Антенна UT5VD на 2-метровый диапазон с круговой диаграммой направленности в двух плоскостях
В последние годы интерес радиолюбителей к 2-метровому диапазону постоянно растет в связи с увеличением количества ЧМ-репитеров и, соответственно, улучшением условий для развития мобильной связи, сети различных BBS и порталов, в т.ч. с выходом в Интернет, а также спутниковых ретрансляторов. Повышению активности способствует и разрешение с 1 марта 1998 года работать на УКВ начинающим радиолюбителям.
При работе на 2-метровом диапазоне используют антенны как с вертикальной поляризацией (в основном для мобильной связи и при работе через репитеры), так и с горизонтальной. При этом желательно иметь антенну с круговой диаграммой направленности и в горизонтальной, и а вертикальной плоскостях. Последнее очень важно при работе через спутниковые (ИСЗ) ретрансляторы. Для этих целей, как правило, применяют несколько антенн, что снижает оперативность в работе при условии дальнего нестабильного прохождения на 2-метровом диапазоне.
Автору удалось решить эту проблему, реализовав антенну практически со сферической диаграммой направленности. При этом антенна может излучать и, соответственно, принимать электромагнитные волны как с вертикальной, так и с горизонтальной поляризацией.
Основой конструкции является популярная J-антенна (рис. 1). Она представляет собой вертикальный диполь, питаемый с нижнего конца с помощью короткозамкнутой четвертьволновой линии. Как известно [1], эта антенна работает только с вертикальной поляризацией и имеет круговую диаграмму в горизонтальной плоскости с глубоким минимумом в вертикальном направлении.
Автор предложил изменить форму вертикального излучателя этой антенны, изогнув диполь пополам под 90°. При этом горизонтальная часть диполя в первом варианте состояла из двух противоположных элементов длиной Л/l каждый (рис.2) и была впервые описана в сборнике «Инфоix» №4/1990 г., с.42,43.
В последней модификации автор предложил выполнить горизонтальную часть излучателя из 4 взаимно перпендикулярных отрезков длиной l/4, имеющих электрический контакт с вертикальной частью излучателя (рис.З). Конструкция антенны проста в изготовлении и легко повторяема даже для начинающих радиолюбителей. Вертикальные части антенны выполнены из трубы диаметром 32 мм. Материал — бронзa, латунь, медь, а также алюминиевые сплавы при условии обеспечения надежного электрического контакта вcex частей антенны и согласующего устройства (пайка или сварка). Горизонтальная крестовидная часть изготовлена из прутка или трубки диаметром 6 мм (материал — аналогичный с примененной трубой диаметром 32 мм).
У этой конструкции сохраняется преимущество J-антенны, при котором нижний конец короткозамкнутой четвертьволновой линии может быть заземлен, например, электрически соединен с заземленной мачтой и в этом случае вся антенна может служить хорошим молниеотводом. Настройка заключается в подборе места подсоединения кабеля питания к согласующей линии (рис.4) по минимуму КСВ. Автор применил РК-75. но можно использовать и фидер с волновым сопротивлением 50 Ом. При указанных на рис.3, 4 размерах и 75-омном фидере КСВ=1,0 вблизи 145,5 МГц.
Антенна установлена на металлической заземленной мачте, на высоте 7 м над землей, но можно использовать мачту из любого материала и конструкции. Посторонние токопроводящие предметы должны быть удалены от горизонтальных элементов более чем на 2 метра. При соответствующем изменении геометрических размеров такую антенну можно построить и для других УКВ диапазонов.
Данная антенна работает у автора с 1983 года. Показала неплохие результаты при всех видах прохождения, а также при связях через любительские ИСЗ в зоне их видимости и без провала сигнала «над головой». Во время «Полевого дня 2000» на базе UT0H был проведен эксперимент, в ходе которого сигналы моего маяка, на котором использовалась описываемая антенна, принимали на антенны как с вертикальной, так и с горизонтальной поляризацией примерно с одинаковой громкостью.
От редакции. На рис.1 и 4 показаны два варианта подключения кабеля к согласующей линии. В первом случае (рис. 1) центральная жила подпаяна к проводнику линии, соединенному с излучателем, а в авторском варианте (рис.4) — наоборот. Оба варианта равнозначны, хотя в публикация» чаще встречается способ подключения кабеля изображенный на рис.1.
Простая антенна для 2 м и 70 см диапазонов
Радиолюбители, работающие на двух УКВ-диапазонах (145МГц и 435МГц) знают как удобно использовать двух-диапазонную антенну. Одну из таких антенн нидерландского радиолюбителя Франка Бремера (PA0FBK), разработанной специально для 2 м и 70 см диапазонов мы сегодня рассмотрим. Она полностью изготовлена из коаксиального кабеля RG58 и является переносной, что иногда очень удобно.
Антенна представляет собой запитываемый с конца 1/2 волновый диполь для диапазона 2 м и 3/2 волновый диполь для диапазона 70 см.
Описание изготовления антенны
Она выполнена из одного отрезка коаксиального кабеля RG58. В частях «A» и «C» (каждая длиной 360 мм) были удалены внешняя оболочка и экран, в частях «B» (230 мм) и «D» (288 мм) — все оставлено. В верхнем конце части «E» (35 мм) внутренний проводник и экран соединены. Части «D» и «E» внизу соединяются с разъемом BNC или другим, подходящим для вашей радиостанции.
Работа антенны
Эта антенна работает следующим образом: части «A», «B» и «C» вместе являются полуволновым излучателем на 2 м. Часть «B» резонируют на 70 см и ведет себя, как коаксиальная связь между «A» и «C», которые являются половинами волнового излучателя на 70 см.
Для оптимальной адаптации к 50 Омам есть трансформатор — части «D» и «E». Длины «D» и «E» важны, изменяя их, можете улучшить SWR, в случае необходимости.
Эта антенна столь же хороша, как и «J» антенна и имеет то преимущество, что работает и на 2 м и на 70 см.
Я выбрал эту антенну потому, что её легко сложить в сумку и использовать при работе в командировках.
В гостинице, закрепив эту антенну на карнизе в комнате на втором этаже, я проводил постоянные сеансы радиосвязи портативной радиостанцией на расстояние 75 км. У моего корреспондента использовалась антенна GP на крыше пятиэтажного дома.
Длину отрезка E (короткозамкнутого) нужно взять на несколько сантиметров больше и закорачивая оплётку с центральной жилой иголкой, настроить антенну на минимальный КСВ.
От антенны до радиостанции я использовал кусок коаксиального кабеля RG58, около метра длиной, с четвертьволновым отсекающим стаканом для 435 МГц, выполненным из оплётки коаксиального кабеля. Место соединения оплёток я не паял, а выполнил бандаж из «кроссировки», предварительно сняв изоляцию и обмотал всё изолентой.
Справка. Коаксиальный стакан.
Самый эффективный на УКВ способ отсечки тока — 1/4 волновый стакан, который известен всем по картинкам в букварях антенн в виде трубы длиной 0,24 λ и диаметром втрое больше диаметра кабеля, нижний край которой имеет дно, соединенное с оплеткой кабеля. Его обычно называют симметрирующим, но дело не в терминах. Его сопротивление ВЧ току около 5000 Ом, но для антенн ВК в таком исполнении он слишком громоздок. Более технологичное, без затратное и не требующее настройки устройство для отсечки тока можно выполнить в виде стакана из оплетки от более толстого кабеля, плотно лежащего на внешней оболочке кабеля.
Длина стакана зависит от диэлектр. проницаемости оболочки кабеля и равна 1/4 λ х К укор. Для полиэтиленовой (ПЭ) оболочки кабеля К укор 0,667, для поливинилхлоридной (ПВХ) — около 0,59.
Сопротивление z стакана можно рассчитать по формуле: z = ρ / tha L , где ρ — волновое сопротивление коаксиальной линии, образованной оплеткой кабеля и стаканом, а — затухание в неперах на 1 метр (1 непер = 8,686 дб),tha — гиперболическая функция а, L — длина стакана в м. Если учесть,что при затухании меньше 0,21 непера(2 дб/м) tha и а практически равны, а нп заменить на дб, получится z = 9ρ /a L , где а — затухание в привычных дб/метр. Стакан работает с высоким КСВ в нем. При этом потери в нем будут примерно втрое больше, чем расчитанные при КСВ 1,0 и формулу z стакана можно записать так: z = 3ρ /a L , где а — потери в дб/м, рассчитаные для коаксиала стакана при КСВ 1,0 в нем.
Длина стакана на кабеле с ПЭ оболочкой для 145 мгц 345 мм, для 435 мгц 114 мм, z стакана 1500 Ом.
На частотах ±2% от частоты резонанса (142 и 148 МГц; 426 и 444 МГц) он снижается вдвое.
Стакан может работать и на частотах, где его длина составляет 3/4λ, 5/4λ и т.д.,
но его z и соответственно эффективность отсечки тока будут падать примерно в V¯3, V¯5 и т. д.
Иными словами, стакан длиной 345 мм на ПЭ оболочке будет достаточно эффективен и на 435 МГц
Мне встречалось описание этой антенны, где на кабеле снижение на расстоянии 195 мм от разъёма для подключения антенны изготавливался ВЧ-дроссель из 6-ти витков кабеля на каркасе диаметром 20 мм.
Автомобильная антенна на диапазон 2 метра (144 Мгц)
Вертикальные излучатели длиной полволны с несимметричным питанием, расположенные над небольшим металлическим экраном, находящимся вблизи земной поверхности, обладают лучшими параметрами, чем излучатели длиной четверть волны. Хотелось проверить на практике, насколько существенна эта разница при проведении местных радиосвязей в УКВ диапазоне.
Ко мне вместе с другими автомобильными антеннами CB диапазона (27 МГц) попала антенна с торговым названием «Cobra», которая и послужила основой для конструкции УКВ антенны диапазона 144…146 МГц. Её излучатель отличался повышенной упругостью, да и длина больше подходила к расчётной. Измерения, проведённые с целью обнаружить какой-либо резонанс антенны с приемлемым КСВ в диапазоне от 26 до 175 МГц, результатов не дали. Эта и аналогичные ей антенны «Hustler» несмотря на относительно низкую стоимость не пользуются большим спросом. Из-за малой площади магнита крепления они плохо держатся на корпусе автомобиля и при сильном ветре или резких толчках падают. К тому же водители, стараясь не поцарапать свой автомобиль, дополнительно наклеивают на основание антенны скотч или ткань. А так как через основание осуществляется ёмкостная связь антенного согласующего устройства (АСУ) с корпусом автомобиля, это приводит к изменению резонансной частоты АСУ и потере мощности сигнала при передаче и приёме.
После несложной доработки антенна пригодна для работы в диапазоне 2 метра. Так как длина её излучателя, вес и парусность уменьшаются, антенна обладает достаточной механической устойчивостью. Конструкция антенны понятна из рис. 1.
Длина излучателя уточнялась в процессе настройки. Схема и конструкция согласующего устройства антенны показаны на рис. 2 и рис. 3
Монтаж выполнен на штатном гетинаксовом каркасе диаметром 16 и длиной 23 мм. Катушка L1 намотана проводом ПЭВ-2 диаметром 1 мм. Шаг намотки — 3 мм, число витков — 3—4 (уточняется в процессе настройки). В торцах каркаса 1 запрессованы бронзовые резьбовые шпильки 2 с резьбой М8 (рис. 3), которые служат для крепления излучателя и магнитного основания антенны. Эти шпильки имеют дополнительные крепления в каркасе в виде бронзовых поперечных шпилек, к которым припаивают выводы элементов АСУ. На боковой поверхности каркаса имеется дополнительный изолированный опорный контакт, также служащий для монтажа элементов.
Ёмкость конденсатора С1 подбиралась экспериментально. Вначале был установлен переменный конденсатор малой ёмкости с воздушным диэлектриком, который впоследствии был заменён постоянным керамическим. Подойдут конденсаторы КД-1 или КТ-1 и им подобные с малым или нулевым ТКЕ и номинальным напряжением не менее 250 В. Это необходимо даже при использовании УКВ радиостанций с выходной мощностью передатчика не более 10 Вт.
После окончательной настройки АСУ следует прочно закрепить выводы катушки на каркасе, хорошо пропаять все места соединений деталей и питающего кабеля. Конденсатор необходимо покрыть слоем хорошего влагостойкого лака, а также обеспечить хорошую защиту деталей всего устройства от проникновения влаги.
На рис. 4 приведён график КСВ антенны в зависимости от частоты, на рис. 5 — фрагмент её внешнего вида.
Внешнего вид антенны
Антенна более двух лет используется с подвижной автомобильной УКВ радиостанцией. При первичной проверке её работы было установлено несколько десятков двусторонних радиосвязей с корреспондентами, находящимися в разных пунктах нашего региона, на различных расстояниях и высоте относительно выбранного для эксперимента места. Большинство корреспондентов отметили повышение уровня сигнала около одного балла (по показаниям S-метра) в сравнении с четвертьволновой GP-антенной, использованной в этом эксперименте.
Подобную антенну можно изготовить самостоятельно, имея в наличии подходящий кольцевой магнит и металлическую пружинящую проволоку подходящего диаметра с хорошими проводящими свойствами для изготовления излучателя. Металлическое основание можно выточить на токарном станке, просверлив в его центре осевое отверстие для крепления АСУ.
Антенна на 2 метра
За основу взята конструкция 5/8 из Ротхаммеля издания 1969 года. Только по совету Виктора Ярцева были изменены параметры катушки. Ноу-хау состояло в использовании пластиковой бутылки для защиты от атмосферных осадков. Надежно закрывает от дождя и снега, а влажность от воздуха быстро выдувается.
За основу конструкции взята деревянная сосновая рейка 20х20х1500 мм, покрашенная горячей натуральной олифой за 2 раза. При помощи изоленты закреплен вертикальный штырь с отверстием диам. 4 мм на конце, изготовленный из обрезка низковольтного кабеля со снятой изоляцией общей длиной 1170 и диаметром 6 мм. На расстоянии 45 мм от конца штыря в просверленное отверстие винтом закреплены два элемента противовесов из того же материала, предварительно слегка расплющенные. Под этот же винт закреплен облуженный конец катушки и лепесток для пайки экрана фидера. Другой конец катушки закреплен винтом на штыре. Обязательно облуживание и применение больших шайб. Сама катушка намотана на отрезке пластмассовой трубки диам. 16 мм и состоит из 8 витков провода ПЭВ 1мм с отводом ориентировочно от 3 1/3 витка от центрального штыря (см. фото). После сборки противовесы разгибаются под углом 90 градусов, обрезаются на расстоянии 490 мм от центра и, на всякий случай, у меня дополнительно стягиваются проволочным хомутом. Экран кабеля припаивается к противовесам, а центральная жила кусочком провода с фторопластовой изоляцией к катушке. Обязательно загерметизировать концевую разделку кабеля изолентой, силиконовым герметиком или залить цапонлаком.
В крышке пластиковой бутылки 1,5 литра сверлится отверстие с расчетом одеть на штырь с небольшим натягом. Дно обрезается, и на стенках против противовесов паяльником проплавляются продольные отверстия для более глубокой посадки.
Настройка производилась с помощью переносной радиостанции и КСВ-метра. Сжиманием и разжиманием витков катушки, (но не изменением длины штыря!), добились минимально возможного КСВ на частоте 145500 Кгц. При перестройке радиостанции в режиме передачи в диапазоне 137-164 МГц проверяли отсутствие других минимумов КСВ. После этого перепайкой места расположения отвода получили минимальный КСВ. Затем снова настройка размером катушки на 145500 МГц и отводом. Операция повторялась несколько раз. После настройки витки катушки закреплены от смещения скотчем. Решение не очень, но 4 года работает.
Огромное спасибо за помощь в настройке Виктору Ярцеву RA 1 TCE и Дмитрию Каленову, настоящим профессионалам, умеющим, при необходимости, обходиться минимальным комплектом приборов.
На фотографиях состояние антенны после 4 лет работы на крыше 9-этажки. Она установлена на высоте 3.5 метра от крыши и 1 метр от кладки кирпичного вентиляционного колодца. Была подключена на кабель РК 75-4-37 длиной 30 метров. Этим летом фидер заменен на RG 50 диам. 8 мм. Подстройка самой антенны не производилась. По показаниям S -метра чувствительность увеличилась, но наверняка остался неиспользованный резерв.
На протяжении 4 лет антенну всячески оскорбляли, а она продолжала бросать вызов в эфире самым «навороченным» Новгородским антеннам и ни за что не хотела отдавать пальму лидерства. Это именно на ней проведены все дальние связи. В прошлом году во время очень хорошего тропо через прибалтийский репитер на частоте 145075 (по моим данным 700 км от Новгорода) проведены связи с Эстонией, Литвой, Латвией, Калининградом, Орехово-Зуевым.
