Мои нынешние успехи в азбуке Морзе таковы - принимаю 45 символов (9 групп) в минуту. Режим смешанный (буквы и цифры). Воспроизведение символов установлено на 15 групп в минуту. Пауза между символами - 6 точек. Постепенно эту паузу я убираю...
Но, пока изучение Азбуки движется своим чередом, дела железные тоже нужно двигать. Однодиапазонный телеграфный трансивер на 14 МГц, с возможностью приема SSB в процессе наладки. О нем расскажу отдельно. А сегодня небольшой рассказ о моей первой полевой антенне.
Вообще, в ВУЗе у меня был курс по антеннам, но с очень сильным уклоном в сторону СВЧ и фазированных решеток. Хотя, про распределение токов в вибраторе Писталькорса я все же знаю! А вот практических навыков в антенном деле у меня не очень много. На лабораторных работах, мы, в основном волноводы и рупоры мучили. А в своих городских условиях я практически лишен возможности экспериментировать с чем либо кроме куска провода за окном. Так что открытий предстоит много.
Работа низкими мощностями (QRP) просто требует - выбирайся из города, из этого помехового кошмара - на природу, на свежий воздух, где есть возможность и антенну полноразмерную поставить, и насладиться чистотой эфира.
Выбирая конструкцию для своей первой антенны я решил, что, во-первых, начну с конструкции попроще, а во-вторых без привязки к природным факторам (деревьям, буграм и т.п.). Наиболее подходящим вариантом мне показалась антенна Ground Plain, или "вертикал" по-другому. Вот о ее конструкции, настройке и испытаниях пойдет речь дальше.
Конструкция антенны
Общая конструкция для всех антенн типа Ground Plain (GP) примерно одинакова. Вертикальный провод и набор противовесов, протянутых параллельно земле. Возможны варианты с запиткой, удлиняющими дросселями, согласующими устройствами и т.п. Но, поскольку мы делаем попроще, то обойдемся без всего этого. А это значит, что наша антенна будет однодиапазонная и с минимальным количеством элементов.
Диапазон, который я выбрал для своего трансивера - 14 МГц или 20 метров. Этот диапазон меня привлекает своим хорошим дневным прохождением. Простейший вариант GP на этот диапазон выглядит как провод, длиной 5 метров 20 сантиметров, идущий вертикально вверх и противовес примерно такой же длины, натянутый на высоте около 60 сантиметров параллельно земле. Оба этих провода подключаются непосредственно к кабелю 50 Ом без какого либо согласования или балансирования. Просто? Гениально! То, что мне нужно! Антенна обладает почти круговой диаграммой направленности с небольшим смещением в сторону противовеса. Противовесов может быть и несколько, что позволяет выровнять диаграмму направленности, но это уже усложнение. Все усложнения потом...
Первая задача, которая возникает сразу-же: как поднять провод вверх. Нужна мачта. Нам с вами, друзья повезло! На 6 метров провод можно поднять при помощи удочки. Правда, удочки не простой, а стеклопластиковой и довольно жесткой. Выбор стеклопластика связан с тем, что карбоновые удилища, к сожалению проводят электрический ток, что потенциально способно повлиять на характеристики антенны.
Я приобрел в одном из онлайн-маркетов удилище, длиной в 7 метров. Об этом я уже рассказывал в статье "Мои первые шаги в мир КВ-радиосвязи: азбука Морзе, телеграфный ключ, трансивер и антенны". Удочка оказалась тяжелая и прочная. То, что нужно!
Теперь провод. Особым нагрузкам он подвергаться не будет, поэтому подойдет любой - потолще, с высокой проводимостью. Чем толще провод, тем шире участок резонанса антенны (области, в которой коэффициент стоячей волны (КСВ) имеет приемлемые значения). Чем лучше проводимость материала, тем меньше потерь в антенне. Я просто пошел в хозяйственный магазин, чтобы посмотреть, что есть в наличии и купил два куска провода ПУГВ на 1,5 кв. мм. по 6 метров разного цвета.
Из синего провода я решил сделать вертикальную часть (в цвет неба), а желто-зеленый (цвет заземления) пойдет на противовес. Кончики проводов я облудил и сделал на них петельки с внутренним диаметром 3...4 мм, чтобы в них свободно проходил винт M3.
Так же заделан и провод противовеса. Только не его противоположном конце я приспособил небольшой зажим для крепления растяжки.
Для подключения антенны к кабелю можно приобрести байонетный разъем с двумя зажимами, но, как вы знаете, покупать я не люблю. Сделал простой аналог.
На куске стеклотекстолита без фольги смонтирован разъем и два винта M3, которые электрически соединены с обратной стороны.
К центральной жиле будет крепиться провод антенны, а к экрану - противовес.
В вертикальном положении антенна будет удерживаться тремя растяжками, сделанными из обычной бельевой веревки. Для крепления растяжек к мачте я напечатал колечко с тремя петлями, к которым привязал 5-метровые отрезки веревки. Диаметр колечка выбран таким, чтобы оно плотно садилось на удилище примерно на высоте 4 метра.
Для соединения антенны с приемником или трансивером нужен кабель. При идеальном согласовании системы антенна - кабель - трансивер, от длины кабеля зависит только уровень потерь. Значит, кабель нужно выбирать как можно короче. Но, если есть какое-либо рассогласование, то кабель может его ухудшить. Так вот, чтобы не думать про кабель, а заниматься согласованием только антенны и трансивера, профессионалы рекомендуют выбирать длину кабеля равной половине длины волны. Тогда кабель становится как-бы "невидимым" для оконечных устройств (нулевой потенциал в начале и конце провода). Единственное - следует учесть коэффициент укорочения кабеля. Хороший калькулятор можно найти здесь.
Я купил кабель RG58. Для средней частоты 14,1 МГц длина его полуволнового отрезка с учетом укорочения составила 7 метров и 10 миллиметров. Концы кабеля я заделал, установив на них байонетные штекеры.
На этом подготовка была закончена. Пора выезжать на природу - на испытания.
Сборка и испытание антенны
Пока трансивер еще не готов, а работа азбукой Морзе в реальном эфире вызывает дрожь в коленях я решил просто настроить антенну и проверить ее работу на своем самодельном SDR приемнике. Заодно оценю его возможности в отсутствие городского электросмога!
Для настройки антенных конструкций мне подарили прибор MINI60 (спасибо Владимиру UB7KBO). Но, предвидя в будущем большой объем работ, связанных с настройкой частотнозависимых цепей, я решил обзавестись векторным анализатором. Приобрел NanoVNA H4. Потрясающая штука, если научиться пользоваться!
Испытания проводились примерно в 5 километрах от города Рязань, в точке с QTH: KO94xp10se.
Вот как выглядело мое рабочее место.
Удочка немного изогнута из-за сильного натяжения противовеса. Антенный провод закреплен изолентой внизу каждого колена удочки. Это не дает ему деформироваться, а удочке складываться.
Кабельный адаптер внизу мачты также закреплен при помощи синей изоленты.
Противовес оттянут при помощи самодельной стойки, выполненной из старой стеклопластиковой лыжной палки и остатка бельевой веревки. Для крепления оттяжек мачты и противовеса использованы обычные палаточные колышки.
Первое подключение прибора показало следующую картинку (извините за качество).
Видно, что довольно острый резонанс находится на частоте около 13,6 МГц. При этом КСВ составляет 1,05, активное сопротивление около 52 Ом, а реактивное миллиомы!Практически идеал! Но не на той частоте! Значит провод выбран слишком длинный. Нужно резать. И вот тут я встал в тупик. Что резать? Антенну или противовес? Или и то и другое. А вдруг отрежу не то? Или не столько! А что если не резать? Тут я вспомнил, что резать не обязательно! Можно потихоньку сворачивать конец кабеля в бухточку, что будет равносильно его укорочению. Причем, раз противовес ближе, то экспериментировать начну с ним.
И первый же эксперимент дал результат! Резонанс пополз вверх. Тогда я осмелел и стал потихоньку откусывать противовес. Понемногу, по 3...5 сантиметров. Пока недооткусывал до следующей картинки.
Всего откусил около 12 сантиметров. Резонанс на частоте QRP - 14,06 МГц. КСВ - 1,082. Сопротивление немного увеличилось - 54 Ома. Но все еще неплохо! Однако, теперь похоже, что для уменьшения сопротивления нужно откусывать антенный провод. С него и надо было начинать! И тут я сообразил, что если начну это делать, то резонанс поползет дальше вверх и чтобы его вернуть, нужно увеличивать длину противовеса! А я уже все, что нужно откусил!.. Я выдохнул и решил, что лучшее враг хорошего, и все уроки которые я планировал извлечь я извлек! На этом пока остановимся! Тем более, что результат получился очень неплохой! А провод можно и нарастить! Единственное, замерю-ка я КСВ на краях диапазона. В нижней части.
КСВ составил очень неплохие 1,147. Реактивная составляющая импеданса выросла до 6 Ом с емкостным оттенком. Достаточно мало. А в верхней части.
В верхней части несколько хуже - 1,486, но, все равно приемлемо. А вот сопротивление уже не очень... Импеданс стал индуктивным. Правда, в этой части диапазона никто телеграфом не работает, но все же в QRP каждый милливатт на счету. Не перестраивать же антенну каждый раз! Для таких случаев нужно согласующее устройство. Чуть скорректировал и вот уже резонанс на нужном месте. Обязательно буду делать!
Что ж, остается самая малость - проверить условия приема! Подключил свой SDR к ноутбуку и прошелся по диапазону.
А вот тут меня ждал просто потрясающий сюрприз! Будучи радиолюбителем-горожанином я и представить себе не мог, что эфир может быть настолько чистым! Уровень фонового шума за городом ниже на 35 дБ! Более чем в 50 раз! Настолько чистого приема я в своей жизни не слышал никогда! К сожалению, ролик с записью экрана по какой-то причине не сохранился. Остался лишь ролик с телефона, который передает атмосферу. Ну да ничего, я не последний раз выезжаю на природу с аппаратурой. Наоборот, планирую делать это чаще. Все запишу и все выложу! А пока вот как это было.
Спасибо, что читаете-смотрите Terrabyte! Подписывайтесь, если вам интересна радиолюбительская тематика, микроконтроллеры, мини-ПК, необычные компьютерные решения и инновационные разработки! А теперь еще и КВ-тематика! Спасибо всем, кто поддерживает меня своими советами, комментариями и лайками!
Группа ВК: https://vk.com/terrabyte
Канал на VK-Video: https://vk.com/video/@terrabyte/all
А вот что еще есть интересного: