Судовые антенно-фидерные устройства УКВ-диапазона

Морские и речные судовые УКВ-антенны

УКВ антенна – это элемент оборудования радиосвязи, работающего в диапазоне ультракоротких волн, преобразующий энергию распространяющихся в пространстве электромагнитных волн в электрические токи и наоборот, что соответствует приему и передаче радиосигнала. Антенны характеризуются комплексом параметров, определяющими из которых являются диаграмма направленности и коэффициент усиления. Диаграмма направленности УКВ антенны представляет собой графическую зависимость коэффициента усиления от направления излучения. Однако сама по себе антенна ничего не усиливает, а коэффициент усиления рассчитывается относительно мощности эталонной антенны.

Судовая УКВ антенна

В судовой отрасли для радиосвязи используется диапазон ультракоротких волн (УКВ), в большей степени подходящий для решения задач обмена информацией между судами или судами и берегом. Для морской радиосвязи выделены частоты от 156 до 162 МГц внутри диапазона VHF, в речной радиосвязи – частоты от 300 до 337 МГц, соответствующие диапазону UHF. Оба диапазона являются частью спектра УКВ, поэтому вне зависимости от назначения – морского или речного – антенны судовой радиосвязи принято называть УКВ антеннами .

Особенности судовых УКВ антенн состоят в том, что это преимущественно вертикальные антенны, располагаемые на мачтах, следовательно, все они имеют вертикальную поляризацию и равномерную диаграмму направленности, поскольку в море не существует выделенного направления распространения сигналов.

Свойство распространения ультракоротких волн позволяет достичь дальности связи в открытом море до 50 миль при условии расположения УКВ антенны выше четырех метров от ватерлинии судна. Это дает возможность быстро получить помощь от соседних судов или береговых служб в случае бедствия, а с другой, не ставит помехи другим судам, находящимся на еще большем удалении, благодаря чему они общаются между собой на одних и тех же каналах. В условиях Мирового океана и активного судоходства, одновременно нуждающихся в постоянной связи, УКВ-диапазон представляется наиболее подходящим для беспрепятственного общения в районе условной прямой видимости.

Вместе с тем, располагая УКВ антенну как можно выше и, казалось бы, увеличивая дальность связи, можно, напротив, снизить коэффициент полезного действия УКВ антенны за счет приема большего количества помех. Это сильно почувствуется, если за горизонтом вблизи резонансной частоты УКВ антенны работает мощный передатчик, полностью забивающий эфир. Если фильтровать собранные антенной "мусорные" сигналы, то вместе с ним есть все шансы отфильтровать и полезный сигнал, поэтому при поиске приемлемой высоты УКВ антенны рекомендуется придерживаться меры.

Также для улучшения характеристик приема и передачи УКВ сигналов есть вариант подогнать УКВ антенну под работу только на одной частоте. Такой путь также ведет к снижению общей производительности, поскольку антенная установка должна обеспечивать полноценную приемопередачу во всем используемом частотном диапазоне.

В отношении речной радиосвязи верны примерно все те же соображения, с той разницей, что в условиях рек используются радиоволны большей частоты, а значит с меньшей длиной волны, способные огибать характерные для рек препятствия, такие как береговые скалы, лесные зоны, элементы береговой инфраструктуры и т.п.

Таким образом, чтобы судовая связь соответствовала ожиданиям, и в случае моря, и в случае реки необходимо использовать оборудование от надежных мировых и отечественных производителей. УКВ антенны в зависимости от поднадзорности должны поставляться вместе с сертификатом либо Морского, либо Речного Регистра. Такие изделия отличаются строгим и даже аскетичным внешним видом, однако, несмотря на кажущуюся простоту, смысл качественной УКВ антенны заключен в том, как она настроена на требуемые частоты. Только производитель с серьезным опытом в состоянии поставить на рынок оборудование, конкурентоспособность которого устоит в течение длительных проверок временем.

УКВ антенны в «Маринэк»

Представленное на страницах каталога Интернет-магазина «Маринэк» , имеет конкурентное преимущество по сравнению с бесконечным перечнем устройств и систем, обращающимся на мировом рынке. Тщательный отбор оборудования среди предложений рынка благодаря постоянной практике комплексного оснащения судов, включая монтаж, пусконаладку и техническое обслуживание, позволяет инженерам «Маринэк» предлагать наиболее рациональное и востребованное судовое оборудование , в том числе оборудование радиосвязи и УКВ антенны , цель которого – безотказная работа в течение максимального времени с наибольшей выгодой для пользователя.

«Маринэк » предлагает морские антенны следующих производителей:

Чтобы судовая радиосвязь не вызывала вопросов, менеджеры « » проконсультируют и подберут оборудование исходя из требований заказчика и собственного опыта. Обратившись в « », вы последовательно закроете вопросы оснащения судна с наибольшей выгодой для себя.

Описаны конструкции антенн, а также приведены принципиальные схемы антенных усилителей для самодельной УКВ радиостанции (схема и описание) на диапазоны частот 144МГц, 430МГц и 1296МГц.

О характеристиках УКВ антенн

Эффективность антенны однозначно связана с ее геометрическими размерами, по этой причине антенна - это единственное устройство, входящее в состав радиостанции, которого не коснулся процесс миниатюризации радиоаппаратуры.

Изготовление и установка антенны - достаточно сложное и трудоемкое дело, тем более, что при этом приходится решать вопросы прочности и жесткости механических конструкций. Тем не менее повышение эффективности антенны - это единственный, не имеющий ограничений путь увеличения энергетического потенциала радиостанции.

Любую антенну можно представить в виде эквивалентной площадки, стоящей на пути распространения радиоволн. Чем больше ее площадь, тем больше коэффициент усиления антенны, формула:

где G - усиление антенны по отношению к изотропному излучателю; S - эквивалентная площадь, м2; лямбда - длина волны, м.

С точки зрения энергетики неважно, какую форму будет иметь эквивалентная площадка: будет ли она круглая, квадратная или будет иметь форму вытянутого прямоугольника. В любом случае при равной площади будет равный коэффициент усиления. Другое дело - диаграмма направленности; на нее форма эквивалентной площадки оказывает самое непосредственное влияние. Так, ширина главного лепестка диаграммы направленности может быть связана с линейными размерами площадки следующим приближенным выражением (формула):

А0(дельта_0) - ширина главного лепестка по уровню -3 дБ; град; лямбда -длина волны, м; l - линейный размер эквивалентной площадки в плоскости измерения диаграммы направленности, м.

Эта формула, переписанная в другом виде, позволяет по известной диаграмме направленности оценить размеры эквивалентной площадки: l = 50 * лямбда / дельта_0.

Пусть, например, испытания антенны диапазона 432 МГц показали, что ширина диаграммы направленности равна 25° в горизонтальной плоскости и 20° в вертикальной плоскости. Легко определить, что эквивалентная площадка будет иметь размер 1,4 м по горизонтали и 1,75 м по вертикали.

Такие оценки очень удобны, если предполагается увеличивать коэффициент усиления за счет соединения нескольких антенн в антенную решетку. Так, для рассмотренного примера расстояние между соседними этажами решетки должно равняться 1,75 м, а между соседними рядами-1,4 м. При меньших расстояниях -эквивалентные площадки будут взаимно перекрываться и общий коэффициент усиления будет меньше суммы коэффициентов усиления всех антенн.

При больших расстояниях появятся зазоры между отдельными площадками. В результате общее усиление возрастать не будет, зато будут неоправданно увеличиваться габариты антенны. При этом в главном лепестке диаграммы направленности появляются провалы, разбивающие его на несколько составляющих.

И хотя наличие таких провалов иногда может принести пользу (например, если необходимо отстроиться от помехи, азимут которой мало отличается от азимута корреспондента), в большинстве случаев подобная диаграмма направленности затрудняет работу в эфире.

Возвращаясь еще раз к вопросу об усилении антенны, надо отметить, что в общем случае коэффициент усиления является произведением коэффициента направленного действия и коэффициента полезного действия антенны (формула):

где К - к.н.д. антенны; n - к.п.д. антенны. Это значит, что недостаточно сделать антенну большой площади, надо еще суметь всю энергию, падающую на данную площадь, с минимальными потерями доставить к потребителю данной энергии, т. е. ко входу приемника. (Здесь и в дальнейшем будем использовать справедливый для антенн «принцип взаимности», который указывает на эквивалентность параметров антенны в режиме приема и передачи. Скажем, диаграмма направленности или к.п.д. не зависят от того, используется антенна для приема или передачи. Это позволяет каждый раз выбирать наиболее удобны» для рассуждений режим работы антенны.)

Излучение электромагнитной энергии связано с протеканием высокочастотного тока, поэтому потери в самой антенне определяются омическими потерями в металлических элементах. Большое влияние на коэффициент полезного действия антенно-фидерного тракта оказывают потери в кабельных линиях, которые надо обязательно учитывать при оценке энергетического потенциала радиостанции. При этом полезно помнить, что антенно-фидерный тракт используется как для приема, так и для передачи и, следовательно, потери в фидере дважды войдут в окончательный результат.

В таблице приведены краткие сведения о некоторых высокочастотных кабелях, которые находят применение в радиолюбительской практике. Из таблицы видно, что с ростом частоты потери в фидере быстро возрастают.

Так, например, 20-метровый отрезок кабеля типа РК-75-4-11 (старое название РК-1) ослабляет проходящий по нему сигнал на частоте 144 МГц в 2,1 раза (3,2 дБ), на частоте 432 МГц - в 3,4 раза (5,4 дБ), а на частоте 1296 МГц - в 13 раз (11,2 дБ). Видно, что на высокочастотных диапазонах потери возрастают до недопустимых значений.

К тому же здесь приведены данные для случая, когда отсутствуют отражения на концах линии, т. е. для случая работы на согласованную нагрузку. Если же сопротивление нагрузки отличается от волнового сопротивления кабеля, то часть энергии отражается от конца кабеля и движется в обратном направлении.

Эта отраженная часть энергии может возвратиться в нагрузку только после того, как она пройдет двойной путь от нагрузки к генератору и обратно от генератора к нагрузке. Если потери в фидере малы, то такие многократные переотражения вполне допустимы.

Такой режим «настроенного фидера», в частности, применяется в некоторых типах многодиапазонных КВ антенн. На УКВ, где потери в фидере резко возрастают, можно считать, что отраженная от нагрузки часть энергии практически полностью пропадает. Дело обстоит, однако, не столь плохо, как это может показаться на первый взгляд. Для того, чтобы оценить потери на рассогласование, запишем к.с.в. как функцию коэффициента отражения (формула):

здесь Г - коэффициент отражения;

отсюда легко получить выражение для расчета величины потерь (формула):

Рис. 31. Технические и волновые параметры коаксиальных кабелей.

Это выражение в графическом виде показано на рис. 32. Видно, что даже при к.с.в.=3 потери достигают всего 25%. Если же потери в самом фидере не очень велики, то за счет частичного возврата отраженной энергии потери на отражение будут еще меньше.

Так, для случая потерь в фидере 2 дБ потери на отражения при к.с.в. = 3 уменьшается с 25 до 20%. Видно, что нет смысла стремиться к к.с.в. = 1,1 или даже 1,01, кап это дается в описании некоторых радиолюбительских антенн. Так, при к.с.в.= 1,5 потери па отражение даже в худшем случае составят всего 4%. Отсюда же следует, что без особых потерь можно питать антенну со входным сопротивлением 50 Ом с помощью коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом, так как при этом к.с.в. будет равняться 1,5.

Рис. 32. Зависимость потерь на отражение от к. с. в.

Рассмотрим теперь особенности, присущие антенно-фидерной системе в режиме приема. В этом режиме существенную роль начинают играть шумовые свойства антенны. По этой причине для приемной антенны часто вводят понятие шумовой температуры. Если, например шумовая температура антенны равна 200 К. то это значит, что антенна генерирует такие же шумы, какие генерировало

бы активное сопротивление, нагретое до температуры 200К. Шумы антенны складываются из внешних и внутренних. Внешние шумы - это тот источник помех, который принципиально ограничивает возможности приема слабых сигналов.

При антенне, направленной на, горизонт, это прежде всего тепловые шумы земной поверхности, различного рода индустриальные помехи, а также шумы космического происхождения. Внутренние шумы определяются наличием потерь в антенне и фидере. Как и всякое активное сопротивление, сопротивление потерь генерирует" тепловой шум.

По этой причине чувствительность приемника ухудшается не только за счет того, что происходит затухание полученного полезного сигнала в фидере, а также за счет того, что фидер генерирует дополнительные шумы. Оба эти фактора учтены в простой формуле „для аттенюатора, нагретого до температуры окружающей среды. Коэффициент шума приемника с учетом потерь в фидере равен (формула):

где Fобщ - результирующий коэффициент шума; L - ослабление в фидере или в любом другом пассивном четырехполюснике; Fпр- собственный коэффициент шума приемника.

Таким образом, зная коэффициент шума приемника и рассчитав с помощью таблицы затухание в фидере, можно легко определить результирующий коэффициент шума приемника со стороны зажимов антенны. Можно также решить -обратную задачу, то есть, измерив коэффициент шума с фидером и без фидера, определить потери в кабеле. Это более надежный путь, так как в силу различных причин реальные потери в кабеле могут значительно отличаться от табличных.

Видно, что потери в фидере оказывают существенное влияние на потенциальные возможности радиостанции. В результате могут быть сведены на нет усилия, затраченные на изготовление большой и сложной антенны. И если в режиме передачи еще можно как-то компенсировать потери в фидере за счет увеличения мощности, то в режиме приема потери носят необратимый характер. Разрешить данную проблему помогают антенные предусилители, расположенные в непосредственной близости от антенны.

Вопрос о необходимости применения такого усилителя надо решать в каждом конкретном случае, сравнивая внешние шумы антенны и внутренние шумы приемника. Для того, чтобы обеспечивать нормальный режим работы входной цепи приемника, вместо антенны надо подключать резистор, сопротивление которого равно волновому сопротивлению фидера.

Если даже в самые благоприятные ночные часы шумы антенны заметно (в 2 раза и более) превышает шумы резистора, применять антенный усилитель ие следует. Более того, лишний каскад усиления сделает приемник более уязвимым по отношению к помехам от близких радиостанций.

Для того, чтобы подключать предусилитель в режиме приема, нужно иметь два высокочастотных реле или одно реле и отдельный фидер, соединяющий выход предусилителя со входом приемника.

Схемы антенных УКВ предусилителей

Схемы антенных предусилителей можно позаимствовать из схем траисвертеров соответствующих диапазонов. Для примера на рис. 33, а показана схема антенного усилителя для диапазона 144 МГц, а на рис. 33,6 - для диапазона 432 МГц.

Методика настройки предусилителей не отличается от методики настройки соответствующих каскадов трансвертеров.

В случае, если антенные реле не обеспечивают достаточной развязки, возникает задача защиты предусилителя от сигнала передатчика. В качестве одной из мер защиты в базовую цепь транзисторов включены диоды Д1. При настройке надо обязательно проверить, не ухудшает ли подключение защитного диода коэффициент шума предусилителя.

Рис. 33. Схемы антенных усилителей.

Проблемы защиты полностью отпадают, если в качестве предусилителя использовать мощный многоэмиттерный транзистор КТ610 или КТ911. Схема такого предусилителя, предназначенного для диапазона 144 МГц, показана на рис. 34. Катушка L1 содержит два витка посеребренного провода диаметром 1,0 мм.

Диаметр оправки-10 мм. Настройку усилителя надо начинать с установки режима транзистора по постоянному току. Подбором резистора R1 надо добиться, чтобы коллекторный ток транзистора составил 15-25 мА.

Pис. 31. Антенный усилитель диапазона 144 МГц, выполненный на многоэмиттерном транзисторе.

Предусилитель имеет следующие характеристики: коэффициент усиления около 20 дБ, коэффициент шума 1,5-1,8. Для предотвращения выхода из строя последующих каскадов усиления желательно в режиме передачи снимать напряжение питания с транзистора Т1, а еще лучше соединять провод питания предусилителя с землей.

Конструкции антенн УКВ диапазона

Рассмотрим теперь некоторые практические конструкции антенн. На протяжении многих лет наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются антенны типа «волновой канал», которые также известны под названием; «директорные антенны» и «антенны Уда-Яги». Эти антенны, относящиеся к классу антенн с осевым излучением, имеют наилучшее отношение усиления к. массе и к тому же очень просты по конструкции.

Основной недостаток, ограничивший применение таких антенн в промышленных связи, - это узкополосность. Однако для радиолюбителей этот недостаток не играет большой роли, так как ширина отведенных для радиолюбительских связей диапазонов также невелика.

В последнее время были предприняты многочисленные попытки усовершенствования антенны «волновой канал» с целью увеличить ее коэффициент усиления. В качестве активного элемента использовался отрезок логопериодической антенны (антенна типа «Swan») или использовались более сложные пассивные элементы, состоящие, например, из четырех полуволновых вибраторов (многочисленные типы антенн, выпускаемых западными странами для приема телевидения на дециметровых волнах).

Однако все эти ухищрения не дают существенного выигрыша, так как в конечном счете коэффициент усиления любой антенны с осевым излучением определяется ее длиной. Применение же более сложных вибраторов эквивалентно использованию нескольких обычных антенн «волновой канал», находящихся на очень маленьком расстоянии друг от друга. Как уже указывалось, это эквивалентно почти полному взаимному перекрытию эквивалентных площадок, а следовательно, получаемый выигрыш также невелик.

Рис. 35. Восьмиэлементная антенна Quagi для диапазона 144 МГц, в скобках даны размеры для диапазона 432 МГц.

Из усовершенствованных антенн «волновой канал», пожалуй, наибольший интерес представляют антенны типа «Quagi». Название составлено из двух английских слов «Quad» и «Yagi» и указывает на то, что антенна является гибридом антенны типа «квадрат» и типа «Яги».

Собственно, от «квадрата» взяты только активный элемент и рефлекторная рамка, а все директоры такие же, как и в антенне «волновой канал». Питание антенны осуществляется кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Кабель присоединяется непосредственно в разрыв активной рамки без какого-либо согласующего устройства.

Рефлекторная рамка имеет периметр 2200 мм (711 мм), а активная - 2083 мм (676 мм). Здесь и далее в скобках указаны размеры для диапазона 432 МГц.

Обе рамки изготовлены из медного провода диаметром 2,5-3 мм и закреплены иа несущей траверсе с помощью полосок из органического стекла. Несущая траверса имеет длину 420 см (140 см) н изготовлена из деревянного, лучше соснового, бруска сечением 2,5X8 см (1,2x5 см). Для облегчения конструкции высоту бруска можно уменьшить к концам антенны. Директоры изготовлены нз алюминиевой или медной проволоки диаметром 3 мм.

Выходное сопротивление антенны 50 Ом, однако без больших потерь ее можно питать кабелем с волновым сопротивлением 75 Ом. При использовании нескольких антенн расстояние между соседними этажами н рядами должно составлять 3,35 м (1,09 м).

Аналогичную конструкцию имеет более эффективная Quagi-антенна, предназначенная для диапазона 432 МГц. Несущая траверса изготовлена нз деревянного бруска длиной 370 см и сечением 2,5x5 см. Высота бруска плавно уменьшается к концам до 1,5 см.

Длина рефлекторной рамки 711 мм, а активной-676 мм. Обе рамки изготовлены из медной проволоки диаметром

2,5 мм. Директоры изготовлены из проволоки диаметром 3 мм. Остальные размеры показаны на рис. 36.

Антенна питается коаксиальным кабелём с волновым сопротивлением 50 Ом без симметрирующего устройства. В принципе эту антенну можно использовать для диапазона 1296 МГц, при этом диаметр проволоки н все остальные размеры следует уменьшить в 3 раза.

Рис. 36. Пятнадцатиэлементная антенна Quagi для диапазона 432 МГц.

Из антенн, специально предназначенных для диапазона 1296 МГц, представляет интерес антенна, предложенная английским ультракоротковолновнком G3JVL. Антенна представляет собой «волновой канал» с кольцевыми вибрато

рами, своего рода разновидность многоэлементной рамочной антенны. Антенна содержит 28 элементов, включая дополнительный рефлектор из алюминиевой сетки и 27 кольцевых вибраторов. Основной рефлектор и все директоры изготовлены из алюминиевых полосок шириной 4,8 мм и толщиной 0,7 мм.

На концах полосок просверлены отверстия под винт М3. Расстояние между центрами отверстии равно 246 мм для рефлектора, 210 мм для первых 11 директоров и 203 мм для остальных директоров. Затем полоски свернуты в кольцо и привинчены к несущей дюралюминиевой трубке диаметром 12-15 мм. Расстояния между элементами показаны на рис.

37. Размеры дополнительного рефлектора показаны па рис. 38, а.

Рис. 37. Двадцативосьмиэлементная антенна для диапазона 1296 МГц, расстояния до элементов отсчитаны от дополнительного рефлектора.

Рис. 38. Антенна для диапазона 1296 МГц.

Конструкция активного элемента показана на рис. 38,6. В отличие от остальных элементов активная рамка изготовлена нз медной полоски. Периметр рамки 235 мм.

Рамка крепится к несущей трубке с помощью болта с резьбой Мб. Тонкий кабель с фторопластовой изоляцией пропущен через отверстие, просверленное, по оси болта. В середине полоски, из которой изготовлена активная рамка, также просверлено отверстие для кабеля. Рамка крепится к головке болта с помощью пайки. Оплетка кабеля также припаяна к головке болта.

Тонкий кабель, имеющий повышенное затухание, должен быть по возможности короче. Он заканчивается высокочастотным разъемом, к которому подключается основной фидер. Возможен вариант, при котором более толстый кабель пропущен ие через крепежный болт, а через отверстие, просверленное в несущей трубке позади активной рамки.

При этом необходимо также обеспечить контакт оплетки кабеля с основанием рамки.

В приведенных описаниях антенн намеренно не указаны данные о коэффициенте усиления. Дело в том, что точное измерение усиления антенны достаточно трудное дело, требующее специальных условий. В результате в радиолюбительской литературе часто появляются различные данные.

Так, кажется несколько завышенной цифра, приведенная автором описанной выше антенны для диапазона 1296 МГц - 20 дБ. Более реально выглядят данные, приведенные для антенны типа «Quagi»,- 12 дБ для 8-элементной антенны и 15 дБ для 15-элементной антенны.

Жутяев С. Г. Любительская УКВ радиостанция, 1981 год.

Еще небольшое время назад для работы на диапазоне 145 МГц использовалась в основном самодельная аппаратура. Среди радиолюбителей были популярны УКВ - трансвертеры, многие из которых своими размерами были сравнимы с самим используемым с ним трансивером. Радиолюбители переделывали списанные промышленные УКВ- радиостанции типа «Пальма» на любительский УКВ диапазон 145 МГц, получая радиостанцию, работающую на нескольких каналах. Потом радиолюбителям стали доступны «Виолы», а позже и «Маяки», работающие на сорока каналах. Эти радиостанции тогда выглядели просто фантастически по своим возможностям!

В настоящее время можно сравнительно недорого приобрести многоканальные переносные УКВ трансиверы всемирно известных фирм – « YAESU », « KENWOOD », « ALINCO », которые по своим параметрам и удобству работы значительно превосходят как самодельную аппаратуру диапазона 145 МГц, так и переделанную промышленную – «Пальмы», «Маяки», «Виолы».

Но для работы через репитер из дома, офиса, во время движения при работе из автомобиля, необходима антенна более эффектная, чем используемая совместно с переносной радиостанцией «резинка». При использовании стационарной «фирменной» УКВ станции часто бывает целесообразно использовать с ней самодельную УКВ- антенну, так как приличная «фирменная» наружная антенна диапазона 145 Мгц стоит недешево.

Изготовлению простых самодельных антенн, пригодных к использованию со стационарными и переносными УКВ - радиостанциями и посвящен этот материал.

Особенности антенн диапазона 145 МГц

Ввиду того, что для изготовления антенн диапазона 145 Мгц обычно используют толстый провод – диаметром от 1 до 10 мм (иногда применяют и более толстые вибраторы, особенно в коммерческих антеннах), то антенны диапазона 145 Мгц широкополосны. Это часто позволяет при выполнении антенны точно по указанным размерам обойтись без ее дополнительной настройки на диапазон 145 МГц.

Для настройки антенн диапазона 145 Мгц необходимо иметь КСВ - метр. Это может быть как самодельный прибор, так и промышленного изготовления. На диапазоне 145 МГц радиолюбители практически не используют мостовые измерители сопротивления антенн, из-за кажущейся сложности их корректного изготовления. Хотя при аккуратном изготовлении мостового измерителя и, следовательно, корректной его работы на этом диапазоне, можно точно определить входное сопротивление УКВ антенн. Но даже используя только КСВ - метр проходного типа, вполне возможно настраивать самодельные УКВ-антенны. Мощности 0,5 Вт, которую обеспечивают импортные переносные радиостанции в режиме « LOW » и отечественные носимые радиостанции УКВ диапазона типа «Днепр», «Виола», «ВЭБР», вполне достаточно для работы многих типов КСВ метров. Режим « LOW » позволяет производить настройку антенн не опасаясь выхода из строя выходного каскада радиостанции при любом входном сопротивлении антенны.

Перед началом настройки УКВ антенны желательно убедиться в правильности показаний КСВ -метра. Неплохо иметь два КСВ -метра, рассчитанных для работы в трактах передачи 50 и 75 Ом. При настройке УКВ антенн желательно иметь контрольную антенну, в качестве которой может быть или «резинка» от переносной радиостанции или самодельный четвертьволновый штырь. При настройке антенны измеряют уровень напряженности поля создаваемый настраиваемой антенной относительно контрольной. Это дает возможность судить о сравнительной эффективности работы настраиваемой антенны. Конечно, если при измерениях использовать стандартный калиброванный измеритель напряженности поля, то можно получить точную оценку эффективности работы антенны. При использовании калиброванного измерителя поля несложно снять и диаграмму направленности антенны. Но даже используя при измерениях самодельные измерители напряженности поля и получив только качественную картину распределения напряженности электромагнитного поля, можно вполне сделать заключение об эффективности работы настраиваемой антенны и приближенно оценить ее диаграмму направленности .

Рассмотрим практические конструкции УКВ-антенн.

Простые антенны

Наиболее простую наружную УКВ антенну (рис. 1)можно выполнить с использованием антенны, работающей совместно с переносной радиостанцией. На раме окна с наружной (рис. 2) или с внутренней стороны на удлиняющем деревянном бруске крепится металлический уголок, в центре которого установлено гнездо для подключения этой антенны. Необходимо стремиться к тому, чтобы коаксиальный кабель идущий до антенны был минимально необходимой длины. По краям уголка крепятся 4 противовеса длиной по 50 см. Необходимо обеспечить хороший электрический контакт противовесов, антенного разъема с металлическим уголком. Укороченная витая антенна радиостанции имеет входное сопротивление в пределах 30-40 Ом, так что для ее питания можно использовать коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом. С помощью угла наклона противовесов можно в некоторых пределах менять входное сопротивление антенны, и, следовательно, провести согласование антенны с коаксиальным кабелем. Вместо фирменной «резинки» временно можно использовать антенну из медного провода диаметром 1-2 мм длиной 48 см, который вставляется в антенное гнездо своим остро заточенным концом.

Рисунок 1 Простая наружная УКВ антенна

Рисунок 2 Конструкция простой наружной УКВ антенны

Надежно работает УКВ антенна, выполненная из коаксиального кабеля со снятой внешней оплеткой. Кабель заделывается в ВЧ -разъем аналогичный разъему «фирменной» антенны (рис. 3). Длина коаксиального кабеля, используемого для изготовления антенны, равна 48 см. Такую антенну можно использовать совместно с переносной радиостанцией взамен поломанной или утерянной штатной антенны.

Рисунок 3 Простая самодельная УКВ антенна

Для быстрого изготовления выносной УКВ антенны можно использовать соединительный коаксиальный кабель длиной 2-3 метра, который оконечен разъемами, соответствующим антенному гнезду радиостанции и антенны. Антенну к такому куску кабеля можно подключить с помощью высокочастотного тройника (рис. 4). В этом случае с одного конца тройника подключается антенна- «резинка», а с другого конца тройника накручиваются противовесы длиной по 50 см или через разъем подключается другой тип радиотехнической «земли» для УКВ антенны.

Рисунок 4 Простая выносная УКВ антенна

Самодельные антенны переносной радиостанции

При утере или поломке штатной антенны переносной радиостанции можно выполнить самодельную витую УКВ антенну. Для этого используют основу – полиэтиленовую изоляцию коаксиального кабеля, диаметром 7-12 мм и длиной 10-15 см, на который намотано первоначально 50 см медного провода диаметром 1-1,5 мм. Для настройки витой антенны очень удобно использовать измеритель частотных характеристик, но можно использовать и обыкновенный КСВ - метр. Первоначально определяют резонансную частоту собранной антенны, затем, откусывая часть витков, сдвигая, раздвигая витки антенны, настраивают витую антенну в резонанс на 145 МГц.

Процедура эта не очень сложная, и, настроив 2-3 витые антенны, радиолюбитель может производить настройку новых витых антенн буквально за 5-10 минут, конечно, при наличии вышеуказанных приборов. После настройки антенны необходимо зафиксировать витки или с помощью изоленты, или с помощью кембрика, размоченного в ацетоне, либо с помощью термоусаживающей трубки. После закрепления витков необходимо еще раз проконтролировать частоту антенны и, если это необходимо, подстроить ее с помощью верхних витков.

Следует обратить внимание, на то, что в «фирменных» укороченных витых антеннах используют термоусаживающие трубки для фиксации проводника антенны.

Полуволновая полевая антенна

Для эффективной работы антенн длиной четверть волны необходимо использовать несколько четвертьволновых противовесов. Это усложняет конструкцию для полевой четвертьволновой антенны, которая должна быть вынесена в пространстве относительно УКВ трансивера. В этом случае можно использовать УКВ антенну электрической длиной λ/2, которая не требует для своей работы противовесов, и обеспечивает прижатую к земле диаграмму направленности и простоту установки.Для антенны электрической длиной λ/2 стоит проблема согласования ее высокого входного сопротивления с низким волновым сопротивлением коаксиального кабеля. Антенна длиной λ/2 и диаметром 1 мм будет иметь входное сопротивление на диапазоне 145 МГц около 1000 Ом. Согласование с помощью четвертьволнового резонатора, оптимальное в этом случае, не всегда удобно практически, так как требует подбора точек подключения коаксиального кабеля к резонатору для своей эффективной работы и точной настройки штыря антенны в резонанс. Также относительно велики и размеры резонатора для диапазона 145 МГц. Дестабилизирующие факторы на антенну при ее согласовании при помощи резонатора будут проявляться особенно сильно.

Однако при небольших мощностях, подводимых к антенне, вполне удовлетворительное согласование можно достигнуть при помощи П - контура, аналогично как это описано в литературе . Схема полуволновой антенны и ее согласующего устройства показана на рис. 5. Длина штыря антенны выбирается немного короче или длиннее длины λ/2. Это необходимо для того, что уже при небольшом отличии электрической длины антенны от λ/2 активное сопротивление импеданса антенны заметно понижается, а реактивная его часть на начальном этапе возрастает незначительно. Вследствие этого возможно согласование с помощью П - контура такой укороченной антенны с большей эффективностью, чем согласование антенны длиной ровно λ/2. Предпочтительно использовать антенну длиной немного большей чем λ/2.

Рисунок 5 Согласование УКВ антенны с помощью П – контура

В согласующем устройстве были использованы воздушные подстроечные конденсаторы типа КПВМ-1. Катушка L 1 содержит 5 витков посеребренного провода диаметром 1 мм, намотанного на оправке диаметром 6 мм и шагом 2 мм.

Настройка антенны не сложна. Включив в тракт кабеля антенны КСВ - метр и одновременно измеряя уровень напряженности поля, создаваемого антенной, с помощью изменения емкости переменных конденсаторов С1 и С2, сжатия-растяжения витков катушки L 1 добиваются минимальных показаний КСВ -метра и соответственно максимальных показаний измерителя напряженности поля. Если эти два максимума не будут совпадать, необходимо немного изменить длину антенны, и снова повторить ее настройку.

Согласующее устройство было размещено в корпусе, спаянном из фольгированного стеклотекстолита размерами 50*30*20 мм. При работе из стационарного рабочего места радиолюбителя антенна может быть размещена в проеме окна. При работе в полевых условиях антенна может быть подвешена за верхний конец на дерево с помощью лески, как это показано на рис. 6. Для питания антенны можно использовать 50-Омный коаксиальный кабель. Использование 75-Омного коаксиального кабеля несколько увеличит КПД согласующего устройства антенны, но в то же время потребует настройки выходного каскада радиостанции для работы на нагрузку 75 Ом.

Рисунок 6 Установка антенна для работы в полевых условиях

Оконные антенны на основе фольги

На основе клеящейся фольги, используемой в системах охранной сигнализации можно построить очень простые конструкции оконных УКВ антенн. Такую фольгу можно приобрести уже с клеевой основой. Тогда освободив одну сторону фольги от защитного слоя, ее достаточно просто прижать к стеклу и фольга моментально надежно приклеивается. Фольгу без клеевой основы можно приклеить к стеклу при помощи лака или клея типа «Момент». Но для этого необходимо иметь некоторый навык. Фольгу можно даже закрепить на окне при помощи липкой ленты.

При соответствующей тренировке вполне возможно осуществить качественное паяное соединение центральной жилы и оплетки коаксиального кабеля с алюминиевой фольгой. Исходя из личного опыта, каждый тип такой фольги требует для пайки своего флюса. Некоторые типы фольги хорошо паяются даже с использованием только канифоли, некоторые удается паять с помощью паяльного жира, другие типы фольги требуют использования активных флюсов. Флюс необходимо испытывать на конкретном типе фольги, используемом для изготовления антенны, заблаговременно до ее установки.

Хорошие результаты дает использование подложки из фольгированного стеклотекстолита для пайки и крепления фольги, как это показано на рис. 7. Кусочек фольгированного стеклотекстолита с помощью клея «Момент» приклеивается к стеклу, к краям фольги припаивается фольга антенны, жилы коаксиального кабеля припаиваются к медной фольге стеклотекстолита на небольшом удалении от фольги. После пайки соединение необходимо защитить при помощи влагостойкого лака или клея. В противном случае возможна коррозия этого соединения.

Рисунок 7 Подключение фольги антенны к коаксиальному кабелю

Разберем практические конструкции оконных антенн построенных на основе фольги.

Вертикальная оконная дипольная антенна

Схема вертикальной дипольной оконной УКВ антенны на основе фольги показана на рис. 8.

Рисунок 8 Оконная вертикальная дипольная УКВ антенна

Четвертьволновый штырь и противовес расположены под углом 135 о для того, чтобы входное сопротивление антенной системы приближалось к 50 Ом. Это дает возможность использовать для питания антенны коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом и использовать антенну совместно с переносными радиостанциями, выходной каскад которых имеет такое входное сопротивление. Коаксиальный кабель должен идти перпендикулярно антенне по стеклу так долго, как это возможно.

Рамочная оконная антенна на основе фольги

Эффективнее дипольной вертикальной антенны будет работать рамочная оконная УКВ антенна, показанная на рис. 9. При питании антенны с бокового угла максимум излучаемой поляризации расположен в вертикальной плоскости, при питании антенны в нижнем угле максимум излучаемой поляризации находится в горизонтальной плоскости. Но при любом положении точек питания антенна излучает радиоволну, с комбинированной поляризацией, как с вертикальной, так и с горизонтальной. Это обстоятельство весьма благоприятно для связи с переносными и передвижными радиостанциями, положение антенн которых во время движения будет меняться.

Рисунок 9 Рамочная оконная УКВ антенна

Входное сопротивление оконной рамочной антенны составляет 110 Ом. Для согласования этого сопротивления с коаксиальным кабелем волновым сопротивлением 50 Ом используется четвертьволновая секция из коаксиального кабеля волновым сопротивлением 75 Ом. Кабель должен идти перпендикулярно оси антенны так долго, как это возможно. Рамочная антенна имеет усиление примерно на 2 дБ выше относительно дипольной оконной антенной.

При выполнении оконных антенн из фольги шириной 6-20 мм, они не требуют настройки и работают в диапазоне частот значительно более широком, чем любительский диапазон 145 МГц. Если полученная резонансная частота антенн оказалась ниже требуемой, то диполь можно настроить, отрезая симметрично фольгу с его концов. Рамочную антенну можно настроить, используя перемычку из той же фольги, что была использована для изготовления антенны. Фольга замыкает полотно антенны в углу, напротив точек питания. После настройки, контакт перемычки с антенной может быть обеспечен или при помощи пайки или при помощи клейкой липкой ленты. Такая липкая лента должна достаточно сильно прижать перемычку к полотну антенны для того чтобы обеспечить надежный электрический контакт с ней.

К антеннам, выполненным из фольги, можно подводить значительные уровни мощности – до 100 и более ватт.

Наружная вертикальная антенна

При размещении антенны снаружи помещения всегда встает вопрос о защите раскрыва коаксиального кабеля от атмосферных воздействий, об использовании качественного антенного опорного изолятора, влагостойкого провода для антенн и т.д. Эти проблемы можно решить, выполнив защищенную наружную УКВ антенну. Конструкция такой антенны показана на рис. 10.

Рисунок 10 Защищенная наружная УКВ антенна

В центре пластиковой водопроводной трубы длиной 1 метр проделывается отверстие, в которое может туго войти коаксиальный кабель. Затем кабель туда продевается, высовывается из трубы, оголяется на расстоянии 48 см, экран кабеля скручивается и опаивается на длине 48 см. Кабель с антенной заводится обратно в трубу. Сверху и снизу на трубу одеваются стандартные заглушки. Влагоизолировать отверстие, куда входит коаксиальный кабель не представляет особого труда. Это можно сделать с помощью автомобильного силиконового герметика или быстро твердеющей автомобильной эпоксидки. В результате получаем красивую, влагоизолированную защищенную антенну, которая многие годы может работать под действием атмосферных воздействий.

Для фиксации вибратора и противовеса антенны внутри можно использовать 1-2 картонные или пластиковые шайбы, плотно надетые на вибраторы антенны. Трубу с антенной можно установить на оконную раму, на неметаллическую мачту, или разместить в другом удобном месте.

Простая коаксиальная коллинеарная антенна

Простая коллинеарная коаксиальная УКВ антенна может быть выполнена из коаксиального кабеля. Для защиты этой антенны от атмосферных воздействий может быть использован отрезок водопроводной трубы, как это было описано в предыдущем параграфе. Конструкция коллинеарная коаксиальная УКВ антенны показана на рис. 11.

Рисунок 11 Простая коллинеарная УКВ антенна

Антенна обеспечивает теоретическое усиление не менее чем на 3 дБ большее по сравнению с четвертьволновым вертикалом. Она не нуждается в противовесах для своей работы (хотя их наличие улучшает работу антенны) и обеспечивает прижатую диаграмму направленности к горизонту. Описание такой антенны неоднократно появлялось на страницах отечественной и зарубежной радиолюбительской литературы, но наиболее удачное описание было представлено в литературе .

Размеры антенны на рис. 11 указаны в сантиметрах для коаксиального кабеля с коэффициентом укорочения равным 0,66. Такой коэффициент укорочения имеют большинство коаксиальных кабелей с полиэтиленовой изоляцией. Размеры согласующей петли показаны на рис. 12. Без использования этой петли КСВ антенной системы может превышать 1,7. Если антенна оказалась настроенной ниже диапазона 145 МГц необходимо немного укоротить верхнюю секцию, если выше, то удлинить ее. Конечно, оптимальная настройка возможная пропорциональным укорочением-удлинением всех частей антенны, но это сложно проделать в радиолюбительских условиях.

Рисунок 12 Размеры согласующей петли

Несмотря на большие размеры пластиковой трубы, необходимой для защиты этой антенны от атмосферных воздействий, использование коллинеарной антенны такой конструкции вполне целесообразно. Антенна может быть вынесена в сторону от здания с помощью деревянных реек, как это показано на рис. 13. Антенна может выдержать значительные подводимые к ней мощности до 100 и более ватт и может быть использована совместно как со стационарными так и с переносными УКВ -радиостанциями. Использование такой антенной совместно с маломощными носимыми радиостанциями даст наибольший эффект.

Рисунок 13 Установка коллинеарной антенны

Простая коллинеарная антенна

Эта антенна была собрана мной подобно конструкции автомобильной выносной антенны используемой в сотовом радиотелефоне. Для переделки ее на любительский диапазон 145 МГц мной были изменены пропорционально все размеры «телефонной» антенны. В результате этого получилась антенна, схема которой показана на рис. 14. Антенна обеспечивает прижатую к горизонту диаграмму направленности и теоретическое усиление не менее 2 дБ над простым четвертьволновым штырем. Для питания антенны использовался коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом.

Рисунок 14 Простая коллинеарная антенна

Практическая конструкция антенны показана на рис. 15. Антенна была выполнена из целого отрезка медного провода диаметром 1мм. Катушка L 1 содержала 1 метр этого провода, намотанного на оправке диаметром 18 мм, расстояние между витками было равно 3 мм. При выполнении конструкции точно по размерам антенна практически не требует наладки. Возможно, понадобится небольшая подстройка антенны сжатием-растяжением витков катушки для достижения минимального КСВ. Антенна была размещена в пластиковый водопроводной трубе. Внутри трубы антенный провод был зафиксирован с помощью кусочков пенопласта. На нижнем конце трубы были установлены четыре четвертьволновых противовеса. На них была нарезана резьба, и они с помощью гаек были закреплены на пластиковой трубе. Противовесы могут быть диаметром 2-4 мм в зависимости от возможности нарезать на них резьбу. Для их изготовления можно применить медный, латунный, или бронзовый провод.

Рисунок 15 Конструкция простой коллинеарной антенны

Антенна может быть установлена на деревянных рейках на балконе (как это показано на рис. 13). Эта антенна может выдержать значительные уровни подводимой к ней мощности.

Эту антенну можно рассматривать как укороченную антенну КВ диапазона с центральной удлиняющей катушкой. Действительно, измеренный с помощью мостового измерителя сопротивления резонанс антенны в диапазоне КВ оказался лежащим в районе частоты 27,5 МГц. Очевидно, что варьируя диаметром катушки и ее длиной, но сохранив при этом длину провода ее намотки можно добиться того, чтобы антенна работала как в УКВ диапазоне 145 МГц, так и в одном из КВ диапазонов – 12 или 10 метров. Для работы на КВ диапазонах к антенне необходимо подключить четыре противовеса длиной λ/4 для выбранного КВ диапазона. Такое двойное использование антенны сделает ее еще более универсальной.

Экспериментальная 5/8-волновая антенна

При проведении экспериментов с радиостанциями диапазона 145 МГц часто бывает необходимо подключить к ее выходному каскаду испытываемую антенну, чтобы проверить работу тракта приема радиостанции или настроить выходной каскад передатчика. Для этих целей мной долгое время используется простая 5/8 – волновая УКВ антенна, описание которой было приведено в литературе .

Эта антенна состоит из секции медного провода диаметром 3 мм, который одним концом соединен с удлиняющей катушкой, а другой с настроечной секцией. На конце провода соединенном с катушкой нарезана резьба, а на другом конце припаяна настроечная секция из медного провода диаметром 1 мм. Согласуется антенна с коаксиальным кабелем волновым сопротивлением 50 или 75 Ом путем подключения к разным виткам катушки, и может быть небольшим укорочением настроечной секции. Схема антенны показана на рис. 16. конструкция антенны показана на рис. 17.

Рисунок 16 Схема простой 5/8 – волновой УКВ антенны

Рисунок 17 Конструкция простой 5/8 – волновой УКВ антенны

Катушка выполнена на плексигласовом цилиндре диаметром 19 мм и длиной 95 мм. В торцах цилиндра сделана резьба, в которую с одной стороны ввинчивается вибратор антенны, а с другой стороны она прикручивается к куску фольгированного стеклотекстолита размерами 20*30 см, который служит «землей» антенны. С задней стороны к нему был приклеен магнит от старого динамика, в результате чего антенна может крепиться к подоконнику, к батарее отопления, к другим железным предметам.

Катушка содержит 10,5 витка провода диаметром 1 мм. Провод катушки равномерно размещен по каркасу. Отвод к коаксиальному кабелю осуществлен от четвертого витка от заземленного конца. Вибратор антенны ввинчивается в катушку, под него вставляется контактная ламель, к которой припаивается «горячий» конец удлиняющей катушки. Нижний конец катушки припаивается к фольге «земли» антенны. Антенна обеспечивает КСВ в кабеле не хуже чем 1:1,3. Настройка антенны осуществляется путем укорочения с помощью кусачек ее верхней части, которая первоначально выполняется чуть длиннее, чем необходимо.

Мной были проведены эксперименты по установке этой антенны на оконном стекле. В этом случае вибратор первоначальной длиной 125 сантиметров из алюминиевой фольги был приклеен по центру окна. Удлиняющая катушка использовалась та же, и была установлена на раме окна. Противовесы были выполнены из фольги. Концы антенны и противовесов были немного загнуты, чтобы поместиться на оконном стекле. Вид оконной 5/8 – волновая УКВ антенна показан на рис. 18. Антенна легко настраивается в резонанс постепенным укорочением фольги вибратора с помощью лезвия, и постепенным переключением витков катушки по минимуму КСВ. Оконная антенна не портит интерьера комнаты и может использоваться в качестве постоянной антенна для работы на диапазоне 145 МГц из дома или офиса.

Рисунок 18 Оконная 5/8 – волновая УКВ антенна

Эффективная антенна переносной радиостанции

В том случае, когда связь с использованием стандартной «резинки» невозможна, можно использовать полуволновую антенну. Она не требует для своей работы «земли» и при работе на большие расстояния дает выигрыш по сравнению со стандартной «резинкой» до 10 дБ. Это вполне реальные цифры, учитывая, что физическая длина полуволновой антенны почти в 10 раз длиннее «резинки».

Полуволновая антенна питается напряжением и имеет высокое входное сопротивление, которое может достигать 1000 Ом. Следовательно, эта антенна требует согласующего устройства при использовании совместно с радиостанцией имеющей 50 омный выход. Один из вариантов согласующего устройства на основе П- контура уже был описан в этой главе. Поэтому, для разнообразия, для этой антенны мы рассмотрим использование другого согласующего устройства, выполненного на параллельном контуре. По эффективности своей работы эти согласующие устройства примерно равны. Схема полуволновой УКВ антенны совместно с согласующим устройством на параллельном контуре показана на рис. 19.

Рисунок 19 Полуволновая УКВ антенна с согласующим устройством

Катушка контура содержит 5 витков медного посеребренного провода диаметром 0,8 мм, намотанных на оправке диаметром 7 мм по длине 8 мм. Настройка согласующего устройства заключается в настройке с помощью переменного конденсатора С1 контура L 1С1 в резонанс, с помощью переменного конденсатора С2 регулируется связь контура с выходом передатчика. Первоначально конденсатор подключается в третьему витку катушки от ее заземленного конца. Переменные конденсаторы С1 и С2 должны быть с воздушным диэлектриком.

Для вибратора антенны целесообразно использовать телескопическую антенну. Это даст возможность переносить полуволновую антенну в компактном сложенном состоянии. Также это упрощает настройку антенны совместно с реальным трансивером. При первоначальной настройке антенны ее длина составляет 100 см. В процессе настройки эта длина может быть немного скорректирована по лучшей работе антенны. Желательно сделать соответствующие отметки на антенне, чтобы впоследствии со свернутого ее положения устанавливать антенну сразу на резонансную длину. Коробка, где расположено согласующее устройство, должна быть выполнена из пластика, чтобы уменьшить емкость катушки на «землю», может быть выполнена из фольгированного стеклотекстолита. Это зависит от реальных эксплуатационных условий антенны.

Настройка антенны производится с помощью индикатора напряженности поля. С помощью КСВ - метра настройка антенны целесообразна лишь в случае ее работы не на корпусе радиостанции, а при использовании совместно с ней удлиняющего коаксиального кабеля.

При двойной работе антенны на корпусе радиостанции и с использованием удлиняющего коаксиального кабеля на штыре антенны делают две отметки, соответствующие одна – максимальному уровню напряженности поля, при работе антенны на корпусе радиостанции, а другая риска соответствует минимальному КСВ при использовании совместно с антенной удлиняющего коаксиального кабеля. Обычно эти две отметки немного не совпадают.

Вертикальные неразрывные антенны с гамма согласованием

Вертикальные антенны выполненные из целого вибратора ветроустойчивы, легки в установке, и занимают мало места. Для их выполнения можно использовать медные трубки, алюминиевый силовой электрический провод диаметром 6-20 мм. Эти антенны достаточно просто можно согласовать с коаксиальным кабелем волновым сопротивлением как 50 так и 75 Ом.

Очень простая в выполнении и легкая в настройке является неразрывная полуволновая УКВ антенна, конструкция которой показана рис. 20. Для ее питания через коаксиальный кабель используется гамма согласование. Материал, из которого выполнен вибратор антенны и гамма согласование должен быть один и тот же например, медь или алюминий. Из-за взаимной электрохимической коррозии многих пар материалов недопустимо использовать разные металлы для выполнения антенны и гамма согласования.

Рисунок 20 Неразрывная полуволновая УКВ антенна

Если для выполнения антенны использована медная голая трубка, то настраивать гамма согласование антенны целесообразно с помощью замыкающей перемычки как это показано на рис. 21. В этом случае поверхность штыря и проводника гамма согласования тщательно зачищается и с помощью хомута из голой проволоки как это показано на рис. 21а добиваются минимального КСВ в коаксиальном кабеле питания антенны. Затем в этом месте провод гамма согласования немного расплющивается, просверливается и соединяется винтом с полотном антенны, как это показано на рис. 21б. Возможно также использовать пайку.

Рисунок 21 Настройка гамма - согласования медной антенны

Если для антенны использован алюминиевый провод из силового электрического кабеля в пластиковой изоляции, то целесообразно эту изоляцию оставить для предотвращения коррозии алюминиевого провода кислотными дождями, которые неизбежны в городских условиях. В этом случае гамма согласование антенны подстраивается с помощью переменного конденсатора, как это показано на рис. 22. Этот переменный конденсатор необходимо тщательно защитить от влаги. Если не удается достичь КСВ в кабеле меньше 1,5, то длину гамма согласования необходимо уменьшить и повторить настройку еще раз.

Рисунок 22 Настройка гамма – согласования алюминиевой медной антенны

При наличии достаточного места и материалов можно установить неразрывную вертикальную волновую УКВ антенну. Волновая антенна работает эффективнее полуволновой антенны, показанной на рис. 20. Волновая антенна обеспечивает более прижатую к горизонту диаграмму направленности чем полуволновая антенна. Согласовать волновую антенну можно с помощью способов, показанных на рис. 21 и 22. Конструкция волновой антенны показана на рис. 23,

Рисунок 23 Неразрывная вертикальная волновая УКВ антенна

При выполнении этих антенн желательно чтобы коаксиальный кабель питания был перпендикулярен антенне хотя бы 2 метра. Использование симметрирующего устройства совместно с неразрывной антенной увеличит эффективность ее работы. При использовании симметрирующего устройства необходимо использовать симметричное гамма согласование. Подключение симметрирующего устройства показано на рис. 24.

Рисунок 24 Подключение симметрирующего устройства к неразрывной антенне

В качестве симметрирующего устройства антенны также можно использовать и любое другое известное симметрирующее устройство. При размещении антенны около проводящих предметов возможно придется несколько уменьшить длину антенны из-за влияния на нее этих предметов.

Круглая УКВ антенна

Если размещение в пространстве вертикальных антенн, показанных на рис. 20 и рис. 23 в их традиционном вертикальном положении затруднено, то можно их разместить, свернув полотно антенны в круг. Положение полуволновой антенны показанной на рис. 20 в «круглом» варианте показано на рис. 25, а волновой антенны показанной на рис. 23 на рис. 26. В таком положении антенна обеспечивает комбинированную поляризацию вертикальную и горизонтальную, что благоприятно для проведения связей с передвижными и носимыми радиостанциями. Хотя, теоретически уровень вертикальной поляризации будет выше при боковом питании круглых УКВ антенн, но на практике это различие не сильно заметно, а боковое питание антенны усложняет ее установку. Боковое питание круглой антенны показано на рис. 27.

Рисунок 25 Неразрывная круглая вертикальная полуволновая УКВ антенна

Рисунок 26 Неразрывная круглая вертикальная волновая УКВ антенна

Рисунок 27 Боковое питание круглых УКВ антенн

Круглая УКВ антенна может быть размещена внутри помещения, например, между рамами окна, или вне помещения, на балконе или на крыше. При размещении круглой антенны в горизонтальной плоскости получим круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и работу антенны с горизонтальной поляризацией. Это может быть необходимо в некоторых случаях при проведении радиолюбительских связей.

Пассивный «усилитель» переносной станции

При испытании переносных радиостанций или работе с ними порой не хватает еще «чуть-чуть» мощности для надежной связи. Мной был выполнен пассивный «усилитель» для переносных УКВ станций. Пассивный «усилитель» может добавить до 2-3 дБ к сигналу радиостанции в эфире. Этого часто достаточно чтобы надежно открыть шумоподавитель станции корреспондента и обеспечить уверенную работу. Конструкция пассивного «усилителя» показана на рис. 28.

Рисунок 28 Пассивный «усилитель»

Пассивный «усилитель» представляет собой луженую жестяную банку из-под кофе достаточно больших размеров (чем больше, тем лучше). В дно банки вставлен разъем, аналогичный антенному разъему радиостанции, а в крышку банки запаян разъем для соединения с антенным гнездом. К банке припаяны 4 противовеса длиной 48 см. При работе с радиостанцией этот «усилитель» включается между штатной антенной и радиостанцией. За счет более эффективной «земли» и происходит увеличение в месте приема силы излучаемого сигнала. Совместно с этим «усилителем» можно использовать и другие антенны, например, λ/4 штырь из медной проволоки, просто вставленный в антенное гнездо.

Широкополосная обзорная антенна

Многие импортные переносные радиостанции обеспечивают работу на прием не только в любительском диапазоне 145 МГц, но и в обзорных диапазонах 130-150 МГц или 140-160 МГц. В этом случае для успешного приема в обзорных диапазонах, на которых витая антенна, настроенная на 145 МГц, работает неэффективно можно использовать широкополосную УКВ антенну. Схема антенны приведена на рис. 29 а размеры для разных диапазонов работы даны в табл. 1.

Рисунок 29 Широкополосный УКВ вибратор

Таблица 1 Размеры широкополосной УКВ антенны

Таблица 1

Диапазон, МГц	130-150	140-160
Размер А, см
Размер Б, см

Для работы с антенной можно использовать коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом. Полотно антенны может быть выполнено из фольги, и наклеено на окно. Можно выполнить полотно антенны из алюминиевого листа, или печатным способом на куске фольгированного стеклотекстолита подходящих размеров. Эта антенна может работать на прием и на передачу в указанных диапазонах частот с высокой эффективностью.

Зигзагообразная антенна

В некоторых служебные УКВ радиостанциях дальней связи используются антенные решетки состоящие из зигзагообразных антенн. Радиолюбители тоже могут попробовать использовать элементы такой антенной системы для своей работы. Вид элементарной зигзагообразной антенны, входящей в конструкцию сложной УКВ антенны показан на рис. 30.

Рисунок 30 Элементарная зигзагообразная антенна

Зигзагообразная элементарная антенна состоит из полуволновой дипольной антенны, которая питает напряжением полуволновые вибраторы. В реальных антеннах используется до пяти таких полуволновых вибратора. Такая антенна имеет узкую прижатую к горизонту диаграмму направленности. Вид поляризации излучаемый антенной комбинированный – вертикальный и горизонтальный. Для работы антенны желательно использовать симметрирующее устройство.

В антеннах используемых в служебных станциях связи за элементарными зигзагообразными антеннами обычно помещают рефлектор, выполненный из металлической сетки. Рефлектор обеспечивает одностороннюю направленность антенны. В зависимости от числа вибраторов, включенных в антенну и количества включенных вместе зигзагообразных антенн можно получить необходимый коэффициент усиления антенны.

Радиолюбители практически не используют такие антенны, хотя их несложно выполнить для любительских УКВ диапазонов 145 и 430 МГц. Для изготовления полотна антенны можно использовать алюминиевый провод диаметром 4-12 мм от силового электрического кабеля. В отечественной литературе описание подобной антенны, для полотна которой был использован жесткий коаксиальный кабель, было приведено в литературе .

Антенна Харченко в диапазоне 145 МГц

Антенна Харченко широко используется в России для приема телевидения и в служебной радиосвязи. Но радиолюбители ее используют для работы на диапазоне 145 МГц. Эта антенна является одной из немногих, которая работает весьма эффективно, и практически не требует настройки. Схема антенны Харченко показана на рис. 31.

Рисунок 31 Антенна Харченко

Для работы антенны можно использовать как 50, так и 75-Омный коаксиальный кабель. Антенна широкополосная, работает в полосе частот не менее 10 МГц на диапазоне 145 МГц. Для создания односторонней диаграммы направленности используют сзади антенны металлическую сетку, расположенную на расстоянии (0,17-0,22)λ.

Антенна Харченко обеспечивает ширину лепестка диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскости близкую к 60 о. Для еще большего сужения диаграммы направленности используют пассивные элементы в виде вибраторов длиной 0,45λ, расположенных на расстоянии 0,2λ от диагонали квадрата рамок. Для создания узкой диаграммы направленности и увеличения коэффициента усиления антенной системы используют несколько объединенных антенн.

Рамочные направленные антенны диапазона 145 МГц

Одними из наиболее популярных направленных антенн для работы в диапазоне 145 МГц являются рамочные антенны. Наиболее распространены на диапазоне 145 МГц двухэлементные рамочные антенны. В этом случае получается оптимальное соотношение «затраты/качество». Схема двухэлементной рамочной антенны а также размеры периметра рефлектора и активного элемента показаны на рис. 32.

Рисунок 32 Рамочная УКВ антенна

Элементы антенны могут быть выполнены не только в виде квадрата но и в виде круга, дельты. Для увеличения излучения вертикальной составляющей антенна может быть запитана сбоку. Входное сопротивление двухэлементной антенны близко к 60 Ом, и для работы с ней подходит как 50-Омный, так и 75-Омный коаксиальный кабель. Коэффициент усиления двухэлементной рамочной УКВ антенны составляет не менее 5 дБ (над диполем) и отношение излучения в прямом и обратном направлении может достигать 20 дБ. При работе с этой антенной полезно использовать симметрирующее устройство.

Рамочная антенна с круговой поляризацией

Интересная конструкция рамочной антенны с круговой поляризацией была предложена в литературе . Антенны, имеющую круговую поляризацию используют для связи через ИСЗ. Двойное питание рамочной антенны со сдвигом фаз 90 ° позволяет синтезировать радиоволну, имеющую круговую поляризацию. Схема питания рамочной антенны показана на рис. 33. При конструировании антенны необходимо учитывать, что длина L может быть любой разумной, а длина λ/4 должна соответствовать длине волны в кабеле.

Рисунок 33 Рамочная антенна с круговой поляризацией

Для увеличения коэффициента усиления эту антенну можно использовать совместно с рамочными рефлектором и директором. Рамку необходимо питать только через симметрирующее устройство. Простейшее симметрирующее устройство показано на рис. 34.

Рисунок 34 Простейшее симметрирующее устройство

Промышленные антенны диапазона 145 МГц

В настоящее время в продаже можно найти большой выбор фирменных антенн для диапазона 145 МГц. При наличии денег, конечно, можно покупать любую из этих антенн. Следует учесть, что желательно приобретать цельные антенны, уже настроенные на диапазон 145 МГц. Антенна должна иметь защитное покрытие предохраняющее ее от коррозии кислотными дождями, которые могут выпадать в современном городе. Телескопические антенны в условиях эксплуатации города ненадежны и со временем могут выйти из строя.

При сборке антенн необходимо строго соблюдать все указания в инструкции по сборке, и не жалеть силиконовую смазку для гидроизоляции разъемов, телескопических соединений и винтовых соединений в согласующих устройствах.

Литература

1. И. Григоров (RK 3 ZK ). Согласующие устройства диапазона 144 МГц//Радиолюбитель. КВ и УКВ.
-1997.-№ 12.- С .29.

2.Barry Bootle. (W9YCW) Hairpin Match for the Collinear – Coaxial Arrau//QST.-1984.-October.-P.39.

3.Doug DeMaw (W1FB) Build Your Own 5/8-Wave Antenna for 146 MHz//QST.-1979.-June.-P.15-16.

4. С. Бунин. Антенна для связи через ИСЗ // Радио.- 1985.- № 12.- С . 20.

5.D.S.Robertson ,VK5RN The “Quadraquad” – Circular Polarization the Easy Way //QST.-April.-1984.
-pages16-18.

На УКВ работают радиостанции самого различного назначения: радиолокационные, связные, телевизионные, радиовещательные и т. п. На этих же волнах в последнее время начали работать и радиолюбительские приемо-передающие радиостанции.

Приемные и передающие антенны, применяемые на УКВ, значительно отличаются от антенн для длинных, средних и даже коротких волн.

УКВ антенны имеют относительно небольшие размеры при весьма хороших качественных показателях. Внутри УКВ диапазона антенны различных поддиапазонов также резко отличаются друг от друга как по принципу действия, так и по конструкции. Так, например, антенны сантиметрового поддиапазона сильно отличаются от антенн метрового поддиапазона. Между ними трудно найти даже какое-либо внешнее сходство.

Мы будем рассказывать об антеннах, к которым з -настоящее время радиолюбители и телезрители проявляют наибольший интерес: об антеннах метрового диапазона (10—1 м) и длинноволновой части дециметрового диапазона (1 м — 50 см). Эти антенны применяются в повседневной практике для приема телевидения и в качестве приемных и передающих антенн связных радиолюбительских УКВ станций.

Выбор и -конструирование приемной и передающей аінтенн — весьма серьезный этап в практике работ радиолюбителя. Поэтому мы хотим рассказать о некоторых важнейших свойствах УКВ антенн, что поможет разумно и обоснованно выбирать антенны для различных УКВ установок.

Направленные свойства УКВ антенн. Под направленными свойствами антенн понимают их способность излучать электромагнитную энергию относительно узкими пучками в определенных желаемых направлениях. Дело в том, что вообще не существует антенн, излучающих электромагнитную энергию равномерно во всех направлениях.

Рассмотрим сначала простейшую и в то же время наиболее распространенную УКВ антенну — симметричный полуволновый вибратор (рис. 1). Этот вибратор состоит из двух расположенных на одной оси металлических стержней. Общая длина вибратора составляет примерно половину длины волны. Расположим вибратор. горизонтально, т. е. параллельно земле, и мысленно проведем плоскость перпендикулярно оси вибратора (вертикальную плоскость). В этой плоскости излучаемая мощность распределяется равномерно во всех направлениях. Поэтому говорят, что горизонтальный вибратор является ненаправленным в вертикальной плоскости. В горизонтальной же плоскости излучение является направленным, причем наибольшая мощность излучается перпендикулярно вибратору, а в направлении его оси излучение полностью отсутствует

Соответственно вертикально расположенный вибратор излучает равномерно во всех направлениях в горизонтальной плоскости и неравномерно—в вертикальной.

Рис. 1. Диаграммы направленности полуволнового вибратора.

Для наглядности направленные свойства антенн изображают графически в виде диаграмм направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях (рис. 1). Необходимо подчеркнуть, что диаграмма направленности не дает возможности определить, какую же мощность излучает антенна в определенном заданном направлении, поскольку величина этой мощности зависит не только от формы диаграммы, но и от общей мощности передатчика. Диаграмма направленности антенны характеризует. лишь распределение мощности передатчика в пространстве независимо от полной величины этой мощности и определяется только конструкцией антенны.

На рис. 2 изображены для примера некоторые воз-можные диаграммы направленности УКВ антенн в горизонтальной плоскости.

Антенна, имеющая диаграмму типа а, излучает в горизонтальной плоскости равномерно во все стороны. Такую диаграмму должны иметь антенна радиолюбительского передатчика, если направление на корреспондента заранее неизвестно, а также телевизионная передающая антенна.

Диаграммы типов б и в имеют два симметричных лепестка. Антенны с такими диаграммами излучают одинаково в двух противоположных направлениях. Часто бывает полезным сконцентрировать излучение только в одном направлении. Тогда інужно воспользоваться однонаправленными антеннами, имеющими диаграммы направленности типа д.

Как видно из рисунка, эти диаграммы имеют обычно, помимо основного лепестка, небольшие «задние» или «боковые» лепестки, что указывает на некоторый расход мощности передатчика на излучение в нежелательных направлениях. Отметим, что антенна с диаграммой направленности типа д излучает электромагнитные волны более узким пучком и является, следовательно, более направленной. Ширина основного лепестка диаграммы направленности измеряется в градусах и отсчитывается по уровню половинной мощности или 0,7 напряжения (угол а на диаграмме г).

Рис. 2. Различные формы диаграмм направленности УКВ антенн.

Возникает вопрос: как выбрать передающую УКВ антенну с точки зрения формы диаграммы направленности? Для ответа на этот вопрос необходимо знать, в пределах -какого угла может меняться направление от передающей антенны к возможному корреспонденту.

Необходимо, чтобы этот угол укладывался в пределах угла раствора основного лепестка диаграммы направленности по уровню половинной мощности.

Заметим, что чем уже основной лепесток диаграммы направленности и чем меньше задние и боковые лепестки, тем большая мощность излучаемых волн (при неизменной общей мощности передатчика) излучается в главном направлении и тем больше дальность связи в этом направлении.

Основные типы антенн и соответствующие им диаграммы направленности будут показаны ниже. До сих пор мы рассматривали передающие антенны. А как обстоит дело с направленными свойствами приемных антенн?

Пусть некоторая аінтенна используется как передающая для излучения сигналов в пространство и имеет диаграмму направленности, изображенную на рис. 2,д. Максимум мощности излучаемых волн соответствует направлению, показанному сплошной стрелкой. Если эту же самую антенну применить для приема, то мощность сигналов, поступающих на вход приемника, будет максимальной, когда сигнал приходит с того же направления (пунктирная стрелка).

Таким образом, оказывается, что диаграмма направленности любой антенны остается неизменной при работе ее как на передачу, так и на прием. При выборе типа приемной антенны с точки зрения диаграммы направленности нужно учитывать те же соображения относительно необходимого угла раствора диаграммы в горизонтальной плоскости.

Следует еще добавить, что чем уже основной лепесток диаграммы направленности и меньше баковые лепестки, тем слабее сказываются различные помехи приему (медицинские, индустриальные и т. п.).

Коэффициент усиления УКВ антенн. Приемные и передающие УКВ антенны характеризуются не только диаграммой направленности, но и величиной коэффициента усиления.

Пусть имеются два передатчика одинаковой мощности. Антенна первого передатчика — полуволновый вибратор (рис. 1), антенна второго передатчика — однонаправленная с диаграммой, изображенной на рис. 2,д. Антенна второго передатчика создает в главном направлении более сильное электромагнитное поле. Это, очевидно, объясняется тем, что, во-первых, антенна второго передатчика излучает только в одну сторону и, во-вторых, концентрирует излучение в более узком пучке. Если антенна второго передатчика создает на определенном расстоянии электромагнитное поле, например, вдвое большей силы (напряженности), то говорят, что эта антенна имеет относительно полуволнового вибратора коэффициент усиления по полю, равный 2.

Коэффициент усиления любой антенны определяют путем ее сравнения с полуволновым вибратором, коэффициент усиления которого условно принят равным единице.

Понятие коэффициента усиления можно распространить и на приемные антенны. При этом коэффициент усиления по полю показывает, во сколько раз увеличивается напряжение на входе приемника при использовании данной антенны по сравнению со случаем использования полуволнового вибратора.

Нужно заметить, что увеличение коэффициента усиления необязательно связано с уменьшением ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Можно увеличить коэффициент усиления приемных и передающих антенн УКВ станций, сужая диаграмму направленности в вертикальной плоскости и не ограничивая тем самым угол, в пределах которого возможна связь.

Фидеры для УКВ антенн. Приемная и передающая антенны связаны соответственно с приемником и передатчиком фидером.

Выбор типа фидера и способа его подключения к антенне — важный момент в процессе конструирования УКВ антенны как для приемо-передающей радиостанции, так и для телевизионного приемника.

В качестве фидеров могут быть применены симметричные кабели, экранированные (РД-13) или неэкранированные (КАТВ), и несимметричные экранированные (кабели РК-1. РК-3, РК-49, и т. п.). На рис. 3 показаны конструкции кабелей различных типов.

Как для телевизионных антенн, так и для антенн приемо-передающих УКВ радиостанций лучше всего использовать несимметричный экранированный кабель. Этот кабель относительно недорог; он может быть прикреплен простейшими скобками непосредственно к любой стене: деревянной, кирпичной и т. п. Кроме того, в случае применения такого кабеля практически исключаются потеря мощности передатчика и искажение диаграммы направленности антенны за счет излучения самого фидера.

Рис. 3. Кабели, применяемые на УКВ. а—несимметричный экранированный кабель; б—симметричный экранированный кабель; в—симметричный неэкранированный кабель.

Могут быть случаи, когда передатчик имеет симметричный выход, а переход на коаксиальный кабель почему-либо невозможен. В таких случаях следует применить экранированный симметричный кабель, а при отсутствии последнего — неэкранированный. Следует иметь в виду, что неэкранированный кабель крепится к стенам с помощью специальных изоляторов.

Подключение фидеров к антеннам различных типов нужно производить только так, как показано на приводимых ниже рисунках. Эти схемы подключения фидеров обеспечивают как симметрирование (при переходе от несимметричного кабеля к симметричной антенне), так и согласование. Неправильное подключение фидера к антенне приводит к уменьшению излученной мощности, а также к частотным искажениям передаваемого и принимаемого сигналов. При приеме телевидения могут появиться специфические искажения в виде повторных контуров изображения.

Типы антенн для любительских радиостанций и приема телевидения. В принципе для любительских приемо-передающих УКВ радиостанций и приема телевидения могут применяться антенны одних и тех же типов. Поэтому целесообразно рассказывать об этих антеннах одновременно, делая в случае необходимости соответствующие оговорки.

Простейшей, наиболее распространенной антенной для любительской УКВ радиостанции и для приема телевидения является полуволновый вибратор (рис. 4).

Полуволновый вибратор может быть использован на любом из 12 телевизионных каналов в диапазоне частот 48,5—230 Мгц, а также в радиолюбительских УКВ диапазонах: 28—29,7, 144—146 и 420—425 Мгц.

Существуют две основные разновидности полуволновых вибраторов: линейный полуволновый вибратор (рис. 4,а) и полуволновый шлейф-вибратор (рис. 4,6). По своим электрическим характеристикам оба вибратора являются примерно равноценными; они имеют одинаковые диаграммы направленности и одинаковые коэффициенты усиления. Полоса пропускания шлейф-вибратора несколько шире, однако это не имеет существенного значения, поскольку полоса правильно выполненного линейного вибратора вполне достаточна для пропускания частот любого телевизионного канала, а тем более канала радиолюбительской станции.

Оба вида вибраторов выполняются обычно из трубок (стальных, латуінных, медных, дюралюминиевых). Их можно изготовлять также из.металлических полосок или уголков. Основные конструктивные размеры их приведены на рис. 4. Под длиной волны Я в случае выполнения вибратора для приема телевидения следует понимать длину волны, соответствующую средней частоте телевизионного канала; в случае же выполнения вибратора для любительской УКВ радиостанции под К нужно понимать длину волны, соответствующую несущей частоте.

Возможные способы подключения фидеров к линейному полуволновому вибратору приведены на рис. 4,в, г, д и е. Схемы на рис. 4,в и г применяют в случае использования в качестве фидеров несимметричных экранированных кабелей с волновым сопротивлением 75 ом (РК-1, РК-3 и т. д.).

В схеме на рис. 4,в подключение кабеля производится через U-образиое колено из того же кабеля; в схеме на рис. 4,г кабель подключается через симметрирующий короткозамкнутый мостик, изготовленный из трубок. Обе схемы являются примерно равноценными, хотя схема, изображенная на рис. 4,г, обеспечивает все же пропускание более широкой полосы частот. Схема на рис. 4, д применяется в случае использования в качестве фидера симметричного экранированного кабеля РД-13 с волновым сопротивлением 75 ом, схема на рис. 4,е — в случае использования симметричного неэкранированного ленточного кабеля КАТВ с волновым сопротивлением 300 ом.

Рис. 4. Схемы подключения кабелей к вибраторам.

в—линейный полуволновый вибратор; б—полуволновый шлейфвибратор; в—подключение кабеля через колено; г—подключение кабеля через четвертьволновый мостик; д — подключение симметричного экранированного кабеля; е — подключение симметричного неэкранированного кабеля; ж—подключение кабеля через U-колено; з — подключение симметричного неэкранированного кабеля; п — подключение симметричного экранированного кабеля; к — подключение кабеля к несимметричному четвертьволновому вибратору.

Возможные способы подключения фидеров к полуволновому шлейф-вибратору (вибратору Пистолькорса) показаны на рис. 4,ж,з и и. Схема на рис. 4,ж применяется при использовании несимметричных экранированных кабелей с волновым сопротивлением 75 ом (РК-1, РК-3 и т. д.), схема на рис. 4,з — при использовании симметричного неэкранированного кабеля с волновым сопротивлением 300 ом (КАТВ), схема на рис. 4,и — при использовании симметричного экранированного кабеля с волновым сопротивлением 75 ом (РД-13).

На рис. 4,к показана антеніна, называемая четвертьволновым вертикальным вибратором и применяемая обычно в тех случаях, когда антенну можно расположить над большим металлическим листом (например, для автомобильных станций).

Заметим, что для обеспечения согласования кабеля с антенной в схемах на рис. 4,е и и кабели подключаются через четвертьволновые согласующие трансформаторы, выполненные из отрезков кабеля.

Все рассмотренные схемы подключения фидеров к полуволновым вибраторам с равным успехом могут быть использованы как для передающих, так и для поиемных антенн.

Какой вибратор лучше применять: линейный или шлейф-вибратор? Мы уже отмечали, что с точки зрения электрических характеристик оба вибратора примерно равноценны. Поставленный вопрос следует решать, исходя только из конструктивных соображений и наличных материалов. Шлейф-вибратор требует, например, для изготовления вдвое большего расхода трубок. В то же время шлейф-вибратор легко установить на любой мачте — металлической или деревянной, так как его можно прикрепить в средней точке (точка 0 на рис. 4,6) непосредственно к мачте с помощью сварки или металлического хомута без всяких изоляторов. Крепление линейного вибратора к мачте требует изоляторов: керамических, пластмассовых, полистироловых или из органического стекла.

В качестве антенн с относительно большим коэффициентом усиления и с лучшими направленными свойствами, чем у полуволнового вибратора, для приема телевидения и для УКВ любительских станций применяют антенны типа «волновой канал», состоящие из нескольких вибраторов.

Простейшая антенна этого типа — двухэлементная—состоит из двух вибраторов (рис. 5,а), расположенных в одной плоскости и закрепленных на стреле, которая выполняется из металлической трубы, уголка или деревянного бруса.

Рис. 5. Направленные УКВ антенны типа „волновой канал. а—двухэлементная, антенна (коэффициент усиления по напряжению 1,35); б—трехэлементная антенна (коэффициент усиления по напряжению 1,85); в—пятиэлементная антенна (коэффициент усиления по напряжению 2,4).

В качестве одного из вибраторов, который называют активным (к этому вибратору подключается фидер), используют линейный полуволновый вибратор или полуволновый шлейф-вибратор, описанные выше и показанные на рис. 4. Второй из вибраторов двухэлементной антенны — пассивный (к нему фидер не подключается)—представляет собой цельную металлическую трубку, закрепленную «а стреле непосредственно, без всяких изоляторов. Крепление "пассивного вибратора, как и активного, производится симметрично относительно стрелы. Длину пассивного вибратора и его расстояние до активного выбирают таким образом, чтобы направить излученную активным вибратором мощность только в одну сторону. С этой точки зрения пассивный вибратор двухэлементной антенны называют рефлектором. Таким образом, двухэлементная антенна является однонаправленной, что видно из приводимой диаграммы направленности.

Рис. 6. Контурно-щелевая антенна с рефлектором (коэффициент усиления по напряжению 1,9).

Трехэлементная антенна (рис. 5,б) содержит, помимо активного вибратора и рефлектора, еще один пассивный вибратор, называемый директором. Длина директора и его расстояние до активного вибратора выбраны таким образом, чтобы дополнительно усилить излучение в главном направлении. В соответствии с этим трехэлементная антенна имеет больший, чем у двухэлементной антенны, коэффициент усиления и более узкую диаграмму направленности.

Пятиэлементная антенна (рис. 5,в) содержит уже три директора, помимо рефлектора и активного вибратора, и имеет еще больший коэффициент усиления и еще более узкую диаграмму направленности.

Подключение фидеров к активным вибраторам многоэлементных антенн, изображенных на рис. 5, производится так, как показано на рис. 4,ж, з и и.

Можно, конечно, выполнить антенну с еще большим количеством директоров, однако особого смысла это не имеет, так как при увеличении числа директоров свыше трех происходит очень медленный рост коэффициента усиления, в то время как вес и сложность конструкции значительно возрастают. Если для чего-либо (например, для дальнего приема телевидения) необходимо иметь очень большой коэффициент усиления, то выполняют так называемые синфазные антенны, состоящие из многоэлементных антенн типа «волновой канал», расположенных в несколько этажей или рядов.

На рис. 6 показана УКВ антенна, называемая контурно-щелевой. Она состоит из прямоугольной рамки, представляющей собой активный элемент антенны, и рефлектора. Рефлектор выполнен из пяти трубок, образующих плоскую решетку.

Коэффициент усиления антенны равен примерно коэффициенту усиления трехэлементной антенны типа «волновой канал», однако полоса пропускания этой антенны шире.

Рис. 7. Антенна с уголковым отражателем (коэффициент усиления по напряжению 3,6).

Подключение кабеля производится к точхам а и б так, как показано на рис. 4 ,ж, з и м;

Максимум излучения направлен перпендикулярно плоскости рамки. Наибольшее распространение контурно-щелевая антенна с рефлектором имеет в радиолюбительском диапазоне 144 —146 Мгц.

Рис. 8. Рупорная антенна (коэффициент усиления по напряжению при l = 0,5К равен 1,3, а при l = лямбда равен 2,б).

Нужно отметить, что если антенна расположена так, что плоскость рамки перпендикулярна земле, то структура излученного поля подобна структуре поля горизонтального вибратора (излучаются или принимаются только горизонтально поляризованные волны).

В диапазоне 420—425 Мгц весьма удобны также антенна с уголковым отражателем (рис. 7) и -одна из разновидностей рупорных антенн (рис. 8).

К антенне с уголковым отражателем кабель КАТВ следует подключать в точках а и б. Две боковые грани рупорной антенны покрыты металлической сеткой. Кабель подключается к точкам а и б.

Еще небольшое время назад для работы на диапазоне 144-145 МГц использовалась в основном самодельная аппаратура. Среди радиолюбителей были популярны УКВ - трансвертеры, многие из которых своими размерами были сравнимы с самим используемым с ним трансивером. Радиолюбители переделывали списанные промышленные УКВ-радиостанции типа «Пальма» на любительский УКВ диапазон 145 МГц, получая радиостанцию, работающую на нескольких каналах. Потом радиолюбителям стали доступны «Виолы», а позже и «Маяки», работающие на сорока каналах. Эти радиостанции тогда выглядели просто фантастически по своим возможностям!

В настоящее время можно сравнительно недорого приобрести многоканальные переносные УКВ трансиверы всемирно известных фирм – «YAESU», «KENWOOD», «ALINCO», которые по своим параметрам и удобству работы значительно превосходят как самодельную аппаратуру диапазона 145 МГц, так и переделанную промышленную – «Пальмы», «Маяки», «Виолы».

Но для работы через репитер из дома, офиса, во время движения при работе из автомобиля, необходима антенна более эффектная, чем используемая совместно с переносной радиостанцией «резинка». При использовании стационарной «фирменной» УКВ станции часто бывает целесообразно использовать с ней самодельную УКВ- антенну, так как приличная «фирменная» наружная антенна диапазона 145 Мгц стоит недешево.

Изготовлению простых самодельных антенн, пригодных к использованию со стационарными и переносными УКВ - радиостанциями и посвящен этот материал.

Особенности антенн диапазона 145 МГц

Ввиду того, что для изготовления антенн диапазона 145 Мгц обычно используют толстый провод – диаметром от 1 до 10 мм (иногда применяют и более толстые вибраторы, особенно в коммерческих антеннах), то антенны диапазона 145 Мгц широкополосны. Это часто позволяет при выполнении антенны точно по указанным размерам обойтись без ее дополнительной настройки на диапазон 145 МГц.

Для настройки антенн диапазона 145 Мгц необходимо иметь КСВ - метр. Это может быть как самодельный прибор, так и промышленного изготовления. На диапазоне 145 МГц радиолюбители практически не используют мостовые измерители сопротивления антенн, из-за кажущейся сложности их корректного изготовления. Хотя при аккуратном изготовлении мостового измерителя и, следовательно, корректной его работы на этом диапазоне, можно точно определить входное сопротивление УКВ антенн. Но даже используя только КСВ - метр проходного типа, вполне возможно настраивать самодельные УКВ-антенны. Мощности 0,5 Вт, которую обеспечивают импортные переносные радиостанции в режиме «LOW» и отечественные носимые радиостанции УКВ диапазона типа «Днепр», «Виола», «ВЭБР», вполне достаточно для работы многих типов КСВ метров. Режим «LOW» позволяет производить настройку антенн не опасаясь выхода из строя выходного каскада радиостанции при любом входном сопротивлении антенны.

Перед началом настройки УКВ антенны желательно убедиться в правильности показаний КСВ -метра. Неплохо иметь два КСВ -метра, рассчитанных для работы в трактах передачи 50 и 75 Ом. При настройке УКВ антенн желательно иметь контрольную антенну, в качестве которой может быть или «резинка» от переносной радиостанции или самодельный четвертьволновый штырь. При настройке антенны измеряют уровень напряженности поля создаваемый настраиваемой антенной относительно контрольной. Это дает возможность судить о сравнительной эффективности работы настраиваемой антенны. Конечно, если при измерениях использовать стандартный калиброванный измеритель напряженности поля, то можно получить точную оценку эффективности работы антенны. При использовании калиброванного измерителя поля несложно снять и диаграмму направленности антенны. Но даже используя при измерениях самодельные измерители напряженности поля и получив только качественную картину распределения напряженности электромагнитного поля, можно вполне сделать заключение об эффективности работы настраиваемой антенны и приближенно оценить ее диаграмму направленности. Рассмотрим практические конструкции УКВ-антенн.

Простые антенны

Наиболее простую наружную УКВ антенну (рис. 1) можно выполнить с использованием антенны, работающей совместно с переносной радиостанцией. На раме окна с наружной (рис. 2) или с внутренней стороны на удлиняющем деревянном бруске крепится металлический уголок, в центре которого установлено гнездо для подключения этой антенны. Необходимо стремиться к тому, чтобы коаксиальный кабель идущий до антенны был минимально необходимой длины. По краям уголка крепятся 4 противовеса длиной по 50 см. Необходимо обеспечить хороший электрический контакт противовесов, антенного разъема с металлическим уголком. Укороченная витая антенна радиостанции имеет входное сопротивление в пределах 30-40 Ом, так что для ее питания можно использовать коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом. С помощью угла наклона противовесов можно в некоторых пределах менять входное сопротивление антенны, и, следовательно, провести согласование антенны с коаксиальным кабелем. Вместо фирменной «резинки» временно можно использовать антенну из медного провода диаметром 1-2 мм длиной 48 см, который вставляется в антенное гнездо своим остро заточенным концом.

Рисунок 1. Простая наружная УКВ антенна

Рисунок 2. Конструкция простой наружной УКВ антенны

Надежно работает УКВ антенна, выполненная из коаксиального кабеля со снятой внешней оплеткой. Кабель заделывается в ВЧ -разъем аналогичный разъему «фирменной» антенны (рис. 3). Длина коаксиального кабеля, используемого для изготовления антенны, равна 48 см. Такую антенну можно использовать совместно с переносной радиостанцией взамен поломанной или утерянной штатной антенны.

Рисунок 3. Простая самодельная УКВ антенна

Для быстрого изготовления выносной УКВ антенны можно использовать соединительный коаксиальный кабель длиной 2-3 метра, который оконечен разъемами, соответствующим антенному гнезду радиостанции и антенны. Антенну к такому куску кабеля можно подключить с помощью высокочастотного тройника (рис. 4). В этом случае с одного конца тройника подключается антенна- «резинка», а с другого конца тройника накручиваются противовесы длиной по 50 см или через разъем подключается другой тип радиотехнической «земли» для УКВ антенны.

Рисунок 4. Простая выносная УКВ антенна

Самодельные антенны переносной радиостанции

При утере или поломке штатной антенны переносной радиостанции можно выполнить самодельную витую УКВ антенну. Для этого используют основу – полиэтиленовую изоляцию коаксиального кабеля, диаметром 7-12 мм и длиной 10-15 см, на который намотано первоначально 50 см медного провода диаметром 1-1,5 мм. Для настройки витой антенны очень удобно использовать измеритель частотных характеристик, но можно использовать и обыкновенный КСВ - метр. Первоначально определяют резонансную частоту собранной антенны, затем, откусывая часть витков, сдвигая, раздвигая витки антенны, настраивают витую антенну в резонанс на 145 МГц.

Процедура эта не очень сложная, и, настроив 2-3 витые антенны, радиолюбитель может производить настройку новых витых антенн буквально за 5-10 минут, конечно, при наличии вышеуказанных приборов. После настройки антенны необходимо зафиксировать витки или с помощью изоленты, или с помощью кембрика, размоченного в ацетоне, либо с помощью термоусаживающей трубки. После закрепления витков необходимо еще раз проконтролировать частоту антенны и, если это необходимо, подстроить ее с помощью верхних витков.

Следует обратить внимание, на то, что в «фирменных» укороченных витых антеннах используют термоусаживающие трубки для фиксации проводника антенны.

Полуволновая полевая антенна

Для эффективной работы антенн длиной четверть волны необходимо использовать несколько четвертьволновых противовесов. Это усложняет конструкцию для полевой четвертьволновой антенны, которая должна быть вынесена в пространстве относительно УКВ трансивера. В этом случае можно использовать УКВ антенну электрической длиной L/2, которая не требует для своей работы противовесов, и обеспечивает прижатую к земле диаграмму направленности и простоту установки. Для антенны электрической длиной L/2 стоит проблема согласования ее высокого входного сопротивления с низким волновым сопротивлением коаксиального кабеля. Антенна длиной L/2 и диаметром 1 мм будет иметь входное сопротивление на диапазоне 145 МГц около 1000 Ом. Согласование с помощью четвертьволнового резонатора, оптимальное в этом случае, не всегда удобно практически, так как требует подбора точек подключения коаксиального кабеля к резонатору для своей эффективной работы и точной настройки штыря антенны в резонанс. Также относительно велики и размеры резонатора для диапазона 145 МГц. Дестабилизирующие факторы на антенну при ее согласовании при помощи резонатора будут проявляться особенно сильно.

Однако при небольших мощностях, подводимых к антенне, вполне удовлетворительное согласование можно достигнуть при помощи П - контура, аналогично как это описано в литературе . Схема полуволновой антенны и ее согласующего устройства показана на рис. 5. Длина штыря антенны выбирается немного короче или длиннее длины L/2. Это необходимо для того, что уже при небольшом отличии электрической длины антенны от L/2 активное сопротивление импеданса антенны заметно понижается, а реактивная его часть на начальном этапе возрастает незначительно. Вследствие этого возможно согласование с помощью П - контура такой укороченной антенны с большей эффективностью, чем согласование антенны длиной ровно L/2. Предпочтительно использовать антенну длиной немного большей чем L/2.

Рисунок 5. Согласование УКВ антенны с помощью П – контура

В согласующем устройстве были использованы воздушные подстроечные конденсаторы типа КПВМ-1. Катушка L1 содержит 5 витков посеребренного провода диаметром 1 мм, намотанного на оправке диаметром 6 мм и шагом 2 мм.

Настройка антенны не сложна. Включив в тракт кабеля антенны КСВ - метр и одновременно измеряя уровень напряженности поля, создаваемого антенной, с помощью изменения емкости переменных конденсаторов С1 и С2, сжатия-растяжения витков катушки L1 добиваются минимальных показаний КСВ -метра и соответственно максимальных показаний измерителя напряженности поля. Если эти два максимума не будут совпадать, необходимо немного изменить длину антенны, и снова повторить ее настройку.

Согласующее устройство было размещено в корпусе, спаянном из фольгированного стеклотекстолита размерами 50*30*20 мм. При работе из стационарного рабочего места радиолюбителя антенна может быть размещена в проеме окна. При работе в полевых условиях антенна может быть подвешена за верхний конец на дерево с помощью лески, как это показано на рис. 6. Для питания антенны можно использовать 50-oмный коаксиальный кабель. Использование 75-oмного коаксиального кабеля несколько увеличит КПД согласующего устройства антенны, но в то же время потребует настройки выходного каскада радиостанции для работы на нагрузку 75 Ом.

Рисунок 6. Установка антенна для работы в полевых условиях

Оконные антенны на основе фольги

На основе клеящейся фольги, используемой в системах охранной сигнализации можно построить очень простые конструкции оконных УКВ антенн. Такую фольгу можно приобрести уже с клеевой основой. Тогда освободив одну сторону фольги от защитного слоя, ее достаточно просто прижать к стеклу и фольга моментально надежно приклеивается. Фольгу без клеевой основы можно приклеить к стеклу при помощи лака или клея типа «Момент». Но для этого необходимо иметь некоторый навык. Фольгу можно даже закрепить на окне при помощи липкой ленты.

При соответствующей тренировке вполне возможно осуществить качественное паяное соединение центральной жилы и оплетки коаксиального кабеля с алюминиевой фольгой. Исходя из личного опыта, каждый тип такой фольги требует для пайки своего флюса. Некоторые типы фольги хорошо паяются даже с использованием только канифоли, некоторые удается паять с помощью паяльного жира, другие типы фольги требуют использования активных флюсов. Флюс необходимо испытывать на конкретном типе фольги, используемом для изготовления антенны, заблаговременно до ее установки.

Хорошие результаты дает использование подложки из фольгированного стеклотекстолита для пайки и крепления фольги, как это показано на рис. 7. Кусочек фольгированного стеклотекстолита с помощью клея «Момент» приклеивается к стеклу, к краям фольги припаивается фольга антенны, жилы коаксиального кабеля припаиваются к медной фольге стеклотекстолита на небольшом удалении от фольги. После пайки соединение необходимо защитить при помощи влагостойкого лака или клея. В противном случае возможна коррозия этого соединения.

Рисунок 7. Подключение фольги антенны к коаксиальному кабелю

Разберем практические конструкции оконных антенн построенных на основе фольги.

Вертикальная оконная дипольная антенна

Схема вертикальной дипольной оконной УКВ антенны на основе фольги показана на рис. 8.

Рисунок 8. Оконная вертикальная дипольная УКВ антенна

Четвертьволновый штырь и противовес расположены под углом 135 градусов для того, чтобы входное сопротивление антенной системы приближалось к 50 Ом. Это дает возможность использовать для питания антенны коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом и использовать антенну совместно с переносными радиостанциями, выходной каскад которых имеет такое входное сопротивление. Коаксиальный кабель должен идти перпендикулярно антенне по стеклу так долго, как это возможно.

Рамочная оконная антенна на основе фольги

Эффективнее дипольной вертикальной антенны будет работать рамочная оконная УКВ антенна, показанная на рис. 9. При питании антенны с бокового угла максимум излучаемой поляризации расположен в вертикальной плоскости, при питании антенны в нижнем угле максимум излучаемой поляризации находится в горизонтальной плоскости. Но при любом положении точек питания антенна излучает радиоволну, с комбинированной поляризацией, как с вертикальной, так и с горизонтальной. Это обстоятельство весьма благоприятно для связи с переносными и передвижными радиостанциями, положение антенн которых во время движения будет меняться.

Рисунок 9. Рамочная оконная УКВ антенна

Входное сопротивление оконной рамочной антенны составляет 110 Ом. Для согласования этого сопротивления с коаксиальным кабелем волновым сопротивлением 50 Ом используется четвертьволновая секция из коаксиального кабеля волновым сопротивлением 75 Ом. Кабель должен идти перпендикулярно оси антенны так долго, как это возможно. Рамочная антенна имеет усиление примерно на 2 дБ выше относительно дипольной оконной антенной.

При выполнении оконных антенн из фольги шириной 6-20 мм, они не требуют настройки и работают в диапазоне частот значительно более широком, чем любительский диапазон 145 МГц. Если полученная резонансная частота антенн оказалась ниже требуемой, то диполь можно настроить, отрезая симметрично фольгу с его концов. Рамочную антенну можно настроить, используя перемычку из той же фольги, что была использована для изготовления антенны. Фольга замыкает полотно антенны в углу, напротив точек питания. После настройки, контакт перемычки с антенной может быть обеспечен или при помощи пайки или при помощи клейкой липкой ленты. Такая липкая лента должна достаточно сильно прижать перемычку к полотну антенны для того чтобы обеспечить надежный электрический контакт с ней.

К антеннам, выполненным из фольги, можно подводить значительные уровни мощности – до 100 и более ватт.

Наружная вертикальная антенна

При размещении антенны снаружи помещения всегда встает вопрос о защите раскрыва коаксиального кабеля от атмосферных воздействий, об использовании качественного антенного опорного изолятора, влагостойкого провода для антенн и т.д. Эти проблемы можно решить, выполнив защищенную наружную УКВ антенну. Конструкция такой антенны показана на рис. 10.

Рисунок 10. Защищенная наружная УКВ антенна

В центре пластиковой водопроводной трубы длиной 1 метр проделывается отверстие, в которое может туго войти коаксиальный кабель. Затем кабель туда продевается, высовывается из трубы, оголяется на расстоянии 48 см, экран кабеля скручивается и опаивается на длине 48 см. Кабель с антенной заводится обратно в трубу. Сверху и снизу на трубу одеваются стандартные заглушки. Влагоизолировать отверстие, куда входит коаксиальный кабель не представляет особого труда. Это можно сделать с помощью автомобильного силиконового герметика или быстро твердеющей автомобильной эпоксидки. В результате получаем красивую, влагоизолированную защищенную антенну, которая многие годы может работать под действием атмосферных воздействий.

Для фиксации вибратора и противовеса антенны внутри можно использовать 1-2 картонные или пластиковые шайбы, плотно надетые на вибраторы антенны. Трубу с антенной можно установить на оконную раму, на неметаллическую мачту, или разместить в другом удобном месте.

Простая коаксиальная коллинеарная антенна

Простая коллинеарная коаксиальная УКВ антенна может быть выполнена из коаксиального кабеля. Для защиты этой антенны от атмосферных воздействий может быть использован отрезок водопроводной трубы, как это было описано в предыдущем параграфе. Конструкция коллинеарная коаксиальная УКВ антенны показана на рис. 11.

Рисунок 11. Простая коллинеарная УКВ антенна

Антенна обеспечивает теоретическое усиление не менее чем на 3 дБ большее по сравнению с четвертьволновым вертикалом. Она не нуждается в противовесах для своей работы (хотя их наличие улучшает работу антенны) и обеспечивает прижатую диаграмму направленности к горизонту. Описание такой антенны неоднократно появлялось на страницах отечественной и зарубежной радиолюбительской литературы, но наиболее удачное описание было представлено в литературе .

Размеры антенны на рис. 11 указаны в сантиметрах для коаксиального кабеля с коэффициентом укорочения равным 0,66. Такой коэффициент укорочения имеют большинство коаксиальных кабелей с полиэтиленовой изоляцией. Размеры согласующей петли показаны на рис. 12. Без использования этой петли КСВ антенной системы может превышать 1,7. Если антенна оказалась настроенной ниже диапазона 145 МГц необходимо немного укоротить верхнюю секцию, если выше, то удлинить ее. Конечно, оптимальная настройка возможная пропорциональным укорочением-удлинением всех частей антенны, но это сложно проделать в радиолюбительских условиях.

Рисунок 12. Размеры согласующей петли

Несмотря на большие размеры пластиковой трубы, необходимой для защиты этой антенны от атмосферных воздействий, использование коллинеарной антенны такой конструкции вполне целесообразно. Антенна может быть вынесена в сторону от здания с помощью деревянных реек, как это показано на рис. 13. Антенна может выдержать значительные подводимые к ней мощности до 100 и более ватт и может быть использована совместно как со стационарными так и с переносными УКВ -радиостанциями. Использование такой антенной совместно с маломощными носимыми радиостанциями даст наибольший эффект.

Рисунок 13. Установка коллинеарной антенны

Простая коллинеарная антенна

Эта антенна была собрана мной подобно конструкции автомобильной выносной антенны используемой в сотовом радиотелефоне. Для переделки ее на любительский диапазон 145 МГц мной были изменены пропорционально все размеры «телефонной» антенны. В результате этого получилась антенна, схема которой показана на рис. 14. Антенна обеспечивает прижатую к горизонту диаграмму направленности и теоретическое усиление не менее 2 дБ над простым четвертьволновым штырем. Для питания антенны использовался коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом.

Рисунок 14. Простая коллинеарная антенна

Практическая конструкция антенны показана на рис. 15. Антенна была выполнена из целого отрезка медного провода диаметром 1мм. Катушка L1 содержала 1 метр этого провода, намотанного на оправке диаметром 18 мм, расстояние между витками было равно 3 мм. При выполнении конструкции точно по размерам антенна практически не требует наладки. Возможно, понадобится небольшая подстройка антенны сжатием-растяжением витков катушки для достижения минимального КСВ. Антенна была размещена в пластиковый водопроводной трубе. Внутри трубы антенный провод был зафиксирован с помощью кусочков пенопласта. На нижнем конце трубы были установлены четыре четвертьволновых противовеса. На них была нарезана резьба, и они с помощью гаек были закреплены на пластиковой трубе. Противовесы могут быть диаметром 2-4 мм в зависимости от возможности нарезать на них резьбу. Для их изготовления можно применить медный, латунный, или бронзовый провод.

Рисунок 15. Конструкция простой коллинеарной антенны

Антенна может быть установлена на деревянных рейках на балконе (как это показано на рис. 13). Эта антенна может выдержать значительные уровни подводимой к ней мощности.

Эту антенну можно рассматривать как укороченную антенну КВ диапазона с центральной удлиняющей катушкой. Действительно, измеренный с помощью мостового измерителя сопротивления резонанс антенны в диапазоне КВ оказался лежащим в районе частоты 27,5 МГц. Очевидно, что варьируя диаметром катушки и ее длиной, но сохранив при этом длину провода ее намотки можно добиться того, чтобы антенна работала как в УКВ диапазоне 145 МГц, так и в одном из КВ диапазонов – 12 или 10 метров. Для работы на КВ диапазонах к антенне необходимо подключить четыре противовеса длиной L/4 для выбранного КВ диапазона. Такое двойное использование антенны сделает ее еще более универсальной.

Экспериментальная 5/8-волновая антенна

При проведении экспериментов с радиостанциями диапазона 145 МГц часто бывает необходимо подключить к ее выходному каскаду испытываемую антенну, чтобы проверить работу тракта приема радиостанции или настроить выходной каскад передатчика. Для этих целей мной долгое время используется простая 5/8 – волновая УКВ антенна, описание которой было приведено в литературе .

Эта антенна состоит из секции медного провода диаметром 3 мм, который одним концом соединен с удлиняющей катушкой, а другой с настроечной секцией. На конце провода соединенном с катушкой нарезана резьба, а на другом конце припаяна настроечная секция из медного провода диаметром 1 мм. Согласуется антенна с коаксиальным кабелем волновым сопротивлением 50 или 75 Ом путем подключения к разным виткам катушки, и может быть небольшим укорочением настроечной секции. Схема антенны показана на рис. 16. конструкция антенны показана на рис. 17.

Рисунок 16. Схема простой 5/8 – волновой УКВ антенны

Рисунок 17. Конструкция простой 5/8 – волновой УКВ антенны

Катушка выполнена на плексигласовом цилиндре диаметром 19 мм и длиной 95 мм. В торцах цилиндра сделана резьба, в которую с одной стороны ввинчивается вибратор антенны, а с другой стороны она прикручивается к куску фольгированного стеклотекстолита размерами 20*30 см, который служит «землей» антенны. С задней стороны к нему был приклеен магнит от старого динамика, в результате чего антенна может крепиться к подоконнику, к батарее отопления, к другим железным предметам.

Катушка содержит 10,5 витка провода диаметром 1 мм. Провод катушки равномерно размещен по каркасу. Отвод к коаксиальному кабелю осуществлен от четвертого витка от заземленного конца. Вибратор антенны ввинчивается в катушку, под него вставляется контактная ламель, к которой припаивается «горячий» конец удлиняющей катушки. Нижний конец катушки припаивается к фольге «земли» антенны. Антенна обеспечивает КСВ в кабеле не хуже чем 1:1,3. Настройка антенны осуществляется путем укорочения с помощью кусачек ее верхней части, которая первоначально выполняется чуть длиннее, чем необходимо.

Мной были проведены эксперименты по установке этой антенны на оконном стекле. В этом случае вибратор первоначальной длиной 125 сантиметров из алюминиевой фольги был приклеен по центру окна. Удлиняющая катушка использовалась та же, и была установлена на раме окна. Противовесы были выполнены из фольги. Концы антенны и противовесов были немного загнуты, чтобы поместиться на оконном стекле. Вид оконной 5/8 – волновая УКВ антенна показан на рис. 18. Антенна легко настраивается в резонанс постепенным укорочением фольги вибратора с помощью лезвия, и постепенным переключением витков катушки по минимуму КСВ. Оконная антенна не портит интерьера комнаты и может использоваться в качестве постоянной антенна для работы на диапазоне 145 МГц из дома или офиса.

Рисунок 18. Оконная 5/8 – волновая УКВ антенна

Эффективная антенна переносной радиостанции

В том случае, когда связь с использованием стандартной «резинки» невозможна, можно использовать полуволновую антенну. Она не требует для своей работы «земли» и при работе на большие расстояния дает выигрыш по сравнению со стандартной «резинкой» до 10 дБ. Это вполне реальные цифры, учитывая, что физическая длина полуволновой антенны почти в 10 раз длиннее «резинки».

Полуволновая антенна питается напряжением и имеет высокое входное сопротивление, которое может достигать 1000 Ом. Следовательно, эта антенна требует согласующего устройства при использовании совместно с радиостанцией имеющей 50-омный выход. Один из вариантов согласующего устройства на основе П- контура уже был описан в этой главе. Поэтому, для разнообразия, для этой антенны мы рассмотрим использование другого согласующего устройства, выполненного на параллельном контуре. По эффективности своей работы эти согласующие устройства примерно равны. Схема полуволновой УКВ антенны совместно с согласующим устройством на параллельном контуре показана на рис. 19.

Рисунок 19. Полуволновая УКВ антенна с согласующим устройством

Катушка контура содержит 5 витков медного посеребренного провода диаметром 0,8 мм, намотанных на оправке диаметром 7 мм по длине 8 мм. Настройка согласующего устройства заключается в настройке с помощью переменного конденсатора С1 контура L1С1 в резонанс, с помощью переменного конденсатора С2 регулируется связь контура с выходом передатчика. Первоначально конденсатор подключается в третьему витку катушки от ее заземленного конца. Переменные конденсаторы С1 и С2 должны быть с воздушным диэлектриком.

Для вибратора антенны целесообразно использовать телескопическую антенну. Это даст возможность переносить полуволновую антенну в компактном сложенном состоянии. Также это упрощает настройку антенны совместно с реальным трансивером. При первоначальной настройке антенны ее длина составляет 100 см. В процессе настройки эта длина может быть немного скорректирована по лучшей работе антенны. Желательно сделать соответствующие отметки на антенне, чтобы впоследствии со свернутого ее положения устанавливать антенну сразу на резонансную длину. Коробка, где расположено согласующее устройство, должна быть выполнена из пластика, чтобы уменьшить емкость катушки на «землю», может быть выполнена из фольгированного стеклотекстолита. Это зависит от реальных эксплуатационных условий антенны.

Настройка антенны производится с помощью индикатора напряженности поля. С помощью КСВ - метра настройка антенны целесообразна лишь в случае ее работы не на корпусе радиостанции, а при использовании совместно с ней удлиняющего коаксиального кабеля.

При двойной работе антенны на корпусе радиостанции и с использованием удлиняющего коаксиального кабеля на штыре антенны делают две отметки, соответствующие одна – максимальному уровню напряженности поля, при работе антенны на корпусе радиостанции, а другая риска соответствует минимальному КСВ при использовании совместно с антенной удлиняющего коаксиального кабеля. Обычно эти две отметки немного не совпадают.

Вертикальные неразрывные антенны с гамма согласованием

Вертикальные антенны выполненные из целого вибратора ветроустойчивы, легки в установке, и занимают мало места. Для их выполнения можно использовать медные трубки, алюминиевый силовой электрический провод диаметром 6-20 мм. Эти антенны достаточно просто можно согласовать с коаксиальным кабелем волновым сопротивлением как 50 так и 75 Ом.

Очень простая в выполнении и легкая в настройке является неразрывная полуволновая УКВ антенна, конструкция которой показана рис. 20. Для ее питания через коаксиальный кабель используется гамма согласование. Материал, из которого выполнен вибратор антенны и гамма согласование должен быть один и тот же например, медь или алюминий. Из-за взаимной электрохимической коррозии многих пар материалов недопустимо использовать разные металлы для выполнения антенны и гамма согласования.

Рисунок 20. Неразрывная полуволновая УКВ антенна

Если для выполнения антенны использована медная голая трубка, то настраивать гамма согласование антенны целесообразно с помощью замыкающей перемычки как это показано на рис. 21. В этом случае поверхность штыря и проводника гамма согласования тщательно зачищается и с помощью хомута из голой проволоки как это показано на рис. 21а добиваются минимального КСВ в коаксиальном кабеле питания антенны. Затем в этом месте провод гамма согласования немного расплющивается, просверливается и соединяется винтом с полотном антенны, как это показано на рис. 21б. Возможно также использовать пайку.

Рисунок 21. Настройка гамма - согласования медной антенны

Если для антенны использован алюминиевый провод из силового электрического кабеля в пластиковой изоляции, то целесообразно эту изоляцию оставить для предотвращения коррозии алюминиевого провода кислотными дождями, которые неизбежны в городских условиях. В этом случае гамма согласование антенны подстраивается с помощью переменного конденсатора, как это показано на рис. 22. Этот переменный конденсатор необходимо тщательно защитить от влаги. Если не удается достичь КСВ в кабеле меньше 1,5, то длину гамма согласования необходимо уменьшить и повторить настройку еще раз.

Рисунок 22. Настройка гамма – согласования алюминиево-медной антенны

При наличии достаточного места и материалов можно установить неразрывную вертикальную волновую УКВ антенну. Волновая антенна работает эффективнее полуволновой антенны, показанной на рис. 20. Волновая антенна обеспечивает более прижатую к горизонту диаграмму направленности чем полуволновая антенна. Согласовать волновую антенну можно с помощью способов, показанных на рис. 21 и 22. Конструкция волновой антенны показана на рис. 23.

Рисунок 23. Неразрывная вертикальная волновая УКВ антенна

При выполнении этих антенн желательно чтобы коаксиальный кабель питания был перпендикулярен антенне хотя бы 2 метра. Использование симметрирующего устройства совместно с неразрывной антенной увеличит эффективность ее работы. При использовании симметрирующего устройства необходимо использовать симметричное гамма согласование. Подключение симметрирующего устройства показано на рис. 24.

Рисунок 24. Подключение симметрирующего устройства к неразрывной антенне

В качестве симметрирующего устройства антенны также можно использовать и любое другое известное симметрирующее устройство. При размещении антенны около проводящих предметов возможно придется несколько уменьшить длину антенны из-за влияния на нее этих предметов.

Круглая УКВ антенна

Если размещение в пространстве вертикальных антенн, показанных на рис. 20 и рис. 23 в их традиционном вертикальном положении затруднено, то можно их разместить, свернув полотно антенны в круг. Положение полуволновой антенны показанной на рис. 20 в «круглом» варианте показано на рис. 25, а волновой антенны показанной на рис. 23 на рис. 26. В таком положении антенна обеспечивает комбинированную поляризацию вертикальную и горизонтальную, что благоприятно для проведения связей с передвижными и носимыми радиостанциями. Хотя, теоретически уровень вертикальной поляризации будет выше при боковом питании круглых УКВ антенн, но на практике это различие не сильно заметно, а боковое питание антенны усложняет ее установку. Боковое питание круглой антенны показано на рис. 27.

Рисунок 25. Неразрывная круглая вертикальная полуволновая УКВ антенна

Рисунок 26. Неразрывная круглая вертикальная волновая УКВ антенна

Рисунок 27. Боковое питание круглых УКВ антенн

Круглая УКВ антенна может быть размещена внутри помещения, например, между рамами окна, или вне помещения, на балконе или на крыше. При размещении круглой антенны в горизонтальной плоскости получим круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и работу антенны с горизонтальной поляризацией. Это может быть необходимо в некоторых случаях при проведении радиолюбительских связей.

Пассивный «усилитель» переносной станции

При испытании переносных радиостанций или работе с ними порой не хватает еще «чуть-чуть» мощности для надежной связи. Мной был выполнен пассивный «усилитель» для переносных УКВ станций. Пассивный «усилитель» может добавить до 2-3 дБ к сигналу радиостанции в эфире. Этого часто достаточно чтобы надежно открыть шумоподавитель станции корреспондента и обеспечить уверенную работу. Конструкция пассивного «усилителя» показана на рис. 28.

Рисунок 28. Пассивный «усилитель»

Пассивный «усилитель» представляет собой луженую жестяную банку из-под кофе достаточно больших размеров (чем больше, тем лучше). В дно банки вставлен разъем, аналогичный антенному разъему радиостанции, а в крышку банки запаян разъем для соединения с антенным гнездом. К банке припаяны 4 противовеса длиной 48 см. При работе с радиостанцией этот «усилитель» включается между штатной антенной и радиостанцией. За счет более эффективной «земли» и происходит увеличение в месте приема силы излучаемого сигнала. Совместно с этим «усилителем» можно использовать и другие антенны, например, L/4 штырь из медной проволоки, просто вставленный в антенное гнездо.

Широкополосная обзорная антенна

Многие импортные переносные радиостанции обеспечивают работу на прием не только в любительском диапазоне 145 МГц, но и в обзорных диапазонах 130-150 МГц или 140-160 МГц. В этом случае для успешного приема в обзорных диапазонах, на которых витая антенна, настроенная на 145 МГц, работает неэффективно можно использовать широкополосную УКВ антенну. Схема антенны приведена на рис. 29 а размеры для разных диапазонов работы даны в табл. 1.

Рисунок 29. Широкополосный УКВ вибратор

Диапазон, МГц	130-150	140-160
Размер А, см	26	24
Размер Б, см	54	47

Таблица 1. Размеры широкополосной УКВ антенны

Для работы с антенной можно использовать коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом. Полотно антенны может быть выполнено из фольги, и наклеено на окно. Можно выполнить полотно антенны из алюминиевого листа, или печатным способом на куске фольгированного стеклотекстолита подходящих размеров. Эта антенна может работать на прием и на передачу в указанных диапазонах частот с высокой эффективностью.

Зигзагообразная антенна

В некоторых служебные УКВ радиостанциях дальней связи используются антенные решетки состоящие из зигзагообразных антенн. Радиолюбители тоже могут попробовать использовать элементы такой антенной системы для своей работы. Вид элементарной зигзагообразной антенны, входящей в конструкцию сложной УКВ антенны показан на рис. 30.

Рисунок 30. Элементарная зигзагообразная антенна

Зигзагообразная элементарная антенна состоит из полуволновой дипольной антенны, которая питает напряжением полуволновые вибраторы. В реальных антеннах используется до пяти таких полуволновых вибратора. Такая антенна имеет узкую прижатую к горизонту диаграмму направленности. Вид поляризации излучаемый антенной комбинированный – вертикальный и горизонтальный. Для работы антенны желательно использовать симметрирующее устройство.

В антеннах используемых в служебных станциях связи за элементарными зигзагообразными антеннами обычно помещают рефлектор, выполненный из металлической сетки. Рефлектор обеспечивает одностороннюю направленность антенны. В зависимости от числа вибраторов, включенных в антенну и количества включенных вместе зигзагообразных антенн можно получить необходимый коэффициент усиления антенны.

Радиолюбители практически не используют такие антенны, хотя их несложно выполнить для любительских УКВ диапазонов 145 и 430 МГц. Для изготовления полотна антенны можно использовать алюминиевый провод диаметром 4-12 мм от силового электрического кабеля. В отечественной литературе описание подобной антенны, для полотна которой был использован жесткий коаксиальный кабель, было приведено в литературе .

Антенна Харченко в диапазоне 145 МГц

Антенна Харченко широко используется в России для приема телевидения и в служебной радиосвязи. Но радиолюбители ее используют для работы на диапазоне 145 МГц. Эта антенна является одной из немногих, которая работает весьма эффективно, и практически не требует настройки. Схема антенны Харченко показана на рис. 31.

Рисунок 31. Антенна Харченко

Для работы антенны можно использовать как 50, так и 75-Омный коаксиальный кабель. Антенна широкополосная, работает в полосе частот не менее 10 МГц на диапазоне 145 МГц. Для создания односторонней диаграммы направленности используют сзади антенны металлическую сетку, расположенную на расстоянии (0,17-0,22)L.

Антенна Харченко обеспечивает ширину лепестка диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскости близкую к 60 градусов. Для еще большего сужения диаграммы направленности используют пассивные элементы в виде вибраторов длиной 0,45L, расположенных на расстоянии 0,2L от диагонали квадрата рамок. Для создания узкой диаграммы направленности и увеличения коэффициента усиления антенной системы используют несколько объединенных антенн.

Рамочные направленные антенны диапазона 145 МГц

Одними из наиболее популярных направленных антенн для работы в диапазоне 145 МГц являются рамочные антенны. Наиболее распространены на диапазоне 145 МГц двухэлементные рамочные антенны. В этом случае получается оптимальное соотношение «затраты/качество». Схема двухэлементной рамочной антенны а также размеры периметра рефлектора и активного элемента показаны на рис. 32.

Рисунок 32. Рамочная УКВ антенна

Элементы антенны могут быть выполнены не только в виде квадрата но и в виде круга, дельты. Для увеличения излучения вертикальной составляющей антенна может быть запитана сбоку. Входное сопротивление двухэлементной антенны близко к 60 Ом, и для работы с ней подходит как 50-Омный, так и 75-Омный коаксиальный кабель. Коэффициент усиления двухэлементной рамочной УКВ антенны составляет не менее 5 дБ (над диполем) и отношение излучения в прямом и обратном направлении может достигать 20 дБ. При работе с этой антенной полезно использовать симметрирующее устройство.

Рамочная антенна с круговой поляризацией

Интересная конструкция рамочной антенны с круговой поляризацией была предложена в литературе . Антенны, имеющую круговую поляризацию используют для связи через ИСЗ. Двойное питание рамочной антенны со сдвигом фаз 90 градусов позволяет синтезировать радиоволну, имеющую круговую поляризацию. Схема питания рамочной антенны показана на рис. 33. При конструировании антенны необходимо учитывать, что длина L может быть любой разумной, а длина L/4 должна соответствовать длине волны в кабеле.

Рисунок 33. Рамочная антенна с круговой поляризацией

Для увеличения коэффициента усиления эту антенну можно использовать совместно с рамочными рефлектором и директором. Рамку необходимо питать только через симметрирующее устройство. Простейшее симметрирующее устройство показано на рис. 34.

Рисунок 34. Простейшее симметрирующее устройство

Промышленные антенны диапазона 145 МГц

В настоящее время в продаже можно найти большой выбор фирменных антенн для диапазона 145 МГц. При наличии денег, конечно, можно покупать любую из этих антенн. Следует учесть, что желательно приобретать цельные антенны, уже настроенные на диапазон 145 МГц. Антенна должна иметь защитное покрытие предохраняющее ее от коррозии кислотными дождями, которые могут выпадать в современном городе. Телескопические антенны в условиях эксплуатации города ненадежны и со временем могут выйти из строя.

При сборке антенн необходимо строго соблюдать все указания в инструкции по сборке, и не жалеть силиконовую смазку для гидроизоляции разъемов, телескопических соединений и винтовых соединений в согласующих устройствах.

Литература

1. И. Григоров (RK3ZK). Согласующие устройства диапазона 144 МГц//Радиолюбитель. КВ и УКВ.-1997.-№ 12.-С.29.
2. Barry Bootle. (W9YCW) Hairpin Match for the Collinear – Coaxial Arrau//QST.-1984.-October.-P.39.
3. Doug DeMaw (W1FB) Build Your Own 5/8-Wave Antenna for 146 MHz//QST.-1979.-June.-P.15-16.
4. С. Бунин. Антенна для связи через ИСЗ // Радио.- 1985.- № 12.-С. 20.
5. D.S.Robertson ,VK5RN The “Quadraquad” – Circular Polarization the Easy Way //QST.-April.-1984.-pages16-18.