Розрахунок j антени. Двохдіапазонна J-антена на високочастотні KB діапазони. OQRS: QSL з інтернету

Публікація присвячується світлій пам'яті пішов від нас авдіївського радіоаматора Миколи US5IMU, який свого часу люб'язно надав автору цих рядків матеріал для виготовлення даної антени.

В останнім часом ситуація на ринку електронних радіостанцій УКХ змінилася в кращу, для нас, радіоаматорів, сторону. Сьогодні FM радіостанція на 2-метровий діапазон стала доступна кожному. Зважаючи на це постає питання, яку антену вибрати радіоаматори, який вперше освоює цей цікавий діапазон? Відповідей можна почути багато, але сьогодні ми зупинимося на всенаправленной штирьовий антени, зовнішній вигляд якої нагадує англійську букву J. Це антена для початківця, для дачі, для місцевих зв'язків на УКХ.

Фізику роботи цієї антени детально розглядати не будемо. Хто бажає, може ознайомитися з нею в. Лише зазначимо, що узгодження антени з лінією передачі здійснюється за допомогою четвертьволнового шлейфу, який еквівалентний котушці індуктивності і ємності.

Отже, переходимо до практичної частини. Схематичний вигляд антени зображений на малюнку 1.

Мал. 1. Схематичне зображення J-антени.

Використовуючи формули, наведені на малюнку 1, або скориставшись готовим калькулятором в отримаємо розміри антени A, B, C і D.

Для частоти 145,5 МГц:

A \u003d 148.29 (см)

B \u003d 49.19 (см)

C \u003d 4.63 (см) (для Rфідера \u003d 50 Ом)

Матеріал - мідь або алюміній, трубка або дріт. Що є під рукою. Мною був використаний алюмінієвий дріт круглого перетину діаметром 9 мм. Єдино, потрібно пам'ятати про коефіцієнт укорочення k, який пов'язує електричну довжину полотна антени з її геометричною довжиною. Чим більше товщина провідника, тим більше ця різниця. Для того, щоб не прогадати з довжиною антени, рекомендується зробити розмір B трохи більше, а потім відкусити зайве в процесі настройки.

Налаштування антени проводилася по КСВ метру. У моєму випадку використовувався КСВ метр RS-40, зображений на малюнку 2.

Мал. 2. Показання КСВ метра в режимі передачі.

Центральну жилу кабелю приєднуємо на крокодилів до довгого елементу (A), а обплетення до короткого (B). І починаємо по черзі включати на передачу, дивлячись на КСВ метр і рухати крокодили, домагаючись мінімуму КСВ на робочій частоті. Включили, подивилися на КСВ метр, вимкнули, пересунули крокодили. В районі 4-6 сантиметрів від перемички повинен бути мінімум КСВ. Якщо не вдається домогтися КСВ близький до 1,1-1,2, то варто погратися довжиною B, відкушуючи по кілька міліметрів. Під час вимірювань антену рекомендується покласти між двома спинками стільців, подалі від статі, навколишніх предметів, і тим більше металу.

Після настройки, затиснути кабель на болти з хомутами, перевірити, чи не збилася Ви змінювали, а потім залити контакти автомобільним або сантехнічним герметиком.

Через кілька сантиметрів від точки підключення рекомендують намотати фільтр, який представляє собою 4-5 витків цього ж кабелю на каркасі, наприклад, від 10 кубового шприца. Це дещо зменшить затікання ВЧ струмів на оплетку кабелю і знизить можливі перешкоди ТВ.

Кабель можна використовувати будь-який 50-омний. У моєму випадку це маленький шматок метра 3-4 тонкого RG-58U від точки підключення антена до балкона, а далі через роз'єм близько 25 метрів товстого RG-8. Зауважу, що чим товще кабель, тим, як правило, менше його коефіцієнт загасання. Чим тонше - тим втрати корисного сигналу більше. З довжиною кабелю подібна ситуація, чим довше кабель від антени до трансивера, тим більше будуть втрати корисного сигналу. Іншими словами, для мінімізації втрат в кабелі намагаємося дотримуватися правила «чим кабель товщі і коротше, тим краще».

Фотографія моєї антени зображена на малюнку 3. Варто вже другий рік, пережила всі урагани, пориви і обмерзання.

Мал. 3. Зовнішній вигляд j-антени на щоглі 5 поверхового будинку. Фотографувалось знизу.

Література.

1. Карл Ротхаммель: Антени. Том 2. Видання 11. Видавництво Лайт ЛТД., 2007, с. 103.

Олександр US6IGL

Ексклюзивно для журналу РАДОН

УКХ антени з J-узгодженням

J-антена (рис.1) давно і цілком заслужено популярна серед радіоаматорів. Конструкція її проста, вона легко налаштовується і узгоджується з фідером будь-якого опору. Однак великі розміри (загальна довжина дорівнює 0,75λ) ускладнює її використання на КВ діапазонах. Зате в УКХ діапазонах вона широко застосовується. Як видно з рис.1, вона являє собою вібратор довжиною λ / 2, живиться з кінця через пристрій, що погодить, Виконане у вигляді четвертьволновой відкритої лінії, Замкнутої на нижньому кінці.

Високий вхідний опір півхвильового вібратора при харчуванні з кінця (кілька кОм) легко трансформується до опору кабелю шляхом вибору відстані від точки харчування до замкнутого кінця лінії. Використання в якості трансформатора відкритої лінії призводить до незначного погіршення при великих коефіцієнтах трансформації. Посилення J-антени - +0,25 ДБД, тобто злегка перевершує посилення диполя за рахунок випромінювання двухпроводной лінії. Вертикальна J-антена через неповну симетрії має невелике випромінювання з горизонтальною поляризацією (мал.1а).

Модифікуємо J-антену, відігнувши чвертьхвильову лінію на 90 градусів (рис.2).

Злегка подстроив розміри, неважко отримати хороше узгодження і посилення 0 ДБД. Однак у цього варіанту антени вже помітна частина випромінювання має горизонтальну поляризацію (рис.2). Його викликає синфазний струм в двухпроводной лінії, що грає в J-антени роль противаги (струмоприймача).

Додамо ще один полуволновий вібратор, підключивши його до вільного кінця двухпроводной лінії (рис.3).

Конструкція тепер повністю симетрична у вертикальній площині, синфазний струм в двухпроводной лінії відсутня, як і випромінювання з горизонтальною поляризацією (рис.3).

Цей варіант - колінеарна антена з двох напівхвильових вібраторів з харчуванням через чвертьхвильову замкнуту на кінці лінію. Ця антена описана SM0VPO (1) на його сайті в статті "6 dB collinear VHF antenna by Harry Lythall - SM0VPO". Її посилення - (близько 2,4 ДБД) отримано за рахунок звуження діаграми спрямованості у вертикальній площині. У горизонтальній площині діаграма випромінювання кругова. Антена конструктивно дуже проста і може виготовлятися з одного шматка дроту або трубки. Для збереження її симетрії кабель живлення бажано підключати через сімметрірующій трансформатор. SM0VPO використовує сімметрірующій трансформатор у вигляді U-коліна, можна обмежитися і декількома феритовими кільцями, одягненими на кабель поблизу точки харчування антени. Для стислості назвемо її Super-J антеною.

Яка подальша модифікація цієї антени можлива? Додавши до неї рефлектори, отримуємо 2-елементну Super-J антену (рис.4). Це вже спрямована колінеарна антена. Її посилення - +5,8 ДБД.

Додаючи директори, отримуємо 3-елементну Super-J антену (рис.5). Посилення - +8 ДБД.

Спроба додати другий директор помітно збільшує довжину антени, але дає прибавку в посиленні всього 0,8 дБ. У чому перевага цих антен перед багатоелементними Yagi? При рівній площі коефіцієнти посилення у них приблизно рівні, але переваги Super-J антен - мала довжина бумів і пов'язаний з цим малий радіус повороту, зручність узгодження. До недоліків можна віднести необхідність використання діелектричної щогли, хоча б верхній її частині. На рис.6 наведені фотографії 3-елементної Super-J антени на 2-метровий діапазон, виконаної з алюмінієвого дроту діаметром 8 мм.

Рис.6. Загальний вигляд 3-елементної антени SuperJ.

Діелектричну щоглу (наприклад, склопластикову) і ізоляційну розпірку можна розташовувати в проміжках між елементами (на рис.7 вони показані більш жирними лініями).

Кабель живлення краще відводити горизонтально за рефлектори і повертати до щогли широкої петлею, подалі від кінців рефлектора. На ділянці поблизу антени на кабель бажано одягнути ферритові сердечники через 0,5 м.

Рис.8 Вид 3-х елементної Super-J антени на щоглі

Конструктивні розміри 3-елементної Super-J для частоти 145 МГц і 435 МГц наведені на рис. 9 і в таблиці 1.

Розміри надані в сантиметрах і між осями провідників. Вхідний опір в точці харчування - 50 або 200 Ом. Якщо для симетрування використовується U-коліно, воно трансформує опір фідера до 200 Ом, тому місце підключення до двухпроводной лінії буде трохи далі від замкнутого кінця. При цьому розміри узгоджувального шлейфу трохи змінюються (див. Таблицю 1).

Таблиця 1.

частота МГц	Rвх, Ом
			52,5			34,5
			52,5			34,5			41,5
		14,7	17,5	17,7	16,3	11,5					0,25
		14,7	17,5	17,3	16,3	11,5			13,8		0,25

* - розмір уточнюється при налаштуванні.
D - діаметр алюмінієвих або мідних провідників, з яких виготовляється антена.

Для зручності настройки пристрій, що рекомендується виконувати з двома "повзунами" (пересувними контактами): один, який замикає двухпроводную лінію, використовують для настройки в резонанс, другий, що включає фідер, для узгодження на мінімальний рівень КСВ. Це дозволяє швидко налаштувати антену, але після вибору положень "повзунів" потрібно обов'язково забезпечити надійний контакт (пайкою або болтами). Від опору контакту виключно сильно залежить ККД антени. Не зайве при цьому пам'ятати про неприпустимість контакту мідь-алюміній і захисту контакту від вологи. Вимоги до опору контактів на розімкнутому кінці J- коліна, навпаки, несуворі, оскільки струм там мінімальний. Була виготовлена \u200b\u200bантена на середню частоту 145 МГц з алюмінієвого дроту діаметром 8 мм. Кріпилася вона до стеклопластиковой трубці діаметром 23 мм, яку використовують як щогли. Як сімметрірущего пристрою використовувалася ферритовая трубка, одягнена на кабель поблизу точки харчування антени. Спочатку була перевірена одноелементна антена Super-J (рис.3). Було відмічено, що при розташуванні антени на дерев'яному столі паралельно землі і при вертикальному її розташуванні настройки не співпадають. Тому настройку антени необхідно проводити, встановивши її вертикально. Досить, щоб відстань від нижніх кінців вібраторів до землі було близько 0,5 м. Пересуваючи замикаючу перемичку уздовж двухпроводного шлейфа і рухаючи точки підключення кабелю (ці підстроювання взаємозалежні) досить просто вдається узгодити антену до КСВ<1,1 на желаемой частоте. полоса частот по уровню ксв<1,5 превышает 5 мгц. затем к мачте и активным вибраторам были прикреплены бумы, также выполненные из алюминиевого прутка диаметром 8 мм, поскольку не имелось под рукой диэлектрических трубок необходимой жесткости. в средней точке вибраторов напряжение близко к нулю, поэтому проводящий бум слабо влияет на характеристики антенны, что подтвердило предварительное моделирование. на бумах были установлены рефлекторы и директоры, длины которых выполнялись по расчету модели с помощью программы mmana. пассивные элементы резко снизили входное сопротивление антенны. однако слабо выраженный минимум ксв был найден. передвигая перемычку, и сдвигая точки подключения кабеля, нашли положение, когда минимум ксв соответствовал частоте 145 мгц и уровень ксв не превышал 1,2. длины вибраторов не регулировались. по сравнению с настройкой одноэлементной антенны настройка трехэлементной антенны значительно более острая и критичная. полоса по уровню ксв<1,5 составляла около 3 мгц. длина шлейфа оказалась несколько меньше, а расстояние от замкнутого конца шлейфа до точки питания кабелем с сопротивлением 50 ом несколько больше расчетных значений. работа антенны предварительно оценивалась в городских условиях (кругом были высокие здания, полностью закрывавшие горизонт) при расположении ее оси над землей на высоте всего 1,5 м. по сравнению с четвертьволновым автомобильным штырем она давала прирост сигнала на 2-3 балла при связях на расстояниях 10-50 км. направленность в горизонтальной плоскости была ярко выражена. общее впечатление - антенна работает. более аккуратные оценки работы антенны были сделаны на открытой местности в дачных условиях при подъеме антенны на мачту высотой 7 м. сравнивались антенна рис.6 и четырехэлементная антенна "квадрат" с вертикальной поляризацией (рис.10). антенны устанавливались на одной и той же стеклопластиковой мачте в одном и том же месте. использовался один и тот же кабель в качестве фидера и один и тот же трансивер. оценивалась работа по открытию и слышимости репитеров, расположенных на расстояниях от 30 до 100 км и оценкам корреспондентов при проведении qso в прямом канале на расстояниях до 70 км.

Рис.10. Антена "4 квадрата", з якої порівнювалася антена рис.6.

У більшості випадків оцінки були дуже близькими. Якщо чули "квадрат", так само чули і SuperJ. Чотирьохелементний "квадрат" мав більш вузьку діаграму спрямованості в горизонтальній площині, тому його доводилося точніше спрямовувати на кореспондента для отримання максимальної оцінки, Super-J майже не повертали. Загальне враження - антени мають приблизно рівні посилення і гарне приглушення заднього пелюстки. Випробувана антена в два рази легше "квадратів" і має істотно менші момент обертання і парусність. На ріс.11-14 показані елементи конструкції антени.

Рис.11. Короткозамикающего перемичка, вузол підключення кабелю і сімметрірующій феритовий дросель.

Рис.12. Вузол кріплення двухпроводной лінії до щогли.

Рис.13. Вузол кріплення бумів до щогли.

Рис.14. Вузол кріплення елементів до бумам.

У додатку - файли для моделювання описаних антен: файли MMANA

RU3ARJ Владислав Щербаков, [Email protected]
Фотографії RW3ACQ Сергій Філіппов, [Email protected]
_________
(1) SM0VPO в своїй статті чомусь призводить посилення антени щодо якогось четвертьволнового хлиста (мабуть, автомобільної антени), звідки і беруться його 6 дБ.

В. Марков
Радіохоббі 6/2003

КВ антени

J-антена, її схема і конструкція описані неодноразово у пресі. Ця антена в основному застосовується на УКХ діапазонах і на високочастотних КВ-діапазонах. Якщо виконати узгоджувальний четвертьволновий шлейф з коаксіальногокабелю з урахуванням його коефіцієнта укорочення, то її можна застосовувати і на довгохвильових KB діапазонах. Схема такої антени, розміщеної горизонтально, показана на рис. 1.

Для кріплення кабелю, проводу і розтяжок застосовуються планочки з ізоляційного матеріалу, наприклад з текстоліту, товщиною 2-3 мм (рис.2).
Місце підключення кабелю живлення знаходиться на 1/8 частини (А-Б на рис. 1) узгоджувального кабелю (шлейфа), рахуючи від закороченими кінця, для 50-омного кабелю і на 1/7 частини - для 75-омного. Причому узгоджувальний шлейф і кабель живлення одного типу. У точці В обплетення на кінці кабелю на відстані 1 см загорнута на зовнішню ізоляцію кабелю і обмотана ПВХ ізоляційною стрічкою. Довжина випромінювача L антени спочатку розраховується для потрібного діапазону, а потім уточнюється при налаштуванні за допомогою Гіра (GRID-DIP-METER).

Після виготовлення антени все пайки і відкриті частини обплетення обмащуються пластиліном або герметиком. У таблиці дані розміри антени для всіх KB діапазонів (довжина шлейфу дана для кабелю з поліетиленовою ізоляцією). Полотно антени і узгоджувальний шлейф повинні бути на одній прямій.

Діапазон, м	вібратор,	Узгоджувальний шлейф, l,	Відстань А-Б, м
			Кабель 50 Ом	Кабель 75 0м

Для діапазону 20 м і вище рекомендую вертикальне виконання J-антени. Автором виготовлено кілька таких антен на 20-ти і 10-метровий діапазони. Причому в якості щогли використані телескопічні вудочки довжиною 6 і 7 метрів, у яких сама верхня секція видаляється. На вершині вудки зміцнюється «зірочка», яка служить ємнісний навантаженням антени. Вона виготовлена \u200b\u200bз 6-ти Г-образних, горизонтально розташованих довгою стороною по 30 см, проводів (біметал, алюміній діаметром 2-3 мм). Вертикальні 5-сантиметрові частини цих проводів розташовані рівномірно навколо верхівки, обмотані лудженим мідним дротом і все разом пропаяни. Зовнішні кінці горизонтальних провідників «зірочки» Залужжя на відстані 1 см і з'єднані мідним дротом діаметром 1 мм, як показано на рис.3.

Полотно антени виготовляють з подвійного мідного дроту 01 мм в загальній ізоляції типу «локшина» з відстанню між проводами 2-3 мм. Обидва дроти на кінці зачищають на відстані 1 см, скручують і споюють разом, а потім підпоюють до «зірочці». Після цього «локшину» обмотують навколо вудки, не допускаючи її перекручування.

Для антени на 20 метровий діапазон спочатку намотують дріт з кроком 2 см на відстані 180 см, потім з кроком 4 см на відстані 80 см, потім з кроком 10 см - 60 см, а потім провід довжиною 240 см просто розташовують уздовж вудки. При намотуванні через кожні 50 см провід зміцнюють ПВХ ізоляційною стрічкою.

Потім вудку з намотаним випромінювачем ставлять вертикально на землю (дах будинку), під'єднують ГІР до спаяним разом так само як і біля «зірочки» кінців «локшини» і вимірюють fPE3.

Якщо резонанс нижче за частотою - вкорочують провід, якщо вище - подовжують, домагаючись fPE3 \u003d 14100 ... 14120 кГц. Після підйому антени на робочу висоту резонанс практично не «йде». Таким чином, на вудку довжиною 5 м намотаний провід з електричної довжиною Х / 2 і реалізована антена у вигляді укороченого півхвильового диполя.

Тепер під'єднують до полотна антени узгоджувальний кабель за розмірами з таблиці з відведенням для підключення кабелю живлення. Вудка кріпиться до щогли на відстані 20 ... 30 см від кінця і не вимагає розтяжок. КСВ у антени був по 1,1 ... 1,2 на 14000 і 14350 кГц, а на 14120 - 1,05.

Переваги J-антени: широкополосность, простота конструктивного виконання, не вимагає противаг.

Недолік -однодіапазонность.

Для радіоаматорів, що мають LW з довжиною 81-84 м, можна рекомендувати узгоджувати її з допомогою коаксіальних шлейфів з розмірами, взятими з таблиці. Але перед цим слід переконатися за допомогою Гіра або вимірювача імпедансу, що LW має на необхідних діапазонах максимальне вхідний опір, тобто її електрична довжина кратна Х / 2.

Пропонуємо нескладний варіант двухдиапазонной KB J-антени, випробуваної на діапазонах 21 і 28 МГц. Авторам давно хотілося практично перевірити таку антену в роботі. Віктор, UA6G, взяв на себе розробку і виконання механічної конструкції, а Володимир, UA6HGW, зробив необхідні розрахунки і провів настройку антени.

В KB і УКВ діапазонах широко використовують різні вертикальні штирьові антени. Причому найчастіше застосовують чвертьхвильові вертикальні вібратори з системами противаг або «штучної землі», завдяки яким ці антени і працюють, будучи, в принципі, аналогами півхвильового вібратора. На жаль, виконати якісну систему «штучної землі» або противаг не так просто, А неякісна система різко знижує ККД антени в цілому. Проте, антени типу Ground Plane користуються у радіоаматорів великою популярністю. При цьому багато приділяють увагу лише якісному виконанню самого четвертьволнового випромінювача і, в зв'язку з недоліком площі для розміщення повноцінної системи заземлення », часто не звертають уваги на« землю », використовуючи різні сурогатні системи противаг або заземлення. Необхідно зробити застереження, що в УКХ діапазоні такої проблеми практично не існує, тому що підставу антени і противаги можна підняти на достатню висоту, що дозволяє розмістити систему, розраховану для роботи навіть на найдовших метрових хвилях.

Якщо площі для розміщення антен інших типів недостатньо, то для високочастотного ділянки KB діапазону краще використовувати вертикальний полуволновой вібратор, що живиться з нижнього кінця і встановлений без розтяжок. Для узгодження його високого опору з низьким опором фідера використовують різні погоджують пристрої - як резонансні, так і широкосмугові. Один з найбільш відомих і простих способів узгодження - за допомогою четвертьволнового трансформатора опорів. Причому розрізняють два способи харчування з допомогою такого трансформатора - послідовний і паралельний.

При послідовному харчуванні використовується Чвертьхвильова лінія, яка може бути виконана у вигляді повітряної лінії або лінії з твердим діелектриком. Найчастіше для цього використовують симетричні лінії. Недолік цього способу харчування - необхідність установки на нижньому кінці вібратора ізолятора, що на KB діапазонах викликає конструктивні труднощі і знижує надійність конструкції.

При паралельному живленні нижній кінець лінії трансформатора, який іноді називають шлейфом, можна закорочувати з вібратором і заземлити, що конструктивно більш зручно, тому що дозволяє відмовитися від застосування громіздкого опорного ізолятора. Точки підключення фідера в цьому випадку вибирають вище, на заздалегідь розрахованій відстані від нижнього кінця лінії, яке потім уточнюють в процесі настройки антени по мінімуму КСВ. Це дещо ускладнює настройку антени і звужує смугу робочих частот, а також вимагає застосування додаткових заходів для зниження антенного ефекту фідера.

В обох випадках хвильовий опір лінії четвертьволнового трансформатора повинно бути правильно розраховано і однаково на всій її довжині. Класичною J-антеною найчастіше називають саме таку конструкцію. У неї довжина основного вертикального елемента - випромінювач плюс лінія - становить 3 / 4Lamda * До,
де До - коефіцієнт укорочення, що залежить від конфігурації і поперечних розмірів цих елементів.

Як показав досвід, ці розміри можуть бути різними для різних ділянок випромінювача і лінії.

Радіоаматори найчастіше використовують J-антени в діапазоні УКХ і високочастотної частини KB діапазону, де їх конструкції, володіючи необхідною міцністю, не надто складні і громіздкі.

Основний вертикальний елемент 1 (рис.1) - заземлена щогла, що служить також випромінювачем, виконана з трьох сталевих труб різного діаметру, з'єднаних за телескопічним принципом. Труби ланок були точно підібрані за діаметрами так, щоб вони щільно входили один в одного. Довжина труб була обрана з таким розрахунком, щоб кінець однієї заходив в іншу на відстань, достатню для того, щоб вся конструкція антени міцно трималася і не хиталася без розтяжок. Тому точну довжину всього вертикального елемента в зборі вказати важко, але вона, за нашими розрахунками, виявилася не менш 12 м. Нижня труба - підстава антени довжиною близько 5 м і зовнішнім діаметром 90 мм - була встановлена \u200b\u200bна рівні землі на бетонній основі всередині невеликого приміщення і виходила через отвір в плоскій залізобетонної даху 6, яка електрично з'єднана з контуром заземлення. Після складання системи в вузлах з'єднання труби кріпилися за допомогою двох гвинтів діаметром 10мм з гайками. Гайки були заздалегідь надійно приварені до зовнішньої поверхні на кінці труб в площині, перпендикулярній площині розташування узгоджувальних елементів 2. Гвинти 7 вкручували в гайки, затискаючи підставу труби наступного ланки.

Елементи 2 узгоджувальних повітряних ліній виконані зі сталевої труби діаметром 0,5 дюйма для діапазону 21 МГц і оцинкованого дроту діаметром близько 8 мм для 28 МГц. У зв'язку з тим, що елемент 1 і елементи 2 довелося виконати різного діаметру, деяку складність викликав попередній розрахунок розмірів випромінювачів і повітряних ліній, тому що при такій конструкції коефіцієнти укорочення До будуть різними не тільки для різних діапазонів відповідно до частоти, але і в зв'язку зі зміною співвідношення діаметрів труб. З цієї причини для розрахунку було обрано декілька різних наближених практичних формул. Вони наведені в табл.1 разом з результатами обчислень.

На нашу думку, в подібних випадках відстань D краще вказувати для повітряного проміжку між елементами 1 і 2, менше якого його робити не слід. Відстань З попередньо взято 0.03Lamda. Практика показала, що точне значення можна визначити лише після налаштування конкретної антени на вибрані частоти.

Початковий розрахунок антени був зроблений для роботи в телеграфному ділянці діапазону 21 МГц. Всі розміри для практичного виконання конструкції ми вибрали виходячи з компромісу між реальними можливостями і розрахунками, які можна було коригувати, перевіряючи за допомогою програми MMANA-GAL. Для забезпечення надійного електричного контакту з верхнього кінця щогли до нижнього були прокладені два мідних провідники з антенного канатика в площині розташування узгоджувальних елементів, які додатково прикріплялися до кожної ланки за допомогою звичайних плоских хомутиков, які стягуються гвинтами з гайками. Щоб не завантажувати рис.1, на ньому умовно показаний тільки один з канатиков 3. На трубках узгоджувальних ліній також бажано закріпити додаткові мідні провідники з антенного канатика або одножильного мідного дроту. При виборі таких конструктивних рішень була врахована «схильність» деяких громадян до «полюванні» за кольоровим металом, тому більшість основних елементів були виконані зі сталі. Слід врахувати, що при використанні різнорідних металів може виникнути їх корозія, і як результат - збільшення шумів при прийомі. Тому бажано використовувати метали, розташовані в гальванічному ряду якомога ближче один до одного, або вдатися до додаткових заходів (наприклад, до облуговування мідних провідників свинцево-олов'яним припоєм і поліпшенню контактів за допомогою пайки). Це стосується навіть до дрібних елементів, які використовуються в конструкціях, - до болтів, шайб, гайок і т.п.

У табл.2 наведено частину гальванічного ряду найбільш часто використовуваних металів.

Іншою особливістю конструкції є те, що елементи узгоджувальних ліній довелося виконати зі сталевої трубки і прутка меншого діаметру, ніж вібратор, тобто не так, як рекомендується в літературі. Тому відстань між вібратором і погоджують вертикальними елементами 2 було вибрано компромісне і виявилося трохи менше розрахункового, отриманого за допомогою програми MMANA. Це викликало певні сумніви в можливості отримання хорошого узгодження з кабелем живлення. У лініях встановлені ще кілька важливих елементів, які не показані на рис.1, щоб не завантажувати його. Це пластини, встановлені для міцності і фіксації повітряного проміжку між вібратором і погоджують лініями. Їх потрібно виконати з ізоляційного матеріалу з хорошими ізоляційними властивостями на високих частотах, що не втрачає їх під впливом вологості (наприклад, з склотекстоліти або оргскла, по кілька штук для елемента 2 кожного діапазону). Причому нижні пластини можна об'єднати безпосередньо з хомутиками 5, а верхні встановити ближче до кінців ліній. Їхнє становище можна змінювати при налаштуванні, фіксуючи металеві хомутики на трубах гвинтами. За допомогою хомутиков 5 можна регулювати точки підключення кабелю, центральна жила і оплетка якого повинні бути надійно з'єднані з ними, краще за все за допомогою пайки. Для полегшення процесу налаштування на узгоджувальних ланках також встановлені рухливі хомутики 4, за допомогою яких можна підбирати повну робочу довжину вібратора антени і довжину узгоджувальних елементів. Після остаточної настройки їх бажано поєднати з додатковими мідними провідниками 3.

Сумніви викликало питання вибору найкращого варіанта підключення центральної жили кабелю і обплетення. У літературі важко знайти конкретну відповідь, тому що зустрічаються різні варіанти, тобто підключення до согласующим елементів або до основного вібратора, що частіше використовують в УКХ діапазоні. На подив, практично з'ясувалося, що в даному випадку хорошого узгодження можна досягти, тільки підключивши центральну жилу до елементів 2, а обплетення - до вібратора 1.

Процес попередньої настройки антени виявився складним, але, в підсумку, успішним. Налаштування здійснювалася за допомогою приладу MFJ259. Потім її результати коригувалися за показаннями КСВ-метра вже при достатній потужності передавача, і остаточно - при повній потужності в різних ділянках діапазонів.

Так як в антені використовується паралельне живлення, проявилися всі його недоліки. Два 50-омних кабелю фідерів 8 марки РК50-9-12 були прокладені всередині основний щогли, для чого в ній довелося зробити 4 отвори необхідного діаметра. Цього виявилося недостатньо, і на виході з щогли надлишки кабелів довелося згорнути в дві окремі бухти, що дозволило зменшити антенний ефект. Перемикання антени з одного діапазону на інший вироблялося без будь-яких перемикачів, за допомогою роз'ємів, що не виключає застосування спеціальних коаксіальних перемикачів, механічних або на коаксіальних реле.

Антену спочатку виготовили і налаштували в телеграфний ділянку діапазону 21 МГц. Як показала практика, спочатку необхідно підібрати довжину вібратора А1 і лінії В1, налаштувавши їх на необхідну резонансну частоту за допомогою рухомого хомутика-перемички 4, який фіксується гвинтами з гайками. Це найкраще зробити, використовуючи індикатор резонансу (ГІР) або аналізатор антен (наприклад, MFJ259), якщо до нього є спеціальні додаткові елементи, що дозволяють здійснювати зв'язок приладу з антеною без підключення до неї. Потім треба попередньо вибрати відстань С1 - тобто місце підключення кабелю по мінімуму КСВ на обраній частоті, регулюючи його хомутиками 5, і відкоригувати налаштування більш точно, кілька разів повторивши всі зазначені регулювання.

Після випробування антени на цьому діапазоні, переконавшись, що вона досить ефективна, ми додали до неї елементи узгодження для діапазону 28 МГц і налаштували систему на цей діапазон тем же способом. Після того як налаштували антену для цього діапазону, довелося трохи відкоригувати узгодження на 21 МГц і потім знову перевірити настройку на 28 МГц. У процесі коригування підстроювання на різних діапазонах доводилося повторювати кілька разів. При практичній роботі на діапазоні 28 МГц ми також неодноразово переконувалися у високій ефективності антени, тому що при невеликій потужності вдавалося успішно проводити радіозв'язку як з ближніми, так і з далекими кореспондентами.

На рис.2 і 3 показана залежність КСВ від частоти, отримана в результаті настройки для діапазонів 21 і 28 МГц, а на рис.4 і 5 - діаграми спрямованості, отримані відповідно до розрахунків для оптимальних варіантів J-антени за програмою MMANA.

Необхідно відзначити, що хорошу роботу антени, ймовірно, сприяв і той факт, що поблизу на значній відстані не було ніяких більш високих сторонніх предметів, тому що іноді її хороша робота навіть дивувала тим, що далекі кореспонденти давали більш високі оцінки сигналу в порівнянні зі станціями, що працюють недалеко від нашого населеного пункту і використовують направлені антени і більш потужні передавачі.

Подібну конструкцію, на нашу думку, можна запропонувати і для інших високочастотних KB діапазонів, перерахувавши антену. Ймовірно, до неї можна додати верхня ланка, розраховане для роботи на 144МГц. Приклади подібних комбінованих J-антен в практиці є.

За час використання антени на трансивері потужністю не більше 100 Вт вдалося провести велику кількість далеких радіозв'язків. Це підтвердило, що вона не тільки ефективно працює при передачі, але і забезпечує хороший дальній прийом з низьким рівнем перешкод. Конструкція виявилася міцною і надійною - антена простояла вже більше 5 років і, незважаючи на дуже складні, різко мінливі метеоумови в нашому регіоні, добре витримала всі випробування.

Радіоаматори широко використовують для роботи на УКХ полуволновой антену з резонаторних харчуванням. Узгодження високого вхідного опору напівхвильового випромінювача з відносно низьким хвильовим опором коаксіального кабелю здійснюється за допомогою четвертьволнового резонатора. Резонатор має високий вихідний опір на своєму кінці, яке залежить від конструкції резонатора, і навантаження на його кінці. Уздовж резонатора опір зменшується за синусоїдальним законом, від максимального на його кінці, до нуля на дні резонатора. Це дозволяє використовувати для харчування полуволновой антени, підключеної до кінця четвертьволнового резонатора коаксіальний кабель будь-якого хвильового опору.

Четвертьволновий резонатор, що забезпечує узгодження полуволновой антени з коаксіальним кабелем часто виконується з двухпроводной лінії. Така побудова спрощує конструкцію антени і полегшує її налагодження. Полуволновой антена з резонаторних харчуванням за своїм виглядом нагадує латинську букву «J». Внаслідок цього в різній радіоаматорського літературі цю антену часто називають «J-антена».

Необхідно відзначити, що «J» антена з'явилася в світі в середині двадцятих років двадцятого століття. Спочатку вона використовувалася для роботи на коротких хвилях. Приблизно до 50 років, J-антена ще використовувалася в професійного радіозв'язку. У наш час ця антена використовується тільки радіоаматорами. Радіоаматори розробили безліч різних конструкцій «J» антени, які можуть бути використані як для польової роботи, так і для стаціонарних антен. У цьому розділі ми розглянемо найбільш використовувані радіоаматорами «J» антени.

Проста J-антена

Проста J-антена з безпосереднім підключенням коаксіальногокабелю до четвертьволновий резонатору показана на рис. 1. Як відомо, класична J - антена має довжину випромінюючої частини "А" дорівнює L / 2. Ця частина, являє собою полуволновой вібратор. Вхідний опір півхвильового вібратора з будь-якого його кінця високе, і в залежності від практичної конструкції випромінювача, може скласти близько тисячі му в діапазоні 145 МГц. Для харчування J-антени використовують підключення коаксіального кабелю до частини четвертьволнового резонатора "В".

Малюнок 1. J-антена з безпосереднім підключенням коаксіальногокабелю до четвертьволновий резонатору

Це найбільш поширений спосіб харчування J-антени. Він часто використовується при побудові стаціонарних J-антен виконаних з товстого дроту. На кінці коаксіального кабелю повинен бути встановлений високочастотний дросель. Це необхідно для запобігання випромінювання обплетення коаксіального кабелю, і для усунення впливу обплетення коаксіального кабелю на роботу четвертьволнового резонатора .. Високочастотний дросель для діапазону 145 МГц може бути виконаний у вигляді котушки з коаксіальногокабелю, що містить 10 -15 витків, намотаних на каркасі діаметром 20 50 мм, як показано на рис. 2. В даний час радіоаматори воліють використовувати в якості високочастотного дроселя 10-20 феритових кілець, одягнутих на коаксіальний кабель в місці харчування J-антени, як це показано на рис. 3. Магнітна проникність цих феритових кілець некритична.

Малюнок 2. Простий ВЧ - дросель

Малюнок 3. ВЧ - дросель на основі феритових кілець

Підключення коаксіальногокабелю контакту з антеною під час налаштування можна досить просто зробити за допомогою "крокодилів", як це показано на рис. 4, і знайти оптимальні точки підключення коаксіального кабелю.

Малюнок 4. Визначення точок підключення коаксіального кабелю

Але насправді не все так просто! Радіоаматори, які виконували J - антени, знають, скільки праці і часу вимагає визначення точки підключення коаксіального кабелю до резонатора. Здається, що антена вже налаштована, і зрушення точки підключення кабелю повинен привести до поліпшення КСВ антени, а на практиці відбувається протилежне!

Підключення коаксіальногокабелю до четвертьволновий резонатору засмучує останній щодо його первісної або розрахункової частоти настройки. Це зменшує ефективність роботи "J" -антенни, призводить до збільшення КСВ в фідері харчування. Для усунення цього явища необхідно проводити підстроювання четвертьволнового резонатора в резонанс на остаточному етапі налаштування антени. На практиці це викликає певні труднощі. У підсумку, часто J -антенна має КСВ в фідері харчування в межах 1,5: 1, хоча, при ретельній настройці цієї антеною системи, реально досяжний КСВ в фідері харчування антени 1,1: 1.

На кінці J - антени, навіть при потужності радіостанції 0,5 вата, буде висока напруга, достатню, щоб викликати опік, тому необхідно вжити заходів щодо запобігання випадкового торкання до кінця антени. Можна використовувати J - антени довжиною кратною L / 2, L, 1,5L, 2L. При експериментальній перевірці виявилося, що застосування антени довжиною? збільшує силу сигналу в порівнянні з полуволновой J-антеною на 1,5 дБ, а при використанні антени довжиною 1,5L сила сигналу зросла трохи більше 2 дБ в порівнянні з полуволновой антеною. У табл. 1 наведені довжини вібратора для виконання J- антени довжиною L / 2, L, 1,5L, 2L.

Таблиця 1. Довжини вібратора J - антени довжиною L / 2, L, 1,5L, 2L

L / 2	L	L (1,5)
1050 мм	2080 мм	3120 мм

J - антена може працювати на третій гармоніці, тобто антена, налаштована для роботи в діапазоні 145 МГц буде працювати на діапазоні 430 МГц. Це робить її незамінною при роботі «cross band», наприклад, через репітери або радіоаматорський супутник.

Спрямована J-антена

На основі J-антен можна будувати спрямовані антени. В цьому випадку рефлектор і директор розміщують близько J-антени, як це показано на рис. 5 на традиційному для них відстані. Залежно від довжини полотна активної частини J - антени можна використовувати полуволновой або хвильові рефлектор і директор. Визначення точок харчування четвертьволнового резонатора для спрямованої J-антени аналогічно як для простої J-антени. На кінці коаксіального кабелю необхідно використовувати високочастотний дросель.

Польова J-антена з комбінованим харчуванням

При використанні переносної радіостанції з віддалених місць, тієї укороченою антени, яка йде в комплекті з радіостанцією, часто недостатньо ефективною для роботи. В цьому випадку спільно з радіостанцією буде успішно працювати полуволновой антена, яка не вимагає «землі» для своєї роботи і має посилення значніше більше (до 10 дБ) в порівнянні з короткою «гумкою». Польова антена, яка використовується спільно з переносною УКВ радіостанцією, повинна легко встановлюватися, легко переноситися, не вимагати додаткової настройки в польових умовах роботи.

Така J - антена може бути виконана з пластикового стрічкового кабелю хвильовим опором 450 Ом. «Земля» четвертьволнового резонатора припаяна до «землі» антенного роз'єму. Підключіть передавача опором 50 Ом до четвертьволновий резонатору виконано на відстані 67 мм від «землі» роз'єму. Неробоча жила з стрічкового кабелю витягується, в вершині кабелю робиться отвір, через яке прив'язується волосінь. За допомогою цієї волосіні антена може бути розтягнута в просторі, підвішена до гілки, до карнизу і т.д. Схема переносний J - антени з стрічкового кабелю показана на рис. 6. При перенесенні J - антена може бути згорнута, і просто захована в кишеню.

Малюнок 6. Переносная J - антена з стрічкового кабелю

J -антенна при виготовленні її точно за розмірами не вимагає налагодження, і ефективно працює в УКХ діапазоні 145 МГц з низьким КСВ. J - антену можливо підключати до трансивер через коаксіальний кабель хвильовим опором 50 Ом. Зв'язок виходу передавача з чвертьхвильові резонатором в цій антені комбінована. Вона здійснюється як через магнітне поле петлі, так і через підключення до частини резонатора.

При її практичному виконанні антени бажано використовувати двухпроводную стрічкову лінію хвильовим опором 450 Ом. При використанні лінії з іншим хвильовим опором можливо доведеться змінити точку підключення петлі зв'язку до четвертьволновий резонатору. В даний час в спеціалізованих магазинах можна придбати двопровідні лінії передачі з будь-яким стандартним хвильовим опором.

Для виготовлення J -антенни можна використовувати саморобну відкриту лінію. У цьому випадку співвідношення між відстанню щодо її провідником і діаметром дротів, що складають лінію має дорівнювати 20 (рис. 7). При використанні саморобної відкритої лінії без пластикової ізоляції довжина четвертьволнового резонатора повинна становити 48 см.

Малюнок 7. Двухпроводная лінія передачі

Слід зазначити, коли J -антенна виконується з двухпроводной лінії передачі в пластиковій ізоляції, то четвертьволновий резонатор повинен мати довжину L / 4 з урахуванням коефіцієнта укорочення в лінії, а вібратор повинен мати L / 2 (L і т.д.) у вільному просторі . Неприпустимо залишати другу жилу кабелю вільної близько основного полотна антени, її завжди необхідно видаляти. В іншому випадку ефективність роботи антени зменшиться. Можливо паралельне з'єднання провідників лінії J-антени для виконання вібратора як це показано на рис. 8. У цьому випадку смуга пропускання антени трохи розшириться. Це спростить настройку антени.

Малюнок 8. Паралельне з'єднання провідників лінії J-антени

J-антена на основі стрічкового кабелю є однією з найпростіших у виконанні і експлуатації. Ця антена дозволять працювати радіоаматорам з альтернативного QTH, при використанні переносних радіостанцій.

Стрічкові J - антени

Мною була виконана експериментальна J -антенна з алюмінієвої фольги використовуваної для харчових продуктів. Ця антена показала себе ефективною в роботі і нескладної в налаштуванні. Це дозволяє рекомендувати до повторення конструкцію стрічкової J - антени. Опису стрічкової J - антени буде присвячений наступний параграф.

Стрічкова J -антенна була виконана за розмірами, наведеними на рис. 9. На широку фольгу, призначену для приготування їжі, заздалегідь була наклеєна липка стрічка типу "Скотч". Потім за допомогою ножиць була вирізана антена відповідно до розмірів, показаними на рис. 9. Після цього полотно антени було ще раз укріплено стрічкою типу "Скотч".

Малюнок 9. Стрічкова J - антена

Секція "А" цієї антени, довжиною рівній 1 метр, являє собою випромінювач антени. Четвертьволновой резонатор, виконаний на секції "В", спочатку був узятий з резонансною частотою трохи більшою за необхідну. Це було зроблено для того, щоб згодом була можливість здійснити його настройку за допомогою ємнісний пластини. Частина "С", довжиною рівній 1 метр, являє собою "землю" стрічкової J - антени. Хоча, теоретично, J - антена цілком може працювати без частини "С", отже, без "землі", але її наявність покращує роботу антени. Зміна довжини частини "С" в процесі настройки дозволяє в невеликих межах регулювати значення КСВ і в кінцевому підсумку досягти мінімального значення КСВ в фідері харчування антени.

Як відомо, для точного виконання частин антени "А", "В", "С", необхідно знати їх коефіцієнт укорочення. У всіх книгах з антен, які були у мене, коефіцієнт укорочення провідників антени був приведений тільки для циліндричного провідника. Стрічкова антена є плоскою антеною, тому до неї непридатний коефіцієнт укорочення для циліндричних антен. Також залежить коефіцієнт укорочення провідників антени від місця розташування антени, від впливу на неї сторонніх проводять предметів. Мною було прийнято коефіцієнт укорочення стрічкової антени спочатку рівний 1. Оскільки стрічкова антена розташовується в легкодоступному місці, її підстроювання здійснюється дуже просто, обрізанням частини фольги вібратора. Отже, немає необхідності виконувати антену точної довжини з урахуванням коефіцієнта укорочення.

При визначенні точок харчування стрічкової J - антени я спочатку намагався йти традиційним шляхом її налаштування, підключаючи коаксіальний кабель до четвертьволновий резонатору за допомогою широких "крокодилів". Але через деякий час експериментів четвертьволновой резонатор антени був остаточно зіпсований "крокодилами", які дійсно "покусали" фольгу. Варто у зв'язку з цим зауважити, що великі проблеми становить і пайка алюмінієвої фольги, яка знадобилася б згодом для підключення коаксіального кабелю до четвертьволновий резонатору.

Через деякий час я залишив спроби безпосереднього підключення коаксіального кабелю до резонатора і вирішив застосувати індуктивний зв'язок коаксіальногокабелю з резонатором. Дійсно, у багатьох частотно - розділових УКХ - фільтрах типу резонатора, встановлених в промислових УКХ - ретрансляторах, використовується індуктивний зв'язок з резонаторами. Чому б і для стрічкової J -антенни чи не застосувати її!

Мною було проведено ряд експериментів по знаходженню оптимальних розмірів петлі зв'язку коаксіальногокабелю з чвертьхвильові резонатором. Опис їх проведення зайняло б великий обсяг, тому я наводжу на рис. 10 готову конструкцію петлі зв'язку. На коаксіальний кабель були надіті 10 феритових кілець, які представляли собою високочастотний дросель. Цей дросель перешкоджає вивченню обплетення коаксіального кабелю. На практиці це знижує КСВ в фідері антени і полегшує узгодження петлі зв'язку з чвертьхвильові резонатором. Петля зв'язку була закріплена внизу четвертьволнового узгоджувального резонатора, як показано на рис. 11.

Малюнок 10. Петля зв'язку стрічкової J - антени

Малюнок 11. Розташування петлі зв'язку стрічкової J - антени

J - антена з фольги, виконана згідно з рис. 9, була наклеєна на стіну кімнати. Первісна настройка антени полягає у визначенні довжини випромінює вібратора (частина антени "А"). Для цього вимірюючи КСВ в фідері антени в місці підключення коаксіального кабелю до передавача, і поступово скорочуючи вібратор антени, домагаються мінімального значення КСВ на частоті 145 МГц. Вібратор можна потроху обрізати зверху гострою бритвою, можна просто скачувати його верхній кінець в рулон, як це показано на рис. 12. За допомогою укорочення вібратора (частина антени "А") досягають початкового мінімуму КСВ фідері антени. Цей мінімум КСВ може перебувати лежати в межах 2-3. Не потрібно боятися цього високого значення КСВ, нам необхідно досягти тільки його мінімуму.

Малюнок 12. Скорочення вібратора скачуванням

Наступний етап налаштування антени - підстроювання четвертьволнового резонатора в резонанс на частоту 145 МГц. За допомогою шматочка фольги, наклеєного на скотч, як виробляють підстроювання резонатора. Фольга грає роль настроечного конденсатора резонатора. Чим ближче до вібратора антени цей шматочок фольги, тим більшу ємність він вносить в резонатор, і тим нижче його частота настройки. Чим ближче до дна резонатора шматочок фольги, тим меншу ємність він вносить в четвертьволновий резонатор, і тим вище його частота настройки. Реально, за допомогою цього шматочка фольги можна змінювати частоту настройки резонатора у відносно широких межах. На рис. 13 показаний процес налаштування четвертьволнового резонатора.

Малюнок 13. Процес настройки четвертьволнового резонатора

Переміщенням фольги вздовж резонатора, домагаються мінімуму значення КСВ в фідері антени. Це досить легка підстроювання антени, вона не викликає ускладнень. Шматочок фольги рухають за допомогою довгої діелектричної палиці, на яку він спочатку прикріплений. Знайшовши точку положення настроечного шматочка фольги на резонаторі відповідного мінімального значення КСВ у фідері, за допомогою скотча приклеюють цей шматочок фольги на цьому місці резонатора.

За допомогою налаштування четвертьволнового резонатора в резонанс, легко вдається досягти зниження КСВ в фідері антени від початкового значення 2-3 до значення, що лежить в межах 1,5. Потім, невеликим згинанням куточків фольги, як показано на рис. 14, подальшим невеликим зміною довжини вібратора антени, і, зміною довжини земляного вібратора "С", досягають подальшого зниження КСВ. Залежно від бажання і завзяття радіоаматора, легко можна досягти значення КСВ в фідері лежачому межах 1,2: 1. Може, для зниження КСВ доведеться трохи змінити положення петлі зв'язку коаксіальногокабелю з чвертьхвильові резонатором, або трохи змінити її розміри. Але це можливо лише в тому випадку, якщо є бажання досягти значення КСВ в кабелі практично близького до 1: 1.

Малюнок 14. Підстроювання четвертьволнового резонатора

Після повної настройки антени, довжина частини "А" дорівнювала 85 см, довжина частини "С" дорівнювала 87 см. Її конфігураційний шматочок фольги розташовувався на відстані 23 см від дна четвертьволнового резонатора. КСВ антени був 1,2: 1, смуга роботи антени при збільшенні КСВ до 1,6: 1 становила від 142 МГц до 146 МГц. Антена забезпечувала чудову роботу, велику дальність зв'язку в порівнянні зі штатною антеною УКВ радіостанції.

Стрічкова антена може бути заклеєна шпалерами, в цьому випадку вона буде повністю невидима сторонньому спостерігачеві. Для роботи спільно з цієї антени петлю зв'язку можна розташовувати в заздалегідь визначеному місці.

Антена з фольги може розташовуватися на горищі. Вона там може бути просто підвішена за верхній кінець вібратора. Антена може бути використана і для роботи в польових умовах. В цьому випадку коаксіальний кабель може проходити уздовж "земляного" вібратора. Якщо фольга антени з обох сторін буде обклеєна скотчем, то антена буде являти собою механічно міцну, захищену від погодних впливів, конструкцію. В цьому випадку антену можна використовувати і під впливом атмосферних умов. У цій конструкції J -антенни мною був використаний коаксіальний кабель хвильовим опором 50 Ом.