Антенна  на лоджии

Жизнь радиолюбителя (особенно в городе) определяется многими факторами. Одним из важнейших является возможность разместить антенное хозяйство беспрепятственно на «крыше дома своего»… Вы встречали такого радиолюбителя, кто, меняя QTH, отказался бы от шека на последнем этаже многоэтажного дома? И с доступом на крышу… Одним словом, голова нужна не только, чтобы ею водку пить, ею и думать иногда полезно... Нет выхода на крышу (домоуправление, замок, ключи и прочие «соседи»…) - бум работать с лоджии! Начало положено! Хочу поделиться впечатлениями от своей новой антенны на новом QTH. Я просто повторил свою конструкцию 10-12 летней давности. Это вынужденный вариант антенны на лоджии, т.к. выхода на крышу нет. Ее конструкция ясна из рисунка ниже. Рис.1 Описание Это рамочная антенна. В варианте, показанном на рис.1, она имеет вертикальную поляризацию. Для ее создания антенна запитывается в середине левого вертикального провода при помощи «косички» из того же провода, что и полотно антенны (т.е., «косичка» - это продолжение полотна антенны). Слева или справа сделан вывод «косички» принципиального значения не имеет. Я делал и так и так. Для получения горизонтальной поляризации «косичка» должна выходить из середины горизонтальной части, верхней или нижней. Полотно антенны было изготовлено из цельного (без разрезов) провода именно потому, что можно легко перевести (перетянуть) антенну в нужную поляризацию. Это важно, т.к. при приеме вертикальной поляризации на горизонтальную антенну теряется до 3-х баллов уровня сигнала. Поэтому для широко распространенных трайбендеров лучше чтобы отвод был сделан от середины горизонтальной части - можно будет провести более дальние связи. Размеры антенны 3,36 х 1.5 х 3,36 х 1.5 м. Можно передвинуть провод так, чтобы «косичка» встала в середине горизонтальной части, поскольку углы рамки жестко не закреплены. В данном конкретном случае, поскольку провод антенны в полихлорвиниле и с шелковой изоляцией внутри, по углам рамки использованы 8 гвоздей для крепления, которые изогнуты полукольцом, чтобы провод не соскальзывал. Применен монтажный многожильный медный провод диаметром по ПВХ-изоляции 2.5 мм, черного цвета. Общая длина провода около 12 метров. Это 1,03λ на диапазон 10 м. Такую длину обычно берут, когда вешают полноразмерный квадрат на 10 м. Длина провода должна быть немного длиннее рабочей длины волны. После натяжения полотна антенны остаток провода длиной около 1,5 метров (λ/8) свит в «косичку» (чем не согласующая линия?). Такая длина выбрана не случайно, λ/8 - это электрическая длина косички для диапазона 10 м. На конце "косички" установлен симметрирующий балун 4:1. Рис.2 «Косичка» имеет шаг скрутки примерно 2х80 мм. Скрутка применена для того, чтобы провода шли вместе рядом как один шнур без применения специальных мер их удержания. Особого значения это не имеет. При желании можно выполнить линию и по-другому. Есть небольшой нюанс, связанный с собственной емкостью линии, которая оказывается подключенной к полотну рамки, понижая некоторым образом её резонансную частоту. Полная настройка и согласование всё равно осуществляется антенным тюнером, вгоняя её в резонанс на нужной частоте. На конце «косички» в данной конструкции применен готовый balun RBA 4:1 фирмы LDG на мощность до 150 Вт. По понятным причинам он не вскрывался. Судя по размерам коробочки наружный диаметр ферритового кольца примерно 40 мм. Но можно сделать балун и самому по многочисленным публикациям в интернете. Например, в два провода d=1 мм намотать 10-12 витков по окружности (зависит от μ). Соединение выводов обмоток показано на схеме (рис.2). Есть и другие варианты. Смотрите на форумах - там все понятно описано, как сделать самому. Кабель 50 Ом, примерно 5 метров, с ферритовой защелкой от ПК (сразу после балуна), чтобы не было затекания ВЧ на поверхность кабеля и не было помех ТВ. Можно поставить и две защелки на обоих концах кабеля. Следует учитывать также и качество передатчика. Вторая гармоника излучаемого сигнала должна быть хорошо подавлена, иначе на частоте 1 канала ТВ при непосредственной близости телевизора от трансивера (у меня он стоит на расстоянии в 1 м) могут появиться помехи на изображении. Если помехи будут, то следует улучшить режим работы выходного каскада передатчика или поставить на выходе фильтр против TVI. Следует заметить, что помехи могут быть только на диапазоне 10 м и только на первом канале ТВ. При работе телевизора на других каналах помехи никогда не возникали. Длина кабеля принципиального значения не имеет, хотя наука рекомендует применять длины кабеля, кратные рабочей полволны с учетом укорочения в кабеле. Это условие выполняется только для однодиапазонной антенны. У нас антенна многодиапазонная, поэтому на более низких частотах электрическая длина кабеля будет всегда меньше полволны, т.е. в случае неполного согласования с антенной обязательно будет реактивная компонента, которую нужно будет всё равно скомпенсировать тюнером при настройке антенны. Кабель подключен к автоматическому антенному тюнеру Z-100. Вариант без балуна В первом варианте этой антенны 10-12 летней давности балун не применялся вообще (см. рис.3). На концы линии подключались два раздельных переменных конденсатора 12/495пФ навстречу друг-другу. Центральная жила кабеля подключалась к точке соединения конденсаторов, а оплетка кабеля на провод, идущий к нижнему проводу рамки. Конденсатор, включенный между центральной жилой и оплеткой, выполняет роль конденсатора связи. А второй конденсатор - выполняет настройку антенны в резонанс. При первой настройке конденсатор связи ставят на максимум, а резонанса на минимум. Затем при малой мощности по минимуму КСВ находят резонанс антенны. Далее уменьшают связь и снова подстраивают по минимуму. Находят точку КСВ максимально близкую к 1. Далее увеличивают мощность и снова слегка подстраивают по минимуму КСВ. Окончательно проверяют уже на полной мощности 100 Вт. На эту антенну, кстати, мне удавались связи не только со Штатами, но и Японией. А самая дальняя была с Аргентиной, южной её оконечностью. Там до Антарктиды уже рукой подать. Рис.3 Результаты Плоскость рамки моей антенны - север-юг. Т.е., максимум излучения на запад и по идее она не должна принимать сигналы ни с севера, ни с юга, а только с запада и с востока, через весь дом… Проход на 10-ке продолжается и весьма неплохой (вторая неделя июня)! Первое же включение на диапазоне 10 метров сразу дало связь с Берлином, DM5BB. Он сообщил, что на свою магнитную рамку диаметром 900 мм, установленную на балконе, он выполнил DXCC! Это намек для тех, кто не верит в магнитные рамки... Затем навалились московские ребята в количестве 9 человек и разговор пошел про эту антенну. Всех интересовала её эффективность и диапазонность. На следующий день (14.06.2010 г.) включился снова и сразу первая связь с Осло, LA9ED. С федингом от 1 до 9 баллов проходил SP3BP, а рядом чуть в стороне с таким же сигналом - F5BBD, что означает, что прохождение было практически до самых западных окраин Европы. Италия и Германия тут практически слышны регулярно. Правда, я не смог принять ни Британию, ни Испанию, ни Португалию. Были похожие сигналы, но близко к уровню шумов и я не смог их точно идентифицировать. Вот тут я пожалел, что у меня не ТПП, а супергетеродин с тройным преобразованием частоты... Шумноват он, хоть и фирменный, для такого дела... 15.06.2010 г. слышал Испанию, EA1DS, 1-й радиолюбительский район этой страны... При указанных размерах эффективность такой антенны не уступает полноразмерному квадрату более 1 дБ на диапазоне 10 метров. Далее я попробовал ее согласование на более низких диапазонах. Прогнал по КСВ по уровню 1.5 и получил 27,780 мГц до 29.7 мГц. На диапазоне 15 метров от 20.620 до 21,500 мГц. На 20 метрах от 13,7 до 14,7 мГц. На диапазоне 40 метров от 6.9 до 7.6 мГц. На 80 метров от 3,625 до 3,88 мГц. Само собой, строится и на всех промежуточных диапазонах с аналогичными результатами. Что касается эффективности на диапазонах. Тут вопрос сложный, потому как балун у меня стоит "кривой". Но по первым прикидкам на 15 метрах 70%, на 20 метров порядка 50%. Более низкие диапазоны само-собой будет ещё ниже. Но на прием работают хорошо. В дополнение к выше сказанному... Как уже упоминалось, моя рамка установлена в плоскости север-юг, т.е. по идее не должна принимать сигналы ни с севера, ни с юга... только с запада и с востока через весь дом... Ан нет! Доказательством тому служит связь с Сергеем, UA6AES, из Краснодара. Ответил сразу, правда рапорт дал 57, но если учесть, что у него 2 квадрата с горизонтальной поляризацией, а у меня квадрат с вертикальной, то мне и не следовало ожидать рапорта более хорошего! Важно, что он меня услышал и ответил. Хотя находился в зоне, откуда по идее никакого приема и быть не должно... И вообще антенна работает нормально, если я кого-то слышу, то связь с ним могу установить однозначно. Вот вам и суррогатная антенна на балконе... Она оказывается тоже кое-чего могЁт - того, чего от неё не ожидаешь!! Что скажете, господа-товарищи радиолюбители? Немного новой информации об антенне на лоджии. Поскольку стали поступать вопросы по реализации такой антенны радиолюбителями, пришлось провести более полный анализ её особенностей для лучшего понимания её свойств и возможностей. Прежде всего, нужно понимать, что в основе этой многодиапазонной антенны лежит обычная рамочная антенна диапазона 10 метров, только не квадратная, а прямоугольная. Вот я и решил проверить, что из себя представляет, так сказать, «базовый вариант» этой антенны. Прежде всего, следовало измерить КСВ самой антенны без дополнительных подстроечных элементов. Отключил тюнер и прогнал КСВ, начиная с верхних частот. Трансивер был включен напрямую к кабелю. Балун тоже остался на месте. Внутренности балуна представлены на фото ниже. Вот что получилось в результате моих измерений. Исходный КСВ был очень большим и по мере снижения частоты стал снижаться до удобоваримых значений 3 и менее. Ниже в таблице 1 приведены значения частот, внутри которых КСВ не превышал величины 3. При выходном 50 Ом значение КСВ =3 означает, что сопротивление нагрузки либо в 3 раза больше, т.е. 150 Ом, либо в 3 раза меньше, т.е. 16 Ом. Поскольку на ВЧ антенна практически полноразмерная, то применим первый вариант (на пониженных частотах возможен и второй вариант). Данные замеров следующие: На рис. 4 приведен график зависимости КСВ от частоты. Рис. 4 Зависимость КСВ от частоты Полоса по уровню 1,5 составляет 6.2 МГц. По графику видно, что антенна полностью согласована в полосе частот от 28,5 до 34,7 МГц (частота резонанса получилась 31,7 МГц) и применение тюнера здесь не требуется. Результат вполне адекватный в соответствии с размерами антенны. Тюнер нужен при работе в диапазоне от 28,0 до 28,5 МГц. Это тоже понятно, т.к. антенна короче, чем нужно для работы на этом диапазоне. Однако, раз согласование получилось, то получается, что косичка (фактически это симметричный фидер с волновым сопротивлением порядка 200 Ом) повысила сопротивление антенны с величины стандартных для рамок примерно 100 Ом до 200 Ом, а затем трансформатор разделил это на 4 и получилось просто 50 Ом. Это отрадно. При снижении частоты заметных субрезонансов нет ни на частотах 24 МГц, ни на частотах 21 МГц, ни на 18 МГц, ни на 14 МГц. Следовательно, антенна не является резонансной для этих частот. Без применения тюнера здесь никак не обойтись. В процессе измерений выяснилось, что есть два субрезонанса на частотах 17,2 и 6,6 МГц. Выглядит это примерно так: Анализируя эти данные, получается, что субрезонансы кратны примерно половинной частоте резонанса антенны и одной четвертой от резонансной частоты. К сожалению, первый субрезонанс оказался выше диапазона 14 МГц. Это и понятно, т.к. и в диапазоне 10 метров резонанс также находится несколько выше, чем желательно для захвата начала диапазона с телеграфным участком. А во второй субрезонанс все-таки попал диапазон 7 МГц. Наличие таких субрезонансов как раз и указывает на возможность попытаться использовать данную антенну как многодиапазонную. Естественно, что без наличия антенного тюнера это невозможно. Применяя антенный тюнер, нам удается внести в полотно антенны дополнительную реактивность, что и позволяет реализовать многодиапазонность, настраивая её в резонанс на требуемой частоте. Но, поскольку реальные размеры антенны заметно меньше требуемых, эффективность антенны будет зависеть от соотношения сопротивления излучения антенны к сопротивлению потерь. Эта антенна настраивается и в диапазоне 80 метров. На прием это заметно по увеличению силы принимаемых антенной сигналов. Однако на передачу антенна мало эффективна из-за резкого падения сопротивления излучения. Ниже по диапазону антенна уже не настраивается, делая диапазон 160 метров недоступным, хотя чего-то там и можно услышать, но примерно так же, как на кусок провода длиной 10 метров. По теории с понижением частоты сопротивление излучения будет падать, что неизбежно приводит к снижению эффективности в сравнении с полноразмерными. Это неизбежное зло, с которым приходится считаться. Но, тем не менее, эта антенна дает возможность все-таки работать в эфире в диапазонах от 40 метров и выше тем, кому установить полноразмерную антенну невозможно по объективным причинам недоступности выхода на крышу. Понизить полосу частот можно только одним способом – увеличивая периметр антенны. Для этого её нужно выносить на изоляторах за пределы лоджии хотя бы на 1 метр. Это даст прибавку + 3 метра к периметру антенного провода и улучшит параметры антенны на НЧ диапазонах. По поводу нашего балуна – симметрирующего трансформатора сопротивлений 1:4. По смыслу при наличии тюнера у балуна предполагалась одна простая задача - несимметричный выход кабеля сделать симметричным, т.е. требовалась просто симметрирование и трансформация 1:1. Но поскольку изначально в наличии такого трансформатора не оказалось, был применен трансформатор 1:4 и на практике оказалось, что он более подходящий. Остальное согласование - задача для тюнера. На фото выше представлена конструкция примененного мною балуна. Самодельная конструкция исполнения такого балуна представлена на втором фото. Какие общие выводы можно сделать? 1. Потери в малоразмерных по сравнению с длиной волны антеннах есть всегда. Потери связаны в первую очередь с тем, что с ростом длины волны падает сопротивление излучения антенны. Заметное падение начинается после того, как периметр антенны станет меньше, чем 0,25 лямбда. В нашем случае периметр чуть менее 10 м, т.е, граничная длина волны в таком случае 40 м. Все, что выше должно работать вполне прилично. И чем меньше длина волны, тем лучше. Поэтому на 10-ке антенна практически ни в чем не уступает полноразмерному квадрату. Но есть и ещё один момент, связанный с соотношением периметра и рабочей длины волны. Если на 10-ке максимум излучения лежит в перпендикуляре к плоскости рамки, то по мере увеличения длины волны происходит разворот максимума диаграммы направленности в плоскость рамки, а минимум лежит в перпендикулярной плоскости. Антенна имеет пространственную ориентацию, а не стреляет во все стороны. Это нужно иметь ввиду. 2. Антенна имеет выраженную вертикальную поляризацию. Само по себе это нормально. Другое дело разность в силе приема вертикально поляризованной волны на горизонтально поляризованную антенну (диполь, инвертед, трайбендер). Здесь падение может составлять 6-9 дБ и даже больше. А это в минус 1-2 балла по шкале S-метра. Особенно это заметно на ближних связях. На ВЧ бэндах хорошо работают и чаще применяются вертикальные антенны. На 40-ке и ниже они почти не встречаются, хотя тоже есть. Применять горизонтальную поляризацию, конечно, можно, вот только в таком варианте исполнения я её детально не исследовал. Лучше или хуже будет работать, мне сказать сложно. Единственно есть надежда, что есть прибавка за счет излучения в горизонте и приеме в горизонте. Но у меня есть опасение, что в горизонте антенна будет больше стрелять в потолок, т.е., ближние связи должны пойти лучше, чем дальние. Но это нужно проверить практически.