Направленная антенна 2E3B

Проволочная двухэлементная трёхдиапазонная антенна

2E3B (два элемента три диапазона)

Работая в эфире в полевых условиях (соревнования, отдых и пр.), радиолюбители обычно используют простые антенны GP, IV, LW и т.д. Но не исключено, что многие задавались целью применить что-то более эффективное, например, направленную антенну. При этом она должна быть лёгкая в перевозке и не сложная в установке...

Свой поиск подходящего варианта я начал с повторения антенны "SPIDER BEAM" ("ПАУК") от DF4SA [1].

Отличная проверенная конструкция, которая достаточно подробно описана для самостоятельного изготовления и которую, в принципе, можно купить. Однако сборка и подъём этого "паука" в поле заняли около 3 ч 40 мин. К тому же приобретённые для изготовления несущей конструкции антенны четыре китайских удилища длиной 6 м и обрезанные до требуемых пяти явно не подходили для неё. Они изгибались как "змеи" в разных местах, и их следовало бы заменить более прочными, более толстыми удилищами или стеклопластиковыми трубами. Но это как-то не вписывалось тогда в мои планы, хотелось чего-нибудь "направленного" попроще и полегче. Дальнейшие поиски продолжались с помощью компьютерной программы "MMANA". Самая простая и малогабаритная направленная трёхдиапазонная проволочная антенна конструкции VK2ABQ [2], очень давно описанная, не обладала в "моделировщике" выразительной диаграммой направленности и соответственно усилением, хотя и была вполне работоспособной. 

Рис. 1. Чертёж антенны

Также простая и приличная по всем параметрам антенна "MOXON" [3] тоже вполне удовлетворяла, но для "нижнего" диапазона 14 МГц требовались несущие элементы длиной более четырёх метров. К тому же большинство попавшихся мне описаний "MOXON''-ов были либо однодиапазонными, либо совмещёнными с другими, не подходящими для меня диапазонами. А мне нужна была антенна, работающая на 14, 21 и 28 МГц.

И наконец, после нескольких часов работы с программой была смоделирована проволочная двухэлементная трёхдиапазонная антенна - нечто среднее между "VK2ABQ" и "MOXON". Я назвал её 2E3B (два элемента три диапазона)... 

Забегая вперёд, скажу, что многократные испытания антенны в полевых условиях подтвердили её полную работоспособность. В сравнении с GP она давала выигрыш 1...3 балла по S-метру на разных дистанциях, хорошо "вырезала" шумы от близко расположенного города, а станции из W или JA отвечали на 10 Вт практически с первого раза.

Чертёж антенны приведён на рис. 1. Её конструкция - классическая для антенн этого типа. Она состоит из четырёх стеклопластиковых распорок ("паука"), поддерживающих в пространстве на требуемых расстояниях элементы трёх проволочных антенн "волновой канал", а также крестовины - узла крепления распорок к мачте. Активные элементы антенны - это три отдельных диполя, соединённых в одной общей точке питания.

Указанные на чертеже размеры вибраторов и рефлекторов справедливы при изготовлении их из проводов расплетённого полевого телефонного кабеля П-274М, каждый провод которого содержит четыре медные и три стальные проволоки, заключённые в полиэтиленовую изоляцию. Можно изготовить элементы антенны и из медного неизолированного провода диаметром 1,2-1,5 мм, увеличив их длину на 3,5 %. Однако, лучше подходит "полёвка", она легче медного провода и меньше вытягивается, что важно для сохранения настройки антенны.

Вариантов выполнения крестовины множество, один из них можно подсмотреть в описании антенны "SPIDER BEAM". Мой первый вариант крестовины был сделан из двух дюралевых равнополочных уголков 30x30 мм с толщиной стенки 3 мм и длиной 60 см. В центре каждого устанавливалась U-образная скоба с резьбой на концах, с помощью которой уголок крепился к мачте. Уголки располагались на мачте один над другим и прочно держали распорки на протяжении нескольких выездов в поле. Но у узла был и один недостаток. Каждый раз при сборке антенны требовалось устанавливать по шаблону угол "крестовины" (72°), который при затягивании U-скоб постоянно пытался "улизнуть". Впоследствии этот узел был доработан, и уголки были надёжно закреплены винтами М6 на общей четырёхмиллиметровой дюралюминиевой пластине размерами 70x130 мм. Вид узла представлен на фотографии рис. 2.

Рис. 2. Вид узла

Каждая распорка (удилище) крепится к крестовине с помощью двух червячных хомутов. В местах установки хомутов распорка предварительно обмотана резиновой лентой, вырезанной, например, из негодной велокамеры. А резиновая лента, в свою очередь, закреплена посредством нескольких витков ПХВ-изоленты.

Чтобы упростить и ускорить сборку антенны, очень важно разметить на распорках (например, краской разных цветов) точки крепления её активных элементов. Способы крепления здесь могут быть разные - хомуты, липкая лента, пластиковые стяжки, защёлки и т. д. Главное, чтобы выбранный способ обеспечивал невозможность перемещения проволочного элемента по распорке. У меня в этих местах дополнительно просверлены отверстия диаметром 2,5 мм, через которые при сборке антенны пропускаются отрезки миллиметрового эмалированного медного провода. Концы этого провода загибаются вверх и перекручиваются друг с другом, образуя небольшие хомутики для крепления элементов антенны в местах перегиба.

На рис. 3 представлены чертежи вибратора, рефлектора и линии питания. Размеры вибраторов и рефлекторов, а также положение меток, где проволочные элементы сгибаются и крепятся к распоркам, указаны в табл. 1 и табл. 2 соответственно. Как уже отмечалось, совместно с метками на распорках это упрощает и ускоряет сборку антенны, обеспечивая конструкции симметричность. Следует учесть, что в табл. 1 указана только половина длины диполя. Вторая половина аналогична.

Рис. 3. Чертежи вибратора, рефлектора и линии питания

Таблица 1

Таблица 2

На концах элементов образованы петли, закреплённые с помощью проволочных бандажей. В петли при сборке пропускается леска, которая стягивает концы элементов друг с другом. Бандажи и метки на проводах элементов выполнены плотной намоткой четырёх витков медной проволоки диаметром 1 мм.

На вибраторах с одной стороны вместо петель припаяны кольцевые клеммные наконечники под винты М4. С помощью наконечников вибраторы одноимённых диапазонов крепятся к изоляторам, образуя полноценные диполи (вибраторы диапазона 28 МГц крепятся к плате "балуна").

Линии питания также выполнены проводом П-274М и удерживаются параллельно друг к другу в непосредственной близости отрезками термоусаживаемой трубки. При этом ухудшения КСВ по диапазонам не отмечается. Главное, не допускать перекручивания линий, иначе работа антенны нарушится. К концам проводов линий также припаяны кольцевые клеммы под винты М4, а на плате изоляторов установлены винты М4 с гайками для крепления половинок вибраторов и линий питания.

Длина провода для вибраторов берётся на 10...15 см больше, образуя отводы для настройки антенны. Укорачивая их длину, можно точнее найти минимум КСВ в нужном участке диапазона. Антенна оказалась не слишком узкополосной, как предполагалось. Поэтому эффект от регулировки их длины выражен незначительно. Но так как кусать проводник легче, чем наращивать, решено было их оставить. В итоге от первоначальной длины 10...15 см на моей антенне остались отрезки длиной 4...5 см. Если настройкой антенны заниматься нет желания или возможности, рекомендую сразу укоротить их по длине до 5 см. Думаю, что КСВ в этом случае не превысит значения 2 ни на одном из диапазонов.

Пайка кольцевых наконечников к проводу П-274М обычно не вызывает проблем, если провод не старый (не потемневший). Пайку следует производить быстро, с достаточным количеством флюса, так как изоляция быстро плавится. Не лишними будут здесь и разноцветные термоусаживаемые трубки. Это поможет при сборке антенны не перепутать элементы одноимённых диапазонов и линий питания (их длины несколько отличаются) и сэкономит время.

Изоляторы размерами 20x40 мм и плата "балуна" размерами 50x90 мм выполнены из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Их эскизы представлены на рис. 4. Для снятия статических зарядов на плате "балуна" параллельно зажимам питания установлен резистор МЛТ-2 100 кОм. "Балун" и кабель питания крепятся к плате пластиковыми стяжками. Намотка "балуна" выполнена классически - 5+5 витков кабелем RG-58 C/U на противоположных сторонах ферритового кольцевого магнито-провода FT-140-61 фирмы Amidon. Можно, наверное, применить и отечественный магнитопровод проницаемостью 200...600 соответствующего типоразмера.

Рис. 4. Эскизы изоляторов и плата "балуна"

У одной из обмоток в качестве вывода оставлен отрезок кабеля длиной около 1,2 м, к которому припаян разъём SO-239. Он механически крепится вверху мачты так, чтобы "сползание" было невозможным. Разъём служит для подсоединения к более толстому кабелю (к примеру, RG-213), идущему вниз к трансиверу. Применение тонкого кабеля от "балуна" к мачте вызвано стремлением уменьшить массу и соответственно провисание вибраторов в центре. С другой стороны, потери в тонком кабеле достигают 1 дБ на частоте 28 МГц уже при длине около 10 м, и применять его в качестве полной длины фидера к трансиверу чревато потерями. Можно, конечно, использовать дополнительную распорку длиной около 1,2 м от мачты к плате "балуна". Тогда более толстый кабель может быть подведён непосредственно к "балуну", где целесообразно, в этом случае,установить ВЧ-разъём.

Сборку антенны лучше всего производить на короткой вертикальной мачте (1,5...2 м), надёжно закреплённой в основании. Очень удобно, если это будет первое "колено" выдвижной мачты. Установив распорки, закрепляют рефлектор и вибратор диапазона 28 МГц, затем диапазона 21 МГц и последним - 14 МГц. Подсоединив концы вибраторов к изоляторам (вибратор 28 МГц - к "балуну"), производят подключение питающих линий. После этого слегка подтягивают (лучше всего одновременно, с обеих сторон) и связывают концы однодиапазонных элементов леской. В этой операции главное не переусердствовать - не изогнуть удилища и не оставить элементы антенны свисающими. Кстати, как показала практика, при разборке антенны эти же куски лески лучше отвязывать только с одной стороны, что упростит последующую сборку (или изготовить эти соединения на основе мини-карабинов). Чтобы концы удилищ не провисали, их можно подтянуть с помощью лески или шнура к выступающей вверх на 0,5... 1 м трубе мачты.

На сборку и установку антенны требуется менее двух часов. Для распорок подходят четыре удилища длиной 5...6 м из стеклопластика (или стеклопластиковые трубы), обрезанные до длины 3,7 м. Масса антенны с полотнами, выполненными из полевого провода П-274М (без мачты и кабеля питания), чуть больше 3 кг, поэтому её легко можно поднять в одиночку на лёгкой выдвижной мачте. Для вращения антенны, при необходимости, можно применить недорогое поворотное устройство для ТВ-антенн. Как показала практика, антенна довольно хорошо работает, чётко проявляя свою направленность, уже на высоте около восьми метров, поэтому её параметры в табл. 3, взятые из программы "MMANA", приведены для этой высоты установки над "средней" по проводимости землёй. Понятно, что чем выше, тем лучше, но для полевых условий вряд ли подходит большая и тяжёлая мачта.

Таблица 3

 Литература:

1. Трёхдиапазонная направленная антенна"Спайдер" (DF4SA"SPIDER BEAM"). - URL: http://www.cqham.ru/spider.htm (01.10.17).
2. Малогабаритные коротковолновые антенны. - URL: http://ra3tox.qrz.ru/s9/ an_ra475.html (01.10.17).
3. Прямоугольник Moxon. Обозрение. - URL: http://www.cqham.ru/cebik_n.htm (01.10.17).

Автор: Николай Мясников UA3DJG, г. Раменское Московской обл.

См. также  Антенны КВ