Знакомство с тюнером MFJ-971 и антенной «длинный провод»

11 марта 2019

Будучи не вполне довольным своей городской антенной, OPEK HVT-400B, я занялся поиском альтернатив. Как ранее отмечалось, эта антенна не отличается эффективностью на низкочастотных диапазонах. Кроме того, для смены диапазона приходится выходить на балкон (где зимой холодно), переставлять перемычки, менять длину телескопический части и противовесов. Доступа на крышу у меня все еще нет, поэтому вариант с диполем отпадает. В итоге было решено попробовать антенну «длинный провод».

Примечание: У этой антенны много названий — длинный провод (long wire), случайный провод (random wire), веревочка, луч, длинный луч, и так далее. Это все примерно одни и те же антенны с несущественными различиями. Следует однако отметить, что антенна Фукса хотя и выглядит похоже, является другой антенной. Длина антенны Фукса составляет половину длины волны интересующего диапазона, тогда как у длинного провода наоборот, длина не должна быть кратна половине длины волны. Этот момент подробнее объяснен далее по тексту.

Теория

Идею иллюстрирует следующая картинка (позаимствована отсюда):

Антенна длинный провод / случайный провод

Антенна представляет собой два провода — один идет в землю, а второй является как можно более длинным (как будет показано далее, на самом деле это не совсем так) и подвешивается куда-нибудь повыше. Поскольку такая антенна имеет непредсказуемый импеданс, для согласования ее с 50-и омным коаксиальным кабелем используется устройство под названием антенный тюнер. Типичный тюнер представляет собой переменную катушку индуктивности и два переменных конденсатора, соединенные по Т-образной или П-образной схеме. Катушка и конденсаторы работают, как часть антенны:

Схема антенного тюнера, подключенного к антенне

На приведенной схеме изображен тюнер с T-образной схемой, подключенный к антенне. Подбирая номиналы катушки индуктивности и конденсаторов, можно привести импеданс данной цепи на интересующей частоте к 50 Ом.

Чтобы антенна успешно настраивалась, длина провода не должна быть кратна половине длины волны в интересующих диапазонах. Понять, с чем это связано, не сложно. Рассмотрим конец антенны, который на картинке привязан к дереву. На любой частоте в любой момент времени ток в этой точке будет около нуля, потому что току попросту некуда течь. Говорят, что здесь находится узел тока. По закону Ома R = U / I, значит импеданс в этой точке очень большой.

Раз току больше некуда идти, в этой точке сигнал отражается и идет обратно в сторону тюнера. В результате в проводе образуется стоячая волна. Стоячие волны трудно объяснять словами. Лучше один раз посмотреть на gif’ку по приведенной ссылке. При этом следует держать в уме, что в самой правой точке всегда, независимо ни от чего, ток равен нулю.

Тогда достаточно очевидно, что по мере удаления от конца провода в сторону тюнера мы будем попадать в узел тока через каждые λ/2. Как уже отмечалось, импеданс антенны в таких точках очень высокий, а значит в них тюнер просто не сможет согласовать антенну с 50-и омным кабелем. Поэтому наша задача — подобрать длину провода так, чтобы ни в одном из интересующих нас диапазонов длина провода не была кратна λ/2. Тогда импеданс в точке подключения тюнера будет относительно небольшим, и антенну удастся согласовать.

Хорошие длины провода в метрах следующие: 11.2-11.6, 12.5-13.5, 17.1-17.6, 18.5-19.8, 21.9-23.6, 27.2-27.5, 33.7-34.5, 37.9-39.0, 43.3-43.9, 54.7-55.1, 64.7-65.2. Эти цифры были получены при помощи незамысловатого скрипта на Python. Наиболее интересные длины я выделил жирным. Провод длиной 21.9-23.6 метра должен работать на всех радиолюбительских диапазонах начиная с частоты 3.5 МГц и выше. Если вам также хочется поработать в диапазоне 160 метров, используйте антенну длиной 43.3-43.9 метра. Если же вам нет дела до диапазонов 80 и 160 метров, достаточно провода длиной 11.2-11.6 метра.

Считается, что такая антенна сильнее излучает в сторону, куда повернуто ее полотно. Но вообще, диаграмма направленности у антенны «длинный провод» непредсказуема. Понятно, почему это минус. Но в каком-то смысле это и плюс. Можно получить лепестки с сильным усилением в заранее неизвестном направлении. За счет этого возможны интересные радиосвязи, которые было бы сложнее провести на какой-нибудь inverted vee.

Практика

Антенные тюнеры бывают автоматическими и ручными. Автоматические тюнеры хороши тем, что настраиваются на минимальный уровень КСВ одним нажатием кнопки. Преимущество ручных тюнеров в том, что они дешевле и не требуют питания. Также ручные тюнеры обычно позволяют добиться чуть лучшего согласования, чем автоматические тюнеры. Связано это с тем, что, как правило, переключение катушек и конденсаторов в автоматических тюнерах происходит при помощи реле, то есть, ступенчато, а не плавно.

В качестве антенного тюнера был выбран MFJ-971:

Антенный тюнер MFJ-971

Это недорогой и компактный ручной тюнер, выполненный по T-образной схеме. Устройство рассчитанно на максимальную мощность 200 Вт. Поддерживаются частоты от 1.8 до 30 МГц. Есть встроенный стрелочный индикатор мощности и КСВ. У индикатора есть подсветка, питаемая через стандартный DC-разъем напряжением 12 В. На практике подсветка работает и от кроны. Также данный тюнер имеет встроенный балун 1:4, который, впрочем, для «длинного провода» использован не будет.

Важно! У тюнера есть два режима измерения мощности: от 0 до 300 Вт и от 0 до 30 Вт. Переключение между режимами осуществляется кнопкой, расположенной в задней части корпуса. Убедитесь, что кнопка находится в правильном положении прежде, чем подавать сигнал. Иначе есть хороший шанс вывести из строя индикатор мощности.

Антенна была сделана из «полевки» (провода П-274М). К проводу длиной около 23.5 метров была привязана полулитровая пластиковая бутылка с водой. Эта бутылка была закинута на стоящее неподалеку дерево. Никакой земли у меня к квартире, естественно, нет, поэтому вместо нее был использован противовес. Противовес представляет собой около 8 метров такой же полевки. К концу провода была привязана гайка, после чего он был закинут вдоль стены дома, за крепления водосточной трубы.

Чтобы экран коаксиального кабеля, идущего к тюнеру, не работал в качестве противовеса, был сделан отсекающий дроссель (RFI choke) из кабеля RG58. Я опирался на уже знакомое нам исследование Steve Hunt, G3TXQ. Каркас диаметром 108 мм был напечатан на 3D-принтере пластиком PLA. На этот каркас были намотаны 25 витков кабеля RG58 и закреплены нейлоновыми стяжками. Такой дроссель должен неплохо работать на всех радиолюбительских частотах до 20 МГц.

Тюнинг антенны осуществляется так. Ручки конденсаторов выставляются на 12 часов. Ручка катушки индуктивности выставляется в положение, при котором наблюдается максимальный уровень шума на интересующей частоте в режиме SSB. Бывает, что по индикатору уровень шума не меняется, тогда следует искать на слух. Затем в режиме FM на мощности 5 Вт подается несущая, а ручками двух конденсаторов ищется положение, при котором КСВ в точности равен единице. Если такое положение найти не удается, следует попробовать соседние положения ручки катушки индуктивности. Не допускается подавать несущую на тюнер в момент переключения индуктивности.

Антенну удалось настроить на все радиолюбительские КВ-диапазоны. Для СВ-диапазона 160 метров антенна слишком короткая, здесь она не работает. На частоте настройки всегда удается добится КСВ равного 1. На остальном диапазоне КСВ никогда не превосходит 2, и обычно существенно ниже. Тестирование на передачу проводилось в диапазонах 20, 40 и 80 метров в режиме SSB на мощности 100 Вт.

В диапазоне 80 метров были проведены QSO с операторами из Беларуси (680 км), Чехии (1650 км), а также ряда городов Украины (до 950 км) и России (до 1200 км). На 40 метрах мне ответили коротковолновики из Беларуси (670 км), Украины (850 км), Финляндии (800 км), Болгарии (1600 км), Сербии (1700 км), Литвы (900 км), Великобритании (2400 км), Словении (1800 км), и, само собой разумеется, из России (до 1200 км). В диапазоне 20 метров удалось связаться с радиолюбителями из Болгарии (1800 км), Германии (1700 км), Австрии (1700 км), и множества городов России (до 1700 км).

Многие операторы при этом давали рапорт 59 с плюсами. Пара человек даже поинтересовались, какой усилитель я использую, и выразили крайнее удивление, узнав, что никакой. Это, конечно же, не идет ни в какое сравнение с моим опытом работы на OPEK HVT-400B. Причина усиления по некоторым направлениям скорее всего заключается в непредсказуемых лепестках на диаграмме направленности антенны, про которые говорилось выше.

За городом я проверил аналогичную антенну длиной около 43.6 метров. Провод был закинут из окна второго этажа на невысокие деревья где-то в двух метрах от земли. Если смотреть сверху, по форме антенна получилось в виде сильно сплющенной буквы П. Такой вариант еще иногда называют zig-zag antenna, тем самым подчеркивая, что она как бы виляет, а не является прямой. Считается, что эффективность такой антенны ниже, чем у прямой. Был использован противовес длиной 20 метров, проложенный вдоль фундамента дома.

Антенна настроилась на все КВ-диапазоны, а также на СВ-диапазон 160 метров. Впрочем, для последнего противовес был явно коротковат. Это видно по КСВ, значение которого на диапазоне составляло от 1.7 до 3. Разрешенная средняя мощность на этом диапазоне составляет 10 Вт. Соответственно, в SSB многие операторы работают на 20-30 Вт. Во время соревнований операторам 1 и 2 категории допускается использовать мощность до 500 Вт. С учетом этих ограничений, а также высокого КСВ, на 160 метрах мне удалось провести буквально пару радиосвязей, и не более, чем на 550 км.

Зато в диапазонах 20, 40 и 80 метров было проведено немало QSO. Многие операторы сообщили, что не слышат разницы между длинным проводом и моим траповым диполем. Однако уровень шума при работе на диполь оказался где-то на 2-3 балла ниже, чем при работе на длинный провод. Поэтому за городом длинный провод мне быстро надоел, и я продолжил работать на диполь.

Заключение

Антенна «длинный провод» безусловно является компромиссной. И хотя по уровню шума она проигрывает inverted vee, в плане эффективности на передачу они производят впечатление примерно эквивалентных антенн. Последнее определенно нельзя сказать об укороченных вертикалах вроде OPEK HVT-400B. Также, в отличие от OPEK HVT-400B, длинный провод настраивается не на балконе, а из дома, где тепло и уютно. При этом смена рабочего диапазона занимает не более минуты, а с автоматическим тюнером она занимала бы пару секунд.

В целом, это не самый плохой вариант для города, если у вас нет доступа на крышу. Утром перед работой можно провести парочку QSO на 40 метрах. Вечером перед сном открывается неплохое прохождение на 80 метрах. Но в выходные все же лучше отправиться за город, где уровень шума существенно ниже, и есть пространство для развертывания полноценных, не компромиссных, антенн.

Дополнение: Вас также могут заинтересовать статьи Доработка антенного тюнера MFJ-971, Самодельный легко повторяемый антенный тюнер, Многодиапазонная антенна delta loop и Обзор автоматического антенного тюнера mAT-30.

Метки: , , .

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

Также подпишитесь на RSS, Facebook, ВКонтакте, Twitter или Telegram.