Багатодіапазонна напівхвильова
Відколи почалося освоєння коротких хвиль, у радіоаматорів незмінний інтерес викликають дротяні антени, довжина випромінювача яких дорівнює чи кратна половині довжини хвилі, яке збудження здійснюється з кінця випромінювача. В англомовній літературі такі антени так і називають - EFHW, що розшифровується як антена, що "запитується з кінця напівхвильова" (end fed half wave). Мабуть, найбільш відомою з них є антена Фукса, у якої збудження випромінювача здійснюється за допомогою додаткового коливального коливального контуру, налаштованого на робочу частоту. Багатьох приваблює те, що за твердженням Фукса вона не вимагає хорошої "землі" або "радіотехнічної землі" (противаг) на відміну від більшості простих антен (багато дротових антени, GP і т. д.). Твердження це помилкове, хоча ця антена справді виявилася працездатною без явних противаг. Просто вимоги до них у неї невисокі (не такі, як, наприклад, у GP), і їхня роль часто виконує те, що підключено до узгоджувального контуру (фідер, корпус передавача).
Хоча EFHW антена, по суті, багатодіапазонна, але в неї сьогодні є і невелика вада - вона працює без проблем тільки на кратних ("старих") КВ-діапазонах. А зараз уже є й кілька тих, що до цієї сітки не потрапляють. Другий недолік - це те, що на різних діапазонах такі антени з незмінною довжиною електричної випромінювача мають різні діаграми спрямованості на різних діапазонах. Але цей недолік є абсолютно у всіх подібних антен, починаючи з WINDOM. Однак на це завжди "заплющують очі", оскільки в реальних міських умовах встановити й одну дротяну антену не завжди можливо.
Вихідний опір сучасних трансіверів тапередавачів низька (зазвичай 50 Ом), а це означає, що для збудження напівхвильової антени, у якої високий вхідний опір (до кількох кіло-м), необхідне узгоджувальне пристрій. Це можуть бути і паралельний коливальний контур, як в антені Фукса, і різні ланцюги LC. Недолік таких узгоджувальних пристроїв у багатодіапазонній антені – необхідність перемикань та підстроїв при переході з діапазону на діапазон.
Широкосмугові високочастотні трансформатори на магнітопроводах із фериту вже давно застосовуються в транзисторних підсилювачах, зокрема, у широкосмугових підсилювачах потужності. Тому не варто дивуватися, що виникла ідея запитати з кінця напівхвильовий випромінювач через такий трансформатор. Виграш зрозумілий - при зміні діапазонів не потрібні перемикання у узгоджувальному пристрої.
Один із варіантів подібної антени був запропонований голландським короткохвильовиком PD7MAA [1]. Він використав її для роботи в польових умовах, але вона підходить і як стаціонарна у місті. Адже багато короткохвильовиків змушені обмежувати своє "антенне господарство" дротяною антеною, що виходить з вікна квартири на довколишній стовп або дерево.
Він реалізував два варіанти антени – одну на діапазони 80, 40, 20, 15 та 10 метрів, а іншу – на діапазони 40, 20 та 10 метрів. Вони відрізняються лише виконанням випромінювача. Варіант антени на 40, 20 та 10 метрів та її узгоджувального пристрою наведено на рис. 1. Для неї А = 10,1 м, = 1,85 м.
Мал. 1. Варіант антени на 40, 20 та 10 метрів та її узгоджувального пристрою
Її випромінювач утворений напівхвильовим (для діапазону 20 метрів) відрізком дроту, котушкою індуктивності L1 та підключеним після цієї котушки порівняно коротким відрізком дроту. Індуктивність котушки L1 обрана такою (34мкГн), що разом із другим відрізком дроту електрична довжина випромінювача близька до половини довжини хвилі на діапазоні 40 метрів. На діапазонах 20 і 10 метрів ця котушка індуктивності працює як дросель, що практично "відсікає" додатковий відрізок від основної частини випромінювача, і його довжина дорівнює половині довжини хвилі на діапазоні 20 метрів і одній довжині хвилі на діапазоні 10 метрів. В результаті на всіх трьох діапазонах до узгоджувального пристрою підключаються "напівхвильові" випромінювачі. Розподіл струмів по випромінювачу цих діапазонів наведено на рис. 2.
Мал. 2. Розподіл струмів по випромінювачу для діапазонів 7МГц, 14 МГц та 28 МГц
Котушка індуктивності L1 намотана на пластиковому каркасі діаметром 19 мм і має 90 витків дроту діаметром 1 мм.
Узгоджувальний пристрій вийшов гранично простий - широкосмуговий ВЧ-трансформатор Т1 і конденсатор, що коригує С1. Воно розміщується у невеликій пластмасовій коробці (рис. 3). Трансформатор виконаний на магнітопроводі FT 140-43 фірми Amindon. Первинна його обмотка - 2 витки, вторинна - 16 витків. Обмотки намотані дротом діаметром 1 мм.
Мал. 3. Узгоджувальний пристрій
Вторинна обмотка, як видно на рис. 3 розділена на дві рознесені по кільцю частини по 8 витків кожна. Особливість конструкції цього трансформатора - це те, що провід первинної обмотки і провід перших двох витків вторинної обмотки (нижніх по рис. 3) перевиті між собою. Це також добре видно на рис. 3. Конденсатор С1 служить для корекції частотної характеристики узгоджувального пристрою на діапазоні 28 МГц (10 метрів). Його ємність може бути не більше 100. 150 пФ. Він має бути розрахований на номінальну напругу 1000 В.
На корпусі узгоджувального пристроювстановлені коаксіальний ВЧ-роз'єм XW1 для підключення кабелю, що йде від трансівера, і клема Е1 для підключення випромінювача антени.
Цей узгоджуючий пристрій розрахований на потужність трансівера приблизно 100 Вт.
Інший варіант антени PD7MAA, призначений для роботи на діапазонах 80, 40, 20, 15 та 10 метрів, відрізняється лише розмірами випромінювача та індуктивністю котушки L1. Він розміри А=20,35 м і В=2,39 м, а котушка має індуктивність 110 мкГн.
Її також намотують на каркасі діаметром 19 мм - 260 витків дроту діаметром 1 мм.
На фідер у трансівера треба встановити кабельний дросель (вдягти, наприклад, феритовий "засув"), а до узгоджувального пристрою бажано підключити короткі противаги. Їхня довжина некритична - для антени Фукса в літературі рекомендується довжина приблизно 0,05λ.
Налаштування випромінювача в обох варіантів антени починають із високочастотних діапазонів. Котушка індуктивності L1 не є добрим "режектором" (трапом, як в антені типу W3DZZ), тому другий відрізок випромінювача (В) може трохи впливати на резонансну частоту випромінювача. Відповідно може знадобитися деяка корекція її індуктивності. На самому низькочастотному діапазоні налаштування зводиться до підбору довжини відрізка, щоб електрична довжина випромінювача (його резонансна частота) на цьому діапазоні (40 або 80 метрів відповідно) була близька до "півхвилі".
Американська фірма PAR Electronics випускає кілька антен подібного типу, у тому числі й антену під назвою EF-10/20/40 MKII на діапазони 40, 20 та 10 метрів [2]. Цікаві дані її випробувань є у Інтернеті [3, 4]. Ця антена має узгоджуючий пристрій, розрахований на меншу допустиму потужність (25 Вт), але в іншому дуже близька до антени PD7MAA. На рис. 4наведено фотографію набору для встановлення цієї антени.
Мал. 4. Набори для встановлення антени
За даними фірми, смуга її пропускання діапазоні 20 метрів за рівнем КСВ=1,5 приблизно 500 кГц. На діапазоні 40 метрів вона близько 140 кГц за рівнем КСВ = 2, а на діапазоні 10 метрів - близько 900 кГц за рівнем КСВ = 1,5. Ці дані відповідають фідер з хвильовим опором 50 Ом. Іншими словами, це дуже пристойні значення смуги пропускання для простої багатодіапазонної антени.
В описі антени наведено дані, які можуть бути корисними при налаштуванні PD7MAA антени. Зміна довжини основної частини випромінювача і його додаткового відрізка (А і В на рис. 1) на 1 дюйм (2,5 см) призводить до зсуву смуги пропускання на 30. 35 кГц.
1. PD7MAA homepage. - URL: http://pa-11019.blogspot.ie (17.07.15).
2. HF END-FEDZ. - URL: http://www. parelectro nics.com/end-fedz.php (17.07.15).
3. LNR Precision EF-10/20/40 МКІІ examination. - URL: http://www.hamradio. me/antennas/lnr-precislon-ef-102040mkii-examination.html (17.07.15).
4. LNR Precision EF 10/20/40 MKII test data. - URL: http://www.hamradio.me/ antennas/lnr-precision-ef-1 02040mkii-test-data.html (17.07.15).
Автор: Борис Степанов (RU3AX), м. Москва