Телеграфные ключи и манипуляторы от UR5CDX и M0EDX

\главная\р.л. конструкции\антенны\...

Подключение питания к стэку. 
W3PP рассказывает о своём опыте установки и питания КВ антенн.

Автор: Dallas Carter, W3PP. e-mail: ludal@dmv.com

Будучи новичком в растущей группе обладателей стэков, я много экспериментировал и читал о том, как устанавливать и питать совмещенные КВ антенны. Методы, описанные здесь, не являются новыми, но я и не сталкивался со всесторонними публикациями по данному предмету. Я уверен в том, что они где-то есть; только я не нашел их. В данной статье я не пытаюсь охватить все методы, или даже сказать, что какой-то метод является лучшим. Я только хотел описать мои исследования для любого, кому это может стать полезным.

 

Одним из рассматриваемых параметров стэка является высота антенн. Существует большое количество программ, которые могут использоваться для расчётов этого параметра. Я выбрал высоту, исходя из своих возможностей и опыта работы на своей станции, на которой во время контеста проводится много связей. На 10-метровом диапазоне антенны моего 4/4 стэка расположены на высоте 65 и 45 футов. Антенны 15-метрового стэка – 80 и 42 фута, а 20-метрового - 132 и 73 фута. Как правило, ваши размеры могут быть другими.

Другой рассматриваемый вопрос – как запитать стэк. Я много раздумывал над этим вопросом. Я слышал и читал о том, что стандартным методом является питание бимов равными отрезками кабеля. Прежде всего, это справедливо в случае, если вы запитываете их как стэк и не пользуетесь ими раздельно, либо используете какое-либо из продающихся переключающих устройств с тороидными трансформаторами согласования. В противном случае, пока вы не рассчитаете определенные длины кабеля, процесс питания отдельной антенны усложнится.

При расчёте линии питания необходимо рассматривать несколько факторов. В моём случае я запитываю антенны с волновым сопротивлением 50 Ом. При параллельном включении таких антенн нагрузка делится пополам, и мощность распределяется между ними. Я использую четвертьволновый отрезок 75-Омного кабеля для увеличения apparent(кажущейся) нагрузки до 100 Ом. При параллельном включении антенн сопротивление получается равным 50 Ом. Подробнее об этом ниже.

Для раздельного использования антенн и питания их в параллель необходим некий переключатель. Продаётся несколько таких устройств. Некоторые из них имеют и другие функции, такие как возможность подключения неиспользуемой антенны к месту, работающему на поиск корреспондентов (spotting position); или для устранения потребности трансформации коаксиального сопротивления. В целях экономии средств на своей станции я предпочёл переделать дистанционный антенный переключатель RCS-4 фирмы Ameritron. Переделка была относительно простой и предусматривает использование обеих антенн (стэк) и раздельный выбор либо верхней, либо нижней антенн. Этот переключатель не требует кабеля управления, так как мощность переключения подаётся непосредственно а линию питания.

Следующий вопрос – куда установить переключатель. Существовал выбор: между антеннами или возле основания мачты. Я выбрал основание мачты, что облегчает доступ для обслуживания и регулировки, либо в случаях устранения воздействия вездесущего Мэрфи (Прим. переводчика: Мэрфи – собирательный образ неблагоприятного стечения обстоятельств, обычно в самое неподходящее время – во время контестов; "злой рок" радиолюбителей).

 

Использование линий питания равной длины впоследствии приводит к большому количеству смотанного коаксиального кабеля на одном или другом конце линии питания нижней антенны. Я чувствовал, что имеется лучшее решение. Если вы начнёте с 1/4-волнового отрезка кабеля, которого не хватает до основания мачты, и будете добавлять отрезки полуволновой длины, вы сможете добиться таких же результатов передачи волнового сопротивления. Полуволновые отрезки служат для передачи угла фазы в той же самой точке. Следовательно, добавляя достаточное количество полуволновых длин кабеля в каждой линии питания, вы достигнете основания мачты. Питающие линии не должны быть одинаковой длины, но они должны обеспечить одинаковое фазирование. Другими словами, вам необходимо использовать чётное или нечетное число полуволновых длин кабеля в каждой линии. Если в одном случае у вас получилось нечётное число полуволн, а в другом чётное, угол фазы будет изменён на 180 градусов. Это нежелательный случай. В моей 20-метровой конструкции, например, линия питания верхней антенны (на высоте 132 фута) равна 9/4 длины волны, а нижней антенны (на высоте 73 фута) – 5/4 длины волны. Коэффициент укорочения используемого мною кабеля равен 0.83, что делает линии питания равными соответственно 131 и 72.75 футов.

Следует, пожалуй, заметить, что кто-то может возразить, что с изменением рабочей частоты фаза между неравными отрезками питающей линии изменится. Это так. Однако, в описываемой здесь 20-метровой конструкции изменение угла фазы составляет 6 градусов в более длинной линии и 3 градуса в короткой. Это приводит к ошибке фазирования между двумя антеннами около 3 градусов в верхней точке 20-метрового диапазона. Получившиеся диаграммы направленности имеют изменения в усилении антенны около 0.01 дБ, что для меня не так существенно как использование отрезка кабеля размером длины волны.

Замечание относительно кабеля: коэффициент укорочения кабеля слегка изменяется в зависимости от качества кабеля и его возраста. Я всегда делаю свои кабели на 1-2% длиннее расчётной длины и затем измеряю их резонансную длину с помощью анализатора характеристик антенн MFJ-259B. Отрезок незамкнутого кабеля, содержащего нечётное количество полуволн, на расчётной частоте будет выглядеть как замкнутый накоротко контур. Чтобы измерить количество полуволн в кабеле, необходимо только замкнуть накоротко его дальний конец. Это будет копировать каждую полуволну. Подробнее о кабеле ниже.

Когда антенны запитываются раздельно через согласующие отрезки кабеля, их волновое сопротивление равно как бы 100 Омам. Добавление ещё отрезка 75-Омного кабеля длиной 1/4 волны делает это сопротивление вновь равным 50 Омам. Дополнительный отрезок кабеля по длине равен 14.55 футов. Это относится к основной конструкции моих антенн, но есть ещё несколько особенностей, на которые необходимо обратить внимание: линии питания антенн, типы кабеля, переделка устройства RCS-4.

Говоря об антеннах, важно уделить внимание тому, как питаются соответствующие антенны. Они должны быть запитаны в фазе. Если используется согласование типа "гамма", необходимо, чтобы эти элементы согласования находились на одной и той же стороне каждой антенны. В случае использования согласования типа "бета" или "Т" убедитесь в том, что центральный проводник линии питания подключается к одной и той же стороне согласующего устройства на каждой антенне. При использовании "балунов" убедитесь в том, что тип их одинаков, в противном случае вы не сможете добиться правильного фазирования антенн. В некоторых случаях бывает выгодно питать антенны асинхронно ввиду каких-то конструктивных соображения или из-за размеров кабелей. В таких случаях одну из 75-Омных линий согласования можно удлинить или укоротить на 180 градусов, т.е. на 1/2 длины волны.

Об отрезках линий согласования от антенны до мачты (pigtail). Эти элементы должны быть одинаковой электрической длины. Я использую 50-Омные отрезки с коаксиальными RF вставками от точки питания до мачты. Я сделал их из одного отрезка 50-Омного кабеля, при этом уделил внимание тому, чтобы они были одинаковой электрической длины.

Теперь о фазирующих кабелях. Существует несколько типов кабелей: RG-11, RG-6 и линии снижения CATV. Я использую новую линию снижения типа R11-AP, изготовленную компанией Omega One Communication, LLC. Этот кабель имеет те же параметры, что и кабели 9913 и RG-11, но он значительно легче. Катушка кабеля R11-AP длиной 1000 футов весит 51 фунт. А катушка С-1180 (разновидность 9913) длиной 500 футов весит 54 фунта. Изготовитель указывает, что этот кабель приблизительно на 17 % легче, чем другие аналогичные кабели (с оплёткой квадратного типа). Это достигается в основном благодаря использованию двух алюминиевых слоев фольги в качестве оплётки кабеля взамен медной оплётки. Вдобавок к этому, центральный проводник сделан из омеднённой стали, что также приводит к дальнейшему уменьшению веса. Изделие герметично закрыто, что предотвращает попадание в него воды или смещение покрытия кабеля.

Кабель R11-AP компании Omega One не обозначен как КВ или радиолюбительское изделие, но Пит W2GJ, который работает в компании, включил мою станцию в список бета-пользователей для выяснения некоторых параметров этой продукции. Несколько месяцев я использую этот кабель в различных конструкциях на всех диапазонах (от 160 до 10 метрового), применяя максимально разрешённую мощность, в качестве фазирующей линии, вставок и в диапазонных фильтрах, а также для питания 75-Омных передающих антенн и системы антенн Beverage. В любом перечисленном качестве он работает безупречно. Единственным его недостатком является отсутствие соединительных разъёмов. Ввиду того, что кабель не продаётся как изделие для КВ устройств большой мощности, компания Omega One не разработала для него разъём. Подходит обычный разъём для кабеля R-11 типа "F", но необходим адаптер при работе на УКВ или при переходе на разъём "N" типа. Я экспериментировал с несколькими вариантами других решений, и они неплохо работали. Кстати, Omega One поставляет это изделие с проводником. Он имеет обозначение М11-АР.

Сначала я использовал разъём PL-259. Из-за алюминиевой оплётки кабеля R-11 я обжимал нижнюю часть разъёма. Когда удалены покрытие кабеля и внешняя оплётка, диаметр кабеля получается значительно меньше внутреннего диаметра разъёма PL-259. Я изготовил втулку из алюминиевой трубы диаметром 3/4. Она аккуратно располагается поверх внутренней оплётки кабеля и также аккуратно входит в разъём. Длина втулки около 5/8 дюйма, и с помощью промышленного зажимного устройства для R-11 прижимал втулку к кабелю.

Затем я вставлял кабель с втулкой в разъём и с помощью того же зажимного устройства обжимал четверть-дюймовую внешнюю часть разъёма вокруг втулки. Необходимо помнить о том, чтобы закрутить внешнюю часть разъёма перед тем как обжимать, т.к. после обжимки разъём изменит свою форму и больше не будет подходить по размерам. Этот разъём не выглядит изящно, но работает вполне хорошо.

С недавнего времени я использую насадку на PL-259 типа P/N 278-191 производства компании RadioShack. Она предназначена для использования с кабелями RG-59, RG-6, RG-8X и RG-8M. Параметры такого разъёма немного хуже, чем обычного PL-259, но установка его намного проще и внешний вид лучше. (Далее следует подробное технологическое описание исполнения данного соединения).

Схема антенного переключателя RCS-4 изображена на рисунке. Для внутренних соединений между реле, размещения реле и цепей управления используется печатная плата (на снимке не изображена). Следует заметить, что при отсутствии напряжения питания работает антенный разъём 4.

Плату следует аккуратно отпаять от антенных разъёмов, так чтобы его можно было извлечь из корпуса для переделки. Какие-то перемычки за обратной стороне платы будут перемещены или удалены. Я разорвал цепи, там где это было необходимо, удалил, переместил или добавил перемычки там, где необходимо. В качестве перемычек я использовал короткие отрезки обычного электрического провода #12 в изоляции. Ниже изображена принципиальная схема усовершенствованного устройства. При отсутствии напряжения питания ни одна антенна не подключена.

Между разъёмами "Р" подключен электрический кабель длиной 1/4 длины волны. Для трансивера я использую 50-омный кабель, который подключается к гнезду "RF in". Верхняя и нижняя антенны подключаются посредством своих фазирующих линий соответственно в гнёзда "Hi" и "Lo". При подаче питания на К1 (антенна 1) выходная мощность подаётся на обе антенны параллельно. При включении К2 (антенна 2) мощность через 1/4 длины волны кабель подаётся на Hi верхнюю антенну. При включении К3 (антенна 3) – через тот же кабель на Lo нижнюю антенну.

Мои 20-метровые антенны имеют равномерный и низкий КСВ на всем диапазоне. Это позволяет мне работать как в CW, так и в SSB участках без тюнера. Я полагал что из-за фазирующей конструкции для участка CW реактивное сопротивление кабеля на телефонном участке может негативно повлиять на работу антенн на всём диапазоне. Поэтому я вышел из положения, изменив длину 1/4l кабеля и добавив последовательно короткий отрезок к линии питания на переключателе. 1/4l кабель заменен на кабель R-11 длиной 7.5 футов и последовательно к линии питания включен кабель длиной 2.5 фута на дистанционном переключателе.

Теперь о работе системы. Проверяя антенны на телеграфном участке, приятно было обнаружить, что КСВ был равен 1,3:1 на частоте 14350 кГц и в нижнем телеграфном участке. Поэтому я был избавлен от замены кабеля при работе на телефонном участке. Я думаю, что если бы я сделал линию питания для частоты 14175 кГц, КСВ мог бы быть ещё ниже по всему диапазону. Те кто использует коммерческие антенны с узким частотным диапазоном, могут использовать другой метод. Думаю, мои заметки в этих случаях могут пригодиться.

В заключение я хотел бы поблагодарить всех, кто помогал мне устанавливать стэки на W3PP, - особенно Jon AA1K, которых сделал все верхолазные работы, а также Parris KB3DTT, Glenn N3HUV, Ed N3KW, Vaughn W3IJ, Layton KE3ZZ и Dan N3WYN, которые также провели много времени, помогая внизу, за что я им безмерно благодарен. Pete W2GJ также заслуживает многих слов благодарности за предоставление катушки R-11 и за его многочисленные советы по использованию этого кабеля. В дополнение, для тех, кто может заинтересоваться кабелем, Pete сказал, что Omega продаёт кабель R11-AP. 1000-футовая катушка по цене 25 центов за фут. Также можно приобрести и M11-AP по 32 цента за фут. Свяжитесь с Omega One по прямому телефону 888-875-1144.

Перевод выполнил В. Логинов (UA2FM),
по тексту журнала CQ Contest (January 2000).

(Только для публикации на СКР)

Возврат