# Антенна U A 6 A G W v.20.04

Александр Васильевич Грачёв

Статья об эффективной и простой антенне на диапазон 20 метров.

Грачёв Александр Васильевич

Антенна UA6AGW v. 20.04


Размеры основных элементов этой антенны, определены с помощью прямого масштабирования высокоэффективной антенны на диапазон 40 метров (версии 40.04), на 20-ти метровый диапазон. Коэффициент масштабирования выбран исходя из того что длинна волны 20-ти метрового диапазона вдвое меньше чем длинна волны на диапазоне 40 метров. Соответственно, диаметр (периметр) излучающей рамки, длина лучей, ёмкости конденсаторов вдвое меньше чем соответствующие элементы антенны версии 40.04. В этом случае величина комплексного сопротивления антенны остается прежней. Это определяет схожие с антенной прототипом, основные характеристики антенн. Даже графики основных параметров этой антенны снятые с помощью АА, очень похожи на соответствующие графики антенны версии 40.04. Ниже приведен такой график, снятый до настройки антенны.


Электрическая схема этой антенны и основные размеры антенны, приведены на рисунке.


Конструкция:


Антенна собрана на тщательно прокрашенном деревянном бруске длинной 1,5м. Внизу грани на бруске слегка закруглены, с тем, чтобы он достаточно плотно вставлялся в пластиковую трубу с наружным диаметром 42 мм. В верхней части бруска просверлены, перпендикулярно друг другу, два сквозных отверстия диаметром 9 мм. Через одно из этих отверстий пропущен шнур, с помощью которого расчалены лучи. А через второе проходит кабельная стяжка, удерживающая излучающую рамку и петлю связи.


Пластиковую коробку, в которой расположены конденсаторы, пластмассовый кронштейн к которому крепятся лучи и любые другие детали антенны удобно крепить к бруску с помощью саморезов. На рисунке ниже одна из версий этой антенны.


В общем виде, конструкция антенны достаточно проста и ничем не отличается от предыдущих версий. Здесь также, нужно использовать добротные материалы и здравый смысл. Вот что получается в противном случае.


Детали.


Рамка.

Рамка выполнена из кабеля 7/8", применяемого для устройства фидерных линий при строительстве сотовых станций. Он имеет очень небольшой вес, вместо внешней оплётки сплошную гофрированную трубу из меди, диаметром около 23 мм, в роли центрального проводника медная трубка диаметром около 9 мм. Черная пластиковая изоляция с него снята. В последнее время, мои попытки применять различные лаки для того что бы уберечь поверхность рамки от окисления, оказывались неудачными. То ли лак попадался неудачный, то ли УФ излучение солнца в последнее время возросло, но лаковое покрытие каждый раз успешно разрушалось. Поэтому, в этот раз рамка осталась "голой".


Лучи.

Лучи этой антенне достались "по наследству" от антенны версии 20.62. Не пытаясь заново "изобрести велосипед", я приведу описание этих элементов с некоторыми уточнениями из статьи об антенне версии 20.62.

"Лучи телескопические, выполненные из двух алюминиевых трубок диаметром 25 мм и двух алюминиевых трубок диаметром 22 мм., каждая длинной по 2 метра. Более тонкие трубки вставлены в более толстые трубки. Вначале каждой более толстой трубки, для снижения переходного сопротивления приклепаны четыре контактных лепестка, а к ним припаяны соединительные проводники. На концах этих же трубок сделаны продольные надрезы длинной 4-5 см. На этих надрезах установлены хомуты, с помощью которых можно надежно фиксировать перемещение внутренней трубки.


Этого вполне достаточно для обеспечения хорошего контакта. Такая конструкция позволяет изменять длину лучей от 205 см. до 385 см. Для обеспечения механической прочности, лучи сверху расчалены капроновым шнуром. Лучи крепятся к пластмассовому кронштейну изготовленному из винипласта. Этот материал легко обрабатывается и обладает хорошими диэлектрическими свойствами.


.


Чтобы придать жесткость этому кронштейну, я разогрел винипласт промышленным феном и придал ему такую форму.


Такая конструкция позволяет надежно крепить лучи и регулировать наклон лучей относительно рамки. Кронштейн крепится у мачте тремя саморезами. Верхний саморез вкручивается через большое отверстие вверху кронштейна (отверстие хорошо видно на фотографии). Этот саморез является "осью" в том случае если нужно наклонить лучи. Для этого выкручиваем два нижних самореза, а верхний саморез слегка отпускаем, затем нужно наклонить на необходимый угол лучи вместе с кронштейном, нижние саморезы закрутить в боковые отверстия кронштейна.


Петля связи.


Петля связи тоже достались этой антенне "по наследству" от антенны версии 20.62. Ниже приведено описание конструкции петли связи из соответствующей статьи.

"Питание антенны осуществляется с помощью петли связи, изготовленной из кабеля с таким волновым сопротивлением, на который рассчитан выход трансивера или передатчика. Способ изготовления показан на рисунке ниже.


Монтаж петли связи производится по определенным правилам. Точка симметрии петли связи и точка на излучающей рамке, равноудаленная от концов кабеля, из которого изготовлена рамка, совпадают с вершиной мачты выполненной из непроводящего материала (пластик, дерево и т.д.). Петля связи непосредственно примыкает к излучающей рамке на расстоянии 10 см влево и вправо от точки симметрии.

Конструкция петли связи и такой способ её монтажа обеспечивают высокую электрическую симметричность всей конструкции, исключают паразитные токи в оплетке питающего кабеля и позволяют не использовать заземление, если его применение не требуется из соображений электробезопасности."


Мачта. Оттяжки.


Также как у антенны прототипа, мачта, применяемая для установки антенны, обязательно должна быть неметаллическая. В крайнем случае, можно применить составную мачту (металл-диэлектрик). Но рамка обязательно должна располагаться на неметаллической части. В моем случае применяется 4-х метровая пластиковая труба диаметром 42 мм. Вместе с деревянным брусом они обеспечивают установку антенны на высоте приблизительно 5,5 метров.


Оттяжки (если они применяются) тоже должны быть неметаллические. В наше время найти подходящие шнуры для этого не проблема. У меня оттяжки не применяются. Моя антенна закреплена с помощью двух деревянных укосин длинной по полтора метра каждая.


Укосины хомутом крепятся к мачте и с помощью металлических колышков приколоты к земле. Такое крепление при относительно невысокой мачте обеспечивает надежную её установку.


Конденсаторы.


Конденсаторы в этой антенне я применял разные. Изначально это были воздушные самодельные из оцинкованного железа.


Каждый из них состоит из трех пластин. Собраны они с помощью шпилек и гаек М5, на пластине из винипласта.


Емкости таких конденсаторов легко изменять, изменяя расстояние между верхней пластиной и пластиной находящейся под ней. Затем для проведения опытов, я изготовил дистанционно управляемый конденсатор.


Для антенны на один диапазон, пожалуй, наиболее рационально применить промышленные вакуумные конденсаторы постоянной емкости. Они не пользуются спросом у радиолюбителей и можно приобрести их за совсем небольшие деньги. Что я и сделал...


Конденсатор емкостью 12,5 пФ применяется в роли С-1, емкостью 25 пФ в роли С-2. Оба конденсатора на напряжение 10кВ. С такими конденсаторами антенна способна легко выдержать несколько киловатт подводимой мощности.

В дальнейшем я активно применял такие конденсаторы в новых версиях антенн. Но об этом я расскажу позже....

Можно применить конденсаторы с твердым диэлектриком, к примеру К15-1У соответствующей мощности, но нужно учитывать что они вызывают снижение действующей высоты антенны приблизительно на 10% по сравнению с воздушными или вакуумными конденсаторами.


Настройка.


Так же как в антенне прототипе, настройка этой антенны в резонанс и настройка её по минимальному КСВ, это разные процедуры. Если конструкция конденсатора С-2 позволяет изменять его емкость, то имеется возможность, в зависимости от поставленной задачи, реализовать различные варианты диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости.

К примеру, при длине лучей указанной в начале статьи и их горизонтальном положении, диаграмма имеет вид эллипса вытянутого вдоль лучей. А если лучи наклонить (градусов на 20-30) относительно рамки, то она станет направленной. Антенну в этом случае, хорошо бы вращать...

Если длину лучей выбрать в пределах 2,5м. и расположить их горизонтально, то диаграмма направленности в горизонтальной плоскости будет близка к круговой, без заметных провалов.

Настройка антенны в резонанс ведется изменением емкости конденсатора С-2. Самый простой критерий настройки в резонанс, это максимальный уровень сигналов (шума) на прием. В роли генератора шума можно использовать уличный светодиодный светильник. Такие светильники дают, практически во всем КВ диапазоне, практически одинаковый по уровню белый шум. Конечно, можно настраивать и с помощью антенного анализатора (АА).

В случае применения конденсаторов постоянной емкости, настройка антенны производится изменением длинны лучей. Как известно, емкость между лучами диполя (лучи по одному метру каждый), около 8 пФ. Соответственно при изменении длинны лучей (обоих лучей одинаково) к примеру, с 3,5м до 3,0 м. емкость между ними уменьшится примерно на 4 пФ. Критерий настройки в резонанс, в этом случае, тот же, по максимальному уровню сигнала. Но настройку удобнее вести с помощью АА.

Затем используя КСВ-метр проверяем величину КСВ, и если это нужно настраиваем антенну по минимальному КСВ. Для этого: 1.

Изменяем расстояние, на котором петля связи непосредственно примыкает к излучающей рамке симметрично с обеих сторон. При этом, изменится коэффициент связи излучающей рамки и петли связи, изменится полоса с минимальной реактивностью, увеличится (уменьшится) значение активного сопротивления на частоте резонанса.

Подробно об этом, смотреть здесь http://samlib.ru/u/ua6agw_g_a/a2.shtml 2.

Затем изменением формы петли связи, от округлой к более вытянутой или наоборот, произвести окончательную настройку по минимуму КСВ.

Первичную настройку антенны, удобно производить установив её на высоте (от земли до верхушки) 1,8-2,0 метра. Затем после установки её на рабочую высоту подкорректировать частоту резонанса


Результаты.


Эксплуатация антенны показала, что антенна удалась, что полученные результаты даже несколько превосходят ожидаемые. Все те теоретические предположения, сделанные в ходе опытной эксплуатации антенны прототипа, получили подтверждение в ходе эксплуатации описываемой в этой статье антенны.

Диаграмму направленности антенны (впрочем, и эффективность тоже) удобно оценивать с помощью ресурса "PSKReporter", позволяющего в режиме реального времени оценить распространение вашего сигнала. На картинке ниже приведено распространение моего сигнала в Европе. Мощность 200 Ватт, длинна лучей около 2,5 метров, диаграмма направленности близка к круговой.


На картинке хорошо видна "мертвая зона". Она простирается не менее чем на 1400- 1500 км. Учитывая то, что в диапазоне 20 метров отражение происходит от слоя F2, можно рассчитать максимальный вертикальный угол излучения. Расчет показывает, что вертикальный угол излучения составляет менее 20 градусов. Очень неплохой результат для антенны с высотой установки 5,5 метров от земли.

Если длину лучей сделать порядка 3,5 метров и расположить их горизонтально, то диаграмма направленности будет иметь вид эллипса вытянутого вдоль лучей. Отношение "вперед(назад)-вбок" порядка 6-9 дБ. Максимальный вертикальный угол излучения будет 15-20 градусов


Если лучи наклонить градусов на 25-30, то величина вертикального угла излучения со стороны луча "смотрящего" вниз (переднего), будет заметно меньше соответствующей величины вертикального угла излучения со стороны луча "смотрящего" вверх (заднего). На достаточно протяженных трассах, со стороны переднего луча, потребуется меньшее количество "скачков" (переотражений) для покрытия одного и того же расстояния. На трассах более 2000 км, это дает выигрыш со стороны луча "смотрящего" вниз, порядка 10 дБ. На приведенной выше картинке на западе США видна одна отметка "5hrs". Это "запад США" по длинному пути, в самое неподходящее для этой трассы время.

Рабочая полоса антенны, по уровню КСВ=2,0 получилась порядка 300- 350 кГц.

Вот собственно и всё что я хотел рассказать. В целом антенна получилась простой и эффективной. Конструкция антенны оказалась вполне надежной.


Грачёв Александр \UA6AGW\

г. Краснодар