Две антенны, описанные в этой заметке, появились на свет в результате экспериментов, описанных в статье «Опыты с магнитными рамочными антеннами» в 27 номере журнала "CQ-QRP". Обе антенны имеют одинаковую электрическую схему и отличаются друг от друга только рабочим диапазоном и геометрическими размерами. В этих антеннах используется (видимо, впервые в мире) эффект возникновения пучности электрической составляющей падающей волны вблизи магнитной рамки, обнаруженный и описанный Владимиром Тимофеевичем Поляковым в статье «О ближнем поле приемной антенны». Антенна диапазона 40 метров. Основные ее размеры указаны на рис. 1.
Конструкция рамочной части антенны подробно описана в "CQ-QRP" № 27 и возвращаться к ней нет смысла. Можно только добавить, что за прошедшее время несколькими радиолюбителями была построена подобная антенна, но рамка выполнялась из метало-пластиковой водопроводной трубы с размещением внутри её обычного медного провода диаметром 4 мм в изоляции, и во всех случаях был получен положительный результат.
Питается антенна с помощью петли связи, изготовленной из коаксиального кабеля(рис. 2). Изготавливается она по методу предложенному DF9IV. Вот как это описано у него: «петлю связи с антенной изготавливают из питающего антенну коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом. С конца кабеля и с участка, отстоящего от него на, в нашем случае, 2000 мм, снимают внешнюю изоляционную оболочку, а в середине этого отрезка на длине 10 мм удаляют и оболочку, и оплетку. Внутренний проводник на конце кабеля припаивают к оплетке, а затем — к участку, где с него снята внешняя изоляция. Получившееся кольцо прикрепляют изоляционной лентой к верхней части рамки».
На фото рис. 3 хорошо видна конструкция антенны. Конденсаторы находятся в пластмассовой коробке. Конструкция, при всей своей простоте, оказалась весьма надежной и без проблем пережила две зимы с их обледенением, намерзанием и штормовыми ветрами. При указанных на рисунке высоте установки и длине лучей, антенна имеет, на мой взгляд, близкие к оптимальным параметры. Рабочий диапазон по уровню КСВ 2.0 около 200 кГц, максимальный угол излучения в вертикальной плоскости порядка 25 градусов, диаграмма направленности (ДН) в горизонтальной плоскости в первом приближении имеет вид эллипса с максимумом вдоль лучей. Провалов в азимутальной ДН не обнаружено, что позволяет с успехом работать во всех направлениях. Антенна диапазона 80 метров. В связи со значительно большими размерами рамочной части в конструкцию внесены некоторые изменения (рис. 4).
Основные размеры и номиналы этого варианта антенны указаны на рис. 5.
Волею судьбы, на момент написания статьи эта антенна имеет такую конфигурацию, когда лучи идут параллельно земле на высоте 3,5 метров. Это никак не связанно с её конструкций, а обусловлено доступностью элементов настройки. Рамка выполнена из коаксиального кабеля диаметром 1,5 дюйма(производители маркируют их как водопроводные трубы, по диаметру наружной оплетки, в дюймах). Конденсаторы расположены так же в пластиковой коробке, как хорошо видно на фотографии (рис. 6).
Конденсатор применен «прореженный» по причине отсутствия подходящего на тот момент, здесь с успехом работает и не «прореженный», если подключены только статорные пластины. Петля связи изготавливается в соответствии с рис. 7.
Настройка обоих антенн очень проста. После выполнения монтажных работ и растяжки лучей (провод без изоляции или канатик диаметром 2…3 мм), нужно трансивер (приёмник) настроить на середину диапазона. Конденсаторы П-контуа трансивера (если он имеет настроечные элементы) нужно предварительно настроить на эквиваленте на максимальную отдаваемую мощность и во время настройки антенны их не трогать. В дальнейшей эксплуатации этими конденсаторами можно в некоторой степени подстраивать антенну. Далее конденсатором С1 выставить ёмкость (в первом случае 20…23 пф, во втором случае 37…40 пф) и конденсатором С2 настроить антенну в резонанс (на максимальную громкость принимаемых сигналов). После этого хорошо бы проверить значение КСВ во всём рабочем диапазоне. У меня при указанной высоте установки и при указанных размерах, рабочая полоса по уровню КСВ 2,0 получилась в первом случае около 200 кГц., во втором – около 100 кГц. Ещё проще настраивать по максимуму напряженности поля, включить трансивер на передачу и настроить антенну на максимальные показания индикатора напряженности поля или по максимальному свечению неоновой лампочки,поднесенной к одному из лучей. Минимум КСВ совпадает с максимумом резонанса, поэтому проблем с настройкой нет. Поскольку мой испытательный «полигон» расположен в QTH, в котором я бываю только наездами и лишь иногда там ночую, то удается работать в эфире, в основном днем. Поэтому антенна диапазона 40 метров, по отношению к 80-ти метровой, испытывалась гораздо дольше и чаще. К сожалению, оценки эффективности этих антенн, в моем случае, носят субъективный характер и имеют лишь два критерия – лучше, хуже. Уже первые опыты показали, что эта антенна не уступает диполю (описан в № 27),а с увеличением длины лучей, когда начал сказываться эффект, о котором я написал в начале заметки, стало ясно – антенна работает (в моем случае) несравнимо лучше диполя. За прошедшее время на 40-ка метрах проведено множество связей со всеми континентами, кроме Антарктиды, с помощью SDR мини трансивера v6.2 с выходной мощностью около 100 Вт. На 80-ти метрах результаты при той же аппаратуре скромнее, связано это прежде всего с тем, что редко когда удается поработать ночью. Но, тем не менее, по Евразии на запад, неоднократно проведены связи со всеми странами до Атлантики, на восток до Хабаровска , Читы, на север – до Швеции, есть Ближний Восток, Средняя Азия. В общих чертах, сработал со всеми, кого удалось услышать. И это при высоте лучей над землей 3,5 метра. Но существуют и вполне объективные результаты, из которых можно сделать определенные выводы. Экспериментальным путем было установлено: 1. При переключении лучей в этой схеме к противоположной стороне витка рамки прием полностью прекращается. Отсюда можно сделать вывод, что необходимые фазовые соотношения образуются у лучей только со «своей частью рамки». Другими словами рамка активно участвует в формировании ДН. 2. По мере увеличения длины лучей провал в ДН рамки (в горизонтальной плоскости) уменьшается плоть до полного исчезновения (что происходит, видимо из-за увеличивающегося вклада в общую диаграмму дипольной части антенны), и ДН, в первом приближении, приобретает вид эллипса, вытянутого в плоскости антенны. При повороте антенны на 90 градусов уровень принимаемого сигнала на дальних трассах падает на 1,5…2 балла. 3. В вертикальной плоскости ДН определяет простая векторная зависимость:
При увеличении длины луча угол излучения уменьшается. То же происходит и при наклоне лучей вниз (рис. 8). Это хорошо определяется по уменьшению уровня сигнала ближних и увеличению уровня сигнала дальних радиостанций. 4. Увеличение длины лучей с 5-ти (10-ти) метров до 8-ми (15-ти) метров повышает уровень принимаемых сигналов на 6…10 дБ,. что несколько непропорционально и явно превышает увеличение сигнала, которое следовало бы ожидать. 5. Имеется простая зависимость между длиной лучей и рабочей полосой антенны– чем длинней лучи, тем шире рабочая полоса. 6. С увеличением длины лучей снижается напряжение на подстроечном конденсаторе, и соответственно снижаются требования к электрической прочности этого конденсатора. 7. Антенна очень мало подвержена влиянию «земли». При изменении (для антенны на 40 м) высоты установки нижней части рамки от 2 до 4 м от земли, КСВ изменился от 1,3 до 1,0. Потребовалось увеличение емкости подстроечного конденсатора С2 менее чем на 10 пФ. В остальном характеристики антенны остались прежними, если не считать уменьшившийся угол излучения за счет увеличенного наклона лучей. Кроме того, антенна вовсе не реагирует на перемещение массивных металлических предметов или людей даже при высоте лучей над землей порядка 2-х метров. 8. Настройка антенны очень проста, достаточно иметь КСВ-метр и неоновую лампочку или индикатор напряженности поля. 9. Антенна очень мало подвержена помехам вообще и грозовым в частности,удавалось без особых проблем работать в разгар грозы. 10. Антенна получилась такой же малошумной, как и магнитная рамка, но при этом обеспечивала уровень сигнала (на приём) больше на 10…15 дБ. Ещё при самых первых опытах был замечен отмеченный в п.1 интересный эффект – если при неподвижной дипольной части повернуть рамку на 90градусов, уровень сигнала по приему падает приблизительно на 10…15 дБ, а на180 градусов – прием падает до нуля. При переключении лучей в этой схеме к противоположной стороне витка рамки прием также полностью прекращается. Другими словами, рамка активно участвует в формировании ДН. Попытки отключить конденсатор С1 полностью нарушают работу антенны, хотя внутренний проводник никак не может участвовать в излучении или приеме,поскольку полностью экранируется внешней оплеткой. Отсюда можно сделать вывод, что необходимые фазовые соотношения образуются у лучей только со«своей частью рамки» и только при определенной емкости этого конденсатора. Всё сказанное позволяет заключить, что эти антенны относятся к классу CFA. Владимир Тимофеевич Поляков в своей статье «Рамочно-лучевая или настоящая ЕН антенна» вот как описывает историю создания антенн этого типа: «В конце 80-х годов прошлого века большой интерес вызвали разработки шотландских профессоров Б. Стюарта и М. Хейтли нового типа малой антенны на скрещенных полях, названной ими Crossed Field Antenna или CFA. Основная концепция этой антенны — раздельное формирование вблизи антенны электрического Е и магнитного Н полей соответствующими элементами конструкции. При синфазности полей уже около самой антенны формируется поток излучения (вектор Пойнтинга), направленный вовне. Концепция не была одобрена многими авторитетами в области антенн,дискуссии продолжаются и поныне. Тем не менее, М. Хейтли и его студент Ф.Каббари получили патент [1], была образована компания CFA Ltd и построены несколько антенн для СВ радиостанций. В Египте и во Франции (Сан-Ремо)CFA показали неплохие результаты, тогда как в Германии (Ганновер) и в Австралии (вблизи Сиднея) работали плохо. Дальнейшая модернизация CFA американцем Т. Хартом (W5QJR) привела к разработке в 1998 г. ЕН антенны, вызвавшей еще больший шквал неприятия и критики» Тем не менее, опыт эксплуатации моей первой антенны в течении более чем двух лет, а второй - более одного года дает основания утверждать, что концепция антенн верна. Во всех условиях эксплуатации данная конструкция антенны показала свою надежность и высокую эффективность. Теперь попытаемся сформулировать в виде таблицы, что же мы имеем, так сказать, в «сухом остатке»:
№
ФАКТОРЫ
ОЦЕНКА
1
Антенне не требуются противовесы или «земля»
хорошо
2
Вертикальный лепесток излучения под углом около 25 градусов над горизонтом
очень хорошо
3
Для получения этого угла достаточно высоты установки антенны всего 1/8 длины волны
очень хорошо
4
По уровню КСВ 2.0 полоса 200 кГц (диапазон 40 м) и100 кГц (диапазон 80 м)
хорошо
5
Антенну легко настроить
хорошо
6
В горизонтальной плоскости антенна не имеет ярко выраженных минимумов
хорошо для неподвижной антенны
7
Антенна имеет низкий уровень шума
очень хорошо
8
Антенна очень мало подвержена помехам вообще и грозовым в частности
хорошо
9
Антенна вовсе не реагирует на перемещение массивных металлических предметов или людей
очень хорошо
При оценке основных перечисленных в таблице факторов автор применял два основных критерия — скромность и сдержанность. Общую оценку, полагаю, Вы выведете самостоятельно. 73!
Редакционный комментарий: Хотелось бы отметить еще один момент, неуказанный автором. Конструкция его антенны достаточно проста и легко может быть повторена в полевых условиях. Для ее установки достаточно одной, и не слишком высокой мачты, а «лучи» прекрасно послужат растяжками. Не исключено и использование деревьев для подвешивания рамки. Работа в полевых условиях позволяет исследовать и сравнивать различные антенны, что практически недостижимо в городских условиях. Летом предстоит Слет нашего Клуба, будет также и много других Слетов. Присылайте отзывы о работе антенны.
"Круглый стол" по воскресеньям на частоте 3606кГц в 9.00 и в 22.00 МСК (в тестовом режиме) проводит R3LDQSL бюро работает по пятницам с 18.30 до 20.00 час. г. Смоленск ул. Кирова 22"б" правое крыло 3 этаж (здание ДОСААФ).
На главную | 
Регистрация
Меню сайта
Смоленское РО СРР
Каталоги
Карты
Он лайн вещание
Мини-чат
Меню пользователя
Поиск по сайту
Информация
Статистика