Записки программиста

В процессе эксплуатации простой антенны начинающего коротковолновика было выявлено несколько ее недостатков. Поскольку плечи антенны влияют друг на друга, график КСВ может «гулять» на ветру. Также при сильном ветре плечи могут частично переплетаться у балуна и не расплетаться обратно. Оба дефекта не являются фатальными, но они претят моему чувству прекрасного. Поэтому было решено переделать антенну на траповый диполь.

Первая версия

Принципу работы и изготовлению трапов из кабеля RG58 ранее была посвящена статья Самодельный траповый диполь: теория и практика. Но трапы из RG58 имеют довольно большой размер. Мне не хотелось использовать такие трапы, потому что они не вписывались в концепцию антенны «не мозолить глаза соседям». Так совпало, что Алексей, RA3TLB недавно описал на своем YouTube-канале альтернативную конструкцию трапов, имеющих небольшой вес и размер. Было решено сделать трапы по описанию из видео и посмотреть, что будет.

Заодно балун был переделан на менее колхозный:

Он представляет собой 7 витков RG58 на кольце FT140-43. Оплетка коаксиального кабеля имеет активный импеданс более 1000 Ом в диапазонах от 40 до 15 метров:

На 80 и 10 метрах имеем импеданс 750 Ом и 528 Ом соответственно. Это не предел мечтаний, но пользоваться балуном можно и на этих диапазонах. Характерно, что 8 витков дают не такую хорошую картину. График активного сопротивления при этом как бы сжимается по горизонтали. Больше витков — не всегда лучше!

В качестве альтернативы FT140-43 были опробованы кольца М2000НМ, М2500НМC1 и М6000НМ. Все они дают худшие результаты, а также уступают М1500НМ3, использованному в прошлый раз.

Коаксиальный кабель был использован в балуне вместо бифилярной обмотки намеренно. Во-первых, балун не будет пытаться преобразовать входное сопротивление антенны. Как мы ранее выяснили, это не то, чтобы было большой проблемой. Но зачем балуну делать что-то, что он не должен делать? Во-вторых, потери в RG58 меньше, чем в бифилярной обмотке. Выигрыш не велик, в пределах 0.1 дБ. Но когда в одном месте теряется 0.1 дБ, во втором 0.1 дБ, и еще в третьем немного, то в сумме набегает прилично. Если можно не иметь лишние потери, их лучше не иметь.

Балун помещен в пластиковый корпус Gainta G201 и залит компаундом ПК-68. Этим обеспечивается защита балуна от влаги, насекомых и всякого такого. Крепление для веревки и плеч антенны сделано из вытравленного текстолита толщиной 2 мм. Оно крепится к корпусу с помощью болтов M3. Контакты для плеч сделаны из болтов и ушатых гаек M6.

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

Что же до трапов, у меня они получились такими:

На фотографии трапы изображены вместе с самодельными изоляторами из текстолита, которые были использованы на концах антенны. Конструкция трапов следующая. Берется провод МГТФ с площадью сечения 0.35 кв.мм. Этим проводом делается 31 виток на изоляторе от кабеля RG213. Параллельно катушке паяется пара конденсаторов NP0 на 3 кВ, по 47 пФ каждый. Резонансная частота контура подбирается при помощи антенного анализатора путем перемещения витков катушки. Затем все это дело запекается в термоусадку и заливается эпоксидным клеем по краям.

Резонансная частота одного из трапов до и после запекания:

В данном случае резонансная частота составила 14.080 МГц. Второй трап получился на немного другу частоту, 14.150 МГц. По опыту с предыдущим траповым диполем, разница в 70 кГц не критична.

После установки антенны на 10-и метровой мачте и подбора длины плеч, были получены такие графики КСВ:

Измерения производилось через 10 метров кабеля RG58. Поэтому здесь мы видим не совсем точное входное сопротивление антенны в точке запитки. На 40 метрах к антенне нет никаких претензий. В диапазоне 20 метров антенна явно имеет входное сопротивление, отличное от 50 Ом. Полоса антенны по уровню КСВ ≤ 2 составила лишь 125 кГц.

Алексей получил схожие результаты. Но это неправильно. Согласно теории, полоса должна быть уже в диапазоне 40 метров, поскольку в этом диапазоне трапы играют роль удлиняющих катушек. Также тот факт, что КСВ на 20 метрах не опускается до единицы, свидетельствует о том, что трапы работают не совсем как задумывалось.

Тестирование антенны производилось в SSB и телеграфе с мощностью 100 Вт. В процессе был выявлен серьезный дефект. Где-то после получаса работы в телеграфе на общий вызов в диапазоне 20 метров КСВ заметно подрастает. Если узкую полосу еще можно простить, то таким образом трапы уж точно не должны себя вести.

Промежуточные варианты

Было опробовано несколько альтернативных трапов:

Каждый трап на фото был сделан в двух экземплярах. Рассмотрим их в порядке слева направо. В первой паре трапов катушки намотаны медной проволокой толщиной 2.5 мм без изоляции. Трапы были настроены в точности на одну частоту, на 1-2% ниже диапазона, как рекомендуют в некоторых источниках (первый, второй [PDF]). Вторая пара трапов аналогичная, только использована эмалированная проволока толщиной 2 мм, и трапы настраивались на 5% выше диапазона. В третьей паре использована проволока без изоляции толщиной 1 мм. Резонансная частота этих трапов приходится на середину диапазона.

Для каждой катушки была произведена проверка частоты ее собственного резонанса и добротности. Частота собственного резонанса составила 120 МГц, 77 МГц и 76 МГц соответственно, что в 4+ раза выше той частоты, на которой планировалось использовать катушки. Отмечу, что 76 МГц — это слишком мало для трапов на диапазоны 15, 12 или 10 метров. Другими словами, конструкция подобного плана не универсальна. Что же до добротности, она составила ~150 для всех катушек до запекания в термоусадку и ~80 после. Также была проверена катушка первой версии трапов. Она оказалась очень похожа на третий трап с фотографии.

Не стану утомлять вас кучей графиков. Скажу лишь, что приведенные трапы работают ничем не лучше первой версии. Трапы, настроенные выше диапазона, вовсе не позволяют попасть на требуемые частоты.

Дополнение: После публикации статьи Юрий EW1AEI предложил в комментариях попробовать трапы из кабеля RG174. Мной были изготовлены такие трапы:

Первый намотан на трубке от витамина C в таблетках по 1000 мг. Диаметр трубки составляет 29 мм. Трап настроен чуть ниже диапазона 15 метров. Второй намотан на трубе ПВХ диаметром 25 мм и настроен в резонанс чуть ниже диапазона 10 метров. Трубки были залиты монтажной пеной. Само собой разумеется, каждый трап на фотографии был сделан в двух экземплярах.

Эти трапы оказались получше описанных выше в плане КСВ, но имеют другой недостаток. При настройке более низкочастотного диапазона уплывает резонанс на более высокочастотных. Нормальные трапы не должны так делать.

Финальная версия

В итоге от концепции «не мозолить глаза соседям» пришлось отказаться и воспользоваться трапами из RG58. Это те же трапы на 20 метров, что использовались в моем первом траповом диполе. Я лишь немного доработал способ их крепления:

Места крепления проводов к трапу были изолированы при помощи лака. Устойчивость нейлоновых стяжек к холоду довольно сомнительна. Поэтому трап и изолятор были дополнительно обернуты в несколько слоев армированного скотча. Чтобы скотч не отклеивался на ветру, он также был покрыт лаком.

Интересно, что трапы настроены ниже диапазона и далеко не на одну частоту:

После подстройки антенны был получены такие графики КСВ:

Антенна настраивается «в единицу» на обоих диапазонах, что не может не радовать. Полоса на 20 метрах по уровню КСВ ≤ 2 составила 320 кГц, а на 40 метрах — 225 кГц. Похоже на правду.

Результаты тестирования при помощи WSPR на мощности 5 Вт:

Выглядит так, как если бы антенна ничем не уступала предыдущей версии с двумя парами плеч.

Пробные радиосвязи проводились в SSB и CW с мощностью 100 Вт. Были получены хорошие рапорты. Корреспонденты из дальних стран (10 000+ км) слышны и отвечают. КСВ на этот раз не растет ни в одном из диапазонов, даже после получаса работы на общий вызов в телеграфе.

Заключение

Для себя я сделал такие выводы:

• Трапы из катушек и конденсаторов пригодны для выхода в эфир, но работают посредственно;
• Трапы из коаксиального кабеля RG58 дают куда лучшие результаты;
• Резонансная частота трапов может различаться на ±350 кГц, это ни на что не влияет;
• Желательно настраивать трапы на 1-10% ниже диапазона;
• Трапы, настроенные выше диапазона, по-видимому, не работают;

Впрочем, проведенные мной эксперименты далеки от научных. Данный список следует воспринимать, как эвристики, которые сэкономят вам время, а не как абсолютную истину.

Дополнение: В книге W1FB’s Antenna Notebook была найдена рекомендация использовать катушки и конденсаторы с реактивностью 400 Ом на той частоте, где вы хотите настроить антенну. Например, для 14.1 МГц это будет 4.52 мкГн и 28 пФ. Заинтересованным читателям предлагается проверить, насколько хорошо работают такие трапы, в качестве упражнения.

Дополнение: Траповый диполь на 10/20/40/80 метров

Метки: Антенны, Беспроводная связь, Любительское радио.