Антенна штырь на 20 метров

Походная антенна-вертикал на диапазоны 15, 20 и 40 метров

В связи с наступлением лета у меня возник интерес к портативным антеннам для выездов на природу. К таким антеннам предъявляются конфликтующие требования. Во-первых, антенна должна быть легкой и умещаться в рюкзак. Во-вторых, антенна не должна быть компромиссной, поскольку при работе от аккумулятора на малой мощности не до компромиссов. Кроме того, должна быть возможность развернуть антенну в любых условиях — хоть в лесу, хоть посреди поля. Также антенна должна иметь определенный запас прочности. Имеющийся у меня траповый диполь не очень подходит по последним двум пунктам, поскольку его центральная часть должна крепиться на большой высоте, а балун и трапы продемонстрировали малую устойчивость к падениям на твердую поверхность.

Было решено сделать ставку на чертверьволновой вертикал. В качестве полотна антенны и радиалов (противовесов) был использован провод П-274М («полевка»), потому что он дешевый, прочный и просто у меня его много. Полотно антенны было закреплено на удилище длиной 9.5 метра (75 см в сложенном состоянии, вес 500 грамм). Цена такого удилища на eBay составляет около 50$. Следует отметить, что продавцы склонны завышать длину удилищ, иной раз на несколько метров. Не давайте ввести себя в заблуждение и внимательно читайте полное описание товара. Там указана длина, более похожая на настоящую. В вертикальном положении удилище устанавливается при помощи трех оттяжек длиной около 3 метров. Оттяжки крепятся к кольям, в роли которых я использовал отвертки.

Дополнение: Альтернативный вариант установки удилища в вертикальном положении, без использования оттяжек и отверток, описан в статье Походные дипольные антенны из двухпроводной линии.

Отсекающий дроссель представляет собой 8 витков кабеля RG58 намоткой имени W1JR на ферритовом кольце FT240-31. Ранее такая конструкция неплохо показала себя в роли балуна для диполя, и я не видел причин что-то менять. Для соединения дросселя с радиалами и полотном антенны изначально я использовал просто пару «крокодилов». Но такой способ оказался не самым удобным. Поэтому для крепления радиалов в хозяйственном магазине был приобретен клемник на 14 проводов, сделанный то ли из меди, то ли из латуни. Радиалы было решено крепить так, чтобы они сходились где-то в полуметре от земли. Этим достигается входное сопротивление антенны, близкое к 50 Ом.

Я использовал противовесы и полотно антенны одинаковой длины, чтобы при развертывании антенны любой провод мог быть использован как в роли противовеса, так и полотна. Для работы антенны вполне достаточно трех противовесов, но вообще, чем их больше, тем лучше (меньше потери в земле). Мной было изготовлено шесть штук для диапазона 40 метров и столько же для 20 метров. Техника подбора длины проводов следующая. Изначально берется название диапазона делить на 4, плюс небольшой запас. Затем провода подрезаются до тех пор, пока КСВ-метр не покажет на диапазоне единицу. Для диапазона 20 метров длина полотна и противовесов составила 437 см, для 40 метров — 868 см.

Вертикал на 40 метров (7 МГц) также работает на диапазоне 15 метров (21 МГц) с КСВ около 2, поскольку он является третьей гармоникой основного диапазона (7*3 = 21). Если вас удивляет тот факт, что антенна работает на нечетных гармониках, и не работают на четных, возможно, вы пропустили заметку Знакомство с тюнером MFJ-971 и антенной «длинный провод». Помимо прочего, в ней было рассказано, что такое узлы тока (пучности напряжения), где они находятся в зависимости от частоты и длины полотна антенны, и как влияют на входное сопротивление антенны.

Хорошо, а теперь возникает вопрос. Можно ли как-то получить вертикал, работающий сразу на 20 и 40 метрах? Вариант для ленивых — просто взять вертикал на 40 метров и положить в его основании тюнер. Данный подход я провел с автотюнером mAT-30, и действительно, антенна настроилась на все диапазоны от 10 до 40 метров. Однако тюнер представляет собой лишний вес и лишнее потребление тока (или кручение ручек, если тюнер ручной). Можно было бы изготовить трап на диапазон 20 метров, как ранее это было сделано для диполя. Этот вариант уже лучше, но имеет свои недостатки — сужение резонанса на 40 метрах, потери в трапе, и так далее. В идеале, конечно, хотелось бы просто поднять рядом два полноразмерных вертикала. Но тогда придется носить с собой вторую удочку и второй набор оттяжек. Спрашивается, а можно ли тупо разместить два вертикала на одной мачте?

Оказывается, что можно. Принцип будет такой же, как у fan dipole. Нужно только разместить полотна на достаточном расстоянии друг от друга и, возможно, немного скорректировать их длину. Исходя из доступных материалов, было решено использовать тонкую секцию от другой удочки (толстые секции которой ушли на мачту для дельты) длиной 87 см. Разместив два полотна антенн на данном расстоянии и используя два набора противовесов, я увидел, что вертикал на 40 метров продолжает работать, как ни в чем не бывало, однако на 20 метрах резонанс уехал куда-то в район 14.750 МГц. Раз частота стала выше, антенну нужно что сделать? Правильно, удлинить. Методом научного тыка была подобрана необходимая длина перемычки, она составила 42 см.

Fun fact! Среди радиолюбителей описанная антенна также известна под названием «вилка».

В итоге получилась следующая антенна. Вид снизу вверх:

Вид сверху вниз:

Удивительно, но такая конструкция показала себя устойчивой к достаточно сильному ветру (с порывами до 18 м/с, согласно предупреждению МЧС на тот день), а также проливному дождю. Неплохо для походного варианта! Для постоянной установки я, конечно, рекомендовал бы скрепить секции удочки армированным скотчем и использовать два яруса оттяжек.

Другой приятной неожиданностью стало то, что у сдвоенного варианта антенны сместился резонанс на 15 метрах, и в итоге КСВ составил 1.3. На других диапазонах КСВ достаточно высок. Он составляет 5.7 на 30 метрах (эффективность около 50%), 3 на 17 метрах (75%), 4.9 на 12 метрах (

60%) и от 3 до 4 в диапазоне 10 метров (

70%). Тем не менее, этого вполне достаточно для работы цифровыми видами связи. В частности, мне удалось провести немало QSO на 17 и 30 метрах в FT8. Что же до «нормальных» диапазонов, тут к антенне нет никаких претензий. Из запомнившихся моментов — на 20 метрах в FT8 мне впервые ответили Китай (

3700 км) и Индонезия (

9760 км). Последнее QSO на данный момент является моим личным рекордом по дальности связи.

А так антенна выглядит в свернутом состоянии:

Навскидку все это вместе весит не более двух килограмм, из которых существенная часть приходится на коаксиальный кабель. На фото изображено 38 метров кабеля RG58. Вам вряд ли когда-нибудь понадобится носить с собой больше. Для этой конкретной антенны вполне достаточно и 10 метров. Антенна целиком умещается в полиэтиленовый пакет 30 на 50 сантиметров.

В целом, я более чем доволен полученными результатами. Я хотел сделать антенну на 2 диапазона, а вместо этого получил 3, или даже 4, если считать 17 метров с его КСВ 3. Само собой разумеется, ничто не мешает по тому же принципу сделать антенну и на большее число диапазонов. Например, в сети встречаются описания подобных вертикалов «вилок» на 5 (раз, два) и даже на 6 диапазонов (раз, два). Но такой вариант уже вряд ли будет походным. Да и прохождения на 10 и 12 метрах в ближайшем будущем все равно не предвидится.

Дополнение: График КСВ данной антенны приводится в посте Строим графики КСВ с помощью Mini60S и Python.

Опубликовано сб, 2008-08-02 19:02 пользователем YL3BU

Антенна представляет собой укороченный индуктивностью вертикал на диапазоны 20 и 40 метров. Переключение диапазонов осуществляется вручную путём включения или отключения дополнительной катушки для диапазона 40 метров. Основа антенны — удочка длинной 4 метра, последнее тонкое колено не используется. Таким образом общая физическая длинна около 3-х метров.

Возможная необычность физических параметров антенны объясняется целью её создания — возможность установки и эксплуатации антенны на борту морской яхты. Не утверждаю, но думаю, что ни одна из мне известных приемлемых по цене промышленных антенн не выдержала бы работу в таких условиях: сильная качка и сильный, до 20 м/с, ветер (т.е. огромная нагрузка на основу и место крепления антенны), прямое и коссвенное воздействие морской воды.

Выбор типа антенны.

Во время выбора типа антенны было пересмотрено множество вариантов как промышленных, так и самодельных антенн. Выбор пал на вертикальную укороченную. Что касается многодиапазонности, рассматривался вариант с трапом, но пришлось от этого отказаться в основном по двум причинам. Первая это увеличение веса конструкции т.к. хотелось иметь максимально возможную мощность 100 Вт, а это значит трап (коаксиальный) должен быть изготовлен, как минимум, из RG-58 кабеля. Для спокойно стоящего вертикала это небольшая нагрузка, но не для условий описанных выше (если конечно не использовать первых три колена 7 метровой удочки :). Вторая причина это неполное использование возможной физической длинны на одном из двух диапазонов. Например если ставим трап на 14 МГц в середину 3 метровой антенны, то в диапазоне 7 МГц мы будем использовать все 3 метра физической длинны, а в диапазоне 14 МГц будет задействовано только 1.5 метра. Поэтому, взвесив все за и против, я решил отказаться от идеи автоматического переключения диапазонов. Хотя поверьте, на яхте в условиях похода, иногда очень сложно (или совсем некстати по отношению к действиям других членов экипажа по управлению судном) добраться до места установки антенны и осуществить само переключение.

Что касается катушек и места их размещения на полотне укороченной антенны, то об этом можно почитать, например, в [1]. Вкратце, чем выше распологается удлинняющая катушка, тем выше эффективность антенны, но и бОльшей индуктивностью она должна обладать. Однако, если учесть, что катушка при этом должна обладать и другими достаточно высокими параметрами (сопротивление потерь, добротность), то мы упираемся в трудности практической реализации такой конструкции. Проще говоря, наш тонкий мобильный штырь просто сломается, если водрузить на него большую, тяжёлую, но "хорошую" катушку. Поэтому при проектировании такой антенны ищется компромис между её эффективностью и возможностью её практической реализации. Для простоты принято, что если разместить катушку примерно в середине антенны, то это будет достаточно эффективно (в плане электрических параметров антенны) и достаточно просто и недорого при практическом изготовлении.

Конечно, не стоит забывать и о возможности реализовать укороченную антенну в виде сплошной спирали или катушки (Helical antenna). Но на этом варианте я не остановился по двум простым причинам. Первая — сложнее расчитать в MMANA. Вторая — если на удочку по всей длине намотать и закрепить, проще говоря, одну большую катушку, то это сооружение становится абсолютно неразборным. В моём случае я получил антенну, которую можно быстро разобрать и собрать. И в собранном состоянии её длина всего примерно на 10 см больше чем длина просто собранной удочки, что весьма удобно для транспортировки до места установки или развёртывания. Т.е. её можно закрепить на багажнике машины с возможностью быстро развернуть, поднять в вертикальное положение и поработать как /p (3-х метровый штырь для /m всётаки немного высоковат, хотя . )

Исходя из всего выше сказанного и была расчитана и построена антенна. Катушка на диапазон 20 метров размещается примерно на расстоянии 2/3 от основания. Для диапазона 40 метров добавляется вторая, расположенная на расстоянии примерно 1/3 от основания. Это решение представляется мне наиболее оптимальным (и компромисным) как с точки зрения электрической эффективности самой антенны, так и с точки зрения её механической прочности, а также позволяет создать быстро сборную — разборную конструкцию.

Конструкция антенны.

Основой антенны является удочка длиной 4 метра. Самое тонкое колено не используется. Схематично её конструкция изображена на рисунке ниже.

В основании нижнего колена закреплена коробка с разъёмом PL-259. К центральному выводу припаян провод антенны (wire3), к корпусу провод заземления (GND) который кратчайшим путём должен быть подключен к тому что предполагается использовать в качестве ВЧ заземления. В моём случае использовались леера яхты. В качестве проводов (wire1, wire2, wire3) применялся медный многожильный провод в изоляции на концы которого напаяны ножевые клеммы.

В верхней части нижнего колена располагается катушка L2, которая подключается только в диапазоне 40 метров. Катушка L1 расположена в верней части среднего колена и используется на обоих (20м и 40м) диапазонах. Катушки наматываюся проводом ПЭЛ диаметром 1 мм непосредственно на удилище. Для закрепления витков катушек использаются медные полоски длинной 6 см имеющие с одной стороны отверстие для крепления отвода катушки, а сдругой стороны вырезанный лепесток ("папа") для ножевой клеммы напаянной на провод. Сами медные полоски закреплены тряпичной изолентой которая устойчива к нагреванию при пайке выводов катушек при монтаже и настройке.

Медная полоска для крепления верхнего вывода катушки L2 имеет особенность — два лепестка для подключения провода идущего от L1 (wire2) и для подключения провода wire3 в случае обхода (исключения) катушки L2 на диапазоне 20 метров.

Провод wire3 не доходя до катушки L3 навит на удочку что даёт возможность его хорошего крепления при подключении к нижнему либо к верхнему выводу катушки L3 (при переключении диапазонов).

Антенна, а затем и конструктивные параметры катушек, были расчитаны в программе ММАNА.

Диаграмма направленности конечно далека от идеала для DX-мена, но смотрите сколько всего находится в непосредственной близости с антенной (мачта, леера, бакштаги, ахтерштаг и т.д.). И всё это учавствует в формировании ДН.

Файл модели в ММАNA: Yacht_ShortWhip_L1_14MHz_Long3m.maa. В модели 74 провода поэтому расчёт требует некоторого времени. Размеры антенны в модели несколько отличаются от приведённых на схеме выше (на схеме указаны размеры снятые с уже готовой реальной антенны). Связано это с конструктивными особенностями моей практической реализации антенны, а также с влиянием удочки, реального диаметра провода.

Настройка антенны.

Антенну необходимо изготовить полностью. При намотке катушек добавить 3-4 "лишних" витка. Антенна устанавливается в рабочее состояние. Отключаем катушку L2 и производим настройку на 20 метровом диапазоне катушкой L1 (мне потребовалось отмотать 2 "лишних" витка). Также можно настроить длиной провода wire1, при этом не надо его сильно укорачивать (чтобы максимально использовать длину удочки. Лучше пусть провод wire1 доходит до верхней точки, а в резонанс настроим антенну убрав лишние витки L1. Затем переключаем антенну на диапазон 40 метров (включаем катушку L2) и изменяя индуктивность L2, настраиваем на этом диапазоне.

После настройки широкой эластичной изолентой закрываются катушки и медные полоски за исключением их лепестков для подключения проводов с помощью ножевых клемм.

Транспортировка.

В собранном виде провод wire3 может находится в любом положении (20м или 40м), провода wire2 и wire1 полностью снимаются. Удочка-антенна складывается обычным образом, однако среднее колено остаётся не сложенным на длину чуть больше длины катушки L1, что не мешает.

Заключение.

Антенна после изготовления сразу была установлена на своё штатное место где и были произведены первые измерения и окончательная настройка. Измерения проводились антенным анализатором АА-330. Графики КСВ по обоим диапазонам после окончательной настройки антенны представлены ниже.

Минимальный КСВ на диапазоне 7 МГц составил 1.9, а на диапазоне 14 МГц — 1.7. Конечно можно было бы попытаться улучшить эти показания. Например включением катушки с небольшой индуктивностью между точкой подключения фидера к антенне и землёй (как это описано, например, в [1]), но время поджимало и "тонкая доводка" была поручена автоматическому антенному тюнеру, встроенному в Kenwood TS-570. С этой задачей он справился легко.

Первые измерения и окончательная настройка.

Практические итоги.

Подводя итог сразу хочется оговориться, что данная конструкция антенны является компромисным и сильно укороченным решением, особенно в диапазоне 7 МГц. Поэтому цели получить чудо, а особенно обмануть мать природу, не было. Учитывая всё это, хочется отметить, что работа на эту антенну доставила много удовольствия. Антенна работала во время двух походов на яхте: на остров Рухну и по островам Эстонии. Практически всегда работал на общий вызов — время ограничено и тратить его на поиск или ожидание не хотелось. Самые дальние QSO — Япония, Корея, Африка (20 метров, S5. 9). Центральная Россия и Европа давала рапорт иногда до S9+40дБ.

Конечно не стоит забывать и о других положительных факторах, например возможно хорошее прохождение. Или, что уж точно всегда, хорошая позиция — работа в эфире практически с воды. Хотя близко и непосредственно на воду антенна заземлена не была, в качестве заземления использовались леера, леерные стойки и всё что с ними электрически связано. Как то давно был у меня опыт заземления непосредственно в воду (примерно метр коаксиального кабеля с очищенной внешней изоляцией), но опыт показал, что необходимо хорошее крепление заземления к внешней подводной части борта лодки. Иначе, на скорости, этот провод просто вылетает из воды и прыгает по ней, что не очень хорошо отражается на моментальные параметры всего антенно-фидерного тракта.

Всем привет 🙂

Просто GP. Обычный четверть волновый вертикал. Если кому лень считать.

Картинки и графики ниже:

Антенна Ground Plane диапазона 15 метров