Записки программиста

При помощи антенного моделировщика мы установили, что антенна inverted-V, поднятая на λ/2 над средней землей, имеет усиление 7.57 dBi. Это хорошая, годная антенна. Но спрашивается — а можно ли получить еще большее усиление? Оказывается, что можно, притом достаточно простым способом. Этим мы сегодня и займемся, соорудив простейшую проволочную антенну Уда-Яги, также известную под названием «волновой канал».

Fun fact! Ранее антенну Уда-Яги мы использовали при работе на УКВ через спутники. Только антенна в тот раз была покупная, а не самодельная.

Лучшее из попадавшихся мне объяснений работы антенны Уда-Яги, ровно как и объяснение работы других направленных антенн, приводится в книге «Антенны КВ и УКВ» за авторством Игоря Гончаренко. Здесь я решил воздержаться от попыток привести собственное объяснение, поскольку соревноваться в этом деле с Игорем Викторовичем бессмысленно. Всех читателей, заинтересованных в теории, я вынужден направить к названной книге. Далее мы сосредоточимся на практике.

Практика состоит в следующем. Если взять антенну inverted-V (активный элемент) и на некотором расстоянии от нее разместить полотно примерно такой же антенны, только немного длиннее (рефлектор), то получится простейший волновой канал. Осталось только выяснить, на каком расстоянии разместить рефлектор, и какова должна быть его длина. Еще желательно, чтобы входное сопротивление антенны составило 50 Ом. Поскольку это моя первая направленная антенна, мне не хотелось лишний раз думать о согласовании. Наконец, с учетом всех озвученных условий, хотелось бы получить не самое позорное усиление.

Подходящие параметры было решено искать простым перебором с помощью сocoaNEC (файл .nc). В результате была найдена такая антенна (файл .nc):

Моделировщик рекомендует делать рефлектор на 4% длиннее активного элемента и размещать его на расстоянии 4.5 метра. При этом антенна имеет входное сопротивление 50 Ом и усиление 11.57 dBi под углом 31° к горизонту, в направлении от рефлектора к активному элементу. Характерно, что расстояние между активным элементом и рефлектором можно менять в пределах ±0.4 метра, свойства антенны от этого не сильно меняются. В результате вы получите либо большее усиление, либо большее подавление заднего лепестка, так называемое F/B. Оптимизацию антенн Уда-Яги производят как по первому параметру, так и по второму — важно как быть услышанным (большее усиление) так и не принимать сигналов по нежелательному направлению (большее F/B).

Для изготовления антенны использовался тот же акустический кабель толщиной 20 AWG, из которого в прошлый раз мы делали inverted-V на диапазон 20 метров. Размеры активного элемента были оставлены без изменений, 490 см длина одного плеча, 758 см длина λ/2 линии запитки. Рефлектор был сделан на 4% длиннее, 509.5 см каждое плечо. Антенна была установлена на паре 10-иметровых телескопических удочек, в направлении на запад:

После установки внимательно проверяем, что элементы установлены на одной высоте, и что плечи имеют одинаковую форму. Проверяем КСВ:

Как видно, антенна почти идеально согласована на 20 метрах. И правильно — мы делаем серьезную антенну, тут не до компромиссов! При желании, поигравшись с размерами элементов и их формой, КСВ можно вогнать ровно в единицу. Но я настолько заморачиваться не стал. Как и оригинальная inverted-V, данная антенна позволяет худо-бедно выйти на 15 метров (проверено). Но никакой эффективностью или направленностью в этом диапазоне, конечно же, не пахнет:

Как теперь проверить, что антенна действительно имеет какое-то усиление в диапазоне 20 метров, и притом в требуемом направлении? Для этого я воспользовался индикатором напряженности поля и приемной антенной на расстоянии около десяти метров на запад от волнового канала. Приемная антенна также должна иметь горизонтальную поляризацию, и поднять ее по возможности стоит повыше. С опущенным рефлектором видим 0 попугаев при мощности 5 Вт, 5 попугаев при мощности 10 Вт и 14 попугаев при мощности 20 Вт. Возвращаем рефлектор и видим 1 попугая при 5 Вт, 9 попугаев при 10 Вт и 21 попугая при 20 Вт. Выглядит так, как если бы антенна имела какое-то усиление. При желании можно проверить и F/B, а также подстроить антенну по F/B или усилению. Я лично этого делать не стал, поскольку не посчитал попугаев моего индикатора настолько показательными, чтобы ориентироваться на них при оптимизации антенны.

Ну что же, выходим в эфир. Мой скромный улов за первые сутки использования антенны в режиме FT8: Канарские острова (5000 км), 4 QSO с Соединенными Штатами (7100-8000 км), 2 QSO с Бразилией (11500 км), а также одна радиосвязь с Аргентиной (13600 км). Отмечу, что почти все упомянутые радиосвязи были проведены в течение 3-4 часов после захода солнца. В дневное время было проведено немало интересных радиосвязей с Европой, в основном в SSB. Но Европа уверенно отвечает и на inverted-V, потому не так интересна.

Аналогичные антенны делают из трех и более элементов, добиваясь тем самым большего усиления. В качестве элементов используют не только диполи, но также вертикалы и рамками. Делают переключаемые антенны на несколько направлений, например, используя два независимых активных элемента с общим рефлектором. Совсем серьезные радиолюбители устанавливают элементы антенны на траверсу, строят высокие мачты и вращают антенну при помощи поворотного устройства на этой мачте. Помножить это на варианты получения многодиапазонных и укороченных антенн, а также варианты согласования, и можно чуть ли не каждый день придумывать новую антенну. Вариаций масса.

А на сегодня у меня все. Желаю вам много DX’ов и побитых личных рекордов по дальности связи. 73!

Дополнение: В продолжение темы направленных антенн см посты Вертикальный Моксон на диапазон 20 метров и Трехэлементная антенна Уда-Яги на диапазон 2 метра.

Метки: Антенны, Беспроводная связь, Любительское радио.