Антенна Hustler 4BTV

HustlerПо случаю и по сходной цене приобрёл антенну Hustler 4BTV. Не новую, но в очень хорошем состоянии.  И конечно перед установкой хотелось бы поиграться с моделью этой антенны в MMANA. Предыдущий опыт показывает, что моделируя различные изменения антенны в моделировщике, можно почувствовать как это будет отражаться на работе реальной конструкции антенны и таким образом можно сэкономить кучу времени и материаллов.

 

Hustler 4BTV. Общий вид.Немного об антенне

Антенна представляет собой четвертьволновый траповый вертикал требующий либо хорошего заземления, если он установлен непосредственно на земле, либо хорошей системы противовесов при устаноке в приподнятом над землёй положении. Высота антенны вместе с крепёжной скобой примерно 5.7 метра. В описании антенны предлагается выбрать один из четырёх предложенных типов установки:

  1. На крыше, мачта высотой 1.2 м. с противовесами;
  2. На металлической мачте с противовесами под углом 45 градусов;
  3. На земле с противовесами;
  4. На земле без противовесов.
Тип установкиA, смB, смC, смD, см
15.45.14.8155.3
25.15.12.9155.3
32.54.12.7157.8
401.32.7157.8

Для каждого из вариантов предложены величины A, B, C и D, которые необходимо соблюсти при первоначальной сборке антенны (Рис.1).

Также указаны рекомендуемые длины противовесов. На каждый диапазон рекомендуется по два диаметрально расположенных противовеса.

ДиапазонДлина противовеса, м
10 метров2.52
15 метров3.42
20 метров4.93
40 метров9.77

Настройка антенны по минимуму КСВ производится последовательно по диапазонам 10 -> 15 -> 20 -> 40 метров, т.к. элементы ВЧ диапазонов влияют на настройку элементов НЧ диапазонов. Настройка производится:

  • изменением величин A, B, C и D;
  • противовесами - подборка их длины и расположения, изоляция концов.

Не рекомендуется настройка антенны изменением длины питающего кабеля и применением тюнера, так как это не улучшает эффективность излучения антенны, а лишь облегчает жизнь передатчику. Есть возможность подстройки трапов, но об этом ниже.

...

Решил я по-быстрому смоделировать эту антенну в MMANA. Вроде бы всё есть - и размеры элементов, и данные трапов, но точно, как мне казалось, описанная модель антенны 4BTV в MMANA не работала. Точнее приемлемый КСВ < 2 был только на диапазоне 10 метров, где работает только нижняя часть антенны (секция 1), а первый трап настроенный на этот диапазон, "отсекает" всё остальное. Но уже на следующем диапазоне, 15 метров, начались серьёзные отклонения.

На диапазоне 15 метров работают секция 1, секция 2 и трап 10 метрового диапазона. Трап 15м просто отсекает верхнюю часть антенны. Таким образом для получения приемлемого результата в диапазоне 15 метров необходимо правильно описать трап 10 метрового диапазона, а точнее индуктивность его катушки. В своей первой модели индуктивность я указал неправильно и начал укорачивать - пилить вторую секцию антенны вгоняя её в диапазон. Как устроен трап я знал и был уверен что сходу смогу определить его индуктивность и ёмкость, однако многого не учёл ...

... 09.01.2015.

Продолжение этой заметки я решил дописать через 2 года. Антенна, в конце концов, была установлена, настроена и неплохо работает. По причине отсутствия времени  (и, наверное, актуальности Hi) теоретические изыскания остановились, но все-таки хотелось бы донести мысли к которым я пришёл. Прежде всего то, что подобная и реальная конструкция трапа не является точечной - её электрические параметры не сосредоточены в одной точке и легко измеряемы, а являются величинами комплексными, состоящими из нескольких и влияющих друг на друга. Впрочем это относится к любой реальной конструкции. Очевидно, что всё можно расчитать теоретически, но расчёт этого трапа не будет тривиальным. Программа расчёта для такого трапа ещё не выложена (для коасиального пожалуйста). Наверное поэтому и полностью самодельных конструкций подобного типа не так много, больше копий чего-то готового. Да и провода, между трапами из коаксиального кабеля, резать проще, чем пилить-точить трубы метрами, Hi. Поэтому далее немного о конструкции и некоторые факты.

Трапы

Ниже показан вскрытый трап антенны Hustler 4BTV (на 14 МГц), а также его эскиз для понимания устройства и принципа работы. Конструкция весьма проста. Катушка намотана на диэлектрическом стержне - вставке (которая несёт и основную механическую нагрузку) между верней и нижней трубками трапа и подключена к ним. Над катушкой располагается стакан, который защищает катушку и, одновременно, является основной конструктивной частью ёмкости трапа. В нижней части стакан имеет узкую горловину с двумя, диаметрально расположенными, прорезами на которую одевается хомут фиксирующий положение стакана относительно катушки. Прорезы герметично не закрываются и служат для вентиляции трапа. Верхняя часть стакана закрывается и фиксируется относительно верхней трубы трапа пластиковой крышкой. При окончательной сборке под крышку наносится герметик, таким образом верхняя часть трапа герметична. Стакан может быть перемещён вверх - вниз (на рисунке вправо - влево, соответственно) при настройке трапа на заводе или при подстройке трапа при установке антенны. Причём если Вы, всё-таки, решили подстраивать трап сами, Вы теряете гарантию. В моём случае, не добившись должного результата согласно инструкции, мне пришлось подстроить трапы диапазонов 21 и 14 МГц.

Hustler 4BTV TRAP

Трап (параллельный колебательный контур) состоит из катушки и конденсатора.

Катушка. Вскрыв трап, индуктивность катушки можно измерить LC-метром и/или расчитать по формуле измерив размеры и количество витков. Но это не будет фактическая индуктивность трапа. Катушка достаточно близко расположена к верхней и нижней трубкам трапа, но не это главное влияние. Стакан одетый сверху катушки, и расположенный достаточно близко к её виткам, является экраном и уменьшает индуктивность катушки. Причём коэффициент влияния экрана зависит не только от физических параметров катушки, экрана и его расположения, но и от частоты, Hi. В одной умной книге я нашёл формулы и графики для расчёта этого влияния, загнал всё в Excel, попробовал ... ну где-то, как-то примерно совпадает, но в итоге трап так и не "расчитался" на родную частоту, Hi.

Конденсатор. На первый взгляд тоже элементарно, выше его обкладки прорисованы синим и красным цветами. Очевидно, что основная "доля" ёмкости образуется между верхней (правой на рисунке или красной) трубкой и стаканом, который электрически соединён с нижней трубкой (отрисованы синим цветом). Перемещением стакана вверх (вправо на рисунке) можно увеличивать ёмкость, обратно - уменьшать соответственно. Таким образом трап настраивается. Но не надо забывать и о межвитковой ёмкости самой катушки, а также ёмкости между витками катушки и стаканом, которые также входят в общую ёмкость конденсатора трапа.

Некоторые измерения

Измерение индуктивности катушки трапа 10 метрового диапазона самодельным LC-метром напрямую и с установленым в рабочую позицию стаканом.

Измерение индуктивностиИзмерение индуктивности в сборе "через стакан"

Измерение ёмкости между верхней трубкой и стаканом трапа 10 метрового диапазона.

Общий вид трапов с опущенными стаканами.

Измерение частоты резонанса трапа данной конструкции с помощью антенного анализатора дело очевидно тоже не простое. В отличие от коаксиального трапа, катушка, в собранном виде, спрятана под стаканом и катушку связи антенного анализатора просто не с чем "связывать". Пробовал размещать катушку связи внутри, а затем собирать трап и мерить, получались некорректные измерения. Это ещё один минус данного типа трапов.

Заключение

Как я уже написал выше, свои "научные" изыскания я не закончил и антенна была установлена выше лифтовой будки на крыше 9-этажного дома. Описание этого процесса и результаты можно посмотреть здесь.Всё было сделано согласно инструкции для варианта установки на дополнительной мачте. Но, как видно по указанной ссылке диапазоны 21 и 14 МГц так и не удалось настроить красивее, частоты резонансов были за пределами диапазонов. Настройка противовесами позволяла менять резонанс, но росла реактивная составляющая входного сопротивления антенны и КСВ только ухудшался. Был октябрь, погода портилась и на крышу я больше не полез. Отработал год через 25 метров RG-213 кабеля, используя автоматический антенный тюнер моего TS-480SAT трансивера и теряя согласно расчётам до 20Вт на диапазонах 14 и 21 МГц.

Спустя год, собравшись с мыслями и расчётами, я снял антенну для ремонта и настройки.

Ремонт. Нигде не читал о таком опыте, но толстые жирные Рижские бакланы, садясь на трубки ёмкостной нагрузки, их обломали. Из шести трубок в живых остались только две, и то отогнутые вниз к трапу 20 м диапазона. Одну из трубок нашёл у дома на земле, Hi. Были установлены новые, большего диаметра (кажется 12 мм) со стенкой 1 мм. Более того между каждой трубкой и 40 м излучателем натянута толстая леска, чтобы птицы не садились. Не тут-то было. На лету скукошиваются, нецензурно гаркая, но усаживаются под леску ближе к антенне. Но модернизированный вариант ёмкостной нагрузки это выдерживает уже 2 года.

Также принял дополнительные меры (на всякий случай) защиты трапа от влаги. Стыки пластиковых колпачков в верхней части трапа были обмотаны сантехнической лентой. Низ трапа с продольной прорезью стакана для обжимки не гермитизируют. Прорезь предназначена для вентиляции трапа.

Настройка. Где-то прочитал (кажется в специальной рекомендации от "Тангенты"), что на заводе Hustler антенны, а именно их трапы, настраиваются для установки на земле и с ненастроенными противовесами. Может сейчас это и не так, но мне попался, очевидно, именно этот вариант. Мой же сетап, показанный здесь - на мачте с высоко подвешанными противовесами. Поэтому имея некоторый опыт расчётов и эксперементов я решился на настройку трапов. В результате что было сделано с антенной, для настройки в данных условиях, чтобы получить приемлемые параметры по диапазонам (с расстояниями A, B и С по инструкции с установкой на мачте):

  • 10 метров. Ничего, кроме небольшой настройки приподнятых противовесов. КСВ приемлем в широком диапазоне частот.
  • 15 метров. Стакан 15 м трапа был смещён на 6-7 мм вниз (уменьшая ёмкость и увеличивая частоту резонанса). Минимум КСВ с частоты 20.8 МГц переместился в телеграфный участок диапазона, как я и хотел. Настройка приподнятых противовесов.
  • 20 метров. Стакан 20 м трапа был смещён на ~ 9 мм вниз. Минимум КСВ с частоты 13.7 МГц переместился в CW участок диапазона. Настройка приподнятых противовесов.
  • 40 метров. Вот тут о расстоянии D, или точнее о длине верхушки (Sect.4 на рисунке выше) излучателя на 40 метровый диапазон. От предыдущего хозяина я получил эту трубку "Sect. 4" не оригинальную, а примерно на 10-15 см длинее (извиняюсь точно не померил, сразу установил антенну), иначе резонанс в этом диапазоне был выше по частоте. Настройка приподнятых противовесов.

Отработав ещё больше года с этой антенной, заметил, что при сильных осадках и высокой влажности, а особенно при сильном ветре с мокрым снегом, частота резонанса смещается в сторону понижения. Например на 20 метровом диапазоне если был минимум на 14.050 МГц, то при сильном ветре со снегом, происходит смещение до ~ 13.900 МГц. Если бы полез на крышу с профилактикой, то перестроил бы 15 м. и 20 м. трапы не в начало CW диапазона, а немного выше, чтобы это "погодное" смещение резонанса гуляло, по возможности, внутри диапазона. Для этого, как уже было указано выше, стаканы трапов необходимо ещё сдвинуть вниз на ~ 5 - 7 мм (в моём случае).

Вот и всё. 73!

 

Дополнительные материаллы
  1. Trap Tuning RUS.doc
  2. Hustler BTV Trap Calibration Resonance RUS.doc
  3. BTV-INSTALL-GUIDE-Rev0.pdf
Ссылки
  1. Антенна Hustler 4-BTV. Установка. (YL3BU)

 

Любительская радиосвязь: 

Комментарии

BTV4

Аватар пользователя Ник

ознакомился. у меня трубки нагрузки птицы тоже сломали. последняя трубка удлинена на 30 см. с потерей нагрузки резонанс ушёл с 7040 на 7130. спасибо за инфо . готовлюсь к ревизии антенны,4 года не заглядывал,только в бинокль узрел отсутствие ймкостого зонтика...