160-метровая "коротышка"

Основная проблема для подавляющего большинства радиолюбителей, желающих установить антенну на НЧ диапазоны, — весьма ограниченное пространство для размещения такой антенны. Особенно сложно приходится тем, кому требуется антенна диапазона 160 м. Но выход есть! 

Самое простое решение проблемы, связанной с нехваткой места и пространства, — установка укороченного диполя или вертикального излучателя. Альтернативными вариантами являются антенна в виде «длинного провода» случайной длины или диполь 80-метрового диапазона, центральная жила и оплетка коаксиального кабеля которого при работе в диапазоне 160 м закорачиваются, кабель служит излучателем с емкостной нагрузкой (ее роль играет полотно диполя). 

К сожалению, большинство таких антенн имеют один общий недостаток — узкий диапазон рабочих частот. Многие из них при работе в диапазоне 1,8 МГц имеют полосу частот всего 10 — 15 кГц по уровню КС В=2. Разумеется, этого недостаточно для работы во всем 160-метровом диапазоне. Можно, правда, воспользоваться согласующей цепью с дистанционным управлением, которая подключается к точке возбуждения антенны и позволяет расширить рабочую полосу частот. Но такое устройство является достаточно сложным, особенно для малоопытных радиолюбителей. 

В 1985 г. известный американский радиолюбитель и талантливый популяризатор радиоэлектроники Doug DeMaw, W1FB, задался целью сконструировать сравнительно простую 160-метровую антенну, которая была бы достаточно эффективной как при работе с DX, так и при проведении местных радиосвязей. Он на личном опыте убедился в том, что короткие излучатели не могут работать столь же эффективно, как и полноразмерные антенны, однако здесь можно найти некий компромиссный вариант, гарантирующий гораздо более высокие рабочие характеристики, чем у большинства самодельных антенн, используемых многими радиолюбителями в диапазоне 160 м. 

В качестве прототипа была выбрана многопроводная проволочная вертикальная антенна длиной 18,3 м. Такая конструкция излучателя позволяет обойтись без дорогостоящих алюминиевых трубок, которые обычно используются в коротких вертикальных антеннах, а это, в свою очередь, упрощает сам монтаж антенны и, в частности, установку и крепление удлиняющей катушки в верхней части антенны. 

К тому же, проволочная антенна может быть размещена где угодно: на дереве, на столбе или на специальной опорной мачте. Емкостную нагрузку тоже легче изготовить из проволоки, чем из толстых металлических прутьев, как это делается в вертикальных антеннах из алюминиевых труб. 

На рис.1 показана антенна, сконструированная WF1B в соответствии с вышеизложенной концепцией. Ее длина равна приблизительно Х/8. Однако настройка этой антенны осуществляется точно так же, как и настройка укороченной резонансной антенны в виде четвертьволнового вибратора, т.е. с помощью верхней «удлиняющей» катушки L1 и согласующей/«удлиняющей» катушки L2. Верхняя часть системы длиной приблизительно 1,8 м (секция А) имеет форму трехпроводной «шапочки» для L1. Верхняя катушка обеспечивает достаточную индуктивность для резонанса антенной системы на частоте приблизительно 2,5 МГц. Нижняя катушка L2 обеспечивает недостающую величину индуктивности для резонанса антенны во всем 160-метровом диапазоне. На катушке L2 имеется также отвод возле заземленного конца антенны, с помощью которого обеспечивается согласование антенной системы с 50-омной коаксиальной линией передачи. Чем больше площадь «шапочки» и диаметр провода для секции В антенны, тем шире диапазон рабочих частот антенны. 

Когда секция В была изготовлена из провода 01,0 мм, рабочая полоса частот антенны по уровню КСВ=2 составила 145 кГц, а в другой антенне, в секции В которой использовался провод 01,6 мм, диапазон рабочих частот антенны расширился до 165 кГц. Вполне возможно, что добавление третьего (центрального) проводника в секцию В позволит еще больше расширить диапазон рабочих частот. Подобный конструктивный вариант ждет своих исследователей. 

Вообще-то, принцип многопроводной проволочной антенны, изображенной на рисунке, сам по себе отнюдь не нов. Так, на заре радиосвязи симметричная антенна с вибраторами в виде системы тонких проводов использовалась сплошь и рядом и была скорее правилом, чем исключением из него. Ширина рабочего диапазона частот регулировалась установкой нескольких параллельных проводов. 

На рис.2 приведена соответствующая электрическая схема рассматриваемой антенной системы. Cq — это распределенная емкость катушки L1. Чем больше емкость, тем меньшее число витков требуется для катушки и, следовательно, тем ниже потери в ней. 

Работа четвертьволнового вибратора в немалой степени зависит от зеркального «образа» системы, который формируется в «земле». Иными словами, чем лучше система заземления, тем эффективнее функционирует сама ан+енна. В идеале, для четвертьволновой антенны требуется 120 противовесов, длина каждого — XIА. Чаще всего изготовить такую систему заземления невозможно, но настоятельно рекомендуется в целях получения оптимальных рабочих характеристик антенны использовать как можно больше противовесов. В частности, WF1B оставил 20 проводов на поверхности земли, а еще два заземляющих металлических прутка длиной приблизительно по 1,8 м были вкопаны в землю в непосредственной близости от точки подключения коаксиального кабеля. 

Не стоит отчаиваться, если невозможно разместить полноценную систему заземления — один полноразмерный противовес и несколько закопанных металлических прутков могут обеспечить вполне удовлетворительные рабочие характеристики антенны. Кроме того, трубопровод холодной воды тоже можно задействовать в качестве одного из элементов системы заземления. 

На рис.3 показана верхняя часть конструкции описываемой антенны. Изоляционные распорки должны быть прочными и легкими. В первой антенне WF1В использовал распорки из ПВХ-труб диаметром 25 мм. Катушки L1 и L2 (рис.1) мотались на ПВХ-трубках диаметром 50 мм. Правда, диэлектрические параметры ПВХ-труб при работе с высоким ВЧ напряжением могут оказаться посредственными, да и общий вес антенной системы с такими трубами получается довольно внушительным. Тем не менее, WF1B утверждал, что антенна работала без всяких замечаний даже при выходной мощности передатчика 600 Вт.

В другой антенне WF1В использовал прочные тонкостенные трубки из полистирена наружным диаметром около 20 мм, а для изготовления катушек L1 и L2 воспользовался прочной полистиреновой трубкой наружным диаметром 50 мм.

Словом, проблем с выбором материала быть не должно. Зато перед радиолюбителем может встать другая проблема. Как прикрепить провода к изоляционным распоркам максимально прочно и надежно? Наиболее простой способ — воспользоваться пружинящими алюминиевыми наконечниками на каждом проводе, которые закрепляются в верхней и нижней части распорок, как показано на рис.3. Вместо наконечников также можно применить отрезки медных трубочек. 

На рисунке видно, что три провода соединяются между собой только в верхней части.(на конце изолятора). В секции В два провода соединяются между собой непосредственно под распоркой и подключаются к выводу катушки L1, которая удерживается на месте с помощью центрального провода, подключенного к «шапочке». 

Индуктивность катушки L1 составляет 80 мкГн, ненагруженная добротность — 110. Длина обмотки — 100 мм (намотка — виток к витку) эмалированного провода 01,6 мм, намотанного на каркасе с внешним диаметром 50 мм. Для защиты катушки от грязи и влаги она покрывается сверху двумя слоями поли-уретанового лака. 

На рис.4 показана нижняя часть антенны. Катушка L2 может быть закреплена на нижней изоляционной распорке с помощью двух длинных винтов. Каждый винт следует согнуть под углом 90° непосредственно у самой головки. Разумеется, есть и другие способы крепления и установки катушки — все зависит от конкретной конструкции антенны. 

Максимальная индуктивность катушки L2 — 30 мкГн, ненагруженная добротность—150. Обмотка состоит из 42 витков эмалированного провода 01,6 мм на каркасе с внешним диаметром 50 мм, намотка — виток к витку. 

Отвод для подключения 50-омно-го кабеля делается от 5-го витка (считая от нижнего вывода катушки). Для защиты от атмосферных осадков вся катушка покрывается двумя слоями полиуретанового лака. 

Коаксиальный 50-омный кабель подключается к нижнему выводу катушки L2 и к отводу. Открытый конец кабеля следует загерметизировать, чтобы внутрь него не попадала грязь и влага. Для этой цели можно воспользоваться эпоксидной смолой или ВЧ герметиком. 

На рис.5 показаны некоторые подробности изготовления отвода катушки L2. Катушка намотана эмалированным проводом 01,6 мм, намотка — виток к витку. В том месте, где делается отвод, с проволоки снимается слой эмали. Потом к зачищенной поверхности проволоки припаивается контактный лепесток, который предварительно плотно обжимается вокруг проволоки, а затем закрывается изоляционным материалом (например, кусочком пергаментной бумаги, предварительно пропитанной минеральным маслом, трансформаторной бумагой или кусочком фторопластовой ленты). Это предотвращает от возможного замыкания обмотки в данной точке катушки. 

При настройке антенны придется подбирать индуктивность катушки L2, и лучше всего использовать на этом этапе катушку переменной индуктивности (вариометр). Двухдиапазонный вариант конструкции антенны 

У каждого изобретателя есть свои задумки, однако все как-то «не доходят руки», чтобы воплотить их в жизнь. Вот и у WF1B была такая задумка — двухдиапазонная антенна на диапазоны 160 и.80 м (рис.6). Конструкция и размеры антенны остаются практически без изменений — только добавляется наружная пара проводов, которая образует излучатель диапазона 80 м. Каждый провод имеет длину приблизительно 15,5 м. Провода подключаются к удлиняющей/согласующей катушке L3. Для того чтобы обеспечить дистанционный переход из 160-метрового диапазона на 80-метровый, потребуются два реле — К1 и К2. Желательно, чтобы контакты реле были рассчитаны на ток не менее 10 А. 

Если пойти дальше, то можно сделать антенну, которая будет работать и в диапазоне 40 м. Для этого необходимо подключить третий провод, закрепив его прямо по центру системы. Фактически, многопроводная система позволит перекрыть все любительские KB диапазоны. Правда, в этом случае усложняется система коммутации удлиняющих/ согласующих катушек, подключаемых к дополнительным излучателям. Для их коммутации можно воспользоваться галетным переключателем, установленном в герметичном корпусе. Единственное неудобство состоит в том, что всякий раз, когда требуется переключить антенну с одного диапазона на другой, придется добираться до точки подключения коаксиального фидера, где должен быть установлен переключатель. 

По-видимому, проще всего установить «коротышку» в виде слопера (рис.7). Правда, при такой установке вертикальная составляющая излучения под малым углом выражена менее явно, чем при строго вертикальной установке. 

Опорной мачтой для антенны может стать дерево или любой другой непроводящий объект. 

Для того чтобы антенна не скручивалась, ее надо стабилизировать (закрепить), развернув веером нижние оттяжки. WF1B использовал два отрезка провода, закрепив их в земле на расстоянии приблизительно 1,5 м друг от друга. Такое крепление достаточно прочное и позволяет удерживать антенну туго натянутой. Даже сильные ветры не повредили конструкцию. Полистире-новые распорки и катушки перенесли летнюю жару и зимние стужу без видимых следов коррозии и деформации. 

Приступая к настройке антенны, индуктивность катушки L2 следует сделать несколько больше, чем требуется. Это обеспечивает определенный запас по индуктивности в процессе настройки на необходимую резонансную частоту. 

Определить резонансную частоту системы можно с помощью ГИРа, поднесенного к нижнему выводу катушки L2. Обратите внимание на то, что в этом случае коаксиальный кабель не должен быть подключен к отводу катушки L2, иначе резонансная частота системы, скорее всего, будет определена неверно. 

Самый простой способ настройки антенной системы — установить КСВ-метр рядом с катушкой L2, подать сигнал с трансивера и, изменяя индуктивность катушки L2, добиться в коаксиальном фидере КСВ=1 на требуемой частоте. Расположение отвода в данной конструкции антенны обеспечивает входное сопротивление антенны, близкое к 50 Ом, но, возможно, в отдельных случаях потребуется подобрать положение отвода. Ведь оно зависит как от конструкции катушки L2, так и от многих других факторов (сопротивления системы противовесов, проводимости земли, влияния окружающих предметов и т.д.). 

Антенна работает достаточно эффективно как с DX, так и при проведении радиосвязей с местными радиолюбителями. Сравнение ее с Г-образной антенной длиной ЗА./8 (вертикальная часть имеет длину приблизительно 15 м) показало, что обе антенны работают практически одинаково. Правда, в отдельные моменты времени и на отдельных дистанциях «коротышка» уступала Г-образной антенне, но это вполне ожидаемый результат. 

Можно ли расширить рабочую полосу частот «коротышки»? Да, для этого достаточно с помощью реле менять индуктивность катушки L2, в верхней части которой потребуется подобрать место расположения отвода при настройке антенной системы для работы в высокочастотном участке диапазона 160 м. В частности, резонансные частоты можно выбрать равными 1850 и 1950 кГц. При этом положение отвода в нижней части катушки L2 (для согласования с коаксиальным кабелем) не изменяется. 

«Коротышка» может быть вдвое меньше, если требуется вертикальная антенна для работы в диапазонах 80, 40 или 30 м. Такая сравнительно небольшая антенна на очень популярные диапазоны особенно удобна для радиолюбителей, проживающих в городских «многоэтажках», или для любителей проведения радиосвязей «на природе», да и вообще для всех, у кого возникают проблемы, где и как установить полноразмерную антенну. 

По материалам статьи «How to Build a 160-Meter „Shortie“», опубликованной в журнале QST, ноябрь 1986 г.