Антенна вертикальный диполь своими руками
Многодиапазонных вертикалов описано множество (в том числе и на этом сайте). К сожалению, все они требуют ВЧ заземления: или набор противовесов или установку прямо на хорошо проводящую поверхность (металлическая крыша, например). Это решение имеет много плюсов (высота вертикал может быть начинаться всего от 0,15. 0,2λ, несимметричное возбуждение относительно заземления удобно для питания коаксиальным кабелем, много разных отработанных конструкций). И только один минус. Но существенный: нужна площадь под радиалы. Если она у вас есть, то эту статью можно дальше не читать.
А вот если места под радиалы нет и не предвидится (маленькая крыша или балкон, где они не помещаются; территория вам не принадлежит; или принадлежит, но есть место только в самом углу участка, основание вертикала хочется поднять повыше для ухода от помех дома, но на высоте радиалы растянуть не за что, и т.д.), то ниже описан многодиапазонный вертикал в них не нуждающийся.
Конечно, за отсутствие радиалов пришлось заплатить:
Увеличенной высотой вертикала (раза в полтора, по сравнению с обычным GP с радиалами). Правда это увеличение дает соответствующий рост усиления антенны под низкими углами к горизонту.
Сложным питанием (нужен автоматический тюнер или набор переключаемых диапазонных LC цепей).
Высоким напряжением на изоляторе, требующим длинного и негигроскопичного изолятора и серьезных мер для подавления излучения линии питания.
Сложной настройкой, которой даже не очень помогает моделирование. Za заметно зависит от: емкости изолятора, высоты над крышей/грунтом, степени подавления затекания антенного тока на оплетку питающего коаксиала и (если это подавление невелико) от длины и положения питающего кабеля. Единственное утешение – вся настройка делается внизу, у изолятора. Но потрудиться с антенным анализатором там придется.
Если цена проблем по этому списку слишком велика для вас, дальше читать незачем: ищите место под противовесы. А с теми, кто не испугался упомянутых трудностей, идем дальше.
Антенна
Никаких радиалов не требует вертикальный диполь (рис. 1а). Он изображен синими линиями. 
Рис. 1.
Чтобы сделать диполь многодиапазонным, достаточно запитать его по воздушной двухпроводной линии (оранжевые провода на рис. 1). По классике эта линия должна быть перпендикулярна диполю (рис. 1b) на на расстоянии хотя бы половины λ (чтобы излучением диполя на линию не наводились заметные синфазные токи, нарушающие её симметрию). C помощью симметричного тюнера такой вертикальный диполь будет работать в полосе частот где его размеры от
0,3λ (при меньших размерах падает усиление и КПД) до 1,25λ (при большей высоте основное излучение становился не перпендикулярным диполю, т.е. основной лепесток поднимается от земли, что плохо для эффективности на DX). Такая антенна (рис. 1b) хороша в работе, но требует два изолятора на мачте (у основания и в середине) и второй вспомогательной мачты, обеспечивающей горизонтальность линии питания. Это создает конструктивные трудности.
А что изменится, если мы питающую двухпроводную линию отведем не вбок, а вниз (рис. 1с)? C точки зрения работы антенны – абсолютно ничего: и антенна и линия остались теми же самыми. А вот для тюнера внизу линии поменяется многое. Поскольку линия идет параллельно диполю, то в ней наводится большой синфазный (он же антенный) ток. И тюнер теперь обязан не только согласовывать дифференциальный импеданс между проводами линии, но и сильно подавлять синфазный ток линии. Если последнего не сделать (или сделать недостаточно), то синфазный ток пройдет сквозь тюнер и пойдет дальше на оплетку питающего коаксиала и корпуса. Отчего они станут частью антенны и будут собирать помехи на приеме и жечься при передаче.
Немного подвинем линию вправо (рис. 1d). Понятно, что при этом никаких заметных изменений в работе антенны не произойдет. Но зато при этом исчезает центральный изолятор вертикала. Посмотрим внимательно на правую часть рис. 1d. Оранжевый (от линии) и синий (от диполя) провода идут параллельно. Вверху они замкнуты между собой. Внизу разомкнуты, но там нет источника. Следовательно напряжение между этими проводами отсутствует. Поэтому, если их закоротить, то в распределении токов ничего не изменится.
Это показано на рис. 1e. Выглядит антенна непривычно: два параллельных проводника с отличающейся вдвое длиной и больше ничего. Но электрически она ничем не отличается от вертикального диполя, запитанного в середине двухпроводной линией (рис 1b). Радиалы такой антенне совершенно не нужны, как и её прародительнице с рис. 1b.
Верхняя часть антенны рис рис. 1e это просто половинка диполя, а нижняя, состоящая из двух проводов, это одновременно и половинка диполя и двухпроводная линия питания (строго говоря, синфазный ток этой линии и является антенным током половинки диполя).
Поэтому синфазный ток линии надо хорошо развязать от питающего кабеля. Делается это в два этапа (см. рис. 1f где показана схема питания такой антенны):
Антенный тюнер (находящийся у изолятора) подключается к антенне через воздушный трансформатор T1 с малой емкостью между обмотками (катушка в катушке). Эта маленькая емксоть первое препятствие на пути синфазного тока.
Второе препятствие – развязывающий дроссель T2 на феррите по входу тюнера. На сердечнике этого дросселя кроме коаксиального кабеля должны быть намотаны линии питания\управления тюнером.
Конструкция
Антенна высотой 7,5 м, работающая от 14 до 50 MHz, показана в файле vD20-6.maa (провод 4 с маленькой емксотью 5 pF в модели изображают емкость изолятора на землю. Никакой другой цели этот провод и нагрузка не служат). Диаграммы направленности по диапазонам показаны на рис. 2. Для корректного сравнения с простым GP (с радиалами), ДН даны над идеальной землей (хотя наша антенна может работать вообще без земли, в свободном пространстве). 
Рис. 2.
На диапазонах 14 и 18 MHz наш диполь укорочен, тем не менее он выигрывает у λ/4 GP 0,6 dB и 1,2 dB соответственно (Ga обычного λ/4 GP в такой же ситуации будет 5,14 dBi).
От 21 до 28 MHz выигрыш растет от 1,6 dB до 2,6 dB. Причем усиление растет под низкими зенитными углами. На 50 MHz мы фактически имеем коллинеарную антенну 5/8λ над 5/8λ поэтому усиление достигает 4,3 dB, что уже сравнимо с небольшой направленной антенной.
Конструктивно антенна выполнена из голого электрического провода сечением 1,5 мм 2 закрепленного стяжками на 8-ми метровой удочке. Удочка крепилась к ограждению балкона верхнего этажа.
Трансформатор T1 представлял собой две катушки по 6 витков. Диаметр внешней (подключенной к тюнеру) катушки 7 см. Диаметр внутренней (подключенной к антенне) 5 см. Катушки выполнены из жесткого голого электрического провода 6 мм 2 и закреплены на пластине из огрстекла с соответствующими отверстиями (зазор между витками
2 диаметра провода).
Имейте в виду, что напряжение на нижней части антенны относительно земли может достигать 300 В (при мощности TX 100 Wt).
О настройке. Автотюнер справлялся во всех диапазонах. Если же вы планируете отдельные LC цепи на каждый диапазон, то:
Пользоваться данными R и JX с рис. 2 бессмысленно. На практике они будут заметно отличаться из-за влияния трансформатора T1, емкости изолятора и окружения, высоты установки, импеданса T2 и даже положения оплетки питающего кабеля.
Измерять реальное Za (по которому потом считать согласующую цепь) надо портативным прибором на батареях, подключенным и к T1 (по схеме), и к T2 (корпус прибора) соединить с обмоткой T2, подключенной к оплетке коаксиала. Коаксиал при этом должен быть нормальным образом подключен и к T2 и к TRX. Только таки можно учесть влияние всех факторов.
В файле VD30-10.maa показан КВ вариант этой антенны, работающий от 10 до 28 MHz. Мачта высотой 12,5 m выполнена из труб.
Заключение
Антенна проста в конструкции и почти не требует места (особенно, если мачту получится сделать свободностоящей). Качество работы на DX как минимум не хуже (а часто лучше), чем у других многодиапазонных вертикалов (но те требуют противовесов).
Но надо понимать, что оплачиваются эти преимущества весьма сложной системой питания\развязки и увеличенной высотой антенны.
В проволочном варианте антенна может располагаться наклонно или горизонтально, что может быть удобно при питании ее с балкона или из окна, позволяя получить аналог LW, но без проблем с противовесами и\или заземлением.
Источник
Многодиапазонная КВ антенна «Несимметричный диполь»
В радиосвязи, антеннам отводится центральное место, для обеспечения лучшего ее, радиосвязи, действия антеннам следует уделять самое пристальное внимание. В сущности, именно антенна и осуществляет сам процесс радиопередачи. Действительно, передающая антенна, питаясь током высокой частоты от передатчика, производит преобразование этого тока в радиоволны и излучает их в нужном направлении. Приемная же антенна, осуществляет обратное преобразование – радиоволны в ток высокой частоты, а уже радиоприемник выполняет дальнейшие преобразования принятого сигнала.
У радиолюбителей, где всегда хочется побольше мощности, для связи с возможно более дальними интересными корреспондентами, бытует максима – лучший усилитель (КВ), это антенна.
К этому клубу по интересам, пока принадлежу несколько опосредовано. Радиолюбительского позывного нет, но интересно же! Работать на передачу нельзя, а вот послушать, составить представление, это, пожалуйста. Собственно, такое занятие называется радионаблюдение. При этом, вполне можно обменяться с радиолюбителем которого вы услышали в эфире, карточками-квитанциями, установленного образца, на сленге радиолюбителей QSL. Приветствуют подтверждения приема и многие радиовещательные КВ станции, иногда поощряя такую деятельность мелкими сувенирами с логотипами радиостанции – им важно знать условия приема их радиопередач в разных точках мира.
Радиоприемник наблюдателя может быть довольно простым, по крайней мере, на первых порах. Антенна же, сооружение не в пример более громоздкое и дорогостоящее и чем ниже частота, тем более громоздкое и дорогостоящее – все привязано к длине волны.
Громоздкость антенных конструкций, во многом вызвана и тем, что на малой высоте подвеса, антенны, особенно для низкочастотных диапазонов – 160, 80,40м, работают плохо. Так что громоздкость им обеспечивают как раз мачты с оттяжками, ну и длины в десятки, иногда сотни метров. Словом, не особенно миниатюрные штуки. Хорошо бы иметь для них отдельное поле рядом с домом. Ну, это как повезет.
Итак, несимметричный диполь.
Выше, чертеж-схема нескольких вариантов. Упомянутая там MMAНа – программа для моделирования антенн.
Условия на местности оказались таковы, что удобно умещался вариант из двух частей 55 и 29м. На нем и остановился.
Несколько слов о диаграмме направленности.
Антенна имеет 4 лепестка , «прижатых» к полотну. Чем выше частота — тем более они «прижимаются» к антенне. Но правда и усиление имеют больше . Так что на этом принципе
можно строить вполне направленные антенны, имеющие правда, в отличии от «правильных», не особенно высокое усиление. Так что размещать эту антенну нужно учитывая ее ДН.
Антенна на всех диапазонах указанных на схеме, имеет КСВ (коэффициент стоячей волны, параметр для антенны весьма важный) в пределах разумного для КВ.
Для согласования несимметричного диполя — он же Windom – нужен ШПТДЛ (широкополосный трансформатор на длинных линиях). За сим страшным названием скрывается относительно несложная конструкция.
Выглядит примерно так.
Итак, что было сделано.
Первым делом определился со стратегическими вопросами.
Убедился в наличии основных материалов, в основном конечно, подходящего провода для полотна антенны в должном количестве.
Определился с местом подвеса и «мачтами». Рекомендуемая высота подвеса – 10м. Мою деревянную мачту, стоящую на крыше дровника, по весне свернуло сходящим смерзшимся снегом — не дождалась, как не жаль, пришлось убирать. Решено было пока зацепить одну сторону за конёк крыши, высота при этом будет составлять около 7м. Маловато конечно, зато дешево и сердито. Вторую сторону удобно было подвесить на стоящей напротив дома липе. Высота там получалась 13…14м.
Паяльник, понятно, с принадлежностями. Мощностью, ватт, этак на сорок. Инструмент для радиомонтажа и мелкий слесарный. Что ни будь сверлильное. Очень пригодилась мощная электрическая дрель с длинным сверлом-буром по дереву – коаксиальный кабель снижения пропустить сквозь стену. Конечно удлинитель к ней. Пользовался термоклеем. Предстоят работы на высоте – стоит позаботиться о подходящих крепких лестницах. Очень помогает чувствовать себя увереннее, вдали от земли, страховочный пояс – как у монтеров на столбах. Карабкаться наверх, конечно не очень удобно, зато можно работать уже «там», двумя руками и без особых опасений.
Самое главное – материал для полотна. Применил «полевку» — полевой телефонный провод.
Коаксиальный кабель для снижения, сколько нужно.
Немного радиодеталей, конденсатор и резисторы по схеме. Две одинаковые ферритовые трубочки от ВЧ фильтров на кабелях. Коуши и крепеж для тонкого провода. Маленький блок (ролик) с ухом-креплением. Подходящую пластиковую коробочку для трансформатора. Керамические изоляторы для антенны. Капроновую веревку подходящей толщины.
Что было сделано.
Первым делом отмерил (семь раз) куски проводов для полотна. С некоторым запасом. Отрезал (один раз).
Взялся за изготовление трансформатора в коробочке.
Подобрал ферритовые трубки для магнитопровода. Он изготовлен из двух одинаковых ферритовых трубочек от фильтров на кабелях мониторов. Сейчас старые мониторы на ЭЛТ просто выбрасывают и найти «хвосты» от них не особенно сложно. Можно поспрашивать у знакомых, наверняка у кого ни будь да пылится на чердаках или в гараже. Удача, если есть знакомые системные администраторы. В конце концов, в наше время, когда везде стоят импульсные блоки питания и борьба за электромагнитную совместимость ведется нешуточная, фильтры на кабелях могут быть много где, более того, такие ферритовые изделия вульгарно продаются в магазинах электронных компонентов.
Подобранные одинаковые трубочки сложены на манер бинокля и скреплены несколькими слоями липкой ленты. Намотка выполнена из монтажного провода максимально возможного сечения, такого, чтобы вся обмотка поместилась в окнах магнитопровода. С первого раза не получилось и пришлось действовать методом проб и ошибок, благо, витков совсем немного. В моем случае, под рукой не нашлось подходящего сечения и пришлось мотать двумя проводами одновременно, следя в процессе, чтобы они не перехлёстывались.
Для получения вторичной обмотки — делаем два витка двумя сложенными вместе проводами, потом вытащить каждый конец вторичной обмотки назад (в обратную сторону трубки), получим три витка со средней точкой.
Из кусочка довольно толстого текстолита, сделан центральный изолятор. Существуют специальные керамические именно для антенн, лучше конечно применять их. Поскольку все слоистые пластики пористы и как следствие весьма гигроскопичны, чтобы параметры антенны не «плавали», следует хорошенько пропитать изолятор лаком. Применил масляный глифталевый, яхтный.
Концы проводов очищены от изоляции, несколько раз пропущены через отверстия и хорошенько пропаяны с хлористым цинком (флюс «Паяльная кислота»), чтобы пропаялись и стальные жилки. Места пайки очень тщательно промываются водой от остатков флюса. Видно, что концы проводов, предварительно продеты в отверстия коробочки, где будет сидеть трансформатор, иначе придется потом продевать в эти же дырочки все 55 и 29 метров.
Припаял к местам разделки соответствующие выводы трансформатора, укоротив эти выводы до минимума. Не забывать перед каждым действием, примерять к коробочке, чтобы потом все влезло.
Из кусочка текстолита от старой печатной платы, выпилил кружок на дно коробочки, в нем два ряда дырочек. Через эти дырочки, бандажом из толстых синтетических ниток крепится коаксиальный кабель снижения. Тот, который на фото, далеко не лучший в данном применении. Это телевизионный со вспененной изоляцией центральной жилы, сама жила «моно», для навинчивающихся телевизорных разъемов. Но была в наличии бухточка трофейного. Применил ее. Кружок и бандаж, хорошенько пропитан лаком и высушены. Конец кабеля предварительно разделан.
Припаяны остальные элементы, резистор набран из четырех. Все залито термоклеем, вероятно зря – тяжеловато получилось.
Готовый трансформатор в домике, с «выводами».
Между делом было изготовлено крепление к коньку – там на самом верху две доски. Длинные полосы из кровельной стали, петелька из нержавеющей 1.5мм. Концы колечек приварены. На полосах по ряду из шести отверстий для саморезов – распределить нагрузку.
Керамических антенных «орешков» не добыл, применил вульгарные ролики от старинной проводки, благо, в старых деревенских домах под снос еще встречаются. По три штуки на каждый край – чем лучше изолирована антенна от «земли», тем более слабые сигналы может принять.
Примененный полевой провод с вплетенными стальными жилками и хорошо выдерживает растягивание. Кроме того, предназначен для прокладывания под открытым небом, что к нашему случаю тоже вполне подходит. Радиолюбители довольно часто изготавливают из него полотна проволочных антенн и провод неплохо себя зарекомендовал. Накоплен некоторый опыт его специфичного применения, который в первую очередь говорит, что не стоит провод сильно изгибать – лопается на морозе изоляция, влага попадает на жилы и они начинают окисляться, в том месте, через некоторое время, провод и рвется.
По сему, завязывать узлы на нем не рекомендуют. Был применен стандартный крепеж для тонкого троса. Зажим и коуш, которые и позволили избежать сильных «перегибов на местах».
Железка для конька была закреплена на месте. Едва добрался.
По ходу натягивания, оценив усилие на разрыв, решил, не доводя до греха, снять нагрузку с центрального изолятора из текстолита. Чтобы все не переделывать, вышел из положения так.
К счастью, крепежи, памятуя о часто сворачивающихся резъбах, приобрел в двойном количестве. Пригодились.
Несколько изменились и точки подвеса антенны, для более удобного расположения кабеля снижения.
На верхушке дерева, короткой веревкой, за неподвижное «ухо» закреплен блок. Через него перекинут шнур от изоляторов на конце проволочного полотна антенны. Шнур спускается вниз. На него через карабин, подвешен, обвязанный проволокой бетонный блок, для натяжения. Подвижное «закрепление» нужно для компенсации сезонных температурных колебаний, сильного ветра, намерзания льда. Натяжение не до струнного звона, без фанатизма.
Коаксиальный кабель снижения с небольшим провисом подведен к мастерской, закреплен на стене снаружи и в нужном месте пропущен внутрь.
Источник