# Антенна U A 6 A G W v.20.70

Александр Васильевич Грачёв

Статья о новом направлении развития проекта.

Грачёв Александр Васильевич

Антенна UA6AGW v. 20.70


Это антенна-концепт. Вернее это модель антенны-концепта. Изготовлена она для проверки возможности формирования однонаправленной диаграммы излучения, за счет изменения положения точки питания. Этот способ питания предложен Тетюхиным С.И. (R3PIN).

Для того чтобы облегчить понимание принципов работы этой антенны, несколько слов о работе магнитных рамок (ML). В магнитных рамках, так же как в полуволновом диполе, наблюдается режим стоячей волны. Т.е. в точке равно удаленной от концов рамки имеется пучность (максимум) тока, здесь же находится точка нулевого потенциала, в которой происходит смена фаз напряжения, на концах рамки имеется пучность напряжения, там же находится зона минимального тока. В этом смысле ML можно представить как согнутый в кольцо и нагруженный концевыми емкостями диполь. Бытующее мнение о том, что в ML ток в любой точке рамки имеет одинаковое (или почти одинаковое) значение, не имеет ни чего общего с реальным положением вещей. Обычно магнитные рамки (ML) запитывают в зоне максимального тока. Если применяется способ питания с гальваническим соединением питающего кабеля и элементов антенны (дельта-согласование, омега-согласование), то экран кабеля питания соединяют с точкой нулевого потенциала рамки. Если применяться индуктивный способ связи антенны и питающего кабеля, то его осуществляют с помощью петли связи. Существует ещё ёмкостный способ связи. Но во всех случаях предпринимаются технические меры для сохранения симметричности питания антенны и её диаграммы.

Суть способа предложенного Тетюхиным С.И. (R3PIN), заключается в исключении симметричности питания антенны, за счет переноса точки питания в зону максимального напряжения. Такая зона находится в точке соединения настроечного конденсатора и рамки. В этом случае, происходит смещение зоны концентрации электрических силовых линий (зоны максимальной напряженности электрического поля) относительно зоны концентрации магнитных силовых линий (зоны максимальной напряженности магнитного поля). Диаграмма направленности возникающей в результате взаимодействия этих полей электромагнитной волны, имеет вид направленного излучения. Формирование направленного излучения антенны с помощью смещения зоны концентрации электрического поля относительно зоны концентрации магнитного поля, применялось, к примеру, в антеннах версий 40.20-40.22 и в антеннах версий 7.00-7.02, но осуществлялось это иными способами.

Автор этих строк переосмыслил результаты опытов R3PIN и своих собственных опытов. Была реализована новая конфигурация подключения элементов и их взаимное положение.

Конструкция.

Как и все антенны UA6AGW, эта модель относится к классу антенн - "Комбинированные излучающие системы" (КИС). Состоит она из элементов с ярко выраженным предназначением для создания электрического и магнитного полей, в результате взаимодействия которых будет сформирована электромагнитная волна (ЭМВ).


Рамочная часть формирующая магнитную составляющую, выполнена из коаксиального кабеля, применяемого на станциях сотовой связи. Монтажники называют его "фидер ½" или "полудюймовый фидер". Так как модель изначально предназначалась для проведения опытов, и вопрос получения максимальной эффективности, в этой антенне, не ставился, то диаметр рамки выбран совсем небольшим - 50 см. Штатная оболочка с наружной поверхности снята.

Лучевая часть выполнена из алюминиевых трубок диаметром 9 мм, длиной 1,5 м. Для соединения лучей с другими элементами антенны к трубкам приклепаны по четыре (для снижения переходного сопротивления) контактных лепестка.


Подключены лучи не совсем так, как в предыдущих версиях антенн. Один из лучей подключен в точке соединения конденсатора С-2 и наружной оплетки рамки, а второй в точке равноудаленной от концов рамки. Крепление лучей позволяет располагать их под различными углами относительно рамки и друг друга.


Питание антенны осуществляется индуктивным способом. Для этого на рамку одеты 8 ферритовых колец марки М-400. Эти кольца с помощью кабельных стяжек собраны в трубку, на которой, из центральной жилы питающего кабеля намотана первичная обмотка высокочастотного трансформатора. Эта обмотка содержит 3 витка центральной жилы питающего кабеля. Вторичной обмоткой является собственно рамка, на которую одета эта трубка.


Исходя из того что в точке соединения настроечного конденсатора и рамки имеется высокое напряжение, можно утверждать что входное сопротивление всей конструкции в этом месте, имеет тоже высокое значение. Значение входного сопротивления зависит от положения питающего трансформатора на рамке. Чем дальше от точки соединения настроечного конденсатора и рамки, тем ниже входное сопротивление, чем ближе к конденсатору, тем выше входное сопротивление. Изменяя количество витков центральной жилы питающего кабеля и положение трансформатора, можно достаточно точно согласовать антенну по минимальному КСВ.

На расстоянии 90 см. от этого трансформатора, на питающем кабеле, устроен запорный дроссель, в виде катушки из трех витков питающего кабеля диаметром 6-7 см, на которую одета кабельная защелка.

Настроечный конденсатор С-1 выполнен из двух конденсаторов типа "бабочка" от радиостанции РСИУ, емкостью 20 пФ каждый. Конденсаторы включены параллельно. Конденсатор С-2 применен марки К 15-1У.


Роторы конденсатора С-1, через небольшие рычажки и общую рейку соединены с приводом серводвигателя.


Для управления сервоприводом, из стандартного сервотестера изготовлен пульт управления.


Настройка.

Поскольку это модель антенны и изготавливалась она для проверки принципиальной возможности формирования направленного излучения, то никакой особой настройки не проводилось. Кроме проверки принципиальной возможности, стояла задача выяснения частотной зависимости параметров направленного излучения. Для проверки частотной зависимости, ёмкость конденсатора С-2 изменялась в широких пределах, что позволяло настраивать антенну и на диапазон 40 метров и на диапазон 20 метров, а если его удалить вовсе, то на диапазоны 15 и 10 метров.

Результаты.

При проверке диаграммы направленности антенн в горизонтальной плоскости, радиолюбители часто совершают ошибку. Ошибка заключается в том, что источник сигнала необходимый для снятия диаграммы антенны, относят от антенны как можно дальше и оборудуют небольшой антенной. На первый взгляд всё вполне логично, но это только на первый взгляд. Для антенны расположенной на рабочей высоте, к примеру, 20 метров, излучение источника на расстоянии, к примеру, 500 метров и установленного на небольшой высоте, будет находиться в отрицательных значениях вертикального угла. В реальном эфире сигналы не приходят из под земли. Как известно, наиболее вероятные углы прихода ионосферной волны для диапазонов 20 и 40 метров составляют от 15 до 45 градусов. Таким образом, требуется источник сигнала не только отнести достаточно далеко, но и поднять достаточно высоко. Исходя из изложенных выше соображений, учитывая реальные возможности подъема антенны источника сигнала, для получения первичных данных о диаграмме направленности антенны, расстояние от антенны до источника было выбрано 30 м. В дальнейшем, в течении длительного времени, были проведены многочисленные наблюдения за работой любительских станций. Позволившие, методом усреднения данных наблюдения, уточнить диаграмму направленности антенны.

Если антенны предшествующих версий с завидным равнодушием относились к высоте установки и окружающим предметам, то у этой антенны диаграмма направленности в горизонтальной плоскости совершенно искажается при недостаточной высоте установки и наличии проводящих предметов на расстоянии менее 4-х метров. Необходимо обеспечить высоту установки (от вершины антенны до земли) четыре или более метров.

Как и ожидалось, в диапазоне 20 метров диаграмма направленности в горизонтальной плоскости имеет наиболее удачную форму.


Подавление с тыла и сбоку более 20 дБ, диаграмма направленности в горизонтальной плоскости имеет симметричную форму. Здесь и далее, на всех диаграммах, направление ноль градусов соответствует направлению, совпадающему с положением нижнего луча. Т.е. нижний луч является "передним", а верхний луч "задним".

В диапазоне 15 метров диаграмма направленности слегка "косит", но и здесь подавление получается более 20 дБ.


В диапазоне 10 метров диаграмма тоже "косит", только в другую сторону и сильнее. Подавление "фронт-тыл" остается прежним.


Весьма не обычная диаграмма получается в диапазоне 40 метров.


С фронта появляется заметный провал в диаграмме направленности. Вместе с тем подавление с тыла становится очень значительным и достигает величины более 9 баллов (54 дБ). Сигналы даже очень громких станций удается подавить полностью.

В ходе испытаний было выяснено, что местоположение запорного дросселя заметно влияет на диаграмму направленности. Отсюда можно предположить, что часть наружной оплетки питающего кабеля от ВЧ трансформатора до запорного дросселя участвует в формировании диаграммы направленности и в этом случае является частью антенной системы.


Выводы.


1. Способ реализации направленного излучения с помощью переноса точки питания антенны, предложенный С.И. Тетюхиным (R3PIN), вполне работоспособен.

2. Широко применяемые радиолюбителями направленные антенны такие как: "Квадраты" или "Уда-Яги" и им подобные обладают направленными свойствами в относительно узком диапазоне. Это связано со сложными фазовыми отношениями элементов, из которых эти антенны состоят. В этой антенне таких сложных зависимостей нет, поэтому она сохраняет направленные свойства в значительно более широком диапазоне.

3. Требуются дополнительные исследования по поиску оптимальных конструктивных решений, размеров элементов и их взаимного положения.

4. В диапазоне 40 метров, диаграмма направленности имеет совсем не типичную форму. Обычно максимум диаграммы направленности (по образному выражению радиолюбителей) "смотрит, куда катится колесо", т.е. направлен в плоскости рамки.

5. Импедансные характеристики контура образованного элементами антенны, с изменением емкости конденсаторов, при неизменных параметрах рамки, конечно изменяются. Условия согласования волнового сопротивления питающего кабеля и антенны с помощью ВЧ трансформатора, при сильном изменении импеданса, будут не оптимальны. Поэтому необходим поиск оптимальных конструктивных решений питания антенны в этой точке.

6. В целом, такой важный для направленных антенн параметр, как подавление "фронт-тыл", имеет высокое значение, в широкой полосе частот.

7. Имеется возможность изготовления направленной антенны, с помощью переноса точки питания, в любой версии ненаправленных антенн конструкции UA6AGW.


Грачёв А.В. /UA6AGW/

Грачёв И.А.

г. Краснодар