Многодиапазонная антенна End-Fed Half Wave

16 сентября 2019

Благодаря статье Антенна Windom на диапазоны 40, 20 и 10 метров мы выяснили, что диполь не обязательно питать в центр. Если немного сместить точку запитки, входное сопротивление антенны увеличится, а сама антенна будет работать больше, чем в одном диапазоне. Возникает закономерный вопрос — а будет ли антенна работать, если сместить точку запитки к самому ее краю? Оказывается, что будет. Соответствующий класс антенн обычно называют End-Fed Half Wave, или сокращенно EFHW.

На самом деле, буквально с самого конца антенну запитать невозможно, поскольку ток по ней просто не пойдет. Но можно запитать почти с конца, на расстоянии примерно 0.05λ от края. Входное сопротивление антенны в этой точке составляет где-то от 2450 до 3200 Ом. Соответственно, для согласования с 50-омным коаксиальным кабелем используется трансформатор 1:49 или 1:64.

Было решено изготовить EFHW на основной диапазон 40 метров. Антенну я планировал разворачивать своим любимым способом, в форме inverted-V на 10-метровой удочке. Чтобы заранее оценить входное сопротивление будущей антенны, было решено обратиться к моделировщику cocoaNEC.

Модель (файл .nc) говорит следующее:

Входное сопротивление антенны EFHW

На трех радиолюбительских диапазонах антенна имеет входное сопротивление, близкое к 2450 Ом. Значит, согласовывать будем через трансформатор 1:49.

Трансформатор было решено делать на ферритовом кольце FT240-31:

Трансформатор 1:49 для антенны EFHW

Намотка выполнена эмалированным проводом толщиной 1 мм. Первичная обмотка имеет 3 обычных витка, вторичная — 21 виток намоткой имени W1JR. Таким образом, отношение числа витков равно 7. Коэффициент трансформации равен квадрату этого числа, 49. Первичная и вторичная обмотка имеют общую землю. Это обычная практика в EFHW и позволяет использовать питающий ее коаксиальный кабель (его оплетку) в качестве противовеса, тех самых 0.05λ. Также первичная и вторичная обмотка переплетены друг с другом. Это считается хорошей практикой при изготовлении трансформаторов.

Чтобы антенну точно можно было питать кабелем произвольной длины, слева к трансформатору подсоединен балун по току 1:1 на базе такого же ферритового кольца. В процессе выяснилось, что балун неплохо справляется с ролью противовеса. Поэтому клемма для подключения противовеса (слева) в итоге оказалась неиспользованной.

Важно! Если пытаться настраивать антенну без балуна, результаты получатся неповторяемыми. Когда в следующий раз вы все-таки решите использовать балун, или воспользуетесь для запитки коаксиальным кабелем другой длины, вся настройка пойдет коту под хвост. Также графики КСВ будут зависеть от того, подключена ли антенна к трансиверу или КСВ-метру, держитесь ли вы за корпус КСВ-метра, и так далее.

Настройка антенны производится так. Берется полотно чуть длиннее λ/2 на основном диапазоне (на фото — идет к правой клемме). В качестве полотна я использовал провод П-274М, «полевку». Этот провод подрезается по минимуму КСВ на основном диапазоне. Точная длина полотна у меня получилась 1940 см.

Теперь наша задача — получить минимум КСВ еще на паре диапазонов. Это делается подбором емкости между плюсом и минусом первичной обмотки трансформатора. Очень удобно иметь на этом шаге небольшой КПЕ. У меня оптимальные графики получились при использовании емкости 138 пФ. Затем КПЕ заменяется на высоковольтные конденсаторы фиксированного номинала. Я использовал пару конденсаторов на 3 кВ, которые можно видеть на фото.

Анализатор EU1KY показывает следующие графики:

Графики КСВ антены EFHW

Вопреки предсказанию моделировщика, на 10 метрах я не смог получить КСВ лучше, чем 5.3 (при использовании емкости 105 пФ вместо 138 пФ). Тем не менее, антенна очень даже неплохо согласовалась в трех радиолюбительских диапазонах — 20, 30 и 40 метров. Кроме того, ее можно использовать в диапазонах 15, 17 и даже 80 метров, если вас устраивает КСВ порядка 2.5. Последний соответствует ~18% потери мощности. Почему антенна вообще как-то работает на 80 метрах? Правдоподобное объяснение заключается в том, что оплетка коаксиального кабеля в балуне, ровно как и вторичная обмотка трансформатора, подрабатывают удлиняющими катушками. Это также объясняет расхождение с моделью на 10 метрах.

Антенна была протестирована при работе в SSB на мощности 100 Вт, а также в FT8 на мощности 30 Вт во всех диапазонах от 80 до 15 метров. В каждом из диапазонов удалось провести радиосвязи. В «основных» диапазонах 20, 30 и 40 метров были получены нормальные рапорты, иногда даже с плюсами. На «второстепенных» диапазонах антенна тоже работает, но рапорты, естественно, поскромнее.

Во время тестирования антенны был выявлен один дефект. Как известно, любой трансформатор на ферритовом кольце имеет сколько-то процентов тепловых потерь. Трансформатор в нашей антенне — не исключение. Само по себе это не обязательно является большой проблемой. Важно другое. Оказывается, что при работе в FT8 с мощностью 30 Вт на общий вызов в течение получаса, трансформатор разогревается весьма заметно. И это тоже не было бы большой проблемой, если бы рядом не находилась пара конденсаторов. А конденсаторы эти не являются NP0. То есть, их емкость достаточно сильно меняется с температурой.

Результат? В таком режиме работы КСВ заметно уплывает. Так, на 20 метрах он подрастает до 1.9. Проблему можно обойти, используя высоковольтные NP0 конденсаторы. Увы, при изготовлении антенны у меня таких не нашлось.

Это что касается минусов. Из плюсов антенны — она дает несколько диапазонов без перестройки и без потребности в тюнере. В отличие от Windom’а, EFHW питается с конца. За счет этого полото может быть поднято на удочке, закрепленной методом пики точеной, без использования оттяжек. Трансформатор с балуном могут быть размещены либо на кустах, либо прямо на земле, и запитаны коаксиальным кабелем произвольной длины. Также антенна может быть закинута из окна городской квартиры на ближайшее дерево.

EFHW не претендует на невероятную эффективность. Как уже отмечалось, имеются заметные тепловые потери в трансформаторе. Кроме того, типичное значение КСВ составляет порядка 1.5, что соответствует 4% потери мощности.

Стоит однако понимать, что такие антенны делают, например, для выездов на природу, но никак не для проведения радиосвязей с другими континентами. На природе, при питании от аккумулятора, работают с небольшой мощностью. При этом задача стоит провести радиосвязь со случайным корреспондентом в радиусе не более пары тысяч километров. И важна не столько эффективность антенны, сколько ее компактность, малый вес и удобство развертывания. Для подобных сценариев EFHW является достаточно неплохим вариантом.

Дополнение: Балун и трансформатор были помещены в один корпус, а конденсаторы заменены на NP0. Свойства антенны от этого практически не изменились. КСВ на 20 метрах при длительной работе в FT8 все еще возрастает, но не так сильно, как раньше.

Дополнение: Антенна Фукса на диапазоны 10-40 метров

Метки: , , .

Понравился пост? Узнайте, как можно поддержать развитие этого блога.

Также подпишитесь на RSS, ВКонтакте, Twitter или Telegram.