В простых многодиапазонных вертикальных антеннах есть два главных ограничения, препятствующих увеличению числа диапазонов.

На низшем диапазоне проблема в получении высокого КПД. Сопротивление излучения вертикальной антенны ниже четверти длины волны падает пропорционально квадрату укорочения. Для четвертьволновой антенны на грунте оно около 37 Ом, а для антенны 0,13λ - 10 Ом. При меньшей высоте система антенна-СУ быстро теряет КПД. Следовательно, если антенна должна работать, начиная с 3,5 МГц, то её физическая высота должна быть не менее 11 м.

Но простая вертикальная антенна с такой высотой бесполезна на диапазонах 21, 24 и 28 МГц. При одиннадцати метрах электрическая длина антенны получается больше 0,7λ. Диаграмма направленности антенны при этом сильно "задирается" вверх, и она перестаёт соответствовать требованиям пунктов 1 и 2. Согласовать-то её можно, а работать с DX-ми почти невозможно.

Причиной тому (задирания излучения вверх при высоте антенны более 0,625λ) служит появление на длинном полотне антенны большого участка с противофазным током. Этот участок начинается от точки питания и идёт до высоты, от которой до верха антенны остаётся 0,625λ. Например, при физической высоте вертикала 11 м на диапазоне 28 МГц (0,625λ составит тут 7,5 м) лишними будут первые 11-7,5 = 3,5 м высоты "вертикала".

Напрашивается очевидный вывод: надо сделать так, чтобы при работе на диапазонах 21...28 МГц нижние 3,5 м "вертикала" не излучали, но оставались бы в работе на всех остальных диапазонах.

Простейший выход - экранировать нижние 3,5 метра "вертикала". Но не сплошным металлом, а набором вертикальных проводов. Такая конструкция показана на рис. 1 (общий вид) и рис. 2 (экран нижней части с точкой питания).

Рис. 1. Конструкция антенны - общий вид

Рис. 2. Конструкция атенны - экран нижней части с точкой питания

Антенна представляет собой обычный на изоляторе. Высота излучателя критична, а диаметр нет (можно применить от тонкой проволоки на изоляторе до трубы).

На высоту 3,5 м (критичный размер) до изолятора вокруг излучателя установлен цилиндрический сеточный экран, состоящий из восьми проволок диаметром 1...2 мм, равномерно расположенных по радиусу 15 см (критичный размер). Внизу проволоки экрана соединены непосредственно с системой заземления. Вверху они замкнуты проволочным кольцом и изолированы от "вертикала". Конструктивно проволоки экрана закреплены на прикреплённых к мачте диэлектрических распорках длиной 35 см (автор использовал недорогие бамбуковые подпорки для растений).

В точке питания между "вертикалом" и заземлением (т. е. параллельно выходу тюнера) установлена не отключаемая катушка индуктивностью 7,5 мкГн. Она облегчает требования к тюнеру на диапазоне 3,5 МГц и снимает статические заряды с "вертикала". Для снижения
потерь на 3,5 МГц и успешного "поглощения" наведённых токов от близкого удара молнии провод катушки должен быть диаметром не меньше 2 мм.

Система противовесов ("радиалов") обычна для многодиапазонного "вертикала". Если антенна установлена непосредственно на земле, то укладываются несколько (чем больше, тем лучше, но минимум четыре) нерезонансных "радиалов" длиной несколько метров (для работы от 3,5 МГц минимум 10 м) прямо на грунт (или неглубоко прикопанных).

Если основание антенны приподнято над землёй, то потребуются резонансные противовесы на диапазоны 3,5, 7, 18 и 24 МГц (их хватит и для остальных диапазонов). Их число зависит от высоты расположения противовесов. При высоте 0,1...1 м на 3,5 и 7 МГц потребуется минимум по четыре противовеса на каждый диапазон. При высоте 2,5...3 м (например, антенна в саду и противовесы подняты, чтобы не мешать дачным делам) минимально хватит по паре диапазонных противовесов.

В любом случае не забывайте, что слишком хорошей земли для "вертикала" (особенно укороченного, а на 3,5 МГц он таким является) не бывает. Поэтому при возможности не скупитесь на число противовесов.

Диаграммы направленности

При анализе высоких "вертикалов" в качестве первого шага всегда следует смотреть их азимутальную ДН над идеальной землёй. Пока в такой модели главный лепесток направлен вдоль земли, электрическая высота "вертикала" не избыточна. А как только максимум излучения над идеальной землёй пошёл вверх, антенна электрически слишком длинна и для работы с DX-ми малопригодна.

Для анализа, насколько эффективен наш экран на 21...28 МГц, сравним диаграммы направленности над идеальной землёй данной конструкции и обычного вертикала с той же высотой 11 м. На рис. 3 (обычный GP) и рис. 4 (описываемая конструкция) показаны ДН обеих антенн по диапазонам.

Рис. 3. Диаграммы направленности антенны по диапазонам

Рис. 4. Диаграммы направленности антенны по диапазонам

Хорошо видно, что обычный GP высотой 11 м на 21 и 28 МГц излучает вверх и для работы с DX-ми непригоден. А описываемая конструкция не только удерживает излучение внизу, но и даёт заметную прибавку в усилении: 3,4 дБ - на 21 МГц, больше 4 дБ - на 28 МГц. Причём эта прибавка (в отличие от простого "вертикала", который тоже даёт 1.2 дБ прибавки к усилению) - в направлении вдоль земли, т. е. на DX-трассы.

На рис. 5 и рис. 6 представлено сравнение тех же антенн над реальной средней землёй. Видно, что с ростом частоты у нашего "вертикала" растёт не только усиление, но и опускается вниз максимум главного лепестка. Конкретные цифры зависят от качества земли и числа "радиалов". Чем лучше земля и больше "радиалов", тем выше прибавка в усилении под низкими углами и ниже максимум излучения.

Рис. 5. Диаграммы направленности антенны по диапазонам

Рис. 6. Диаграммы направленности антенны по диапазонам

Результаты и выводы

В моём случае антенна установлена непосредственно на земле. Её излучатель изготовлен из телескопически состыкованных алюминиевых труб. Десять "радиалов" длиной по 12 м лежат непосредственно на грунте. Использованы внешний автоматический тюнер LDG RT-600 и транзисторный усилитель мощностью 300 Вт.

По не научному субъективному ощущению антенна работала хорошо. На 3,5 МГц есть подтверждённые связи с несколькими экспедициями в Океанию (т. е. пробивался европейский "pile-up"). На ВЧ-диапазонах описываемая антенна выигрывала от 1 до 4 баллов на DX-трассах у "вертикала" Cushcraft R8 (высота - 8,7 м, диапазоны - от 7 MRr и выше), установленного на крыше одноэтажного здания клуба (т. е. выше, чем наша антенна).

Автор: Игорь Гончаренко (DL2KQ), г. Бонн, Германия