Одним из путей создания многодиапазонных антенн является объединение в одну систему ряда одиночных антенн. Такой подход диктуется следующими требованиями:

• антенна должна быть проста в изготовлении и настройке;
• конструкция антенны должна быть надежна в эксплуатации, занимать немного места и иметь хорошую грозозащиту;
• в конструкции должна быть предусмотрена возможность оптимального согласования каждого из диапазонов с коаксиальным кабелем с любым волновым сопротивлением;
• для связей на большие расстояния антенна должна иметь относительно малые углы излучения к горизонту.

Указанным требованиям удовлетворяет описываемая конструкция многодиапазонной антенны. Еще одно ее достоинство заключается в том, что она работает без противовесов (за исключением диапазона 7 МГц), а высота подвеса не влияет на настройку. Антенну можно настроить на малой высоте, и после установки на рабочую высоту ее не потребуется подстраивать.

 

Данная конструкция не содержит дискретных LC-элементов. Даже простые схемы согласования на LC-эле-ментах требуют дополнительных измерительных приборов, например, для измерения индуктивности.

Кроме того, такие схемы снижают надежность конструкции и сужают полосу пропускания антенны. В данной конструкции на всех диапазонах (кроме 7 МГц) антенна имеет одинаковые диаграмму направленности, усиление и углы излучения.

К недостаткам антенны можно отнести сравнительно большую высоту и большой расход коаксиального кабеля.

Выбранная схема построения многодиапазонной антенны предполагает не окончательный, а начальный, базисный вариант с возможными дополнениями и доработками на усмотрение радиолюбителей.

Прототипом антенны является полуволновой вертикальный вибратор с J-согласованием [1], который соответствует перечисленным выше требованиям.

Рис.1.

Рассмотрим процесс трансформации (или объединения) однодиапазонной антенны в многодиапазонную.

Например, мы рассчитали высоту мачты полуволновой вертикальной антенны с J-согласованием для диапазона 14 МГц. Длина полуволнового вибратора с учетом коэффициента укорочения будет равна:

L= 143/f = 143/14,15 = 10.1(м), где f — частота в мегагерцах.

Длина четвертьволнового согласующего устройства соответственно составит 5,05 м. Следовательно, общая высота мачты - 10,1 + 5,05 = 15,150 м.

Этот расчет, конечно, не точный, т.к. при такой высоте для придания жесткости мачту желательно собрать из труб разного диаметра. От конкретного диаметра применяемых труб зависит точная высота мачты. К тому же, вся конструкция предполагает монтаж дополнительных элементов — узлов крепления оттяжек, согласующих четвертьволновых трансформаторов и ступеней лестницы (используются при монтаже и настройке). Все эти элементы также влияют на размеры мачты, и, с одной стороны, уменьшают линейные размеры антенны (высоту), с другой — в рабочей системе происходит более равномерное распределение тока в вибраторе. Исходя из сказанного выше, была выбрана 15-метровая мачта, а электрическая длина вибратора корректировалась в процессе настройки.

Итак, основа конструкции — полуволновой вертикальный вибратор с J - согласованием. Перед началом монтажа конструкции задают требуемые рабочие диапазоны (например, 144, 29, 21, 14 или 430, 144, 50, 29, 24, 21, 18, 14 МГц). Число диапазонов может быть любым, но следует знать, что для каждого диапазона на мачте устанавливается четвертьволновое согласующее устройство, и к нему подключается отдельный коаксиальный кабель.

Рис.2.

Конструктивное выполнение антенны показано на рис.1, на котором цифрой 1 обозначены элементы лестницы, цифрой 2 — мачта, цифрой 3 — четвертьволновое согласующее устройство. Все коаксиальные кабели проходят внутри трубы, поэтому диаметр нижней секции мачты должен быть заведомо больше суммарного диаметра связки кабелей. Сразу следует сказать, что антенна отлично настраивается на каждом диапазоне, поэтому не требуется кабель большого диаметра.

При КСВ = 1,0...1,5 коаксиальный кабель с полиэтиленовой изоляцией (например, марки РК-50-4-11) надежно работает при мощности 400 Вт, а на частоте 100 МГц кабель РК-75-4-11 выдерживает 380 Вт. Кабель РК-50-4-21 (с фторопластовой изоляцией) на частоте 100 МГц позволяет работать мощностью 1,5 кВт (РК-75-4-21 — 1,3 кВт). Конечно, могут найтись скептики, которые начнут подсчитывать затухание в кабеле малого диаметра, но опытные радиолюбители на КВ-диапазонах применяют аттенюаторы, а неопытные часто работают с ненастроенными антеннами...

Возвращаясь к конструкции антенны, еще раз подчеркнем, что неоднородности на полотне полуволнового вибратора не приводят к значительным изменениям параметров антенны, поэтому можно смело совмещать (объединять) несколько диапазонов.

Монтаж и настройку антенны начинают с самого высокочастотного диапазона. Если это диапазон 430 или 144 МГц, то верхнюю часть (секцию) необходимо изготовить из медных или алюминиевых труб. Для диапазона 30 МГц и ниже допустимо применять стальные трубы, т.к. потери в проводнике на КВ-диапазонах незначительны. Для диапазонов 430 или 144 МГц возможно изготовление коллинеарной антенны с J-согласованием. Если под согласующим трансформатором диапазона 144 МГц радиально поставить три противовеса, можно создать дополнительную емкостную нагрузку, что позволит уменьшить высоту мачты. Секцию с антеннами УКВ-диапазонов настраивают на земле.

Следующий диапазон — 28 МГц — настраивают после установки уже настроенной УКВ-секции. Согласующий трансформатор диапазона 28 МГц установлен по предварительной разметке на расстоянии 7 м 52 см от верхней точки антенны-мачты. При помощи высокочастотного моста определяется резонансная частота вибратора диапазона 28 МГц. Перемещая в небольших пределах согласующий трансформатор (скорее всего, его придется подвинуть немного вверх по мачте), настраиваем вибратор в резонанс, ориентируясь по минимальному показанию стрелки ВЧ-моста.

После этого, перемещая точки подключения кабеля по трансформатору, согласуем трансформатор с коаксиальным кабелем. Если стрелка ВЧ-моста не отклоняется до нуля, это указывает на наличие реактивной составляющей, которую необходимо компенсировать. Для компенсации реактивной составляющей можно еще раз передвинуть согласующее устройство по мачте или удлинить (укоротить) четвертьволновой шлейф самого трансформатора. Эти операции необходимо повторить несколько раз — до полной компенсации реактивной составляющей. Для точных и корректных измерений длина кабеля от трансформатора до ВЧ-моста должна быть кратна Х/2 для данного диапазона.

Компенсация реактивности может осуществляться и в точке подключения кабеля питания к согласующему трансформатору (как показано на рис.2). Здесь следует заметить, что в некоторых радиостанциях предусмотрена защита выходного каскада от обрыва кабеля, т.е. при установке конденсатора будет отсутствовать гальваническая связь центральной жилы кабеля с оплеткой, и радиостанция не будет работать в режиме передачи. В этом случае на выходе радиостанции потребуется соединить центральную жилу коаксиального кабеля с землей через дроссель.

Настроив антенну в диапазоне 28 МГц, переходим к настройке следующего за ним диапазона (например, 21 МГц) и т.д. Необходимо отметить, что настройка диапазона 28 МГц никоим образом не повлияет на настройку диапазона 144 МГц, главное — соблюдать последовательность настройки диапазонов (144 — 28 — 21 — 14).

Некоторые замечания по конструкции мачты. В местах соединения труб необходимо обеспечить хороший электрический контакт. Согласующие трансформаторы смежных диапазонов необходимо размещать таким образом, чтобы они не влияли друг на друга и располагались по разные стороны мачты или под углом 120°.

Расстояние между мачтой и четвертьволновым отрезком не критично (при мощности 100 Вт — примерно 2.5...3 см), но следует учитывать, что на разомкнутом конце трансформатора развивается большое ВЧ-напряжение — приблизительно в 10 раз большее, чем в точке подключения коаксиального кабеля к трансформатору.

Точка подключения коаксиального кабеля к согласующему трансформатору располагается приблизительно на расстоянии 1/10 от полной длины трансформатора. Отверстия в трубе мачты для вывода кабеля делаются в форме небольшого продольного паза, что позволяет перемещать кабель для корректировки места подключения к согласующему трансформатору при настройке.

Оттяжки в ярусах крепления мачты разбиты изоляторами. Первый изолятор должен располагаться как можно ближе к мачте. Труба в нижней секции мачты внизу обязательно должна быть открыта (для выхода конденсата).

Если после настройки самого низкочастотного диапазона (14 МГц) к нижней точке согласующего трансформатора прикрепить противовесы, можно добиться работы антенны и в диапазоне 7 МГц, запитав мачту через гамма согласующее устройство.

Большой расход коаксиального кабеля в данной конструкции окупается простотой настройки. Если антенна находится недалеко от шэка, можно завести все кабели прямо к рабочему месту. Другое решение — применить антенный коммутатор, установленный на мачте. В этом случае от антенны в шэк заводится только один кабель.

В.Приходько (EW8AU)

Литература

1. К. Ротхаммель. Антенны. — М.: Энергия, С.114-115.

Материал подготовил Ю. Погребан (UA9XEX).