Сверхкомпактная вертикальная КВ-антенна
Это сверхкомпактная КВ-антенна на базе короткого телескопического штыря и удлинительной катушки. При длине штыря всего 1,5 метра мы получаем экстремально укороченную антенну, и здесь основной вопрос будет — насколько она окажется плоха, и что можно будет выжать из этого конструктива?
Эта статья — логическое продолжение моей предыдущей статьи про КВ-антенны.
Конструктив антенны, о которой пойдёт речь, представляет собой развитие реализованной мною год назад носимой антенны от DL1DN. В отличие от прототипа, доработанная мною антенна устанавливается на маленьком штативчике и поддерживает три диапазона — 20, 30 и 40 метров.
Мои впечатления от антенны DL1DN — см. здесь.
Конструирование
Моделирование
Моделирование показывает, что в зависимости от добротности катушки, коэффициент усиления на 20 метрах составит минус 3...5 дБи, а на 40 метрах — минус 8...12 дБи. В тех же условиях полноразмерный штырь нам дал бы +0,5 дБи.
Переводим в более привычные величины и получаем, что на 20 метрах в согласующем устройстве потеряется порядка 65% мощности, а на 40 метрах - порядка 90% мощности. Это наглядная иллюстрация того, что экстремальное укорочение антенны не проходит бесследно, и за всё (в данном случае, за компактность и удобство развёртывания) надо платить.
Первое исполнение антенны — на 40 метров
Изначальная версия антенны выполнена на катушке из 40-мм соединительной втулки для канализации (фактический диаматр 45 мм) медным проводом 0,5 мм². При этом обмотка катушки соединяет землю и штырь антенны. Центральная жила коаксиала подключается к отводу от катушки, положение которого определяется опытным путём (в моём случае — отвод от второго витка снизу).
Антенна устанавливается на маленький штативчик, а в качестве противовесов используются те же два 10-метровых провода с клеммами в центре, что и у обычного вертикала. Без противовесов ничего не заработает.
В процессе модернизации исходной ручной антенны я убрал разъем BNC с нижнего торца катушки и заменил его на фланец со стандартной штативной резьбой 1/4". К фланцу подвёл «землю», и подключение антенны сделал с помощью коротенького хвостика BNC. Противовесы зажимаются между катушкой и штативом этим же штативным винтом.
Установив эту антенну в гостиной, мне удалось провести QSO в цифре с радиолюбителем из соседнего района Питера.
Многодиапазонная версия на 20-30-40 метров
Для переключения между диапазонами антенна получает ещё два отвода от катушки, закорачивающих ее верхнюю часть, так катушка перестраивается на 20 и на 30 метров с исходных 40. Для работы на 40 метрах отвод остаётся висеть в воздухе.
Моделирование показало, что таким образом можно добиться удовлетворительного согласования на всех трёх диапазонах — собственно, так оно и вышло.
Результаты испытаний
После длительной упорной подгонки расположения отводов антенна оказывается не так уж и плохо согласована для такой малютки. Худшее согласование оказалось на 20 метрах, где КСВ порядка 2, а на 30 и 40 мы упали заметно ниже 2, что можно считать удачным результатом. Чтобы на 20 метрах опустить КСВ ниже 2, нужно попробовать нижний отвод чуть-чуть сдвинуть вниз.
Так или иначе, показатель КСВ здесь нам практически ни о чем не говорит — лишь о том, сколько ватт сможет передать в антенну трансивер без вреда для себя, а также о потерях в фидере. Хорошее согласование ещё не значит, что атненна эффективна, — ранее мы оценили потери этой антенны по сравнению с полноразмерной как 65-90% от подаваемой мощности, в зависимости от диапазона.
Также полоса антенны чрезвычайно узка, и на 40 метрах по уровню КСВ=2 составляет всего 50 кГц! Для цифровых связей это не проблема, а вот для голоса потребуется практически непрерывная перестройка антенны (путём подгонки длины телескопа буквально по сантиметру за раз). На 20 метрах ситуация получше, и там одной настройки должно хватить на весь диапазон.
Сравнение эффективности с EFHW
По результатам сравнения дальнобойности антенн с помощью сайта pskreporter.info видны две закономерности:
- В диапазоне 20 метров наш короткий вертикал сравнительно конкурентоспособен, даже невзирая на неидеальное согласование (КСВ=2 с копейками). Очевидно, степень укорочения в 3,3 раза по сравнению с полноразмерной антенной все ещё позволяет получать удовлетворительный КПД, и даже можно рассчитывать на голосовые связи в удачных условиях.
- В диапазоне 40 метров всё плохо — КПД антенны совершенно очевидно не идет ни в какое сравнение с полноразмерной. Кроме того, антенна «тугоухая», она плохо принимает и шумы, и полезный сигнал. Очевидно, при степени укорочения в 6,7 раз (это как если антенну рации на 144 МГц сделать длиной 7 см) мы совершили серьёзный шаг в сторону 50-омного резистора, который идеально согласован, но антенна из него совершенно никакая.
Иллюстрация «тугоухости» антенны на 40 метрах:
Таким образом, удел этой антенны — связи по протоколу FT8 (ну или CW, кто умеет), где высокая эффективность или широкополосность антенны не является критически важной для возможности проведения QSO. При этом об установлении рекордов дальности речи вообще не идёт.
В результате, мы получили следующий комплект достоинств и недостатков:
✅ Предельно лёгкая и компактная в перевозке антенна
✅ Может быть развёрнута на местности за пару минут
✅ Три диапазона: 20, 30, 40 метров
⛔️ Требовательность к хорошему высокочастотному заземлению. От основания антенны должны расходиться минимум 4 радиальных 3...5-метровых противовеса.
⛔️ Низкая эффективность, особенно на 40 метрах
⛔️ Нет автоматического переключения диапазонов, из-за узкой полосы требуется подстройка длины штыря под конкретную частоту с точностью до сантиметра
⛔️ Очень трудоёмкая первичная настройка с подбором размещения отводов
Пока что полуволновый диполь, запитанный с конца (EFHW), был и остаётся моей основной антенной, сочетающей в себе простоту (граничащую с элементарностью) изготовления, первичной настройки и использования в полевых условиях. В ближайшее время я собираюсь намотать катушку на 110 мкГн, чтобы разогнать моё 20-метровое полотно также и на диапазон 80 метров — моделирование и опыт других радиолюбителей показывают, что это реалистичная затея!