Антенны диапазона 27 МГц
Новый диапазон гражданской связи 27 МГц дал возможность выйти в эфир многим тысячам радиолюбителей. Но рано или поздно перед владельцем такой радиостанции становится вопрос об увеличении дальности связи. Это может быть необходимо для связи с удаленным объектом, к примеру, дачей, местом отдыха или со знакомыми владельцами радиостанций на 27 МГц, проживающими на значительном удалении.
Возможно, Вы увлечетесь и дальней связью на 27 МГц, и коллекционированием QSL. В мире сотни тысяч людей увлекаются этим, и QSL-карточки СВ-станций, на мой взгляд, гораздо красивее карточек коротковолновиков.
Во всяком случае, проведение дальней связи с той штыревой антенной, которая прилагается к радиостанции, невозможно. Необходимо иметь эффективную наружную антенну. Но антенну необходимо еще соответствующим образом присоединить к передатчику.
Большинство импортных передатчиков СВ-связи имеет байонет-ный антенный разъем, что позволяет отсоединить штыревую антенну и подключить наружную (рис.1). Такой передатчик позволяет подключать 50-омный коаксиальный кабель, нагруженный на антенну сопротивлением от 30 до 100 Ом.
Антенны, описанные в этой статье, как раз и будут подходить под эти параметры. Трансиверы СВ-связи производства СНГ и простые зарубежные трансиверы могут и не иметь такого разъема. В случае использования Вашего трансивера для дальней связи такой разъем дкрбходимо установить. Далее, выход таких передатчиков для со-лгасования его с 75- или 50-Омным кабелем будет нуждаться в простом согласующем устройстве, изображенном на рис.2.
Катушка индуктивности, используемая в согласующем устройстве, — бескаркасная. Она намотана медным проводом диаметром 1-2 мм на оправке диаметром 2,2 см и растянута на длину 4 см. Количество витков — 10. Кабель первоначально подключается ко 2-му витку катушки, а антенна трансивера — к 4-му.
Конденсатор переменной емкости должен быть воздушным. Использование керамического подстроечного конденсатора ведет к снижению КПД устройства. Конструктивно устройство можно оформить в виде, показанном на рис.3. Коробка должна быть выполнена из металла — меди или фольгированного стеклотекстолита. Стыки должны быть тщательно пропаяны. После настройки коробка может быть закрыта крышкой, и конденсатор подстраивают еще раз. Настроить согласующее устройство можно используя сигналы СВ-станций или простейший ВЧ-вольтметр. Присоединяя антенну и выход трансивера к разным виткам катушки, добиваются максимума отклонения стрелки вольтметра или максимума приема сигнала.
Но для настройки согласующего устройства, конечно, необходима антенна. Любителям дальней СВ-свяэи необходимо помнить — антенна для DX должна быть или высокой, или длинной. Обычно на дачах или в частном доме нет проблем с установкой антенны.
Это может быть простой полуволновой диполь с длиной плеч по 2,7 м. Для эффективной работы диполь должен быть поднят на высоту хотя бы 2,5 метра от земли. Диполь имеет диаграмму направленности в форме восьмерки. Он может быть выполнен из медного, алюминиевого или железного провода диаметром 1-4 мм.
Центральный изолятор удобно выполнить из фольгированного стеклотекстолита, разрезав фольгу посередине. Кабель можно или непосредственно припаять к фольге, или сделать его изогнутым, что лучше, так как в этом случае кабель надежнее защищен от попадания влаги вовнутрь.
В любом случае раскрытый кабель следует защищать от влаги с помощью парафина или эпоксидной смолы.
Концевые изоляторы можно также выполнить из толстого стеклотекстолита, фольгированного и нефольгированного, а можно и просто привязать оттягивающий капроновый шнур или леску к полотну антенны.
Желательно, чтобы кабель от дипольной антенны был перпендикулярен полотну антенны хотя бы на длину 2,5 метра. Эту антенну можно располагать не только параллельно земле, но и вертикально, и под углом к ней.
Для штыревой антенны (рис.4) можно использовать в качестве изолятора пластмассу, дерево или, что еще лучше, специальный опорный изолятор. Полезно верхний конец антенны растянуть с помощью капронового шнура для повышения ее устойчивости. Штыревая антенна имеет круговую диаграмму направленности, что в некоторых случаях удобно. Такие антенны можно устанавливать и на крышах городских многоэтажных домов.
Если Вы хотите связаться с места рыбалки или охоты, желательно использовать антенну Бевереджа (рис.5). Сама антенна должна иметь длину полотна не менее 40 метров (можно больше) и может быть выполнена из провода диаметром 0,5-1 мм. Провод может быть подвешен на небольшой высоте над землей — 1-2 метра. На конце нагрузки антенны и на согласующем устройстве желательно использовать 3-4 противовеса.
Такая антенна может быть установлена и на крыше многоэтажного дома. Согласующее устройство в этом случае необходимо как на стороне антенны, так и на стороне трансивера.
При соответствующем опыте Вы можете использовать любую сложную любительскую связную антенну, пересчитав ее размеры для СВ-диапазона.
В заключение хочу дать совет: не пытайтесь усиливать сигнал Вашего СВ-трансивера. Многие СВ-радиостанции производства СНГ и простые зарубежные переносные трансиверы не позволяют получить качественный выходной сигнал при его усилении, потому что передатчик в них собран по простой схеме, где задающий генератор с кварцевой стабилизацией работает на частоте передачи радиостанции. Вследствие недостаточной (а иногда и полностью отсутствующей) экранировки корпуса радиостанции при усилении ее ВЧ-мощности качество сигнала может значительно ухудшиться, не говоря уже о помехах телевидению.
Лучше приложите силы к установке более эффективной антенны или купите радиостанцию промышленного изготовления с мощным выходом.
Источник
Конструкции Си-Би антенн диапазона 27МГц
Си — Би радиостанции часто используются на даче и в полевых условий. Более того, иногдаСи — Би радиостанция только для того и приобретается, чтобы обеспечить связь с дачей, с местом рыбалки или в туристическом походе Поскольку физические размеры Си -Би антенн диапазона 27-МГц относительно невелики, то, как правило, на даче и в полевых условиях нет проблем с установкой полноразмерной антенны.
Основной критерий, на который в этом случае необходимо ориентироваться, является удобство установки антенны, и те цели, для которых антенна будет предназначена. А теперь перейдем к рассмотрению практических конструкций этих антенн.
Простая дачная четвертьволновая вертикальная Си-Би антенна диапазона 27-МГц. На мой взгляд, оптимальной антенной, которую можно установить на даче, является четвертьволновая вертикальная. Такая антенна имеет множество преимуществ перед другими типами.
Она излучает радиоволны, имеющие в основном вертикальную поляризацию, что оптимально подходит для связи с автомобильными и переносными радиостанциями Си — Би диапазона 27-МГц.
Диаграмма направленности вертикальной штыревой антенны по вертикальной поляризации круговая, поэтому она сможет обеспечить радиосвязь по всем направлениям, что часто от нее требуется. Например, Обеспечить радиосвязь с городом, с трассой, по которой подъезжает машина к даче, с местом рыбалки или охоты.
Рис. 1 показывает схему четвертьволновой вертикальной антенны Си — Би диапазона. Рассмотрим более подробно конструкцию этой антенны. Она состоит из штыря электрической длиной лямбда/4, подключенного к центральной жиле коаксиального кабеля, и четырех противовесов. Штырь может быть диаметром 5-40 мм, точная длина для нескольких диаметров штыря указана на этом рисунке.
Для его изготовления удобно использовать алюминиевую или медную трубку. Например, две лыжные палки, которые имеют между собой надежный электрический контакт, отлично работают медные водопроводные трубы, которые в последнее время появились в продаже.
Противовесы в количестве 2-4 штук можно выполнить из медного многожильного или одиночного провода диаметром 1-4 мм, их длина равна 270 см. Для устранения излучения паразитной горизонтальной составляющей от противовесов, необходимо использовать четное число противовесов, лежащих попарно в одной плоскости (см. Л.1).
Рис.1. Конструкция антенны 27МГц.
ТАБЛИЦА 1 (диаметр и длина штыря антенны)
Диаметр штыря, мм
Противовесы могут быть расположены к штырю антенны под углом от 90 до 140 градусов. В зависимости от того, под каким углом к антенне расположены противовесы, зависит входное сопротивление антенны.
Четвертьволновая штыревая антенна, установленная на высоте не менее 0,ЗЛ относительно поверхности земли и снабженная четырьмя четвертьволновыми противовесами, имеет входное сопротивление около 20-Ом при расположении противовесов под углом 90 градусов к антенне. Сопротивление антенны увеличивается до 40-Ом при расположении противовесов под углом 120 градусов к антенне, и до 50-Ом при расположении противовесов под углом 135 градусов к антенне (см. Л.1).
Конечно, предпочтительнее использовать противовесы, расположенные под углом 135 градусов к штырю антенны, в этом случае антенна имеет входное сопротивление 50 Ом, что оптимально согласуется с коаксиальным кабелем волновым сопротивлением 50 Ом.
Увеличение высоты установки антенны незначительно влияет на характер входного сопротивления антенны. Уменьшение высоты установки антенны вызывает увеличение входного сопротивления.
Это происходит из-за поглощения реактивного поля существующего возле антенны реальной землей- В результате этого энергия передатчика тратится на обогрев земли и не используется для радиосвязи. Следует избегать низкой установки вертикальной антенны, в противном случае, чтобы сохранить эффективность работы, количество противовесов антенны должно быть увеличено до нескольких десятков (Л .2).
На конце коаксиального кабеля желательно установить высокочастотный дроссель (его еще называют запирающий дроссель), который будет препятствовать затеканию высокочастотного тока на внешнюю оболочку кабеля. Это может быть, если, по каким то причинам, сопротивление внешней оболочки коаксиального кабеля будет сравнимо с сопротивлением противовесов.
В этом случае внешняя оболочка кабеля будет служить излучающей частью антенны, что приведет к увеличению уровня помех при работе антенны на передачу и потерях высокочастотной энергии в предметах окружающих коаксиальный кабель. Наиболее простая конструкция запирающего дросселя это 10-30 ферритовых колец, туго надетых на конце коаксиального кабеля, проницаемость колец не имеет значения.
Вместо ферритовых колец можно использовать ферритовые трубки, которые устанавливают на шнурах мониторов компьютеров. При установке ферритовых колец на коаксиальный кабель, сопротивление участка, на котором установлены кольца, для высокочастотных токов значительно увеличивается, в результате чего высокочастотный ток из коаксиального кабеля будет поступать в элементы антенны, а не на внешнюю оболочку коаксиального кабеля.
Рис. 2 показывает график входного сопротивления антенны, показанной на рис. 1. Рис. 3 показывает КСВ этой антенны по отношению к коаксиальному кабелю волновым сопротивлением 50 Ом, а рис. 4 показывает диаграмму направленности этой антенны по вертикальной поляризации.
Программа MMANA показывает диаграмму направленности антенны в горизонтальной плоскости как сечение объемной диаграммы плоскостями Х-Y по углу максимального излучения. В вертикальной плоскости диаграмма направленности антенны представляет собой сечение плоскостью X- Z ее объемной диаграммы направленности.
На рис. 1, где изображена вертикальная антенна, показано расположение этих плоскостей сечения. При расчетах было принято, что эта антенна расположена на высоте 3 метра над реальной землей (проводимость равна 5 мСм/м, диэлектрическая проницаемость е = 13). Эти графики были рассчитаны при помощи программы MMANA (см. Л.2).
Во всех случаях расчета предполагалось, что диаметр штыря равен 20мм,диаметр противовесов равен 4мм, и антенна выполнена из меди.
Табл. 1 показывает длину штыря вертикальной антенны, установленной на высоте 3 метра над реальной землей, и снабженной четырьмя противовесами длиной 270 см, расположенных под углом 135 градусов к штырю антенны, при которой она имеет резонанс на частоте 27-МГц.
Обратите внимание, что изменение высоты установки антенны, количества противовесов, их угла наклона ведет к изменению резонансной частоты антенны. Резонансная частота антенны понизится, если использовать штырь или противовесы в пластиковой изоляции (см. Л.1).
На резонансную частоту антенна может быть настроена при помощи удлинения/укорочения штыря антенны (некоторые способы удлинения/укорочения штыря антенны приведены в Л.2), а также противовесов антенны. Подгонку входного сопротивления антенны можно осуществить при помощи изменения угла наклона противовесов относительно штыря антенны.
Как видно из рис. 3, при КСВ в коаксиальном кабеле волновым сопротивлением 50-Ом
Источник
Антены GP 1/4, 1/2, 5/8 своими руками
В Си-Би диапазоне наибольшее распространение получили антенны с вертикальной поляризацией. Это связано с тем, что Си-Би радиостанции широко используются для связи с подвижными объектами, а на автомобиле весьма сложно разместить эффективную антенну горизонтальной поляризации. По той же причине в качестве базовых выбираются антенны с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, одинаково хорошо работающие в любом направлении.
GP с длиной l/4
Наиболее широкое применение в этой группе получили антенны типа «Ground Plane» или сокращенно — «GP», показанные на рис. 10.2.
Антенна имеет штыревую конструкцию, удобную для размещения как на крыше здания, так и на автомобиле. Она проста и, в то же время, достаточно эффективна. Длина штырей (l/4) для работы в диапазоне 27 МГц зависит от диаметра трубок и указана в табл.1
Таблица 1. Длина элементов антенны GP
Для нормальной работы антенны она снабжается тремя противовесами, которые можно выполнить из трубки или антенного канатика. Длина противовесов выбирается равной, или на 2,5% больше 2/4l. Для Си-Би диапазона можно принять ее равной 275 см. Входное сопротивление антенны зависит от угла между противовесами и мачтой: чем меньше этот угол (противовесы прижаты к мачте), тем больше сопротивление. Для получения входного сопротивления 50 Ом угол выбирается равным 30-45 градусов. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости имеет максимум под углом 30 градусов к горизонту. Усиление антенны примерно равно усилению вертикального полуволнового диполя. Наилучшая работа обеспечивается при высоте мачты около 6 м.
Эта антенна наиболее широкополосна из всех вариантов GP. Если после установки минимум КСВ антенны оказывается несколько выше или ниже частоты 20 канала сетки С, длину штыря необходимо соответственно увеличить или уменьшить. После настройки антенны в резонанс минимума КСВ на средней частоте добиваются изменением угла установки противовесов.
Недостатком данной конструкции является отсутствие соединения штыря с мачтой, что требует дополнительных мер по грозозащите и защите от статического электричества. Наиболее простым способом защиты является использование короткозамкнутого шлейфа из кабеля длиной l/4, подключенного к фидеру с помощью тройника. Шлейф обеспечивает соединение центральной жилы фидера с заземленной оплеткой по постоянному току и не влияет на согласование антенны. Схема подключения шлейфа приведена на рис.3
Длина шлейфа рассчитывается с учетом коэффициента укорочения используемого кабеля и составляет около 2 м.
GP с длиной l/2
На рис. 10.4 приведена конструкция полуволновой антенны GP длиной l/2. По сравнению с вышеописанной антенной она имеет вдвое большую длину штыря, что предъявляет повышенные требования к обеспечению ветровой прочности конструкции. Антенна не нуждается в противовесах, роль которых выполняет мачта, а ее диаграмма направленности в вертикальной плоскости сильнее прижата к горизонту, что улучшает условия радиообмена с удаленными корреспондентами. Поскольку антенна имеет высокое входное сопротивление, кабель подключается к ней через согласующий высокочастотный трансформатор. Основание штыря соединяется с заземленной мачтой через согласующий трансформатор, что автоматически решает проблемы грозозащиты и статики. Усиление антенны по сравнению с полуволновым диполем составляет около 4 дБ.
Типовые данные согласующего трансформатора:
Диаметр каркаса — 30мм
Диаметр провода — (ПЭВ-2) 1мм
Число витков — 6
Отвод от 1.5 — витка
считая от (холодного) заземленного
вывода катушки
Кабель подключается центральной
жилой к отводу.
Полотно антенны подключается к «горячему»
выводу катушки.
GP с длиной 5/8l
Наиболее эффективной для дальних связей является GP длиной 5/8l. Ее конструкция показана на рис. 10.5. Она несколько длиннее полуволновой антенны, а кабель фидера подключается к согласующей индуктивности, расположенной в основании вибратора. Этот тип антенны требует использования не менее трех противовесов длиной (0,1-0,2)l, расположенных в горизонтальной плоскости. Антенны этого типа узкополоснее полуволновых, в связи с чем они требуют более тщательной настройки. Настройку на средней частоте обеспечивают как изменением длины штыря, так и регулировкой величины согласующей индуктивности. Нужное входное сопротивление достигается выбором точки подключения кабеля к согласующей катушке. Усиление этой антенны составляет 5-6 дБ, максимум диаграммы направленности расположен под углом 15 градусов к горизонту. Штырь этой конструкции также заземлен на мачту через согласующую катушку. Примерные данные согласующей катушки для волнового сопротивления кабеля 50 Ом:
диаметр каркаса — 18 мм,
диаметр провода — 1,5 мм,
число витков — 22,
шаг намотки -2,5 мм,
отвод — от 9-го витка,
считая от заземленного конца катушки.
Установка антенны на крыше может сильно влиять на ее характеристики. Общими рекомендациями являются следующие:
- основание антенны желательно располагать не ниже 3 м от плоскости крыши;
- вблизи от антенны не должно быть металлических предметов и конструкций (например телевизионных антенн, проводов и т. п.);
- устанавливать антенну желательно как можно выше;
- для нормальной работы станции ближайшая базовая Си-Би антенна не должна быть расположена ближе 200 м.
Эффективность работы антенны на передачу тем выше, чем меньше омические потери в ее элементах. Поэтому наилучшим материалом для элементов антенн являются медные трубки, однако приемлемым компромиссом можно считать применение алюминиевых (дюралевых) трубок (из-за высокого удельного веса и низкой прочности меди).
При необходимости расширения полосы частот диаметр трубок увеличивают, или используют трубки с ребристой наружной поверхностью. Поскольку ток, протекающий по штырю антенны, уменьшается к ее верхнему концу, диаметр верхней части штыря можно уменьшить без ухудшения ее параметров. Одним из наиболее простых средств расширения полосы частот длинных штыревых антенн является применение втулки с четырьмя усами длиной около 100 мм и диаметром 4-5 мм, закрепляемой в верхней части штыря (рис. 10.6). При этом резонансная частота антенны понижается и длину штыря придется несколько уменьшить. При работе антенны на передачу по ней протекают довольно большие токи, поэтому необходимо обеспечить очень хорошее соединение всех элементов между собой и позаботиться об их защите от коррозии.
В настоящее время в продаже имеются Си-Би антенны заводского изготовления (рис.10.7) как отечественные, так и импортные, легкие, изящно выполненные. Как свидетельствует опыт их эксплуатации, в соединениях элементов, которые осуществляются самонарезающими шурупами, под действием ветра достаточно быстро теряется электрический контакт. Более надежной является конструкция штырей со стяжными хомутами. Практически все варианты промышленных антенн требуют дополнительной герметизации, предотвращающей попадание воды внутрь трубок, на согласующие трансформаторы, катушки и заделку кабеля, что приводит к необратимым последствиям.
Рис. 10.8 Антенна GP без мачты
Если на крыше Вашего дома есть достаточно высокая лифтовая будка, телевизионная антенна или пристройка высотой больше 5 метров, то антенну GP можно установить, используя капроновый трос-растяжку (рис. 10.8) без мачты. Кроме капронового шнура и кабеля РК-50 потребуется еще 4 изолятора любого типа. Конец кабеля длиной 2,7 м освобождается от внешней изоляции и оплетки, оплетка расплетается и скручивается в 4 примерно одинаковые «косички». К ним присоединяются противовесы. Противовесы можно сделать из любого медного (в крайнем случае даже алюминиевого) провода, который прикручивается (или припаивается) к «косичкам». Длина противовесов должна быть 2,7 м. На концах противовесов закрепляются изоляторы, которые прикрепляются к проволочным или капроновым оттяжкам. Конец освобожденного от оплетки участка кабеля за полиэтиленовый изолятор прикрепляется к капроновому шнуру так, чтобы он не оторвался порывами ветра. Противовесы разводятся в стороны равномерно по кругу, оттяжки закрепляются на крыше (например, привязываются к кирпичам). Постарайтесь длину оттяжек подобрать так, чтобы между проводом противовеса и вертикалью был угол около 45°. Места соединений и место выхода кабеля из оплетки тщательно герметизируют пластилином, чтобы под оплетку не попала вода.
Эта антенна по своим характеристикам полностью соответствует классической антенне GP длиной l/4. Такую антенну очень удобно устанавливать в полевых условиях между двумя деревьями, нужно только заранее заготовить кабель и противовесы с оттяжками, а в качестве изоляторов на концах противовесов сгодятся даже короткие сухие палочки (см. рис. 10.9), т. к. на частоте 27 МГц это неплохой изолятор.
Источник