Мобильная антенна на диапазоны 20 и 40 метров.

Антенна представляет собой укороченный индуктивностью вертикал на диапазоны 20 и 40 метров. Переключение диапазонов осуществляется вручную путём включения или отключения дополнительной катушки для диапазона 40 метров. Основа антенны - удочка длинной 4 метра, последнее тонкое колено не используется. Таким образом общая физическая длинна около 3-х метров.

Возможная необычность физических параметров антенны объясняется целью её создания - возможность установки и эксплуатации антенны на борту морской яхты. Не утверждаю, но думаю, что ни одна из мне известных приемлемых по цене промышленных антенн не выдержала бы работу в таких условиях: сильная качка и сильный, до 20 м/с, ветер (т.е. огромная нагрузка на основу и место крепления антенны), прямое и коссвенное воздействие морской воды.

Выбор типа антенны.

Во время выбора типа антенны было пересмотрено множество вариантов как промышленных, так и самодельных антенн. Выбор пал на вертикальную укороченную. Что касается многодиапазонности, рассматривался вариант с трапом, но пришлось от этого отказаться в основном по двум причинам. Первая это увеличение веса конструкции т.к. хотелось иметь максимально возможную мощность 100 Вт, а это значит трап (коаксиальный) должен быть изготовлен, как минимум, из RG-58 кабеля. Для спокойно стоящего вертикала это небольшая нагрузка, но не для условий описанных выше (если конечно не использовать первых три колена 7 метровой удочки :). Вторая причина это неполное использование возможной физической длинны на одном из двух диапазонов. Например если ставим трап на 14 МГц в середину 3 метровой антенны, то в диапазоне 7 МГц мы будем использовать все 3 метра физической длинны, а в диапазоне 14 МГц будет задействовано только 1.5 метра. Поэтому, взвесив все за и против, я решил отказаться от идеи автоматического переключения диапазонов. Хотя поверьте, на яхте в условиях похода, иногда очень сложно (или совсем некстати по отношению к действиям других членов экипажа по управлению судном) добраться до места установки антенны и осуществить само переключение.

Что касается катушек и места их размещения на полотне укороченной антенны, то об этом можно почитать, например, в [1]. Вкратце, чем выше распологается удлинняющая катушка, тем выше эффективность антенны, но и бОльшей индуктивностью она должна обладать. Однако, если учесть, что катушка при этом должна обладать и другими достаточно высокими параметрами (сопротивление потерь, добротность), то мы упираемся в трудности практической реализации такой конструкции. Проще говоря, наш тонкий мобильный штырь просто сломается, если водрузить на него большую, тяжёлую, но "хорошую" катушку. Поэтому при проектировании такой антенны ищется компромис между её эффективностью и возможностью её практической реализации. Для простоты принято, что если разместить катушку примерно в середине антенны, то это будет достаточно эффективно (в плане электрических параметров антенны) и достаточно просто и недорого при практическом изготовлении.

Конечно, не стоит забывать и о возможности реализовать укороченную антенну в виде сплошной спирали или катушки (Helical antenna). Но на этом варианте я не остановился по двум простым причинам. Первая - сложнее расчитать в MMANA. Вторая - если на удочку по всей длине намотать и закрепить, проще говоря, одну большую катушку, то это сооружение становится абсолютно неразборным. В моём случае я получил антенну, которую можно быстро разобрать и собрать. И в собранном состоянии её длина всего примерно на 10 см больше чем длина просто собранной удочки, что весьма удобно для транспортировки до места установки или развёртывания. Т.е. её можно закрепить на багажнике машины с возможностью быстро развернуть, поднять в вертикальное положение и поработать как /p (3-х метровый штырь для /m всётаки немного высоковат, хотя ...)

Исходя из всего выше сказанного и была расчитана и построена антенна. Катушка на диапазон 20 метров размещается примерно на расстоянии 2/3 от основания. Для диапазона 40 метров добавляется вторая, расположенная на расстоянии примерно 1/3 от основания. Это решение представляется мне наиболее оптимальным (и компромисным) как с точки зрения электрической эффективности самой антенны, так и с точки зрения её механической прочности, а также позволяет создать быстро сборную - разборную конструкцию.

Конструкция антенны.

Основой антенны является удочка длиной 4 метра. Самое тонкое колено не используется. Схематично её конструкция изображена на рисунке ниже.

Mobile_vertical_for_20m_40m_bands_by_YL3BU_2008.gif

В основании нижнего колена закреплена коробка с разъёмом PL-259. К центральному выводу припаян провод антенны (wire3), к корпусу провод заземления (GND) который кратчайшим путём должен быть подключен к тому что предполагается использовать в качестве ВЧ заземления. В моём случае использовались леера яхты. В качестве проводов (wire1, wire2, wire3) применялся медный многожильный провод в изоляции на концы которого напаяны ножевые клеммы.

Nozhevye_klemmy.gif

В верхней части нижнего колена располагается катушка L2, которая подключается только в диапазоне 40 метров. Катушка L1 расположена в верней части среднего колена и используется на обоих (20м и 40м) диапазонах. Катушки наматываюся проводом ПЭЛ диаметром 1 мм непосредственно на удилище. Для закрепления витков катушек использаются медные полоски длинной 6 см имеющие с одной стороны отверстие для крепления отвода катушки, а сдругой стороны вырезанный лепесток ("папа") для ножевой клеммы напаянной на провод. Сами медные полоски закреплены тряпичной изолентой которая устойчива к нагреванию при пайке выводов катушек при монтаже и настройке.

Медная полоска для крепления верхнего вывода катушки L2 имеет особенность - два лепестка для подключения провода идущего от L1 (wire2) и для подключения провода wire3 в случае обхода (исключения) катушки L2 на диапазоне 20 метров.

wire3_L2_cooper_plate.png

Провод wire3 не доходя до катушки L3 навит на удочку что даёт возможность его хорошего крепления при подключении к нижнему либо к верхнему выводу катушки L3 (при переключении диапазонов).

Антенна, а затем и конструктивные параметры катушек, были расчитаны в программе ММАNА.

Диаграмма направленности конечно далека от идеала для DX-мена, но смотрите сколько всего находится в непосредственной близости с антенной (мачта, леера, бакштаги, ахтерштаг и т.д.). И всё это учавствует в формировании ДН.

Yacht_L6_with_mobile_antenna_MMANA_model_3D.gif

Файл модели в ММАNA: Yacht_ShortWhip_L1_14MHz_Long3m.maa. В модели 74 провода поэтому расчёт требует некоторого времени. Размеры антенны в модели несколько отличаются от приведённых на схеме выше (на схеме указаны размеры снятые с уже готовой реальной антенны). Связано это с конструктивными особенностями моей практической реализации антенны, а также с влиянием удочки, реального диаметра провода.

Настройка антенны.

Антенну необходимо изготовить полностью. При намотке катушек добавить 3-4 "лишних" витка. Антенна устанавливается в рабочее состояние. Отключаем катушку L2 и производим настройку на 20 метровом диапазоне катушкой L1 (мне потребовалось отмотать 2 "лишних" витка). Также можно настроить длиной провода wire1, при этом не надо его сильно укорачивать (чтобы максимально использовать длину удочки. Лучше пусть провод wire1 доходит до верхней точки, а в резонанс настроим антенну убрав лишние витки L1. Затем переключаем антенну на диапазон 40 метров (включаем катушку L2) и изменяя индуктивность L2, настраиваем на этом диапазоне.

После настройки широкой эластичной изолентой закрываются катушки и медные полоски за исключением их лепестков для подключения проводов с помощью ножевых клемм.

Транспортировка.

В собранном виде провод wire3 может находится в любом положении (20м или 40м), провода wire2 и wire1 полностью снимаются. Удочка-антенна складывается обычным образом, однако среднее колено остаётся не сложенным на длину чуть больше длины катушки L1, что не мешает.

Заключение.

Антенна после изготовления сразу была установлена на своё штатное место где и были произведены первые измерения и окончательная настройка. Измерения проводились антенным анализатором АА-330. Графики КСВ по обоим диапазонам после окончательной настройки антенны представлены ниже.


Минимальный КСВ на диапазоне 7 МГц составил 1.9, а на диапазоне 14 МГц - 1.7. Конечно можно было бы попытаться улучшить эти показания. Например включением катушки с небольшой индуктивностью между точкой подключения фидера к антенне и землёй (как это описано, например, в [1]), но время поджимало и "тонкая доводка" была поручена автоматическому антенному тюнеру, встроенному в Kenwood TS-570. С этой задачей он справился легко.

Первые измерения и окончательная настройка.


Общий вид. Общий вид. Настройка антенны. Настройка антенны. Подключение штатного фидера. Узел крепления антенны. Бокс для подключения фидера и подключение Дополнительная катушка для диапазона 40 метров.
 

Практические итоги.

Подводя итог сразу хочется оговориться, что данная конструкция антенны является компромисным и сильно укороченным решением, особенно в диапазоне 7 МГц. Поэтому цели получить чудо, а особенно обмануть мать природу, не было. Учитывая всё это, хочется отметить, что работа на эту антенну доставила много удовольствия. Антенна работала во время двух походов на яхте: на остров Рухну и по островам Эстонии. Практически всегда работал на общий вызов - время ограничено и тратить его на поиск или ожидание не хотелось. Самые дальние QSO - Япония, Корея, Африка (20 метров, S5...9). Центральная Россия и Европа давала рапорт иногда до S9+40дБ.

Конечно не стоит забывать и о других положительных факторах, например возможно хорошее прохождение. Или, что уж точно всегда, хорошая позиция - работа в эфире практически с воды. Хотя близко и непосредственно на воду антенна заземлена не была, в качестве заземления использовались леера, леерные стойки и всё что с ними электрически связано. Как то давно был у меня опыт заземления непосредственно в воду (примерно метр коаксиального кабеля с очищенной внешней изоляцией), но опыт показал, что необходимо хорошее крепление заземления к внешней подводной части борта лодки. Иначе, на скорости, этот провод просто вылетает из воды и прыгает по ней, что не очень хорошо отражается на моментальные параметры всего антенно-фидерного тракта.



 

Ссылки и материалы

  1. ARRL ANTENNA BOOK, Chapter 16. Mobile and Maritime Antennas
  2. Автомобильная КВ антенна. Виталий Зиновьев (RA9WOY).
  3. http://www.hamradio.cmw.ru/
  4. A Web Site For Mobile Amateur Radio Operators by K0BG
  5. Effective HF Mobile Antennas. Keith WB2VUO
  6. G3TSO Mobile Antenna Page
  7. The GM3VLB page. Equipment and Antennae.
  8. YL3BU/P - Saulkrasti, Latvia (16.09.2007)
  9. Для тех,кто собирается сам делать КВ антенну для машины. (RK3BU)
  10. Софт антенного анализатора Link908 также подходит и для АА-330 (AmQRP.org)
  11. RD3AY AA-330 страница

 

Любительская радиосвязь: 

Комментарии

Повторил эту антенну,правда

Аватар пользователя Юрий RK9UAQ

Повторил эту антенну,правда использовал на стоянках с авто,работает превосходно.

Антенна классическая ...

Аватар пользователя YL3BU

Юрий приветствую!

Действительно очень приятно, что Вы отписали, значит потратил немного времени на заметку не зря :) Антенна классическая, никаких революционных решений, просто отдельно взятая реализация, которая работает как и положено работать такой антенне. Удачи Вам в экспериментах и интересных связей!

73! de Alex YL3BU

Отличная разработка и

Аватар пользователя Дмитрий

Отличная разработка и отличное описание. Спасибо.
Советую обратить внимание на Ground Plane с гамма согласованием. В качестве штыря использовать мачту.

Мобильная антенна на диапазоны 20 и 40 метров.

Аватар пользователя R9JAG

Отличная антенна выходного дня. Работает на даль очень хорошо.
Легко настраивается. Применяю с ней четыре противовеса по 10 метров.
Спасибо большое автору. 73!

Мобильная антенна на диапазоны 20 и 40 метров.

Аватар пользователя Sergey UA0FUA

Александр, спасибо за вашу разработку, для меня тема кв-связи на яхте стоит остро.На борту будет ic-78-- AT-130,на первое время думаю растянуть ант.провод от кормового релинга к верхушке мачты. А как будет выглядеть диаграмма напр.,если ваша антенна будет наклонена в противоположную от кормы сторону?

73! Sergey UA0FUA

Сергей, Ваша идея

Аватар пользователя YL3BU

Сергей, Ваша идея использовать провод от топа мачты на корму это классический случай построения КВ антенны на яхте. А чтобы не развешивать что-то дополнительное, например как Вы предлагаете отдельный провод с топа на релинг в корме, используют разбивку изоляторами ахтерштага (у американцев это backstay) и используют полученный провод (трос) в качестве КВ антенны с согласующим устройством в виде автоматического антенного тюнера. Думаю, что это будет даже эффективнее вариант, чем хоть и настроенный, но укороченный штырь описанный выше.

Диаграмму направленности Вашего варианта (провод 11 метров из кормы к топу мачты) по-быстрому прикинул в моделировщике. Вот скриншоты для диапазона 14 МГц. На КСВ не обращайте внимание, ведь далее предполагается применение СУ.

73! de Alex YL3BU

Мобильная антенна на диапазоны 20 и 40 метров.

Аватар пользователя Sergey UA0FUA

Алекс, это понятно,- антенна установленная стабильно и не мешающая работе яхты-мечта яхтсмена-радиолюбителя, но как скажется наличие ВЧ-тока на механические свойства ахтерштага?

73! Sergey UA0FUA

Да, Сергей, конечно здесь

Аватар пользователя YL3BU

Да, Сергей, конечно здесь хочется видеть надёжную конструкцию, не влияющую на основное и главное предназначение ахтерштага. Здесь я вижу два момента.

Первый - возможная коррозия троса при налиции ВЧ токов и на именно морском воздухе (контакты выше описанной антенны я чистил каждые 2 дня на Балтике). Думаю, что продолжительность Вашей работы в эфире будет много меньше общего времени похода. Потом материал ахтерштага - может быть оцинкованный трос, а может быть и нержавейка. В последнем случае, думаю, никаких проблем вообще не должно быть.

Второй момент - механическая прочность ахтерштага разбитого изоляторами. Здесь, во-первых, можно приобрести антенные изоляторы специально для этого предназначенные. Да есть такие! Поищите на сайтах торгующих яхтенной оснасткой. Но дорогие. Во-вторых, даже если и применить классический орешковый изолятор, то при его разрушении ведь не произойдёт моментального обрыва ахтерштага - керамика осыпется, но две половины троса будут сцеплены огонами. Правда длина ахтерштага несколько увеличится, ведь орешка между огонами двух половин уже нет.

Капитан яхты, на которой мне посчастливилось ходить, принял мои доводы и разрешил в метре от топа разбить ахтерштаг подходящим "орешком", но с условием, что я научусь плести гашу :) и этот орешек именно вплету. Яхта - St. Maria, 1967 года постройки, класса Л6, деревянная, длина 12.1 метров (немного переделанная), мачта алюминиевая 15 м., около 7 тонн с полной загрузкой, ахтерштаг - трос из нержавейки 8 мм. В очередной наш поход я учился плести, получалось не очень ... Но работал в эфире на ахтерштаг "разбитый" ферритовым изолятором. Если интересно почитайте здесь: "Ферритовые "защёлки" как ВЧ изолятор." Идея заманчивая, но технически и теоретически не выполнима на 100%, в конце я там написал об этом. Но и в таком варианте, с просто с ферритовыми защёлками и автоматическим тюнером я работал в эфире на диапазонах от 10 до 80 метров без проблем!

Диаграмму направлености, для интереса, просчитывал, но сейчас уже где эти файлы ... Если найду время повторю и выложу. Потом был перерыв в походах. Мечтаю ещё поучаствовать :) Эфир на воде чистейший!

Удачи Вам, Сергей!

73! de Alex YL3BU

Сергей,Если соберётесь в

Аватар пользователя YL2QN-Andy

Сергей,Если соберётесь в поход на яхте - телеграфируйте! С удовольствием приму участие - давно болею яхтами и ещё более долго ham radio :)Andrej - YL2QN

Саш, обрати внимание на

Аватар пользователя yl2gl

Саш, обрати внимание на новинку от EU1KU - графический антенный анализатор 0.1...55 мГц, 143...148 мГц. Поскольку любишь экспериментировать с антеннами, то, как мне кажется, для тебя это был бы незаменимый прибор (вижу, что графики КСВ снимаешь по точкам, а тут даже цветная графика!).Маленькая коробочка - размещается на ладошке: http://yl2gl.ucoz.net/news/graficheskij_antennyj_analizator_eu1ky/2016-02-22-136  Для экспериментов - самое то, что надо! 

http://yl2gl.ucoz.net/тел.:22015472

Валерий, спасибо! Да, я уже

Аватар пользователя YL3BU

Валерий, спасибо! Да, я уже просматривал страницу об этом приборе. Интересное решение, но пока приходится обходиться тем, что есть под рукой :) Удачи и 73!

73! de Alex YL3BU