Многим радиолюбителям, не имеющим возможности вращать свою антенну, можно рекомендовать простую конструкцию антенны “двойной квадрат”, направленную в определенную сторону. Такая конструкция была предложена Рудольфом Бэчером (WA3J YI) и не требует большого числа дефицитных материалов, что позволяет легко установить ее на крыше или в полевых условиях.
Для установки данной антенны достаточно иметь мачту высотой 12—15 метров и четыре деревянных (или бамбуковых) распорки, которые растягивают рамки антенны и фиксируются капроновым шнуром в разные стороны.
Используя данный принцип, можно относительно быстро собрать эффективную антенну для направленной работы в соревнованиях типа ARRL, AA-DX и др., разместив не две, а три или четыре рамки.
По данным автора, антенна состоящая из двух элементов имела коэффициент усиления в сторону основного излучения не хуже 6 дБ, и соотношение вперед-назад было лучше 20 дБ. Антенна FIXED DIRECTION QUAD показана на рис. 1
Новозеландский радиолюбитель ZL2BDA предложил конструкцию антенны “двойной квадрат” для диапазона 20 метров, усиление которой чуть меньше, чем у полноразмерного “квадрата”, а фактические размеры антенны немного превышают размеры обычного “двойного квадрата” для диапазона 10метров (рис.2).
Антенна питается коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 75 Ом. Обе рамки имеют одинаковые размеры.
Напряжение питания директора сдвинуто по фазе примерно на 135 градусов и подается через двухпроводную фразирующую линию с волновым сопротивлением 300 Ом. Ровно посредине линия перекрещивается. Катушки L1 и L2 наматываются на каркасах из диэлектрика диаметром 45 мм и содержат соответственно 30 и 25 витков провода, диаметром 1 мм. Шаг намотки — 2,4 мм. На рисунке также показан еще один вариант выполнения этой антенны. По данным автора следует, что при одинаковом удалении катушек индуктивности L1 и L2 от земли, нижний вариант является более эффективным. Настраивают антенну с помощью гетеродинного индикатора резонанса.
Резонансная частота вибратора должна быть — 14250 кГц, а резонансная частота директора 14050 кГц. По данным ZL2BDA КСВ антенны во всем диапазоне перекрываемых частот не превышает — 2.
Используя этот же принцип можно реализовать “ZL MINI QUAD” на диапазоне 40 М с размерами несколько превышающими габариты полноразмерного “двойного квадрата” на диапазон 20 м.
Конструкция гибридного “двойного квадрата” показана на рис. 3.
В данной конструкции вместо рамочного директора, используется горизонтальный пассивный элемент, как у антенны типа YAGI.
Антенна рассчитана для работы на диапазоне 20 М. Запитывается антенна коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Изменяя размеры вибратора, антенну настраивают на резонансную частоту. График КСВ гибридного квадрата показан на рис. 4.
По данным автора этой конструкции Ральфа Волпе (WB8VCS) усиление антенны около 7 дБ по сравнению с полуволновым диполем, а соотношение излучения вперед-назад колеблется от 12 до 20 дБ.
Американский радиолюбитель Кэм Пирс (K6RU) разработал и сконструировал вращающуюся двухэлементную антенну для диапазонов 40 и 80 М, которая выполнена на базе имеющегося волнового канала. См. рис. 5.
Удлинив траверсу на 2,44 м с каждой стороны и укрепив на них горизонтальные планки из бамбука (или стеклопластика) длиной 4,87 М, автор разместил на них два элемента типа “дельта”. Длина шлейфа вибратора для диапазона 40 м равна 2,32 метра.
Настраивают антенну сначала по минимальному значению КСВ на резонансной частоте, изменяя при этом длину шлейфа вибратора, а затем добиваются максимального соотношения излучения вперед-назад, подбирая длину шлейфа рефлектора.
Вибратор 40-метрового диапазона может использоваться как вертикальный излучатель на диапазоне 80 м.
Настраивается вибратор с помощью переменного конденсатора емкостью около 500 пФ., включенного в разрыв центральной жилы питающего коаксиального кабеля.
Оплетка кабеля должна быть присоединена к противовесам длиной, равной 1/4
l на диапазон 80 м.
Используя метод емкостной настройки, можно получить вращаемый вариант антенны на 80 м, настроив соответственно рефлектор. По данным автора антенна хорошо себя зарекомендовала при проведении дальних QSO.
Переключаемая антенна типа Delta Loop для диапазона 40 м показана на рис. 6. Эта антенна разработана радиолюбителем Тони Депрато (WA4JQS). Она имеет общий рефлектор и излучает в две противоположные стороны. По данным автора антенна имеет следующие характеристики: усиление — 10 дБ, соотношение излучения вперед-назад — 25 дБ. Запитывается антенна коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом через четвертьволновую линию, выполненную из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом, при этом следует учитывать коэффициент укорочения, равный 0,66 для данного кабеля.
Ниже приводятся расчетные данные для всех элементов антенны и фразирующей линии:
Элемент Длина
Вибратор: 984/7,05 - (фут.) - 42,54 м
Рефлектор: 1030/7050 - (фут.) - 44,53 м
Директор № 1 и № 2
Директор № 1 и № 2: 935/7050 - (фут.) - 40,42 м
Длина фразирующей
линии: 246x0,66/7050 - (фут.) - 7,02 м
Используя принцип конструкции антенны WA4JQS, радиолюбитель Пол Кайсел (K7CW) разработал антенну, которую можно рекомендовать для успешного участия в международных соревнованиях.
Автор использовал свою систему для диапазона 40 м. Способ выполнения антенны показан на рис. 7.
По данным автора, антенна показывала отличные результаты в переключаемых направлениях излучения.
Многие радиолюбители не имеют возможности поставить в своих условиях полноразмерный двойной квадрат на 40 м или даже на 80 м диапазон.
Существует несколько способов уменьшения размеров рамок, используя принцип емкостного укорочения.
На рис. 8. показаны методы выполнения емкостной настройки рамок антенны с укороченными размерами.
Используя данный принцип емкостной настройки, радиолюбитель Роджер Спаркс (W7WKW) сконструировал антенну типа “двойной квадрат” для диапазона 40 м.
Размеры рамок и способ выполнения емкостной настройки показаны на рис. 9.
Настраивают антенну изменяя длину отрезков “А”, длина которых для вибратора составляет — 3 м, а для рефлектора 3,9м.
Добившись минимального значения КСВ на резонансной частоте антенну настраивают по максимальному соотноше-нию вперед-назад.
По данным автора величина соотношения излучения вперед-назад не хуже 12 дБ, достигая значения 30 дБ со стороны некоторых корреспондентов.
Следует заметить, что изменение длины отрезков “А” на 30 см ведет к изменению резонансной частоты на 100 кГц.
Наиболее минимальной значение КСВ получается при использовании коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом.
Дополнительное применение согласующего устройства также ведет к снижению КСВ.
Данная антенна имела выигрыш в два балла по сравнению с вертикальным четвертьволновым излучателем. Расстояние между элементами такое же, как и у обычного “двойного квадрата” и составляет 6 метров.
Для тех, кто хотел бы сконструировать антенну типа “двойной квадрат” для диапазона 80 метров, английский радиолюбитель G3FPQ сконструировал антенну, используя метод емкостной настройки.
Размеры рамок антенны G3FPQ чуть больше размеров рамок для обычного “двойного квадрата” на 40-метровый диапазон. Размеры рамок антенны G3FPQ и способ выполнения емкостной настройки показан на рис. 10.
Настраивают антенну, изменяя длину емкостных элементов, расположенных параллельно вертикальным сторонам рамок.
Расстояние между рамками — 0,15/\ и равно 12 м, при этом входное сопротивление антенны составило 30 Ом.
Ширина полосы излучения при значении КСВ не хуже 2 составила 90 кГц.
По данным автора, соотношение излучения вперед-назад было не хуже 30 дБ.
Прежде чем перейти к описанию многодиапазонных и многоэлементных антенн типа “двойной квадрат” авторы считают необходимым предложить еще одну конструкцию антенны типа “двойной квадрат”, которая называется “Экспандер Квад” или X-Q т. е. квадрат с увеличенными размерами.
На рис. 11. показан чертеж антенны, а в таблице размеры самой антенны
Усиление антенны типа X-Q — 9,5 дБ по отношению к полуволновому диполю.
Наибольшее значение усиления достигается при расстоянии между элементами равному 0,125/\, при этом соотношение излучения вперед-назад больше 22 дБ.
Входное сопротивление антенны очень большое и лежит в пределах 2000—4500 Ом, поэтому для запитки антенны несимметричным коаксиальным кабелем следует применять четвертьволновую линию передачи, запитанную через полуволновой трансформатор, выполненный из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. Питающий коаксиальный кабель также
имеет волновое сопротивление 75 Ом.
Настраивают антенну X-Q в два этапа. Вначале проверяют значение КСВ на резонансной частоте, затем, изменяя длину шлейфа рефлектора (директора) добиваются максимального значения соотношения вперед-назад. Минимальное значение КСВ на резонансной частоте достигается подбором электрической длины четвертьволновой линии.
Возможно и другое выполнение питающей линии антенны типа X-Q. Описание многодиапазонных и многоэлементных антенн типа “двойной квадрат” авторы решили начать с описания конструкции В. Швыдкого (UH8CT), которая получила широкое распространение среди наших радиолюбителей.
Автор поставил перед собой задачу изготовить механически прочную и эффективную конструкцию.
В основу положена конструкция типа “еж”, но здесь шесты не сходятся в одной точке, а разнесены по вертикали на расстояние 2 метра.
Это позволило уменьшить длину шестов и тем самым повысить жесткость конструкции антенны.
Механическая прочность антенны также увеличена применением деревянных распорок 3,4.
Конструкция антенны показана на рис. 12.
1 — мачта дюралюминиевая длиной 3,8—4 м, наружный диаметр 60 мм,
2 — шест деревянный (бамбук, стеклопластик) длиной 3,9 м,
3 — распорка деревянная длиной 3,8 м,
4— стойка деревянная длиной 2,6 м,
5 — муфта стальная (по диаметру мачты),
6 — уголок стальной 35x35x5 мм.
Расположение рамок и расстояние между ними показаны на рис. 13.
Для того чтобы соблюсти строго установленный угол при приваривании уголков к муфтам рекомендуется пользоваться приспособлением, показанном на рис. 14.
рис. 14
Б — предварительная разметка заготовки для муфт, А — схема сборки.
Все рамки выполнены из медного провода диаметром 2—3 мм.
Рамки диапазона 14 мГц укрепляют непосредственно на шестах, а рамки других диапазонов растянуты капроновым шнуром.
Размеры рамок и шлейфов приведены в таблице.
Запитывается антенна коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Во избежание перекоса диаграммы направленности желательно применить симметрирующий трансформатор, который выполняется на ферритовых кольцах.
Настраивают антенну общепринятым способом, добиваясь максимального соотношения излучения вперед-назад. Желательно повторить несколько раз настройку, что исключит возможные неточности в настройке элементов. При соблюдении всех размеров рамок и расстояний между ними значение КСВ в фидере получится приемлемым без дополнительных регулировок.
Данная антенна хорошо себя зарекомендовала как в соревнованиях, так и при проведении дальних радиосвязей.
Исходя из оптимальных расстояний рефлектор-вибратор и вибратор-директор радиолюбителем И. Зельдиным (UB5LCV) была разработана конструкция четырехэлементной антенны типа “квадрат” для диапазонов 21 и 28 мГц.
Поскольку длина рамок подбирается с помощью шлейфов в процессе настройки, то на рис. 15. даны только расстояния между элементами. Приблизив рефлектор к вибратору, удалось получить соотношение излучения вперед-назад — 28 дБ.
Настраивается антенна по общепринятой методике.
На рис. 16. показана антенна типа “двойной квадрат”, состоящая также, как и антенна UH8CT из трех элементов на диапазон 20 м, четырех элементов на диапазон 15 м и пяти элементов на диапазон 10 м.
Размеры рамок даны в таблице.
Четырех элементная антенна типа “квадрат” для диапа-зонов 20 и 15 м и пятиэлементная — для диапазона 10 м показана на рис. 17.
Размеры рамок приведены в таблице.
Являясь хорошей конструкцией для диапазона 20 и15 м, антенна показанная на рис 18.
По мнению авторов не может иметь такие же характеристики для диапазона 10м, в виду того, что расстояния между элементами не будут оптимальными для этого диапазона.
Размеры рамок приводятся в таблице.
Данная антенна названа “MONSTER” (рис. 19).
При своих больших размерах она имеет оптимальные расстояния между элементами, что дает возможность достичь очень хороших результатов и характеристик на диапазонах 20,15 и 10 м.
Соотношение излучения вперед-назад на всех диапазонах не хуже 32 дБ, а усиление составляет 10,5 дБ по отношению к полуволновому диполю на диапазонах 20 и 15 м и 11 дБ на диапазоне 10м.
Антенна нуждается в многократном повторении процедуры настройки элементов и только после этого можно достичь отличных результатов в ее работе.
