Направленная антенна URAN «Спутник-2 Mobi»

Став радиолюбителем и получив позывной, я постепенно начал расширять и углублять свой парк аппаратуры, и в какой-то момент возник вопрос увеличения дальности связи моих носимых УКВ-раций. Окна моей квартиры расположены так, что популярный среди питерских радиолюбителей репитер R7 принимается на обычную рацию очень неуверенно, а самому передавать на него уже не получается.

Кроме того, я стал интересоваться связью через радиолюбительские FM-спутники, которых сейчас летает порядка дюжины, и если услышать их на обычную рацию ещё возможно (при благоприятных условиях), то что-то передать — уже маловероятно. Наконец, меня заинтересовала возможность резко увеличить дальность радиосвязи с любыми другими рациями, например, при поисково-спасательных работах.

Коллеги-радиолюбители предложили обратиться в компанию STV-Ural, производящую антенны, разработанные Андреем R8CCY из Екатеринбурга. Целые разделы их каталога захватывают радиолюбительские диапазоны частот.

Выбор антенны STV-Ural

Каталог производителя обширен и склонен периодически расширяться, в том числе, и по заявкам клиентов. Кстати, их антенны для ошейников Garmin могут быть интересны кинологам (что мне близко) или охотникам (что мне не близко).

Из интересного лично мне бросилось в глаза (фото с сайта производителя):

• Направленные двухдиапазонные антенны Уда-Яги «Спутник-1». Работа с радиолюбительскими FM-спутниками требует попеременный приём в диапазоне UHF и передачу на VHF (или наоборот), для чего нужна как раз такая антенна.

• Версия «Спутник-2» в сборе вдвое длиннее, чем «Спутник-1», и раза в полтора тяжелее, взамен она даёт большее усиление примерно на 2 дБ (×1,6 по мощности). «Спутник-1» однако легче удерживать в руке, собирается он куда быстрее, и вдобавок в нём можно элементы антенны прятать внутрь траверсы (далее — бум, от англ. boom) при перевозке.

• Направленные двухдиапазонные антенны серии «Cross UV», в которых UHF и VHF секции независимы друг от друга и питаются разными кабелями. Для работы через спутники с такой антенной потребуется либо трансивер с двумя антенными выходами, либо две рации, либо специальный диплексер. В прочих случаях можно собрать лишь одну необходимую секцию.

• Однодиапазонные направленные антенны Уда-Яги. Например, одна из моделей имеет бум длиной всего 50 см, что позволяет получить предельно компактную антенну для незаметного размещения на фасаде дома.

Для начала я выбрал антенну «Спутник-2» V5U7 Mobi Light (Q15A/12A), как наиболее универсальную, — она поддерживает два диапазона, может быть использована как в полной конфигурации (преимущественно со штатива), так и в виде более компактной и лёгкой половинки, когда не требуется большое усиление, при этом ее ТТХ окажутся немного хуже, чем у «Спутник-1». В отличие от «Спутник-1», здесь нельзя спрятать элементы внутрь бума, разобранная антенна состоит из 2-3 деталей и требует чехол для перевозки.

Паспортные характеристики антенны:

• Диапазоны частот: 144 МГц (VHF, 2 метра) + 430 МГц (UHF, 70 см).
• Параметры VHF секции: 5 элементов, частота 145 ±1 МГц, Ga ~ 9 дБи, F/B ~13 дБ.
• Параметры UHF секции: 7 элементов, частота 435 ±8 МГц. Ga ~12 дБи, F/B ~20 дБ.

У штыревой антенны рации усиление в лучшем случае 2 дБи, поэтому мы получаем выигрыш не менее 7 дБ (×5 по мощности) и 10 дБ (×10 по мощности) на VHF и UHF соответственно.

• Кабель 0,6 м, разъём SMA(m) + переходник на SMA(f)
• Масса 540 г
• Транспортные габариты: 62×5×4 см + тубус Ø3×58 см.
• Габариты в сборе: 124×105×3 см.
• Опционально: сдвиг UHF-диапазона для покрытия PMR (но радиолюбителям это формально запрещено), антенные разъёмы и удлинительные кабели на выбор, разные варианты толщины бума и его покрытия (бум без покрытия мягче и склонен пачкать руки), монтажные приспособления на стену или опору, чехол для перевозки.

Мною дополнительно были заказаны чехол для перевозки и удлинительный кабель RG58 длиной 3 метра SMA(m)-SMA(f).

Антенна была заказана 1 апреля 2024 года, а отгружена СДЭКом в мой адрес — 5 апреля. Основная часть этой статьи написана к началу июня 2024 года.

Первые впечатления

Антенна построена на анодированном буме, состыкованном из двух частей сечением 15 и 12 мм, торцы бума снабжены пробками, скрепляются половинки одним винтом с гайкой-барашком. На бум устанавливается 7 коротких элементов UHF, продевающихся в пластиковые втулки внатяг, и 5 длинных элементов VHF (каждый из 2 половинок, соединяются на резьбе). Итого — 17 стержней различной длины, помещающиеся в тубус из полипропиленовой трубы.

При перевозке антенна компактно разбирается, кабель фиксируется прилагаемой стяжкой, всё размещается в чехле со стяжкой на горловине. Общий вес антенны в походном положении — 670 г, не считая удлинительного кабеля.

Кстати, чехол можно использовать для перевозки разобранной середины 4-частного весла.

При сборке антенны UHF-элементы продеваются во втулки с адекватным усилием, хотя я встречал жалобы на слишком тугую посадку. Отмечу, что если на улице мороз, то усилия увеличиваются, тогда можно чуть послюнявить стержень, чтобы продевалось легче.

Элементы антенны не имеют какой-либо цветовой кодировки, поэтому перед сборкой сначала требуется отделить VHF от UHF, затем расположить их по ранжиру (учитывая, что разные половинки одного и того же элемента VHF отличаются по длине на толщину бума), затем собрать антенну таким образом, чтобы длина элементов уменьшалась в направлении излучения. У этой конкретной антенны два самых коротких UHF-элемента надо поменять местами. Вдобавок UHF-элементы нужно выровнять во втулках так, чтобы они были установлены симметрично (с точностью не хуже 5 мм).

На мой взгляд, «из коробки» сборка антенны — это довольно кропотливый процесс, который проводить на весу в отсутствие твёрдой поверхности выходит не очень быстро (особенно если вас в это время жрут комары, и сумерки вдобавок спустились).

Мои доработки антенны

Чтобы радикально ускорить и упростить сборку антенны, я сделал цветовую кодировку (сначала цветной изолентой, потом переделал на разноцветный лак для ногтей), по которой с первого взгляда понятно, какой элемент куда устанавливать, плюс по симметричным полоскам на VHF-элементах центрируются UHF-элементы. Чтобы не повредить втулки, UHF-элементы маркируются только с торцов.

Кроме того, узел стыковки половинок бума я доработал ножовкой (сделал прорезь к отверстию) таким образом, чтобы они друг в друга задвигались с небольшим щелчком, а не требовали полностью извлечь крепежный винт с риском уронить и потерять шайбу и гайку. При этой доработке жёсткость соединения бума немного снизилась, половинки имеют небольшой угловой люфт.

С учётом всех доработок, сборка антенны стала занимать не более 5 минут.

Дополнительно к антенне я изготовил крепёжную площадку на стандарт Arca Swiss, позволяющую установить антенну на фотоштатив. Несмотря на то, что моя антенна довольно массивная на вид, даже лёгкий походный карбоновый штатив уверенно ее выдерживает при креплении за хвост, если на крюк штатива подвесить сумку весом ~1 кг.

Оценка эффективности антенны

С помощью векторного анализатора NanoVNA и самодельного индикатора напряжённости поля от R2AUK я проверил заявления производителя о том, что: а) можно использовать только заднюю половинку антенны, б) можно не устанавливать UHF-элементы при желании работать только на VHF.

Измерение КСВ производилось в домашних условиях, антенна удерживалась в руке. Оценка напряжённости поля производилась на улице с расстояния около 6 метров, антенна на штативе, подключена кабелем длиной 9 метров (3 метра RG58 + 6 метров RG174).

Результаты:

• КСВ полностью собранной антенны (V5U7) соответствует заявленному производителем. При этом получаемая напряжённость поля нами принимается за 100% (естественно, для каждого диапазона мы нормируемся отдельно).

• Если собрать только заднюю половинку антенны с UHF-элементами (V3U4), то ее КСВ незначительно ухудшается. Напряжённость поля в диапазоне VHF падает до 25%, а в UHF — до 40%. К сожалению, сравнить работу в тех же условиях с антенной «Спутник-1» нет возможности — предполагается, что «Спутник-1» будет немного лучше.

• Если собрать антенну на полную длину без UHF-элементов (V5), то ее КСВ также незначительно ухудшается. Напряжённость поля на VHF при этом не изменяется, остаётся на уровне 100%.

Естественно, в диапазоне UHF проверять антенну без UHF-элементов нет никакого смысла.

• Если задействовать заднюю половинку антенны без UHF-элементов (V3), то ее КСВ ухудшается довольно заметно, хоть и остаётся в пределах допустимого. Напряжённость поля падает до тех же 25% (VHF), что и у конфигурации V3U4, — похоже, что UHF-элементы не влияют на излучаемую мощность в диапазоне VHF, а лишь улучшают согласование антенны.
• Ради чистоты эксперимента в тех же условиях смотрим напряжённость поля с различными «резинками» для портативных раций — и на VHF, и на UHF стрелка индикатора даже не сдвигается с нуля. Очевидно, даже урезанная Уда-Яги на две головы превосходит штатную антенну рации по усилению сигнала.

Вердикт: антенна «Спутник-2» действительно даёт очень существенный рост уровня сигнала по сравнению со штатной «резинкой». При этом все четыре возможных конфигурации антенны являются работоспособными. Отметим, что в УКВ-диапазоне при худшем КСВ быстро нарастают потери в кабеле с его длиной. Впрочем, это неактуально при мобильной эксплуатации, где удлинительный кабель если и есть, то короткий.

В эксплуатации

На момент написания этой статьи я использовал антенну следующим образом:

• Стационарное размещение дома. Антенна стоит в комнате на штативе и направлена в окно на запад. При этом репитер R7 находится в 13 км к югу от меня, и работать приходится с отражением. Однако даже на мощности 5 Вт уровень сигнала достаточный, корреспонденты дают уверенные рапорты 59. При дальнейшем снижении мощности до 1 Вт разборчивость ухудшается, однако связи через репитер всё равно можно проводить. Также можно проводить и радиосвязи в прямом канале, если у корреспондента хорошая антенна и/или он выгодно расположен.

Для сравнения, рация со штатной антенной у того же самого окна на мощности 10 Вт может открыть репитер, но модуляция совершенно неразборчивая. Принимаемый же сигнал идёт с большими искажениями, слушать невозможно.

• Работа с руки за городом. Антенна «Спутник-2» достаточно лёгкая для того, чтобы какое-то время ее можно было держать в одной руке направленной в желаемом направлении. Получалось на 10 Вт производить связи с репитером на расстоянии 34 км с рапортами 59. А вот на расстоянии 60 км репитер открывается, но модуляция неразборчивая. Впрочем, на такой дальности есть шанс поймать удачное прохождение, подобрав удачный холмик и/или открытое место.

• Также в наиболее лёгкой конфигурации V3 удавалось проводить связи QRPP на 1 Вт через репитер на дальности 17 км. Корреспонденты говорят, что немного потрескивает, однако 59. Таким образом, конфигурация V3 окончательно подтверждает свою работоспособность.
• Прослушивание радиолюбительских спутников с руки. Удаётся принимать сигнал спутников — даже маломощных и находящихся низко над горизонтом (разумеется в отсутствие преград в желаемом направлении). Опыта двухсторонних связей через спутник на момент написания этой статьи у меня пока ещё нет — просто не доходили руки до этого.

Отмечу, что в полной конфигурации (V5U7) центр тяжести антенны смещён слишком далеко вперёд, и долго удерживать антенну в руке так невозможно. Рекомендован штатив. С укороченной конфигурацией (V3U4) такой проблемы нет, ее можно держать в руке довольно долго без проблем, и слушать спутники таким образом гораздо приятнее. Это может быть для кого-то весомым доводом в пользу «Спутник-1».

Применение на учебных поисково-спасательных работах

Испытал половинку своей антенны (конфигурация V3U4) на учебных поисково-спасательных работах. В ходе выполнения поисковой задачи в лесу находилась ещё одна группа, в 3-4 километрах от нашей, с которой никто не мог связаться, включая штаб. Меня попросили ретранслировать им указание руководителя, на обычную антенну ту группу было слышно на уровне шумов, а когда собрал направленную антенну — сразу всё стало проходить так, будто они рядом.

Цена вопроса — минуты 4 затраченного времени на сборку-разборку (впрочем, группа в этом время отдыхала и кушала), антенна добавляет грамм 450 к рюкзаку.

(Естественно, с собранной антенной по лесу передвигаться невозможно, всё же она метр в поперечнике, однако складывается в «трость» длиной 64 см.)

Для решения подобных задач (взять с собой на всякий случай, чтобы добить куда-то далеко) гораздо больше подходит однодиапазонная антенна 144-146 МГц от того же производителя V-063-b2 P20-4. Она отличается меньшей массой (300 г) и тем, что в походном положении все элементы и кабель прячутся внутри бума — чехол для переноски ей не потребуется.

Вариант — «Спутник-1» на буме из полипропилена, если хочется два диапазона. Он просто немного дороже и тяжелее, самую малость хуже усиление в диапазоне VHF, а в остальном разницы нет. Элементы UHF также можно оставлять дома, когда они заведомо не нужны.

Пожелания по улучшению

Антенна «Спутник-2» безусловно хороша и доступна (финансово и вообще) по сравнению с импортными аналогами, тем не менее, во всём есть пространство для дальнейшего улучшения. Я бы предложил производителю:

• Делать по заказу цветовое кодирование элементов для упрощения сборки, что особенно актуально в полевых условиях. (При этом учитывать, что цвета должны быть отличимы друг от друга в сумраке — на практике оказалось, что розовый от оранжевого трудно отличить.)
• Предлагать на заказ два варианта узла стыковки бума: а) быстроразборный с 1 винтом и прорезями, как я сделал у себя, где нет риска выронить гайку и шайбу при сборке, б) жёсткий, с 1-2 винтами на сквозных отверстиях.
• Добавить возможность покупки крепления на стандартную площадку Arca Swiss для фотоштативов. Отмечу, что из-за смещённого центра тяжести антенны не вижу смысла делать в ней штативное отверстие 1/4", поскольку жесткость крепления в этом случае будет слишком мала.
• Пришивать к чехлу антенны в паре мест петельки из стропы или пластиковые полукольца, чтобы чехол можно было надёжнее зафиксировать снаружи рюкзака и не опасаться, что он выскользнет вниз (впрочем, такой тенденции при обычной эксплуатации мною не было замечено).

В ближайшее время я буду рассматривать приобретение ещё двух направленных антенн STV-Ural диапазона VHF — одна сугубо для мобильного применения (в частности, на поисках), другая — для стационарного размещения за окном квартиры.

Владимир Горбунов (R1BNG)
2024 год