GP НА НИЗЬКОЧАСТОТНІ ДІАПАЗОНИ
 

Цікаву конструкцію укороченого GP для аматорських діапазонів 40 та 80 метрів запропонував David Reid (PA3HBB/G0BZF). Детальний опис антени та результатів експериментів, проведених автором, які призвели до її створення, є на його "домашній сторінці" <qsl.net/~pa3hbb/ll.htm>. За люб'язною згодою автора ми публікуємо скорочений опис його антени. Слід мати на увазі, що на цю конструкцію РАЗНВВ подав заявку на патент, тому застосовувати її без згоди автора для комерційних цілей не можна. Це, однак, не накладає обмежень на повторення даної антени короткохвильовиками для використання на своїх аматорських радіостанціях.

Спочатку антена РАЗНВВ розроблялася як укорочений GP на діапазон 40 метрів. Надалі з'ясувалося, що її можна пристосувати для роботи на діапазоні 80 метрів (без зміни розмірів основного випромінювача і без погіршення характеристик антени на діапазоні 40 метрів).

Схематично ця антена показанА на рис. 1 (розміри - см). Вона складається з основного випромінювача (1), двох "лінійних навантажень" (2 та 3 - для діапазонів 40 та 80 метрів відповідно) та ємнісного навантаження (4).

Основний випромінювач зібраний із чотирьох відрізків дюралюмінієвих труб довжиною по 2 м кожна. Щоб забезпечити їх стикування без додаткових елементів (втулок), використані відрізки труб різного діаметру (30, 26, 22 та 18 мм, товщина стінок 2 мм), які щільно вставлені одна в одну на глибину 88 мм. Результуюча висота основного випромінювача виходить 773.6 см. У нижній частині він має бути ізольований від "землі". Як опорний ізолятор використаний відрізок пластикової водопровідної труби відповідного діаметра. Надійну фіксацію місць з'єднання окремих елементів випромінювача забезпечують хомутами, що затискають.

Конструкція ємнісного навантаження показана на рис. 2. Вона складається з чотирьох дюралюмінієвих смуг (2) довжиною 100 см, шириною 6 мм та товщиною 1 мм. Один з кінців кожної смуги загинають під кутом 90* на довжину 50 мм (затиснувши в лещата і прогрівши місце згинання газовим пальником). За допомогою хомута (3), що затискає, їх кріплять до основного випромінювача, утворюючи горизонтальний "хрест". Для підвищення механічної стабільності хреста конструкцію можна посилити, встановивши в центрі диск діаметром 150 мм.

Призначення ємнісного навантаження -знизити добротність випромінювача (тобто розширити смугу пропускання антени) і підняти її вхідний опір для кращого узгодження з 50-омним фідером. Так, варіант антени без ємнісного навантаження на діапазоні 80 метрів мав смугу пропускання всього 180 кГц (по КСВ – не більше 2), а варіант з таким навантаженням – понад 300 кГц.

Для доведення загальної довжини випромінювача до розмірів, що забезпечують резонанс на відповідних аматорських діапазонах, антена застосована як так зване "лінійне навантаження" (linear loading). Цей термін означає, що зменшення фізичних розмірів антени замість зосередженого елемента (котушки індуктивності) використана зміна геометрії випромінювача. При "лінійному навантаженні" частину його полотна згинають і пускають уздовж основної частини випромінювача на невеликій відстані. Вважається, що скорочення антени "лінійним навантаженням" можна доводити до значення 40% без помітного погіршення її параметрів. Очевидний плюс такого методу порівняно з використанням котушки індуктивності – простота конструкції та відсутність помітних омічних втрат.

Метод "лінійного навантаження" застосовується деякими фірмами в конструкціях спрямованих антен, а фірма GAP випускає вертикальні антени з "лінійним навантаженням".

Загальна довжина "лінійного навантаження" для GP розраховується просто: повна довжина полотна антени (основний випромінювач плюс "лінійне навантаження") повинна дорівнювати чверті довжини хвилі для відповідного діапазону. При довжині основного випромінювача 773,6 см довжини провідників, що входять у "лінійне навантаження", в антені мали б бути 290,2 см (діапазон 40 метрів) та 1309,7 см (діапазон 80 метрів).

Через наявність на основному випромінювачі ємнісного навантаження в даній конструкції вони повинні бути дещо меншими від наведених значень. Це скорочення не піддається простому розрахунку і на практиці елементи "лінійного навантаження" простіше підібрати, взявши спочатку їх з невеликим запасом і поступово скорочуючи до налаштування антени на робочу частоту. Робити це нескладно, оскільки операції проводяться в основі антени. В авторському варіанті остаточна довжина проводів "лінійного навантаження" була 279 см (мінімум КСВ на частоті 7050 кГц) та 1083,2 см (мінімум КСВ на частоті 3600 кГц).

При виготовленні "лінійного навантаження" автор використовував ізольований мідний провід діаметром 2.5 мм. Відрізавши шматок проводу необхідної довжини (з деяким запасом - на налаштування), його згинають у петлю, що нагадує двопровідну лінію, замкнуту у верхній частині провідником у вигляді неповного кільця (див. рис. 1).

Для кріплення "лінійних навантажень" до основного випромінювача (1 на рис. 3) виготовляють діелектричні розпірки (2). Ці розпірки кріплять гвинтом (5) безпосередньо до основного випромінювача. Провід (3). утворюють "лінійне навантаження", пропускають в отвори в розпірках і по завершенні налаштування фіксують епоксидним клеєм (4). Довжина розпірок – 50 мм (діапазон 40 метрів. 5 шт.) та 120 мм (діапазон 80 метрів. 13 шт.). Їх рівномірно розподіляють по довжині петлі, щоб забезпечити надійну механічну фіксацію. Для кріплення кілець петлі виготовляють одну розпірку довжиною 120 мм (діапазон 40 метрів) та одну довжиною 320 мм (діапазон 80 метрів). "Лінійні навантаження" мають у своєму розпорядженні по різні сторони основного випромінювача.

Відстань між провідниками "лінії" (розмір А на рис. 3) для діапазону 40 метрів має бути 40 мм. а для 80 метрів –100 мм. Діаметр кільця "лінійного навантаження" діапазону 40 метрів -100 мм, а діапазону 80 метрів - 300 мм.

Один з кінців петлі кожного "лінійного навантаження" підключають до нижнього кінця основного випромінювача, а кінці, що залишилися вільними, - до фідерів. Живлять антену або окремими коаксіальними кабелями або одним кабелем, який підключається контактами високочастотного реле до "лінійних навантажень". Спроба підключити їх одночасно до одного кабелю успіху не мала. На діапазоні 40 метрів характеристики антени не змінилися, а на діапазоні 80 метрів антена просто перестала працювати.

Вибрані автором розміри елементів антени при живленні через коаксіальний кабель з хвильовим опором 50 Ом забезпечили КСВ не більше 1,5 в межах всього діапазону 40 метрів при мінімумі КСВ=1,1 на частоті 7050 кГц. На діапазоні 80 метрів антена була налаштована щонайменше КСВ (близько 1.2) на частоті 3600 кГц. При цьому у смузі частот 3500...3800 кГц КСВ не перевищував 2 (1,5 на частоті 3500 кГц; 1,6 – на частоті 3700 кГц та 2 – на частоті 3800 кГц). Ці дані отримані з противагою у вигляді сітки, що використовується для пташників площею 50 кв. м.

Пряме порівняння укороченої антени з повнорозмірним випромінювачем на діапазоні 40 метрів показало (за оцінками кореспондентами рівня сигналу та прийому станцій), що вони практично ідентичні. На діапазоні 80 метрів скорочення антени вже перевищує 60%. тому говорити про дуже високу її ефективність не доводиться. Тим не менш, вона дозволяє проводити і DX зв'язки на цьому діапазоні.

Автор випробував антену і з чотирма дротовими противагами довжиною 20 м. Вони були "лінійно навантажені" так. щоб "вписатися" у квадрат розмірами 10x10 м. При цьому КСВ у межах діапазонів 40 і 80 метрів дещо зріс. Як і слід було очікувати, при прямому порівнянні двох варіантів противаг ефективність антени з дротяними противагами була дещо гіршою, але все ж достатньою для проведення DX зв'язків на діапазонах 40 та 80 метрів.

ДВІ ВСЕХВИЛЬОВІ АНТЕНИ
 

Антени, що забезпечують роботу радіостанції на кількох аматорських діапазонах за рахунок введення в них резисторів, продовжують користуватися популярністю у короткохвильовиків, незважаючи на очевидний недолік - знижений ККД. Причин такої популярності є кілька. По-перше, ці антени зазвичай мають дуже просту конструкцію - рамка тієї чи іншої форми, до якої включено резистор. По-друге, через свою широкосмугову вони, як правило, не вимагають налаштування, що помітно прискорює та спрощує досягнення кінцевого результату -антени, за допомогою якої можна працювати в ефірі на кількох діапазонах.

Щодо втрат потужності в резисторі, то вона досягає 50%. З одного боку, втрати начебто великі, але з іншого - у радіоаматора (особливо в міських умовах) може і не бути можливості встановити більш ефективну багатодіапазонну антену. Більше того, саме такого порядку можуть бути неочевидні втрати навіть у однодіапазонній антенній системі. Яскравий приклад - втрати в поганій "землі" для антен типу GP (див., наприклад, замітку "Скільки потрібно противаг" в "Радіо", 1999 № 10. с. 59). Виміряти ці втрати складно, тому про них просто воліють не згадувати.

Класичний варіант широкосмугової похилої антени T2FD з резистором у рамці, що вимагає для встановлення двох щоглів заввишки 10 і 2 м, що працює в смузі частот 7...35 МГц. багаторазово описаний у літературі. Про цікавий горизонтальний варіант такої антени, що вимагає для встановлення тільки однієї щогли і працює в смузі частот 10 ... 30 МГц, було розказано у статті "Чергова всехвильова" ("КВ журнал", 1996. № 3, с. 19, 20) . Зрештою, з'явився і вертикальний варіант цієї антени.

Його запропонував L. Novates (EA2CL) у статті "Otra vez con la antena T2FD" ("URE". 1998. p. 31,32).

При загальній висоті близько 7.5 м (див. рис. 4) ця антена забезпечує роботу у смузі 14...30 МГц, т. е. на всіх п'яти високочастотних КВ діапазонах. Випромінювач (розрізний петлевий вібратор) виконаний з двох ідентичних половинок (1 та 2). Вони виготовлені з дюралюмінієвих труб діаметром 25 мм із товщиною стінок 1 мм. Окремі відрізки труб, що утворюють випромінювач, з'єднані між собою дюралюмінієві втулки (на рис. 4 не показані). На  дерев'яній щоглі (3) висотою 4.5 м випромінювач закріплений за допомогою поперечок: двох - для верхньої половини випромінювача і двох-трьох - для нижньої.

Резистор R1 повинен мати потужність розсіювання, що становить приблизно одну третину від вихідної потужності передавача. Наведений на рис. 4 номінал цього резистора забезпечує вхідний опір антени 300 Ом, тому для її живлення через коаксіальний кабель з хвильовим опором 75 Ом необхідний широкосмуговий трансформатор симетрії з коефіцієнтом трансформації 1:4. Якщо використовувати кабель із хвильовим опором 50 Ом. то коефіцієнт трансформації має бути 1:6. При використанні резистора з опором 500 Ом, вхідний опір антени буде близько 450 Ом. тому для живлення її коаксіальним кабелем з хвильовим опором 50 Ом буде потрібно трансформатор симетрії з коефіцієнтом трансформації 1:9.

Варіант конструкції такого трансформатора наведено у згаданій вище статті для горизонтальної антени T2FD.

Симетруючий трансформатор підключають до точок XX.

Єдина невелика технічна складність у виготовленні антени EA2CL - це підведення кабелю живлення. Для зменшення наведень на його обплетення кабель повинен бути перпендикулярним до полотна антени на довжині в кілька метрів. Більше того, оскільки на практиці звести ці наведення до нуля нереально, на кабелі (у тій частині, де він йде вже вертикально) необхідно створити дросель для струмів високої частоти. Найпростіше рішення – невелика бухта, утворена кількома витками кабелю живлення.

Слід зазначити, що антени типу T2FD цілком пристойно працюють в діапазоні УКХ, а також мають зазвичай непоганий КСВ і на частотах нижче граничної. Однак через малі розміри випромінювача її ККД у цьому випадку, природно, погіршується. Останнє, втім, не відкидає можливості використання такої антени для ближніх зв'язків.

Антени з резистором навантаження випускають і деякі фірми. Так фірма Barker & Williamson виробляє антену АС-1.8-30, яка працює у смузі частот 1,8...30 МГц і може бути, в принципі, встановлена ​​на даху житлового будинку (не баштового типу). Для встановлення такої антени (мал. 5) потрібна лише одна неметалічна щогла висотою (1) 10,7 м. У радіоаматорській літературі (Pat Hawker, "Technical Topics", "Radio Communication", 1996, June. p. 71, 72) йде суперечка про те. як її називати: чи то "вертикальні напівромби" (VHR - Vertical Half Rhombic), чи то "піраміда з навантаженням" (Loaded Pyramid). До цієї суперечки можна додати, що антена нагадує також сильно деформовану T2FD. У будь-якому випадку вона непогано працює, а як її називати - питання другорядне.

Крім щогли (1), для установки антени потрібні ще дві стійки (2) заввишки 0.9 м. Антену живлять через коаксіальний кабель (10) і широкосмуговий трансформатор симетрії (3) з коефіцієнтом трансформації 1:9. Випромінювальна частина антени - провідники, що утворюють напівромб (4 і 5).

Резистор навантаження (6) має опір 450 Ом. Вимоги до нього по потужності, що розсіюється, такі ж, як і в антені T2FD. Провідники (7, 8 і 9), що замикають рамку, утворюють противагу для напівромба. Висота підвісу провідника (9) над поверхнею всього 5 см. Слід зазначити, що за такої висоти підвісу стійки (2) можуть, мабуть, мати помітно меншу висоту. Для всіх провідників використано мідний провід діаметром 2 мм.

Зайве говорити, що навантажувальні резистор і трансформатор, що симетрують-узгоджують, повинні бути надійно захищені від впливу атмосферної вологи. Це стосується як антени T2FD, так і антени VHR.

Використовуючи ідеї, закладені в антені VHR. можна, мабуть, створити дуже компактний пристрій на більш вузьку смугу робочих частот (наприклад. 3.5...30 МГц або 7...30 МГц) і відповідно на меншу кількість аматорських діапазонів.