Носимые КВ антенны для высокогорных экспедиций

С появлением небольших КВ радиостанций для экспедиций и интересных дипломов (RMA, RDA, Горы Кавказа, Горы КМВ), возникла необходимость в простых, легких и эффективных антеннах, для связи на КВ в горах. Специфика пешеходных горных экспедиций в том, что всё приходится тащить на себе, на высотах от 2000 метров и выше, важен каждый грамм. Поэтому антенна должна быть легкой, простой, без настроечных элементов, со стабильными характеристиками, иметь хорошую ремонтопригодность. Установка производится одним человеком в любую погоду.

Какие диапазоны нужны в экспедиции?
Ответ на этот важный вопрос, определит будущую конструкцию антенны. Перекрывать все частоты - нет смысла, это неизбежно увеличит вес конструкции, а наша цель, сделать антенну которую можно носить с собой. Нужно выбрать только действительно необходимые диапазоны. Подавляющее число экспедиций, работает только на 14МГц. Некоторые экспедиции работают на 7МГц. Остальные диапазоны, практически не используются, но не следует про них забывать вовсе, попробую обосновать выбор диапазонов :

3.6МГц - этот диапазон экспедициями используется редко. Однако, его наличие очень желательно, особенно в горах, для связи на расстояния 5-600км. без 'мертвых зон'. Частота вызова, для мобильных радиостанций 3690кГц.

7МГц - популярный диапазон у экспедиций, работать на нем можно круглосуточно. В пешей экспедиции, не всегда есть возможность взять эффективную антенну для него. Рекомендуемые частоты 7065, 7090кГц.

10МГц - рай для телеграфистов, днем и ночью здесь возможны ближние и дальние связи, даже небольшой мощностью. Здесь не проводятся соревнования! Вызывная частота 10117.5кГц.

14МГц - популярный диапазон, в светлое время суток вы всегда найдете множество корреспондентов, даже при использовании маленькой мощности. Этот диапазон используется как основной для работы на дипломы RDA, RMA. Вызывные частоты 14180, 14195, 14285кГц.

18МГц - когда на 14мгц идут соревнования, можно перейти на 18мгц. Здесь всегда свободно и в светлое время суток, можно проводить дальние QSO даже маленькой мощностью. Популярен у сторонников пеших экспедиций, которые обычно работают на 18145 и 18157.5кГц.

21МГц - диапазон с нестабильным прохождением, отдельную антенну для него, нет смысла делать. Пешими экспедициями, используется редко. QRP экспедиции работают на 21285, 21385, 21295кГц.

24МГц - прохождение нестабильное, редко используется не только экспедициями, но и простыми радиолюбителями. Хотя, когда есть прохождение, здесь можно успешно работать даже с QRPP.

28МГц - хорошо подходит для местных QSO прямой волной, до 20 - 60км и дальних (если есть прохождение). В экстренных случаях, можно перейти на 27мгц и связаться с другими группами или со спасательной службой. Антенна с резонансом на 27 - 29мгц крайне желательна, хотя, экспедиции здесь работают редко. Внимательно слушайте частоты 28360, 28385, 28495кГц.

Для горных экспедиций нет заранее оговоренных частот, поэтому используйте частоты для QRP и DX-expedition, указанные выше. В Европе и Америке некоторые частоты отличаются. Не используйте их для повседневных QSO и работы с большой мощностью!

Делаем мачту из удилища
Простая, дешевая и легкая мачта получается из рыболовного удилища длиной 5-7 метров. Длина в сложенном виде 1145мм и 1221мм, вес 450гр. и 820гр., диаметр 30мм и 37мм. На такую мачту можно повесить полноразмерный диполь, лучь или полотно для штыря. Для того чтобы сделать мачту из удилища, нужно учесть некоторые моменты :
1. Если на китайском удилище написано что его длина 5 метров, на самом деле она будет 4.5 метра. У семиметрового удилища, реальная длина 6.5 метра. Это связано с тем что пишут общую длину используемого материала, а не реальную длину изделия.
2. Не нужно отрывать 'ушки' для лески и крепление для катушки (при активной эксплуатации они сами отвалятся, хи), эти элементы могут быть полезны. За 'ушки' удобно крепить элементы антенны, оттяжки, кабель. Внимательно проверьте как они приклеены (иногда болтаются).
3. Самая тонкая часть удилища, нужна если вы используете его как штырь. Для диполя и других типов антенн, она не нужна (потому что сломается) и её можно удалить. С частично обрезанной тонкой частью, длина пятиметрового удилища составит 4241мм, а семиметрового 6173мм. Как видите реальная длина, которую мы можем использовать, значительно меньше того что написано на самом удилище. Можно немного удилинить удилище-мачту, если открутить пятак и вставить туда легкую дюралевую или пластиковую трубу длиной 500 - 800мм соответствующего диаметра. У пятиметрового удилища внутренний диаметр 26мм, у семиметрового 32мм.

модернизируем пятак детали которые нужны 4.  Чтобы удилище-мачта уверенно стояла на земле, льду и другой поверхности, нужно открутить нижний пятак, вставить в него круглую прокладку из твердого материала и вкрутить туда винт, так чтобы он немного выступал. Теперь, если поставить удилище на землю, винт уйдет в грунт и мачта будет устойчиво стоять. 5.  Не покупайте удилища без дополнительных железных колец на концах каждого колена. Эти кольца, эффективно держат нагрузки при сгибании удочки и препятстсвуют быстрому разбалтыванию конструкции. Иногда кольца плохо приклеены, приклейте их снова эпоксидной смолой. 6.  Выбирайте удилище которое продается с защитным колпачком, который одевается сверху, эта мелочь на практике очень полезна. Дело в том, что когда вы идете по лесу и удилище-мачта в сложенном состоянии привязана к рюкзаку, ушки для пропускания лески будут постоянно цеплятся за ветки, с колпачком этого не произойдет, ещё он прижимает все части и они не стучат при ходьбе. 7.  На конце каждого колена, сделайте надписи, маркером, длины от пятака. Это позволит быстро восстановить мачту когда она сломается или будет начинаться ниже уровня земли и тд. Такие метки могут служить своеобразной линейкой. 8.  Самая верхняя часть удилища, очень тонкая и легко ломается. Рекомендую сразу ее снять и купить более длинный наконечник, их продают отдельно. Здесь два плюса - общая длина удилища увеличится на 100 - 200мм и новый наконечник более крепкий чем 'родной'. Значит, можно будет сделать более длинный штырь.

Установка и крепление мачты-удилища
Чтобы мачта стояла, ее нужно как-то закрепить. Если вы используете антенны типа ''перевернутая V'' или HB9SL, то сами лучи уже являются оттяжками, в этом случае достаточно добавить всего одну оттяжку. Для штыря, достаточно 3 оттяжки из толстой лески или веревки. Я использую тонкую, синтетическую, бельевую веревку, как лучший вариант. Поскольку мачта получается очень легкой, нет необходимости делать более трех оттяжек (каждая длиной 4-6 метров).

колышек из отвертки - в траве виден значительно лучше

Теперь каждую оттяжку нужно както закрепить на земле, раньше я использовал колышки, самодельные, сделанные из арматуры или покупные, но у них есть недостатки. Они тяжелые, их нужно забивать в землю чемто тяжелым. Если вы идете пешком, то тащить с собой молоток совершенно глупо. Предлагаю другой вариант - отвертка с длинным жалом! Отвертка довольно легкая по весу, у нее есть ручка и ее удобно втыкать в землю наваливаясь на нее своим весом. О пользе отвертки в походе - говорить не приходится, её можно использовать как по прямому назначению, так и для открывания консервов, самозащиты и т.д. Следует выбирать прочные отвертки с длиной жала 200-300мм с яркой ручкой, тогда её будет хорошо видно в траве (колышки в траве не видно и об них постоянно спотыкаешься).

Материал для полотна антенны
Эта мелочь может конкретно попортить вам жизнь в экспедиции. Очень важно найти легкий и достаточно прочный провод, который бы не скручивался в барашки, который можно было бы скомкать и потом легко распутать и который не ломался при загибах. Желательно, чтобы провод был в изоляции устойчивой к жаре и холоду. Оптимальный диаметр провода 1-2мм., более тонкий может оборваться, а толстый будет тяжелым.

провод для полотна антенны, разного веса и прочности

Пока я остановился на проводе из которого сделана антенна бевереджа для радиостанции Р-105. Незнаю как он называется, но всем вышеперечисленным требованиям, отвечает в полной мере. Этот провод представляет из себя канатик с 6 жилами в двойной изоляции. В дождь и снег провод получается изолированным от внешних осадков и параметры антенны остаются стабильными. Не используйте для походной антенны канатик без изоляции, он легко путается, а отдельные жилы рвутся. Простой медный провод диаметром 1.2 - 1.8мм, тоже не лучший вариант, он легко скручивается в ''барашки'' и ломается, за этим нужно постоянно следить.

Для некоторых тонких удилищ, провод от Р-105 может оказаться тяжёлым, тогда нужно найти более тонкий провод. Например такой как показан на фотографии.

Перевернутая V на 14 - 28МГц Эта разновидность дипольных антенн характеризуется тем, что при небольшой высоте подвеса, основная часть излучения, уходит под большим углом к горизонту (в нашем случае 50 - 90°). Это обеспечивают маленькую мертвую зону или даже её полное отсутствие и устойчивую связь на относительно небольших расстояниях. Другая важная особенность ''перевернутой V'' - возможность работы из густого леса и глубоких ущелий, оврагов и тд, при сохранении достаточной эффективности (штырь в этих условиях работает плохо).

Вы можете спросить, а почему не сделать сдвоенный диполь на 14 и 28мгц сразу, во первых, из-за взаимного влияния, упадет эффективность антенны, для QRP это очень плохо, во вторых, двойной диполь значительно сложнее установить, при ветре, на льду это сложно сделать даже втроем. Для походных антенн, нежелательно использовать классические фарфоровые изоляторы, они слишком тяжёлые и при обрыве одного луча, такой изолятор может пробить палатку. Штрапсы, в данном случае лучше, потому что легче, у них присутствует 'амортизационный эффект', изоляционные свойства прекрасные, их можно взять про запас. Фильтр-пробка тоже получается тяжелой, поэтому используется соединение проводов с помощью перемычки.

Проанализаровав разные варианты дипольных антенн на программе MMANA, я остановился на ''перевернутой V'' , она имеет свои плюсы и минусы, которые нужно учитывать при работе в эфире (особенно маленькой мощностью). Смотрите файл с расчетами invertor_V_14mhz_4m.maa для этой программы.

Кроме мачты-удилища, для изготовления антенны, понадобятся два куска проволоки диаметром 1.5 - 2.0мм (если канатик, то только в изоляции!) и длиной 6 метров каждый (лишнее отрежем), толстая капроновая нить или леска, три колышка, кабель РК50-2-11 длиной 7-10 метров, разьем PL, 10 штрапсов, они используются в качестве изоляторов и крепежных элементов. Обратите особое внимание на место крепления кабеля и лучей, нужно хорошо заделать выводы кабеля, чтобы в него не попала вода (я использовал для этого термоусадку и сырую резину). Если все эти детали у вас есть, для сборки антенны потребуется час. Очень желателен прибор для настройки антенн типа MFJ-259.

Необязательно использовать удилище длиной именно 5 метров (это то что было у меня), большая длина, предпочтительнее. При увеличении высоты, угол излучения антенны немного понизится, что благоприятно скажется при проведении DX QSO, однако поднимать антенну более 9 метров над землей, уже нет смысла. Красными стрелками, на диаграммах, показаны направления максимального излучения антенны.

диаграмма на 14мгц диаграмма на 27 - 29мгц

Настройка заключается в подборе отрезков проволоки, начиная с короткой, для получения минимального КСВ на частотах. На 28.2мгц вы должны добится КСВ не хуже 1.1, а на 14.1мгц = 1.2. Общий вес конструкции, со всеми проводами, оттяжками и тд., в упакованном виде, всего 800гр. В походе, антенна в сложенном виде привязывается к рюкзаку. Удилище, конструктивно не связано с антенной и может использоваться по прямому назначению, вместо него можно применить любую палку, подходящей длины. Не рекомендую использовать деревья в качестве мачты, это ухудшает характеристики антенны. Конструктивные особенности, смотрите на фотографиях сделанных во время экспедиций: фото1 , фото2 , фото3 , фото4 , фото5 , фото6 , фото7 , фото8 , фото9 .

Добавляем диапазоны 24, 21 и 18МГц
Если 14 и 28мгц недостаточно, количество диапазонов можно увеличить, никаких изменений в конструкции, делать не нужно, все размеры остаются прежними. При этом сохраняется высокая эффективность антенны, что важно для QRP. Суть метода в том что, в разрыв каждого плеча (между полотнами антенн на 28 и 14мгц) вставляем заранее заготовленные конденсаторы. Переход на другой диапазон занимает секунды, снимать антенну не нужно, до перемычек легко дотянуться руками. Вот необходимые данные:

• для 14МГц перемычки на обоих плечах - замкнуты
• для 18МГц в разрыв вставляем конденсатор 17 пф.
• для 21МГц в разрыв вставляем конденсатор 7 пф.
• для 24МГц в разрыв вставляем конденсатор 2.5 пф.
• для 27 - 28МГц перемычки разомкнуты

Конденсаторы изготовлены из кусков тонкого коаксиального кабеля, лучше использовать их чем обычные конденсаторы, потому что при большом разбросе температур в горах (от +30 до - 20С), у конденсатора из кабеля ёмкость будет меняться меньше. Итак, берем кусок кабеля длиной 400мм, с одной стороны припаиваем лепестки как у перемычек на антенне и все заделываем сырой резиной и термоусадками, чтобы влага не попала. С другой стороны ничего не делаем, подключаем прибор и меряем емкость, добиваемся 7пф (для диапазона 21МГц), подключаем оба конденсатора в разрывы антенны и дальнейшую настройку производим по пробору MFJ-259 или по КВС-метру, до получения минимального КСВ. Если ёмкость конденсаторов в плечах будет немного отличаться - ничего страшного, на эффективности антенны это не скажется. Вот файл invertor_V_21mhz_4m.maa с расчетами для программы MMANA.

Дополнительное согласование, на этих диапазонах, не нужно (КСВ не хуже 1.2 - 1.5). От 10мгц и ниже, при высоте подвеса 4.2 метра, эффективность антенны будет недопустимо низкой, поэтому эти диапазоны не рассматриваются. Итак, вы имеете легкую, эффективную, дешевую, ветроустойчивую антенну, работающую на диапазонах 29 - 28 - 27 - 24 - 21 - 18 - 14МГц, для пеших, многодневных, высокогорных экспедиций, проводящихся в автономном режиме.

Эффективная антенна для QRP, на 14МГц
Итак, ближнюю зону мы накрыли антенной зенитного излучения, которая описана выше. Теперь займемся DX-ами. Описанная здесь антенна, идеальна для дальних связей маленькой мощностью, она выигрывает у четвертьволнового штыря с десятками противовесов, у полуволнового штыря и у высоко поднятого диполя. Разработал ее HB9SL и назвал ''Vertical Polarized 2 Element''.

Антенна HB9SL имеет следующие особенности: она излучает под низким углом к горизонту, примерно 26° (эффективное 20 - 40°), у нее вертикальная поляризация, при этом усиление антенны, приблизительно 3дб! Антенна не требует противовесов и самое главное - высоких мачт. Диаграмма направленности почти круговая, небольшой максимум будет проходить перпендикулярно полотну. Для моего варианта ''Vertical Polarized 2 Element'', я использовал мачту на основе удилища длиной 4.2 метра.

Кусок проволоки длиной 20.8 метров, точно по середине закреплен на верхней части мачты. Лучи спускаются вниз и крепятся оттяжками. С одной стороны, на расстоянии 6.3 метров от конца луча, делается разрыв, вставляется пластина из изолятора и туда припаивается 50-омный кабель, симметрирование не нужно, центральной жилой кабель подключен к длинному лучу, оплеткой к короткому. В моей конструкции, длина кабеля РК50-2-11 примерно 7 метров (это как раз ½λ с учетом К.У. для диапазона 20м.). Антенна HB9SL, была проверена в программе MMANA, которая показала что иногда точку питания лучше сместить немного выше, по сравнению с авторским вариантом. Для тех кто знаком с этой программой, файл vp2e-14mhz_4m.maa прилагается. Поскольку в походе важен вес конструкции, подберите провод из которого будет изготовлено полотно антенны, он должен быть легким, гибким, не путаться и не ломаться. Благодаря тому что антенне HB9SL не нужна высокая мачта, она ветроустойчивая, на практике оказалось достаточным использовать одну оттяжку (лучи используются как две другие). Обратите внимание, что мачта этой антенны должна быть только из изоляционного материала, удилище подходит идеально. Красными стрелками на диаграмме, показаны углы максимального излучения.

Замеры КСВ, сделанные прибором MFJ-259, дали следующее: 1.5 - 14.0, 1.1 - 14.1, 1.7 - 14.3МГц. Резонанс довольно острый, поэтому после изготовления антенну нужно настроить на частоту 14130кГц. На фотографиях видна моя конструкция этой простой и эффективной антенны: фото1 , фото2 , фото3 , фото4.

Размеры HB9SL на другие диапазоны
Для 7МГц, нужна мачта высотой 6 метров, общая длина полотна антенны составит 41.8 метра. Длина лучей до середины 20.9 метров. Точка запитки находится на расстоянии 15.4 метра от нижнего конца. Нижние концы лучей, должны быть приподняты на один метр над землей. Все остальное - как описано выше.

Для диапазона 3.7МГц, нужна мачта высотой 7 метров, общая длина полотна 79.8 метра. Длина лучей до середины 39.9 метров. Точка запитки находится на расстоянии 32 метра, от нижнего конца одного из лучей. Нижние концы лучей, должны быть приподняты на 1 метр над землей.

Наклонный лучь с противовесом
Чтобы сосредоточить основное излучение в определённую сторону, для диапазона 14МГц, я использовал эту конструкцию, работает она довольно эффективно. Антенна имеет слабую направленность в сторону наклона луча и усиление около 2дб. Угол максимального излучения 32°, причем, в отличии от других антенн, сигналы приходящие под углами от 20° до 60° антенна эффективно принимает, что очень хорошо как для ближних, так и для дальних связей. Поляризация - вертикальная, а КСВ 1.1 - 1.5 в пределах двадцатиметрового диапазона.

В качестве мачты, используется 5-7-и метровое удилище. Точка запитки находится на расстоянии 1-1.5 метра от земли, что уменьшает кол-во 50-и омного кабеля и улучшает ветроустойчивость системы в целом. Нижний конец луча, находится на расстоянии 200 - 500мм от земли. Центральная жила кабеля припаяна к верхнему концу, а оплетка к нижнему. В качестве изоляторов использованы штрапсы, в месте подключения лучей и кабеля используется текстолитовая пластина или штрапсы. Длина 50 омного кабеля 7-10 метров, он должен быть тонким и легким. Для этой конструкции, достаточно установить две оттяжки, (значит нужно три колышка). Если ветер будет очень сильным, возможно придется поставить дополнительную оттяжку от узла крепления кабеля с лучами.

Если мачта-удилище имеет длину 4.2 метра, тогда точку соединения лучей с кабелем опускают ближе к земле и вставляют верхний лучь в антенное гнездо радиостанции, без кабеля. Другой лучь, просто кладут на землю, направляют в нужную сторону и подключают к корпусу радиостанции. Возможно, продется немного изменить длину вертикального луча, по минимому КСВ. Простота изготовления и хорошая работа этой антенны, позволяют рекомендовать её для QRP радиостанций (FT-817, ELECRAFT KX-1), без дополнительных согласующих устройств.

Штырь ¼ λ с противовесами имеет вертикальную поляризацию и хорошо подходит как для работы с DX, так и для ближних связей, прямой волной. КПД штыря напрямую зависит от количества противовесов и окружающих предметов. Особенность работы штыревых антенн, заключается в том что в ''ближней зоне'' ваш сигнал будет слышен слабо и любой диполь его перекроет по уровню, однако в ''дальней зоне'', все будет наоборот. Наиболее ярко этот эффект выражен на НЧ-диапазонах (1.8 - 10МГц). Любой проводящий материал (включая деревья, людей и тд.) находящийся ближе длины волны от штыря - будет поглощать часть излучаемой энергии и соответственно понижать КПД. Штырь хорош для больших открытых пространств и возвышенностей. Ущелья, лощины, лес, застройки, ограниченное пространство - не для штыря. Я не советую подвешивать штыревую антенну за высокие ветки деревьев, как рекомендуют некоторые авторы, это резко снижает КПД антенны. Используйте отдельную мачту установленную подальше от деревьев.

На основе удилища-мачты длиной 5-7 метров, легко сделать штырь на диапазоны 7-29МГц. Для частот 18-29МГц проволоку просто протягивают вдоль удилища, на 7-14МГц провод длиной четверть волны, наматывают на удилище (равномерно по всей длине), чтобы он поместился. Именно этот способ максимально эффективен, даже для укороченных антенн. Антенна с трапами и удлиняющими катушками всегда будет работать хуже. Для походной антенны достаточно 6-8 противовесов длиной по 0.25λ, большее кол-во увеличит вес конструкции, меньшее снизит КПД. Противовесы не нуждаются в точной настройке. Ниже указаны примерные размеры полотна и противовесов. Обратите внимание, что длину штыря необходимо подобрать более точно, так как она зависит от шага намотки и применяемого провода.

• на 7МГц противовесы по 10.7м. штырь 9м.
• на 10МГц противовесы по 7.4м. штырь 7м.
• на 14МГц противовесы по 5.3м. штырь 5.1м.
• на 18МГц противовесы по 4.1м. штырь 4м.
• на 21МГц противовесы по 3.5м. штырь 3.4м.
• на 28МГц противовесы по 2.6м. штырь 2.5м.

Максимальное излучение происходит под углами 20° - 40°, место подключения кабеля 50ом, поднято на 5см от земли. КСВ на всех диапазона в пределах 1.1 - 1.5. Усиление отрицательное -0.3дб. на 14МГц, что типично для антенн стоящих на земле. Если у вас мачта длиной 4200мм, то начиная с диапазона 18мгц и ниже, провод нужно равномерно обматывать вокруг удилища, как показано на рисунке. Для удержания штыря, достаточно три оттяжки из толстой лески или веревки, длиной по 5 метров.

Другие типы антенн
Широко распространенные рамочные антенны не подходят для пеших экспедиций, они тяжелые, для них нужна высокая мачта, на низкой мачте рамка работает хуже штыря, её невозможно развернуть и установить одному человеку. В высокогорье (выше 3000 метров) рамку опасно разворачивать, потому как током от неё будет бить конкретно, да и аппаратуру попортить можно. Земли то нет!

Диполь, наклонный диполь (sloper) - для экспедиций не подходят, потому что для диполя нужно как минимум две мачты, а для слопера мачта должна быть достаточно высокой и прочной. Я же исхожу из того, что радиолюбитель возьмет с собой в экспедицию легкую мачту-удилище, длиной 5-7 метров.

Штыри 5/8λ, 1/2λ - годятся для работы на 21-29мгц. Однако, их эффективность не лучше чем у описанной выше антенны HB9SL, но последней не нужна высокая мачта. Как уже говорилось, поставить высокую и тяжелую мачту в экспедиции очень затруднительно.

Screwdriver Antenna - интересное семейство многодиапазонных антенн, за ними будущее в мобильной КВ связи, например YAESU ATAS-25 - удачный пример походной screwdriver антенны, а пока что их главный недостаток высокая цена и конструктивная сложность.

Длинный провод + согласующее устройство - самая распространённая антенна в годы В.О.В., разведчики использовали такие антенны. Обладает низкой эффективностью, хотя может использоваться как аварийная.

Заключение
Описанные антенны, используются в походах и экспедициях по Северному Кавказу, проводимых в рамках дипломов: RDA, Russian Mountain Award (RMA), горы Кавказских Минеральных Вод (ГКМВ), Горы Кавказа (ГК). Ничто не мешает использовать их на постоянном QTH, в качестве основных, резервных, аварийных. Антенны достаточно эффективны, при работе небольшими мощностями