Антенна HB9SL для нескольких диапазонов

Скопировано из "Журнал Российского Клуба
RU-QRP" № 16 © RU-QRP Club 2006
Владимир Поляков, RA3AAE

Сразу хочу предупредить: эта конструкция — плод размышлений и моделирования программой MMANA. Практически она еще не проверена, и одна из целей статьи — привлечь коротковолновиков к ее проверке. Сообщайте о результатах экспериментов!
Антенна HB9SL состоит из двух наклонных полуволновых вибраторов, соединенных в верхней точке. Она излучает волны с вертикальной поляризацией при нуле ДН в зенитном направлении и очень удобна для полевого развертывания, имея небольшую высоту. Для диапазона 20 м рекомендована длина провода 20,8 м. Но это ведь полволны в диапазоне 40 м и четверть волны в диапазоне 80 м. Такое совпадение надо как-то использовать! Не понравился также фидер, подключенный к середине одного из наклонных проводов, поскольку своим весом он будет оттягивать провод вниз и может потребовать дополнительной опоры. Но у меня был опыт конструирования и изготовления антенны "ВВП" — вертикала верхнего питания, прекрасно зарекомендовавшего себя за три года работы на разных выставках, фактически, в полевых условиях. Идею питания ВВП решено было применить к антенне HB9SL.
Первый смоделированный вариант антенны показан на рис. 1. В точке питания (обозначена кружком) провод антенны соединен с центральной жилой тонкого 50-омного кабеля, а оплетка никуда не подключена. Кабель служит продолжением провода антенны и на этом отрезке излучает внешняя поверхность его оплетки. Трансивер отделен от полотна антенны дросселем, намотанным тем же кабелем на ферритовом кольце. Требования к дросселю довольно жесткие, расположенный в пучности напряжения, он должен иметь значительную индуктивность и малую собственную емкость (высокий имеданс), чтобы не влиять на работу антенны. Зато кабель вообще не нужно разделывать!

При моделировании было принято: длина левого наклонного отрезка провода антенны равна 10,77 м, длина правого отрезка от вершины до точки питания — 4,3 м, длина кабеля до дросселя — 6,47 м. Горизонтальный габарит антенны — 20 м, высота (от земли) — 5 м, высота нижнего конца провода антенны и дросселя — 1 м. Индуктивность дросселя 680 мкГн. Корпус трансивера заземлен коротким вертикальным проводом. Впрочем, ток по оплетке кабеля после дросселя практически отсутствует и требования к заземлению минимальны, в основном, оно нужно в целях безопасности. Параметры земли: диэлектрическая проницаемость 5, проводимость 1 мСим/м, т.е. для моделирования была выбрана сухая, плохо проводящая земля. Входное сопротивление антенны оказалось равным 50 Ом на частоте 7,05 МГц и 46 Ом на частоте 14,05 МГц, что обеспечило КСВ лучше 1,1. ДН в диапазоне 40 м зенитная, с выигрышем 6,7 дБи, хорошо подходящая для местных связей при почти вертикальном падении волн на ионосферу (NVIS). В диапазоне 20 м антенна лучше излучает вдоль провода, в обоих направлениях. В поперечном же направлении излучение на 5 дБ меньше. В вертикальной плоскости ДН имеет два широких лепестка под углом 53 градуса относительно горизонта и нуль в зенитном направлении. Выигрыш — 4 дБ.

Раздумья о трудности изготовления хорошего дросселя привели к мысли о замене его параллельным колебательным контуром, имеющим высокое резонансное сопротивление и надежно запирающим ток по оплетке кабеля. Поскольку контур находится около трансивера, его легко перестроить при смене диапазонов и одновременно (им же) подкорректировать импеданс всей антенны по минимуму КСВ. Размеры антенны остались прежними, схема включения контура показана на рис. 2. Конденсатор присоединен только снаружи к оплетке кабеля, статором со стороны антенны, ротором со стороны трансивера (для уменьшения влияния рук на настройку). Катушка из того же (неразрезанного) кабеля содержит всего 7 витков однослойной намотки на отрезке картонной или пластиковой трубы диаметром 100 мм. Ее индуктивность около 12 мкГн.

Моделирование показало, что на частоте 7,05 МГц антенна имеет активное входное сопротивление 51 Ом и зенитную ДН. Емкость конденсатора для настройки контура в резонанс — около 43 пФ. На частоте 14,05 МГц емкость необходимо уменьшить до 10,5 пФ, при этом входное сопротивление активно — 48,3 Ом. ДН описана выше.

Антенну можно использовать и в диапазонах 80 и 15 м. На частоте 3,55 МГц с контуром, настроенным на "сороковку" (12 мкГн, 43 пФ), к корпусу трансивера надо присоединить противовес длиной 11,2 м, протянутый на высоте 1 м в сторону, противоположную антенне. Антенна вместе с противовесом и контуром (в качестве удлиняющей катушки) образуют полуволновой вибратор (по мотивам "Партизанской антенны, CQ-QRP #10, Feb. 2006, с. 37, 38). Трансивер находится примерно в узле (минимуме) напряжения, поэтому заземление не нужно. Входное сопротивление — всего 15 Ом, поэтому нужен трансформатор или СУ. ДН из-за малой высоты — зенитная.

В диапазоне 15 м емкость контура должна быть всего 4 пФ, что на уровне собственной емкости катушки и паразитных емкостей "на окружающие предметы", поэтому конденсатор лучше вообще отключить, можно только со стороны антенны. Входное сопротивление — 110 Ом (опять нужен трансформатор или СУ), ДН не слишком хороша — один лепесток в зенит и два под углом около 40 градусов к горизонту. Так что нет особого смысла использовать эту антенну на ВЧ диапазонах, там прекрасно работают и штыревые вертикальные антенны, имеющие лучшую ДН. А вот использование ее на НЧ диапазонах плюс "двадцатка" заслуживает внимания.

Права на все материалы, использованные выше, принадлежат их владельцам