Эта антенна (рис. 1) работает в полосе частот от 14 до 29,5 МГц, в которую попадают пять радиолюбительских диапазонов. Настроить её избирательно на нужный диапазон позволяет система дистанционного управления. Антенна достаточно компактна, и её вместе с мачтой можно перевозить в багажнике или салоне легкового автомобиля. Длина любой её детали не превышает двух метров, а диаметр рамки - менее одного метра. Конструкция антенны предусматривает её быструю установку силами одного человека в походных условиях, например, в лесу на поляне, под деревьями, на даче, на каменистом или песчаном острове, на борту маломерного судна. Для установки не требуются оттяжки, и тем не менее конструкция легко выдерживает порывы даже штормового ветра.
Рис. 1. Внешний вид антенны UA6AGW
Электрическая схема антенны практически не отличается от опубликованных ранее ненаправленных антенн конструкции UA6AGW, например [1]. Размеры этой версии антенны показаны на рис. 2. Для работы в полосе частот 18...29,5 МГц длина лучей составляет 1,6 м. Чтобы работать в диапазоне 14...18 МГц, длину каждого луча следует увеличить до трёх метров, а параллельно конденсатору С2 подключить дополнительный конденсатор ёмкостью 25 пФ. В авторской конструкции он изготовлен из отрезка коаксиального кабеля диаметром 8 мм с волновым сопротивлением 75 Ом. Применение дополнительного конденсатора обусловлено в данном случае недостаточной максимальной ёмкостью применённого КПЕ. Учитывая доступность антенны в походных условиях, выполнить эти операции несложно.
Рис. 2. Электрическая схема антенны
Рамка антенны изготовлена из коаксиального кабеля LCF12-50J S, применяемого в фидерных линиях на станциях сотовой связи. Его наружный диаметр - около 15 мм. Внешний проводник ("оплётка") кабеля выполнен из медной гофрированной трубы диаметром 13,8 мм, внутренний проводник - медная труба диаметром 4,8 мм. Пространство между ними заполнено вспененным полиэтиленом. Чёрная ПВХ-оболочка кабеля удалена, так как наполнитель, который она содержит, создаёт значительные потери на высокой частоте. Внешний проводник ("оплётку") следует покрыть несколькими слоями защитного лака и надеть поверх неё пластиковую электромонтажную гофрированную трубу.
Каждый луч антенны представляет собой телескопическую конструкцию, состоящую из двух дюралюминиевых труб диаметром 14 и 18 мм и длиной 1,55 м каждая. Во внешних торцах труб большего диаметра пропилены пазы длиной около 100 мм и шириной 1,5...2 мм, которые способствуют надёжной фиксации труб малого диаметра и обеспечению хорошего электрического контакта при развёртывании лучей в рабочее положение для диапазона 14 МГц. Там же на торцах установлены червячные хомуты, с помощью которых зажимают внутренние трубы.
Противоположные концы больших труб закреплены через подвижные шарниры к U-образной пластине, согнутой из листового винипласта толщиной 3...4 мм (рис. 3). Пластина, рамка антенны, петля связи и коробка с конденсаторами закреплены на деревянном брусе сечением 25x25 мм, который, в свою очередь, крепится к мачте. Приблизительно на расстоянии 100 мм от внутренних торцов в каждую трубу вмонтирован болт М4 с гайкой, которые служат для подключения дополнительного конденсатора на диапазоне 14 МГц. Узел крепления лучей позволяет поворачивать их либо в рабочее, либо в походное положение. В сложенном состоянии длина каждого луча составляет 1,6 м, в разложенном - около 3 м.
Рис. 3. Подвижные шарниры и U-образная пластина
Лучи соединены с внешней оболочной кабеля рамки голым многожильным медным проводом. Поскольку пайка алюминия дело "хлопотное", к внутренним торцам больших труб для снижения переходного сопротивления приклёпано по четыре контактных лепестка алюминиевыми заклёпками. Провода, соединяющие лучи с рамкой, припаяны ко всем четырём лепесткам. Места клёпки и пайки защищены от атмосферных воздействий несколькими слоями изоляционной ленты.
Конденсатор С1 - К15У-1В 3,5 кВ 4,7 пФ 4 кВАр. Конденсатор С2 - самодельный переменной ёмкости типа "бабочка", состоящий из шести роторных и семи статорных пластин. Размеры конденсатора - 115x130 мм. Пластины изготовлены из оцинкованного стального листа толщиной 0,5 мм. Площадь каждой статорной пластины - 24 см2, площадь каждой роторной пластины в два раза больше. Детали конденсатора собраны на резьбовых шпильках М5, дистанционными втулками служат гайки М5. Применение стали на работоспособности узла отрицательно не сказалось. Впрочем, ничто не мешает применить здесь другие материалы. Автором также был опробован вариант с применением стандартного КПЕ-2, у которого были удалены через одну роторные и статорные пластины.
Дистанционное управление переменным конденсатором С2 осуществляют сервоприводом рулевой машинки HiTec HS-311 типоразмера Standard, применяемой в авто- или авиамоделях. Для механической связи сервопривода и конденсатора применены стандартные качалки и тяги из проволоки (рис. 4).
Рис. 4. Качалки и тяги из проволоки
Конденсаторы С1, С2 и механизм сервопривода размещены в герметичной пластиковой распаечной коробке размерами 140x200 мм для открытой электропроводки.
Для управления сервоприводом служит выносной пульт (рис. 5), изготовленный на базе сервотестера с цифровым индикатором [2]. Команды на сервопривод передаются по кабелю UTP-4-С5е - витой паре 4x2 для компьютерных вычислительных сетей. Используются три пары проводов (по два провода, включённых параллельно).
Рис. 5. Выносной пульт
Цифры на индикаторе сервотестера показывают угол поворота вала рулевой машинки. На корпусе пульта закреплена таблица, указывающая, какое числовое значение следует выставить на индикаторе для работы антенны на том или ином диапазоне и в зависимости от длины лучей (эта таблица составляется в процессе настройки антенны). На сервотестере слева расположена кнопка "Select", при нажатии на которую после установки необходимого значения на индикаторе выполняется поворот вала рулевой машинки на установленный угол. В исходном положении два из трёх проводов кабеля, идущих от пульта управления к рулевой машинке, разомкнуты. Сделано это для того, чтобы исключить самопроизвольное проворачивание сервопривода под действием наведённого напряжения. Для этих же целей на кабель управления надето ферритовое кольцо в месте его подводки к сервоприводу.
При нажатии на кнопку "Select" контакты замыкаются, и вал рулевой машинки устанавливается в нужное положение. Время поворота ротора конденсатора из одного крайнего положения в другое - около секунды, точность позиционирования за счёт обратной связи очень высока. Чтобы было удобнее управлять сервотестером, штатная ручка регулятора установки угла заменена ручкой большего диаметра. Для питания сервотестера требуется стабилизированный источник постоянного напряжения от +4,8 до +6 В. При напряжении питания +6 В кабель управления может быть длиной 50 и более метров.
Петля связи изготовлена из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом, по которому питается антенна. Основные размеры петли и способ её изготовления показаны на рис. 6. На конце кабеля и в месте, отстоящем от него на 400 мм, удалена внешняя изоляционная ПВХ-оболочка, а в середине этого отрезка на длину 10 мм удалена и оболочка, и внешний проводник - оплётка (рис. 6). Внутренний проводник припаивают на конце кабеля к оплётке. Затем этот конец кабеля накладывают на второй участок с удалённой внешней изоляцией и припаивают к нему. Полученную петлю прикрепляют к верхней части рамки антенны (см. рис. 3), которая, в свою очередь, закреплена на рейке с помощью нейлоновых кабельных стяжек. При монтаже верхушка мачты, точка симметрии петли связи и точка симметрии излучающей рамки должны совпасть. На одинаковом расстоянии влево и вправо от точек симметрии (ориентировочно 4...5 см) петля связи с помощью кабельных стяжек крепится к излучающей рамке. Симметрия в этом месте важна, она позволяет избежать появления токов на оплётке питающего кабеля и работать без "земли". Антенна монтируется на мачте высотой около шести метров. Она состоит из трёх пластиковых труб диаметром 42, 36 и 30 мм. Автор использовал три секции восьмиметровой мачты из комплекта "Мачта-8-2у" производства фирмы R-QUAD. Изначально антенну собирают на земле в горизонтальном положении, после чего устанавливают в вертикальное положение и фиксируют в нужном направлении с помощью подпорок, которые, в свою очередь, крепятся с помощью металлических кольев, вбитых в грунт. Этих двухметровых подпорок вполне достаточно, чтобы надёжно зафиксировать антенну.
Рис. 6. Основные размеры петли саязи и способ её изготовления
На этапе предварительной настройки антенны может потребоваться изменение формы петли связи из округлой в вытянутую (овальную), и наоборот, и подбор длины лучей. Критерием оптимальной настройки следует считать минимальное значение КСВ (у автора не хуже 1,5) на указанных диапазонах. Антенна достаточно широкополосная, и при настройке на середину любого любительского диапазона дополнительная подстройка, как правило, не требуется. КСВ в пределах всего диапазона не должен превышать значения 2, за исключением, пожалуй, только диапазона 10 метров. При работе на его крайних частотах может потребоваться дополнительная подстройка.
Диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости имеет вид эллипса, вытянутого продольно лучам, и не имеет глубоких провалов. Разница уровней сигнала, излучаемого в направлении лучей и перпендикулярно им, - около 3 дБ.
Первое же испытание антенны на диапазоне 10 метров позволило провести связь с островом Тасмания. Впоследствии на разных диапазонах, а особенно на 20 метрах, было проведено множество QSO. Во всех случаях антенна показала хорошую эффективность.
Литература
1. Грачёв А. Антенна UA6AGW v. 40. - Радио, 2011, № 2, с. 59-61.
2. Цифровой сервопривод тестер. - URL: http://ru.aliexpress.com/item/Digital-Servo-Tester-ESC-Consistency-Tester-for-RC-Helicopter-4-8v-6v-20423/737234182. html (29.02.16).
Автор: Александр Грачёв (UA6AGW), г. Краснодар