HELLORADIO.RU — интернет-магазин средств связи
EN FR DE CN JP
QRZ.RU > Радиолюбительские статьи > Заметки радистов > Антенна диапазона 80 метров - 4 Square

Антенна диапазона 80 метров - 4 Square



Автор: Андрей Святец, UA0ANW
Все статьи на QRZ.RU
Экспорт статей с сервера QRZ.RU
Все статьи категории "Заметки радистов"
WEB автора http://ua0anw.andys.ru
 

Для каждого кто, достаточно серьезно занимается любительской радиосвязью, нет повести печальнее на свете, чем создание и постройка антенн на длинноволновые диапазоны. Даже для диапазона 40 метров сделать эффективную антенну весьма не просто ввиду ее больших размеров. А если говорить о диапазонах 80  и 160 то и подавно начинаешь грустить.
Как правило, дальше полуволнового диполя, который с трудом удается повесить между 5-ти  или, в лучшем случае, между 9-ти этажками дело не идет. Высота подвеса такой антенны  обычно не более 20-25 метров. Редко когда удается радиолюбителю  сделать больший подвес полотна антенны. Наверное, в городских условиях это самая популярная антенна.
Некоторым удается повесить между домами так называемый «треугольник». У этой антенны длина периметра равна длине волны, а по форме как  раз напоминает треугольник. Полотно такой антенны в подавляющем большинстве случаев располагается параллельно земле, а следовательно такая антенна однозначно излучает в зенит, что на самом деле не лучше того же полуволнового диполя между домами, который излучает практически во все стороны одинаково ввиду его «низколетящего» подвеса над землей.
 
Антенны других типов городскому радиолюбителю фактически не доступны. Бывает, что удается поставить вертикальный 1/4L излучатель типа «GP». Если на диапазон 40м сделать такую антенну еще не очень сложно -  длина излучателя составляет чуть менее 10 метров, то  о диапазоне 80м  можно только мечтать. Поставить на крыше 20-ти метровый штырь практически невозможно! Про диапазон  160м говорить вообще не приходится. Антенны  большие, как ни крути.
 
Мне пришлось столкнуться с теми же проблемами, что и большинству моих соратников по несчастью. В моем распоряжении была только крыша девяти этажного дома. Ситуация  изменилась, когда я перебрался подальше от города спасаясь от дикого городского индустриального эфира, который не дает возможности принимать очень слабые станции. Однако и там вопрос постройки антенн на диапазон 80метров  оказался не так прост, если не сказать что еще хуже. Основная беда – высота подвеса антенны над землей.  Какую антенну не сделай, диаграмма антенны распложенной менее чем 1/2L над землей как известно круговая. Значит надо ставить высокие мачты. Для диапазона 80м мачта нужна как минимум 40метров!!! А это, как вы понимаете далеко не игрушка, а серьезное  высотное сооружение требующее больших затрат и большого участка земли. В общем, проблем еще больше.
 
Мысль сделать антенну с вертикальной поляризацией в голове крутилась давно. Такие антенны, как показала многолетняя практика радиолюбителей всего мира, в длинноволновых диапазонах работают значительно лучше своих «горизонтальных» братьев. Простой вертикальный излучатель типа «GP» с системой противовесов,  пожалуй, лучшее что можно сделать для эффективной работы. Тысячи радиолюбителей повторили такую антенну и результаты в подавляющем большинстве своем  были очень хорошие.  Все же внутренне я относился скептически к такому варианту, потому как был небольшой ( и неудачный) опыт, который еще дальше отталкивал меня от постройки такой антенны. Поэтому когда Юрий Петрович Саломатов

предложил провести эксперимент и  сделать антенну с вертикальной  поляризацией,  да еще и не простую, а 4-х элементную  фазированную антенную решетку, то я, сказать честно,  отнесся к этой идее более чем прохладно. Душевного подъема и энтузиазма у меня эта затея не вызвала. Если обычный «GP» я еще видел и на нем работал, то про то, о чем говорил Юрий Петрович я читал только в книгах, а уж живьем и отродясь не видел. Одним словом городить этот огород не  было ни малейшего желания.  Скорее всего эта затея так и осталась бы затеей, если бы не надо было на тот момент опускать 35 метровую мачту со сломанным 3-х волновым каналом на диапазон 40м. Ветер сделал свое дело и надо было переделывать все заново. Поэтому после долгих раздумий я решил все же попробовать поиграть в вертикальные штыри, тем более что на тот момент у меня только одна антенна на 80м, это традиционный InV.
 
Конструкцию в общих деталях оговорили и за основу была взята антенна описанная ON4UN  в своей замечательной книге «Low Band DX-ing». В результате антенна получилась  такая же,  но с небольшими отличиями, которые не имеют принципиального значения.

Конструкция антенны

Для размещения антенны использовали 35 метровую военную мачту «Унжа», на самом верху которой установлен редуктор с антенной 3 элемента Яги на диапазон 40метров. Ниже, на высоте  27 метров была закреплена крестовина. Если внимательно посмотреть на фото «мачта_35м»

то дальнейшее описание будет более понятным.  Длина каждого из  4-х плечей 10 метров. Т.е. противоположные концы креста были расположены на расстоянии 20 метров. Сами палки крестовины выполнены из стеклотекстолитовых полых труб составленных из трех труб разного диаметра. Концы труб, разумеется, подвязаны и растянуты вверх, чтоб не провисали.  Крестовина сразу располагалась так, что бы концы этого креста были направлены на основные стороны Света –  на Север, Юг, Запад и Восток. Т.е. предполагаемая диаграмма направленности должна была переключаться по этим направлениям. С концов каждой палки крестовины вниз спускается вертикальный элемент -  медный многожильный провод диаметром около 3 мм. в полиэтиленовой изоляции. У многожильного провода шансов вытянуться меньше. Для этого использовали провод, который продается в любом радиомагазине для бытовой техники. Вообще-то он предназначен для акустических систем и называется  Rocar Acoustics. Вот этот провод и является вертикальным излучателем антенны. Мы не стали использовать медную проволоку, потому что она вытягивается. Можно было использовать  и биметалл. Это штука хорошая, но тяжеловат для таких целей. На расстоянии 14,5 метров от центра мачты под каждой из крестовин установили 9-ми метровые столбы смотрите «мачта_9метров»

Посмотрите на «рисунок-80м» и все  будет проще понять о чем идет речь.

На верху каждого столба была закреплена коробка, которая является точкой подключения питания каждого элемента антенны. В коробке находится реле, назначение которой будет описано несколько позже  и коаксиальный разъем, к которому подключается  кабель питания. От этой коробке отходит вторая, горизонтальная часть элемента – противовес. Провод идет не совсем параллельно земле, а снижаясь. Конец каждого горизонтального элемента находится  от  3-х до 5-ти метров над землей. Одним словом как получилось - так получилось, потому что тот участок земли, на котором все это делалось, не является идеальной  плоской поляной.
 
От каждой из 4-х коробочек этих столбов к центру мачты подходит коаксиальный  кабель электрической длиной 1/4L. Сразу отмечу один важный момент – все куски кабелей, которые используются  при построении антенны должны быть отмерены и изготовлены на одну частоту. В случае с описываемой антенной, я остановился на частоте 3,65 Мгц и все длины кабелей отмерял только для этой частоты.  Расчеты, проведенные вдохновителем идеи показали, что надо использовать кабель с волновым сопротивлением 75 ом. Однако это не было однозначно. Поэтому решили сначала сделать измерения потом еще раз расчет, (на самом деле это было несколько раз)  и только после это принимать решения  какой кабель ставить – 50 или 75 ом.  Длина кабеля от точки питания до мачты тоже имеет значение. Дело в том ,что используя обычный полиэтиленовый кабель к коэффициентом укорочения 0,66 (в литературе иногда встречается другой термин – «коэффициент замедления», что по сути одно и то же) мы получим длину кабеля для частоты 3,65 Мгц – 13,56м.
 
Таким  образом кабель даже не достанет до центральной мачты. Что бы решить эту проблему можно сделать длину кабеля 3/4L.  Ну в принципе это то же решение вопроса, однако придется потратиться на кабеля. Мы пошли несколько иным путем использовав кабель с Кук – 0,82. Такой коэффициент укорочения у всех полувоздушных кабелей использующих в качестве диэлектрика вспененный полиэтилен. Простой расчет показывает, что длина такого кабеля на частоте 3,65 Мгц будет уже 16,85 метра. Что собственно позволило разместить коммутационный ящик внизу прямо на мачте, эдак на высоте 1,5м  от земли. Это конечно же упростило дальнейшую работу и позволило сэкономить более 100 метров кабеля.  Для этих целей, после небольших поисков мы использовали 75-ти омный кабель CATV-11 фирмы CAVEL. Прекрасный, качественный кабель. Такой кабель продается в отделах где занимаются приемом телевидения и прочей чуждой нашему брату ТВ лабудой. Все четыре куска кабеля тщательно отмерили и постарались сделать одинаковыми по длине. На обоих концах каждого куска запаяли отечественные разъемы  СР-50.
 
Хочу сказать про разъемы и отметить, что мы сразу отказались использовать легко монтируемые и широко распространенные  в технике связи разъемы PL-259. Они быстро устанавливаются, но уже меньше чем через месяц разбалтываются и контакт оставляет желать лучшего. Отечественный разъем СР-50 монтируется конечно же дольше и много кропотливой работы по заделке таких разъемов, но качество и надежность на несколько порядков выше. Такие разъемы могут находиться под дождем и снегом по несколько, а то и более лет, и никаких проблем с контактом нет. Разъем же PL-259 надо проверять и переделывать каждые полгода, если не чаще. В общем, лучше буржуйские разъемы  не использовать. Конец кабеля, который подключается к коробке с реле, т.е. к точке питания, необходимо обязательно оснастить «токовым симметрирующим  устройством». Этому надо уделить особое внимание, иначе антенна может и не заработать. Для этого использовались ферритовые кольца проницаемостью 2000НН. Оказалось их не так просто найти, но удалось таки найти в общей сложности почти 500 штук. Кольца правда были не все одинаковые, разного размера. Но я их разложил на четыре кучки так, что в каждой оказалось одинаковое количество колец одного диаметра. Т.е. они получились, условно говоря, равноценны по общей магнитной проницаемости. На каждый кабель было одето около 120 штук. Причем часть колец оказалась с внутренним диаметром чуть меньше внешнего диаметра кабеля и никак не надевались на кабель. Пришлось снять часть внешней оболочки кабеля и одеть кольца вплотную прямо на оплетку кабеля. Это, кстати, даже еще и лучше  для работы токового симметрирующего устройства. Когда все кольца были одеты и заделан разъем, сверху на  кольца была надета термоусадочная трубка, и кольца, таким образом, получились плотно прижаты к друг другу. Потом поверх колец в один слой была намотана специальная изолента, придав  всей конструкции очень жесткую форму эдакой «колбасы» длиной около метра.  Изолента, о которой идет речь, используют   при монтаже антенн сотовой связи для заделки разъемов коаксиальных кабелей от влаги дождя и т.д. Изготовитель фирма «3Com». Классная штука, рекомендую заделывать все разъемы, что находятся под открытым небом.
 
Теперь о еще одной важной части антенны – гибридном ответвителе. Гибридный ответвитель тоже самодельный, потому что фирменный купить просто не где. Схема ответвителя и его конструкция приведены на фото.


 

Катушки выполнены из медной  шины шириной 6мм и толщиной 2мм. Можно было использовать и провод по меньше, но, сами понимаете, запас по мощности ни когда не помешает. Немного  тяжело работать с таким проводом так как он плохо гнется и обрабатывается. Для намотки использовали подходящую по диаметру трубу диаметром 5-6см. Делали по науке и предварительно был  проведен расчет диаметра катушки и количества витков. Каждая катушка помешена в отдельную экранированную  секцию. Коробку для катушек ответвителя  сделали из обычного фольгированного стеклотекстолита, который оказался под рукой. Все это хорошо видно на фотографии. Он хорошо обрабатывается и легко паяется, что позволяет быстро сделать коробку любой формы. Конденсаторы использовали марки КВИ. С ними совсем просто - они  укрепляются на корпусе с помощью винтов. В результате получилась аккуратная и жесткая конструкция.  Чтобы проще было работать и настраивать всю систему, на корпус ответвителя установлены четыре корпусных разъема СР-50. Изготовленное устройство предварительно было настроено и проверено по приборам.
 
В качестве нагрузки задействовали большой угольный  резистор от эквивалента нагрузки длиной около 40см и диаметром около 5-7 см. К сожалению, не удалось найти 50-ти омный резистор, поэтому  модернизировали 75-ти омный. Для этого был изготовлен медный хомут из той же проволоки что и катушки. Подключив обычный ОМ-метр и двигая хомут по резистору нашли положение в 50 ом.  Получилась хорошая и надежная нагрузка.

Ну и наконец последняя деталь. Это сам коммутатор.


 

Переключающие реле марки РЭВ-14 в количестве 8 штук поместились также в отдельную коробку. Ничего сложного в конструкции нет, за исключение размещения реле. Они были размещены так, что бы длины ВЧ проводников между ними были минимальны.  Управление этой коммутационной коробкой осуществляется переключателем, который, разумеется, находиться в шеке (радиорубке). Фото этой коробочки вы то же можете посмотреть.

Коммутатор и гибридный ответвитель  помещены в  металлический шкаф, который укреплен прямо на подъемном станке центральной мачты.  Этот металлический шкаф я просто купил в магазине электротоваров.  В такие шкафы обычно размещают электрощитки, электросчетчики и прочее электрооборудование. Все хозяйство, размещенное в нем, получилось закрытым от дождя и снега.  Для ввода кабелей сделали дополнительные отверстия.  Как шкаф смотрится на мачте можно посмотреть на фото

Несмотря на простоту конструкции, изготовление и доведение идеи до реально работающей антенны оказалось делом не простым. На все про все ушло более 3-х месяцев. В основном конечно делали все по выходным. Много времени ушло на изготовление всех этих коробочек, их распайку, монтаж и настройку. Очень долгой и трудоемкой оказалась установка и оснащение 9-ти метровых мачт. Каждая мачта была изготовлена из трехметровых труб диаметром 60 мм и толщиной стенки 3 мм. Они стыковались между собой  с помощью металлической вставки, которые пришлось заказывать отдельно. Всего было использовано 12 труб по три метра и 8 вставок.  Для того что бы можно было подниматься на верх на каждую мачту было прикручено по 13 ступенек. Всего 52 ступеньки! Сами мачты растянуты двумя ярусами крепкой капроновой веревкой на четыре стороны. На что ушло этой самой капроновой веревки  около 300-сот метров.  Растяжки крепились в металлическим кольям вбитыми в землю. Колья, длиной по 1 метру, изготавливались  из металлического уголка 50мм толщиной 5мм. К одному из концов просто приваривалась петля для крепления оттяжек. Всего 16 колов общей длинной  16 метров.  На каждую мачту укрепили по четыре коробочки  в которых установлены вакуумные реле марки В1В. Т.е. по два реле на каждую мачту. Всего 8 реле. Коробочки  для этих релюшек я тоже купил в том же магазине электротоваров, подобрав подходящие по размеру пластмассовые коробки, которые используются  для разводки электропроводки.
 
Для изготовления гибридного ответвителя использовали почти 6 метров медного провода. Для коммутатора задействовали 6 реле РЭФ-14.  Кабеля CATV-11 ушло 68 метров.  Припаяно и заделано 16 разъемов СР-50 папа, и столько же ответных частей.  Для изготовления активных элементов антенны ушло почти 160 метров медного многожильного провода в полиэтиленовой оболочке.  От переключателя направлений из радиорубки до антенны  лежит 8-ми жильный медный кабель, который используется в компьютерных сетях марки UTP пятой категории. Его длина около 70 метров. Столько же лежит коаксиального кабеля. Для этих целей используется РК-50-7-11. На токовое симметрирующее устройство ушло более 500 штук ферритовых колец.
Одним словом когда все это сложили в одну большую  кучу,  то получилась  большая гора из веревок, проводов, болтов, гаек, труб,  и прочего – явно не желая  помещаться  не то что в одну, даже в несколько машин. Антенна оказалась по затратам не такая уж и пустяковая….

Что получилось

После того как была проведена процедура настройки началось самое интересное. Это проверка работоспособности антенны в реальных условиях. Самые первые впечатления конечно же оказались мрачными. Даже не знаю с чем это связать. То ли на момент первых испытаний прохождение было достаточно скверным, то ли еще что. Но факт - оценивая отношение вперед/назад на слух, казалось, что диаграмма хоть и присутствует, но не такая яркая как хотелось бы.  Когда  же начали это же отношение оценивать по прибору и трансивере (по S-метру) то картина начала приобретать вполне приличный вид.   Наблюдения проводили  на  станциях, находящихся на расстояниях 6-8 тысяч км. Характерный пример радиостанции Японии. Переключая направления с востока на запад  принимаемый сигнал уменьшался на на 6-10dB. На слух это почти не заметно, а прибор  не обманешь. В некоторых случаях этот показатель был 12-18 dB.  Когда антенна переключалась на север, принимаемый сигнал уменьшался на 25-30 dB, т.е.  боковое подавление  получилось очень хорошее. В некоторых случаях принимаемый сигнал вообще просто пропадал.
 
Картина стала веселей, когда антенну начали проверять в режиме передачи. Во-первых, все корреспонденты, а основная масса их находится в европейской части, отмечали ярко выделяющийся по громкости  сигнал по сравнению с другими радиостанциями нашей территории. Я начал сравнивать эту антенну с имеющийся у меня InvV.  (Это полуволновой диполь). Корреспонденты  из Москвы, Белорусии  и Прибалтики давали однозначный выигрыш в пользу фазированной решетки с разницей от12 до 18dB!!!  Вообще это конечно очень большая разница. Несколько корреспондентов  из Финляндии, постоянно работающие на этом диапазоне сначала категорически отказывались верить что я работаю из центральной Сибири.  Дело в том, что они начинали меня принимать в тот момент, когда у них еще вовсю светит солнце. Т.е. они слышали меня около 15 часов по своему местному времени, когда у меня  было 19 часов местного времени. Причем мой сигнал, как говорят радиолюбительской среде стоял «ломом» на абсолютно пустом диапазоне. Один радиолюбитель из Швеции сказал мне  - « услышав твой сигнал, я подумал что это работает кто-то из местных радиолюбителей нашего города…». Разумеется  такая картина была не каждый день. Все зависит от прохождения.
 
В течении нескольких недель декабря - января я каждый вечер старался активно работать, чтобы понять как работает антенна и постоянно сравнивая ее с полуволновым диполем. Работая по вечерам в моменты наилучшего прохождения на этом диапазоне мне удавались связи, о которых раньше я мог только мечтать. Если связи с северной и южной Америкой удавались  только в моменты  исключительно  хорошего прохождения, да и то это были единичные  связи с двумя-тремя станциями, то с этой антенной это стало  почти обычным делом. Причем на полуволновой диполь  станции северной Америки практически не слышно. Т.е. прижатая к горизонту диаграмма  направленности делает свое дело. Долгое время, пока не была построена эта антенна, не мог сработать со станциями Австралии и новой Зеландии. Даже услышать их была большая редкость. Теперь в моем аппаратном журнале их несколько десятков.
 
Одним словом антенна работает, и мне кажется более чем великолепно! В этом я окончательно убедился  когда стал работать в соревнованиях. Если на полуволновой   диполь я делал с большим трудом 200-250 связей, потому что большая часть  корреспондентов просто даже не отвечали на мой вызов, то  за последнее время я даже не могу вспомнить такой станции которую услышал и чтоб она мне не ответила.  В последнем очень популярном контесте CQ WW 2003 года  я сделал 965 связей телеграфом, что очень много для  того "откровенно дырявого" места где мы живем. Центр самого большого континента  является, пожалуй, самым плохим местом для проведения связей на диапазоне 80 метров.
 
Но самое главное другое, я  полностью изменил свое мнение и отношение  к антеннам с вертикальной поляризации.
 
Спасибо огромное Юрию Петровичу и Андрею RU0AT, который как обезьяна забирался на 9-ти метровые мачты по десятку раз в день и приложил много сил при постройке и настройке антенны.


Рейтинг читателей этой статьи

Рейтинг текущий - 4.88 балл(ов) (Проголосовало 8 посетител(ей))
Отлично
   7
87%
Хорошо
   1
12%
Потянет
   0
0%
Неприятно
   0
0%
Глаза бы не видали
   0
0%


Отредактировать текст этой статьи?
Обсуждение этой статьи

Обсуждение этой статьи - Скажите свое мнение!
24.11.2015 [08:36] Виктор гость

Автор ни разу не сказал что именно он разработал такую антенну. Просто и понятно описана одна из реализаций подобных антенн. ON4UN тоже не автор и не изобретатель этой антенны. Идея фазированных решеток пришла из 40-х годов, а антенны 4SQвпервые была описана в статьe W1CF в 70-х годах прошлого века в журнале QST.


24.11.2015 [08:21] Александр гость

ВООБЩЕ АНТЕННУ ТАКОГО ТИПА ВПЕРВЫЕ РАЗРАБОТАЛ И ПРИМЕНИЛ ДЖОН ДЕВОЛДЕР. ОНА ОПИСАНА В ЕГО ПОПУЛЯРНОЙ КНИГЕ. УДАЧИ В ПЛАГИАТЕ.


17.12.2008 [17:16] US4LEH гость

Спасибо! Пожалуй, это лучшая альтернатива - прекрасная антенна на НЧ


25.06.2004 [19:06] Al гость

Андрей действительно прекрасно работает твоя антенна слышу тебя на уровне и погромче Европейского пайлапа 73 Al 4L5A/D4B


14.05.2004 [20:06] Евгений UA3MMM гость

Результаты впечатляют. Как хорошо иметь свой гектар в деревне. Особо хочется отметить великолепное оформление статьи. 73!


Обсуждение этой статьи - Скажите свое мнение!

Просмотров всего 28,735, сегодня 4 Обновлено 13.05.2004 20:31:20
Статью прислал - Андрей Святец, UA0ANW
Источник: http://ua0anw.andys.ru

Партнеры

eXTReMe Tracker
Рейтинг@Mail.ru