Коллинеарная антенна на 144-146 МГц.
Юрий Юкин RK4FX
КОЛЛИНЕАРНАЯ АНТЕННА НА 144 – 146 мгц. « ШТОРМ – D Х »
Работа вертикальной коллинеарной антенны в радиолюбительском диапазоне 144-146 мгц. представляет собой интересную тему в радиолюбительской практике. Связующую в себе физику радиоволн, тщательное инженерное проектирование и практическое применение в области радиосвязи.
Работа с коллинеарной антенной в данном диапазоне частот – это не просто хобби для радиолюбителей – это шанс развивать навыки, обмениваться опытом который является настоящим полем для радиолюбителей в плане экспериментов , навыков и позволяет создавать связи с коллегами которые будут простираться далеко за пределами рамок эфира.
Данная представленная мною коллинеарная вертикальная УКВ антенна отличается относительно небольшим весом компактностью с ее размещением на различном основании в подстилающей поверхности.
Опубликованная в данном материале вертикальная коллинеарная антенна отличается от «стандартных» антенн подобного типа своей конструкцией, которая обеспечивает не только компактность ( за частую радиолюбителям приходится сталкиваться с трудностью размещения солидных антенн типа В.К. или квадраты из за занимаемых ими площади и габаритам) , но и высокую эффективность как по приему не только радиостанций расположенных в ближней зоне , но и дальних корреспондентов, так и по работе на передачу .
Данная антенна обеспечивает высокий коэффициент усиления и имеет значительную прижатость лепестка диаграммы направленности к земле в вертикальной плоскости и круговой «обзор», что особенно важно при работе с корреспондентами из различных направлений и особенно востребовано ее использование при проведении соревнований в УКВ диапазоне , где вы можете получить из за экономии по времени значительное количество местных и дальних радиосвязей в отличие от направленных антенн которые еще нужно ориентировать по азимуту на корреспондента с потерей как по времени так и возможного потерю корреспондента из за значительного изменения уровня прохождения сигнала на различных дистанциях.
Высокоэффективная коллинеарная антенна состоит из нескольких последовательных излучающих элементов разделенных фазовращающими катушками (Ф.В.К.) что бы обеспечить максимальное усиление сигнала.
Каждый из трех излучателей коллинеарной антенны детально рассчитан и вносит свой индивидуальный вклад в общее усиление антенны.
Между тем правильное соотношение длинны излучателей между собой и изготовление фазовращающих катушек отвечающих требованию эффективной работы на УКВ в заданном диапазоне частот имеет первостепенное значение. Преимущество данного вертикального коллинеара заключается в его способности эффективно работать с невысокими мощностями , достигая при этом неплохих результатов по дальности и надежности связи.
Тем не менее последовательное включение ряда излучателей позволяет значительно повысить как бы и выходную мощность передатчика за счет нескольких излучателей, но при этом мощность самого передатчика остается величиной постоянной .
Все это в значительной мере весьма положительно отражается на дальности и стабильности радиосвязи с наиболее удаленными корреспондентами.
Вертикальная антенна «Шторм D X» при сборке в обязательном порядке требует четкой настройки и соблюдения правильного монтажа для ее максимальной эффективности, а так же использование качественных материалов и соблюдение определенных рекомендаций по настройке излучателей данного изделия .
Следует помнить что настройка любых коллинеаров и их изготовление особенно с «нуля» гораздо сложнее нежели сборка и настройка направленной антенны типа «Волновой канал» в этом плане вам придется несколько потрудится.
Тем не менее затраченное время на сборку данной антенны окупится вам с полна при ее практическом использовании в радиолюбительском диапазоне.
Коллинеарная вертикальная не направленная антенна «Шторм DX» предназначена для работы в диапазоне частот 144-146 мгц., – и была разработана специально для проведения дальней за горизонтной и сверх дальней тропосферной радиосвязи на УКВ диапазоне, но ее использование возможно так же и на других частотах УКВ диапазона при соответствующем пересчете внутренних элементов антенны.
Данный коллинеарный вертикал представляет собой ряд тщательно настроенных излучателей – вибраторов каждый из которых запитывается последовательно и отдельно фазируется таким образом, что бы излучение первого вибратора находилось в фазе с вибраторами последующих уровней.
В результате сложения мощностей излучающих элементов обеспечивается высокое усиление антенны при сохранении круговой диаграммы направленности по
горизонту.
Согласование антенны с 50 омным кабелем осуществляется при помощи своеобразного «Гамма» согласования которое обеспечивает наиболее приемлемый уровень согласования в диапазоне заданных частот.
При изменении частоты диаграмма направленности антенны сканирует в пространстве, как у любой линейной антенной решетки с последовательным возбуждением вибраторов.
В то же время несмотря на изменение входного сопротивления антенны в большое или меньшее значение при перестройке в пределах рабочих частот, антенна сохраняет достаточно хорошее значение по КСВ не более 1.1 по краям диапазона .
При этом правильно настроенная коллинеарная вертикальная антенна всегда должна иметь низкий КСВ и малое значение реактивного сопротивления что будет означать высокую отдачу по мощности.
Данное изделие хорошо зарекомендовало себя при работе в зоне прямой видимости , а так же и в зоне радио полу «тени» и «тени».
Прекрасные результаты так же были получены при работе данной антенны с подвижными объектами – автомобилями на различных расстояниях.
На нее неоднократно проводились радиосвязи с самолетами в радиусе более 900 км. , а так же с нашими космонавтами на борту МКС и все операторы давали прекрасную оценку в работе данного изделия.
Антенна работает как приемная так и передающая и ее характеристики в процессе работы идентичны и не меняются.
Данная антенна создавалась и рассчитана на проведение D – X радиосвязей с радиолюбителями удаленных радиостанций за счет работы как поверхностной (прямой), так и пространственной волной посредством переотражения от тропосферных неоднородностей, при этом дальность радиосвязи может значительно превышать при благоприятных условиях более чем 500 км.
Наиболее благоприятное время работы при проведении дальних радиосвязей на 2 х метровом диапазоне, – это в основном летний период до глубокой поздней осени исходя конечно из погодных условий и активности солнца.
В суточном отношении наиболее благоприятные условия работы с дальними корреспондентами в летнее – осеннее время приходится на утренние часы с 4.00 мск., и до 8.30 мск. ( Московского времени ). А так же в вечернее время после захода солнца.
Но здесь следует обратить внимание на внешнее барометрическое давление в вашей зоне, так при низком давлении радиосвязь может быть довольно неустойчивой и иметь не продолжительную покрываемую зону радиотрассы.
При этом дальность радиосвязи то есть прохождения сигнала в тропосфере во многом зависит от внешних условий и погоды в вашем регионе .
Так 2 х метровый диапазон явно не «любит» ветряной облачной пасмурной погоды со значительным перемещением воздушных масс,- и напротив при безветренной погоде и ясном чистом небосводе и в то же время высоким барометрическим давлении отмечаются наиболее благоприятные условия для распространения ЭМВ и проведения загоризонтных дальних радиосвязей.
Наиболее приемлемое для работы барометрическое давление для 2 х метрового диапазона берет свое начало от 750 мм ртутного столба и до 762 мм – 765мм. В средней полосе Российской Федерации.
В некоторых регионах давление может варьироваться и от значения в 760 мм., ртутного столба .
В данном случае конечно сказывается и высота производимых измерений над уровнем моря в вашей местности.
В вечернее время при проведении дальних радиосвязей ( в особенности в летнее время ) в основном нужно ориентироваться на заход солнца ; после захода солнца за линию горизонта уменьшается значительно уровень « солнечного ветра» ( зашумленности ) с южного и западного направления «успокаиваются» воздушные массы и прохождение становится на тропосферных неоднородностях довольно стабильным и весьма устойчивым что способствует проведению дальних и сверх дальних радиосвязей.
Кроме тропосферного распространения ЭМВ на двух метровом диапазоне еще существует Es прохождение образующее электронные облака при данном распространении на высоте 100 – 120 км. над землей которые характеризуются большим постоянством электронной концентрации ото дня ко дню, которая значительно возрастает днем и уменьшается к полуночи.
Данный слой появляется под влиянием интенсивной солнечной радиации и возникает в период с июня и порой продолжается по ноябрь месяц включительно.
Наличием подобного прохождения на 2 х метровом диапазоне зачастую являются наличие «перистых» облаков. При этом радиотрасса может иметь довольно значительную протяженность по дальности связи в несколько тысяч километров.
При летне – осенней работе на данной антенне проводились многочисленные радиосвязи с радиооператорами Армении Грузии и с 3, 4, 5, 6, 7 и 9 районами с высокой оценкой качества работы антенны.
Остановимся более конкретно на характеристике антенны.
Антенна имеет весьма небольшой угол излучения ( В сравнении с фирменной антенной F- 23 или А-1000 и др. которые зачастую имеют угол не менее 20 градусов ) что весьма положительно сказывается при работе с удаленными корреспондентами.
Антенна имеет КСВ на частоте 145.000 мгц. – 1.0.
Входное сопротивление 50 ом.
Реактивная составляющая равна « 0». КСВ по краям диапазона составляет 1.1. Сектор излучения антенны в Н плоскости составляет 360 градусов.
Сектор излучения антенны в Е плоскости составляет менее 10 градусов . Поляризация ЭМП – вертикальная.
Подводимая мощность к антенне может составлять ( без всякого преувеличения ) более 200 ватт; и зависит в первую очередь от высокочастотного высоковольтного переходного конденсатора его качества и рабочего напряжения.
Коэффициент усиления антенны составляет порядка 23.65 dbi или 10.0 dbd. , что примерно соответствует 8 элементной антенне волнового канала и намного превосходит по своим характеристикам антенну фирмы «Радиал» модель А7 – 2М имеющую излучатели в 0,5 лямбда + 3х 5\8 на двух метровый диапазон.
Кроме того при практическом сравнении данной антенны с 10 элементной антенной «ВК» Волновой канал на удалении в 300 км. уровень приема сигнала от данной антенны у удаленного корреспондента был даже намного выше по уровню чем работа направленной антенны 10 элементного волнового канала расположенного на высоте 270 метром от уровня моря и включая высоту мачты самой антенны которая составляла порядка 13 метров.
Здесь заметно сказывается скачкообразный принцип работы данной антенны в пространстве ( возможно создание и относительно «Мертвой» зоны на десятки километров на ближнем расстоянии от антенны, что является своеобразным ноу-хау в данном изделии ) через тропосферные неоднородности в отличие от волнового канала в котором электромагнитная волна от антенны в пространстве распространяется прямолинейно и значительная ее часть без отражения уходит в космическое пространство.
Данное найденное конструктивное и практическое решение экономит антенной в значительной степени свой энергетический потенциал при распространении Э.М.В. на значительное удаленное расстояние от передающего центра.
Все это указывает на ее довольно высокие энергетические и технические характеристики .
Данная разработка антенны «Шторм – D Х » весьма заметно отличает ее от «стандартных» промышленных коллинеарных антенн с учетом прекрасно зарекомендовавшей ее практической работы с операторами удаленных радиостанций в отличие от промышленных образцов.
Согласование 50 омного кабеля с входным LC контуром антенны осуществляется при помощи своеобразного «гамма» согласования в котором питающий антенну 50 омный кабель связан небольшой высоковольтной высокодобротной высокочастотной емкостью.
Для вертикального коллинеара коаксиальный кабель желательно подбирать со вспененным наполнителем и как можно с более увеличенным внешним диаметром.
В качестве примера прекрасно будет работать 50 омный кабель 10 DFB и ряд других имеющие минимальные потери на СВЧ частотах.
Наиболее качественными характеристиками обладают 50 омные коаксиальные кабели в которых вместо оплетки внешнего экрана применена медная «гофра» и подобных вариантов имеется в продаже достаточное количество.
При этом при применении данного кабеля вы в полной мере ощутите разницу между кабелями более низшего «класса» как CNT – 400 . 8 DFB . не говоря уже о марки кабеля 5 DFB.
Вообще на УКВ потери даже в хороших коаксиальных линиях имеют весьма ощутимое значение и тем более они возрастают с повышением частоты и мощности передающей аппаратуры и длинны кабеля.
Здесь следует так же учитывать и значительные потери в переходных элементах кабеля если они составлены из кусков при этом потери могут составлять от 1.0 и до 2.0 децибел на одно соединение и более что значительно отразится в потерях сигнала при работе радиостанции и в особенности на прием.
Дополнительно следует отметить что применяемый вами 50 омный кабель должен быть подобран на рабочий диапазон частот, где вы именно собираетесь работать. Он может иметь как полуволновый четный повторитель, так и не четный ( 1\4, 3\4 ) и так далее. При чем с нечетным повторителем вам гораздо проще будет производить работу с настройкой антенны. Главное что бы он ( кабель) у вас был подготовлен для работы на нужных вам рабочих частотах.
В этом случае вам гораздо проще будет с настройкой на рабочие частоты самой антенны при применении анализатора настройки антенны.
Антенна « Шторм – DХ » представляет собой трех элементный излучатель разделенный фазовращающими элементами и собранный в фиберглассовом корпусе от промышленной антенны А-1000. Возможно применение и других «надежных» корпусов от других типов коллинеарных антенн подходящей длинны и диаметра корпуса.
В качестве примера возможно использование корпуса от антенны F-23, но в этом случае придется вносить ряд изменений во внутреннюю конструкцию антенны.
Данная коллинеарная антенна прекрасно работает по всей полосе частот 2 х метрового диапазона и по своей эффективности не в какой мере не уступает , а превосходит 4 х элементный вертикал за счет высокой добротности ее элементов и спроектированного достаточно солидного сжатия лепестка диаграммы в вертикальной плоскости что весьма благоприятно сказывается при работе с D-X корреспондентами.
Увеличение общей полезной площади излучателей способствуют ряду существенных достоинств данного изделия и при этом отсутствуют присущие 4 х элементному коллинеарному вертикалу ряд свойственных ему существенных недостатков.
Подобное стало возможным за счет особой спроектированной конструкции излучателей антенны и ее внутренних элементов в отличии от стандартных антенн промышленного изготовления.
При работе данной спроектированной антенны в ближней зоне уровень приема местных радиостанций возможно будет несколько «проседать» как и несколько при работе на передачу , но дальняя зона ( зона радио полу тени и тени ) в отличии от ближней , ( как наиболее востребована ) в ней прием вашей радиостанции будет намного лучше и стабильнее в отличие от стандартного трех элементного промышленного вертикального коллинеара.
Уровень приема вашей радиостанции при работе с D – X корреспондентами за зоной «тени» так же будет намного выше чем на стандартные вертикалы.
Данное изделие комплектуется 24 противовесами по 50 см. каждый диаметром от 3.5 мм до 4.5 мм расположенных под углом в 138 градусов – друг напротив друга относительно вертикальных излучателей, что обязательно нужно строго учитывать при конструировании и сборке антенны.
В данной конструкции антенны в качестве противовесов за основу был взят оцинкованный жесткий стальной провод что способствует не изменению его геометрических размеров и положения , что может в противном случае сказаться на изменении параметров антенны при сильном напоре ветра.
Данное расположение противовесов способствует значительно равномерному распределению излучению исходящему от антенны в отличие от стандартных – 3 х противовесов принятых в образцах в промышленных антеннах .
Улучшается и качественные показатели при работе антенны на прием.
Применение противовесов в достаточно большом количестве в значительной мере улучшило общую работоспособность антенны то есть ее КПД.
Кроме того большое количество противовесов способствует экранированию основного полотна антенны от земли что в значительной мере позволяет снизить уровень побочных помех и теплового шума исходящего от ее поверхности в летнее время.
Излучение антенны под углом менее 10 градусов способствует энергетически более выгодному переотражению от тропосферы ЭМВ под малыми углами к горизонту, в связи с тем что точка отражения ЭМВ от тропосферных неоднородностей будет находится на значительно удаленном расстоянии от передатчика что способствует максимально устойчивой связи на значительно удаленном расстоянии .
Надо отметить что ЭМВ падающая под крутыми углами в тропосферу отражается лишь незначительно, либо вовсе не отражается.
При применении большого количества противовесов значительно возрастают качественные показатели антенны , а так же улучшилось при приеме соотношение сигнал – шум и значительно улучшилось отражение ЭМВ при работе посредством Es прохождения увеличилась значительно и дальность связи прямой волной.
Здесь следует отметить что дальность связи конечно зависит не только от высоты установления антенны на местности, но и от высоты расположения антенны от уровня моря.
Так прирост высоты антенны над уровнем земли ( из практики) на 2 х метровом диапазоне всего лишь на 2 метра дают прирост уровня сигнала в удаленной точке приема от 1 до 1.5 баллов на средне пересеченной местности при достаточно хорошем приемном оборудовании.
Изменение угла противовесов всего лишь на 5 градусов от вертикала равноценно смещению падения луча в тропосферу на десятки километров что необходимо учитывать при установки противовесов.
Дополнительно следует пояснить что в вертикальных коллинеарах всегда следует учитывать искажение диаграммы направленности при малом количестве противовесов и она из значительно сжатой полусферы как в данном изделии становится лепестковой и при количестве в 3 шт. ( промышленные антенны ОПЕК -200, 300, F-23, А-1000, GP-7, GP-9, Х – 510, F – 22 и т.д. ) данные антенны обладают минимальным КПД ; ( при малом количестве « идеальной земли» ) а максимум излучение сосредотачивается лишь между самими противовесами .
По линии же самих противовесов наблюдается весьма значительный минимум, что весьма отрицательно отражается на проведении качественной дальней и тем более сверх дальней радио связи .
Прием корреспондентов так же занижен, при этом полезный сигнал в большинстве своем «уходит» в шумы.
При этом следует отметить что двух, трех или четырех диапазонные вертикальные «компромиссные» промышленные коллинеары обладают еще меньшими качественными показателями .
Что касается противовесов то они могут быть изготовлены как из нержавеющего металла так и из стального оцинкованного жесткого провода. Следует отметить что увеличение диаметра противовесов не играет существенной роли в эффективности работы антенны.
Большее значение при этом играет их количество, но не их диаметр.
При применении большого количества противовесов значительно повышается КПД антенны не только на передачу, но и на прием.
Благодаря большому количеству четных противовесов значительно и равномерно улучшается распределение электромагнитного поля в Н плоскости при работе антенны на передачу что далеко не характерно для стандартных коллинеарных антенн с тремя противовесами .
Кроме того значительно уменьшается уровень различных бытовых индустриальных помех и уровень теплового шума ( в летнее время ) находящейся под антенной поверхности земли железобетона кирпичной кладки, металлической крыши и т.д. что способствует наиболее улучшенному качественному приему удаленных корреспондентов ; что значительно отличает ее от стандартных коллинеарных антенн.
Увеличение уровня шумов при приеме в дневное летнее время ( при повышенной внешней температуре окружающей среды ) следует отнести так же применение коаксиального кабеля с не вспененным полиэтиленовым наполнителем и ростом при этом температуры проводников кабеля и его диэлектрика.
Кабели со вспененным наполнителем обладают существенными преимуществами и тем более находящиеся в «гофре» значительно меньше подвержены данному влиянию.
ТАБЛИЦА ДЛИННЫ ЭЛЕМЕНТОВ ВИБРАТОРОВ
| Излучатели | Длинна эл-та | Значение от Y | Диаметр эл-та | Материал |
| A верх | 1195 мм | 0.575 | 8.0 мм | Алюминий |
| B средн. | 1485 мм | 0.72 | 14.0 мм | Алюминий |
| C низ | 1335 мм | 0.648 | 8.0 мм | Алюминий |
| Общая
длинна излучателей |
4015мм |
2.0 |
ТАБЛИЦА Ф.В.К. И УЗЛА L.С СОГЛАСОВАНИЯ
| Катушки | Диаметр провода | Количество витков | Материал | Длинна намотки | Шаг намотки |
| L – 1 L.С согласование | 2.4мм | 4.5 отвод от 1 сверху | ПСР медь | 30 мм | 3.5 мм |
| L – 2 Ф.В.К. низ | 2.4 мм | 9+9 | ПСР медь | 135 мм | 4.5 мм |
| L – 3 Ф.В.К. верх | 2.0 мм | 7.5+7.5 | ПСР медь | 134 мм | 3.5 мм |
| Выводы с вч конденсатора 15 pf. | Шина шириной 3-4 мм | Медь |
4 – 5 мм |
В таблице указан шаг намотки , но не по центрам проводников как принято , а между витками обмотки катушки Ф.В.К. , что весьма оптимально позволяет подобрать толщину пластика для «стандартизации» расстояния между витками Ф.В.К.
Длинна намотки указана в таблице для фазовращающей катушки состоящей из двух ее половин.
Длинна основания каркаса для намотки фазовращающих катушек составляет ( без латунных оснований ) 160 мм.
Кроме того между двумя латунными основаниями по концам каркаса и катушки внутри обязательно должен сохранятся определенный промежуток для сохранения высокой добротности Ф.В.К.
Все катушки выполнены на основании из капролона и намотаны бифилярно что сказывается на их добротности и как следствии повышения эффективности в работе самой антенны .
Кроме выше указанного следует обратить внимание на полярность -правильного включения фазовращающих катушек между излучающими элементами не допуская при этом возможных по невнимательности ошибки.
Более подробно о расчетах фазовращающих катушек для полуволновых излучателей на коллинеарные вертикалы на различные диапазоны и их изготовление можно ознакомиться в интернете на сайте радиолюбителей Республики МОРДОВИИ в разделе «статьи» в материале «Коллинеарные вертикалы и использование в них фазовращающих катушек».
Как было выше описано в применяемых фазовращающих катушках (по их концам) имеется латунное основание длинной в 25 мм с центральным в нем отверстием диаметром в 4.0 мм для подключения и закрепления заходящих в него раздельно трех излучателей.
В качестве нижнего и верхнего излучателя соответственно диаметром 8 и 8 мм использовалась стандартная алюминиевая тонкостенная трубка .
Средний излучатель так же выполнен из алюминиевой трубки диаметром 14.0 мм , а так же возможно применение и медной трубки, но при этом резко возрастет вес конструкции.
Наилучшие результаты конечно получаются при применении алюминевых трубок с нанесением на них наружного ( внешнего ) медного покрытия, но конечно не у всех радиолюбителей за исключением заводского производства, имеется подобная возможность.
При применении латунной трубки в качестве излучателей к тому же значительно возрастают и потери в металле, что особо не учитывается при производстве обычных коллинеарных антенн имеющихся в продаже, так как данные антенны задействованные в основном в местной связи на незначительное расстояние и при этом на такой дальности связи потерями в материале можно пренебречь.
Следует учитывать что чем не больше наружный диаметр излучателей, а так же при этом минимальное сопротивление самого металла по проводимости ( скин эффект ) тем выше добротность и тем больше усиления возможно получить с вашей антенны при работе на прием и выше будет уровень (плотность потока) излучения вашей антенны при работе на передачу.
В этом случае сопротивление потерь ( в том числе и на нагрев проводника) высокочастотной энергии при работе на передачу будет незначительно .
- P. S. Следует пояснить что многое в антенне зависит от апертуры – площади полезной поверхности, которая напрямую связана с повышением добротности и с уменьшением сопротивления потерь и увеличением КПД самой антенны.
Апертура эта та поверхность из которой антенна на прием поглощает приходящей к ней поток ЭМВ что при большом диаметре ( площади проводника) равносильно увеличению напряжения сигнала на выходе самой антенны, а при передаче значительно растет плотность потока ЭМВ в пространство.
Все это в значительной мере сказывается на более стабильной устойчивой радиосвязи на метровых волнах и особенно в зоне дальнего не особо уверенного приема у вашего D – X корреспондента.
При хорошем сочетании ( подборе) подобных ряда факторов считается что увеличение диаметра излучателей в три раза дает прирост усиления антенны на 3 db. Что равносильно удвоению выходной мощности передатчика и в то же время заметного улучшения приема.
Однако при этом несколько расширяется и полоса пропускания коллинеарной антенны.
Все это прекрасно видно на примере предоставленной ниже в данном материале таблице об эффективной излучаемой мощности.
Обычно принято за точку первоначального отсчета считать стандартный диаметр излучателей в 2.25 мм ., это минимальный диаметр при котором можно подавать на входной элемент коллинеарной антенны около 50-60 ватт. Но здесь следует учитывать и потери подводимой к антенне мощности за счет переходных элементов согласования коаксиального кабеля с антенной.
Для более подробного ознакомления по потерям по В.Ч. ( скин эффект при длинне проводника из алюминия в 1 метр.) при различном диаметре элементов в качестве полезной информации обратимся к таблице .
Для примера за основу материала взят электротехнический алюминий.
| Диаметр ….элементов …вибраторов | G | Tlos ….в градусах | Металл + удельное сопротивление |
| 12 мм. | 0.05 db | 1.8 | Алюминий 2.7 |
| 8 мм. | 0.07 db | 2.4 | Алюминий 2.7 |
| 6 мм. | 0.08 db | 2.7 | Алюминий 2.7 |
| 4 мм. | 0.14 db | 4.8 | Алюминий 2.7 |
| 2 мм. | 0.29 db | 10.0 | Алюминий 2.7 |
G- потери в усилении антенны в Db.
Тlos- внутренний шум активного сопротивления потерь.
Из представленных выше расчетов в таблице видно что с ростом диаметра элементов потери в усилении из за омических потерь резко уменьшаются, что в конечном итоге вносят существенную роль в качество работы самой антенны.
Естественно что для меди при тех же диаметрах указанных в таблице числовые показатели будут значительно лучше, а качественные показатели излучателей будут наиболее эффективными.
Так в качестве примера медь покрытая серебром будет обладать значительно более лучшими характеристиками в том числе и добротностью как при работе на прием так и при работе антенны на передачу в сравнении с простой медной трубкой.
Следует отметить что на всех излучателях установленные радиопрозрачные уплотнители изготовленные из вспененного пенополиэтилена ( ВПЭ ) .
В данном случае ВПЭ применяется белого цвета ( либо прозрачные ) без добавления различных красителей, которые могут в значительной степени повлиять на его радиопрозрачность.
Но не следует его путать с обычным поролоном который способен впитывать влагу что в значительной степени повлияет на КСВ и соответственно сказывается на потерях ( в стандартных антеннах ), а в процессе эксплуатации либо слипается либо превращается просто в пыль.
Все это в значительной мере повлияет на качественную работу вашей антенны.
Применяемый нами вспененный полиэтилен не крошится под нагрузкой , не впитывает влагу и не подвержен разложению от В.Ч. энергетики и статическому электричеству и имеет достаточно стабильную поверхность и при этом довольно легко обрабатывается .
При изготовлении из данного материала уплотнителей внутри фиберглассового корпуса антенны лучшего материала просто не найти.
Кроме того вспененный полиэтилен не позволяет свободно перемещаться по сторонам в пластиковой трубе всех трех излучателей что увеличивает надежность внутренней конструкции вибраторов и повышает общую долговечность конструкции.
При применении ВПЭ уплотнителей на вибраторах способствует не прилеганию вибраторов к корпусу антенны в котором расположены с наружи металлические крепежи и тем самым предохраняет возможность на них пробоя либо утечки В.Ч. на данные крепления.
Входной фторопластовый высокочастотный высоковольтный конденсатор в гамма согласовании имеет емкость порядка 15 пикофарад и рассчитан на напряжение в 8 киловольт и устанавливается свободно в самом пластиковом корпусе антенны в близи от расположения контура L C согласования. Однако следует отметить, что к каждой антенне конденсатор нужно подбирать индивидуально и значение емкости может отличаться от авторского варианта. Конденсатор может быть выполнен как из двухстороннего фольгированного фторопласта так и в виде полых тонкостенных трубок выполненных из меди либо латуни при чем емкость таких конденсаторов может составлять как от единиц так и доходить до десятков пикофарад.
В данной конструкции конденсатора ( связи с большим потенциалом пробивного напряжения ) исключается возможность выхода его из строя в летний период при значительном проходящем над вами грозовом фронте и возможном разряде статики на небольшом расстоянии от антенны в отличии от стандартных 500 вольтовых ( иногда 1 kw ) конденсаторов комплектующих в основном заводские коллинеарные антенны.
Конденсаторы комплектуемые стандартные антенны заводского изготовления довольно часто выходят из строя из за статики и подлежат замене, но найти качественные высокочастотные высоковольтные конденсаторы является довольно существенной проблемой.
Так из США – поставки комплектующих радиоэлементов закрыты довольно продолжительное время , а из Китая , – является довольно не простой задачей, так как в большинстве своем поставки конденсаторов из Китая мало пригодны для данных целей ( заявленных производителем ) из за их низкого качества изготовления для работы на высоких частотах.
ТАБЛИЦА ПОЛЕЗНОЙ ПЛОЩАДИ ВИБРАТОРОВ
| Излучатели антенны | Диаметр элемента | Площадь элемента S |
| A верх | 8.0 мм |
35.850 мм |
| B средний | 14.0 мм | 74.250 мм |
| C низ | 8.0 мм | 40.050 мм |
| Общая полезная площадь | S = 150.015 мм |
Большой диаметр излучателей приводит к расширению основного лепестка диаграммы направленности и способствует значительному уменьшению боковых лепестков что в значительной мере влияет на дальность и стабильность связи и уровень излучения при сжатой диаграмме в вертикальной плоскости.
При конструировании и сборке антенны длину элементов В и С необходимо брать такими какие они указаны в спецификации.
Элемент А нужно брать на несколько сантиметров больше ( примерно на 5 – 7 см ) это делается для того что вам самым верхнем элементом поточнее и корректно была возможность настроить полностью коллинеарный излучатель.
При чем укорачивать верхний излучатель необходимо небольшими отрезками по 3 – 5 мм если до необходимой вам частоты остается 3 мгц. и не более 1.5 – 2 мм если до необходимой вам частоты остается не более 1.5 мгц. иначе вы вполне можете «промахнутся» с настройкой антенны и не попадете на необходимые вам рабочие частоты и вам заново придется устанавливать новый верхний А – вибратор, так как спайки недостающего полотна в укороченном излучателе не допускаются.
В любом случае данный коллениар требует тщательной настройки на рабочие частоты так как бы вы не старались с точностью выполнения всех элементов, корректировка в любом случае элементов обязательно потребуется.
Следует отметить не мало важное обстоятельство,- так излучатели антенны должны быть выполнены из цельного металлического полотна без сколов и следов коррозии и не допускают между собой из кусков спаек либо скруток.
Материал для антенны обязательно должен быть «цветной» посеребренные медные элементы алюминий с напылением меди, либо электротехническая жесткая медь , алюминий , латунь, дюраль алюминий , оцинкованный стальной проводник ( материалы указаны в порядке ухудшения качественных показателей по вч затуханию , скин эффект ) но не черный металл.
В случае применения «Черного» металла это обязательно крайне отрицательно скажется на параметрах работы самой антенны.
После каждой подрезки элемента вибратора собранную антенну вместе с 24 противовесами следует при тестировании приподнимать от земли при отсутствии рядом металлических либо железобетонных или кирпичных строений ( в противном случае показания прибора будут не совсем корректны) в вертикальное положение и не менее чем 1.75 метра над земной поверхностью и «прогонять» ее по параметрам и конечно более детально просматривать что куда ушло и желательно при этом не полагаться на память, а производить запись после каждого измерения что значительно ускорит качественный процесс настройки антенны на рабочие частоты.
В качестве небольшой мачты лучше всего использовать дюралюминевую трубу подходящего диаметра что бы наиболее приблизить антенну к ее реальным условиям установки на металлическую мачту опоры.
Далее в качестве дополнительной справочной информации приводим данные по расчету эффективной излучаемой мощности имеющейся и установленной у вас антенны в зависимости от ее коэффициента усиления.
Не следует забывать при этом что в вертикальных коллинеарах на коэффициент усиления антенны и ее КПД большое влияние оказывает количество «идеальной земли» – то есть противовесов.
Следует отметить что данные в таблице исходят из подводимой мощности В.Ч. энергии в ваттах непосредственно к антенне – то есть на противоположном конце коаксиального кабеля после устройства согласования .
Данный технический справочный материал был любезно предоставлен мне радиолюбителем из Великобритании.
ТАБЛИЦА ПО РАСЧЕТУ ЭФФЕКТИВНОЙ ИЗЛУЧАЕМОЙ МОЩНОСТИ ВЕРТИКАЛЬНЫМ КОЛЛИНЕАРОМ
| Усиление антенны ДБ | Множитель по мощности | Р эффективная При Р подводимой В 50 ватт |
| 1 | 1.2 | 60 |
| 2 | 1.6 | 80 |
| 3 | 2.1 | 105 |
| 4 | 2.5 | 125 |
| 5 | 3.2 | 160 |
| 6 | 4.0 | 200 |
| 7 | 5.1 | 255 |
| 8 | 6.3 | 315 |
| 9 | 8.0 | 400 |
| 10 | 10.2 | 510 |
| 11 | 12.6 | 630 |
| 12 | 15.9 | 795 |
| 13 | 20.0 | 1000 |
| 14 | 25.1 | 1255 |
| 15 | 31.6 | 1580 |
| 16 | 39.9 | 1995 |
| 17 | 50.2 | 2510 |
| 18 | 63.3 | 3165 |
| 19 | 79.5 | 3975 |
| 20 | 100.0 |
5000 |
Данную таблицу по эффективной излучаемой мощности возможно использовать и для других излучающих антенных систем.
Конечно следует отметить что усиление коллинеарного вертикала в ДБ имеет свой определенный предел ограниченный количеством элементов в самой антенне и рядом других индивидуальных и конструктивных особенностей .
Так что рассчитывать на то что ваша антенна может предоставить вам к примеру 20 дб не стоит это лишь чисто теоретический расчет исходя из наработанной в том числе практики.
В заключении данного технического материала пожелаю начинающим молодым и конечно опытным радиолюбителям УКА вистам дальних устойчивых связей, минимум помех и конечно хорошего прохождения вашего сигнала на 2 х метровом радиолюбительском диапазоне.
Следует отметить что работа над более совершенной – улучшенной последующей версией данного образца коллинеарной антенны продолжается .
Так что новый вариант антенны более повышенной эффективности несомненно будет нами опубликован после ее тщательного тестирования.
Благодарю коллектив модераторов республики Мордовия за предоставление возможности публикации данного материала на сайте радиолюбителей Мордовии.
Материал был подготовлен и размещен на радиолюбительском сайте по многочисленным просьбам радиолюбителей УКА вистов в целях совершенствования знаний, навыков и получения определенного опыта при проектировании, сборке и настройке сложных антенных систем коллинеарного типа .
г. Пенза Январь 2025 года.