Фазированная решётка для дальних связей на КВ

Фазированная решётка из двух антенн MOXON

Антенны для дальних связей на КВ

Вертикальный излучатель (см. "Изогнутый вертикальный диполь"), позволяет легко реализовать и направленную антенну (вертикальный MOXON), и даже фазированную решётку из двух антенн MOXON для дальних связей. Причём обе эти антенны (не требующие системы противовесов) весьма удобны для размещения на ограниченных по площади дачных участках, а также для радиолюбительских экспедиций.

 

Схематический чертёж для вертикального MOXON на диапазон 17 метров приведён на рис. 1. Размеры на нём даны в метрах, Х1 и Х2 - это точки подключения фидера. Диаграмма направленности этой антенны и другие её характеристики приведены на рис. 2. Хотя она и является неплохой направленной антенной с малым углом излучения, всё же имеет недостаточное усиление по сравнению с многоэлементными "волновыми каналами" или "квадратами". Поэтому у нас, естественно, возникло желание попробовать сделать фазированную решётку из двух таких антенн.

 

Рис. 1.

 

Схематический чертёж для вертикального MOXON на диапазон 17 метров

 

Рис. 2.

Диаграмма направленности антенны и её характеристики

 

Простота конструкции и малое место, необходимое для её размещения, делают задачу легко выполнимой. Эксперимент мы проводили на диапазоне 17 метров, поскольку исторически один вертикальный MOXON для этого диапазона у нас уже был изготовлен. Его расчётные характеристики: усиление - 4,4 дБ; задний лепесток подавлен более чем на 20 дБ; максимум излучения - под углом 17 градусов; чистая вертикальная поляризация излучения. И это при высоте нижнего края антенны всего 2 м над реальной землёй!

 

Для антенны MOXON и каждого из составных элементов стека потребуются диэлектрическая мачта высотой 8...10 ми две или лучше три диэлектрические распорки длиной 2,2 м (можно использовать деревянные рейки). Элементы изготавливают из любого медного провода диаметром 1...3 мм, голого или в изоляции.

При эксперименте в качестве мачт мы использовали наборы стеклопластиковых труб общей высотой 10 м от фирмы RQuad, а в качестве распорок - пластиковые водопроводные трубы диаметром 20 мм. Элементы выполнялись из провода "полёвка", а оттяжки - из полипропиленового шнура диаметром 3 мм. Получилась конструкция, схематично изображённая на рис. 3.

Рис. 3.

Конструкция антенны

 

Провод пропущен через отверстия возле концов распорок и закреплён на них с помощью липкой ленты или пластиковых хомутов. Чтобы распорки не прогибались под весом антенны, их концы закреплены леской. Для сохранения прямолинейности активного элемента, которую нарушает вес фидера, используется третья распорка на уровне середины элементов. Через отверстие в ней пропущен провод директора и закреплён на ней в точке подключения активного элемента к кабелю.

 

Фидер (2 на рис. 3) идёт вдоль распорки до мачты и далее вниз по мачте. На него надеты ферритовые трубки или "защёлки" (1 на рис. 3) через каждые 2 м, исключающие влияние его излучения оплётки на характеристики антенны и одновременно симметрирующие токи питания. Антенна легко поднимается на заранее установленную мачту с роликом на вершине с помощью капронового шнура.

 

Диаграммы направленности горизонтального стека из двух таких антенн, рассчитанные с помощью программы MMANA, приведены на рис. 4. Наилучшие характеристики по усилению и по подавлению заднего лепестка получились при расстоянии между антеннами 0,7λ, т. е. 11,6 м.

 

Рис. 4.

Диаграммы направленности горизонтального стека из двух данных антенн, рассчитанные программой MMANA

 

Схема суммирования классическая. Поскольку каждая из антенн имеет входное сопротивление 50 Ом, используются кабели питания с волновым сопротивлением 75 Ом, электрической длиной 0,75λ (с учётом коэффициента укорочения кабеля). К концам кабелей входное сопротивление антенн трансформируется в 100 Ом. Поэтому их можно соединить параллельно с помощью тройника, а далее подключать фидер с волновым сопротивлением 50 Ом любой длины. Длина трансформирующих кабелей выбрана 0,75λ, поскольку при длине 0,25λ их длин не хватает, чтобы перекрыть расстояние между антеннами стека. На изготовление второго экземпляра этой антенны нам потребовалось часа два. Мачты установили с разносом 11,6 м (ширины дачного участка хватило).

 

Настройку каждой из антенн производили отдельно, подключая их через кабель длиной полволны (с учётом коэффициента укорочения, конечно) и подрезая концы нижних отогнутых частей элементов. Для исключения ошибок в настройке необходимо обратить особое внимание на подавление синфазных токов в кабелях питания с помощью трубок ("дросселей"), надетых на кабель. Нам пришлось использовать до десяти ферритовых трубок, распределённых по длине кабеля 75 Ом, прежде чем результаты стабилизировались. Эти "дроссели" должны быть на трансформирующих кабелях, соединённых тройником. На фидер, соединяющий тройник с трансивером, дроссели надевать необязательно.

 

При отсутствии ферритов можно дроссели заменить несколькими витками кабеля, собранными в бухту диаметром 15...20 см, расположив их вблизи точек питания антенн и около тройника. Для улучшения работы антенн практически всю свободную длину трансформирующих кабелей можно собрать в бухты "дросселей".

 

После соединения двух вертикальных антенн MOXON в решётку резонансная частота уходит вверх примерно на 500 кГц, а КСВ на центральной частоте становится равным 1,4.

Корректировать резонанс системы, подстраивая MOXON, нельзя, поскольку при этом "разваливается" диаграмма направленности. Наиболее простые способы согласования системы: либо включение катушек с индуктивностью 0,2 мкГн последовательно с входами обеих антенн, либо одного конденсатора 400...550 пФ (подобрать ёмкость по минимуму КСВ на центральной частоте) последовательно с входом тройника со стороны фидера. При этом полоса пропускания антенны по уровню КСВ <1,2 получается около 200 кГц. Вот основные характеристики этого стека при высоте нижнего края антенн 2 м над реальной землёй:

 

Усиление, дБ (дБд).............................................8,58 (6,43)

 

Угол элевации, град...............................................17

 

Подавление задних лепестков, дБ ......................>25

 

КСВ в рабочем диапазоне................................... <1,2

 

Наличие боковых лепестков с подавлением 10 дБ относительно главного не является, как нам кажется, серьёзным недостатком, поскольку позволяет слышать станции и за пределами узкого главного лепестка, не поворачивая антенны.

 

Нам неизвестны иные конструкции антенн, обладающие столь высокими параметрами при такой конструктивной простоте.

 

Рис. 5.

 

Разумеется, эта фазированная решётка стационарна и должна устанавливаться в направлении DX, наиболее интересующих оператора (на запад, например). Повернуть затем её диаграмму на восток будет нетрудно: для этого нужно опустить антенны, развернуть их на 180 градусов и снова поднять на мачты. У нас эта операция после некоторой тренировки занимала не более пяти минут. Фото экспериментальной антенны приведено на рис. 5.

 

Авторы: Владислав Щербаков (RU3ARJ),

Сергей Филиппов (RW3ACQ),

Юрий Золотов (UA3HR), г. Москва