Записки программиста

Антенны, укороченные при помощи катушек индуктивности, уже не раз упоминались в этом блоге. В качестве примеров можно вспомнить OPEK HVT-400B, а также траповый диполь. Трапы работают в роли удлиняющий катушек на всех диапазонах, кроме самого высокочастотного. Однако ничего не говорилось о том, как производится расчет подобных антенн. Давайте же заполним данный пробел.

Важно! С этой антенной обязательно используйте дроссель для защиты от статики. Дроссель требуется правильно заземлить.

Самый очевидный способ рассчитать укороченную антенну — это, конечно же, воспользоваться антенным моделировщиком. Но оказывается, что есть более быстрые и удобные варианты.

В статье «Off-Center-Loaded Dipole Antennas», написанной Jerry Hall, K1PLP и опубликованной в журнале QST за сентябрь 1974 года, приводится формула, позволяющая вычислить требуемую индуктивность катушки исходя из частоты, длины антенны, положения катушки и диаметра полотна антенны. Формула довольно большая, а также использует футы и дюймы. Пользоваться ею напрямую неудобно. На сайте John, MØUKD есть онлайн-калькулятор, основанный на этой формуле, но использующий метрическую систему.

Альтернативный вариант расчета описан в статье «Designing a Shortened Antenna», написанной Luiz Duarte Lopes, CT1EOJ, и опубликованной в журнале QST за октябрь 2003-го года. Онлайн-калькулятор, основанный на этой статье, был написан радиолюбителем Jack Ponton, GMØRWU.

Последние издания The ARRL Antenna Book рекомендуют использовать для расчета следующую диаграмму:

Расследование показало, что это иллюстрация из той самой статьи 1974 года.

В качестве эксперимента было решено сделать inverted V на диапазон 80 метров с длиной плеча 12 метров. Почему такая длина? Просто мне показалось, что это та длина, которую большинство радиолюбителей могут комфортно развернуть на даче, на крыше многоэтажки, или в полевых условиях. Катушки было решено разместить в середине плеч. Чем ближе катушки к точке запитки, тем менее эффективна антенна. Но чем дальше катушка от точки запитки, тем больше требуется индуктивность. А чем больше катушка, тем больше потери в ней, и тем больше шансов, что частота ее собственного резонанса окажется слишком близко к рабочей частоте. Таким образом, катушки в середине плеч являются неплохим компромиссом.

Рассчитаем катушки по приведенной выше диаграмме. Длина антенны составляет 60% от полноразмерной, положение катушки — 50%. По графику реактивность катушки должна составлять около 700 Ом. На частоте 3.5 МГц это будет:

… примерно 32 мкГн. Онлайн-калькулятор MØUKD для провода диаметром 1 мм рекомендует 35 мкГн. Калькулятор по методу CT1EOJ выдает 46 мкГн. Ну что же, вот и посмотрим, какой метод будет точнее.

Катушки были намотаны эмалированной проволокой диаметром 0.9 мм на каркасе 29 мм:

В качестве каркаса использованы трубки от витамина C. Катушки я зафиксировал при помощи нейлоновых стяжек, а затем запек в прозрачные термоусадки. Отверстия в трубках были заполнены монтажной пеной.

Согласно онлайн-калькулятору Coil32 в катушке должно быть 45 витков, общая длина катушки 40 мм. Мне редко удаются идеальные катушки «виток к витку», поэтому я решил сделать пару лишних витков. Катушки вышли по ~33 мкГн.

Диаметр каркаса и длину катушек я подбирал для получения максимальной добротности с теми материалами, что были на руках. Измеренный собственный резонанс катушек пришелся на 10.2 МГц. Могло бы быть и лучше. Это лишь в 2.8 раз больше рабочей частоты, а надо бы в 4+ раз больше. Добротность катушек на 3.5 МГц составила 80. Это немного. Но учитывая, что провод эмалированный, мотается на каркасе, да еще и в термоусадке, я ожидал меньшего значения.

Плечи антенны были сделаны длиннее 12 метров и подрезались по показаниям антенного анализатора. В итоге был получен следующий график КСВ:

Полоса по уровню КСВ ≤ 2 составила 78 кГц. Это немного, но достаточно, чтобы покрыть телеграфный участок, а также частоты, отведенные под WSPR и FT8. Судя по длине обрезков, плечи получились как раз по ~12 метров. Выходит, калькулятор по методу CT1EOJ дал неверный результат.

Радиосвязи проводились в телеграфе и FT8. Было проведено немало QSO с радиолюбителями как из России, так и из Европы. Корреспонденты отвечали с первого раза и давали хорошие рапорты. Работа в телеграфе на общий вызов с мощностью 100 Вт в течение получаса не выявила проблем — катушки не перегревались и КСВ не уплывал. Отмечу, что центральная часть антенны находилась лишь в 7 метрах от земли. Балун использовался из 7 витков RG58 на кольце FT140-43.

Субъективно, антенна получилась неплохая. Она работает, как и положено диполю, только имеет узкую полосу. Для DX диаграмма направленности оставляет желать лучшего, но это только потому что у меня нет подходящей мачты. Если у вас тоже нет мачты высотой 40 метров, но вас интересует DX, то таким же образом можно сделать укороченный вертикал.

Что же до меня, то я не особо гонюсь за дальними связями, особенно на 80-и метрах. Но я бы не отказался от относительно компактной антенны, дающей выход на еще один диапазон.

Дополнение: Г-образная антенна на диапазон 80 метров

Метки: Антенны, Беспроводная связь, Любительское радио.