Антенна ZS6BKW на пять КВ-диапазонов

7 июня 2021

В рамках статьи Походные дипольные антенны из двухпроводной линии мы познакомились с такими антеннами, как двойной цеппелин и G5RV, а также разобрались, что такое двухпроводная линия и как измерить ее волновое сопротивление и коэффициент укорочения. Сегодня мы рассмотрим родственную антенну, названную в честь ее изобретателя, Brian Austin GØGSF, ex ZS6BKW. Антенна дает выход на диапазоны 10, 12, 17, 20 и 40 метров и, хотите — верьте, хотите — нет, не требует согласующего устройства.

Описание антенны можно найти во многих источниках. Например, в 10-ой главе «Multiband HF Antennas» книги «The ARRL Antenna Book, 24th Edition» приводится такая иллюстрация:

Антенна ZS6BKW

На размеры пока не обращайте внимания, мы все равно будем использовать другие. Важно понять принцип работы антенны. Антенна имеет какое-то входное сопротивление в точке запитки, которое меняется в зависимости от частоты. Двухпроводная линия преобразует это сопротивление в какое-то другое входное сопротивление. Так вот, размеры антенны, волновое сопротивление линии и длина линии подбираются так, чтобы получить на конце линии около 50 Ом на как можно большем числе радиолюбительских диапазонов. Оказывается, что таких диапазонов пять, и это 10, 12, 17, 20 и 40 метров.

К сожалению, во всех статьях, что мне встречались, предполагается угол 180° между плечами антенны (то есть, нужно две мачты) и использование покупной двухпроводной линии 450 Ом. Меня же интересовала возможность развернуть антенну в форме inverted-V на одной мачте. Цены на готовые двухпроводные линии в наше время неоправдано высоки, поэтому линию планировалось использовать самодельную. В связи с этим у меня не было причин ограничивать себя конкретным значением волнового сопротивления.

Подходящие параметры антенны было решено искать при помощи Python и библиотеки PyNEC. Соответствующий скрипт вы найдете в этом репозитории на GitHub. С его помощью были найдены такие параметры:

  • Электрическая длина плеч антенны: по 13.9 метров;
  • Электрическая длина линии: 13.8 метров;
  • Волновое сопротивление линии: не критично, от 380 до 420 Ом;

Двухпроводную линию было решено делать из акустического кабеля 0.75 мм2 и разделителей, напечатанных на 3D-принтере пластиком PETG. В качестве средства крепления провода к разделителям были выбраны нейлоновые стяжки. Сначала была сделана пробная линия длиной 10 метров с разделителями 15 см. Измеренное волновое сопротивление составило практически идеальные 600 Ом.

Из книги «Антенны КВ и УКВ» Игоря Гончаренко мы знаем зависимость волнового сопротивление двухпроводной линии от ее размеров и проницаемости диэлектрика:

Формула волнового сопротивления двухпроводной линии

Здесь D — это диаметр провода, S — расстояние между проводами, а εr — проницаемость диэлектрика. Известно, что при диаметре провода 1 мм и расстоянии между проводами 150 мм получается линия с волновым сопротивлением 600 Ом. Отсюда мы понимаем, что для данного способа изготовления линии εr ≈ 1.3. Соответственно, чтобы получить линию с волновым сопротивлением 400 Ом, расстояние между проводами должно быть 20-25 мм.

Сказано — сделано:

Самодельная двухпроводная линия 400 Ом

Разделители крепились через каждые 10 см. Их исходники для OpenSCAD:

thickness = 3;
length = 25; // ~400 Ohm
// length = 150; // ~600 Ohm
width = 15;
hole_size = 5;

difference() {
    cube([length, width, thickness], center=true);
    cube([length-hole_size*4, width/3, thickness*2], center=true);
    translate([-length/2+hole_size, 0, 0])
        cube([hole_size, width/3, thickness*2], center=true);
    translate([length/2-hole_size, 0, 0])
        cube([hole_size, width/3, thickness*2], center=true);
}

На этот раз было изготовлено 14 метров линии. Измеренное волновое сопротивление составило 392 Ом. Можно сказать, что 400 Ом в пределах ошибки измерения. Измеренный коэффициент укорочения составил 0.896. Значит, для получения линии с электрической длиной 13.8 метров физическая длина должна быть ~12.4 метра. Отрезаем 1.6 метров.

Fun fact! Из отрезка впоследствии была сделана антенна Slim Jim на 145 МГц по калькулятору от John, MØUKD. Принцип действия у Slim Jim такой же, как у J-антенны.

Остаются плечи. По опыту с предыдущими диполями из аналогичных материалов, физическая длина плечей обычно выходит на 7-8% короче электрической. Значит, для получения электрической длины 13.9 метров физическая длина должна составлять 12.9-13.0 метров. Было отрезано по 13 метров, чтобы был небольшой запас под изоляторы.

В качестве мачты для антенны послужила телескопическая удочка длиной 10 метров. Были получены такие графики КСВ:

Графики КСВ антенны ZS6BKW

На 10-и метрах модель предсказывала КСВ ≥ 1.5, но что-то пошло не по плану. Скорее всего, плечи стоило сделать длиннее, хотя нельзя исключать и влияние окружения. Так или иначе, подстраивать антенну в этот раз я не стал.

В диапазонах 80, 30 и 15 метров я попробовал согласовать антенну с помощью тюнера MFJ-971. Вот что получилось:

Графики КСВ антенны ZS6BKW, согласованной тюнером на диапазонах 80, 30 и 15 метров

Тестовые радиосвязи проводились в SSB и телеграфе на 40, 20 и 17 метрах. В диапазонах 12 и 10 метров на момент тестирования прохождения не наблюдалось. Были получены хорошие рапорты. Субъективно антенна ощущается как обычный диполь. Показания RBN при работе QRP в телеграфе на общий вызов тоже обычные для диполя.

Важно! Если вы планируете использовать эту антенну на постоянной основе, обязательно используйте дроссель для защиты от статики. Дроссель требуется правильно заземлить.

В общем и целом, получилось легкая и недорогая походная антенна. Ее можно использовать и в качестве постоянной антенны, если вы не боитесь влияния на двухпроводную линию осадков. Помимо чувствительности к осадкам есть и другие минусы.

Во-первых, диаграмма направленности оставляет желать лучшего, см модель для cocoaNEC. Во-вторых, хотя антенна и дает выход на пять диапазонов, на десяти метрах она работает только выше 29 МГц, о чем свидетельствует как практика, так и модель. С другой стороны, пускай даже четыре диапазона с одной парой плеч без тюнера и без трапов — тоже неплохо.

Метки: , , .