Антенна fd4 своими руками

«Немного истории. Антенна Windom является изобретением американца VS1AA по фамилии Windom(1936г).В СССР она часто называлась «американкой» и упоминалась Э.Т. Кренкелем, как основная для работы с СП-1. Смысл изобретения заключался в том, что на полотне длиной 41 метр была найдена точка с нулевой реактивностью, причём одновременно для нескольких диапазонов. В эту точку, собственно и включался однопроводный фидер. В последствии антенна Windom была модифицирована немцем DL1BU в 1950г, который запитал её двухпроводной симметричной линией.»

По этой антенне написано много литературы, дублировать которую нет никакого смысла. Любой желающий при желании все может найти в наше время и в интернете. Я решил создать эту страничку только потому, что в наше время, эта довольно уже древняя антенна, которая так была популярна в 30-50гг прошлого века, сегодня практически позабыта радиолюбителями, а напрасно!

Когда встает вопрос об изготовлении простой и многодиапазонной антенны, перекрывающей несколько любительских диапазонов и с питанием по одной линии питания, лучше всего, коаксильным кабелем, то и выбор собственно невелик. Это всего как правило два варианта. Траповые антенны, которые имеют в своем конструктиве пассивные LC контура, что делает всю систему менее надежной, если не сказать и капризной, а кроме того, имеет место быть и ограничение по мощности, лишний вес да и порой еще большая сложноть, чем изготовление и согласование несимметричных диполей.

Именно несимметричные диполя, как раз и есть эта вторая группа антенн, способных работать на нескольких диапазонах одновременно.К этому типу как раз и относится антенна WINDOM, она же и VS1AA, она же и «американка», она же и фабричный вариант изготовления на Западе у разных фирм под маркой FD4 с общей длиной 41 метр, которая может перекрыть практически все радиолюбительские диапазоны КВ, кроме 160м. И укороченный вариант, под маркой FD3, для диапазонов 40-20-10м. Именно этот вариант я и задумал повторить, как самый простой и удобный вариант использования в полевых условиях,на временных стоянках, дачах и других местах, где есть ограничение по месту или времени пребывания. Внешний конструктив антенны не отличатется от простого симметричного диполя. И в тоже время,FD3 или FD4, это несколько диапазонов на вашем трансивере!

С появлением в нашей жизни ферритовых колец, согласование несимметричных диполей, стало очень простым и удобным. Так называемые Балуны, трансформируют высокое сопротивление антенны в точке запитки 0.18-0.2 лямбды, где активное сопротивление антенны равно 200-300 ом, в сопротивление коаксиального кабеля 50 ом на всем протяжении КВ частот.Имеющаяся реактивность, легко убирается наличием встроенного в трансивер автоматического антенного тюнера или любым внешним согласующим устройством на основе П-контура, или Т-образного согласователя,идиально согласовав антенну с выходом современного 50-ти омного трансивера.

Именно благодаря такому способу согласования этих антенн с кабелем,несимметричные антенны стали вновь набирать популярность у радиолюбителей. Тем более, что с точки зрения эффективности их работы в эфире, они ни чем не уступают полноразмерному, диапазонному, симметричному диполю, а в некоторых случаях, даже превосходят последние, так как на более высокочастотных диапазонах, имеют в себе более одной лямбды в полотне антенны и некоторую направленность вдоль более длинного плеча. Установка под наклоном, даст еще большие преимущества по направлению наклона длинного плеча антенны.

Но как и у всякой многодиапазонной антенны,являющейся по существу, компромиссным вариантом, есть и недостатки. Во первых, основная часть антенны, это грамотно выполенный Балун. Он должен иметь линейные характеристики во всем диапазоне КВ частот. Кроме того, антенна эта имеет множество побочных резонансов,что может служить источником дополнительных помех для других радио и телеустройств. Что бы частично подавить помехи, необходимо наличие заземления и применение антенных тюнеров, а так же не лишним, будет использование запирающих дросселей в кабеле питания, для предотвращения побочных излучений оплеткой кабеля.
Обычно достаточно 10 витков кабеля свернутого кольцом у места запитки или наличия ферритового кольца и 3-5 витков обвитого кабеля на этом кольце.
Но эти «трудности» на мой взгляд, не так трудно преодолеть,чем скажем построить траповую антенну с питанием по одному кабелю перекрывающую все любительские диапазоны КВ или ломать голову по установке отдельных, пяти антенн, на каждый бэнд,учитывая сложности с размещением в городской застройке на крышах в домов общего пользования.

Ниже, я покажу один из вариантов изготовления Балуна из подручных средств (Hi), выполненного на обычных ферритовых стержнях марки 150ВЧ. К слову сказать, мной было изготовлено несколько десятков балунов как на кольцах,так и на стержнях из феррита от магнитных антенн СВ-ДВ приемников, марка ферритов 400НН или 600НН.

Предпочтение нужно отдавать кольцам с магнитной проницаемостью от 20-150вч или, что совсем идиально, применение колец от фирмы Амидон марок Т-200 (красный цвет), обеспечивающих минимальные потери. Так же необходимо учитывать геометрический размер колец (стержней), расчитывая трансформатор, исходя из выходной мощности вашей радиостанции.

Согласующий грансформатор
Конструкция на двух ферритовых стержнях

Рис.1 Готовый балун перед настройкой	Рис.2 Конструкция балуна на стержнях	Рис.3 Выходные винты под нагрузку
Рис.4 Вход. У разъема кабеля	Рис.5 Запайка проводов на гнездо	Рис.6 Стандартное гнездо под кабель
Рис.7 Общий вид	Рис.8 Вариант включения обмоток трансформатора на двух стержнях	Рис.9 Вариант включения и намотки обмоток на одном стержне
Рис.10 Два стержня по 100мм	Рис.11 Конструкция крепления	Рис.12 Два Балуна. На 600 и 300 WT

Измерение параметров у только что изготовленной антенны размерами 20.80м, при помощи Векторного антенного анализатора, показала близость характеристик сходу. Путем укорочения длинного плеча на 45 см, антенна стала иметь вполне приемлимые характеристики и сейчас имеет следущее КСВ:

7.0 мгц — 1.4
7.2 мгц — 1.3
7.5 мгц — 1.6
14.0 мгц — 1.0
14.5 мгц — 1.4
21.2 мгц — 2.2
27.9 мгц — 1.0
28.5 мгц — 1.5
29.0 мгц — 1.9

Высота подвеса точки запитки, 8 метров над землей. Концы лучей, 4-5 метров.
Полотно выполнено из полевки в один провод.

P.S. Данный анализатор предоставен Андреем YL3GDM, за что ему большое спасибо!
Интересный прибор, с множеством функций. Всем советую приобрести!

Измерение параметров, только что установленной антенны FD3 (без настройки)
с помощью векторного анализатора.

Рис.10 Векторный анализатор Включение прибора	Рис.11 Режим анализа по спектру частот	Рис.12 Меню прибора
Рис.13 7000 кгц Измерение до настройки антенны	Рис.14 7100 кгц Измерение до настройки антенны	Рис.15 7300 кгц Измерение до настройки антенны
Рис.16 14000 кгц Измерение до настройки антенны	Рис.17 28100 кгц Измерение до настройки антенны	Рис.18 29100 кгц Измерение до настройки антенны

Собственно,это временная, тестовая антенна. Просто было самому интересно, сделать и попробовать, как работают несимметричные диполя. Должен сказать, что результатами я остался доволен. Проведено на более 100 QSO, небольшой мощностью на разных диапазонах в течении трех дней. Антенна реально работает! Меня слышат и отвечают с рапортами не хуже 559, даже в Португали, при мощности 10wt на 40 метрах.

Вторая антенна, но уже сделанная на мачте с нормальным Балуном
и запорным дросселем в фидере.

Рис.13 Мачта 8м Лучи под наклоном	Рис.14 Балун на 200вт Чуть ниже,запорный дроссель	Рис.15 Общий вид

Тестовый вариант антенны, был опробован и снят! Необходимо было проверить повторяемость антенны.
Для этого была сделана такая же ,но другая, где уже был установлен более качественный Балун 4:1
(200ом на 50ом).

Ниже на 2 метра от балуна, установлен запорный дроссель против затекания ВЧ на оплетку кабеля.
Дроссель выполнен на П-образном сердечнике от ТВС телевизора и содержит по 6 витков на каждой стороне сердечника кабеля RG58. Дроссель постоянно укреплен на изготовленном для этой антенны
фидере из этого же кабеля, длиной 25м. На фото видно как все это выглядит.

Антенна после установки, практически не настраивалась! Пришлось только чуть чуть укоротить длинный луч на 20см, что бы более равномерно расположить её в диапазоне 40м. Общая длинна антенны — 20.50м Длина короткого плеча — 6.85см. Длины тщательно выверены рулеткой! Высота деревянной мачты — 8м. Концы лучей привязаны за короткие опоры,которые так же из деревяннной рейки,высотой по 4м.
Балун с коэффициентом трансформации 4:1 (200 на 50ом), на основе двух ферритовых стержней марки 400НН. Примерно на мощность 400-500вт.
(рис.10-рис.11-рис.12)

Получились следующие характеристики:
КСВ по диапазонам

6.9 мгц — 1.5
7.0 мгц — 1.5
7.2 мгц — 1.6
7.5 мгц — 1.8

13.6 мгц — 1.0
14.0 мгц — 1.1
14.5 мгц — 1.6

21.0 мгц — 2.3
21.2 мгц — 2.2
21.5 мгц — 2.3

27.9 мгц — 1.0
28.1 мгц — 1.1
28.5 мгц — 1.1
29.0 мгц — 1.2
30.0 мгц — 1.5

50.0 мгц — 1.0
52.5 мгц — 1.5

P.S. На некоторых участках диапазона, присутствует реактивность!
Поэтому наличие антенного тюнера у трансивера крайне будет необходимым, что бы выполнить согласование идиальным образом на всех выше перечисленных диапазонах.
Таким образом, если подвести итог этой работы, то по факту, получаем, универсальную,вседиапазонную антенную систему, способную работать практически на всех любительских диапазонах! Лучшей альтернативы лично я не вижу, когда нужно сделать многодиапазонную антенну, при минимуме затрат и с питанием по одному кабелю.
Если эту антенну приподнять выше на 3-4 метра над землей, то характеристики в диапазоне 40м, станут практически идиальными и согласование будет не хуже 1.2

P.S.S. Вариант сборки антенны FD4, с общей длинной 41м, я не делал, так как считаю,что этот вариант хотя и захватывает 80-метрой диапазон, но все же как «походный» вариант, мало пригоден из за своей вдвое большей длинны. Данная антенна, еще и нуждается в большей высоте подвеса, что будет крайне затруднительно в поле.

Дополнение от 20.01.2014г.
За время работы на этой антенне с момента установки, проведено более 500 QSO. Антенна прекрасно работает на 40-ке, замечательно на 20-ке и даже на 15-ке, хотя КСВ без тюнера равен 2.2 но тем не менее, отлично отвечают, как в ближней зоне, так и на более дальних трассах. Сомнения возникли при работе на 28 мгц. Связи удаются и с DX-сами, но отвечают как бы с трудом и мне показалось, что недостаточно эффективно. Для сравнения, мной была иготовлена и установленна дополнительная антенна для этого диапазона, а именно GP 5/8 лямбды, высотой 6.35см .

При сравнении двух антенн выяснилось, что GP выигрывает у Виндома в среднем от 3 до 6 db но на очень длинных трассах, когда позволяет проход на этом диапазоне. В некоторых случаях, когда сигнал приходит с направления длинного луча Виндома, разницы практически незаметно ни на слух по приему ни при передаче.Вертикал работает более шумно на приём, Виндом, более «тихая антенна». В голове родилась даже мысль, что наличие двух таких антенн, но по версии FD4, установленных под углом в 90 градусов друг к другу и под наклоном в 20-40 градусов, позволит переключать направления излучения и иметь при этом разницу в сигнале от 1-2 балла, на ВЧ диапазонах. Чем более будет высокочастней диапазон, тем больше будет разница по направлению и выше усиление анетенны в целом.

Источник