Друзья, привет!
Согласитесь, ограниченные возможности установки полноразмерных антенн значительно увеличивают изобретательский потенциал! Чего я только уже не придумывал, чтобы получить возможность работать в эфире в условиях полного отсутствия доступа на крышу и невозможности установить любую конструкцию на фасаде. Начиналось все с обычной 10-метровой "веревки" (long wire), потом были эксперименты с магнитной антенной, а потом целая серия конструкций на основе удочки. Все эти антенны хотя бы частично решали проблему работы в радиолюбительском эфире. Частично, поскольку основной враг - высокий уровень бытовых помех ни одна антенная система преодолеть не смогла. Печально, но чистый эфир только за городом. Но об этом я говорить сегодня не буду. И так всем ясно...
А пойдет речь о неудобствах балконных антенн для бытовых условий. Да-да! Оказывается все эти конструкции могут доставлять неудобства! И не только своему создателю, но и домочадцам, которые могут совсем не разделять увлечение главы семьи. Так, магнитная рамка занимает почти все пространство балкона и мешает развешивать белье после стирки. А удочковые антенны требуют раскрытия окон и создания громоздких удерживающих устройств, которые тоже не способствуют свободе передвижения по балкону. В общем, как-то я выкручивался, а супруга, со временем, даже свыклась с нецелевой (на ее взгляд) эксплуатацией подсобного помещения... Однако, мысль о несовершенстве моего антенного хозяйства продолжала тревожить мое инженерное начало. Как бы так сделать, чтобы антенна и свои функции неплохо выполняла, и не мешала никому, и не требовала времени на развертывание и настройку.
Идея была не моя. Как-то раз в нашем MAX-чате Клуба-72 появилась интересная информация. Уважаемый аксакал Клуба - Максим (R1AR), рассказал об экспериментах с быстровозводимой антенной-диполем в виде двух проводов, уложенных произвольным образом в проеме окна.
Вот что говорил о конструкции сам R1AR.
Первую ант я назвал "ОДНА НОЧКА" - скотчем по периметру окна( изнутри) приклеен диполь на диапазон 17 м, по 8,5 м на плечо. Геометрия произвольная. На фото, возможно, что то видно. Есть первая связь на неродном 20м диапазоне 14013 LZ2PP Val дал 559. Мои 3 Вт, КСВ 1,8. Ставлю 100 МВт, зову рядом LZ1ZJ, получаю 229 и hpe cee u next time. Я доволен.
А далее состоялся такой диалог.
- Проще на елку луч 16,2 метра кинуть
- Будет и наружняя ант. Это спец. эксперимент. Называется ОДНА НОЧКА не случайно. Вот приехал ты в гостиницу, или какие другие стесненные обстоятельства... Многие делали что то подобное. А я ещё нет. А "на ёлку" конечно лучше, но не так интересно.
Вот такая конструкция! Совершенно не сложная, компактная, да еще и мобильная. В смысле - окно везде найти можно!
И так она мне понравилась, что я решил проделать нечто аналогичное со своим балконом. Тем более, что места у меня гораздо больше.
Начать решил с экспериментов. Расплел 5 метров косички от Ethernet-кабеля и развесил два плеча диполя вдоль окна зигзагом.
Развесил так, чтобы провод, по большей части, проходил в районе стекла, а не металлической рамы. Для подключения к кабелю использовал адаптер, который я проектировал для полевой антенны GP на удочке.
После настройки длины хвостов (избыток длины я просто сворачивал в бухточку) где-то около 4.75 метра, NanoVNA показал следующую картину.
Итак, желтый график КСВ проходит где-то высоко. Видно, что в точке 14.160 МГц его значение составляет 7.26. Верхняя граница отображаемого диапазона, по-умолчанию, равна 3. Тем не менее, по диаграмме Смита видно, что график в этой точке проходит через горизонтальную ось. Это значит, что резонанс имеет место быть. Только где-то очень высоко, если судить по КСВ. Почему? Ответ на этот вопрос тоже дает диаграмма Смита. Видно, что сопротивление антенны в точке резонанса составляет примерно 6,9 Ом. Естественно, что никакого согласования с 50-омным сопротивлением входа NanoVNA нет и в помине. Отсюда такой высокий КСВ.
Интересно, является ли низкий импеданс антенны такого рода (гармошка) ее неотъемлемым свойством? Я решил провести моделирование в MMANA.
Модель получилась довольно условная, не учитывающая плавных загибов и провисаний провода. Кроме того, она подразумевала открытое пространство. Тем не менее, главное я выяснил - сопротивление такой антенны действительно находится на очень низком уровне. В различных вариантах моделей я получал значения от 4 до 12 Ом. Без согласующего устройства использовать антенну нельзя. Универсального антенного тюнера у меня нет. Обычно обхожусь широкополосными трансформаторами. У меня уже был изготовлен трансформатор 1:4 и для начала я решил попробовать его. По-идее, он должен поднять сопротивление в 4 раза. Примерно до 27...28 Ом. А это, в свою очередь дало бы КСВ менее 2-х. Попробуем.
Для эксперимента я использовал широкополосный трансформатор, который изготовил для экспериментов с походным телескопическим диполем.
После подключения трансформатора диаграмма Смита приобрела следующий вид:
Все, как и ожидалось! Входное сопротивление антенны выросло в 4 раза - до 26.8 Ома. Соответственно, КСВ в точке резонанса добрался до 1.8. Уже неплохо! Можно пробовать работать. Можно, но...
Выяснилась одна небольшая особенность. Как только я натянул антенну на балконное окно, супруге сразу понадобилось его открыть! Для этого антенну конечно же не нужно демонтировать полностью. Достаточно открутить адаптер. Тем не менее, пока я несколько раз откручивал-затягивал винты одно контактное колечко обломилось, а я загрузился необходимостью некого изменения конструкции с целью ее упрочнения и упрощения доступа к окну. В результате обдумывания родился следующий план.
Во-первых, нужно взять более толстый и прочный провод. Где-то год назад я купил на распродаже 50-метровую бухту многожильного ПУВГ 0,75 кв.мм. Он довольно эластичный и очень прочный. Отрезал два куска по 5 метров, с запасом, и вновь проложил его в такой же конфигурации что и раньше.
Во вторых, для упрощения процедуры открывания окна я решил отказаться от винтовых соединений, заменив их на разъемы типа "банан" для акустики. Штекеры у меня были, а вот гнезда нужно было приобрести. Вот такие были куплены по 30 рублей в Чипе:
В третьих, хотелось бы улучшить КСВ, приблизив его к единице. Идеально было бы изготовить широкополосный трансформатор с коэффициентом трансформации сопротивлений примерно 1:8. Как раз получилось бы около 50 Ом. Однако это будет трудно сделать без нарушения волнового сопротивления длинной линии в его основе. А что если сделать трансформатор с коэффициентом 1:9? Да, не идеальный случай, но это даст нам входное сопротивление антенны примерно 62 Ома. Небольшой перебор, однако не в два раза как для случая с 26-ю Омами.
Начнем с трансформатора. К витой паре от Ethernet-кабеля я добавил еще один провод. Получилось три провода. Затем попарно соединил окончания и начала обмоток. Получилась вот такая конструкция:
Синий провод - первая обмотка. Нижний синий вывод будет общим. Сюда пойдет провод от левого плеча диполя. Второй синий вывод соединен с началом второй обмотки (бело-синий провод). Это соединение оставлено длинным. К нему пойдет провод от правого плеча диполя. Окончание бело-синей обмотки соединено с началом бело-желтой (третьей) обмотки. СОединение сделано коротким - сюда ничего не подключаем. И, наконец окончание 3-й обмотки (верхний провод) пойдет на выход - на кабель. На его землю также пойдет провод от нижнего вывода синей обмотки.
Чтобы конструкция приобрела законченный вид я решил, что неплохо будет все элементы нового адаптера объединить в рамках единого устройства. После 30 минут проектирования и 50 минут печати на 3D-принтере я получил вот такое основание адаптера:
В сборе новый адаптер стал выглядеть вот так:
Думаю, по фотографии все видно и дополнительных комментариев не требуется. Модель не сложная. Не знаю, стоит ли ее публиковать. По-сути безделица... Да и разработана под колечко диаметром 18 мм. Если кому-то потребуется - напишите в комментариях, я выложу в открытый доступ.
Смотрим на графики.
Видно, что сопротивление в точке резонанса составило 61,1 Ома. Это очень точно совпадает с предсказанным результатом. В свою очередь КСВ в точке резонанса уменьшился почти до 1,2. Более того, нв всем телеграфном участке 20-метрового диапазона он не поднимается выше 1,75. График немного несимметричный. Такое ощущение. что где-то проклевывается еще один резонанс. Возможно из-за конструкции трансформатора, а может быть из-за влияния металлических конструкций окна...
Субъективные ощущения от прослушивания эфира оказались примерно такими же, что и с магнитной антенной. Показалось, что у диполя чувствительность немного выше. Хотя, все это может быть из-за вариаций прохождения и уровня бытовых помех. Я немного поработал маячком, чтобы оценить слышимость моего передатчика на скиммерах. Мощность примерно 4...4.5 Вт. В разное время суток лучше были слышны различные части Европы.
Слышимость тоже примерно на уровне магнитной рамки. Хотя рамку я могу более точно на Европу направлять, а диполь висит у меня в направлении на юг. Теперь дело за связями. Посмотрим, на что эта "Одна ночка" способна. Еще хотелось бы выяснить, как влияет конфигурация подвеса на характеристики. Это все идеи для будущих экспериментов.
В целом, антенна интересная. Экономная. На балконе места не занимает и вполне себе может быть захвачена в командировки...
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