Сайт о ЕН-Антеннах
Сайт, посвященный ЕН-Антеннам. Статьи. Описания. Конструкции. Эксперименты. Результаты испытаний.
Часто в письмах меня спрашивают: а можно ли сделать многодиапазонную ЕН антенну? Раз часто задают такой вопрос, значит есть востребованность в многодиапазонной антенне. В этой статье рассказывается и даны практические советы, как изготовить трехдиапазоную ЕН антенну на 1,8 мГц, 3,5 мГц и 7 мГц. Исходя из выбранных диапазонов, определились и размеры активного излучателя. В стаье об этом будет сказано подробно и даны практические рекомендации.


Трехдиапазонная ЕН антенна размером 1х1 метр.
1,8 мГц, 3,5 мГц, 7 мГц

Кононов Владимир ( UA1ACO/1 )
С-Петербург, Лениградская обл. RDA: LO-21

Начать статью придется не с техники а с лирики.
Близится зима, появилось немного времени и как многие радиолюбители устанавливают антенны не летом, в хорошую погоду, а зимой, в мороз, ночью и т.д. :-), см. ЗДЕСЬ , вот так получается и у меня, ветер, место установки - КУНГ, металлический, температура -1С и т.д.
Сделал я трехдиапазонную ЕН антенну. С эквивалентом емкостного излучателя, настроил в теплом помещении и установил на крыше КУНГ`а. Антенна соединена с передатчиком и пультом управления, в жилом помещении, с помощью кабеля RG-58, около 25 метров, проложенного по земле.
Включаю векторный анализатор антенн "miniVNA" в помещении. Характеристик НЕ видно... СОВСЕМ! В чем дело? Залезаю на крышу КУНГ`а, тащу туда же ноутбук, подсоединяю "miniVNA" непосредственно к антенне... характеристик НЕ видно...! К чему это все? Часто говорят: а у меня антенна не работает...
Оказалась микротрещина в пайке провода к корпусу ВЧ разъема BNC. Да..., необходимо все тщательнее проверять!
А теперь непосредственно о ЕН антенне.
В качестве излучателя был выбран "плоско-перпендикулярный" вариант, очень похожий по внешнему виду на ЕН антенну, используемую в сравнительных испытаниях с полноразмерным диполем, см. ЗДЕСЬ с той лишь разницей, что в качетсве вертикального элемента использовался не цилиндр, а плоскость. Не помню уже, на сайте статей с разными вариантами антенн много, но кажется такого варианта на этом моем сайте описано не было. Тем более для многих радиолюбителей будет возможность использовать такой излучатель для построения как многодиапазонных ЕН антенн, так и для антенн на один диапазон. Плоскости, размером 1х1 метр, выполнены из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. В местах, обозначенных черными точками (Рис.1) просверлены отверстия и фольга с двух сторон соединена перемычками.
Схематичное изображение "плоско-перпендикулярного" варианта показано на рисунке Рис.1.



Рис.1 Размеры "плоско-перпендикулярной" конструкции излучателей без катушек настройки.

Катушки настройки находятся под горизонтальной пластиной. На рисунке Рис.2 - фотография антенны, без катушек настройки, на КУНГ`е.



Рис.2 Макет конструкции излучателей, без катушек настройки, на КУНГ`е.

Как мы помним из предыдущих статей этого сайта, ЕН антенна - это последовательный резонансный контур, с открытым в пространстве конденсатором - излучающим элементом антенны. Конденсатор (излучающий элемент антенны) мы подробно рассмотрели, теперь перейдем к катушкам настройки.

Так как у нас трехдиапазонная антенна, нам необходимы три катушки настройки, по одной на каждый диапазон. Можно было бы сделать одну катушку с отводами, но категорически этого делать не стоит (практически проверено), так как могут возникнуть паразитные резонансы в самой катушке настройки.
Индуктивность катушек можно рассчитать в любой программе расчета контуров, например в программе Coil32 . Но здесь есть важный момент: чтобы рассчитывать величину индуктивности, необходимо знать электрическую емкость между пластинами антенны. Конечно эту емкость, между элементами антенны, можно измерить с помощью любого прибора, измеряющего емкость (мной был использован прибор "СМ-7115А"). Величина емкости в конкретном случае равнялась ~110 - 120 пФ.
Казалось бы все просто... ан нет. Кроме емкости между пластинами антенны есть еще и паразитная емкость самой катушки настройки, паразитная емкость соединительных проводов и т.д. Вот эти-то паразитные емкости очень трудно измерить и учесть.
Тем не менее, можно ориентировочно, при расчетах, опираться на измеренную емкость в 110 пФ, а потом при настройке подкорректировать величину индуктивности, или при изготовлении катушки, намотать чуть больше витков (откусить всегда можно), или намотать начало и конец катушки с шагом.
Рассчитаем, например, катушку настройки для диапазона 7 мГц, намотанную виток к витку:
При емкости С=110 пФ и частоте f=7 мГц, индуктивность будет L= 4,7 мкГн.
Выбираем диаметр каркаса и толщину провода, например, берем диаметр 32 мм и диаметр провода ПЭТВ 2,0 мм. Проводим расчет.
* Все катушки выполнены на РР серых полипропиленовых торубах. В результате расчета получаем:
Соблюдаем общее правило, при котором настройка антенны намнеого облегчится - делаем несколько витков в начале и конце катушки с шагом. Аналогично рассчитываем и остальные катушки для диапазонов 3,5 мГц и 1,8 мГц.
Все расчетные данные катушек приведены в Таблице ниже:
Катушка1,8 мГц3,5 мГц7 мГц
Диаметр каркаса32мм50мм110мм
Индуктивность4,7 мкГн18,8 мкГн71 мкГн
Кол-во витков142425
Отвод233

Все катушки намотаны проводом ПЭТВ 2,0мм.
Как было сказано выше, в процессе настройки необходимо провести коррекцию количества витков (или сдвиганием - раздвиганием витков в ерхней части катушки) для достижения резонанса.
Что касается отводов от катушек, для достижения минимального КСВ. Точки подключения коаксиального кабеля к отводам, также подбираются при настройке (другого варианта нет) и обычно отводы делаются от 2- 4 витка. Процесс настройки антенны не отличается от настройки цилиндрических ЕН антенн и подробно описан на этом сайте.

Общая схема соединения катушек и реле для переключения диапазонов, показана на рисунке Рис.3.



Рис.3 Общая схема подключения диапазонных катушек и реле в боксе под горизонтальной пластиной.

Все катушки и реле располагаются в пластмассовом боксе подходящего размера, закрытого от влияния погодных катаклизмов. Сам бокс располагается под горизонтальной пластиной излучателя. На боковой стенке бокса расположены разъемы для подключения кабеля управления (переключения диапазонов) и ВЧ разъем (BNC) для подключения кабеля RG-58 от передатчика.
Что важно учесть при монтаже конструкции в боксе. Самое главное - это минимизировать паразитные емкости между проводами, соединяющими катушки настройки и реле, сделать эти провода минимальной длины. Здесь не важна "красота" монтажа - важно чтобы антенна работала с максимальным КПД и излучаемая энергия не расходовалась на излучение паразитными емкостями.
На боксе также установлены светодиоды, для облегчения определения, какой диапазон включен в конкретный момент времени.
В качестве примера, на рисунке Рис.5 приведен пример выполнения монтажа в боксе.
Что еще необходимо добавить и это важно! Мы знаем, что поля от катушек настройки довольно сильные и при мощностях в ~100 ватт, эти поля могут наводить довольно высокие напряжения в катушках реле, расположенных не далеко от катушек настройки, что может привести к произвольному срабатыванию реле, даже в выключенном состоянии. Для исключения такой ситуации, параллельно обмоткам реле включены диоды в обратной полярности, как это обчно делается и как показано на рисунке Рис.4. Номиналы компонентов не имеют особого значения. Конденсатор емкостью от 0,1 мкФ до 0,47 мкФ. Диод - любой, на ток 1А и более.



Рис.4 Все обмотки реле зашунтированы такими C-D цепочками.




Рис.5 Пример вывполнения монтажа катушек и реле в боксе.

Теперь немного о пульте управления, хотя, надеюсь, это не вызовет проблем у любого радиолюбителя. Я сделал пульт в коробочке, спаянной из обрезков стеклотекстолита, за неимением другого. Внешний вид пульта показан на рисунке Рис.6.



Рис.6 Пульт управления антенной.


Схема пульта - простейшая и представлена на рисунке Рис.7.



Рис.7 Схема пульта управления антенной.

Надеюсь что с конструкцией проблем не будет, кажется все подробно изложил...

Перейдем к настройке. Хотя методы настройки подробно изложены на этом сайте, все же коснемся некоторых проблем, которые могут возникнуть и приведем результаты настройки этой трехдиапазонной антенны.
Естественно. для настройки лучше всего иметь векторный анализатор антенн, или просто можно сказать анализатор антенн. В настоящее время иметь в домашней лаборатории анализатор антенн, дело не столь экзотичное как раньше. Использовать можно любой анализатор, а их сейчас огромное множество (можно и в долг взять у соседнего радиолюбителя).
К клеммам "А" и "Б" бокса (см. Рис.1) или к клеммам "АНТ" (см. Рис.3) , где смонтированы катушки настройки и реле, подключаем эквивалент в виде последовательноь включенных резистора, номиналом 30-50 Ом и конденсатора с номиналом, который мы измерили прибором, между элементами антенны (в нашем случае 110 пФ), см. Рис.8.



Рис.8 Эквивалент емкостных элементов антенны.

Зачем конденсатор, надеюсь понятно - это эквивалент емкости между пластинами антенны. А зачем резистор 43 Ома? Резистор - это эквивалент сопротивления излучения антенны (в одной из статей на этом сайте также подробно изложено как он практически замеряется). Конечно перед началом настройки антенны мы не знаем величину этого сопротивления излучения, но по результатам многочисленных измерений, можно считать величину этого сопротивления равной 25 - 70 Ом (зависит от конструкции антенны). В нашем случае это не принципиально и величину этого сопротивления можно взять в этих рамках. При измерениях и предварительной настройке, величниа этого сопротивления повлияет лишь на полосу пропускания антенны.
Тщательно проверяем монтаж, чтобы не получилось как я описал ситуацию в начале статьи. Подключаем анализатор непосредственно к ВЧ разъему антенны, включаем на пульте необходимый диапазон и смотрим на характеристику антенны.
В зависимости от того, какой резонанс на мимнимуме КСВ получился, сначала подгоняем резонанс к минимуму КСВ, путем сдвигания и раздвигания витков у верхнего конца на катушке настройки или добавляем или удаляем витки сверху катушки.
Далее подбираем отвод от катушки настроки (или сдвигаем-раздвиганем витки с нижнего края катушки), потом опять подбираем резонансную частоту и так несколько раз, пока ни добиваемся минимума КСВ.
Например Konny (SM6DCO) для предварительной настройки использует тестовый "стержень", представляющий собой стержень из диэлектрика, на одном конце которого расположен небольшой ферритовый стержень или кольцо, а на другом медное кольцо или небольшой цилиндр из медной фольги. При внесении такого стержня в катушку настройки с верхней стороны, сразу видно как и насколько меняется частота настройки. Также можно поступить и для подбора отвода от катушки настройки, вводя этот стержень в нижнюю часть катушки (если такая возможность есть в конструкции).
Могут спросить: А как же раньше говорилось о применении Индикатора Поля (ИП) при настройке? Да, можно использовать ИП, а иногда и нужно, но это необходимо в том случае, чтобы не настроиться случайно на параллельный резонанс, по ИП сразу будет видно, а антенна, при этом сразу превратиться в укороченный диполь, или применительно к данной антенне в "толстый" укороченный вертикал :-)
После окончательной настройки получаем примерно такую характеристику, какая показана на рисунке Рис.9, для диапазона 1,8 мГц.



Рис.9 Характеристика ЕН антенны (КСВ) для диапазона 1,8 мГц.

Мы имеем резонанс, для КСВ=1,02 на заданной частоте 1808 кГц и полосу пропускания 87 кГц, по КСВ=2.
Приведем практически полученные характеристики для остальных диапазонов (Рис.10 - Рис.11).



Рис.10 Характеристика ЕН антенны (КСВ) для диапазона 3,5 мГц.




Рис.11 Характеристика ЕН антенны (КСВ) для диапазона 7 мГц.

Конечно можно получить КСВ=1,02 и для остальных диапазонов, но я считьаю, что такая настройка не стоит затраченных сил :-)
Приведем также совмещенную характеристику для всех трех диапазонов, для наглядности.



Рис.12 Совмещенная характеристика для всех трех диапазонов.


Всё, антенну мы сделали и теперь необходимо её испытать в реальном эфире и сравнить с диполем. В наличии есть лишь полноразмерная G5RV, её и будем использовать для сравнения. По всему миру установлены WEBSDR приемники "KiwiSDR". В этих приемниках есть всё: и точная установка частоты и выбор модуляции, S-метр, и что самое главное для нас - спектроанализатор, с помощью которого можно записать уровни принимаемых сигналов в установленном отрезке времени, отсчет ведется в децибелах. Также проверим изготовленную антенну на параметр сигнал/шум. И так, "KiwiSDR"...



Рис.13 Уровни сигналов 7 мГц.



Рис.14 Уровни сигналов 3,5 мГц.

На рисунках Рис.13 и Рис.14 показаны скриншоты, снятые с интерфейсов реальных "KiwiSDR" приемников, расположенных в Германии и Финляндии, в процессе наблюдения за уровнями сигналов от ЕН антенны и антенны дипольного типа - G5RV. Как видим сигнал от антенн приходит с отражениям от ионосферы и подвержен замираниям. Именно поэтому и удобно использовать спектроанализатор "KiwiSDR" приемников, чтобы отследить сигнал по времени.
На 7 мГц использовался "KiwiSDR" в Баварии (Германия) JN69fh, 1579 км.
На 3,5 мГц использовался "KiwiSDR" в Финляндии OH6LSL, KP13lu, 585 км.
Мощность передатчика (ICOM IC-7000) устанавливалась в 50 ватт. Антенны переключались с помощью антенного коммутатора через 4-5 секунд. Цена делений "сетки" времени по горизонтали для 7 мГц - 5 секунд, для 3,5 мГц - 10 секунд.

Как можно оценить эффективность работы изготовленной ЕН антенны по уровням сигнала в реальном эфире? Мне кажется что она примерно одинаковая с диполем G5RV, а может быть и лучше диполя в некоторых случаях.
После проведения измерений, не удержался и провел пару десятков QSO на 7; 3,5 мГц и 1,8 мГц CW: SQ40RY (7mc, 599/599); SQ6SAN (7mc, 559/569); OZ2A (7mc 339/549); RZ3DZ (7mc, 599/599); R5QL (7mc, 599/599); R1ZD (3,5mc 559/569); R3YC (3,5 mc 599/599); RZ3DZ (7mc, 599/599); RG30DX (7mc, 599/599); R5QL (7mc, 599/599); RU30DX (3,5mc, 599/599); R120AN (3,5mc, 599/599); 4O4T (3,5mc, 599/599); GS8VL (3,5mc 569/569); HA5JI (1,8mc 569/599, Pout.=20ватт!); SM5COP (1,8mc, 569/599); R3XX (1,8mc, 579/589); YL2BR (1,8mc, 599/599).
Отвечали как правило сразу, лишь на 1,8 мГц, с мощностью 20 ватт, пришлось вызывать корреспондента раз 5....
Надо сказать, что в последнее время все "ударились" в моду FT-8, и количество станций в других модах заметно поубавилось. На диапазоне 1,8 мГц приходится буквально выискивать корреспондентов (хотя в FT-8 они есть). Специально проводил связи только CW, а не PSK или FT-8, а то опять будут говорить: А... PSK, FT-8... так там и на гвоздь можно работать :-) У нас есть "любители" работать на гвоздях и спинках от кровати :-), наверное антенн нет :-)
А теперь посмотрим на соотношение сигнал/шум для антенн ЕН и G5RV. как это сделать? попробуем найти в эфире какую-либо радиостанцию со стабильным сигналом и зафиксируем уровень сигнала и шума, при подключении к трансиверу антенны ЕН и G5RV, как описано в конце статьи ЗДЕСЬ. Будем использовать трансивер ICOM IC-7000.
Искал... искал стабильную станцию, нашел RG30DX - идет стабильно, сигнал 599+20dB... пайлап... все зовут. Позвал и я, с третьего раза ответил с моими 80 ваттами и ЕН антенной 1х1 метр... "висело" на нем много народу и скорость CW у него приличная... под 100 знаков и более. Посмотрел уровни сигналов на G5RV и ЕН - одинаково...+/- 1 балл... все же есть небольшие замирания. И шум от ЕН и G5RV одинаковый, это на диапазоне 7 мГц. Хотел даже видео снять, но не стал, особенного ничего нет. Так что соотношение сигнал/шум у ЕН и G5RV на диапазоне 7 мГц, примерно одинаковое, примерно то же самое и на 3,5 мГц. А вот на 1,8 мГц шумы от ЕН поменьше на 1-2 балла.
Вот и все что хотел рассказать о трехдиапазонной ЕН антенне. Поскольку кожуха у этой антенны нет, буду в течении зимы наблюдать за ее параметрами, как влияют осадки, температура, ветер и т.д. Единственный, на мой взгляд недостаток - это парусность.
Все что описано в данной статье, может сделать любой радиолюбитель без особых трудностей - было бы желание. И после изготовления антенны проверить ее в реальном эфире и сравнить с имеющимися антеннами.

Удачи всем и хороших DX с ЕН антеннами!
73!
UA1ACO/1 op. Vlad
Ленинградская обл. RDA: LO-21
11.2020г.
Рейтинг@Mail.ru

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