно использовать отрезок нижней секции складной удочки. Нижняя часть ЦВ и противовес ПР крепятся к плоскому опорному изолятору ИО размерами 220 х 80 и толщиной от 14 мм (стек-лотекстолит) и от 20 мм (текстолит). ПР - труба 030 мм и длиной 5,2 м (UR4MIG применяет телескопическую конструкцию из стальных труб диаметрами 27, 21, 16 мм длиной 5,4 м), возможно использование проволочной конструкции (п.2.4). Крепление ПР производится с помощью отрезка уголкового профиля УГ размерами 50х30х80 мм. В центре ПР по диаметру сверлится сквозное отверстие и нарезается резьба М5. Шпилька длиной 75 мм, вкрученная в трубу, крепит ПР к УГ и одновременно является контактом токосъема ПР. К нижней полке УГ с помощью текстолитовой пластины размерами 90х30х4 мм крепится разъем XS1 "Вход антенны" типа СР50-131. Проволочные вибраторы ПВ - из провода ПЭВ 01,8...2,0 мм, каждый состоит из вертикальной части и соединительного участка СУ. На конце СУ напаян наконечник, с помощью которого он соединяется со сборной платой СП. Общая длина проволочной части ПВ17- 3750 мм, ПВ15 - 3300 мм, ПВ12 - 2850, в том числе СУ17и СУ15 - по 400 мм, СУ12 - 310 мм (полная длина вибраторов 12, 15, 17 м.д. включает также нижний участок ЦВ до СП длиной 210 мм). Для фиксации ПВ используются текстолитовые распорные планки РП длиной по 0,56 м и сечением 20х9 мм верхняя и 20х12 мм нижняя. Возможно использование металлических РП, например, из дюралевого П-образного швеллера, в этом случае крепление ПВ к нижней РП производится через изолирующие планки, а сверху ПВ применяется связка из трех изоляторов (при металлических РП резонансные частоты 10 и 20 м.д. снижаются примерно на 1%). Плечи РП несимметричны и обеспечивают расстояния между ПВ15 и осью ЦВ - 240 мм, соответственно для ПВ17 и ПВ12 - 300 и 180 мм. Принятый способ расположения ПВ позволяет при сохранении достаточной широкопо-лосности использовать РП простой формы, и свести их число к минимуму. Фрагмент нижней РП приведен на рис.1. В качестве РП можно использовать пластмассовые лыжные палки, сложенные по 2 штуки. Для поддержания ПВ в натянутом состоянии, что, помимо "опрятного внешнего вида", придает антенне жесткость, используются винтовые стяжки ВС с резьбой М4, изготовленные из электродов для сварки "нержавейки". ВС проходят через отверстия в теле РП и после натяжения фиксируются гайками с обеих сторон. Отдельно следует остановиться на катушках L12, L15, L17, включенных в точках соединения ПВ и ЦВ (ранее в тексте они не упоминались, т.к. их применение не принципиально). Они - открытой конструкции, из провода ПЭВ 2,4 мм, содержат соответственно 2, 3 и 4 витка с внутренним 025 мм, крепятся с помощью напаянных наконечников к плате СП. Применение катушек в легко доступном месте существенно упрощает и ускоряет процесс настройки антенн 12...17 м.д. Сжимая и разжимая их витки (предварительно ослабив крепление), можно сдвигать частоты настройки в пределах 200...400 кГц. Если этого недостаточно, несложно изготовить и установить новую катушку с большим (меньшим) числом витков. Аналогичная катушка L10 из 3 витков устанавливается на входе противовеса. Из практики я знаю, что применение катушек, как правило, негативно воспринимается теми, кто впервые знакомится с антенной, и горячо поддерживается построившими ее. Справка: открытые катушки по 10...17 витков применяются в популярной антенне HF6V-X (HF9V-X) фирмы BUTTERNUT, Двухгодичный опыт эксплуатации показывает, что использование небольших открытых жестких катушек не приводит к дополнительной нестабильности. Только тяжелый гололед вызывает существенное изменение параметров антенны,а такие явления как проливной дождь, иней, снег снижают резонансные частоты в пределах 1% и ухудшают КСВ на одну...три десятых. Есть и другие преимущества, связанные с применением катушек. Уменьшение длины ПВ на 5...8% привело к улучшению согласования по питанию, а применение L17 делает принципиально возможным использование ПВ17 также в качестве антенны 6 м.д. в режиме, близком к 5/8'k. 3.2. Верхняя часть питающего фидера используется для создания защитного дросселя ЗД путем навивки на ферритовый сердечник (п.2.6), а т.к. на этом месте оказался согласующий КТ, его часть используется в этом дросселе, хотя на работу КТ феррит влияния не оказывает. Исходная электрическая длина КТ составляет 0,25Х для 20 м.д., то есть 5,3 м, что соответствует физической длине 1=5,3х0,66=3,5 м. Экспериментально установлено, что несколько лучшее согласование во всей полосе 7...29 МГц получается при 1=3,15м. Если разместить дроссель на расстоянии 1,15 м от входа антенны, то на его обмотку останется 3,15-1,15=2 м, что вполне достаточно, чтобы получить дроссель с Х[_>1000 Ом на низшей рабочей частоте и обеспечить хорошую защиту. Может получиться, что именно тип кабеля КТ будет определять допустимую мощность, подводимую к антенне. Действительно, при намотке с предельно допустимым радиусом изгиба 40...50 мм, внутренний проводник сохраняет значительные механические напряжения, и при предельной мощности может проплавить полиэтиленовую изоляцию и замкнуть на оплетку. Гибкие кабели РК75-4-12 (15, 16) можно использовать при Р< 500 Вт. Кабели с фторопластовой изоляцией РК75-3-21(22) и РК75-4-21 способны выдержать соответственно в 2 и 3 раза большую мощность. Опробованы варианты дросселя: а) с РК75-3-21 на кольце ЗООВН К65х40х9, длина обмотки - 2м, число витков - 11, индуктивность - L=55 мкГн; б) с РК75-4-21 на кольце 600НН К100х60х15, длина обмотки - 2м, число витков - 9, L=80 мкГн. В обоих случаях намотка велась таким образом, что кабель "обходил" Диапазоны,м 1.1 1.15 1.15 1.2 Величина КСВ на fcp. Полоса частот в пределах КСВ = 1,5, МГц 0.21 0.18 0.42 0.23 0.42 0.55 1.1 То же, КСВ = 2 0.39 0.35 0.7 0.42 0,85 - 1:7 КСВ no WH-7 <1.1 1.15 <1.1 1.15 <1.1 1.1 1.15 сердечник под большим углом, и на кольце с одного захода располагалось всего 2 витка, число заходов - 4...5. Такой способ позволил выдержать допустимый радиус изгиба и малый зазор между кабелем и маг-нитопроводом. ЗД размещался в пластмассовой коробке, снабженной двумя коаксиальными разъемами. Верхний отрезок КТ выполнялся из РК75-9 длиной 1,25 м. Разница в длине, по сравнению с приведенным выше значением 1,15 м, связана с использованием в ЗД "фторопластово-го" кабеля. Хорошо показал себя и вариант ЗД без феррита в виде од-нослойной катушки из коаксиального кабеля на каркасе 0150 мм. Катушка содержала 14 витков, из них первые четыре o-кабелем РК75 (нижняя часть КТ длиной " 2м из общей длины 3,15 м) и 10 витков - кабелем РК50 (L=40 мкГн). Возможно другое исполнение катушки ЗД - в виде бухточки из того же количества кабеля. Недостатком этой конструкции будет некоторое ухудшение защитных свойств ЗД на 10 и 15 м.д. за счет возрастания межвитковых емкостей. Для ослабления этого влияния первые и последние витки катушки следует максимально разнести. Все четыре варианта ЗД были опробованы на одной антенне путем измерения КСВ по диапазонам, результаты идентичные. В пятом случае - при отсутствии ЗД (фидер 50 Ом соединялся со входом антенны прямым отрезком РК75 длиной 3,15 м) - отмечено резкое возрастание КСВ до 1,8...2 с изменением частоты настройки на 20 и 30 м.д., меньшие изменения - на 40 м.д. и незначительные - на верхних диапазонах. В конкретных местных условиях оптимальная длина КТ может несколько отличаться от значения 3,15 м. 3.3. С помощью нижнего узла производится крепление антенны к мачте с наружным диаметром в пределах 40...53 мм. НУ состоит из муфты М1 (отрезок трубы 060/54 длиной 90 мм с наваренными гайками М8), к которой приварен отрезок трубы ОТ (027/21, длина 140 мм). Соединение ИО с НУ производится посредством двух уголков сечением 40х25х4 длиной 100 мм, соединенных с ОТ с помощью двух проходящих насквозь болтов Мб. Если нижний болт удалить, шарнирное соединение за счёт верхнего болта позволяет всю антенну в сборе (п>9 м) переводить из вертикального положения в горизонтальное и наоборот. Для удобства и безопасности в проведении такой операции используется дополнительный рычаг РГ (труба диаметром 27 мм и длиной 0,7...1 м), который на время этой операции вставляется и фиксируется в муфте М2, приваренной к нижней полке УГ. Максимальное усилие на конце рычага при этом не превышает 15 кГ. При использовании мачты высотой более 8 м целесообразно отделить верхнюю часть опоры изоляционной вставкой (п.2.6), например, увеличив длину ОТ до 1 м и соединив его с мачтой через текстолитовую муфту. Применение оттяжек не обязательно, но желательно. На практике проверены капроновые плетеные шнуры 02,5 мм и рыболовные лески 01,5 мм. 4. Настройка 4.1. Опыт настройки нескольких экземпляров VMA-7 относится к антеннам, установленным на крыше на высоте 4...7 м, в том числе на высоте 2...3 м над лифтовой будкой. Во всех случаях была возможность подняться по опоре к нижнему узлу антенны для перевода ее из наклонно-горизон-тального положения в вертикальное и наоборот и для регулировки катушек L10...L17. Для настройки необходимы КСВ-метр (50 Ом) и З...5-метровая рулетка. Настройка 20 м.д. осуществляется изменением длины ЦВ за счет верхней регулируемой секции, настройка 40 м.д. - изменением длины КС, остальные диапазоны регулируются снизу катушками L10...L17, диапазон 10м - длиной проволочного радиа-ла Р4, расположенного наклонно. Настройка сводится к совмещению частоты минимального КСВ f^ со средней частотой диапазона, при этом приемлемое значение КСВ<1,5 обеспечивается конструкцией антенны. При горизонтальном положении антенны производят установку всех размеров согласно п.3.1, катушки L10...L17 -в сжатом состоянии. Затем нижнюю часть антенны приподнимают и закрепляют на мачте, с помощью рычага РГ переводят антенну в вертикальное положение, фиксируют, подключают радиал Р4 и кабель питания (КТ). Противовес ПР может быть установлен как до, так и после подъема антенны Затем производят измерения и фиксируют f^ и величину КСВ на этой частоте на всех семи диапазонах. С помощью катушек L12, L15, L17 производят предварительную настройку этих ПВ на средние частоты диапазонов, причем перестройка одного ПВ незначительно влияет на настройку остальных. Настройка ПВ практически не зависит от длин ЦВ и Р4, но несколько зависит от L10, поэтому их окончательную настройку производят после уточнения величины L10. Полученные данные анализируют, и при необходимости подстройки 20 и 40 м.д. переводят антенну в горизонтально-наклонное положение,предварительно отключив Р4 и кабель питания. ПР не снимается. При коррекции размеров можно исходить из того, что изменение на 10 см производит сдвиг f^, (ориентировочно) на ЦВ - 100 кГц на 20 м.д. и 20 кГц на 40 м.д., на КС - 70 кГц на 40 м.д., на Р4 - 75 кГц на 30 м.д. и 12 кГц на 40 м.д. После коррекции антенну переводят в вертикальное положение и производят новое измерение f^" и КСВ, затем с помощью катушки L10 настраивают f^=28,6 МГц, коррекцией длины Р4 - 10,12 МГц, уточняется настройка ПВ (при настройке ПВ12 следует иметь в виду, что ЦВ имеет паразитный "резонанчйк" в районе частоты 26 МГц). Обычно на этом этапе антенна уже работоспособна на всех диапазонах. Вся операция по подъему и настройке антенны может быть выполнена одним человеком без помощников. В табл.1 приведены данные антенны VMA-7C на QTH UT1MA. Измерения проводились точным мостовым КСВ-метром с помощью ГСС и дополнительного усилителя. Контрольные измерения - прибором WH-7 фирмы DRAKE при мощности 100 Вт в антенне дали результаты, приведенные в строке 5 табл.1 5. Коллинеарная антенна на диапазон 2 м (КА-2) 5. 1. Антенна 2 м.д. (рис.1) состоит из верхнего этажа А, катушки L^, нижнего этажа В, разделительного фильтра Ф ^ф, Сф), противовеса П и отдельного кабеля питания РК50-3 (RG-58) длиной 8,5 м с разъемом СР50-74 (XS2) на нижнем конце. Устанавливается в верхней части антенны VMA-7 на месте КС, Чтобы не нарушилась работа антенны на диапазоне 40 м, конструкция и размеры КА-2 выбраны с таким расчетом, чтобы она "по совместительству" могла выполнять роль КС, при этом корпус фильтра заменяет изолятор ИВ, роль противовеса выполняет ЕН, катушка Lg - без изменений. Кабель питания пропущен внутри трубы ЦВ. Емкостная связь кабеля (точнее, его оплетки) с трубой столь велика, что если его выпустить из верхнего конца трубы, допустим, на 10 см, это будет эквивалентно электрическому удлинению трубы на эти же 10 см. Чтобы не расстраивать VMA-7, оплетка кабеля заканчивается на уровне конца трубы и соединяется с этим концом и противовесом П-ЕН, а центральная жила кабеля через фильтр Ф с частотой настройки порядка 145 МГц соединяется с нижним этажом антенны КА-2. Емкость фильтра выбрана малой (Сф=2,2 пФ), поэтому на рабочих частотах ЦВ 28 МГц и ниже реактивное сопротивление фильтра велико (Хф>2,5 кОм), и связь верхней части А+В с кабелем и ЦВ через фильтр практически отсутствует. В свою очередь, на УКВ шунтирующее действие катушки Lg также отсутствует в связи с ее большим сопротивлением. В нижней части антенны развязка осуществляется традиционным способом - на выходе из трубы ЦВ полутораметровый остаток кабеля с разъемом накручивается на ферритовый сердечник К70х50х10 (15 витков) и через соединитель гнездо-гнездо СР50-75 соединяется с фидером УКВ. Проверка развязки между KB- и УКВ-частями антенны показала, что при подаче на вход фидера KB мощности 100 Вт, на выходе УКВ-фиде-ра, нагруженного на R=50 Ом, напряжение было в пределах 40...140 мВ в зависимости от КВ-диапазона. Степень обратной развязки (УКВ-КВ) определить не удалось, т.к. помеха от местных вещательных станций на выходе КВ-фидера превышала 100 мВ, и включение УКВ-передатчика на этом фоне не ощущалось. Принятая схема совмещения позволяет одновременную работу KB- и УКВ-транси-веров без ощутимого ухудшения. 5.2. Оптимальная длина верхнего этажа А - 1250 мм (0,6U), а длина нижнего выбрана с таким расчетом, чтобы получить согласование с фидером. Рассмотрим этот момент подробнее. Экспериментальная проверка согласования кабеля РК-50 с нагрузкой R" через фильтр с частотой на стройки 145 МГц дала несколько неожиданные результаты. В схеме рис.4а полное согласование, контролируемое по КСВ-метру, получалось при R"=50 Ом, как и ожидалось. Зато в схеме рис.4Ь согласование наступало при Рц=27 Ом, а по рис.4с - при R"=75 Ом. Естественно, для реальной антенны была принята последняя схема. Длина нижнего этажа В, соответствующая полному согласованию, получилась 870 мм (0,42Д Вероятная небольшая реактивная составляющая входного сопротивления легко компенсируется незначительной расстройкой фильтра с помощью сердечника катушки L-ф. Верхний этаж выполнен из трубки 010 мм, нижний - 016, 14, 12 мм, соединения регулируемые. 5.3. Примерное распределение напряжения вдоль антенны приведено на рис. 5а. В точках Ь, d, g напряжения равны и максимальны, в точках с, h - минимальны, в точках е, f - равны по величине. Наглядно оценить относительную величину и симметрию напряжений в разных точках можно с помощью СЛР (п.1.1). Для этого антенну (отдельно от V-7) помещают в свободное от металлических предметов место (возможно гори зонтальное размещение в помещении, например, на спинках деревянных стульев). Фидер антенны и кабель от датчика сигнала (ГСС, Трансивер) присоединяют мостовому КСВ-метру и изменением длины нижнего этажа и подстройкой катушки фильтра производят настройку на минимальный КСВ<1,15. После этого, касаясь пальцем руки разных точек антенны, наблюдают за изменением показаний КСВ-метра. Примерная кривая этой зависимости дана на рис.5Ь. В точках с пучностью напряжения (Ь, d, g) влияние руки очень сильное, КСВ вырастает до значений 2...3, в точках с, h влияние руки должно быть минимальным или отсутствовать. При оптимальной величине L^ реакция в точках е, f должна быть одинаковой, в середине катушки отсутствовать, а точки перегиба кривой d, g расположены симметрично, на одинаковом расстоянии от катушки. Если влияние в точке f меньше, индуктивность L^ следует уменьшить. После коррекции L^ (если таковая понадобилась) необходимо подстроить вход антенны на минимальный КСВ и повторить проверку симметрии. При правильно настроенной антенне реакция по СЛР во всех максимальных точках должна быть примерно одинаковой. При пользовании СЛР нужно работать с вытянутой рукой, тело должно быть как можно дальше от антенны, впрочем, самообучение происходит в считанные минуты. С кабелем RG-58 длиной 8,5 м настроенная антенна имела КСВ=1,1 на частоте 145 МГц и полосу частот 5,7 МГц в пределах КСВ<1,5. Размещенная на "рабочем месте", при общей длине фидера 30 м она показала КСВ<1,1 на частоте 145,7 МГц. После установки КА-2 пришлось укоротить ЦВ на 150 мм, параметры антенны VMA-7 не изменились. Данные фильтра: 1-ф - 9 витков ПЭВ 01,2 мм, шаг- 2 мм, каркас- 010 мм, сердечник - 08 мм (медь); Сф - 2,2 пФК15У-1. Катушка L^ - 5,5 витка, ПЭВ 01,2 мм, длина намотки - 30 мм, каркас - 019 мм . Следует отметить два обстоятельства, которые могут быть полезны тем, кто занимается коллинеарными антеннами. а. В многоэтажных коллинеарных антеннах с длиной этажа 0,5Х фактически работает только тот этаж, к которому подключена линия питания. Причина в том, что четвертьволновые короткозамкнутые шлейфы, включенные между этажами, имеют высокое входное сопротивление и являются почти идеальными трапами. Это четко видно при испытании такой антенны с помощью СЛР. Если на питаемом этаже наблюдается нормальная кривая изменения КСВ вдоль этажа, то на следующем этаже, сразу после шлейфа, реакция вообще отсутствует, т.е. ток туда не поступает. Аналогично, в фирменных двухдиапазонных антеннах на 145/430 МГц, содержащих одну-две большие катушки и несколько меньших, на 430 МГц работает только часть антенны до первой большой катушки, дальше реакция по СЛР резко падает. Нормально работают двухэтажные антенны 2х0,61 Л. и трехэтажные с длиной крайних этажей по 0,61 Л, и среднего 0,72Х, при условии, что будут учтены замечания следующего пункта. Ь. Часто наблюдаемая ошибка: длина проводников межэтажных шлейфов выбирается из расчета дополнения длины антенны до резонансных значений, например до 1,5Х при двухэтажной антенне. В действительности имеет значение не длина шлейфа, а его входное сопротивление Хщ. Так как Хщ зависит, помимо длины, и от диаметра проводников шлейфа и расстояния между ними, в зависимо- сти от конструктивного исполнения шлейфа при одном и том же Хщ его длина может отличаться в два и более раз. Наиболее просто нужная длина шлейфа может быть определена с помощью СЛР, как описано в п.5.3. Применение катушки L|< или шлейфа диктуется конструктивными обстоятельствами, возможна взаимозамена (при условии XL=X(J. 6. Приложение При настройке описанных выше антенн VMA-7...VMA-9 можно обойтись одним КСВ-метром - при условии, что показания его достоверны. К сожалению, достоверность многих кустарных и Дешевых фирменных приборов, даже правильно сконструированных и настроенных, во многих случаях из-за естественных принципиальных ограничений совершенно недостаточна. Кратко обозначим эти ограничения. 6.1. Рефлектометр с использованием направленных ответвителей (НО) прямой и обратной волн а. Ошибки из-за малой длины НО Как показали измерения на фирменном рефлектометре, для правильной индикации малых значений КСВ при уровне мощности 100 Вт длина петли НО должна быть на 160 м.д. не менее 96 см; соответственно, на 80 м.д. - 48 см, на 40 м.д. - 24 см и т.д. При малых длинах НО, ВЧ-на-пряжение на диоде детектора обратной волны может оказаться меньше его порога запирания, в результате будет отсчитано значение КСВ=1, хотя реальное значение может быть намного выше. При увеличении мощности в фидере показания КСВ растут, приближаясь к истинному значению. Ь. Ошибки из-за низкой направленности НО Чтобы показания не зависели от длины фидера, точнее, от положения прибора по отношению к пучностям тока и напряжения, коэффициент направленности НО должен быть не менее 40 дБ. Во многих реальных конструкциях этот коэффициент всего 20...25 дБ. Если при изменении длины фидера значения КСВ изменяются, например, в пределах 1,5...2,5, это говорит, в первую очередь, о несовершенстве прибора. При малых значениях КСВ<1,2 показания рефлектометра практически не зависят от длины линии. 6.2. Рефлектометр с токовым трансформатором на феррито-вом сердечнике Показания не зависят от час тоты в широком диапазоне. Для правильной индикации малых значений КСВ число витков вторичной обмотки токового трансформатора (при ее нагрузочном сопротивлении 51 Ом) должно быть не более 12 витков при уровне мощности в фидере 10 Вт, и не более 36 витков при мощности 100 Вт и выше. Коэффициент направленности простых приборов - 15...20 дБ, зависимость показаний от длины фидера еще сильнее. 6.3. Мостовой КСВ-метр В отличие от предыдущих типов, он реагирует не на прямую и обратную волны, а на коэффициент отражения от нагрузки, показания мало зависят от длины фидера. Требует небольшой мощности сигнала Р <100 мВт, удобно использовать с ГСС. Главный недостаток - чувствительность к внешним помехам от радиовещательных, связных и телевизионных передатчиков - преодолевается путем увеличения подаваемого сигнала до 5...10 В за счет использования дополнительного усилителя к ГСС, можно использовать Трансивер и эквивалент нагрузки с отводом. Не годится для оперативного контроля, но в процессе настройки антенны - самый точный и удобный прибор. На рис.6 приведены схема и эскиз конструкции мостового КСВ-мет-ра, работоспособного в диапазоне 1...500 МГц. Состоит из ВЧ-моста из резисторов R1, R2, R3 по 50 Ом МЛТ-0,25 (R3 припаян одним концом непосредственно к корпусу XS2), выполненного навесным монтажом в корпусе размерами 25х25х40 мм, и индикаторного блока ИБ, соединенного с мостом трехжильным кабелем. В ИБ установлен микроамперметр на 50 мкА и переключатели S1 (уровень датчика сигнала 1В - 5В) и S2 (калибровка - измерение КСВ). На KB используется совместно с ГСС и дополнительным усилителем на КТ904А (рис.7), способным выдать неискаженный сигнал с уровнем 5Вэф. При значении R5=10 кОм входное сопротивление детектора на VD2 достаточно велико и не вызывает дополнительной погрешности, кроме того получается удобная шкала КСВ: максимальное значение - около 3, и нижнее отсчетное значение - 1,05. При необходимости работать с сигналом меньшего уровня (<1,5 В), R5 придется уменьшить до " 2 кОм, что приведет к появлению небольшой зависимости показаний КСВ от длины фидера. Градуировка прибора осуществляется путем подключения к разъему XS2 (АНТ) резисторов Rg, соответствующих значениям КСВ от 1,1 до 3 из соотношения Rg=50xKCB (при неизменном входном уровне!). При каждом измерении КСВ обязательно поддержание того же уровня входа (калибровка), при котором производилась градуировка. 7. Заключение UA3AIO, один из первых обладателей антенны VMA-7c, многократно сравнивал ее на DX-связях с фирменными антеннами соседей-радиолюбителей RZ3CC (R7), RX3AGL (АР8), UA3AUZ (DX-77), а также GAP TITAN и др. Полученные оценки были аналогичными или даже выше, чем у соседей. Положительные отзывы получены также от SV/UYOMF, изготовившего аналогичную антенну из подручных материалов, а также от UT5MO, UR4MIG и других. Не уступая фирменным антеннам по эффективности, антенна VMA-7 значительно проще в изготовлении и настройке, широкополосное и мощнее. Автор использует антенну VMA-9c как основную с 1998 г. В CQ WW CONTEST 1999 (CW) на этой антенне удалось за 12 часов сработать 38 зон, в том числе на отдельных диапазонах по 27...32 зоны. На УКВ с использованием Трансивера lc-24 мощностью 2 Вт поддерживаются уверенные связи в радиусе 100 км, в том числе с соседними областями. Автор благодарит Бориса (UT5ML), Владимира (UA3AIO), Бориса (UR4MIG) за существенную помощь в процессе отладки и испытания антенны.