|
Что можно сказать? Эта статья впервые, наверное, не предлагает конструкцию, которая может быть использована повседневно. Тем не менее, тем кто интересуется емкостными (ЕН) антеннами, она будет полезна. Какие завистимости элементов антенны влияют на ее эффективность, как меняются параметры антенны? Как можно перестроить антенну с одной частоты на другую, с минимальными изменениями в конструкции (может быть и с ухудшением параметров). Также выражаю благодарность Роману (R1CCY) за идеи и конструктивные предложения. |
Емкостная антенна на частоту 14 МГц,
с перестройкой в широком диапазоне
Кононов Владимир ( UA1ACO )с перестройкой в широком диапазоне
г. Санкт-Петербург
Для примера был выбран диапазон 14 МГц. Почему 14 МГц, а не другой? Просто за основу антенны была взята антенна, описанная в предыдущей статье "Емкостная антенна трехдиапазонная 10, 14, 21 МГц", ЗДЕСЬ . Конструкция самой антенны повторяет предыдущую, с той лищь разницей, что на кожухе антенны (ПП труба 110 мм) размещен подвижный медный цилиндр, для пернестройки антенны по частоте. Внешний вид готовой антенны можно увидеть на рисунке Рис.1
Рис.1 Внешний вид антенны 14 МГц.
Эту антенну можно, с небольшой доработкой, использовать и на диапазоне 7 МГц, но об этом будет сказано дальше.
Как же устроена эта антенна? Внутренности антенны можно увидеть на рисунке Рис.2
Рис.2 Внешний вид антенны 14 МГц.
Конструкция полностью повторяет конструкцию описанную в статье "Емкостная антенна трехдиапазонная 10, 14, 21 МГц". Катушка намотана на отрезке полипропиленовой трубы длиной 70-80 мм. и имеет 15 витков провода ПЭЛ 1,0 мм, отвод от 1-го витка. Можно использовать голый провод, очищенный от изоляции, намотка с шагом, с дальнейшей проклейкой клеящим пистолетом в разных точках, для исключения замыкания витков между собой. В остальном все стандартно и какие-то размеры можно посмотреть в упомянутой выше статье.
Для кожуха антенны использована стандартная полипропиленовая труба диаметром 110 мм. Длина кожуха +/- 360 мм. На кожухе размещен медный цилиндр (можно и алюминиевый или латунный), сделанный из фольги. Длина этого цилиндра +/- 80 мм. Цилиндр должен с небольшим трением перемещаться вдоль кожуха.
Сама антенна крепится в кожухе с помощью небольших приклеенных к антенне колец, Рис.2, изготовленных из подручных диэлектричеких материалов. Я использовал дно и крышку от пластиковой банки сухого молока (400 гр.)
Теперь о сути доработок и переделок. Зачем нужен медный цилиндр на кожухе антенны? При передвижении этого цилиндра по кожуху, изменяется емкость между цилиндрами (банками) самой антенны и, таким образом, частота настройки изменяется в широких пределах, что позволяет настроить антенну точно на ту частоту, которая необходима. Конкретно в данной антенне частота с помощью внешнего цилиндра изменялась от 14,4 МГц до 13,3 МГц. Диапазон изменения широкий. Если уменьшить ширину внешнего цилиндра, этот диапазон конечно уменьшится. Роман (R1CCY) вообще использовал несколько витков провода вместо цилиндра. Фольгу не обязательно запаивать в виде цилиндра (а может быть и лучше не запаивать шов) все дело в жесткости цилиндра.
Еще раз напомню, что наличие такого цилиндра на кожухе не улучшает параметры антенны (сужается полоса пропускания, снижается эффективность антенны), но об этом дальше...
Посмотрим теперь на полученные результаты с такой антенной. Что касается оценок. Часто можно услышать: "я с моей антенной провел такие DX связи...", или "антенна работает отлично - я провел QSO со всеми континентами..." и т.д. Это конечно не показатель. Сегодня можно сработать и на кусок провода, а в другой день и на Яги проблематично. Именно поэтому необходимо конкретно провести всевозможные измерения и сравнения, чтобы объективно представлять возможности антенны.
Не буду даже прибегать к своим любимым удаленным KiwiSDR приемникам в разных странах. Использую только свой удаленный на 1км. SDR приемник (поверхностная волна) и систему WSPR. Посмотрим уровни сигнала в различных положениях медного цилиндра на кожухе антенны.
Но перед измерениями посмотрим на АЧХ изготовленной антенны:
Рис.3 АЧХ антенны в диапазоне 1-30 МГц.
Как видим, при правильно выбранных характеристиках (диаметр каркаса и т.д.) катушки настройки, антенна имеет только один резонанс во всем диапазоне частот.
Рис.4 АЧХ антенны при максимально надвинутом внешнем цилиндре.
Рис.5 АЧХ антенны без внешнего цилиндра.
Рис.6 АЧХ антенны для частоты WSPR.
Посмотрим уровни сигнала на удаленном за 1км. SDR приемнике для разных положений цилиндра на кожухе.
Рис.7 Уровни сигнала для различных положений внешнего цилиндра.
(на масштаб шкалы не обращаем внимания)
Как видим, уровень сигнала с полностью надвинутом цилиндре, с понижением частоты до 13,190 МГц даже несколько больше, что вполне естественно для поверхностной волны.
Теперь перейдем к измерениям с помощью WSPR. Я использовал мощность 5 ватт. Но уже после измерений уровней сигнала понял, что надо было испольозвать 1 ватт (меньше установить нет возможности). Количество приемников, которые приняли сигнал с мощностью 5 ватт так велико, что пришлось копировать таблицы с уровнями сигнала в несколько заходов. Посмотрим на карту с расположением приемников, принявших мой сигнал, Рис.8.
Рис.8 Карта с приемниками, принявшими сигнал от антенны, при мощности 5 ватт.
Рис.9 Антенна без внешнего цилиндра. Уровни WSPR
Рис.10 Антенна c внешним цилиндром. Уровни WSPR
Сложно сравнить уровни сигнала (настолько многие SDR приемники приняли сигналы с цилиндром на кожухе и без него). Тем не менее, можно сравнить хотя бы уровни принятые некоторыми приемниками, с отражением от ионосферы, например:
| Позывной | Уровень без цилиндра в dB |
Уровень с цилиндром в dB |
Разность в dB |
| HB9VQQ/KC | -11 | -17 | -6 |
| PA0SLT/A | -17 | -24 | -7 |
| G4ZFQ | -4 | -10 | -6 |
| DK8FT | -10 | -16 | -6 |
| R2DVC | -17 | -20 | -3 |
Таким образом мы видим, что уровни принятые SDR WSPR приемниками от антенны без надвинутого цилиндра больше, чем с надвинутым цилиндром, в среднем на 3-7 dB больше, что и следовало ожидать.
* естественно, для того чтобы вернуться на частоту настройки WSPR при надвигании цилиндра (для проверки уровней сигнала при надвинутом цилиндре), мы уменьшаем виндуктивность катушки настройки, раздвигая витки.
А теперь вернемся к обещанному: как использовать эту антенну для диапазона 7 МГц, внеся незначительные изменения в конструкцию.
Достаточно включить дополнительный конденсатор емкостью 37 пФ между емкостным элементом антенны (банками). Но... здесь есть маленький нюанс! Эта емкость должна быть высоковольтной, не менее 5 кВ, для мощностей 100 ватт. Предложенное напряжение 5 кВ дано с запасом, с учетом влажности воздуха и т.д. Здесь уместно сказать, что при моделировании, переменный конденсатор с зазором 1,5-2мм пробивало. Что можно предложить? Это дело фантазии радиолюбителя. Можно пойти по пути, который использовался при изготовлении контуров к антенне W3DZZ и в подобных случаях - использование отрезка коаксиального кабеля, например РК-1 или РК-3 и подобных, как это сделал R1CCY, Рис.11. Такой отрезок кабеля надо уложить на поверхности "холодного" цилиндра, а центральную жилу припаять к верхнему цилиндру. (Оплетку отрезка коаксиального кабеля припаиваем к нижнему цмлмндру. прим. R1CCY)>/i>
Рис.11 Использование кабеля РК в качестве емкости.
Длиной отрезка кабеля подбираем его емкость (лучше конечно заранее измерить емкость отрезка). АЧХ такого варианта антенны дан на рисунке Рис.12.
Количество витков остается прежним, а отвод необходимо сделать от 1/2 - 2/3 витка.
Рис.12 Антенна на 7 МГц c дополнительным конденсатором 37 пФ.
Конечно, такой вариант антенны можно назвать суррогатным, так как полоса пропускания антенны по КСВ=2 равна всего 20 КГц, см. Рис.11. Размеры антенны для частоты 7 МГц слишком маленькие. Именно поэтому не привожу сравнительные испытания WSPR и с удаленным SDR приемником.
Почему так сильно сузилась полоса пропускания? Вспомним физику, в частности формулу добротности, от которой и зависит полоса пропускания. Вот формула добротности для последовательного контура:
Формула добротности.
Казалось бы полоса пропускания должна увеличиться, при увеличении емкости емкостного элемента, т.е. добротность падает, а полоса пропускания увеличивается. Но мы видим обратную картину и это также подтверждается в других экспериментах при увеличении емкости емкостного элемента на других антеннах и на разных частотах КВ и УКВ.
Предположительно такая картина происходит потому, что при изменении параметров контура антенны, необходимо подстраивать согласование антенны с линией передачи 50 Ом. Такая рподстройка, как правило, происходит перемещением витка отвода в сторону уменьшения катушки связи (автотрансформаторная схема согласования). В этом конкретном случае, первоначально был отвод от 1 витка катушки настройки, а после увеличения емкости емкостного элемента, отвод передвинулся к 1/2 - 2/3 катушки настройки, т.е. индуктивность увеличилась в большей степени, в противовес увеличению емкости. Добротность контура возросла, вследствие меньшей связи с линией питания, а отсюда и такое следствие. Но это мое предположение.
Такие нюансы всегда необходимо учитывать, не смотря на кажущуюся незначительность их величин.
Что еще хочется сказать? О работе емкостной антенны в помещении, в жилом помещении. Уже неоднократно говорилось о вреде ЭМВ на здоровье человека. Все это конечно не относится к малой QRP мощности, но... при большой мощности такое использование антенны недопустимо, хотя такой соблазн, из-за малости размеров ЕН антенны, всегда присутствует. И еще... в помещении очень сильный фон от различных источников помех, что умаляет использование емкостной антенны в помещении. Я уже неоднократно приводил такие сравнения, но приведу еще олдин такой пример. Я живу в деревне и у меня стоят различные антенны на огороде, вне дома. Дальше два примера с уровнем шума от антенны на огороде (широкополосный диполь ВВА-120), Рис.13 и от емкостной ЕН антенны в помещении, Рис.14.
Рис.13 Уровень шума от антенны ВВА-120 на огороде.
Рис.14 Уровень шума от емкостной антенны (описываемой в статье) в доме (даже не городском).
Как видите разность в 12 dB! и это не самый худший случай. Что это значит? А значит это то, что слабые станции мы не услышим, а станции с большим уровнем сигнала (раскочегаринные) не удостоят вас внимания, если антенна стоит в помещении и используется QRP :-(.
Удачи всем и хорошего эфира!
73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
02.2025г.
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
02.2025г.