Идея использовать подручные средства в изготовлении «полевых и походных антенн» на 145 и 50 МГц пришла во время отдыха в Крыму, в горах возле поселка Орджоникидзе. Как всегда 8-10-й день плаванья в море становится для меня критическим, и взор почти всегда останавливается на близлежащих холмах и высотках типа Кара-даг, которых приличное множество в районе «Двуякорной» бухты. Время «закрытых мест» прошло, и побродить на этих холмах высотой 200-350 метров одно удовольствие (если на шее висит FT-817 YAESU). Все чудно и хорошо и на штатную «резинку», но если есть связь на 200 км, то всегда хочется ее иметь и на 400 км, ну а если зацепить Спорадик на 50 МГц, то на море лучше всего смотреть с горы.
Для этого, конечно, желательно иметь полноразмерную антенну, хотя бы диполь. Самый простой вертикальный диполь - J-антенна из ленточного 300-омного кабеля, которая была описана Bob Orr (W6SAI) и популярна до настоящего времени. Но возникает вопрос: где найти сейчас такой кабель? Ведь если вспомнить, то он применялся лет 30-35 назад в качестве УКВ антенн для первых вещательных стационарных ЧМ-приемников.
Схема J-антенны показана на рис.1, где: А - короткозамкнутый четвертьволновый согласующий шлейф, В-А - полуволновый излучатель, С - расстояние от короткозамкнутого конца шлейфа до места подключения 50-омного коаксиального фидера. Размеры антенны можно рассчитать для любого диапазона по формулам: В(см)=21502/F(МГц), А(см)=7132/F(МГц), С(см)=571/F(МГц). Например, для 145 МГц - В=148 см, А=49,2 см, С=4,6 см, а для 50 МГц - В=430,1 см, А=142,8 см, С=13,4 см.
Такую антенну любой желающий может изготовить и настроить за 1...1.5 часа. Для этого необходимо иметь монтажный провод сечением 1,5 мм2 и более в ПВХ изоляции и достаточное количество пластиковых карточек, например, от телефонных автоматов. Из пластиковых карточек вырезаются распорки в виде квадратов 30x30 мм (рис.2), в углах которых сверлятся отверстия по диаметру провода.
Количество таких квадратиков заготавливается из расчета 2 шт. на 10 см длины линии А. Из провода отрезается кусок длиной А+В+25 мм и собирается антенна, как показано на рис.3. На расстоянии С от короткозамкнутого конца снимется изоляция на А и В и подпаивается 50-омный кабель. Провод на всех распорках и кабель на первой распорке возле короткозамкнутого конца фиксируются «крест - накрест» ПВХ изолентой. На этом основная монтажная работа закончена.
Настройка
Приведенные формулы для размеров антенны не учитывают укорочения в случае применения провода с ПВХ изоляцией, поэтому, например, при изготовлении антенны на 50 МГц ее размеры получаются на 2-4 см длиннее, чем нужно. Но это и хорошо, т.к. есть возможность с помощью обычных кусачек очень точно настроить антенну.
В качестве фидера для походных условий автор обычно использует RG-58, но подойдет и фторопластовый РК-50. С 75-омным кабелем КСВ лучше 1,2 не получить, если не увеличить размер С на 3-4%.
При первом включении антенна всегда была длиннее и строилась на 48,5-49 МГц при КСВ 1,8-2,5 и повышенном Rbx. Это подтвердилось при изготовлении нескольких антенн. Чтобы понизить входное сопротивление до 50 Ом, достаточно было укоротить размер А на 3-6 см, и только затем подогнать размер В до необходимой резонансной частоты (в данном случае на 50,110 МГц). Такая же картина наблюдалась и с антенной на 145,3 МГц. Если вдруг будет применяться не тот провод и с другой изоляцией:) или вообще вместо медного провода будет использоваться би-металлическая проволока, а вместо карточек - пластинки из стеклотекстолита, то Rbx может оказаться ниже 50 Ом. В этом случае придется немного удлинить размер А, и только затем подкорректировать размер В.
Ну а дальше, еще проще. Берется удилище из бамбука или стеклопластика соответствующей длины (или составляется из нескольких удилищ), исполняющее роль несущей мачты. К его вершине за изолятор крепится конец излучателя J-антенны, и эта конструкция поднимается вертикально. На «двойке» с такой антенной связи в радиусе 400 км почти всегда были, в этом неоднократно убеждались радиолюбители Донецкой, Запорожской областей, Турции и Болгарии.
Но «лучшее - враг хорошему» - неоднократно убеждался автор. Ну не было в тот год на даче дюралевых прутков для 4-элементного модернизированного малогабаритного прямоугольника Моксона, пришлось сделать «Super J». Для этого к настроенной как указывалось выше J-антенне необходимо подключить к верхушке излучателя еще одно полуволновое полотно размером В"=В-А. Это полотно подключают через короткозамкнутый четвертьволновый шлейф длиной 42 см (для 145,3 МГц), сделанный аналогично описанному шлейфу для J-антенны.
Но изоляторы-распорки необходимо сделать поуже, чтобы можно было после изготовления шлейф свернуть вокруг изолятора (рис.4) в кольцо, обмотав его изолентой. К одному из концов шлейфа подключают верхний конец уже настроенной J-антенны, а ко второму -новый излучатель. Вся эта конструкция также поднимается вертикально. Длина В" дополнительного излучателя подстраивается в резонанс на 145,3 МГц. Все... +2,5 дБд к Вашей J-антенне обеспечено.
Александр Каракаптан (UY50N), г.Харьков
Радиолюбители широко используют для работы на УКВ полуволновую антенну с резонаторным питанием. Согласование высокого входного сопротивления полуволнового излучателя с относительно низким волновым сопротивлением коаксиального кабеля осуществляется с помощью четвертьволнового резонатора. Резонатор имеет высокое выходное сопротивление на своем конце, которое зависит от конструкции резонатора, и нагрузки на его конце. Вдоль резонатора сопротивление уменьшается по синусоидальному закону, от максимального на его конце, до нуля на дне резонатора. Это позволяет использовать для питания полуволновой антенны, подключенной к концу четвертьволнового резонатора коаксиальный кабель любого волнового сопротивления.
Четвертьволновый резонатор, обеспечивающий согласование полуволновой антенны с коаксиальным кабелем часто выполняется из двухпроводной линии. Такое построение упрощает конструкцию антенны и облегчает ее наладку. Полуволновая антенна с резонаторным питанием по своему виду напоминает латинскую букву «J». Вследствие этого в различной радиолюбительской литературе эту антенну часто называют «J-антенна».
Необходимо отметить, что «J» антенна появилась в мире в середине двадцатых годов двадцатого века. Первоначально она использовалась для работы на коротких волнах. Примерно до 50 годов, J-антенна еще использовалась в профессиональной радиосвязи. В наше время эта антенна используется только радиолюбителями. Радиолюбители разработали множество различных конструкций «J» антенны, которые могут быть использованы как для полевой работы, так и для стационарных антенн. В этой главе мы рассмотрим наиболее используемые радиолюбителями «J» антенны.
Простая J-антенна с непосредственным подключением коаксиального кабеля к четвертьволновому резонатору показана на рис. 1. Как известно, классическая J - антенна имеет длину излучающей части "А" равную L/2. Эта часть, представляет собой полуволновой вибратор. Входное сопротивление полуволнового вибратора с любого его конца высокое, и в зависимости от практической конструкции излучателя, может составить около тысячи ом в диапазоне 145 МГц. Для питания J-антенны используют подключение коаксиального кабеля к части четвертьволнового резонатора "В".
Рисунок 1. J-антенна с непосредственным подключением коаксиального кабеля к четвертьволновому резонатору
Это наиболее распространенный способ питания J-антенны. Он часто используется при построении стационарных J-антенн выполненных из толстого провода. На конце коаксиального кабеля должен быть установлен высокочастотный дроссель. Это необходимо для предотвращения излучения оплетки коаксиального кабеля, и для устранения влияния оплетки коаксиального кабеля на работу четвертьволнового резонатора.. Высокочастотный дроссель для диапазона 145 МГц может быть выполнен в виде катушки из коаксиального кабеля, содержащей 10 -15 витков, намотанных на каркасе диаметром 20-50 мм, как показано на рис. 2. В настоящее время радиолюбители предпочитают использовать в качестве высокочастотного дросселя 10-20 ферритовых колец, надетых на коаксиальный кабель в месте питания J-антенны, как это показано на рис. 3. Магнитная проницаемость этих ферритовых колец некритична.
Рисунок 2. Простой ВЧ - дроссель
Рисунок 3. ВЧ - дроссель на основе ферритовых колец
Подключение коаксиального кабеля к антенне во время настройки можно довольно просто произвести с помощью “крокодилов” , как это показано на рис. 4, и найти оптимальные точки подключения коаксиального кабеля.
Рисунок 4. Определение точек подключения коаксиального кабеля
Но на самом деле не все так просто! Радиолюбители, которые выполняли J - антенны, знают, сколько труда и времени требует определение точки подключения коаксиального кабеля к резонатору. Кажется, что антенна уже настроена, и сдвиг точки подключения кабеля должен привести к улучшению КСВ антенны, а на практике происходит обратное!
Подключение коаксиального кабеля к четвертьволновому резонатору расстраивает последний относительно его первоначальной или расчетной частоты настройки. Это уменьшает эффективность работы "J"-антенны, приводит к увеличению КСВ в фидере питания. Для устранения этого явления необходимо проводить подстройку четвертьволнового резонатора в резонанс на окончательном этапе настройки антенны. На практике это вызывает определенные затруднения. В итоге, часто J –антенна имеет КСВ в фидере питания в пределах 1,5:1, хотя, при тщательной настройке этой антенной системы, реально достижим КСВ в фидере питания антенны 1,1:1.
На конце J - антенны, даже при мощности радиостанции 0,5 ватта, будет высокое напряжение, достаточное, чтобы вызвать ожог, поэтому необходимо принять меры по предотвращению случайного касания к концу антенны. Можно использовать J - антенны длиной кратной L/2, L, 1,5L, 2L. При экспериментальной проверке оказалось, что применение антенны длиной? увеличивает силу сигнала по сравнению с полуволновой J-антенной на 1,5 дБ, а при использовании антенны длиной 1,5L сила сигнала выросла чуть более 2 дБ по сравнению с полуволновой антенной. В табл. 1 приведены длины вибратора для выполнения J- антенны длиной L/2, L, 1,5L, 2L.
Таблица 1. Длины вибратора J - антенны длиной L/2, L, 1,5L, 2L
| L/2 | L | L(1,5) |
| 1050 мм | 2080 мм | 3120 мм |
J - антенна может работать на третьей гармонике, т.е. антенна, настроенная для работы в диапазоне 145 МГц будет работать на диапазоне 430 МГц. Это делает ее незаменимой при работе «cross band», например, через репитеры или радиолюбительский спутник.
Направленная J-антенна
На основе J-антенн можно строить направленные антенны. В этом случае рефлектор и директор размещают около J-антенны, как это показано на рис. 5 на традиционном для них расстоянии. В зависимости от длины полотна активной части J - антенны можно использовать полуволновые или волновые рефлектор и директор. Определение точек питания четвертьволнового резонатора для направленной J-антенны аналогично как для простой J-антенны. На конце коаксиального кабеля необходимо использовать высокочастотный дроссель.
Полевая J-антенна с комбинированным питанием
При использовании переносной радиостанции из удаленных мест, той укороченной антенны, которая идет в комплекте с радиостанцией, часто недостаточно эффективной для работы. В этом случае совместно с радиостанцией будет успешно работать полуволновая антенна, которая не требует «земли» для своей работы и имеет усиление значительнее большее (до 10 дБ) по сравнению с короткой «резинкой». Полевая антенна, используемая совместно с переносной УКВ радиостанцией, должна легко устанавливаться, легко переноситься, не требовать дополнительной настройки в полевых условиях работы.
Такая J - антенна может быть выполнена из пластикового ленточного кабеля волновым сопротивлением 450 Ом. «Земля» четвертьволнового резонатора припаяна к «земле» антенного разъема. Подключение выхода передатчика сопротивлением 50 Ом к четвертьволновому резонатору выполнено на расстоянии 67 мм от «земли» разъема. Нерабочая жила из ленточного кабеля вытаскивается, в вершине кабеля делается отверстие, через которое привязывается леска. С помощью этой лески антенна может быть растянута в пространстве, подвешена к ветке, к карнизу и т.д. Схема переносной J - антенны из ленточного кабеля показана на рис. 6. При переноске J - антенна может быть свернута, и просто спрятана в карман.
Рисунок 6. Переносная J - антенна из ленточного кабеля
J -антенна при изготовлении ее точно по размерам не требует наладки, и эффективно работает в УКВ диапазоне 145 МГц с низким КСВ. J - антенну возможно подключать к трансиверу через коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом. Связь выхода передатчика с четвертьволновым резонатором в этой антенне комбинированная. Она осуществляется как через магнитное поле петли, так и через подключение к части резонатора.
При ее практическом выполнении антенны желательно использовать двухпроводную ленточную линию волновым сопротивлением 450 Ом. При использовании линии с другим волновым сопротивлением возможно придется изменить точку подключения петли связи к четвертьволновому резонатору. В настоящее время в специализированных магазинах можно приобрести двухпроводные линии передачи с любым стандартным волновым сопротивлением.
Для изготовления J -антенны можно использовать самодельную открытую линию. В этом случае соотношение между расстоянием относительно ее проводником и диаметром проводов, составляющих линию должно быть равно 20 (рис. 7). При использовании самодельной открытой линии без пластиковой изоляции длина четвертьволнового резонатора должна составлять 48 см.
Рисунок 7. Двухпроводная линия передачи
Следует отметить, когда J -антенна выполняется из двухпроводной линии передачи в пластиковой изоляции, то четвертьволновый резонатор должен иметь длину L/4 с учетом коэффициента укорочения в линии, а вибратор должен иметь L/2 (L и т.д.) в свободном пространстве. Недопустимо оставлять вторую жилу кабеля свободной около основного полотна антенны, ее всегда необходимо удалять. В противном случае эффективность работы антенны уменьшится. Возможно параллельное соединение проводников линии J-антенны для выполнения вибратора как это показано на рис. 8. В этом случае полоса пропускания антенны немного расширится. Это упростит настройку антенны.
Рисунок 8. Параллельное соединение проводников линии J-антенны
J-антенна на основе ленточного кабеля является одной из самых простых в выполнении и эксплуатации. Эта антенна позволят работать радиолюбителям из альтернативного QTH, при использовании переносных радиостанций.
Ленточные J - антенны
Мной была выполнена экспериментальная J -антенна из алюминиевой фольги используемой для пищевых продуктов. Эта антенна показала себя эффективной в работе и несложной в настройке. Это позволяет рекомендовать к повторению конструкцию ленточной J – антенны. Описанию ленточной J – антенны будет посвящен следующий параграф.
Ленточная J -антенна была выполнена по размерам, приведенным на рис. 9. На широкую фольгу, предназначенную для приготовления пищи, заранее была наклеена липкая лента типа “Скотч”. Затем при помощи ножниц была вырезана антенна в соответствии с размерами, показанными на рис. 9. После этого полотно антенны было еще раз укреплено лентой типа “Скотч”.
Рисунок 9. Ленточная J - антенна
Секция “А” этой антенны, длиной равной 1 метр, представляет собой излучатель антенны. Четвертьволновой резонатор, выполненный на секции "В", изначально был взят с резонансной частотой немного большей необходимой. Это было сделано для того, чтобы впоследствии была возможность осуществить его настройку с помощью емкостной пластины. Часть "С", длиной равной 1 метр, представляет собой "землю" ленточной J - антенны. Хотя, теоретически, J - антенна вполне может работать без части "С", следовательно, без "земли", но ее наличие улучшает работу антенны. Изменение длины части "С" в процессе настройки позволяет в небольших пределах регулировать значение КСВ и в конечном итоге достигнуть малого значения КСВ в фидере питания антенны.
Как известно, для точного выполнения частей антенны “А”, “В”, “С”, необходимо знать их коэффициент укорочения. Во всех книгах по антеннам, которые были у меня, коэффициент укорочения проводников антенны был приведен только для цилиндрического проводника. Ленточная антенна является плоской антенной, поэтому к ней неприменим коэффициент укорочения для цилиндрических антенн. Также зависит коэффициент укорочения проводников антенны от места расположения антенны, от влияния на нее посторонних проводящих предметов. Мной был принят коэффициент укорочения ленточной антенны первоначально равный 1. Поскольку ленточная антенна располагается в легко доступном месте, ее подстройка осуществляется очень просто, обрезанием части фольги вибратора. Следовательно, нет необходимости выполнять антенну точной длины с учетом коэффициента укорочения.
При определении точек питания ленточной J – антенны я сначала пытался идти традиционным путем ее настройки, подключая коаксиальный кабель к четвертьволновому резонатору с помощью широких "крокодилов". Но через некоторое время экспериментов четвертьволновой резонатор антенны был окончательно испорчен "крокодилами", которые действительно "покусали" фольгу. Стоит в связи с этим заметить, что большие проблемы составляет и пайка алюминиевой фольги, которая понадобилась бы впоследствии для подключения коаксиального кабеля к четвертьволновому резонатору.
Через некоторое время я оставил попытки непосредственного подключения коаксиального кабеля к резонатору и решил применить индуктивную связь коаксиального кабеля с резонатором. Действительно, во многих частотно - разделительных УКВ - фильтрах резонаторного типа, установленных в промышленных УКВ – ретрансляторах, используется индуктивная связь с резонаторами. Почему бы и для ленточной J -антенны не применить ее!
Мной был проведен ряд экспериментов по нахождению оптимальных размеров петли связи коаксиального кабеля с четвертьволновым резонатором. Описание их проведения заняло бы большой объем, поэтому я привожу на рис. 10 готовую конструкцию петли связи. На коаксиальный кабель были надеты 10 ферритовых колец, которые представляли собой высокочастотный дроссель. Этот дроссель препятствует изучению оплетки коаксиального кабеля. На практике это снижает КСВ в фидере антенны и облегчает согласование петли связи с четвертьволновым резонатором. Петля связи была закреплена внизу четвертьволнового согласующего резонатора, как показано на рис. 11.
Рисунок 10. Петля связи ленточной J – антенны
Рисунок 11. Расположение петли связи ленточной J - антенны
J - антенна из фольги, выполненная согласно рис. 9, была наклеена на стену комнаты. Первоначальная настройка антенны заключается в определении длины излучающего вибратора (часть антенны “А”). Для этого измеряя КСВ в фидере антенны в месте подключения коаксиального кабеля к передатчику, и постепенно укорачивая вибратор антенны, добиваются минимального значения КСВ на частоте 145 МГц. Вибратор можно понемногу обрезать сверху острой бритвой, можно просто скатывать его верхний конец в рулон, как это показано на рис. 12. С помощью укорочения вибратора (часть антенны “А”) достигают первоначального минимума КСВ фидере антенны. Этот минимум КСВ может находиться лежать в пределах 2-3. Не нужно бояться этого высокого значения КСВ, нам необходимо достигнуть только его минимума.
Рисунок 12. Укорочение вибратора скатыванием
Следующий этап настройки антенны - подстройка четвертьволнового резонатора в резонанс на частоту 145 МГц. С помощью кусочка фольги, наклеенного на скотч, как производят подстройку резонатора. Фольга играет роль настроечного конденсатора резонатора. Чем ближе к вибратору антенны этот кусочек фольги, тем большую емкость он вносит в резонатор, и тем ниже его частота настройки. Чем ближе к дну резонатора кусочек фольги, тем меньшую емкость он вносит в четвертьволновый резонатор, и тем выше его частота настройки. Реально, с помощью этого кусочка фольги можно менять частоту настройки резонатора в относительно широких пределах. На рис. 13 показан процесс настройки четвертьволнового резонатора.
Рисунок 13. Процесс настройки четвертьволнового резонатора
Перемещением фольги вдоль резонатора, добиваются минимума значения КСВ в фидере антенны. Это довольно легкая подстройка антенны, она не вызывает затруднений. Кусочек фольги двигают с помощью длинной диэлектрической палки, на которую он первоначально прикреплен. Найдя точку положения настроечного кусочка фольги на резонаторе соответствующему минимальному значению КСВ в фидере, с помощью скотча приклеивают этот кусочек фольги на этом месте резонатора.
С помощью настройки четвертьволнового резонатора в резонанс, легко удается достигнуть снижения КСВ в фидере антенны от первоначального значения 2-3 до значения, лежащего в пределах 1,5. Затем, небольшим изгибанием уголков фольги, как показано на рис. 14, дальнейшим небольшим изменением длины вибратора антенны, и, изменением длины земляного вибратора "С", достигают дальнейшего снижения КСВ. В зависимости от желания и упорства радиолюбителя, легко можно достигнуть значения КСВ в фидере лежащем пределах 1,2:1. Может, для снижения КСВ придется немного изменить положение петли связи коаксиального кабеля с четвертьволновым резонатором, или немного изменить ее размеры. Но это возможно лишь в том случае, если есть желание достигнуть значения КСВ в кабеле практически близкого к 1:1.
Рисунок 14. Подстройка четвертьволнового резонатора
После полной настройки антенны, длина части "А" была равна 85 см, длина части "С" была равна 87 см. Настроечный кусочек фольги располагался на расстоянии 23 см от дна четвертьволнового резонатора. КСВ антенны был 1,2:1, полоса работы антенны при увеличении КСВ до 1,6:1 составляла от 142 МГц до 146 МГц. Антенна обеспечивала превосходную работу, большую дальность связи по сравнению со штатной антенной УКВ радиостанции.
Ленточная антенна может быть заклеена обоями, в этом случае она будет полностью невидима постороннему наблюдателю. Для работы совместно с этой антенны петлю связи можно располагать в заранее обозначенном месте.
Антенна из фольги может располагаться на чердаке. Она там может быть просто подвешена за верхний конец вибратора. Антенна может быть использована и для работы в полевых условиях. В этом случае коаксиальный кабель может проходить вдоль "земляного" вибратора. Если фольга антенны с обоих сторон будет обклеена скотчем, то антенна будет представлять собой механически прочную, защищенную от погодных воздействий, конструкцию. В этом случае антенну можно использовать и под воздействием атмосферных условий. В этой конструкции J -антенны мной был использован коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом.
В. Марков
Радиохобби 6/2003
КВ антенны
J-антенна, ее схема и конструкция описаны неоднократно в печати. Эта антенна в основном применяется на УКВ диапазонах и на высокочастотных КВ-диапазонах. Если выполнить согласующий четвертьволновый шлейф из коаксиального кабеля с учетом его коэффициента укорочения, то ее можно применять и на длинноволновых KB диапазонах. Схема такой антенны, размещенной горизонтально, показана на рис. 1.
Для крепления кабеля, провода и растяжек применяются планочки из изоляционного материала, например из текстолита, толщиной 2-3 мм (рис.2).
Место подключения кабеля питания находится на 1/8 части (А-Б на рис. 1) согласующего кабеля (шлейфа), считая от закороченного конца, для 50-омного кабеля и на 1/7 части - для 75-омного. Причем согласующий шлейф и кабель питания одного типа. В точке В оплетка на конце кабеля на расстоянии 1 см завернута на внешнюю изоляцию кабеля и обмотана ПВХ изолентой. Длина излучателя L антенны сначала рассчитывается для нужного диапазона, а затем уточняется при настройке с помощью ГИРа (GRID-DIP-METER).
После изготовления антенны все пайки и открытые части оплетки обмазываются пластилином или герметиком. В таблице даны размеры антенны для всех KB диапазонов (длина шлейфа дана для кабеля с полиэтиленовой изоляцией). Полотно антенны и согласующий шлейф должны быть на одной прямой.
|
Диапазон, м |
Вибратор, |
Согласующий шлейф, l, |
||
|
Кабель 50 Ом |
Кабель 75 0м |
|||
Для диапазона 20 м и выше рекомендую вертикальное исполнение J-антенны. Автором изготовлено несколько таких антенн на 20-ти и 10-метровый диапазоны. Причем в качестве мачты использованы телескопические удочки длиной 6 и 7 метров, у которых самая верхняя секция удаляется. На вершине удочки укрепляется «звездочка», которая служит емкостной нагрузкой антенны. Она изготовлена из 6-ти Г-образных, горизонтально расположенных длинной стороной по 30 см, проводов (биметалл, алюминий диаметром 2-3 мм). Вертикальные 5-сантиметровые части этих проводов расположены равномерно вокруг верхушки, обмотаны луженым медным проводом и все вместе пропаяны. Внешние концы горизонтальных проводников «звездочки» залужены на расстоянии 1 см и соединены медным проводом диаметром 1 мм, как показано на рис.3.
Полотно антенны изготавливают из двойного медного провода 01 мм в общей изоляции типа «лапша» с расстоянием между проводами 2-3 мм. Оба провода на конце зачищают на расстоянии 1 см, скручивают и спаивают вместе, а затем подпаивают к «звездочке». После этого «лапшу» обматывают вокруг удочки, не допуская ее перекручивания.
Для антенны на 20 метровый диапазон сначала наматывают провод с шагом 2 см на расстоянии 180 см, затем с шагом 4 см на расстоянии 80 см, затем с шагом 10 см - 60 см, а потом провод длиной 240 см просто располагают вдоль удочки. При намотке через каждые 50 см провод укрепляют ПВХ изолентой.
Затем удочку с намотанным излучателем ставят вертикально на землю (крышу дома), подсоединяют ГИР к спаянным вместе так же как и возле «звездочки» концам «лапши» и измеряют fPE3.
Если резонанс ниже по частоте - укорачивают провод, если выше - удлиняют, добиваясь fPE3=14100...14120 кГц. После подъема антенны на рабочую высоту резонанс практически не «уходит». Таким образом, на удочку длиной 5 м намотан провод с электрической длиной Х/2 и реализована антенна в виде укороченного полуволнового диполя.
Теперь подсоединяют к полотну антенны согласующий кабель по размерам из таблицы с отводом для подключения кабеля питания. Удочка крепится к мачте на расстоянии 20...30 см от конца и не требует растяжек. КСВ у антенны был по 1,1...1,2 на 14000 и 14350 кГц, а на 14120 - 1,05.
Достоинства J-антенны: широкополосность, простота конструктивного исполнения, не требует противовесов.
Недостаток -однодиапазонность.
Для радиолюбителей, имеющих LW с длиной 81-84 м, можно рекомендовать согласовывать ее с помощью коаксиальных шлейфов с размерами, взятыми из таблицы. Но перед этим следует убедиться с помощью ГИРа или измерителя импеданса, что LW имеет на необходимых диапазонах максимальное входное сопротивление, т.е. ее электрическая длина кратна Х/2.
Эта антенна давно и вполне заслуженно пользуется популярностью у радиолюбителей. Конструкция её проста, она легко настраивается и согласуется с фидером с любым волновым сопротивлением. Однако большие размеры (общая длина равна 0,75λ) затрудняют её использование на КВ-диапазонах. Зато в УКВ-диапазонах она применяется достаточно часто.
Рис. 1. Эскиз конструкции антенны
Антенна (рис. 1) представляет собой вибратор длиной λ/2, запитанный с конца через согласующее устройство, выполненное в виде четвертьволновой открытой линии, замкнутой на нижнем конце. Высокое входное сопротивление полуволнового вибратора при питании с конца (несколько килоом) легко трансформируется к волновому сопротивлению кабеля выбором оптимального расстояния от точек питания (Х1, Х2) до замкнутого конца линии. Использование в качестве трансформатора открытой линии обеспечивает малые потери при больших коэффициентах трансформации. Усиление J-антенны - +0,25 дБд, оно несколько превосходит усиление диполя (за счёт двухпроводной линии).
Вертикальная J-антенна из-за неполной симметрии имеет небольшое излучение с горизонтальной поляризацией (рис. 2).
Рис. 2. Параметры и диаграмма направленности
Модифицируем J-антенну, отогнув четвертьволновую линию на 90 градусов (рис. 3). Немного уточнив размеры, нетрудно получить хорошее согласование и усиление 0 дБд. Однако у этого варианта антенны уже заметная часть излучения имеет горизонтальную поляризацию. Его вызывает синфазный ток в двухпроводной линии, играющего в J-антенне роль противовеса (токоприёмника).
Рис. 3. Модифицированная конструкция антенны
Добавим ещё один полуволновый вибратор, подключив его к свободному концу двухпроводной линии (рис. 4). Получаем полностью симметричную конструкцию в вертикальной плоскости. Синфазный ток в двухпроводной линии отсутствует, как, впрочем, и излучение с горизонтальной поляризацией. Этот вариант - коллинеарная антенна из двух полуволновых вибраторов с питанием через четвертьволновую замкнутую на конце линию.
Рис. 4. Модифицированная конструкция антенны
Такая антенна описана SM0VPO на его сайте в статье "6 dB collinear VHF antenna by Harry Lythall - SM0VPO". Её усиление (около 2,4 дБд) получено за счёт сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости. В горизонтальной плоскости диаграмма излучения круговая. Антенна конструктивно очень проста и может изготавливаться из одного отрезка алюминиевого прутка или трубки. Для сохранения симметрии антенны кабель питания желательно подключать через симметрирующий трансформатор. SM0VPO использует симметрирующий трансформатор в виде U-колена. Можно ограничиться и несколькими ферритовыми кольцами, надетыми на кабель вблизи точки питания антенны.
Назовём эту конструкцию для краткости Super-J антенной. А какая возможна её дальнейшая модификация?
Рис. 5. Модифицированная конструкция антенны
Добавив в конструкцию рефлекторы, получим двухэлементную Super-J антенну (рис. 5). Это уже направленная коллинеарная антенна с усилением +5,8 дБд. А если добавить директоры, получаем трёхэлементную Super-J антенну (рис. 6) с усилением +8 дБд (рис. 7). Попытка добавить второй директор даёт прибавку в усилении всего 0,8 дБ, но заметно увеличивает длину антенны...
Рис. 6. Модифицированная конструкция антенны
Рис. 7. Параметры и диаграмма направленности
В чём преимущество этих антенн перед многоэлементными Yagi?
При равной площади коэффициенты усиления у них примерно равны, но преимущества Super-J антенн - малая длина бумов, связанный с этим малый радиус поворота и удобство согласования. К недостаткам можно отнести необходимость использования диэлектрической мачты, хотя бы верхней её части.
На рис. 8 приведена фотография трёхэлементной Super-J антенны на диапазон 144 МГц, выполненной из алюминиевого прутка диаметром 8 мм.
Рис. 8. Трёхэлементная Super-J антенна на диапазон 144 МГц
Диэлектрическая мачта (например, стеклопластиковая) и изоляционная распорка расположены в промежутках между элементами. На рис. 9 они показаны более жирными линиями. Кабель питания лучше отводить горизонтально за рефлекторы и возвращать к мачте широкой петлёй, подальше от концов рефлектора. На этом участке (вблизи антенны) через каждые 0,5 м на кабель желательно надеть трубчатые ферритовые магнитопроводы (от кабелей питания мониторов).
Рис. 9. Конструкция антенны
Аналогичную трёхэлементной Super-J антенну можно изготовить и на диапазон 430 МГц. В таблице и на рис. 10 приведены необходимые конструктивные размеры для частот 145 и 435 МГц. Размеры элементов и расстояние между их осями указаны в сантиметрах (D - диаметр алюминиевых или медных проводников, из которых изготавливается антенна). Входное сопротивление в точке питания - 50 или 200 Ом. Если для симметрирования используется U-колено, оно трансформирует сопротивление фидера к 200 Ом, поэтому место подключения к двухпроводной линии будет несколько дальше от замкнутого конца. При этом размеры согласующего шлейфа немного изменяются (см. таблицу).
Рис. 10. Конструктивные размеры
Таблица
| Частота, МГц | R вx , Ом | ||||||||||
Размеры элементов, помеченных звёздочкой, уточняются при настройке.
Для удобства настройки согласующее устройство рекомендуется выполнять с двумя передвижными контактами (ползунами): один, замыкающий двухпроводную линию, используют для настройки в резонанс, второй, подключающий фидер, - для согласования на минимальный уровень КСВ. Это позволяет быстро настроить антенну, но после выбора положений ползунов нужно обязательно обеспечить надёжный контакт (пайкой или болтами). От сопротивления контакта исключительно сильно зависит КПД антенны. Нелишне помнить о недопустимости контакта медь-алюминий и защите контакта от влаги. Требования к сопротивлению контактов на разомкнутом конце J-колена, напротив, нестрогие, поскольку ток там минимален.
Первоначально антенна была изготовлена по рис. 4 на среднюю частоту 145 МГц из алюминиевого прутка диаметром 8 мм. Крепилась она к стеклопластиковой трубе диаметром 23 мм, используемой в качестве мачты. В качестве симметрирующего устройства использовалась ферритовая трубка, надетая на кабель вблизи точки питания антенны. Её испытания показали, что при расположении антенны на деревянном столе параллельно земле и при вертикальном её расположении настройки не совпадают. Поэтому настройку антенны необходимо проводить, установив её вертикально. Достаточно, чтобы расстояние от нижних концов вибраторов до земли было около 0,5 м. Передвигая замыкающую перемычку вдоль двухпроводного шлейфа и двигая точки подключения кабеля (эти подстройки взаимозависимы), довольно просто удалось согласовать антенну до КСВ
Затем к мачте и активным вибраторам были прикреплены бумы, также выполненные из алюминиевого прутка диаметром 8 мм, поскольку под рукой не имелось диэлектрических трубок необходимой жёсткости. В средней точке вибраторов напряжение близко к нулю, поэтому проводящий бум слабо влияет на характеристики антенны, что подтвердило предварительное моделирование.
На бумах были установлены рефлекторы и директоры, длины которых выполнялись по расчёту модели с помощью программы MMANA. Двухпроводная линия и бумы закреплены на мачте посредством пластин из винипласта толщиной 10 мми U-образных скоб. Элементы антенны крепятся к бумам с помощью дюралевых П-образныхскоб и болтов.
Пассивные элементы резко снизили входное сопротивление антенны. Однако слабо выраженный минимум КСВ был найден. Передвигая перемычку и сдвигая точки подключения кабеля, нашли положение, когда минимум КСВ соответствовал частоте 145 МГц и не превышал 1,2. Длины вибраторов не регулировались.
По сравнению с настройкой одноэлементной антенны настройка трёхэлементной антенны значительно более острая и критичная. Полоса по уровню КСВ
Работа антенны предварительно оценивалась в городских условиях (среди высоких зданий, полностью закрывавших горизонт) при расположении её оси над землёй на высоте всего 1,5 м. По сравнению с четвертьволновым автомобильным штырём она давала прирост сигнала на 2... 3 балла при связях на расстояниях 10...50 км. Направленность в горизонтальной плоскости была ярко выражена. Общее впечатление - антенна работает. Более аккуратные оценки работы Super-J антенны были сделаны на открытой местности в дачных условиях при подъёме антенны на мачту высотой 7 м. Её работа сравнивалась с работой четырёхэлементной антенны "квадрат" с вертикальной поляризацией. Антенны устанавливались попеременно на одной и той же стеклопластиковой мачте в одном и том же месте. Использовались один и тот же кабель в качестве фидера и один и тот же трансивер. Оценивалась работа по открытию и слышимости репитеров, расположенных на расстояниях от 30 до 100 км и оценкам корреспондентов при проведении QSO в прямом канале на расстояниях до 70 км.
В большинстве случаев оценки были очень близкими. Если слышали "квадрат", также слышали и Super-J. Четырёхэлементный "квадрат" имел более узкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, поэтому его приходилось более точно направлять на корреспондента для получения максимальной оценки, Super-J почти не поворачивали. Общее впечатление - антенны имеют примерно равные усиления и хорошее подавление заднего лепестка. Испытуемая антенна в два раза легче "квадратов" и имеет существенно меньшие момент вращения и парусность.
