Телеграфные ключи и манипуляторы от UR5CDX и M0EDX

\главная\р.л. конструкции\антенны\...

Вседиапазонная КВ антенна VMA-10 NO PROBLEM

Эрнест Гуткин (UT1MA) г.Луганск

Антенна предназначена для работы на всех любительских диапазонах от 6 до 160 метров, преимущественно на DX трассах, и является дальнейшим развитием антенн VMA-7 и VMA-9NP, описанных в [1,2,3]. Питание одним кабелем РК50 произвольной длины, переключение диапазонов автоматическое, КСВ в пределах большинства диапазонов не превышает значения 1,5. Максимальная допустимая мощность на 160 м не менее 200 Вт, на остальных более 1 кВт. В 80-метровом диапазоне имеет две области согласования в CW и SSB участках одновременно. Максимальная высота около 11,6 м, содержит 6 проволочных радиалов, из них пять длиной от 7,7 до 9 м, длина шестого (для 160 м) в зависимости от местных условий может быть в пределах 8…20 м.

Многодиапазонность работы достигается за счет:

-          параллельного включения нескольких вертикальных вибраторов, а также горизонтальных радиалов, работающих на разных диапазонах;

-          включения в определенном месте вибратора катушки с определенной индуктивностью позволяет получить нужные значения входного сопротивления вибратора на двух и более диапазонах. При этом катушка совместно с концевой секцией действует как удлиняющая связка (нагрузка) на н.ч. и укорачивающая на в.ч. диапазонах. На н.ч. диапазоне напряжение после катушки вырастает, а на в.ч. падает в несколько раз, катушка как бы мягко отсекает концевую секцию вибратора. Такое (отсекающее) толкование было в первых публикациях, в дальнейшем удалось найти оригинальную трактовку этого явления. Физика процесса рассмотрена в п.2.2 (см. окончание в “РХ” №3/2002).

Статья состоит из двух разделов. В первом рассматривается конструкция антенны и методика её настройки, в приложении анализируется влияние реактивной нагрузки на параметры антенны. Тем, кто предполагает просто повторить антенну, достаточно ознакомиться с первой частью.

1. Схема VMA-10NP

1.1. Общий вид антенны показан на рис.1 (не в масштабе). Некоторые элементы (ЗШ, Lт, Ст и др.) показаны не на всех проекциях антенны.

Подробнее

Вертикальная часть содержит:

- центральный вибратор ЦВ с емкостной нагрузкой ЕН1 (элемент регулировки), работающий на 10, 20 и 30 метровых диапазонах (м.д.). Снизу ЦВ соединяется с разъемом XS1 100 мм перемычкой, выполненной для надежности из двух проводов. В некоторых случаях вместо перемычки может применяться малая регулировочная катушка L10 (пунктир);

 - катушку Lв, являющуюся удлиняющей на 40 и 80 м.д., укорачивающей на 20 и 30 м.д. и отсекающей на 10 м.д.;

 - концевую секцию КС40 с элементом регулировки ЕН2, совместно с ЦВ и Lв образующую вибратор 40 м.д.;

 - катушку L80, которая работает как удлиняющая на 80 м.д. и укорачивающая на 40 м.д.;

 - концевую секцию КС80, совместно с (ЦВ+Lв+КС40+L80) образующую вибратор 80 м.д.;

 - три проволочных вибратора ПВ на диапазоны 12, 15 и 17 м. В точке соединения ПВ с ЦВ включены небольшие регулировочные катушки L12, L15, L17. Вибратор ПВ17 используется также и на 6 м.д.;

 - провод ЗШ (см. ниже).

 

Горизонтально-наклонная часть антенны содержит:

 

-  4 проволочных радиала Р1...Р4 одинаковой длины, образующих противовес в 10, 12, 15, 17, 20 м.д.;

 - излучающий радиал Р30/40;

 - радиал Р6, образующий совместно с ПВ17 и L17 антенну диапазона 6 м;

 - радиал Р160, состоящий из L160 и КС160, совместно с вертикальной частью, образующий антенну 160 м.д.;

 - согласующую цепь Lт, Ст (160 м);

 - катушки L3.5 (2 шт.), L3.7 и L3.8, работающие как удлиняющие на 80 м.д. и как отсекающие на 10…20 м.д;

 - концевые секции КС3.5, КС3.7, КС3.8, определяющие настройку антенны в районе частот 3,5; 3,7 и 3,77 МГц.

 

В состав антенны входят также защитный дроссель ЗД и кабель-трансформатор КТ-75, состоящий из двух отрезков кабеля РК-75, один из которых задействован в ЗД.

 

Более наглядно конфигурация антенны на каждом из диапазонов в отдельности приведена на рис.2. Сплошными линиями показаны рабочие части антенны, пунктирными – влияющие на настройку, но в излучении практически не участвующие. Остальные элементы имеют такие длины, что их входное сопротивление велико, затекающий в них ток мал и влияние на рабочую часть антенны незначительно.

 

Подробнее

 

На 6 м.д. вертикальный излучатель образован ПВ17, длина которого на этом диапазоне близка к 5λ/8, второй частью антенны является радиал Р6, катушка L17 принципиально необходима (рис.1,2). Входное сопротивление ЦВ на 6 м.д. низкое, чтобы исключить его влияние применен защитный шлейф ЗШ (рис.1б,2) длиной »0,25λ, препятствующий прохождению тока в ЦВ (ЗШ образован проводником “ЗШ” и прилегающим участком ЦВ между т.т. m и n).

 

На 10 м.д. длина ЦВ с ЕН1 близка к 0,75λ, а длина каждого из четырех радиалов противовеса »0,25λ (рис.1,2), ЗШ на этом диапазоне имеет малую длину (0,14λ) и создает в точке n небольшое индуктивное сопротивление Xзш. Меняя положение провода ЗШ по отношению к ЦВ, можно изменять Хзш от единиц до нескольких десятков Ом, что приводит к сдвигу резонансной частоты антенны от »30 МГц (ЗШ вплотную к ЦВ) до »28,2 МГц (ЗШ отогнут максимально). При любом из этих положений ЗШ обеспечивается достаточная защита на 6 м.д.

 

На 12, 15, 17 м.д. используются соответственно ПВ12, ПВ15, ПВ17 и общий противовес из радиалов Р1…Р4 (рис.1,2). Т.к. длины радиалов меньше 0,25λ этих диапазонов, для получения резонансной настройки электрические длины ПВ должны быть больше 0,25λ. Катушки L12…L17 на рис.2 условно не показаны.

 

На 20 м.д. длина вертикала (ЦВ+ЕН1) около 0,34λ. Расположенные рядом ПВ (в основном самый длинный ПВ17) несколько понижают резонансную частоту антенны, катушка Lв действует обратным образом (рис.1,2). Изменение положения ЗШ влияет незначительно.

 

На 30 и 40 м.д. размеры противовеса Р1…Р4 слишком малы для эффективной работы, роль нижней излучающей половины антенны выполняет радиал Р30/40 (рис.1в,2).

 

“Изюминкой” VMA-10 NP, не имеющей аналогов среди антенн этого класса, является способность работать в обоих участках 80 м.д. (CW и SSB) без механической и электрической перестройки. В фирменных антеннах перестройка в пределах 80 м.д. осуществляется механическим способом, например, изменением длины верхушки антенны (R7000+ и др.), сменой специального конденсатора на верху антенны (GAP TITAN), изменением длины спиц емкостной нагрузки (MFJ-1798) и т.д. Поскольку такая операция связана с демонтажем антенны, то обычно настройка осуществляется “раз и навсегда”.

 

Особенности антенны 80 м.д. (рис.1,2)

 

1.       Вертикальный размер определяется в первую очередь высотой антенны 40 м.д., т.е. до катушки L80. Длина КС80 влияет на широкополосность, принят минимально возможный размер, позволяющий реализовать трехчастотную схему согласования.

2.       Широкополосность антенны также существенно зависит от длины радиалов. Приняты максимально возможные длины 8,5…9 м, позволяющие компактно расположить её на стандартной крыше с поперечным размером »11 м.

3.       Для трехчастотной работы используются радиалы разной комплектации (настройки). Радиал Р3.8=(Р1+L3.8+ КС3.8) обеспечивает работу в полосе частот 3,74…3,81 МГц c КСВ не более 2, радиал Р3.7=(Р3+ L3.7+КС3.7) - в полосе 3,68…3,74 МГц, а два (для расширения полосы) одинаковых радиала Р3.5 – в полосе 3,50..3,525 МГц.

 

На 160 м.д. с целью упрощения конструкции используется тот же самый состав вертикала, что и на 80 м.д. Нижняя часть из горизонтально расположенного радиала (L160+ КС160) обеспечивает резонансную настройку антенны в районе DX–окна 1810…1840 кГц (вариацией КС160 и/или L160 можно перемещать рабочий участок в пределах всего диапазона). С помощью оригинальной согласующей цепи LтСт высокое входное сопротивление трансформируется в нужное значение »50 Ом.

 

1.2. Способы согласования

 

Антенны верхних и нижних диапазонов в VMA-10NP построены по разному, поэтому отличаются и способы достижения согласования. На 10…20 м.д. антенны представляют собой GP с одним общим противовесом, их входные сопротивления Rвх увеличиваются последовательно от »50 Ом на 10 м.д. до »110 Ом на 20 м.д. Для согласования с фидером 50 Ом на входе антенны применен кабельный трансформатор КТ-75 из кабеля  РК75 длиной »0,22λ диапазона 20 м (часть КТ-75 используется и в ЗД). Выходное сопротивление КТ-75 хорошо согласуется с Rвх антенны на 5 верхних диапазонах. Правда, на 12, 15, 17 м.д. на выходе КТ-75 будет также и реактивная составляющая, и для её компенсации длины ПВ этих диапазонов выбираются на 1…2% больше резонансного размера.

 

Антенны нижних диапазонов представляют собой резонансные диполи с разной степенью укорочения за счет включения катушек. В центре диполя, как известно, напряжение U минимально, ток I максимален, и Rвх=U/I минимально. При смещении точек питания от центра U возрастает, ток I уменьшается, соответственно возрастает и Rвх. За счет асимметричного питания можно получить нужное значение Rвх даже в сильно укороченной антенне.

 

Поскольку трансформатор КТ-75 продолжает действовать и на нижних диапазонах, Rвх антенны приходится выбирать с учетом его действия.

 

На 40 м.д. физическая длина вертикала (ЦВ+Lв+КС40) с учетом ЕН2 около 10 м, а эквивалентная электрическая длина составляет »12,5 м. Совместно с радиалом Р30/40 длиной около 8 м получается вибратор полуволновой длины, похожий на повернутую антенну Inverted Vee, но с несимметричным расположением точек питания.

 

На 30 м.д. рабочая часть вертикала определяется длиной ЦВ, длина нижней части (Р30/40) несколько больше вертикального размера. Входные сопротивления антенны на диапазонах 30 и 40 м получаются разными и хорошо согласуются с выходным сопротивлением трансформатора КТ-75.

 

На 80 м.д. отдельные радиалы настроены по разному и таким образом, чтобы совместно с вертикалом получить 3 резонанса в пределах полосы 3,5…3,8 МГц. Собственная частота вертикала может быть расположена в пределах fv=3730…3830 кГц и регулируется изменением длины КС80 с таким расчетом, чтобы получить “двухдуговую” кривую изменения КСВ в диапазоне 3,68…3,81 МГц (рис.3) и ещё одну (к сожаленнию, узкую) область согласования в районе CW DX окна.

 

 

На 160 м.д. степень асимметрии и входное сопротивление вибратора получаются слишком большими. Действие согласующей цепи заключается в том, что шунт Ст уменьшает Rвх вибратора, а Lт компенсирует возникающую при этом реактивную составляющую. Величины элементов LтСт выбраны с расчетом не ухудшить согласование на других диапазонах.

 

Отработка такой сложной антенны как VMA была бы невозможна без предварительного макетирования (при частотном масштабе 10:1), опробования большого количества вариантов и отбора лучших из них.

 

1.3. Основные конструктивные данные

 

В конструкции использованы трубы марки Д16-Т. ЦВ выполнен из отрезков труб диаметром (наруж./внутр.) 35/30+30/26+30/27 мм, общая длина – 6,8 м. Длина КС40 – 2,7 м, примененные диаметры 22/19+16/13 мм, верхняя КС80 длиной 1,88 м из трубки Æ8/6 (длина 1,25 м) и стержня Æ5,7 мм, соединение регулируемое. Размеры регулировочных ЕН будут зависеть от диаметра трубок ЦВ, КС и самих ЕН, высоты антенны над землей и других факторов. Для справки в антенне автора общая длина ЕН1 – 0,5 м, ЕН2 – 0,8 м, трубки Æ8/6 мм.

 

Вибраторы ПВ из луженого многожильного провода в термостойкой двухслойной изоляции марки БПДО сечением S=2,5 мм2, полная длина от верхнего изолятора до сборной платы СП составляет: ПВ12 – 2,65 м, ПВ15 – 3,1 м, ПВ17 – 3,6 м. В точке соединения (механического) с винтовой стяжкой ВС (см. ниже) ПВ припаивается к прочному кабельному наконечнику, который винтом М5 соединяется с ушком ВС (рис 1).

 

Радиалы Р1…Р4 из провода БПДО S=2,5 мм2 и длиной 2,85 м, радиал Р30/40 – исходная длина 8,1м (настроенная длина 7,7 м) из провода БПДО S=2,5 мм2. Радиал Р6 – длина 1,85 м, диаметры (16/14+14/12+12/10), соединение регулируемое.

 

ЗШ – провод БПДО S=2,5 мм2 и длиной 1,45 м.

 

Регулировочные катушки L10, L12, L15, L17 намотаны проводом ПЭВ Æ2…2,4 мм на оправке Æ25 мм и содержат соответственно 2, 3, 4 и 5 витков. Данные других катушек: Lв – каркас из стеклотекстолита, Æ39 мм, провод МГТФ S=0,75 мм2 (диаметр по изоляции 1,55 мм), количество витков n=21, индуктивность L=13 мкГн, измеренная добротность Q=250; L80 - стеклотекстолит Æ39 мм, МГТФ S=0,5 мм2 (диаметр по изоляции 1,3 мм), n=58, L=61 мкГн, Q=240. (Аналогичные катушки, намотанные на каркасах Æ33 мм, имели количество витков соответственно 25 и 71). Торцы трубок, между которыми находятся катушки Lв и L80, должны отстоять от намотки не ближе 20 мм. Фиксация трубок на концах каркасов катушек и их электрическое соединение с выводами катушек осуществляется с помощью зажимов – токосъемов ЗТ (рис.1е). Эскиз катушки Lв вместе с ЗТ приведен на рис.1а. ЗТ выполняется фрезерованием из алюминия толщиной 8…12 мм, а U-образная шпилька из нержавеющей проволоки Æ4мм. От качества исполнения катушек Lв и L80 зависит электрическая и механическая прочность антенны. Если нет возможности выполнить эти катушки на хорошем уровне, можно получить готовые по адресу antennas@mail.ru). L3.5 - каркас ПВХ (PVC - водопроводная разводка) Æ40 мм, МГТФ S=0, 5 мм2, n=41, L=41 мкГн, Q=230; L3.7 и L3.8 – каркас ПВХ Æ40, МГТФ S=0,75 мм2, n=45, L=38 мкГн, Q=300. Эскиз катушки на ПВХ каркасе – рис.1. Выводы катушки (латунные винты М4 х 26) вставляются в стеклотекстолитовую пластину СТП размерами 120 х 20 х 4, которая принимает на себя растягивающие усилия. Радиалы и КС соединяются с катушками с помощью напаянных на их концы кабельных наконечников. Применение латунных гаек и защитной смазки обеспечивает надежный долголетний контакт.

 

Концевые секции КС выполнены из провода БПДО S=1,5 мм2. Исходная длина проводов всех 4-х нижних КС по 6,5 м. При настройке провод не обрезается, а заворачивается в концевом орешковом изоляторе и бандажируется. После настройки получены значения: КС3.5 по 5,75 м, КС3.7 – 5,4 м, КС3.8 – 5,2 м.

 

L160 – каркас ПВХ Æ40 мм, МГТФ S=0,5 мм2, n=57, L=60 мкГн, Lт – каркас Æ26, МГТФ S=0,5 мм2, n=48, L=24 мкГн. Ст=52 пФ, выполнен из двух параллельно соединенных отрезков кабеля RG-58 с длиной внешней оплетки по 26 см (удельная емкость большинства 50-омных кабелей около 100 пФ на метр). КС160 – провод БПДО S=1,5 мм2, исходная длина 13,5 м, после настройки – 12,5 м.

 

Намотка катушек плотная, гидроизоляция изолентой NOVA ROLL или термоусадочной трубкой, зеленый цвет гидроизоляции следует избегать, клюют птицы.

 

Примечания: а) катушки L3.5…L3.8 могут иметь индуктивность в пределах 30…60 мкГн, чем меньше индуктивность, тем длиннее КС и несколько больше широкополосность. Если местные условия позволяют разместить 4 радиала длиной »9 м, можно применить все 4 катушки по »40 мкГн; б) провод МПО отличается от МГТФ наличием внешнего “чулка”. Снимать его надо таким образом, чтобы он скользил по виткам фторопластовой изоляции, а не задирал её (“по шерсти”); в) не пригодны для изготовления каркасов катушек Lв и L80 материалы: фторопласт-4 – из-за низкой прочности и громадного температурного коэффициента расширения и текстолит (конструкционный) - из-за больших потерь.

 

Винтовые стяжки ВС – из нержавеющей проволоки, резьба М4, длина 120 мм. Распорные планки РП из текстолита длиной 300 мм, толщиной 15 и шириной 25 мм. В каждой РП делается углубление с радиусом той трубки ЦВ, к которой она будет крепиться с помощью U- образной шпильки. РП расположены группами по 3 штуки в каждой со сдвигом на 120О (рис.1д). С помощью винтовых стяжек ВС из трех ПВ и шести РП создается предварительно напряженная конструкция, значительно увеличивающая жесткость нижней части вертикала.

 

Конструктивное объединение вертикальной и горизонтальной частей антенны и её крепление к опоре производятся с помощью нижнего узла НУ. В НУ (рис.1,1б,1в) входят:

 

А. Опорный изолятор ИО (текстолит 90 х 220 х 25 мм, разметка отверстий – рис.1г), к которому крепятся ЦВ с помощью двух U-образных шпилек Æ6 мм и уголок УГ (сталь, 50 х 50 х 130, толщина 5 мм) – центр всей радиальной системы. К нижней полке УГ крепится гидроизолирующая пластина с установленным под ней разъёмом XS1. Корпус XS1 проволочными перемычками соединен с ввернутыми на краях нижней полки УГ шпильками М5 х 45 мм, к которым с помощью напаянных кабельных наконечников крепятся все проволочные радиалы;

 

Б. Муфта М1 (рис.1,1в) с шестью наваренными гайками М8 и заваренным верхом (труба 2” Æ60/54 мм, длина 110 мм);

 

В. Соединительная П-образная пластина ПП (сталь 4 мм, ширина 100 мм, “крыша” 90 и бока по 68 мм высотой). ПП крепится к ИО болтами М6 и к М1 болтами М8 (по 4 шт.). Если два нижних болта М8 вывернуть, шарнирное соединение на двух верхних болтах позволит весь вертикал в сборе переводить из горизонтального положения в вертикальное и обратно. Для облегчения этого процесса используется рычаг РГ в виде двух отрезков труб Æ0,5” длиной по 0,8 м. Рычаг вставляется в муфты М2 (отрезки труб Æ0,75“ длиной по 60 мм, приваренные по краям верхней полки УГ) и фиксируются там. Нижние концы труб рычага приварены к муфте М3 (отрезок трубы Æ2” длиной 100 мм). В эту муфту можно вставить дополнительную трубу длиной 1…1,5 м, играющую роль механического противовеса – балансира. Такой рычажный комплект позволяет “опрокидывать” вертикал одной рукой с усилием не более 10 кг.

 

Установку антенны на мачте удобнее производить в два приема. Вначале только нижнюю половину (ЦВ+ПВ+НУ) с вставленным рычагом РГ закрепляют на верху мачты и устанавливают вертикально, затем вставляют и фиксируют трубу балансира и переводят эту часть антенны обратно в горизонтальное (наклоннное) положение. После этого уже можно собрать всю антенну и установить ее вертикально. Чтобы не деформировать при сборке верхнюю часть антенны, желательно использовать дополнительную подпорку (рогатину) между крышей и ЦВ или КС40. Во время и после настройки антенны рычаг следует удалить.

 

Для защиты стальных и дюралевых частей антенны от коррозии можно использовать грунт ГФ-О21.

 

Защитный дроссель ЗД изготовлен из двухметрового отрезка кабеля РК75-4-21 (“по совместительству” часть трансформатора КТ-75), навитого на ферритовое кольцо 1000НН К100 х 60 х 15, измеренная индуктивность 63 мкГн. Намотка произведена таким образом, что каждый виток растягивается по всей окружности сердечника, всего получилось 7 витков (витком считается каждое пересечение кабелем внутренного отверстия сердечника). Если применяется более гибкий кабель, позволяющий сделать не 7, а 12…15 витков, можно применить сердечник меньших размеров и (или) с меньшей проницаемостью.

 

ЗД размещен в пластмассовой коробке и снабжен двумя коаксиальными разъемами. С входом антенны (XS1) дроссель соединен отрезком кабеля РК75-9 (вторая часть КТ-75) длиной 1,25 м.

 

На параметрах ЗД следует остановиться подробнее. Его защитное действие определяется индуктивностью Lд катушки, проводником которой является наружная оплетка коаксиала. Эту индуктивность можно измерить, подключив к измерителю L концы катушки, т.е. выводы оплетки (центральная жила не задействована). Для надёжной защиты реактивное сопротивление катушки Lд должно быть не менее ХL=1 кОм. Если исходить из этого значения, то на частоте 3,5 МГц нужно иметь Lд≥ХL/ω=45 мкГн. На 40 м.д. реактивное сопротивление такого дросселя будет уже 2 кОм, на 20 м.д. – 4 кОм и т.д.

 

Если есть ферритовый сердечник с неизвестной проницаемостью μ, её можно рассчитать, измерив индуктивность L намотанной на сердечник катушки из n=5…10 витков, по формуле – μ=250LDср/n2S, где L – в мкГн; Dср – средний диаметр сердечника, см; S – сечение сердечника, см2.

 

В заключение этого раздела можно отметить, что в VMA есть ряд элементов, которые не являются принципиально необходимыми. К ним относятся устройство “опрокида” вертикала, диэлектрическая вставка на мачте, винтовые стяжки ВС и “напряженная” конструкция ЦВ, регулировочные катушки L10…L17, дроссель ЗД на фидере. Применение этих элементов усложняет антенну, но является оправданным, так как упрощает монтаж и настройку, повышает качество и надежность.

 

1.4. Настройка

 

Предварительные замечания.

 

Настройка VMA-10 заключается в установке частот по диапазонам на “свое место”, при этом величина КСВ<1,5 обеспечивается конструкцией антенны.

 

Как показала практика, при неблагоприятных атмосферных условиях (дождь, снег, гололед) антенна расстраивается всегда в одну сторону – сторону понижения частоты. Измерения в конкретном случае – мокрый снег, перешедший в сильный гололед – показали, что понижение составило всего 0,5…0,8% на диапазонах с тонкими ПВ (несмотря на наличие открытых регулировочных катушек) и 1,5…2% на 10, 20, 30 и 40 м.д. Самое большое понижение - до 3% было отмечено на 80 и 160 м.д. С учетом этого обстоятельства есть смысл установку частот делать ближе к верхнему краю диапазона. Это не ухудшит работу на нижнем краю, т.к. на большинстве диапазонов есть значительный запас широкополосности (2…4 раза при КСВ<2).

 

Для настройки необходим только один прибор – КСВ-метр. К сожалению, далеко не все фирменные, а тем более кустарные приборы дают достоверную информацию при реальных значениях КСВ=1,3 и более. Для проверки своего прибора необходимо иметь или сделать нагрузку (эквивалент антенны) сопротивлением 75…100 Ом, что соответствует КСВ=1,5…2. Если отсутствуют мощные (непроволочные) резисторы, такую нагрузку можно сделать из 10…20 штук МЛТ-2 (при кратковременных 3-х секундных измерениях допустима пятикратная перегрузка). Тест заключается в следующем:

 

1.       Соединив TX с нагрузкой через КСВ-метр, делать краткие измерения на частотах 80 м.д., начиная с малой мощности (10…20 Вт) и повышая ее до тех пор, пока показания прибора (КСВ) перестанут расти. В дальнейшем при измерениях следует использовать этот или больший уровень.

2.       Провести измерения на частоте »28 МГц. Затем удлинить соединительный кабель между КСВ-метром и нагрузкой дополнительным кабелем, желательно электрической длиной λ/4 (т.е. »1,7 м). Если показания изменятся незначительно, прибор пригоден для дальнейших измерений.

 

При применении прибора MFJ-259 следует иметь в виду, что в силу использования внутренного генератора низкого уровня прибор чувствителен к внешним помехам. Как показала практика, в городских условиях при реальном КСВ=1,2 прибор может показать значение 1,8 и более.

 

Перед началом настроечных работ будет не лишним: а) убедиться (с помощью омметра), что сопротивление “вертикала” от разъема XS1 до верхушки КС80 не превышает 1 Ом и б) проверить с помощью КСВ-метра и нагрузки 50 Ом фидерный тракт по элементам и в сборе (фидер РК50+ЗД+РК-75). В норме на частоте 30…33 МГц КСВ всего тракта должен быть не хуже значения 1,2.

 

В VMA-10 на каждом из диапазонов есть свой элемент регулировки. В трех случаях настройка одного диапазона влияет на настройку другого. Это следующие пары:

1.       Настройка 20 м.д. заключается в подборе длины ЕН1. При этом сдвиг частоты 20 м.д., к примеру, на 100 кГц вызывает сдвиг на 10 м.д. на »200 кГц. Но 10 м.д. имеет “собственные” настроечные элементы – шлейф ЗШ и катушку L10, регулировка которых практически не влияет на 20 м.д. Поэтому первоначально регулируется 20 м.д., а затем 10 м.д.

2.       Настройка 30 м.д. производится изменением длины радиала Р30/40, при этом несколько изменяется настройка 40 м.д. Последний имеет свою регулировку изменением длины ЕН2. Сначала следует регулировать 30 м.д., затем – 40 м.д.

3.       Аналогично, диапазон 6 м настраивается изменением длины Р6 после настройки 17 м.д. с помощью L17.

 

В остальных случаях взаимовлияния незначительны и могут не учитываться.

 

Настройка производится в 2 этапа – сначала диапазоны 10…40 м, затем 80, 160 и 6м.

 

На первом этапе не нужны радиал Р160 и узел LтСт, обе КС3.5 заменяются капроновыми веревками (катушки L3.5 можно оставить). Установив рекомендованные размеры элементов, антенну в сборе переводят с помощью рычага в вертикальное положение, подсоединяют 4 радиала Р1…Р4 с продолжениями (L + КС или L + капрон или только капроновые веревки), радиал Р30/40. Кабель питания РК-50 подключается обязательно через защитный дроссель ЗД и кабель РК-75. Нижний конец шлейфа ЗШ располагается на расстоянии 0,3…0,4 м от ЦВ.

 

Затем с помощью КСВ-метра определяют частоты минимумов (резонансов) fkm на каждом из диапазонов и фиксируют на бумаге. Первоначально частоты fkm могут быть значительно (до 1 МГц на WARC диапазонах)  выше или ниже нужной частоты. Производится предварительная настройка диапазонов 12, 15 и 17 м (сдвигая – раздвигая витки соответствующих катушек) и 30 м.д. - изменением длины Р30/40. Для регулировки 20 и 40 м.д. антенну переводят в горизонтально–наклонное положение и изменением длин ЕН1 и ЕН2 сдвигают fkm этих диапазонов в нужном направлении. Возможно, с первого раза точно установить частоты не удастся (опущенная антенна не контролируется КСВ-метром) и операцию придется повторить. После установки “на место” 20 м.д. производится настройка 10 м.д. изменением положения ЗШ по отношению к ЦВ. Если с помощью ЗШ не удастся “опустить” fkm до частоты 28,6 МГц, следует установить катушку  L10 на входе ЦВ.

 

При желании (и необходимости) процесс настройки можно повторить для окончательной “шлифовки”.

 

Что может помешать удачной настройке и как с этим бороться?

 

1.       Малая высота антенны. Минимальная высота над бетонной крышей, при которой VMA–10 будет “строиться” на всех диапазонах – 5м, нормальная высота – 7 м и выше. Для “земляного” варианта – соответственно 7 и 10м.

2.       Близкое расположение протяженных металлических предметов.

3.       При некоторых длинах опоры (мачты) она может ощутимо повлиять на параметры антенны на одном или нескольких диапазонах. Для обнаружения этого явления следует при измерении КСВ на диапазоне, где он значителен (скорее всего, на 20 м.д.), прикоснуться к опоре рукой или металлическим предметом. Если КСВ изменился, значит, влияние есть и его надо устранить. Возможны 2 пути: а) капитальный – верхняя часть опоры длиной около 1м выполняется из диэлектрика или верхняя металлическая часть (»1м) отделяется от остальной опоры изолирующей вставкой; б) искусственный – к опоре присоединяют металлический предмет, например, проволоку и подбирают её длину по минимуму воздействия (КСВ).

4.       Если КСВ велик на верхних диапазонах, можно попробовать изменить настройку противовеса, добавив ещё один радиал длиной 2,5…2,9 м.

5.       Для уменьшения КСВ на 30 м.д. радиал Р30/40 должен быть расположен по отношению к вертикалу достаточно круто (»120…130О), что возможно при высоте основания антенны от 6 м и выше. При КСВ›1,5 можно попробовать уменьшить длину Р30/40 и подстроить ЕН2.

 

Второй этап. Cразу следует оговориться, что опыт по настройке и работе на 80 и 160 м.д. есть только в “крышном” варианте (VMA-9 и VMA-10 над землей не проверялись).

 

80 м.д. SSB-участок. В результате настройки следует получить кривую изменения КСВ, аналогичную приведенной на рис.3. Верхняя (3735…3810 кГц по КСВ<2) “дуга” КСВ – результат работы пары вертикал V80 и радиал Р3.8, нижняя (3675…3735 кГц) – определяется парой V80+Р3.7 (V80=ЦВ+Lв+КС40+L80+КС80; Р3.7=Р3+L3.7+КС3.7; Р3.8=Р1+L3.8+ КС3.8). Резонансные частоты этих пар соответствуют частотам, на которых КСВ минимален – 3775 и 3700 кГц, на средней частоте fср=3735 кГц работают оба радиала. Оптимальная собственная частота вертикала fv»3750 кГц.

 

Регулировка Р3.7 и Р3.8 производится внизу, изменением длин КС3.7 и КС3.8 и не представляет трудностей. А вот чтобы изменить частоту V80 (длину КС80), вертикал придется опустить. Чтобы не тратить в дальнейшем много времени на поиск нужной длины КС80, узел L80 и КС80 желательно выполнить как можно ближе к приведенным (п.1.4) данным. Если применяются трубки других диаметров, то чем толще трубка, тем меньше должна быть ее длина. Например, при диаметре 15 мм настроенная длина КС80 составила 1,6 м.

 

На время настройки SSB участка КС3.5 лучше отключить.

 

Можно рекомендовать следующий порядок настройки – сначала изменением длин КС3.7 и КС3.8 (по 5…10 см) попытаться получить симметричную “двухдуговую” форму кривой КСВ в пределах участка 3650..3850 кГц, затем изменением длины КС80 передвинуть область согласования на нужное место (ориентировочно изменение длины КС80 на 10 см сдвигает частоту на 20…30 кГц). При небольшом сдвиге (»30 кГц) форма  кривой почти не изменяется, при большем – длины радиалов придется  корректировать.

 

Если эта процедура не получилась, значит fv отстоит слишком далеко от нужного значения (что вполне возможно при кустарном изготовлении L80 и других диаметрах примененных трубок в КС80) и для проведения коррекции ее нужно определить. Можно использовать следующий прием:

 

Настроить радиал Р3.8 изменением длины КС3.8 (остальные 3 радиала отключены) таким образом, чтобы КСВ-метр показал минимум КСВ в фидере антенны на частоте 3750 кГц. Затем Р3.8 отключить, подключить Р3.7 и произвести аналогичную настройку также на частоте 3750 кГц.

 

Затем снова подключить Р3.8 и определить новую частоту минимального КСВ при совместной работе обоих радиалов. Возможны 3 варианта:

1.       Частота нового резонанса fнр ниже, чем 3750 кГц, значит частота fv еще ниже. Ориентировочно fv»3750-4(3750–fнр) кГц.

2.       Частота нового резонанса выше, чем 3750 кГц, значит частота fv еще выше. Ориентировочно fv»3750+4(fнр–3750) кГц.

3.       Частота не изменилась. Это значит, что собственные частоты радиалов и вертикала совпадают и в данном случае равны 3750 кГц.

 

Оценив ориентировочно частоту fv, можно провести ее коррекцию изменением длины КС80, затем повторить настройку радиалов.

 

Можно отметить, что на f»3775 кГц  активная часть входного сопротивления антенны несколько меньше, а на f»3700 кГц несколько больше, чем нужно для полного согласования. Изменением настроек КС80 и нижних КС можно получить полное согласование на одной из этих частот, но это приведет к ухудшению КСВ на другой. Также изменением КС можно уменьшить КСВ на fср»3740 кГц, но при этом сузится общая полоса согласования.

 

Определить, в какую сторону отличается Rвх антенны от нужного для полного согласования значения (больше – меньше) можно с помощью простого приема, подключая при измерении КСВ параллельно входу антенны (разъем XS1) резистор 150...200 Ом. Если на резонансной частоте КСВ улучшился, значит Rвх слишком большое, в противном случае – малое. Нужно иметь в виду, что при подключении резистора резонансная частота несколько изменяется и следует подстроить частоту генератора (передатчика) на новый минимум КСВ.

 

80 м.д. СW участок. Подключаются оба КС3.5 и одинаковым изменением их длин устанавливают ещё одну область согласования в желательном месте CW участка. Полоса по КСВ<2 здесь значительно уже, около 25 кГц, что объясняется, в первую очередь, уменьшением электрической длины и сопротивления излучения вертикальной части антенны. При настройке следует поискать такое положение радиалов по отношению к крыше (точнее, той массе металла, которая там неизбежно находится) и углы наклона, при которых получается минимальный КСВ. С аналогичной целью угол между радиалами можно менять в пределах от 60 до 180О.

 

160 м.д. Возможные варианты настройки – подбор длины КС160 по установленной катушке L160 (пределы 30…70 мкГн) или подвешивается КС160 максимально возможной длины (в пределах 8…20 м) и под неё подбирается величина L160. Контроль ведется по КСВ-метру, ожидаемое значение около 2,5. Первоначальная грубая настройка производится на частоте на »50 кГц выше выбранной, на место Lт устанавливается перемычка, конденсатор Ст отсутствует. Затем подключают временные маломощные элементы согласования в виде переменного конденсатора с Смакс»65 пФ и катушки с регулируемой ферритовым сердечником индуктивностью L»20…35 мкГн. Устанавливают частоту 1830 кГц (или другую нужную частоту) и последовательной регулировкой этих элементов добиваются достаточно низкого значения КСВ. Введение узла согласования несколько сдвигает установленную ранее резонансную частоту, поэтому длину КС160 корректируют. Затем временные СтLт снимают, по измеренным значениям изготавливают и устанавливают постоянные элементы, рассчитанные на подводимую мощность.

 

Эта процедура достаточно трудоемка, но если использовать приведенные в п.1.3 данные, вся настройка сведется к установке области согласования в нужном “месте” регулировкой длины КС160.

 

Описанные выше процедуры настройки 80 и 160 м.д. были отработаны на макете, в реальной антенне сразу были установлены найденные на макете значения индуктивности катушек и длины КС, поэтому процесс настройки занял всего около трех часов.

 

6 м.д. Настройка сводится к установке такой длины Р6, при которой минимум КСВ будет в районе частоты 50,2 МГц (необходимо иметь в виду, что на 1-2 МГц выше и ниже этой частоты есть паразитные резонансы).

 

Примечания и дополнения:

 

КПД. Среди радиолюбителей распространено мнение, что многодиапазонные антенны всегда работают хуже и имеют более низкий кпд, чем однодиапазонные. Это, безусловно, справедливо для антенн с резонансными трапами. В данной конструкции кпд ощутимо падает только на диапазонах, использующих “большие” удлиняющие катушки и ориентировочно составляет 60% на 160 м.д., 85% на 80 м.д. и более 90% на 40 м.д. На остальных диапазонах используются только алюминиевые трубки и медные провода, сопротивление потерь которых – доли ома. И та небольшая часть мощности, которая ответвляется в неработающие на данном диапазоне элементы, - также излучается. Косвенным подтверждением высокого кпд антенны является тот значительный уровень мощности (1,5 кВт и более), который, как свидетельствуют владельцы VMA, она выдерживает без повреждения.

 

Реальные потери будут возникать при недостаточной высоте антенны по отношению к земле, бетонной крыше и окружающим предметам.

 

ДН. Макетные измерения показали, что диаграмма направленности в горизонтальной плоскости на 10...20 м.д. практически круговая. На остальных диапазонах значительная доля излучения приходится на горизонтальные провода, что вызывает небольшую (3...4 дБ) неравномерность ДН с максимумом по оси этих проводов.

 

VMA-5: Укороченный пятидиапазонный вариант VMA. После предыдущих публикаций нередко задавался вопрос: как изменить (упростить) конструкцию VMA, чтобы оставить только вч диапазоны от 10 до 20 м? Простым исключением верхней части антенны (Lв+КС) эта задача не решается, т.к. для резонанса антенны на 10 м.д. потребуется длина ЦВ почти на 0,5 м большая, чем на 20 м.д. Возможное решение показано на рис. 4. Включение емкостной нагрузки ЕН в определенной точке ЦВ оказывает значительное укорачивающее действие на частотах 10 м.д. и небольшое на 20 м.д. Это объясняется тем, что эта точка выбрана в районе максимума напряжения на антенне при работе на 10 м.д., где влияние ЕН максимально и, наоборот, на 20 м.д. в этой точке напряжение и влияние ЕН будут минимальны. Дополнительный “сопрягающий” эффект дает включение на входе ЦВ катушки L10. Данные: длина ЦВ из трубы Æ30 мм равна H=6,4 м, ЕН выполнена из трубки Æ15…20 мм длиной 1,5 м. Точка соединения ЕН с ЦВ находится на расстоянии 4,5 м от вершины ЦВ. Катушка L10 – бескаркасная, намотана на оправке Æ25 мм, 5 витков ПЭВ Æ2…2,4 мм. Приведенные данные являются исходными и уточняются на месте. Проволочные вибраторы ПВ12, ПВ15 и ПВ17, жесткий противовес ПР (или 4 проволочных радиала длиной по 2,85 м) и схема питания – без изменений [1].

 

 

80 м.д. в VMA-7. Разработано дополнительное устройство к антенне VMA-7, позволяющее использовать её без переделок и на 80 м.д. Рабочий участок может быть установлен в любой части диапазона, ширина участка при КСВ<2 не менее 50 кГц (поставка через antennas@mail.ru).

 

Результаты

 

Описываемая антенна установлена на QTH UT1MA на высоте 3 м от конька шиферной крыши 4-х этажного дома. Радиалы  расположены наклонно под углом »40О и капроновыми верёвками крепятся к ограде, использован один ярус из 6 оттяжек (полипропиленовые нити в вязаной оболочке Æ3 мм). Измерение КСВ антенны по диапазонам, включая полосу частот в пределах КСВ=2, производилось прибором DRAKE WH–7 при уровне мощности 100 Вт (длина фидера РК50-7 около 20 м) и мостовым КСВ-метром. Результаты измерений приведены в табл.1 и в графическом виде для 80 и 160 м.д. на рис.3.

 

Табл. 1

Частота,  МГц

 7,07

 10,12

14,15

18,15

21,25

25,0

 28,6

50,2

       КСВ

 1,15

  1,2

 1,15

  1,1

  1,15

 1,2

  1,1

1,25

Полоса (ксв = 2 ), МГц

 0.23

  0,5

  1,1

 0 ,5

  0,95

  1,0

  2,5

0,9

 

По оценкам местных корреспондентов, VMA–10NP при сравнении с антенной Inv.V, стоящей на этой же крыше, выигрывала на всех диапазонах в среднем около 1 балла, а на 80 м.д. 10…15 дБ, что однозначно свидетельствует о большой интенсивности излучения под малыми углами к горизонту. При межконтинентальных связях в районе 3,8 МГц (W, JA, LU) выигрыш был в пределах 5…10 дБ. Связи с W получались даже на частотах, где КСВ достигал значения 5 (при ламповом  PA). На 160 м.д. радиус уверенных связей не менее 1500 км.

Разные варианты VMA проверялись во время WW DX contest в 1999…2001 г.г. Работа велась в режиме поиска в течение неполного времени (20…30 часов). Лучшие результаты: на 80 м.д. (отдельно CW и SSB) – 10 зон и 50 стран, на 40 м.д. – 25 и 70, на вч диапазонах – 28…34 зоны и 80…90 стран.

Многочисленные сравнения владельцами VMA своих антенн с импортными показали, что, не уступая фирменным по эффективности, VMA широкополоснее, выдерживают большую мощность и проще по конструкции. При ограниченном месте для размещения антенн  “вертикал” VMA–10NP поможет разрешить большинство проблем и это обстоятельство автор рискнул отразить в названии антенны - NO PROBLEM.

 

В процессе изготовления и настройки VMA существенную помощь оказали Василий UR4MHJ и Борис UR4MIG, за что автор им благодарен.

 

P.S. Идея VMA–10NP и её конструкция являются интеллектуальной собственностью автора. Коммерческое использование только по согласованию с автором.

Литература

1.       Э. Гуткин “Многодиапазонная вертикальная антенна” Радиохобби, №2, 2000, Киев

2.       Э. Гуткин. “Вертикальная многодиапазонная антенна VMA-9NP”, Радио, №4, 2001

       

см. вторую часть - Приложение

 

Эрнест Гуткин (UT1MA), ut1ma@mail.ru



Глас народа
04.08.2007 12:35 по горизонту нужно антенну...  --  ua1zpo
19.06.2005 09:54 Повторял ли кто вариант этой антенны (укороченный)на диапазоны 2...  --  Валентин RU2FM...

Возврат