Главная » 2017 » Сентябрь » 16 » Широкополосный объёмный экспоненциальный вертикальный излучатель (UW4HW)
22:52
Широкополосный объёмный экспоненциальный вертикальный излучатель (UW4HW)

С появлением в последние годы на радиолюбительских рынках современных KB трансиверов ведущих мировых производителей, таких как YAESU, KENWOOD, ICOM, TEN-TEC и др., построенных на основе радиочастотных синтезаторов и имеющих, как правило, полосу приёмника от 100 кГц до 30 МГц, резко возрос интерес радиолюбителей к широкополосным антеннам максимально перекрывающим полосу приёмника. Велик интерес к относительно дешёвым, эффективным, всенаправленным, многодиапазонным антеннам у операторов цифровых сетей (Packet, Packtor и др.). Аналогичные требования к антенно-фидерным устройствам предъявляются в связи с изменениями границ уже существующих любительских диапазонов. Классический этому пример диапазон 3,5 МГц. 

 

При разработке конструктива обзорной KB антенны автор исходил из следующих, как кажется, весьма противоречивых требований:
— Перекрываемый диапазон частот от 3 до 30 МГц.
— Отсутствие частотозависимых согласующих и коммутирующих устройств.
— Одна общая фидерная линия.
— Максимальный КПД и эффективность на дальних трассах.
— Минимальная ветровая нагрузка и простота конструкции.
— Хорошая повторяемость, отсутствие необходимости настройки.
— Хорошие экономические показатели (стоимость антенны, приведённая к одному диапазону).

Конструктивно объёмный излучатель представляет собой два конуса с общим основанием dmax (см рисунок выше), образованные в пространстве восемью медными проводами (диаметр 2 мм) и сечением в вертикальной плоскости в виде неправильного ромба высотой h1, горизонталью dmax и образующей L. 

Вид на излучатель сверху: 

Точки питания А, подключения радиальных проводов В и соединения элементов излучателя С изолированы от опоры (мачты). С целью уменьшения влияния окружающей среды автор рекомендует применять в точках крепления излучателя к опоре (А и С) изолятор с высокой добротностью т.е. фторопласт, керамику, оргстекло. Причём желательно применение диэлектрической опоры, либо, в случае применения проводящей опоры, разбивать её изоляторами на 3 и более частей. 

Антенна представляет собой антенну открытого типа, т.е. точка питания и центральная жила фидера не связаны гальванически с оплёткой и радиалами. Автор предостерегает, что все модернизации, связанные с запиткой электропроводящей мачты, с её заземлением, соединением с системой радиалов и т.д., в корне изменяют принцип работы представленной антенны и, обычно, приводят лишь к ухудшению её параметров. 

За основу разработки была взята необоснованно забытая идея фирмы Cushcraft, известная ещё с 30-х годов, описанная в «Справочнике военного» 1941 года издания, в статье Матийченко (UW4HW), 1969г., а также в публикации W5WEU в известной книге «Antennenbuch», Karl Rothammel, Berlin, 1989 г. 

В частности, последний автор приводит геометрические размеры для диапазона 3,5 МГц: h1=13,1 м, h2=5,15 м, dmax=5,4 м, L=14,26 м, что не подтверждается экспериментально. 

Антенна нормально начинает работать на диапазоне 3,5 МГц при минимальных размерах излучателя h1=13,25 м, h2=5,21 м, dmax=5,52 м, L=14,42 м. Автором была экспериментально опробована и другая пропорция этого же излучателя для «частоты среза» 3 МГц h1=14,8 м, h2=5,84 м, dmax=6,12 м, L=16,08 м, причём 8 образующих излучатель медных проводников одновременно являются и верхним ярусом оттяжек. Опора собрана на основе лёгкого алюминиевого телескопа высотой 7 м, дополненного в верхней части 7,8 метровой трубкой диаметром 35 мм. Все оттяжки (всего 3 яруса) выполнены биметаллическим проводом (диаметр 2 мм), который разбит изоляторами через каждый метр. Система противовесов содержит шесть радиальных проводников длиной 20,6 м, 12 проводников длиной 10,6 м и по четыре радиальных проводника длиной четверть волны на все последующие диапазоны. 

Места соединения А, В и С представляют собой изоляторы, изготовленные из фторопласта и снабжённые медной шиной — соединителем, к которой припаяны все радиальные проводники либо элементы излучателя. Изоляторы фиксируются на опоре любым способом. Расстояние между А и В равно 5 см. Следует отметить, что требования к системе противовесов объёмного излучателя такие же, как и требования к системе радиалов любых многодиапазонных штыревых антенн. Количество же радиальных проводников в основном и определяет КПД антенны в целом. Чем выше количество радиальных проводников, чем равномернее покрывают они поверхность «искусственной земли», тем выше КПД антенны. Экспериментально подтверждаются очень хорошие результаты работы антенн такого типа на крышах с металлическим покрытием, что лишний раз доказывает, что они очень мало зависят от резонансных свойств противовесов. 

При питании излучателя коаксиальным кабелем произвольной длины с волновым сопротивлением 50 Ом КСВ по диапазонам распределился следующим образом: на частотах 3,5; 3,6; 3,7; 3,8 МГц — сответственно 1,8; 1,8; 1,8; 1,7; на 7,0; 7,1; 7,2; 7,3 МГц — 1,5; 1,5; 1,4; 1,4; на 10,1; 10,2 МГц -1,9; 1,8; на 14,0; 14,1; 14,2; 14,3 14,4 МГц -1,1; 1,0; 1,0; 1,0; 1,0; на 18,1; 18,2 МГц -1,8 1,8; на 21,0; 21,1; 21,2; 21,3; 21,4 МГц-1,9; 1,8; 1,8; 1,8: 1,8; на 24,9; 25,0 МГц -1,2; 1,2; на 28,0; 28,5; 29,0; 29,5 МГц -1,3; 1,2; 1,2; 1,2. 

Автор рекомендует запитать излучатель коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 75 Ом и электрической длиной кратной половине волны для диапазона 3,5 МГц, что с учётом коэффициента укорочения 0,66 для большинства распространённых коаксиальных кабелей составит 27,1*n метров, что значительно улучшит КСВ в низкочастотной составляющей полосы и перераспределит его в высокочастотной составляющей.

Антенна расположена на шиферной крыше пятиэтажного здания. Практические испытания антенны проводились в период с сентября по январь и показали хорошие результаты даже на тех диапазонах, где КСВ составляет 1,8-1,9. На низкочастотных диапазонах работа антенны полностью соответствует работе обычного GP. На передатчике мощностью 100 Ватт были проведены QSO с ведущими экспедициями этого периода. Среди них: A35ZL, FOOSUC, 3C1GS, J6/ IN3ZN, V63DX, XZ1N, TL5A, T88JA, 3D2DK, T20FW, ZL9CI и др. на диапазонах 10 МГц CW, 7 МГц и 3,5 МГц CW и SSB. На ВЧ диапазонах работа объёмного излучателя показала очень обнадёживающие результаты и полное превосходство на 5-10 dB своих однодиапазонных четвертьволновых собратьев. В частности, на диапазоне 14 МГц работа объёмного излучателя сравнивалась с аналогичным объёмным излучателем с h1=5,1 метра, а также с удлинённым GP этого диапазона.

Для достижения более эффективных результатов объёмного излучателя на диапазоне 80 м целесообразно увеличить h1 до 18,5 м, что максимально приблизит его электрическую длину к четверти волны для этого диапазона. Как видно из рассуждений, можно легко синтезировать и любую другую электрическую длину объёмного излучателя, сохраняя при этом его конфигурацию, углы и соответствующие фазовые соотношения. В этой связи сохраняется определённое пространство для творчества и модернизаций.

Из подведённой в период испытаний статистики установлено, что наиболее популярными антеннами, применяемыми радиолюбителями для работы на НЧ диапазонах являются INVERTED VEE и горизонтальный треугольник для диапазона 80 метров, видимо в силу своей простоты и конструктивной удобности. Однако следует отметить, что вышеперечисленные антенны существенно проигрывают объёмному излучателю по всем основным параметрам, а также имеют ярко выраженную, фиксированную диаграмму направленности и нуждаются в настройке. Экономические же характеристики, т.е. стоимость, приведённая к одному диапазону, весьма соизмеримы. Хочется надеяться, что объёмный широкополосный излучатель найдёт своё применение и займёт достойное место в ряду популярных коротковолновых антенн, а также как элемент антенных решёток. Автор отдельно благодарит операторов RA4PY и RW4PS за оказание помощи по анализу сравнительных характеристик и сбору статистической информации.

UA4PK

 

Категория: Мир Антенн | Просмотров: 195 | Добавил: r4iii | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar