Друзья привет!
Я почти было успокоился после того, как нашел достаточно универсальное, походное и почти вседиапазонное решение для КВ-антенны. Все в телескопическом диполе на штативе оказалось хорошим, за исключеньем маленького пустяка -он не достаточно укромный, что-ли. То есть, конструкция будучи разложенной даже не в самом людном месте, обязательно станет предметом чей-либо неуемной бдительности. А еще, для развертывания и свертывания такого диполя требуется некое, иногда значимое время. ПРимерно 10 минут - развернуть и 10 минут - свернуть. А ведь бывает, что привез домочадцев куда-то и ждешь их 20...30 минут. Что бы в это время, коротая парковочное ожидание, эфир-то не послушать? И вот углядел я такие автомобильные антенны (вертикалы по своей природе), которые вместо противовеса используют кузов автомобиля и емкостную связь с ним. Если еще и телескоп использовать, а еще и удлиняющие катушки, то можно попробовать достичь как высокой скорости развертывания/свертывания, так и достаточной укромности. Немного познакомившись с различными конструкциями подобных антенн (в основном используются сейчас дальнобойщиками для си-би-связи на 21 МГц), я стал проектировать свой аппарат.
Конструкция автомобильной антенны
Конечно потребуется магнитное основание. Причем с мощными магнитами, достаточными для того, чтобы удержать 5,5 метровый телескоп в разложенном состоянии. Хотя... Уж очень это будет тяжело, да и парусность полноразмерного телескопа будет колоссальная. А вот незаметным его назвать точно будет нельзя! А что если использовать удлинняющую катушку? Подобную той, что я уже делал для расширения частотного диапазона диполя вниз, до 7 МГц. Только вот сейчас она нам пригодилась бы для того, чтобы обойтись меньшей высотой телескопического штыря. Например, Если для диапазона 14 МГц длина полноразмерного штыря составляет, примерно 5,2 метра, то укоротим-ка мы его метров, эдак, до 3-х. И земетно будет меньше, да и парусность ниже. К тому же, будет ниже и центр тяжести, а значит и конструкция будет более устойчивой. Потеряем в эффективности? Наверное, сколько-то потеряем! Но мы же не в разы уменьшаем. Так, процентов на 35... Эффективность все еще, как мне кажется чисто интуитивно, должна быть приемлемой. Для оценки удлиняющей индуктивности я использовал ту же замечательную программу RN6LLV.
Расстояние от точки питания выбрано нулевое, поскольку катушка сразу будет подключаться к разъему. Как видно, получилось около 3-х мкГн. Причем, надо будет сохранить конструкционную преемственность с катушкой 10 мкГн, которую я использовал для настройки диполя на 7 МГц.
Теперь магнитное основание, которое будет во-первых, обеспечивать надежное удержание антенны на крыше автомобиля, а во-вторых, ту самую емкостную связь с кузовом, который будет выступать противовесом. Конструкция была предварительно смоделирована в Компас-3D.
Основание состоит из 3-х частей, каждая из которых несет свою функциональную нагрузку. Верхняя часть предназначена для резьбового крепления телескопического штыря или удлиняющей катушки. Средняя часть (основная) служит для размещения внутри нее магнитов. Снаружи можно заметить ушко для разъема типа BNC. Нижняя часть - крышка предназначена для защиты кузова автомобиля от царапин. А еще она будет создавать зазор, необходимый для формирования требуемой емкости связи.
Габариты конструкции я выбирал полуинтуитивно, подгоняя их под купленные магниты и имеющиеся в наличии телескопические антенны.
Детали и сборка антенны
Все три части основания антенны, а также корпус для удлиняющей катушки были напечатаны на 3D-принтере.
Хорошо видно, что в верхней части имеется шестигранное отверстие под крепежную гайку с резьбой М10.
Вот так детали выглядят с другой стороны:
Четыре углубления в основании средней части предназначены для размещения неодимовых магнитов с винтовым креплением.
Последняя часть - крышка.
Ее диаметр составляет около 105 миллиметров. А вот донышко напечатано всего лишь в 2 слоя пластика, толщиной 0,2 мм. То есть, общая толщина - 0,4 мм.
Все детали напечатаны из ABS-пластика соплом диаметром 0,4 мм. При печати размеры увеличивались на 0,75% для учета усадки ABS-пластика. В конце статьи, как обычно, я размещу архив с файлами моделей.
Каркас удлиняющей катушки, подобно той, которую я изготавливал для диполя, состоит из 2-х частей: наружной и внутренней.
Во внутренней части каркаса напечатана резьба, которую следует хотя бы один раз прогнать металлическим винтом. Канавку на катушке я немного углубил по сравнению с предыдущей версией. Для катушки в 3 мкГн нужно всего лишь 10 витков провода диаметром примерно 1 мм.
Изготовление антенны начинаем с катушки. И прежде всего я прорезал во внешней части два желобка под концы провода.
Вырезал маломощным аккумуляторным гравером.
Приступаем к намотке провода. Концы фиксируется изолентой поближе к краю.
Провод можно зафиксировать и изолентой, но я предпочитаю термоусадочную трубку 40/20.
Изолента удаляется, после чего на каркас усаживается еще одна термоусадка. Теперь несколько длиннее. В точке фиксирующего винта проделывается отверстие, а концы провода дополнительно фиксируются нейлоновыми стяжками.
В термоусадке просверлено отверстие под фиксирующий винт.
Дальше, на концы провода подпаиваются концевые контакты-лепестки с внутренним диаметром под резьбу М10.
После этого провод формуется так, чтобы лепестки разместились точно по оси катушки.
Прежде чем сформировать контакт с другой стороны в катушку вставляется болт М10х15 мм.
С другой стороны он должен выйти наружу. Затем, вслед за болтом в катушку вставляется средняя часть с резьбой.
После установки средней части можно сформировать и второй лепесток.
В паз на торце катушки устанавливается гайка М3, а сбоку завинчивается винт М3х12.
Индуктивность катушки даже не стал измерять, памятуя о том, что в прошлый раз измерения точно совпали с расчетами. Кроме того, точное совпадение и не требуется, так как малейшие отклонения будут скомпенсированы большей или меньшей длиной телескопического "хвоста".
Приступаем к сборке основания антенны. Прежде всего, устанавливаем в верхнюю часть гайку M10.
Затем, переворачиваем деталь и привинчиваем ее к средней части при помощи 3-х винтов М3х20 мм.
Можно использовать как винты с круглой головкой, так и с потайной. Вид с обратной стороны:
Теперь магниты. Предварительно я заказал 4 неодимовых магнита диаметром 20 мм и высотой 5 мм с центральным отверстием под винт с потайной головкой. Каждый с усилием удержания более 6 кг. К сожалению, после того как магниты прибыли, оказалось, что их высота на 0,5 мм меньше.
Поэтому, чтобы слишком не снизить силу притяжения, перед установкой в соответствующие ниши я поместил шайбы.
После этого магниты были зафиксированы винтами М4х20 мм с потайной головкой.
Винты оказались длинноваты, но других под рукой не оказалось. Не очень эстетично, но надежно!
Теперь самое интересное! Противовес с емкостной связью. Роль одной обкладки будет выполнять сам автомобиль, а роль второй сыграет алюминиевая банка из под пива. Из этой банки я вырезал вот такую деталь.
Диаметр соответствует диаметру средней части основания. Собственно его я и использовал для разметки. А контактный лепесток примерно 20 мм в ширину и около 40 в длину. В контактном лепестке я вырезал маникюрными ножницами отверстие под байонетный разъем.
Размечал прямо по месту. Чуть позже станет понятно как. Поскольку алюминий покрыт непроводящим составом, то по краям отверстия я его счистил при помощи бормашинки.
После сборки должна получиться вот такая конструкция.
С другой стороны:
Остается лишь надеть крышку.
Толщина дна крышки около 0,4 мм (два слоя пластика). Это не сильно сказывается на усилии прижима. Но при необходимости настройки (вдруг, нужна будет большая емкость) ее можно легко снять. Излишки алюминия обрезаются обычными ножницами.
В заключение к отводу от BNC-разъема припаивается такая же ламель, что и у катушки и формируется по центру стойки.
Теперь вкручиваем удлиняющую катушку в основание:
В качестве проставки я использовал плоскую гайку M10. Это необязательно. Можно просто проложить 2 шайбы М10, чтобы ламели не цеплялись друг за друга. Все! Основание нашей автомобильной КВ-антенны готово!
Вкручиваю телескопическую часть и иду на кухню проводить испытания!
Магниты уверенно удерживают конструкцию на вертикальной поверхности. Неплохо! Собираемся на природу!
Зима у нас в этом году, как вы знаете, снежная. ПОэтому найти подходящее местечко для испытаний было не просто. Но кое как нашел расчищенный участок за гордом в одном из дачных поселков. Для полной настройки пришлось выдвинуть 9 колен телескопа. Настройку проводил длиной десятого. Как и в случае с диполем антенна настроилась быстро. Кстати, согласующего трансформатора не понадобилось. Подключение NanoVNA позволило увидеть следующую картину:
Экран крупным планом:
Видно, что резонанс довольно широкий. КСВ в точке резонанса около 1,2. Удлиняющая катушка, как мы выяснили ранее, приводит к уменьшению активной части импеданса.
Честно говоря, я был удивлен, что антенна практически настроилась без каких-либо танцев с бубном! Ширина полосы антенны по уровню КСВ 1,5 примерно 600 кГц. Видимо, добротность не очень высокая. Это пища для размышлений на будущее. Попробую все же проанализировать характеристики катушки...
Устойчивость, конструкции, в принципе, тоже оказалось неплохая, хотя более-менее сильный порыв ветра антенну заваливает. Происходит это еще и потому, что крыша машины не вполне плоская и один или даже два магнита не работают в полную силу. После того, как антенну опрокинуло во второй раз я решил укрепить конструкцию.
На морозе изолента быстро дубела, но держала очень прочно. Зато попутно выяснилось, что увеличивая расстояние до крыши можно улучшить КСВ. Интересно! Я-то думал, что емкости будет недостаточно, а ее оказалось с избытком. Подложив под основание два листа плотной бумаги. Я вышел вот на такую картину:
Как видно, КСВ снизился до 1,12. Чем больше бумаги я подкладывал, тем лучше становилась настройка, но, тем хуже антенна удерживалась магнитами. Решение видится очень простым - подрезать обкладку конденсатора, уменьшив ее площадь. Жаль, что у меня с собой не оказалось ножниц!
Все эти танцы на морозе в конце-концов привели к тому, что у меня начали коченеть руки и я решил заняться экспериментами в эфире изнутри теплой машины!
Эфир впечатлял! Это вам не городские тарахтелки. Мой самодельный трансивер не показывает уровень по S-метру менее 3-х. Поэтому я наблюдал стабильные 3 балла уровня шумов. Полагаю, в реальности было еще меньше! Настроился на частоту 14100 КГц, на которой работаю маяки. В течение 2-х минут отчетливо принял Израиль, Финляндию и Сибирь. Отчетливо, это значит все три уровня мощности - 100, 10 и 1 Ватт. В городских условиях я слышу только финский и сибирские маяки и то только 100-ваттные посылки, да и их еле-еле и не всегда!
Пробую передачу. С этой целью я минут на десять запустил маяк, чтобы посмотреть как на него отреагируют споты reversebeacon. Картинка была вот такой:
Практически вся Европа оказалась накрытой!
Результат мне понравился! Антенна быстро разворачивается, не так привлекает внимание, как диполь. Осталось подобрать оптимальную площадь пластины, да установить магниты помощнее и у нас есть отличное решение для работы с любой стоянки, пока остальные члены семьи ходят по всяким шопингам с фастфудами!
В заключение, как обещал полный комплект файлов для изготовления автомобильной антенны.
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