Укороченная КВ антенна G7FEK для небольших участков
Многодиапазонная антенна длиной 14.2 метра для любительских КВ диапазонов 3,5...28 МГц
В 2008 году английский радиоинженер Майк Деннис (G7FEK) опубликовал описание последней версии своей проволочной антенны длиной 14.2 метра, предназначенной
для размещения в ограниченном пространстве и обладающей приемлемой эффективностью даже на 3.5 МГц (Рис.1). Конструкция охватывает диапазоны 10...80 метров,
причём некоторые из них являются естественными резонансными, а другие, такие как 17, 12 и 10 метров, требуют использования антенного тюнера.
Приведём основные выдержки из статьи G7FEK «Limited Space Antenna»:
В этой статье я изложил рекомендуемые габаритные размеры. Независимо от небольших отклонений от них, одно можно сказать наверняка: эта антенна отлично
работает на 80 метрах в небольшом пространстве, и ошибиться с её установкой на этом диапазоне очень сложно. По результатам тестов она сравнима
с полноразмерным диполем аналогичной высоты для работы на дальних станциях.
Даже если у вас нет анализатора антенн или приходится идти на некоторый компромисс при установке, при указанных размерах эта антенна обычно хорошо
согласуется с вашим антенным тюнером на всех основных любительских диапазонах.
Антенна G7FEK состоит из вертикальной двухпроводной линии длиной 7.4 м, нижние концы которой соединены между собой, к верхним подключены горизонтально
подвешенные проводники длиной 11.7 и 2.5 метров. Фактически, антенна представляет собой два Г-образных излучателя.
Рис.1 Многодиапазонная антенна G7FEK
Файл MMANA с описанием антенны:
G7FEK 80-10m antenna
*
3.75
***Wires***
7
0.0, 0.02, 0.14, 0.0, 0.02, 7.39, 0.0015, -1
0.0, 0.02, 7.39, 0.0, 12.38, 7.4, 0.0015, -1
0.0, -0.02, 0.14, 0.0, -0.02, 7.39, 0.0015, -1
0.0, -0.02, 7.39, 0.0, -4.2, 7.39, 0.0015, -1
0.0, 0.02, 0.14, 0.0, -0.02, 0.14, 0.0015, -1
0.0, -0.02, 0.14, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0015, -1
0.0, -0.02, 0.14, 0.0, -0.5, 5.52, 0.0015, -1
***Source***
1, 0
w6c, 0.0, 1.0
***Load***
1, 1
w6c, 1, 20.0, 0.0
***Segmentation***
800, 80, 2.0, 4
***G/H/M/R/AzEl/X***
2, 0.0, 1, 50.0, 120, 60, 0.0
###Comment###
Mod by mike, g7fek 26/04/2011 17:13:12
G7FEK Antenna
Основной резонансный режим: 3,700 МГц / 7,100 МГц / 14,150 МГц
Также работает на: 18 МГц / 21 МГц / 24,9 МГц и 28 МГц при низком импедансе (требуется антенный тюнер для регулировки реактивного сопротивления)
Предполагается наличие потерь в заземлении для элементов противовеса, поэтому для имитации этого добавляется сопротивление потерь 20 Ом.
В некоторых пределах размеры антенны можно корректировать. При увеличении высоты подвеса необходимо на такую же величину с каждого конца укоротить горизонтальные
лучи. Таким образом, если вы можете увеличить высоту, то сможете разместить антенну даже на самом маленьком участке.
Существует некоторая возможность для экспериментов с соотношением длины и высоты. Пока общая длина каждого четвертьволнового элемента остается неизменной
(вертикальное + горизонтальное удлинение), основные рабочие частоты не должны серьезно изменяться.
Однако, в отличие от горизонтальной антенны, бОльшая длина не означает лучшую работу. Более длинная/низкая антенна снижает эффективность и полосу
пропускания на низкочастотных диапазонах за счет укорачивания вертикального излучателя и увеличения нагрузки, одновременно снижая сопротивление излучения.
Антенна всесторонне протестирована, поэтому можно констатировать, что для обеспечения универсальной многодиапазонной работы, лучше использовать
рекомендованные размеры.
Теоретические аспекты частотных режимов работы
На 3.7 MHz (80 Meters) левый излучатель работает как четвертьволновая антенна Маркони в Г-образной конфигурации.
Присутствует некоторое излучение под высокими углами для локальных (близких) контактов, но основное излучение происходит преимущественно под низкими углами,
что идеально подходит для работы на дальних расстояниях (DX). При разумном расположении на земле эта антенна может превзойти полноразмерный диполь
на той же высоте.
Конструкция оптимизирована для телефонного диапазона 80 м.
На 7.1 MHz (40 Meters) уже правый излучатель является четвертьволновым с резонансной частотой около 7.1 МГц.
Левый Г-образный излучатель 80-метрового диапазона имеет высокий импеданс и не оказывает существенного влияния на параметры антенны.
На 10 MHz (30 Meters) горизонтальная часть антенны работает как диполь, возбуждаемый четвертьволновым трансформатором, в роли
которого выступает вертикальная часть антенны. Здесь мы используем горизонтальную верхнюю секцию в сочетании с вертикальной, на этот раз в виде фидера.
Этот элемент фактически резонирует примерно на 10.8 МГц, поэтому в этом диапазоне нам потребуется антенный тюнер для подавления емкостного сопротивления
и обеспечения нормальной работы радиостанции.
На 14 MHz (20 Meters) обе Г-образные части имеют высокий входной импеданс, и обеспечить хорошее согласование с кабелем можно лишь
подключив к точке питания дополнительный проволочный четвертьволновый излучатель длиной 5.1 м (Рис.2).
Рис.2 Модификация G7FEK для 20-м диапазона
Просто подсоедините дополнительный отрезок провода длиной около 17 футов к точке питания и подвесьте его ниже секции 7 МГц с помощью веревки и кабельной
стяжки (показано синим цветом). Этот элемент можно настроить на резонанс на частоте 14.2 МГц с очень низким КСВ. Эта модификация была протестирована
и оказалась очень эффективной.
На 18 MHz (17 Meters) элемент с частотой 3.7 МГц резонирует на своей 5-й гармонике. Таким образом, элемент работает как длинный
провод в форме перевернутой буквы L, представляя собой антенну с длиной волны 5/4, что обеспечивает низкий входной импеданс антенны и возможность
её хорошего согласования с коаксиальным кабелем.
На 21 MHz (15 Meters) вертикальная секция имеет длину половины длины волны, что обеспечивает хорошее согласование с 50-омным кабелем.
Верхняя горизонтальная секция будет излучать мощность в виде горизонтального длинного провода с наиболее сильными лепестками под разными углами от концов.
На 24.9 MHz (12 Meters) резонансная частота антенны составляет немногим более 25 МГц, но входной импеданс имеет значительную реактивность,
поэтому для согласования с передатчиком обязательно требуется антенный тюнер.
На 28/29 MHz MHz (10 Meters) импеданс антенны очень велик, поэтому её можно использовать лишь как вспомогательную. Согласование трансивера
с антенной может обеспечить только антенный тюнер. Кроме того, для повышения эффективности излучения следует применять высококачественный фидер с низкими
потерями.
Требования к заземлению
В простейшем случае противовес (резонансный приподнятый радиал) – это один изолированный провод длиной 65 футов (20 м), проложенный
в общем направлении 80-метрового горизонтального луча. Его можно изогнуть, чтобы он поместился на вашем участке, но держите его чуть выше уровня земли и
приподнимите на дальнем конце.
Для повышения эффективности излучения и упрощения настройки антенны в диапазоне 7 МГц рекомендуется установить (кроме 20-метрового противовеса) хотя
бы ещё один противовес длиной 10 м. С помощью этого метода и простой настройки вы сможете добиться очень низкого КСВ на 80 и 40 метрах.
Также можно использовать более традиционное заземление из нескольких закопанных радиалов. Сделайте их длиной около 10 метров (большая длина не
даст большого преимущества), но вам понадобится как минимум 4 (а лучше значительно больше) радиалов для "правильного" заземления.
Обратите внимание, что при хорошем заземлении и работе антенны с эффективностью, близкой к максимальной, КСВ на 80 метрах будет выше,
а импеданс ниже (~25 Ом). Таким образом, потребуется антенный тюнер. Для наилучшей дальней связи предпочтительнее хорошее заземление, чем КСВ 1:1, поскольку
конечная цель при проектировании антенны – высокая эффективность излучения, а не самый низкий КСВ.
Настройка антенны G7FEK
Шаг 1. Настройку антенны следует начинать с подбора расположения и длины противовесов, добиваясь минимума КСВ в диапазонах 3.7 и 7.1 МГц.
Точные величины резонансных частот в этих диапазонах на данном этапе не имеют решающего значения, так как их можно подстроить позднее.
Если невозможно отыскать минимум КСВ в пределах этих диапазонов, то система заземления требует проверки или доработки.
Шаг 2. Добившись низкого КСВ (менее 2) в пределах диапазонов 80 м и 40 м, необходимо обеспечить точную настройку антенны в резонанс
на частотах 3.7 и 7.1 МГц. Для этого изменяют длину каждого горизонтального излучателя.
Если вы обнаружите, что минимум КСВ достигается на слишком низкой частоте (например, на 3.58 МГц), просто укоротите соответствующий конец элемента,
смотав провод (резать его не нужно). После настройки резонансов на 3.7 и 7.1 МГц антенна готова к использованию на всех остальных диапазонах.
На начальном этапе вы можете сделать провода немного длиннее, чем показано на рисунке, чтобы обеспечить более широкий диапазон регулировки.
Точная настройка антенны в резонанс на частотах 3.7 и 7.1 МГц гарантирует её работу на остальных, более высокочастотных диапазонах.
Модель EZNEC, взятая у одного из радиолюбителей (Рис.3), демонстрирует не совсем точную диаграмму, по отношению к реальной жизни, но всё же даёт
хорошее представление о том, как работает антенна.
Модель MMANA-GAL кажется гораздо более реалистичной и рекомендуется для более детальной оценки.
Рис.3 График КСВ антенны G7FEK EZNEC
Конструкция антенны G7FEK
Антенну можно фиксировать с концов, оставляя вертикальную часть свободной. Верхняя секция не будет строго горизонтальной из-за веса фидера, но это не
является недостатком – помните, что это в основном вертикальная антенна. Если вы используете толстый провод, то можете увеличить горизонтальное
натяжение, чтобы сохранить вертикальную высоту и сделать аккуратную установку.
Рис.4 Конструкция антенны G7FEK
Если же вы, как и я, предпочитаете поддерживать антенну с помощью опоры у фидера, используйте, если возможно, стекловолоконную или деревянную опору.
Если это удобнее, вы можете использовать металлическую опору внизу, а верхнюю часть сделать из стекловолокна, ПВХ или дерева, чтобы изолировать ее
и избежать резонансного влияния металлической опоры. На моей антенне (Рис.4) я использую 6-метровую стекловолоконную опору, которая крепится к 1,5-метровой
стальной опоре с помощью прочных кабельных стяжек, что позволяет мне легко снимать ее.
При использовании антенны без идеального заземления рекомендуется использовать запорный дроссель, чтобы обеспечить прохождение обратного ВЧ-сигнала
только через противовес, а не через радиостанцию!
ВЧ-дроссель изготавливается путем намотки 6 метров коаксиального кабеля RG58 на ПВХ-трубу диаметром от 100 до 200 мм.
Обычно его место в точке подключения коаксиального кабеля, но на этой антенне его также можно использовать ближе к радиостанции, примерно на
расстоянии 17 метров от антенны по коаксиальному кабелю. Хотя это несколько необычно, такое его размещение позволяет части самого коаксиального кабеля
вносить вклад в эффект заземления, работая как дополнительный противовес, при этом предотвращая попадание обратного ВЧ-тока на передатчик.
Сопротивление вертикальной двухпроводной линии не критично, т. к. двойной фидер антенны используется как часть элементов антенны, а НЕ как фидер диполя.
Поэтому фактическое сопротивление линии не имеет решающего значения. Хорошо подходит линия 450 Ом. Расстояние между элементами должно быть больше 20 мм.
На протяжении нескольких лет сравнивалась работа антенны G7FEK и многодиапазонного диполя, установленного на высоте 7 м. Можно однозначно констатировать,
что в диапазоне 80 м антенна G7FEK чаще всего более эффективна для радиосвязи с DX. Правда на коротких расстояниях (100...400 миль) антенна G7FEK
всё же несколько уступает полноразмерному диполю, подвешенному на такой же высоте. Очевидно, что здесь сказывается более низкий угол излучения антенны G7FEK.
На остальных KB диапазонах антенна G7FEK работает примерно также, как и многодиапазонный диполь. Разве что, в диапазоне 14 МГц диполь работает несколько лучше,
но это понятно: ведь на 14 МГц антенна G7FEK не является резонансной. Для повышения эффективности работы в этом диапазоне следует применить
дополнительный проволочный излучатель (Рис.2). Тем не менее, даже без такого дополнительного элемента антенна вполне прилично работает на этом диапазоне.
Литература:
1. Mike Dennis, G7FEK – G7FEK Limited Space Antenna
|
