|
Поработал я в эфире некоторое время QRP и пришла мысль сделать маяк с QRP передатчиком внутри небольшой кмкостной (ЕН) антенны: никаких кабелей, проводов, "спинок от кроватей" (как любят говорить нелюбители ЕН антенн) и т.д., только антенна и непосредственно передатчик. Да, такие эксперименты уже повторяли много раз, в том числе и за рубежом, но ведь интересно! Рассказал я о своей идее друзьям, радиолюбителям, работающим QRP, и посоветовали мне диапазон 20 метров. Что получилось из всего этого - читайте в статье. |
или
QRP маяк внутри ЕН антенны на диапазон 20 метров
Кононов Владимир ( UA1ACO )
г. Санкт-Петербург
Вот, вот... "Висит груша - нельзя скушать" :-) Как и обещал, повесил я изготовленный маяк с ЕН антенной на яблоню... Красота! Поработал он часа два и... пошел дождь :-( Антенна-то без кожуха. Пришлось снять маяк с яблони, высушить, и повесить на чердак, под крышу, благо крыша не металлическая и кругом пусто. НО, все по порядку:
Как я и написал в преамбуле, пришла мысль сделать QRP маяк, расположенный в корпусе антенны. Уже много раз делали такие конструкции, присылали мне конструкции в письмах, публиковали на форумах и у нас в России и за рубежом. Приведу лишь один пример, фото малогабаритной конструкции, изготовленный радиолюбителем UN7TAE - маяк с мощностью 2 ватта на диапазон 14 мГц.:
Рис.1 Маяк UN7TAE мощность 2 ватта, 14 мГц.
Вот что пишет его корреспондент Вадим (UN7GZZ) находящийся на расстоянии 252 км: "Здравствуйте Владимир. Я в Алматы, 3-й этаж 5-и этажки. Кругом 9-и этажки, море помех, TS-2000, в окне кусок проволоки метра 3 - сопля. Уверенно принимаю Ваш сигнал, правда нет нет помеха с большим уровнем проскакивает, писк какой-то, а так сигнал уверенный. 73! Вадим"
Тоже маяк, с двумя ваттами и ЕН антенной (двухцилиндровой)... видимо железобетон переизлучает. И таких экспериментов было много, очень интересный эксперимент проводили в США (с записью графика уровня сигнала) W4DJW, причем в сравнении с полноразмерным диполем. О своих конструкциях маяков и других писать не буду - все можно прочитать в статьях этого сайта.
А таперь непосредственно о конкретной конструкции. Как я и упоминал, решил сделать маяк, и не просто маяк, а маломощный QRP. Маяк состоит из трех частей: QRP передатчик, ЕН антенна и манипулятор. Антенну и передатчик я сделал быстро, а вот с манипулятором я что-то замудрил... Если бы у меня был электронный CW ключ с памятью, проблем бы не было, но я традиционно работаю на обычном ключе "лягушка", так что пришлось что-то придумывать. Первая мысль - взять готовую китайскую плату цифрового магнитофончика ISD1820 (стоит копейки), так и сделал. Записал с микрофона код, точки и тире - текст. Но выяснилось, что сигнал с динамика такой плохой, что преобразовать его в телеграфные импульсы стало проблемой, но раз начал надо заканчивать, да и все как-то громоздко получилось. Хотя записать оперативно CW текст можно хоть с ключа, или просто "насвистеть" :-). Если кому интересно, схему можно посмотреть ЗДЕСЬ .
После того как сделал этот "манипулятор", пришла мысль использовать не плату с микросхемой ISD1820, а примерно такую же плату MP3 плеера (цена примерно такая же). Попробовал... опять как-то громоздко. Решился, сделал электронный ключ с памятью по схеме Владимира из Калининграда - статья "Aвтоматический телеграфный ключ с памятью CW_01" на контроллере ATiny13. Все заработало сразу! Но, опять как-то громоздко...
Пошуршал... пошуршал в интернете и чудо! нашел схему Дмитрия (RA1AHC) состоящую всего из ТРЁХ деталий ("Радио" №2 2014). Нашел в мастерской программатор, контроллеры ATiny13 еще оставались с прошлых конструкций.... 20-30 минут и все готово. Схема CW манипулятора ЗДЕСЬ .
Все прошивки и описание манипулятора есть в вышеприведенной статье журнала "Радио" и на FTP сервере.
Кстати, эта схема использовалась в QRP маяке р/ст TP2CE/B с мощностью 0,5 Вт, но с обычной антенной.
И так, антенна готова, манипулятор тоже. Передатчик решил сделать с мощностью около 80-150 мВт не больше, в среднем 100 мВт. Опять полез в чемодан с радиодеталями.... Ограничивать себя в сложности или простоте конструкции не стал, потребляемая мощность тоже не ограничивала, расчитывал на питание от аккумулятора 12в. Габариты - самое большое ЕН антенна :-) около 40-50см. В мастерской также нашел сантехническую трубу диаметром 75мм и длиной 50см. Кусок медной фольги (можно без ущерба и алюминий использовать), отрезок провода ПЭТВ 1.0мм тоже был... чертеж антенны и описание будет дальше.
А передатчик... классика, ничего мудреного. Выгреб из чемодана кучу транзисторов, в ЗГ поставил КТ603, на выходе пробовал много разных транзисторов, лучше всего показали себя КТ646 и КТ630... остановился на КТ630. Планировал сделать такой передатчик, чтобы не было каких-то резонансных элементов (кроме кварца конечно), чтобы можно было использовать конструкцию без переделок и на другие частоты. Хорошим фильтром на выходе являлась сама ЕН антенна, об этом будет сказано дальше. В итоге получилась конструкция показанная на рисунке Рис.2.
Рис.2 Полная схема маяка.
Подробнее остановлюсь на схеме, хотя проще некуда. Задающий генератор на транзисторе КТ603. Резонансных элементов нет. Кварц в данном случае 14.06 мГц, хотя пробовал разные: 3,56; 7,03; 10,106; 21,06 мГц в различных корпусах. Кварц установлен на колодке, для удобства смены кварца. Манимуляция в задающем генераторе с помощью ключа на КТ940 (можно и любой другой n-p-n) на который подается сигнал с контроллера ATiny13 или от внешнего ключа, выбирается переустановкой перемычки. Уровень сигнала от задающего генератора можно регулировать с помощью потенциометра 100 Ом, но как показала практика, для изменения выходной мощности лучше всего изменять питающее напряжение (установив, например стабилизатор LM317 в цепь питания), надо сразу сказать, что передатчик стабильно работает при питающем напряжении от 5 до 15 вольт, естественно, с изменением выходной мощности, об этом будет сказано дальше, а также показана зависимость выходной мощности от питающего напряжения. В цепь эммитера выходного каскада обязательно необходимо включить резистор 1-3 Ом, для защиты транзистора (можно зашунтировать емкостью). В коллекторе установлена индуктивность (номинал не помню), катушка имеет диаметр 12мм, содержит 14 витков виток к витку, провод ПЭТВ 1мм (таким же намотана и катушка в антенне). Надо не забыть установить в цепи питания блокирующие конденсаторы (номинал не так важен), как показано на схеме. Питание микроконтроллера ATyni13 осуществляется от отдельного стабилизатора 78L05 (5 вольт), также с блокировкой по питанию. Светодиод, включенный к 7 ножке микроконтроллера включается после окончания цикла передачи CW сообщения, затем цикл повторяется. Запрограммировать свой текст сообщения можно без компиляции, просто изменив код непосредственно в .HEX файле прошивки, что очень удобно (читайте статью RA1AHC там все описано подробно). Файл прошивки "exp_eh85_10.hex" для позывного UA1ACO находится ЗДЕСЬ . К 6 ножке контроллера подключен пьезодинамик, дублирующий звуком передаваемый текст. Передатчик собран на макетной плате размером 40х100 мм, и показан на рисунке Рис.3
Рис.3 Плата маяка маяка без антенны.
Остановимся подробнее на антенне и ее особенностях. Видимо это главное, из-за чего задумывалась вся конструкция.
На этот раз была выбрана одноцилиндровая антенна, особенно после прекрасных результатов с одноцилиндровой антенной на 1,8 мГц, описанной в статьях ЗДЕСЬ и ЗДЕСЬ .
В качестве основы антенны выбрана полипропиленовая труба диаметром 75мм (можно использовать не только канализационную, но и водосточную, или от вентиляционной системы, примерно равных диаметров). Пригодится также и заглушка к этой трубе, на которую в дальнейшем будет установлена плата передатчика и (при необходимости) внутренний аккумулятор. Чертеж антенны показан на рисунке Рис.4.
Рис.4 Чертеж и внешний вид одноцилиндровой антенны.
Конструкция антенны должна быть понятна, тем более, что аналогичные антенны были описаны ранее в статьях этого сайта. Перед стыковкой антенны к QRP передатчику, антенну необходимо настроить отдельно с помощью VNA (методики также многократно описаны в статьях сайта). В антенне принята схема с катушкой связи (не автотрансформаторная, как в схеме Star). Тем не менее удалось получить довольно широкую полосу пропускания антенны в 345 кГц по КСВ=2. Как же это удалось? Дело все в конструкции катушки настройки, она намотана с большим шагом, 16 витков, при длине намотки 75 мм, проводом ПЭТВ 1.0. Из-за увеличенного шага удалось уменьшить собственную емкость катушки и сделать ее размер соизмеримый с длиной цилиндра (соотношение примерно 1:2). АЧХ готовой антенны приведена на рисунке Рис.5.
Рис.5 АЧХ одноцилиндровой пантенны.
Цилиндр изготовлен из медной фольги 0,1мм и имеет возможность перемещаться по трубе. Для этого под медный цилиндр был подложен цилиндр из картона (упаковка из-под сока) и приклеен к картону, поэтому с небольшим трением медный цилиндр может передвигаться по трубе. Верхний конец катушки настройки с нижним концом цилиндра соединен небольшим отрезком любого гибкого провода. Здесь необходимо всегда помнить свойство одноцилиндровых антенн: при приближении цилиндра к катушке настройки, частота резонанса увеличивается, а при отдалении - наоборот, уменьшается. При точном соблюдении размеров, настройка антенны сводится к небольшой подстройке. Такую антенну можно использовать и отдельно, как стационарную. Из-за того, что применена связь антенны с кабелем (если использовать стационарно) с помощью катушки связи, влияние кабеля на настройку антенны минимально. С нижней стороны трубы вставлена стандартная, для трубы 75мм, заглушка. На заглушку монтируется сама плата передатчика и, при необходимости, небольшой аккумулятор на 12 вольт. Ток потребления передатчиком равен 70 мА.
После установки платы маяка в антенну, из-за увеличения общей емкости, частота настройки антенны уходит немного вниз, что легко компенсируется передвижением цилиндра вниз, ближе к катушке.
После того, как антенна была изготовлена, интересно протестировать ее в реальном эфире с помощью стационарного трансивера ICOM-718 (мощность менее 1 ватта не установить) и сравнить ее с полноразмерным диполем, длиной 30 метров, ВВА-120. Измерения проводил с помощью удаленного KiwiSDR приемника, расположенного в Германии в городе Bulzig LOC: JO61jv (расстояние 1345 км). Результат можно увидеть на рисунке Рис.6. Это реальные уровни сигналов в эфире.
Рис.6 Принятые уровни сигнала в Германии.
К сожалению не удалось сравнить уровни сигнала от ЕН антенны, с установленным QRP передатчиком, и диполем ВВА-120 с трансивером, так как мощность на трансивере ICOM-718 меньше 1 ватта не выставить, а передатчик маяка не задействовать в режиме WSPR, поэтому ограничился сравнением антенн только на удаленном SDR приемнике.
Германия конечно хорошо, но надо попробовать и поближе, например на SDR приемнике Леонида (R1LB), который любезно согласился включить свой SDR приемник с диполем 20м. и программой SDRUno. Между нами дистанция около 15 километров. Рис.7.
Рис.7 Сигналы на приемнике R1LB при разных мощностях и антеннах. 14 мГц
100 мВт антенна ЕН; 1 Ватт антенна диполь ВВА-120 (30 метров)
Я обещал предоставить график зависимости выходной мощности передатчика от напряжения питания, он представлен на рисунке Рис.8.
Рис.8 Зависимость выходной мощности QRP передатчика от напряжения питания.
Все, антенна настроена, проверена. Передатчик также проверен, все зависимости сняты. Объединяем передатчик с антенной, подключаем аккумулятор. Еще раз по Индикатору Поля подстраиваем антенну на максимум излучения (находим положение цилиндра на трубе по максимуму сигнала на ИП). Включаем передатчик в положение несущей (устанавливаем перемычку на плате без манипуляции). Включаем анализатор спектра и смотрим сигнал Рис.9, в реальном эфире, а также уровень гармоник, Рис.10.
Рис.9 Несущая сигнала маяка в эфире на анализаторе.
Рис.10 Уровень гармоник в эфире (ЕН антенна - селектор сигнала).
Подавление 2-й и более гармоник более 40dB, что для QRP передатчика в 100 мВт вполне нормально.
Вешаем маяк на яблоню, как я писал в начале, и пока нет дождя... смотрим свой сигнал на скиммерах. Проходит десять минут... двадцать... час... идем смотреть.
УРА! Цель достигнута, два приемника "заловили" мой сигнал UA1ACO/B: приемники DL9GTB и RU9CZD, см. Рис.11. при 100 мВт и с ЕН антенной!
Рис.11 Скиммеры RBN заловили.... и даже с/ш до 11dB!
Доверяй, но проверяй.... идем на графический RBN и смотрим... Рис.12.
Рис.12 В графическом RBN.
Рис.12 Прием моего сигнала 100 мВт+ЕН антенна на скиммерах.
Всё, облегченно вздохнул. Затратил конечно несколько дней на все работы, поиски, изготовление, настройку и т.д. Зато цель достигнута. Конечно никому ничего доказывать я не хотел - самому интересно, тем более, что такие эксперименты до меня уже проводили, да и я сам пробовал с другими передатчиками и антеннами.
В заключение, хочу поблагодарить Дмитрия (RA1AHC) за идею и схему прекрасного манипулятора CW сигнала на контроллере ATiny13, Леонида (R1LB) за помощь в тестировании моего QRP + ЕН маяка, а также Олега (RX3G) за ценные советы. Спасибо!
Удачи всем, чистого эфира и мои 73! и 72!
73! 72!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
09.2026г.
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
09.2026г.