Сайт о ЕН-Антеннах
Сайт, посвященный ЕН-Антеннам. Статьи. Описания. Конструкции. Эксперименты. Результаты испытаний.
В этой статье описана плоская ЕН антенна, которую можно настроить на разные диапазоны. А также описана конструкция и методика дистанционной подстройки ЕН антенны по минимуму КСВ. И результаты ее работы.

Плоская ЕН антенна
и конструкция устройства дистанционной подстройки на минимум КСВ


Кононов В.В. (UA1ACO) Санкт-Петербург.

Часть I

В предыдущих статьях, а конкретно в статье о ЕН антенне на диапазон 10 мГц, описанной ЗДЕСЬ , говорилось как сделать плоскую ЕН антенну.
Во перых хочу сказать, что эта статья предназначена в основном для радиолюбителей любящих экспериментировать, а не повторять конструкции 1:1.
Почему плоская? Мы все уже привыкли к цилиндрическим ЕН антеннам. Но... дело не в форме антенны, хотя конечно от формы "раскрытого в пространстве конденсатора" тоже очень многое зависит (вспомните статью в журнале "Радио Всем" 1928г.). Например, последние ЕН антенны, которые теперь нызываются PVA (Pointing Vector Antenna), имеют вот такой вид для антенн NVIS:



Рис. 1 Антенна PVA для работы NVIS.

Плоская ЕН потому, что ее сделать проще. Не надо никаких труб, не надо медной фольги (можно использовать более доступный фольгированный стеклотекстолит), проще крепить и т.д. Приходит много писем с вопросом: где взять медную фольгу для цилиндров? Плоская ЕН антенна в этом смысле намного проще. На такую антенну получен Патент РФ №148181 в 2013 году.
За эти годы было изготовлено и испытано много плоских ЕН антенн на разные диапазоны, даже сделан специальный САЙТ по плоским ЕН антеннам на английском языке.
Ниже будет описана одна из таких антенн на диапазон 7 мГц, которую можно использовать (при соответствующей перестройке) и на диапазон 1,8 мГц и на 3,5 мГц. Внешний вид антенны показан на рисунке Рис.2



Рис. 2 Внешний вид ЕН антенны.

Как же устроена данная ЕН антенна? Очень просто. Есть вертикальная плоскость, изготовленная из двух спаянных листов из фольгированного стеклотекстолита 1х1 метр, в общей сложности 1х2 метра. Т.е. 2 метра по длине и 1 метр по высоте (размеры не столь критичны и +/- сантиметров 10 ничего не решат). Такой же лист 2х1 метр расположен гоизонтально под вертикальным листом (т.е. перевернутая буква "Т"). Вертикальный лист установлен на изоляторах (на рисунке Рис.3 серым цветом) и расстояние между листами тоже не столь критично. Схематично антенна показана на рисунке Рис.3.



Рис. 3 Схематичное изображение ЕН антенны.

Нижнюю, горизонтальную пластину можно (а иногда и нужно) заземлить. Между верхним и нижним листом включена катушка настройки. Количество витков определяется просто. Достаточно измеритиь величину емкости между верхним и нижним листом любым измерителем емкости (например, как на рисунке Рис.4).



Рис. 4 Измерение емкости между листами.

Для приведенных на рисунке Рис.3 размерах, величина емкости будет около 90 пФ. Зная величиниу емкости, легко вычислить величину индуктивности по формуле (ниже пример для частоты 7 мГц):



Рис. 5 Расчет катушки настройки для частоты 7 мГц.
где: F - частота в мГц; С - емкость в пФ; L - индуктивность в мкГн.

Подобные вычисления можно сделать и для частот 3,5 мГц и 1,8 мГц.
Количество витков, зная величину индуктивности, можно вычислить в любой программе, например в бесплатной программе "COIL32", которую можно свободно скачать в интернете по адресу: http://coil32.narod.ru
Лучше намотать катушку с шагом, чтобы уменьшить собственную емкость катушки и иметь возможность подстройки индуктивности сдвигая и раздвигая витки. Отвод от катушки настройки на вариометр необходимо сделать от 2-го до 5-го витка, считая от "холодного" конца катушки (подбирается экспериментально).
Необходимо также помнить и учитывать тот факт, что совокупная емкость между вертикальным и горизонтальным листами не является окончательной. Есть также паразитная емкость между вертикальным листом и окружающими предметами, поэтому окончательную настройку на необходимую частоту необходимо производить по месту установки антенны. О настройке ЕН антенны есть специальная статья на этом сайте. При настройке, вариометр (его индуктивность 4-20 мкГн для антенн на частоты 3,5 и 1,8 мГц и от 0,5 до 2 мкГн для частоты 7 мГц - величина также подбирается при настройке) необходимо установить в среднее положение. О конструкции вариометра будет рассказано во второй части статьи.
Частотная характеристика готовой антенны приведена на рисунке Рис.6.



Рис. 6 АЧХ готовой антенны, на частоту 7 мГц.

Как видно из рисунка (скриншота программы miniVNA) на частоте 7,072 мГц полоса пропускания по уровню КСВ=2, равна 932 кГц (в зависимости от паразитных емкостей и сопротивления потерь, может быть в пределах 400 - 1000 кГц), КСВ при этом равно 1,09 (также есть и характеристики Rs, Xs и фазы), при тщательной настроке без проблем достичь КСВ и 1,02 для любой точки диапазона.
В практической конструкции, катушка заключена в защитный корпус (короткая РР труба диаметром не менее 160 мм, с заглушками или иной защитный кожух), на рисунке Рис.2 это хорошо видно.

Часть II

А теперь о вариометре.
Конечно вариометр можно и не применять, а использовать дополнительную катушку индуктивностью от 0,5 до 20 мкГн вместо вариометра, подобрав индуктивность во время настройки. Даже более того, можно и не использовать дополнительную катушку, а просто подобрать место подключения отвода к катушке настройки и сдвигать и раздвигать витки с нижнего конца катушки настройки... но эти варианты намного сложнее и более трудоемкие в настройке.
В первоначальном варианте я использовал вариометр от радиостанции Р-140, выполненный на фарфоровом каркасе, и шарообразную внутреннюю катушку. Но потом попробовал сделать ферровариометр, при этом были сомнения, будет ли стабильность работы такого вариометра на мощностях до 50-60 ватт. Как потом выяснилось, сомнения были напрасны.
И так, вариометр. Фотография самодельного ферровариометра представлена на рисунке Рис.7



Рис. 7 Фото ферровариометра.

Как он устроен? В основе вариометра 7 ферритовых колец марки М150ВН-2 диаметром 20 мм., склеенных вместе клеем "Супермомент". На торцах склеенных колец, приклеены фланцы из фольгированного стеклотекстолита. К одному фланцу припаяна гайка М5, к другому плоская длинная пластина из стеклотекстолита (фольга на большей части снята). В свою очередь, пластина вставлена в щель вертикальной направляющей, также выполненной из стеклотекстолита. С другой (противоположной стороны) в гайку вставлена шпилька М5. Другим концом шпилька припаяна к оси шагового двигателя (можно и не припаивать, а использовать иной переходник). Вся эта конструкция помещена в тубус с внутренним диаметром 22 миллиметра. На тубусе намотана катушка, содержащая 22 витка проводом ПЭТВ 2 мм., для частот 3,5 и 1,8 мГц. Для частоты 7 мГц количество витков значительно меньше (подбирается экспериметально так, чтобы в среднем положении вариометра КСВ был равен 1). Возможно параллельно вариометру включать дополнительную катушку.
При перемещении сердечника внутри катушки от минимума и до максимума, индуктивность изменяется от 5 до 20 мкГн.
Вращение шагового двигателя может происходить путем подачи импульсов на шаговый двигатель, в том числе и дистанционно. Реверс осуществляется сменой полярности.
Конечно, вполне желательно установить концевики на ось вариометра (на направляющую пластину) и вывести индикацию от концевиков.

Часть III

А теперь о результатах..., о результатах испытаний антенны.
Антенна была испытана на трех диапазонах: 1,8 мГц; 3,5 мГц; 7 мГц (для более высокочастотных диапазонов, размеры антенны слишком велики) в реальном эфире. Все связи проведены в режиме CW, с мощностью 1 ватт и 80 ватт. Связи проводились как поверхностной волной, так и с отражением от ионосферы.
Особый интерес представляли связи, проведенные поверхностной волной, а также связи в режиме зенитного отражения.
Первоначально антенна была установлена почти на земле (0,5 метра над землей). В дальнейшем, для того чтобы посмотреть как влияет земля на антенну, антенна была перенесена на крышу КУНГ`а - 3 метра над землей. Испытания проводились в полевых условиях, в течении 2-3 недель на каждом диапазоне, летом и зимой.

ДИАПАЗОН 1,8 мГц.
На диапазоне 1,8 мГц было проведено несколько десятков связей с мощностью 60 ватт. Карта с месторасположением станций, с которыми была установлена связь поверхностной волной, приведена на рисунке Рис.8.



Рис. 8 Связи поверхностной волной на диапазоне 1,8 мГц.

Также были проведены связи с отражением от ионосферы. Карта с местоположением радиостанций, представлена на рисунке Рис.9.



Рис. 9 Связи с отражением от ионосферы на диапазоне 1,8 мГц.

ДИАПАЗОН 3,5 мГц.
Больше всего меня интересовала связь поверхностной волной. Ниже на карте представлено расположение радиостанций с которыми были проведены связи поверхностной волной.



Рис. 10 Связи поверхностной волной на диапазоне 3,5 мГц.

И связи с отражением от ионосферы:



Рис. 11 Связи с отражением от ионосферы на диапазоне 3,5 мГц.

ДИАПАЗОН 7 мГц.
Пожалуй, самый интересный диапазон для ЕН антенны. Здесь были проведены многие радиосвязи CW как с мощностью 80 ватт, так и на QRP, при мощности 1 ватт! Ниже, на рисунке Рис.12 приведена карта, на которой обозначены радиостанции, с которыми проводились связи.



Рис. 12 Связи поверхностной волной и с отражением от ионосферы на диапазоне 7 мГц.

В результате выяснилось, что высота установки антенны не сильно влияет на результаты работы антенны (так как разница 0,5 метра и 3 метра не столь велика для этих длин волн), особенно на диаазоне 1,8 мГц. На диапазоне 7 мГц влияние высоты установки было более ощутимо. Для примера можно привести известный график зависимости эффективности ЕН антенны от высоты установки над землей. Диаграмма приведена на рисунке Рис.13.



Рис. 13 Зависимость эффективности ЕН антенны от высоты установки над землей.

Парусность конечно велика и намного больше, чем у цилиндрических антенн, так что крепление антенны должно быть хорошим. И вот что еще. Не забывайте о качестве диэлектрика и высоких напряжениях в ЕН антенне (и о технике безопасности !). Особенно в тех диэлектриках, которые могут "насасывать" влагу. Для примера фото Рис.14, ниже.



Рис. 14 Вот такие пробои при мощности не более 100 ватт.

Вот такие результаты. Для радиолюбителей, которым интересно экспериментировать, наверное будет интересно.

В заключение, хочется выразить благодарность за помощь в измерениях уровней сигналов и в проведении экспериментов, радиолюбителям: R1AUR; UA1CE; UA1CEX; RA1AGL; RW1AM; R1AC; UA1ANA и др.

73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
03.2016

Рейтинг@Mail.ru

| ЕН в мире | | W5QJR | | UA1ACO | | Теория | | Практика | | Серийные | | Ссылки | | Статьи | | Разное |