Главная Обо мне Гостевая книга Обратная связь Новости Космонавтика Софт Антенны Конструкции Схемы Модернизация Радиолюбительская технология Справочники QSL-bureau
|
Простые антенны диапазона 144 МГц |
© Григоров Игорь Николаевич, а/я 68, 308015, Белгород
РОССИЯ
rk3zk (at) antennex.com
Радиоконструктор, №12, 2001
Радиоконструктор №1, №2, 2002.
Еще небольшое время назад для работы на диапазоне 144-145 МГц использовалась в основном самодельная аппаратура. Среди радиолюбителей были популярны УКВ - трансвертеры, многие из которых своими размерами были сравнимы с самим используемым с ним трансивером. Радиолюбители переделывали списанные промышленные УКВ-радиостанции типа «Пальма» на любительский УКВ диапазон 145 МГц, получая радиостанцию, работающую на нескольких каналах. Потом радиолюбителям стали доступны «Виолы», а позже и «Маяки», работающие на сорока каналах. Эти радиостанции тогда выглядели просто фантастически по своим возможностям!
В настоящее время можно сравнительно недорого приобрести многоканальные переносные УКВ трансиверы всемирно известных фирм – «YAESU», «KENWOOD», «ALINCO», которые по своим параметрам и удобству работы значительно превосходят как самодельную аппаратуру диапазона 145 МГц, так и переделанную промышленную – «Пальмы», «Маяки», «Виолы».
Но для работы через репитер из дома, офиса, во время движения при работе из автомобиля, необходима антенна более эффектная, чем используемая совместно с переносной радиостанцией «резинка». При использовании стационарной «фирменной» УКВ станции часто бывает целесообразно использовать с ней самодельную УКВ- антенну, так как приличная «фирменная» наружная антенна диапазона 145 Мгц стоит недешево.
Изготовлению простых самодельных антенн, пригодных к использованию со стационарными и переносными УКВ - радиостанциями и посвящен этот материал.
Ввиду того, что для изготовления антенн диапазона 145 Мгц обычно используют толстый провод – диаметром от 1 до 10 мм (иногда применяют и более толстые вибраторы, особенно в коммерческих антеннах), то антенны диапазона 145 Мгц широкополосны. Это часто позволяет при выполнении антенны точно по указанным размерам обойтись без ее дополнительной настройки на диапазон 145 МГц.
Для настройки антенн диапазона 145 Мгц необходимо иметь КСВ - метр. Это может быть как самодельный прибор, так и промышленного изготовления. На диапазоне 145 МГц радиолюбители практически не используют мостовые измерители сопротивления антенн, из-за кажущейся сложности их корректного изготовления. Хотя при аккуратном изготовлении мостового измерителя и, следовательно, корректной его работы на этом диапазоне, можно точно определить входное сопротивление УКВ антенн. Но даже используя только КСВ - метр проходного типа, вполне возможно настраивать самодельные УКВ-антенны. Мощности 0,5 Вт, которую обеспечивают импортные переносные радиостанции в режиме «LOW» и отечественные носимые радиостанции УКВ диапазона типа «Днепр», «Виола», «ВЭБР», вполне достаточно для работы многих типов КСВ метров. Режим «LOW» позволяет производить настройку антенн не опасаясь выхода из строя выходного каскада радиостанции при любом входном сопротивлении антенны.
Перед началом настройки УКВ антенны желательно убедиться в правильности показаний КСВ -метра. Неплохо иметь два КСВ -метра, рассчитанных для работы в трактах передачи 50 и 75 Ом. При настройке УКВ антенн желательно иметь контрольную антенну, в качестве которой может быть или «резинка» от переносной радиостанции или самодельный четвертьволновый штырь. При настройке антенны измеряют уровень напряженности поля создаваемый настраиваемой антенной относительно контрольной. Это дает возможность судить о сравнительной эффективности работы настраиваемой антенны. Конечно, если при измерениях использовать стандартный калиброванный измеритель напряженности поля, то можно получить точную оценку эффективности работы антенны. При использовании калиброванного измерителя поля несложно снять и диаграмму направленности антенны. Но даже используя при измерениях самодельные измерители напряженности поля и получив только качественную картину распределения напряженности электромагнитного поля, можно вполне сделать заключение об эффективности работы настраиваемой антенны и приближенно оценить ее диаграмму направленности. Рассмотрим практические конструкции УКВ-антенн.
Наиболее простую наружную УКВ антенну (рис. 1) можно выполнить с использованием антенны, работающей совместно с переносной радиостанцией. На раме окна с наружной (рис. 2) или с внутренней стороны на удлиняющем деревянном бруске крепится металлический уголок, в центре которого установлено гнездо для подключения этой антенны. Необходимо стремиться к тому, чтобы коаксиальный кабель идущий до антенны был минимально необходимой длины. По краям уголка крепятся 4 противовеса длиной по 50 см. Необходимо обеспечить хороший электрический контакт противовесов, антенного разъема с металлическим уголком. Укороченная витая антенна радиостанции имеет входное сопротивление в пределах 30-40 Ом, так что для ее питания можно использовать коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом. С помощью угла наклона противовесов можно в некоторых пределах менять входное сопротивление антенны, и, следовательно, провести согласование антенны с коаксиальным кабелем. Вместо фирменной «резинки» временно можно использовать антенну из медного провода диаметром 1-2 мм длиной 48 см, который вставляется в антенное гнездо своим остро заточенным концом.
Рисунок 1. Простая наружная УКВ антенна
Рисунок 2. Конструкция простой наружной УКВ антенны
Надежно работает УКВ антенна, выполненная из коаксиального кабеля со снятой внешней оплеткой. Кабель заделывается в ВЧ -разъем аналогичный разъему «фирменной» антенны (рис. 3). Длина коаксиального кабеля, используемого для изготовления антенны, равна 48 см. Такую антенну можно использовать совместно с переносной радиостанцией взамен поломанной или утерянной штатной антенны.
Рисунок 3. Простая самодельная УКВ антенна
Для быстрого изготовления выносной УКВ антенны можно использовать соединительный коаксиальный кабель длиной 2-3 метра, который оконечен разъемами, соответствующим антенному гнезду радиостанции и антенны. Антенну к такому куску кабеля можно подключить с помощью высокочастотного тройника (рис. 4). В этом случае с одного конца тройника подключается антенна- «резинка», а с другого конца тройника накручиваются противовесы длиной по 50 см или через разъем подключается другой тип радиотехнической «земли» для УКВ антенны.
Рисунок 4. Простая выносная УКВ антенна
Самодельные антенны переносной радиостанции
При утере или поломке штатной антенны переносной радиостанции можно выполнить самодельную витую УКВ антенну. Для этого используют основу – полиэтиленовую изоляцию коаксиального кабеля, диаметром 7-12 мм и длиной 10-15 см, на который намотано первоначально 50 см медного провода диаметром 1-1,5 мм. Для настройки витой антенны очень удобно использовать измеритель частотных характеристик, но можно использовать и обыкновенный КСВ - метр. Первоначально определяют резонансную частоту собранной антенны, затем, откусывая часть витков, сдвигая, раздвигая витки антенны, настраивают витую антенну в резонанс на 145 МГц.
Процедура эта не очень сложная, и, настроив 2-3 витые антенны, радиолюбитель может производить настройку новых витых антенн буквально за 5-10 минут, конечно, при наличии вышеуказанных приборов. После настройки антенны необходимо зафиксировать витки или с помощью изоленты, или с помощью кембрика, размоченного в ацетоне, либо с помощью термоусаживающей трубки. После закрепления витков необходимо еще раз проконтролировать частоту антенны и, если это необходимо, подстроить ее с помощью верхних витков.
Следует обратить внимание, на то, что в «фирменных» укороченных витых антеннах используют термоусаживающие трубки для фиксации проводника антенны.
Для эффективной работы антенн длиной четверть волны необходимо использовать несколько четвертьволновых противовесов. Это усложняет конструкцию для полевой четвертьволновой антенны, которая должна быть вынесена в пространстве относительно УКВ трансивера. В этом случае можно использовать УКВ антенну электрической длиной L/2, которая не требует для своей работы противовесов, и обеспечивает прижатую к земле диаграмму направленности и простоту установки. Для антенны электрической длиной L/2 стоит проблема согласования ее высокого входного сопротивления с низким волновым сопротивлением коаксиального кабеля. Антенна длиной L/2 и диаметром 1 мм будет иметь входное сопротивление на диапазоне 145 МГц около 1000 Ом. Согласование с помощью четвертьволнового резонатора, оптимальное в этом случае, не всегда удобно практически, так как требует подбора точек подключения коаксиального кабеля к резонатору для своей эффективной работы и точной настройки штыря антенны в резонанс. Также относительно велики и размеры резонатора для диапазона 145 МГц. Дестабилизирующие факторы на антенну при ее согласовании при помощи резонатора будут проявляться особенно сильно.
Однако при небольших мощностях, подводимых к антенне, вполне удовлетворительное согласование можно достигнуть при помощи П - контура, аналогично как это описано в литературе [1]. Схема полуволновой антенны и ее согласующего устройства показана на рис. 5. Длина штыря антенны выбирается немного короче или длиннее длины L/2. Это необходимо для того, что уже при небольшом отличии электрической длины антенны от L/2 активное сопротивление импеданса антенны заметно понижается, а реактивная его часть на начальном этапе возрастает незначительно. Вследствие этого возможно согласование с помощью П - контура такой укороченной антенны с большей эффективностью, чем согласование антенны длиной ровно L/2. Предпочтительно использовать антенну длиной немного большей чем L/2.
Рисунок 5. Согласование УКВ антенны с помощью П – контура
В согласующем устройстве были использованы воздушные подстроечные конденсаторы типа КПВМ-1. Катушка L1 содержит 5 витков посеребренного провода диаметром 1 мм, намотанного на оправке диаметром 6 мм и шагом 2 мм.
Настройка антенны не сложна. Включив в тракт кабеля антенны КСВ - метр и одновременно измеряя уровень напряженности поля, создаваемого антенной, с помощью изменения емкости переменных конденсаторов С1 и С2, сжатия-растяжения витков катушки L1 добиваются минимальных показаний КСВ -метра и соответственно максимальных показаний измерителя напряженности поля. Если эти два максимума не будут совпадать, необходимо немного изменить длину антенны, и снова повторить ее настройку.
Согласующее устройство было размещено в корпусе, спаянном из фольгированного стеклотекстолита размерами 50*30*20 мм. При работе из стационарного рабочего места радиолюбителя антенна может быть размещена в проеме окна. При работе в полевых условиях антенна может быть подвешена за верхний конец на дерево с помощью лески, как это показано на рис. 6. Для питания антенны можно использовать 50-oмный коаксиальный кабель. Использование 75-oмного коаксиального кабеля несколько увеличит КПД согласующего устройства антенны, но в то же время потребует настройки выходного каскада радиостанции для работы на нагрузку 75 Ом.
Рисунок 6. Установка антенна для работы в полевых условиях
Оконные антенны на основе фольги
На основе клеящейся фольги, используемой в системах охранной сигнализации можно построить очень простые конструкции оконных УКВ антенн. Такую фольгу можно приобрести уже с клеевой основой. Тогда освободив одну сторону фольги от защитного слоя, ее достаточно просто прижать к стеклу и фольга моментально надежно приклеивается. Фольгу без клеевой основы можно приклеить к стеклу при помощи лака или клея типа «Момент». Но для этого необходимо иметь некоторый навык. Фольгу можно даже закрепить на окне при помощи липкой ленты.
При соответствующей тренировке вполне возможно осуществить качественное паяное соединение центральной жилы и оплетки коаксиального кабеля с алюминиевой фольгой. Исходя из личного опыта, каждый тип такой фольги требует для пайки своего флюса. Некоторые типы фольги хорошо паяются даже с использованием только канифоли, некоторые удается паять с помощью паяльного жира, другие типы фольги требуют использования активных флюсов. Флюс необходимо испытывать на конкретном типе фольги, используемом для изготовления антенны, заблаговременно до ее установки.
Хорошие результаты дает использование подложки из фольгированного стеклотекстолита для пайки и крепления фольги, как это показано на рис. 7. Кусочек фольгированного стеклотекстолита с помощью клея «Момент» приклеивается к стеклу, к краям фольги припаивается фольга антенны, жилы коаксиального кабеля припаиваются к медной фольге стеклотекстолита на небольшом удалении от фольги. После пайки соединение необходимо защитить при помощи влагостойкого лака или клея. В противном случае возможна коррозия этого соединения.
Рисунок 7. Подключение фольги антенны к коаксиальному кабелю
Разберем практические конструкции оконных антенн построенных на основе фольги.
Схема вертикальной дипольной оконной УКВ антенны на основе фольги показана на рис. 8.
Рисунок 8. Оконная вертикальная дипольная УКВ антенна
Четвертьволновый штырь и противовес расположены под углом 135 градусов для того, чтобы входное сопротивление антенной системы приближалось к 50 Ом. Это дает возможность использовать для питания антенны коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом и использовать антенну совместно с переносными радиостанциями, выходной каскад которых имеет такое входное сопротивление. Коаксиальный кабель должен идти перпендикулярно антенне по стеклу так долго, как это возможно.
Рамочная оконная антенна на основе фольги
Эффективнее дипольной вертикальной антенны будет работать рамочная оконная УКВ антенна, показанная на рис. 9. При питании антенны с бокового угла максимум излучаемой поляризации расположен в вертикальной плоскости, при питании антенны в нижнем угле максимум излучаемой поляризации находится в горизонтальной плоскости. Но при любом положении точек питания антенна излучает радиоволну, с комбинированной поляризацией, как с вертикальной, так и с горизонтальной. Это обстоятельство весьма благоприятно для связи с переносными и передвижными радиостанциями, положение антенн которых во время движения будет меняться.
Рисунок 9. Рамочная оконная УКВ антенна
Входное сопротивление оконной рамочной антенны составляет 110 Ом. Для согласования этого сопротивления с коаксиальным кабелем волновым сопротивлением 50 Ом используется четвертьволновая секция из коаксиального кабеля волновым сопротивлением 75 Ом. Кабель должен идти перпендикулярно оси антенны так долго, как это возможно. Рамочная антенна имеет усиление примерно на 2 дБ выше относительно дипольной оконной антенной.
При выполнении оконных антенн из фольги шириной 6-20 мм, они не требуют настройки и работают в диапазоне частот значительно более широком, чем любительский диапазон 145 МГц. Если полученная резонансная частота антенн оказалась ниже требуемой, то диполь можно настроить, отрезая симметрично фольгу с его концов. Рамочную антенну можно настроить, используя перемычку из той же фольги, что была использована для изготовления антенны. Фольга замыкает полотно антенны в углу, напротив точек питания. После настройки, контакт перемычки с антенной может быть обеспечен или при помощи пайки или при помощи клейкой липкой ленты. Такая липкая лента должна достаточно сильно прижать перемычку к полотну антенны для того чтобы обеспечить надежный электрический контакт с ней.
К антеннам, выполненным из фольги, можно подводить значительные уровни мощности – до 100 и более ватт.
При размещении антенны снаружи помещения всегда встает вопрос о защите раскрыва коаксиального кабеля от атмосферных воздействий, об использовании качественного антенного опорного изолятора, влагостойкого провода для антенн и т.д. Эти проблемы можно решить, выполнив защищенную наружную УКВ антенну. Конструкция такой антенны показана на рис. 10.
Рисунок 10. Защищенная наружная УКВ антенна
В центре пластиковой водопроводной трубы длиной 1 метр проделывается отверстие, в которое может туго войти коаксиальный кабель. Затем кабель туда продевается, высовывается из трубы, оголяется на расстоянии 48 см, экран кабеля скручивается и опаивается на длине 48 см. Кабель с антенной заводится обратно в трубу. Сверху и снизу на трубу одеваются стандартные заглушки. Влагоизолировать отверстие, куда входит коаксиальный кабель не представляет особого труда. Это можно сделать с помощью автомобильного силиконового герметика или быстро твердеющей автомобильной эпоксидки. В результате получаем красивую, влагоизолированную защищенную антенну, которая многие годы может работать под действием атмосферных воздействий.
Для фиксации вибратора и противовеса антенны внутри можно использовать 1-2 картонные или пластиковые шайбы, плотно надетые на вибраторы антенны. Трубу с антенной можно установить на оконную раму, на неметаллическую мачту, или разместить в другом удобном месте.
Простая коллинеарная коаксиальная УКВ антенна может быть выполнена из коаксиального кабеля. Для защиты этой антенны от атмосферных воздействий может быть использован отрезок водопроводной трубы, как это было описано в предыдущем параграфе. Конструкция коллинеарная коаксиальная УКВ антенны показана на рис. 11.
Рисунок 11. Простая коллинеарная УКВ антенна
Антенна обеспечивает теоретическое усиление не менее чем на 3 дБ большее по сравнению с четвертьволновым вертикалом. Она не нуждается в противовесах для своей работы ( хотя их наличие улучшает работу антенны ) и обеспечивает прижатую диаграмму направленности к горизонту. Описание такой антенны неоднократно появлялось на страницах отечественной и зарубежной радиолюбительской литературы, но наиболее удачное описание было представлено в литературе [2].
Размеры антенны на рис. 11 указаны в сантиметрах для коаксиального кабеля с коэффициентом укорочения равным 0,66. Такой коэффициент укорочения имеют большинство коаксиальных кабелей с полиэтиленовой изоляцией. Размеры согласующей петли показаны на рис. 12. Без использования этой петли КСВ антенной системы может превышать 1,7. Если антенна оказалась настроенной ниже диапазона 145 МГц необходимо немного укоротить верхнюю секцию, если выше, то удлинить ее. Конечно, оптимальная настройка возможная пропорциональным укорочением-удлинением всех частей антенны, но это сложно проделать в радиолюбительских условиях.
Рисунок 12. Размеры согласующей петли
Несмотря на большие размеры пластиковой трубы, необходимой для защиты этой антенны от атмосферных воздействий, использование коллинеарной антенны такой конструкции вполне целесообразно. Антенна может быть вынесена в сторону от здания с помощью деревянных реек, как это показано на рис. 13. Антенна может выдержать значительные подводимые к ней мощности до 100 и более ватт и может быть использована совместно как со стационарными так и с переносными УКВ -радиостанциями. Использование такой антенной совместно с маломощными носимыми радиостанциями даст наибольший эффект.
Рисунок 13. Установка коллинеарной антенны
Эта антенна была собрана мной подобно конструкции автомобильной выносной антенны используемой в сотовом радиотелефоне. Для переделки ее на любительский диапазон 145 МГц мной были изменены пропорционально все размеры «телефонной» антенны. В результате этого получилась антенна, схема которой показана на рис. 14. Антенна обеспечивает прижатую к горизонту диаграмму направленности и теоретическое усиление не менее 2 дБ над простым четвертьволновым штырем. Для питания антенны использовался коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом.
Рисунок 14. Простая коллинеарная антенна
Практическая конструкция антенны показана на рис. 15. Антенна была выполнена из целого отрезка медного провода диаметром 1мм. Катушка L1 содержала 1 метр этого провода, намотанного на оправке диаметром 18 мм, расстояние между витками было равно 3 мм. При выполнении конструкции точно по размерам антенна практически не требует наладки. Возможно, понадобится небольшая подстройка антенны сжатием-растяжением витков катушки для достижения минимального КСВ. Антенна была размещена в пластиковый водопроводной трубе. Внутри трубы антенный провод был зафиксирован с помощью кусочков пенопласта. На нижнем конце трубы были установлены четыре четвертьволновых противовеса. На них была нарезана резьба, и они с помощью гаек были закреплены на пластиковой трубе. Противовесы могут быть диаметром 2-4 мм в зависимости от возможности нарезать на них резьбу. Для их изготовления можно применить медный, латунный, или бронзовый провод.
Рисунок 15. Конструкция простой коллинеарной антенны
Антенна может быть установлена на деревянных рейках на балконе (как это показано на рис. 13). Эта антенна может выдержать значительные уровни подводимой к ней мощности.
Эту антенну можно рассматривать как укороченную антенну КВ диапазона с центральной удлиняющей катушкой. Действительно, измеренный с помощью мостового измерителя сопротивления резонанс антенны в диапазоне КВ оказался лежащим в районе частоты 27,5 МГц. Очевидно, что варьируя диаметром катушки и ее длиной, но сохранив при этом длину провода ее намотки можно добиться того, чтобы антенна работала как в УКВ диапазоне 145 МГц, так и в одном из КВ диапазонов – 12 или 10 метров. Для работы на КВ диапазонах к антенне необходимо подключить четыре противовеса длиной L/4 для выбранного КВ диапазона. Такое двойное использование антенны сделает ее еще более универсальной.
При проведении экспериментов с радиостанциями диапазона 145 МГц часто бывает необходимо подключить к ее выходному каскаду испытываемую антенну, чтобы проверить работу тракта приема радиостанции или настроить выходной каскад передатчика. Для этих целей мной долгое время используется простая 5/8 – волновая УКВ антенна, описание которой было приведено в литературе [3].
Эта антенна состоит из секции медного провода диаметром 3 мм, который одним концом соединен с удлиняющей катушкой, а другой с настроечной секцией. На конце провода соединенном с катушкой нарезана резьба, а на другом конце припаяна настроечная секция из медного провода диаметром 1 мм. Согласуется антенна с коаксиальным кабелем волновым сопротивлением 50 или 75 Ом путем подключения к разным виткам катушки, и может быть небольшим укорочением настроечной секции. Схема антенны показана на рис. 16. конструкция антенны показана на рис. 17.
Рисунок 16. Схема простой 5/8 – волновой УКВ антенны
Рисунок 17. Конструкция простой 5/8 – волновой УКВ антенны
Катушка выполнена на плексигласовом цилиндре диаметром 19 мм и длиной 95 мм. В торцах цилиндра сделана резьба, в которую с одной стороны ввинчивается вибратор антенны, а с другой стороны она прикручивается к куску фольгированного стеклотекстолита размерами 20*30 см, который служит «землей» антенны. С задней стороны к нему был приклеен магнит от старого динамика, в результате чего антенна может крепиться к подоконнику, к батарее отопления, к другим железным предметам.
Катушка содержит 10,5 витка провода диаметром 1 мм. Провод катушки равномерно размещен по каркасу. Отвод к коаксиальному кабелю осуществлен от четвертого витка от заземленного конца. Вибратор антенны ввинчивается в катушку, под него вставляется контактная ламель, к которой припаивается «горячий» конец удлиняющей катушки. Нижний конец катушки припаивается к фольге «земли» антенны. Антенна обеспечивает КСВ в кабеле не хуже чем 1:1,3. Настройка антенны осуществляется путем укорочения с помощью кусачек ее верхней части, которая первоначально выполняется чуть длиннее, чем необходимо.
Мной были проведены эксперименты по установке этой антенны на оконном стекле. В этом случае вибратор первоначальной длиной 125 сантиметров из алюминиевой фольги был приклеен по центру окна. Удлиняющая катушка использовалась та же, и была установлена на раме окна. Противовесы были выполнены из фольги. Концы антенны и противовесов были немного загнуты, чтобы поместиться на оконном стекле. Вид оконной 5/8 – волновая УКВ антенна показан на рис. 18. Антенна легко настраивается в резонанс постепенным укорочением фольги вибратора с помощью лезвия, и постепенным переключением витков катушки по минимуму КСВ. Оконная антенна не портит интерьера комнаты и может использоваться в качестве постоянной антенна для работы на диапазоне 145 МГц из дома или офиса.
Рисунок 18. Оконная 5/8 – волновая УКВ антенна
В том случае, когда связь с использованием стандартной «резинки» невозможна, можно использовать полуволновую антенну. Она не требует для своей работы «земли» и при работе на большие расстояния дает выигрыш по сравнению со стандартной «резинкой» до 10 дБ. Это вполне реальные цифры, учитывая, что физическая длина полуволновой антенны почти в 10 раз длиннее «резинки».
Полуволновая антенна питается напряжением и имеет высокое входное сопротивление, которое может достигать 1000 Ом. Следовательно, эта антенна требует согласующего устройства при использовании совместно с радиостанцией имеющей 50-омный выход. Один из вариантов согласующего устройства на основе П- контура уже был описан в этой главе. Поэтому, для разнообразия, для этой антенны мы рассмотрим использование другого согласующего устройства, выполненного на параллельном контуре. По эффективности своей работы эти согласующие устройства примерно равны. Схема полуволновой УКВ антенны совместно с согласующим устройством на параллельном контуре показана на рис. 19.
Рисунок 19. Полуволновая УКВ антенна с согласующим устройством
Катушка контура содержит 5 витков медного посеребренного провода диаметром 0,8 мм, намотанных на оправке диаметром 7 мм по длине 8 мм. Настройка согласующего устройства заключается в настройке с помощью переменного конденсатора С1 контура L1С1 в резонанс, с помощью переменного конденсатора С2 регулируется связь контура с выходом передатчика. Первоначально конденсатор подключается в третьему витку катушки от ее заземленного конца. Переменные конденсаторы С1 и С2 должны быть с воздушным диэлектриком.
Для вибратора антенны целесообразно использовать телескопическую антенну. Это даст возможность переносить полуволновую антенну в компактном сложенном состоянии. Также это упрощает настройку антенны совместно с реальным трансивером. При первоначальной настройке антенны ее длина составляет 100 см. В процессе настройки эта длина может быть немного скорректирована по лучшей работе антенны. Желательно сделать соответствующие отметки на антенне, чтобы впоследствии со свернутого ее положения устанавливать антенну сразу на резонансную длину. Коробка, где расположено согласующее устройство, должна быть выполнена из пластика, чтобы уменьшить емкость катушки на «землю», может быть выполнена из фольгированного стеклотекстолита. Это зависит от реальных эксплуатационных условий антенны.
Настройка антенны производится с помощью индикатора напряженности поля. С помощью КСВ - метра настройка антенны целесообразна лишь в случае ее работы не на корпусе радиостанции, а при использовании совместно с ней удлиняющего коаксиального кабеля.
При двойной работе антенны на корпусе радиостанции и с использованием удлиняющего коаксиального кабеля на штыре антенны делают две отметки, соответствующие одна – максимальному уровню напряженности поля, при работе антенны на корпусе радиостанции, а другая риска соответствует минимальному КСВ при использовании совместно с антенной удлиняющего коаксиального кабеля. Обычно эти две отметки немного не совпадают.
Вертикальные антенны выполненные из целого вибратора ветроустойчивы, легки в установке, и занимают мало места. Для их выполнения можно использовать медные трубки, алюминиевый силовой электрический провод диаметром 6-20 мм. Эти антенны достаточно просто можно согласовать с коаксиальным кабелем волновым сопротивлением как 50 так и 75 Ом.
Очень простая в выполнении и легкая в настройке является неразрывная полуволновая УКВ антенна , конструкция которой показана рис. 20. Для ее питания через коаксиальный кабель используется гамма согласование. Материал, из которого выполнен вибратор антенны и гамма согласование должен быть один и тот же например, медь или алюминий. Из-за взаимной электрохимической коррозии многих пар материалов недопустимо использовать разные металлы для выполнения антенны и гамма согласования.
Рисунок 20. Неразрывная полуволновая УКВ антенна
Если для выполнения антенны использована медная голая трубка, то настраивать гамма согласование антенны целесообразно с помощью замыкающей перемычки как это показано на рис. 21. В этом случае поверхность штыря и проводника гамма согласования тщательно зачищается и с помощью хомута из голой проволоки как это показано на рис. 21а добиваются минимального КСВ в коаксиальном кабеле питания антенны. Затем в этом месте провод гамма согласования немного расплющивается, просверливается и соединяется винтом с полотном антенны , как это показано на рис. 21б. Возможно также использовать пайку.
Рисунок 21. Настройка гамма - согласования медной антенны
Если для антенны использован алюминиевый провод из силового электрического кабеля в пластиковой изоляции, то целесообразно эту изоляцию оставить для предотвращения коррозии алюминиевого провода кислотными дождями, которые неизбежны в городских условиях. В этом случае гамма согласование антенны подстраивается с помощью переменного конденсатора , как это показано на рис. 22. Этот переменный конденсатор необходимо тщательно защитить от влаги. Если не удается достичь КСВ в кабеле меньше 1,5, то длину гамма согласования необходимо уменьшить и повторить настройку еще раз.
Рисунок 22. Настройка гамма – согласования алюминиево-медной антенны
При наличии достаточного места и материалов можно установить неразрывную вертикальную волновую УКВ антенну. Волновая антенна работает эффективнее полуволновой антенны, показанной на рис. 20. Волновая антенна обеспечивает более прижатую к горизонту диаграмму направленности чем полуволновая антенна. Согласовать волновую антенну можно с помощью способов, показанных на рис. 21 и 22. Конструкция волновой антенны показана на рис. 23.
Рисунок 23. Неразрывная вертикальная волновая УКВ антенна
При выполнении этих антенн желательно чтобы коаксиальный кабель питания был перпендикулярен антенне хотя бы 2 метра. Использование симметрирующего устройства совместно с неразрывной антенной увеличит эффективность ее работы. При использовании симметрирующего устройства необходимо использовать симметричное гамма согласование. Подключение симметрирующего устройства показано на рис. 24.
Рисунок 24. Подключение симметрирующего устройства к неразрывной антенне
В качестве симметрирующего устройства антенны также можно использовать и любое другое известное симметрирующее устройство. При размещении антенны около проводящих предметов возможно придется несколько уменьшить длину антенны из-за влияния на нее этих предметов.
Если размещение в пространстве вертикальных антенн, показанных на рис. 20 и рис. 23 в их традиционном вертикальном положении затруднено, то можно их разместить, свернув полотно антенны в круг. Положение полуволновой антенны показанной на рис. 20 в «круглом» варианте показано на рис. 25, а волновой антенны показанной на рис. 23 на рис. 26. В таком положении антенна обеспечивает комбинированную поляризацию вертикальную и горизонтальную, что благоприятно для проведения связей с передвижными и носимыми радиостанциями. Хотя, теоретически уровень вертикальной поляризации будет выше при боковом питании круглых УКВ антенн, но на практике это различие не сильно заметно, а боковое питание антенны усложняет ее установку. Боковое питание круглой антенны показано на рис. 27.
Рисунок 25. Неразрывная круглая вертикальная полуволновая УКВ антенна
Рисунок 26. Неразрывная круглая вертикальная волновая УКВ антенна
Рисунок 27. Боковое питание круглых УКВ антенн
Круглая УКВ антенна может быть размещена внутри помещения, например, между рамами окна, или вне помещения, на балконе или на крыше. При размещении круглой антенны в горизонтальной плоскости получим круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и работу антенны с горизонтальной поляризацией. Это может быть необходимо в некоторых случаях при проведении радиолюбительских связей.
При испытании переносных радиостанций или работе с ними порой не хватает еще «чуть-чуть» мощности для надежной связи. Мной был выполнен пассивный «усилитель» для переносных УКВ станций. Пассивный «усилитель» может добавить до 2-3 дБ к сигналу радиостанции в эфире. Этого часто достаточно чтобы надежно открыть шумоподавитель станции корреспондента и обеспечить уверенную работу. Конструкция пассивного «усилителя» показана на рис. 28.
Рисунок 28. Пассивный «усилитель»
Пассивный «усилитель» представляет собой луженую жестяную банку из-под кофе достаточно больших размеров (чем больше, тем лучше). В дно банки вставлен разъем, аналогичный антенному разъему радиостанции, а в крышку банки запаян разъем для соединения с антенным гнездом. К банке припаяны 4 противовеса длиной 48 см. При работе с радиостанцией этот «усилитель» включается между штатной антенной и радиостанцией. За счет более эффективной «земли» и происходит увеличение в месте приема силы излучаемого сигнала. Совместно с этим «усилителем» можно использовать и другие антенны, например, L/4 штырь из медной проволоки, просто вставленный в антенное гнездо.
Многие импортные переносные радиостанции обеспечивают работу на прием не только в любительском диапазоне 145 МГц, но и в обзорных диапазонах 130-150 МГц или 140-160 МГц. В этом случае для успешного приема в обзорных диапазонах, на которых витая антенна, настроенная на 145 МГц, работает неэффективно можно использовать широкополосную УКВ антенну. Схема антенны приведена на рис. 29 а размеры для разных диапазонов работы даны в табл. 1.
Рисунок 29. Широкополосный УКВ вибратор
Диапазон, МГц |
130-150 |
140-160 |
Размер А, см |
26 |
24 |
Размер Б, см |
54 |
47 |
Таблица 1. Размеры широкополосной УКВ антенны
Для работы с антенной можно использовать коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом. Полотно антенны может быть выполнено из фольги, и наклеено на окно. Можно выполнить полотно антенны из алюминиевого листа, или печатным способом на куске фольгированного стеклотекстолита подходящих размеров. Эта антенна может работать на прием и на передачу в указанных диапазонах частот с высокой эффективностью.
В некоторых служебные УКВ радиостанциях дальней связи используются антенные решетки состоящие из зигзагообразных антенн. Радиолюбители тоже могут попробовать использовать элементы такой антенной системы для своей работы. Вид элементарной зигзагообразной антенны, входящей в конструкцию сложной УКВ антенны показан на рис. 30.
Рисунок 30. Элементарная зигзагообразная антенна
Зигзагообразная элементарная антенна состоит из полуволновой дипольной антенны, которая питает напряжением полуволновые вибраторы. В реальных антеннах используется до пяти таких полуволновых вибратора. Такая антенна имеет узкую прижатую к горизонту диаграмму направленности. Вид поляризации излучаемый антенной комбинированный – вертикальный и горизонтальный. Для работы антенны желательно использовать симметрирующее устройство.
В антеннах используемых в служебных станциях связи за элементарными зигзагообразными антеннами обычно помещают рефлектор, выполненный из металлической сетки. Рефлектор обеспечивает одностороннюю направленность антенны. В зависимости от числа вибраторов, включенных в антенну и количества включенных вместе зигзагообразных антенн можно получить необходимый коэффициент усиления антенны.
Радиолюбители практически не используют такие антенны, хотя их несложно выполнить для любительских УКВ диапазонов 145 и 430 МГц. Для изготовления полотна антенны можно использовать алюминиевый провод диаметром 4-12 мм от силового электрического кабеля. В отечественной литературе описание подобной антенны, для полотна которой был использован жесткий коаксиальный кабель, было приведено в литературе [4].
Антенна Харченко широко используется в России для приема телевидения и в служебной радиосвязи. Но радиолюбители ее используют для работы на диапазоне 145 МГц. Эта антенна является одной из немногих, которая работает весьма эффективно, и практически не требует настройки. Схема антенны Харченко показана на рис. 31.
Рисунок 31. Антенна Харченко
Для работы антенны можно использовать как 50, так и 75-Омный коаксиальный кабель. Антенна широкополосная, работает в полосе частот не менее 10 МГц на диапазоне 145 МГц. Для создания односторонней диаграммы направленности используют сзади антенны металлическую сетку, расположенную на расстоянии (0,17-0,22)L.
Антенна Харченко обеспечивает ширину лепестка диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскости близкую к 60 градусов. Для еще большего сужения диаграммы направленности используют пассивные элементы в виде вибраторов длиной 0,45L, расположенных на расстоянии 0,2L от диагонали квадрата рамок. Для создания узкой диаграммы направленности и увеличения коэффициента усиления антенной системы используют несколько объединенных антенн.
Одними из наиболее популярных направленных антенн для работы в диапазоне 145 МГц являются рамочные антенны. Наиболее распространены на диапазоне 145 МГц двухэлементные рамочные антенны. В этом случае получается оптимальное соотношение «затраты/качество». Схема двухэлементной рамочной антенны а также размеры периметра рефлектора и активного элемента показаны на рис. 32.
Рисунок 32. Рамочная УКВ антенна
Элементы антенны могут быть выполнены не только в виде квадрата но и в виде круга, дельты. Для увеличения излучения вертикальной составляющей антенна может быть запитана сбоку. Входное сопротивление двухэлементной антенны близко к 60 Ом, и для работы с ней подходит как 50-Омный, так и 75-Омный коаксиальный кабель. Коэффициент усиления двухэлементной рамочной УКВ антенны составляет не менее 5 дБ (над диполем) и отношение излучения в прямом и обратном направлении может достигать 20 дБ. При работе с этой антенной полезно использовать симметрирующее устройство.
Интересная конструкция рамочной антенны с круговой поляризацией была предложена в литературе [5]. Антенны, имеющую круговую поляризацию используют для связи через ИСЗ. Двойное питание рамочной антенны со сдвигом фаз 90 градусов позволяет синтезировать радиоволну, имеющую круговую поляризацию. Схема питания рамочной антенны показана на рис. 33. При конструировании антенны необходимо учитывать, что длина L может быть любой разумной, а длина L/4 должна соответствовать длине волны в кабеле.
Рисунок 33. Рамочная антенна с круговой поляризацией
Для увеличения коэффициента усиления эту антенну можно использовать совместно с рамочными рефлектором и директором. Рамку необходимо питать только через симметрирующее устройство. Простейшее симметрирующее устройство показано на рис. 34.
Рисунок 34. Простейшее симметрирующее устройство
В настоящее время в продаже можно найти большой выбор фирменных антенн для диапазона 145 МГц. При наличии денег, конечно, можно покупать любую из этих антенн. Следует учесть, что желательно приобретать цельные антенны, уже настроенные на диапазон 145 МГц. Антенна должна иметь защитное покрытие предохраняющее ее от коррозии кислотными дождями, которые могут выпадать в современном городе. Телескопические антенны в условиях эксплуатации города ненадежны и со временем могут выйти из строя.
При сборке антенн необходимо строго соблюдать все указания в инструкции по сборке, и не жалеть силиконовую смазку для гидроизоляции разъемов, телескопических соединений и винтовых соединений в согласующих устройствах.