Привет, друзья!
Идея носимого телескопического диполя на штативе мне настолько приглянулась, что я решил ее продолжить и развить. В прошлый раз я рассказал о недорогой конструкции носимого диполя, который позволяет перекрыть диапазоны от 14 до 28 МГц. Это уже здорово, но не подумать ли нам и о 7-ми мегагерцовом участке? А в чем проблема? А проблема в том, что размах плеч такого диполя должен достигать 20-ти метров! А наши телескопы позволяют получить максимум - 11 метров. Значит, нужно увеличить электрическую длину антенны путем добавления удлиняющих катушек. Этим мы им займемся сегодня!
Для расчета катушек я использовал программу радиолюбителя RN6LLV.
Длину излучателя я установил не на максимальное значение (5,5 метров), чтобы иметь небольшую степень свободы для настройки резонанса. Расположение катушки непосредственно в точке запитки несколько снижает эффективность антенны, зато позволяет уменьшить индуктивность катушки. Видно, что по оценке программы нам потребуется катушка с индуктивностью 9...10 мкГн.
Далее следовал этап поиска инженерного решения, которое позволило бы использовать уже имеющиеся в моем распоряжении узлы диполя. Пришлось несколько дней поломать голову, но результат получился очень интересным, а главное - перспективным, открывающим широкие возможности для дальнейшего расширения функциональности нашей антенны! Чуть позже станет ясно, о чем я говорю.
Итак, конструкция каркаса катушки разработана в Компасе и предназначена для изготовления при помощи 3D-принтера.
Каркас состоит из двух частей. Одна вставляется в другую. Почему сделано именно так, будет понятно позднее, когда речь пойдет о сборке. Катушек потребуется две штуки. По одной на каждое плечо диполя. Внешний диаметр катушки - 30 мм. Напечатанные узлы выглядели следующим образом:
Две пары одинаковых узлов. На фото они просто показаны с двух сторон, чтобы можно было лучше судить об их конфигурации. Да, в модели можно увидеть дополнительные прорезь и отверстие для установки фиксатора внутренней части. Это решение пришло чуть позже, когда узлы уже были напечатаны. Без них тоже можно, как я убедился, но инженерная завершенность все же предполагает их наличие. Да, разумеется, модели будут в архиве, доступном для свободного скачивания в конце статьи.
С наружной стороны внешней части корпуса выполнена канавка под эмалированный провод диаметром примерно 1 мм. К сожалению, я так и не разобрался, как сделать плавные сходы канавок к торцам катушки, поэтому сделал их просто перпендикулярно, но первое что я сделал после печати, проточил гравером более приемлемый вариант.
Точил "на глазок", но рука вроде не дрогнула!
Для намотки я использовал провод 1,06 мм без эмали. Вообще, витки канавки имеют шаг в 1,2 миллиметра. Для моего провода намотка получилась впритык. Вообще, неплохо было бы оставить между витками зазор, равный толщине самого провода. Это значительно снижает межвитковую емкость и повышает добротность катушки. Однако, при этом растет и длина каркаса, а значит и требования к его механической прочности. Я решил сделать катушку как можно короче, поэтому обмотка почти виток к витку. Широкие поля по сторонам обмотки связаны с необходимостью использования металлических крепежных элементов, которые не должны попадать внутрь обмотки во избежание изменения индуктивности и снижения добротности.
Катушка намотана "внатяг". Концы витков я временно зафиксировал изолентой. Получилось вот так:
Начисто катушка от разматывания зафиксирована термоусадочной трубкой 40/20. Вот такой:
После термоусаживания катушка приобрела следующий вид:
Затем, изолента снимается и сверху вся конструкция фиксируется еще одной термоусадочной трубкой.
Ивот уже после этого производится окончательная фиксация при помощи нейлоновых стяжек.
На озоне я приобрел десяток лепестковых контактов из латуни с диаметром центрального отверстия 10,5 мм (под винт M10). Если помните, именно такая резьба используется для крепления телескопических антенн.
Узел крепления лепестка я разогнул и залудил.
Затем кончики провода катушки откусываются примерно на расстоянии 10 мм от края катушки и к ним припаиваются и заделываются контакты.
Заметьте, что загнул я только внешние ламели. Внутренние - не нужно. Так осуществляется лучший прижим шайбой.
После этого производится окончательная формовка вывода со стороны круглого отверстия (противоположный пока не формируем).
Теперь приступаем к другой стороне. Там все тоже самое нужно проделать с подпайкой контакта, а затем в шестигранное отверстие продевается болт размером М10х20 мм.
Резьба болта должна выйти с противоположной стороны.
Вслед за болтом во внешнюю часть катушки вставляется внутренняя. Заметьте, что в ней напечатана стандартная резьба М10. После печати она может потребовать "разработки" при помощи того же болта и, например, мыла.
После установки можно аналогично сформировать и второй контакт.
Напомню, что модель в архиве допускает возможность дополнительной фиксации внутренней части при помощи гайки М3 м винта М3х10 с пружинной шайбой. Я этого не делал, но все должно подойти. Антенна будет работать и без этого!
Самое время проверить характеристики катушки, которая у нас получилась. Для этого подключаем ее к NanoVNA. Смотрим...
На частоте 7 МГц, для которой мы и собираемся использовать катушку, ее индуктивность составляет 9,8 мкГн. Примерно соответствует расчетам. Расчеты я проводил в программе Coil64. Добротность катушки, как отношение реактивной составляющей ее полного сопротивления к активной равна: 434,4 / 0,519 = 836. Добротность очень высокая. Это хорошо, поскольку высокодобротная катушка вносит меньше потерь. Этот факт тем более важен, когда катушка размещается не в середине вибратора, как я сделал в конструкции балконного укороченного диполя на удочке, а в точке запитки. Очень интересно, каков будет резонанс антенны на 7 МГц.
Последний штрих. На выступающую часть резьбы надевается шайба М10.
Шайба обеспечит плотный контакт между тройником диполя и удлиняющей катушкой. Без нее конструкция может немного болтаться. Винт немного длинный.
Устанавливаем удлиняющие катушки на тройник.
Собственно, антенный узел готов. Остается закрутить телескопы и можно ехать тестировать на природу! Собственно их на природе можно и закрутить... Но с телескопическими антеннами и на штативе узел будет выглядеть так:
Ну а теперь за город, в спокойную помеховую обстановку!
Характеристики антенны буду измерять все тем-же NanoVNA. А вот проверить на передачу, к сожалению, не смогу. Мой самодельный трансивер имеет только один диапазон - 14 МГц, а более универсальный аппарат только в планах. Зато есть тоже самодельный всеволновой SDR-приемник, на который можно будет послушать эфир после настройки.
Итак, разворачиваем антенну и после выдвижения почти всех колен (последнее не выдвигал, а предпоследнее не более чем на половину). Наблюдаем следующую картинку на NanoVNA:
Резонанс конечно есть, но, чтобы его увидеть пришлось установить верхний предел КСВ в 5! Минимальное КСВ при этом - 3,6. Ни в какие ворота!Объяснение тоже на экране: видно, что сопротивление антенны около 14 Ом. И тут я начинаю вспоминать, что уже наблюдал изменение входного сопротивления антенны при добавлении удлиняющих катушек. Значит, для согласования потребуется трансформатор сопротивлений примерно 4:1. Придется изготовить... Но, не зря же я приехал! Передатчика все равно нет на эту частоту, так посмотрим, что с приемом у такой антенны. Я подключил свой SDR к ноутбуку и совершенно легко услышал кучу радиостанций как на CW участке, так и на SSB.
Еще бы - загородный эфир чистейший, не в пример городскому! И это я 7 МГц (ночной диапазон) днем слушал (около 12 часов). Что ж ночью-то тут творится (мечтательно закатываю глаза)!..
Пока возвращался домой, понял, что просто констатация факта уменьшения сопротивления антенны с удлиняющими катушками меня не устраивает. Надо бы проверить - так оно в теории или нет. Быстрого ответа в интернете я не нашел, хотя косвенные подтверждения получил, прочитав несколько умных статей. Поэтому решился на страшное - освоить программу моделирования антенн MMANA. Да и на будущее пригодится! От начала процедуры ее поиска до моделирования моего диполя прошло около двух часов. Благо есть подробнейшая инструкция на русском языке. Саму программу скачал здесь. И вот результат.
Обратите внимание на строку 22 таблицы. Сопротивление антенны 16 Ом (в идеальной среде). Мой NanoVNA показал 14 - близко. Тем более, что моделировал я в идеальной среде. Здесь же стоит обратить внимание на еще один столбец - Gh. Это усиление антенны по сравнению с идеальным диполем. Как видно, усиление получилось ниже всего на 1,19 дБ. На мой взгляд, результат неплох! Смотрим КСВ.
Действительно, КСВ ниже 3,1 получить без согласования невозможно! Значит делаем простой трансформатор из подручных средств. Чтобы получить трансформацию сопротивлений 4:1 нужно, чтобы количество витков обмоток соотносилось 2:1. Удобно такой трансформатор мотать спаренным проводом или витой парой.
Я порылся в своих ферритах и нашел такое же ноунейм-колечко диаметром 20 миллиметров и высотой около 10, из которого делал согласование для балконного укороченного диполя. На колечко я намотал 10 витков витой пары.
Затем соединил начало одной и конец другой обмотки разогнул хвосты в разные стороны и припаял еще один (земляной провод).
И, наконец, использовал быстросъемные разъемы для создания завершенной конструкции.
Все! Двадцать минут и согласование готово! Снова едем на природу!
Немного подвигав колена антенны получаем вот такую картинку.
Отличный результат! КСВ в точке резонанса менее 1,1. Полоса пропускания при КСВ, не превышающем 1,5 составляет 70 кГц, а по КСВ = 2 - около 130. Резонанс довольно острый, но учитывая возможность легкой подстройки антенны, это не должно вызывать особых проблем!
Последний эксперимент. Ни как не могу успокоится! А что если попробовать настроить антенну на диапазон 10 МГц? Прямо с этими-же удлиняющими катушками! Я решил попробовать. Для этого начал постепенно складывать звенья телескопов повышая резонансную частоту. Складывал их, складывал и вдруг понял, что выпущенными осталось всего около 5 звеньев! То есть использовать длину телескопов на полную катушку не получится. Хорошо, а резонанс-то есть?
Резонанс есть. Причем КСВ опускается практически до единицы. А вот резонанс получается слишком острый. По уровню 1,5 - не более 40 кГц. По уровню 2 - не более 70 кГц. Все же для 10 МГц нужна своя катушка. Я потом посчитал - всего лишь на 3 мкГн. Надо будет еще парочку сделать для этого диапазона. А трансформатор? Переделывать? Не знаю! Надо будет исследовать, а то статья и так опять большая получилась!
Модель катушки на 10 мкГн для печати:
Модель тройника для диполя можно скачать здесь:
Спасибо, что читаете-смотрите Terrabyte! Подписывайтесь, если вам интересна радиолюбительская тематика, микроконтроллеры, мини-ПК, необычные компьютерные решения и инновационные разработки! 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