|
Да... время летит быстро. в 2010-м году была опубликована статья о ЕН антенне на диапазон 160 метров. Антенна опробована в реальном эфире в двух соревнованиях "CQ WW DX Contest" и PSK контесте. Также антенну повторили несколько радиолюбителей и, судя по письмам, с положительными результатами. С тех пор прошло много времени. Появились идеи по оптимизации размеров ЕН антенн. В результате была сделана экспериментальная антенна на середину КВ диапазона, но, по мере изготовления антенны, возникла идея использовать ее и на диапазон 160 метров. Тем более началась зима и хорошее время для диапазона 160 метров. В этой статье и пойдет речь о такой антенне. |
Зима - антенна 1,8 МГц
г. Санкт-Петербург
Действительно, я в 2010 году сделал ЕН антенну на диапазон 1,8 МГц, работая в г.Пушкин Статья ЗДЕСЬ . Антенна была установлена на крыше второго этажа небольшого строения и показала хорошие результаты.
В этом году появилась возможность для проверки идей по оптимизации размеров емкостных (ЕН) антенн для КВ диапазонов. Всвязи с чем, была изготовлена цилиндрическая антенна на вентиляционной трубе диаметром 150мм и длиной 2 метра, на середину КВ диапазона. Так как такой макет планировался только для измерения определенных параметров антенны, то материалы для изготовления антенны приобретались самые дешевые, а конструкция была максимально оптимизирована. В процессе изготовления возникла идея расширить диапазон вниз по частоте до 1,5-1,8 МГц. Эта статья будет только для антенны на частоту 1,8 МГц. Возможно, в процессе конструктивных преобразований и проведенных измерений, будет продолжение статьи или отдельная статья об этой антенне на диапазоны 3,5 МГц и 7 МГц, но... время покажет верность предположений.
А, сейчас об антенне. Как и говорилось выше, антенна выполнена на вентиляционной трубе белого цвета, диаметром 150мм. Еще был приобретен переходник, для вентиляционных труб диаметром 150мм. Катушка настройки намотана на ПП канализационной трубе коричневого цвета диаметром 160мм и состыкована с трубой антенны посредством упомянутого переходника. Конструкция антенны показана на рисунке Рис.1.
Рис.1 Конструкция антенны 1,8 МГц.
Естественно, перед изготовлением антенны был проведен ее расчет (можно в любом калькуляторе, которые представлены на сайте):
Рис.2 Расчет антенны 1,8 МГц.
Будьте внимательны. Для того чтобы ввести "емкостной фактор" (в красной рамке), разделите длину цилиндра на длину катушки.
Количество витков получилось больше на один виток, по сравнению с реальным - это хорошо... отмотать не доматывать. Кроме того, конструктивно я сделал катушку настройки без увеличения шага в начале и конце, а надо бы было сделать. Происходит это потому, что сложно учесть все паразитные емкости.
Еще один важный момент, который необходимо проверить перед началом изготовления антенны - частоту собственного резонанса катушки настройки. Сделать это можно с помощью программы "Coil32" (эта программа бесплатная и есть везде в интернете - спасибо автору!).
Ниже приведен пример расчета катушки для данной антенны:
Рис.3 Расчет акатушки для определения собственного резонанса.
Как видим, частота собственного резонанса катушки настройки равна 4,107 МГц (указано красной стрелкой), что очень хорошо, иначе бы появились сложности с настройкой антенны.
Внешний вид антенны показан на рисунке Рис.4. Соединение цилиндров с катушкой настройки выполнено снаружи антенны.
Рис.4 Внешний вид антенны 1,8 МГц.
(Антенна подвешена горизонтально к потолку на 2-м этаже (чердаке) бревенчатого дома.)
Какие материалы приобретались для изготовления антенны по ценам конца 2024г.:
- Труба вентиляционная 150мм - 1848 руб.
- Переходник для вент. трубы - 278 руб.
- Заглушка для вент. трубы 150мм - 411 руб.
- Фольга пищевая алюминиевая 30 мкм - 470 руб.
- Припой для алюминия AL-220 - 649 руб.
- Флюс для пайки алюминия Ф-64 - 277 руб.
- Провод ПЭТВ 2,0мм 15м (можно иной при пересчете катушки) - был в наличии.
- Рапзъем BNC - был в наличии.
- Отрезки провода для монтажа - были в наличии.
- Всего: 3933 руб. (даже с покупкой провода, около 5000 руб.)
- (все приобреталось на OZON, но видимо можно и дешевле)
Рис.5 Флюс, припой, клей.
Перед установкой и спаиванием цилиндров из алюминиевой фольги, чтобы не прожечь трубу при пайке, на трубу, в месте пайки, наклеивалась полоска из картона, (под фольгу) шириной примерно 3-4см. см. Рис.6.
Рис.6 Картонные полоски под фольгу.
После обертывания трубы фольгой, она временно скреплялась изолентой (можно и оставить после пайки). Пайка флюсом Ф-64 и припоем AL-220 (паяет великолепно). После пайки желательно промыть место пайки и закрасить цапон-лаком.
После изготовления, антенна настроилась несколько ниже по частоте и для того, чтобы попасть в диапазон 1,8 МГц пришлось замкнуть виток на катушке настройки, с того конца, который ближе к цилиндру (в последствии он был вообще убран). Частота около 1,8 МГц Рис.8 и Рис.9. Как потом выяснилось, надо бы просто удалить 1 виток, откусить легко, а надставить сложнее, но об этом дальше. Внешний вид катушки настройки показан на рисунке Рис.7.
Рис.7 Катушка настройки.
Рис.8 На частоте 1,8 МГц КСВ=1,02 при полосе по КСВ=2 - 232 КГц.
Рис.9 На частоте 1,83 МГц КСВ=1,02.
Кстати, пока не забыл, в предыдущей ЕН антенне на 1,8 МГц, сделанной в 2010-м году, полоса пропускания по КСВ=2 была 106 КГц (см. статью ЗДЕСЬ ).
Итак, антенна настроена, висит под потолком на чердаке. Характеристики антенны сняты. Посмотрим как она себя ведет в эфире?
Включаем трансивер "ICOM IC-718"на 160-метровый диапазон. Устанавливаем мощность 30 ватт. Подключаемся к удаленному SDR приемнику "Karelia" в Финляндии. Для сравнения есть три антенны: диполь G5RV; широкополосный диполь длиной 30 метров ВВА-120 и наша емкостная (ЕН) антенна длиной 2 метра на чердаке.
Что же мы видим на анализаторе амплитуды (S-метре) удаленного приемника, Рис.10.
Рис.10 Уровни сигналов на SDR приемнике "Karelia" г.Joensuu (Финляндия), от трех антенн.
Конечно, G5RV не предназначена для работы на диапазоне 160 метров - это понятно. Антенна ВВА-120 широкополосна и захватывает диапазон 160 метров... это просто широкополосный диполь, как например, антенна T2FD. В общем не плохо... т.е. емкостная антенна работает примерно как широкополосный диполь по уровню сигнала, но в более узкой полосе частот, правда размеры ее в 15 раз меньше и находится она не на высоте 10 метров как диполь, а на чердаке, уровни сравнимы!
Кроме SDR приемников есть еще и WSPR, чтобы проверить приблизительно эффективность этих трех антенн. Воспользуемся WSPR. Установим мощность на трансивере 5 ватт. И... вот результаты, Рис.11 и Рис.12.
Рис.11 Карта с приемниками, принявшими сигнал от емкостной (ЕН) антенны с мощностью 5 ватт.
Рис.12 Уровни сигналов на WSPR приемниках от антенн.
Тоже не плохо... по количеству станций, принявших сигнал от емкостной (ЕН) антенны, больше, чем от других сравниваемых.
У меня есть SDR приемник, расположенный примерно в километре от меня. Посмотрим, какие уровни сигнала принял приемник (без отражения от ионосферы) поверхностной волной от этих трех антенн, без учета диаграмм направленности, Рис.13.
Рис.13 Уровни сигналов на SDR приемнике в километре от антенн.
Почему-то уровень сигнала от антенны ВВА-120 более чем на 10 dB меньше. Видимо диаграмма направленности у нее направленна в зенит, хотя на удаленных SDR приемниках в других странах этого не должно быть заметно, что и подтверждается измерениями: Рис.10 и Рис.12.
Специально не привожу QSO с теми станциями, с которыми удалось провести QSO (с 30-ю ваттами), да и на диапазоне "тихо"... CW станций практически нет, в SSB только финны на финском языке (может быть время не то), а вот в FT-8 "гудят" станции. Не удержался... позвал RL3F и видимо зря... сразу навалились другие станции, Рис.14 и через пару QSO выключился - работать надо, иначе это без конца...
Рис.14 FT-8.
Вот такие результаты в эфире.
Казалось бы на этом можно и закончить, вроде бы всё ясно. Но есть еще один момент, который хотелось бы упомянуть, по возможности. Какой момент? Это нагрев катушки настройки. Попробуем измерить температуру катушки настройки, при непрерывной подаче мощности в антенну. Установим те же 30 ватт и, хотя бы в течении 25 минут будем подавать мощность в антенну, потом сравним нагрев эквивалента 50 Ом.
Вот он результат на рисунке Рис.15.
Рис.15 График нагрева катушки настройки, а также эквивалента 50 Ом.
На графике кривая синего цвета - температура катушки настройки.
Кривая красного цвета - изменение температуры эквивалента 50 Ом.
Кривая зеленого цвета (пунктир) - нагрев КЗ витка в начале катушки настройки, о чем упоминалось в начале статьи (в дальнейшем этот виток был удален).
Интересно, а кто нибудь измерял температуру нагрева Диполя? При размерах диполя на диапазон 1.8 МГц, а, это около ~83 метра, теплоотдача в окружающее пространство должна быть лучше, чем у сосредоточенной в одном месте катушки настройки и его температура была бы меньше. Кстати, а цилиндры совсем не греются в течении всего времени, см. Рис.16.
Рис.16 Снимки с экрана тепловизора.
Просто для интереса:
1. Площадь двух цилиндров в емкостной (ЕН) антенне (излучающий элемент - конденсатор) равна - 847800 кв.мм.
2. Площадь провода диполя, сделанного из 5мм канатика равна - 1303100 кв.мм.
Т.е. площадь поверхности Диполя в 1,5 раза больше, чем у емкостной (ЕН) антенны! Никогда об этом не задумывались?
Какой можно сделать вывод? Ранее всегда рекомендовалось для настройки ЕН антенн использовать подвижный хомутик. Но как мы видим на снимках с тепловизора, такой хомутик тоже должен греться и тем самым ухудшать КПД антенны. Значит лучше все же настраивать ЕН антенну сдвиганием и раздвиганием витков катушки настройки, а не более удобным способом с помощью хомутика.
Тем не менее, глядя на график Рис.15, можно предварительно сделать вывод о КПД емкостной (ЕН) антенны. Что уходит в эфир, а что в тепло.
А теперь уже наверное все. Поставить антенну на улице видимо в ближайшее время не удасться, тем более с моей болезнью, а хотелось бы, как и с предыдущей ЕН антенной на 1,8 МГц. В помещении очень большой уровень помех от различных источников (ТВ, зарядники, светодиодные лампы, резервные источники с ШИМ и т.д.). Тем не менее продолжу заниматься с этой антенной и вполне вероятно дополню статью или будет новая на частоту 3,5 МГц или 7 МГц, а может быть и 10 МГц, с этой же конструкцией. Ожидаю, что результаты будут еще лучше!
Успехов всем!
73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
01.2025г.
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
01.2025г.