Foxiss Укороченные вертикальные антенны EFHW для 15 м, 17 м и 20 м, то, что поначалу звучит несколько парадоксально — а именно полуволновой излучатель с размерами четвертьволнового, — может оказаться вполне интересной альтернативой более длинным вариантам.
Представленный здесь принцип конструкции можно аналогично перенести и на другие диапазоны, такие как 30 м или 40 м, и использовать при пространственно стеснённых условиях.
Отправной точкой разработок стало то, что 6-метровый излучатель выездной антенны, согласованный с помощью автоматического тюнера и использующий противовесы, принимал помехи от солнечной установки. Значит, нужно было найти альтернативу без её использования.
Хотя 20-метровый полуволновой излучатель длиной 10 м — очень эффективная антенна, его можно установить только с оттяжками. Поэтому используется 6-метровое стеклопластиковое удилище в качестве несущей конструкции для провода. Конструкция выдерживает средние ветровые нагрузки.
Чтобы получить укороченную полуволновую антенну, можно применить удлиняющую катушку примерно на 2/3 длины излучателя для механического укорочения антенны. Она намотана на отрезок ПВХ-трубы диаметром 25 мм, который надевается на удилище. Точные пропорции сконфигурированной для 20 м антенны показаны на рисунке выше.
С этой конфигурацией больше помех от преобразователей нет. После хороших результатов последовала реализация других укороченных вариантов для диапазонов 15 м и 17 м. Длина нижней части осталась одинаковой для всех трёх диапазонов. Менять нужно только верхнюю часть с соответствующей удлиняющей катушкой.
Для 20 м таким образом достигается укорочение до 45 %, для 17 м — 60 %, а для 15 м — 70 % по сравнению с полуволной. Схема всей антенной системы показана на рисунке выше.
Такой тип излучателя имеет преимущество: противовесы не нужны, если работать с запорным дросселем. Другие провода, такие как радиалы, тогда в принципе могут отсутствовать — но об этом подробнее дальше. Специально для портативной работы достаточно крепления в качестве основания мачты, чтобы выйти в эфир на выбранном диапазоне.
При желании для диапазонов 10 м и 12 м на 6-метровом удилище можно разместить и λ/2-провода без катушек. Правда, тогда при каждой смене диапазона придётся складывать удилище и заменять верхнюю часть, но это работы, которые выполняются за кратчайшее время.
Механические решения укороченные вертикальные антенны
Нижний участок антенны длиной 2,90 м крепится липкой лентой или кабельными стяжками и на конце установлен разъём. Удлиняющие катушки, как уже описано, надеваются на стеклопластиковое удилище.
Если намотать провод спирально, достаточно одной кабельной стяжки на конце для крепления. Катушки изготовлены из того же материала, что и антенный провод — медного многожильного провода 1,5 мм² с ПВХ-изоляцией. Число витков и длина E верхней части приведены в таблице.
Каждая катушка имеет снизу ещё короткий отрезок провода длиной около 5 см, на котором находится штыревой разъем с нижней частью антенны. Таким образом, нижняя часть имеет длину 2,90 см + 5 см = 2,95 см. На рисунке показаны три удлиняющие катушки с соединителями.
В качестве альтернативы использованные мной разъёмные соединениям, которые уже зарекомендовали себя в различных антенных проектах, можно применять и клеммники. Однако тогда для смены диапазона всегда потребуется отвёртка. При однодиапазонном решении это переходное соединение отсутствует.
Согласование с высокоомной точкой питания
Полуволновые излучатели с питанием с конца (EFHW, end-fed half-wave) имеют в точке питания пучность напряжения, что даёт сопротивление в несколько килоом. Чтобы согласующее звено можно было использовать и для других диапазонов, вместо селективного контура Фукса был выбран широкополосный Unun.
Он состоит из двух сложенных кольцевых сердечников FT140-43, намотанных медным эмалированным проводом 1,2 мм. При двух витках связи и 18 общих витках возможен максимальный коэффициент передачи 1:81.
Требуется предусмотреть ещё шесть отводов, чтобы иметь возможность гибко реагировать на различные влияния окружающей среды. Близость к земле, соседние антенны или другие объекты могут влиять на антенное сопротивление и тем самым требовать других коэффициентов трансформации.
Последние получаются из квадрата числа витков; таблица на рисунке ниже даёт точный обзор. Описанный Unun с его переменными отводами можно применять и для других антенных проектов.
Схему намотки поясняет рисунок, который представлен ниже; практическое исполнение видно на рисунке.
Встроенный в установочную коробку с банановыми гнёздами, он позволяет выбирать различные сопротивления для наилучшего согласования. Unun выдерживает 200 Вт в SSB и CW, при FT8 или RTTY мощность передачи необходимо снижать.
Практические результаты укороченные вертикальные антенны
Наилучшее согласование для всех трёх диапазонов достигается при соотношении 1:81, что соответствует сопротивлению более 4 кОм. Скорее были ожидания, по аналогии с четвертьволновыми излучателями, что из-за укорочения сопротивление будет ниже. У большинства из многочисленно построенных полноразмерных EFHW-антенн при установке оптимальному согласованию соответствовали 1:64, 1:56 или 1:49.
Важно предусмотреть короткий противовес длиной 2 м. Он может состоять из отрезка провода, который просто свисает вниз или укладывается на землю. Подключение производится к клемме, рисунок.
В качестве альтернативы можно использовать оплётку 2-метрового коаксиального кабеля — после неё следует запорный дроссель, как на рисунке выше.
Он электрически отделяет участок коаксиального кабеля, идущий к трансиверу. Для нагрузочной способности 200 Вт применяется ещё один ферритовый кольцевой сердечник FT140-43 с 2 × 7 витками RG174, намотанными по принципу W1JR, рисунок.
Полосы пропускания, как и ожидалось, меньше, чем у λ/2-антенн, но охватывают, например, весь 20-метровый диапазон. Измеренный КСВ при использовании трансформатора 1:81, 2-метрового кабеля к запорному дросселю и ещё 3 м коаксиального кабеля типа RG58-LL показаны на рисунках.
Результаты работы очень хорошие. По сравнению с 6-метровым удилищем с антенным тюнером у основания, описанная антенна работает немного лучше. Однако она позволяет работать только в одном диапазоне и не даёт автоматической смены диапазона.
Настройка укороченные вертикальные антенны
Верхний участок антенного провода в любом случае должен быть несколько длиннее, чтобы без проблем можно было укоротить его до нужной частоты. Ведь, как показывает практика, техника намотки (толщина провода и расстояние между витками) оказывает определённое влияние на резонансную частоту Unun.
Если используется альтернативный трансформатор с другими тороидальными сердечниками, отклонение может составлять несколько сотен килогерц!
При выборе другой катушки, которая при той же индуктивности имеет иную собственную ёмкость, это тоже влияет на длину антенны. Также были использованы образцы с сердечниками типов T130-6 и T130-2, которые вполне могут быть альтернативой.
Далее требуется найти отвод с наименьшим КСВ. Он может быть разным от диапазона к диапазону и зависит также от окружения антенны. В случае, при свободной установке, коэффициент передачи 1:81 оказался оптимальным на всех трёх диапазонах.
В принципе, любую полуволновую антенну с питанием с конца можно с помощью удлиняющей катушки механически укоротить до половины длины без значительного снижения КПД. Это избавляет от каких-либо противовесов, которые нужно растягивать.
Особенно для установки на балконе такой тип излучателя хорошо подходит. Распространённый метод — например, использование металлической балконной решётки в качестве противовеса — может вызвать сильные помехи в доме, потому что она излучает и приводит к неопределённым условиям.
И наоборот, приём помех при таком решении тоже не исключён. Кроме того, 6-метровое удилище не должно быть слишком заметным, что благоприятствует применению на балконе. Можно также для 10-метровых удилищ собрать излучатели с разными катушками для диапазонов 30 м и 40 м. А также менять их по аналогии с более короткими вариантами при смене диапазона. Вот такие варианты возможно использовать при ограниченных возможностях.
