МИР ЕН-Антенн


Сайт, посвященный ЕН-Антеннам. Статьи. Описания. Конструкции. Эксперименты. Результаты испытаний.

Прошло уже несколько лет, как я занимаюсь ЕН антеннами. Эффективное применение ЕН антенн на низкочастотных диапазонах очевидно, так как установка полноразмерных антенн не всегда возможна. Но до сих пор я не сделал ни одной антенны на любительский диапазон 160 метров. В этой статье восполняется этот пробел.

ЕН антенна на диапазон 1,8 МГц (160 метров)

Кононов Владимир ( UA1ACO )
г. Санкт-Петербург

Два года назад была опубликована статья об изготовлении ЕН антенны на диапазон 3,5 МГц (но размер, правда, был выбран не оптимальный, надо было применить полипропиленовую трубу большего диаметра, например 75 или даже 110 мм.). С тех пор на этом диапазоне проведено большое количество связей на эту антенну (хотя диапазон "ночной", а в эфире я могу работать только днем). Небольшие размеры ЕН антенн на НЧ диапазоны, особенно подчеркивают их преимущества. Возьмем диапазон 160 метров. Длинна обычного диполя равна 80 метров! Причем, чтобы получить хорошие характеристики диполя, его необходимо поднять над землей на полволны, т.е. то же на 80 метров, иначе влияние земли будет велико и хороших характеристик от антенны не получить. Совершенно очевидно, что установить такую антенну, например в городских условиях, уже очень болшая проблема.

Предлагаемая вашему вниманию ЕН антенна на диапазон 160 метров, имеет диаметр 110 мм и высоту 2 метра. Правда эти размеры - без защитного кожуха (вариант для экспериментов). Используя кожух (внешнюю трубу) для защиты от неблагоприятных погодных условий, диаметр антенны несколько увеличится.
Попробуем рассчитать ЕН антенну на диапазон 160 метров с помощью программы VK4ANW (см. Рис. 1).

Рис. 1 Рассчет ЕН антенны на диапазон 160 метров, в программе VK4ANW.
(синим цветом обведены вводимые параметры)

Какими исходными данными мы руководствовались при рассчете?

Диаметр полипропиленовой трубы - 110 мм (при длинне трубы 2 метра, с запасом).
Диаметр используемого провода ПЭВ, для катушки настройки и фазирующей катушки - 0,85 мм
Медная фольга толщиной 0,05 мм (можно и толще).
Отношение длинны цилиндра к его диаметру - 6.

Почему мы выбрали такие исходные данные?
Диаметр трубы 110 мм.:
Можно взять трубу и больше и меньше диаметром, но при меньших диаметрах, изготавливать антенну будет трудно и полоса пропускания антенны (при неизменной длинне) будет намного меньше. Попробуйте в программе заменить диаметр трубы на 75 мм (кстати стандартный диаметр полипропиленовых труб укладывается в ряд: 32, 40, 50, 75, 110, 165, 215 мм). Что получится? Полоса пропускания уменьшится почти вдвое, количество витков в катушке настройке также возросло более чем в два раза (а значит уселичились и потери) и т.д. Хорошо, попробуем промоделировать в программе антенну с диаметром трубы 215 мм. Да, конечно параметры отличные, полоса пропускания возросла почти в два раза, количество витков катушки настройки уменьшилось тоже вдвое и т.д. Все отлично, только диаметр трубы почти в два раза больше и 215 мм уже перебор (на мой взгляд), хотя все еще приемлем.
Диаметр провода ПЭЛ 0,85 мм:
Здесь тоже компромисс. Конечно можно взять провод большего диаметра, хуже от этого не будет (при соответствующем пересчете количества витков). Но вот существенно меньшего диаметра провод брать уже не надо. Да, при больших подводимых к антенне мощностях провод необходимо брать толще, но разрешенные мощности для этого диапазона известны и ориентируясь на них (и на допустимые потери), выбираем и диаметр провода.
Медная фольга толщиной 0,05 мм:
Выбирая толщину фольги, ориентируемся на два параметра: максимальная подводимая мощность и механическая прочность. Максимальная подводимая мощность в 10-20 ватт позволяет нам взять фольгу и меньшей толщины, но механические свойства такой тонкой фольги уже оставляют желать лучшего. При неаккуратном обращении (или случайно), такую тонкую фольгу можно и повредить.
Отношение длинны цилиндра к его диаметру - 6:
Вот здесь выбор сложнее. Я до сих пор не уверен точно, как влияет это соотношение на параметры ЕН антенны. И даже не это главное. По заключениям Теда Харта (W5QJR), чем больше это соотношение, тем диаграмма направленности ЕН антенны более прижата к горизонту. Так это или не так, точно сказать не могу, хотя уже и проводил большое количество экспериментов на эту тему. Иными словами - не уверен. Но соотношение более 6-8 уже ухудшает параметры самой антенны (увеличиваются длины плеч антенны, естественно и индуктивность плеч и т.д.). Одним словом, для диапазона 1,8 МГц, я посчитал необходимым выбрать соотношение равным 6 (тем более, что при соотношении меньше чем 6 (при неизменном диаметре цилиндров), полоса пропускания антенны также уменьшается, а для этого диапазона, полоса пропускания - немаловажный фактор.

Вот коротенько о выборе исходных данных. И так, делаем антенну. Ее чертеж дан на рисунке Рис. 2

Рис. 2 Эскиз ЕН антенны на диапазон 160 метров.

Надеюсь из рисунка Рис. 2 все ясно и пояснений не требуется. Красными точками на рисунке обозначены места паек. Что надо добавить к сказанному. Уделите особое внимание катушке настройки. Сделайте несколько витков в начале катушки и в конце катушки с шагом! Это намного облегчит настройку антенны в будущем и с большой долей вероятности, удасться обойтись без входной катушки. Как это выполнено на моей антенне, видно на рисунке Рис. 3

Рис. 3 Конструктивное выполнение катушки настройки.

Сдвигая и раздвигая витки в верхней части катушки, мы меняем частоту настройки антенны. Сдвигая и раздвигая витки в нижней части катушки мы подбираем КСВ по минимуму (немного и частота будет меняться - частоту надо будет потом подстроить). Отвод от катушки настройки, при КСВ=1,02 у меня получился от 2-го витка, это видно на рисунке Рис. 3

При изготовлении антенны применяем методы, описанные в предыдущих статьях.
Отлично, будем считать, что антенну мы сделали. Теперь снимаем ее параметры (с помощью приборов или с помощью ГСС или трансивера открытого на передачу, методика настройки ЕН антенн описана в отдельной статье на этом сайте), при этом помним, что Индикатор Поля и измеритель КСВ надо иметь обязательно.

И еще одно напоминание - после подачи на антенну мощности (даже небольшой!)
прикосновение к элеменам антенны ОПАСНО для жизни!!!

Кстати, и при экспериментах с антенной - помните об этом предостережении! Кожуха у антенны пока нет!
И так, антенну мы настроили, подобрали отвод от катушки настройки по максимуму поля и минимуму КСВ (процедура не быстрая)... у нас должна получиться характеристика примерно такая, как показано на рисунке Рис. 4

Рис. 4 Характеристики ЕН антенны на диапазон 160 метров (1,8 МГц) снятые с помощью векторного анализатора антенн "miniVNA".

Что же, характеристики очень даже не плохие. При средней частоте 1,85 МГц, полоса пропускания по КСВ=2 получилась более 100 КГц! На частоте 1,85 МГц КСВ = 1,02. Здесь надо помнить, что антенна довольно большая, поэтому если вы ее настроили и переместили в другое место - окружающие предметы будут на нее влиять и параметры, без сомнения, немного уйдут. Поэтому окончательную настройку надо производиь уже на месте непосредственной установки антенны. И конечно желательно, чтобы на расстоянии в две-три длины антенны рядом с ней не было каких-либо посторонних предметов (не обязательно металлических).

Я уже настолько "обнаглел" :) что подключаю антенны к трансиверу непосредственно на работчем месте (первый этаж), кругом различные предметы не улучшающие работу антенны. Как можно услышать в различных передачах по "экстриму" - не повторяйте подобные эксперименты дома, это может быть опасным для жизни :). Рядом с антенной большая металлическая решетка на окне, приборы и т.д. - я представляю сколько энергии уходит в эту решетку, если лампа дневного света, при 10 ваттах передатчика, горит на расстоянии нескольких метров от антенны (правда заземление хорошее), и пытаюсь проводить связи именно в таком положении. Для диапазона 160 метров, подъем антенны над землей очень важен, иначе влияние земли (поглощение излучения) довольно велико и конечно эффективность антенны резко падает. Тем не менее... антенна установлена, как видно на рисунке Рис. 5 (на заднем плане справа внизу, маленькая антенна на частоту 7 МГц, длинной 25 см.)

Рис. 5 ЕН антенна на частоту 1,8 МГц на столе, на первом этаже здания.

Подсоединяю антенну к трансиверу, с помощью кабеля 1,5 метра, на который одето ферритовое кольцо с несколькими витками этого кабеля. Включаю трансивер... проверяю КСВ... пододвигаю CW ключ поближе (до настоящего времени работаю на "лягушке" - привык :) прослушиваю эфир! Время около 13 GMT... рановато, но что делать, как говорят "охота пуще неволи", в 13-30 GMT надо выключаться... и вдруг с приличным уровнем (небольшие фединги до 579) слышу "CQ DX de RK3PA CQ DX de RK3PA..."!!! Хоть я и не DX (не тактично конечно), но... вызываю коротенько (RK3PA de UA1ACO UA1ACO BK)... не надеясь, что ответит (мощность у меня 10 - 15 ватт!). ОТВЕЧАЕТ!!! Дает 559, а при окончании связи: "...new RST 599"! (да, были QSB) Я удивлен! Кручу ручку настройки... никого больше нет, слушаю еще и еще... да рано еще конечно для этого диапазона. И вдруг на частоте EY8MM Таджикистан, идет на 559-579... зову... не отвечает, зову еще... и здесь уже надо выключаться :( Такой результат конечно меня удивил и конечно впереди многие QSO на этой антенне - здесь у меня сомнений нет! Много станций работают "CQ DX" или "CQ only DX" - не решаюсь мешать, хотя так и подмывает позвать, но не этично мешать радиолюбителям.
Могу работать только раз в неделю, на следующей неделе провожу QSO с UR4LRQ (г.Харьков), потом LA6YEA, RU4SU, OZ1LXJ ...и это все на ЕН антенну менее 2-х метров длиной, с 1-го этажа. Кстати замечу для скептиков, утверждающих, что излучает кабель: используется кабель длиной 1,5 метра между антенной и трансивером, с одетым ферритовым кольцом (6 витков кабеля). Вся аппаратура также отлично заземлена.
Таким образом "освоен" еще один диапазон с ЕН антеннами.

В качестве дополнения можно сказать еще несколько слов. Конечно такое близкое расположение антенны от рабочего места оператора недопустимо. Безусловно антенну надо поднимать над землей хотя бы метров на 10-15, чтобы она работала "на уровне". При эксплуатации антенны вне помещения, необходимо принять меры защиты от непогоды (снег, дождь, роса и т.д.). Для этих целей можно предусмотреть легкий полиэтиленовый чехол с диаметром раза в два больше диаметра трубы антенны и конструктивно установленный на ней с помощью каких-то распорок. Конечно такое устройство недолговечно, так как порывы ветра неминуемо его разорвут. Самым оптимальным явилось бы использование полипропиленовой трубы диаметром до 200 мм. (кстати, на такой трубе можно установить подвижный хомутик для подстройки антенны, как это и делалось на всех ЕН антеннах), но такая конструкция становится уже довольно сложной механически и тяжелой (на мой взгляд). Здесь вся надежда на "полет фантазии" радиолюбителей.

Второе дополнение более "экзотическое", об одном из методов перестройки ЕН антенны, кстати такой метод часто использует японская фирма по производству ЕН антенн "FR Radio". Этот вариант заключается в перемещении сердечника у верхнего конца катушки настройки (аналогично хомутику), но этот сердечник перемещается с помощью червячной передачи, соединенной с шаговым двигателем или электромотором, расположенным ниже катушки настройки. Таким образом в ЕН антеннах фирмы "FR Radio" удается осуществлять перестройку ЕН антенны в намного большем диапазоне частот, с низким КСВ.

Статья эта была уже готова и ее можно было выкладывать на сайт, но я все тянул время, обкатывая антенну и поджидая хорошую погоду для установки антенны на крышу. Ждал, ждал, но снежный покров все рос, морозы крепчали... и как все "нормальные" радиолюбители, в самый мороз при -23С и влажности воздуха 100% (у нас в Питере такая влажность бывает не только летом), решил установить антенну на крышу. Пришлось взять лопату, поработать несколько часов по расчистке снега на крыше и все-таки поставить антенну!
Установленная антенна явилась живым (работающим в эфире) памятником, моим трудам по расчистке снега, что можно увидеть на рисунке Рис.6.

Рис. 6 ЕН антенна на частоту 1,8 МГц на крыше здания.

И так, антенна на крыше, но в эфире по прежнему мало станций в дневное время (а ночью я работать не могу). Решено было все таки поработать в грядущих соревнованиях "CQ WW 160m DX Contest" телеграфом (CW). А то часто можно услышать: PSK-31 каждый дурак может работать на кусок проволоки. Поработаем телеграфом, тем более, что в последний раз в CW контестах я участвовал лет 15-20 назад :).
Накануне контеста имеем: ЕН антенну на крыше (на 1,5 метра от крыши, см. фото), на высоте 7-8 метров от земли. Трансивер ICOM-7000 с установленной выходной мощностью 80 ватт (я никогда на максимум не ставлю). Заточенные карандаши, разграфленную бумагу и... большое желание проверить работу антенны в эфире, в соревнованиях. Естественно, что на какой-то результат я не претендую и даже об этом не думаю, тем более, что запланирована проверка еще двух ЕН антенн в это время (в том числе и на других диапазонах, надо пользоваться возможностью поработать ночью и на 3,5 МГц).

Перед контестом появляется большое количество станций... в течении 2-3 часов, провожу связи: OH8X, UA1ANA, RV2FZ, RU3BB, OK1AXB, SM6VJA/p, OM8LA, UA3UDE, RX3APM, OH4XX, LY3W, UT4UJ, UY2UA, OM3BH, RV9YZ, RW9TR, RN3GM/2, RV9CX, EN1IFF/p, RN3QY, RU4PU, SP2LNW, S56P, DK2OY, UP2L, OM5KM, LY1CM, HA1TJ, UW5U, OK1DSZ, UA3QDX и т.д. отвечают все сразу, с первого вызова, оценки отличные, поражает разительный контраст в количестве станций в будние дни и перед контестом, конечно понятно контест, но все же... ощущение, что попал на диапазон 14 МГц.
По идее, можно дальше и не продолжать, с антенной все ясно, и надо "перекинуться" на проверку других антенн и тестированию на других диапазонах в ночное время, но... впереди контест, конечно хочется поучаствовать, посмотреть, кто будет отвечать и как.

И вот 22-00 GMT! Станций прибавилось в несколько раз... ощущение, что точно на 20-ке. Приходится включать узкополосный CW фильтр, разнос между станциями в несколько десятков Герц. На DX... pileup. Работать еще не начал... осматриваюсь, иду по диапазону, смотрю обстановку, кто где работает. Естественно, что на CQ не работаю. И вот первые связи: UA3BS, UZ1H, UA2FL, LY6A, LY2OU, YL9T, UA1QM, LY9A, EW6GF, YR5N, RG3K и т.д.
Так как на результат не претендую, иду смотреть диапазон 3,5 МГц. Провожу несколько QSO на другую ЕН антенну. Возвращаюсь на 1,8 МГц, переключаюсь на другую антенну, провожу несколько связей. Пытаюсь сравнить уровни сигналов станций на разных антеннах. Все аккуратненько записываю. С 04-00 до 07-00 GMT периодически отдыхаю. В 08-00 GMT ложусь спать. Пропысапаюсь в 13-30 GMT, пять с лишним часов сна - нормально, завтракаю и сажусь за трансивер. Диапазон не утихает, тем более что дело к вечеру.

Рис. 6 Теперь надо отчет перенести в электронный вид.

Картина вырисовывается. Самая дальняя станция с которой я сработал "на северо-запад": OY6A (1988 км.), на "юго-запад" I4DZ (2128 км.), на "юг" UU7J (1667 км.), на "восток" UP2L (2780 км.), на "северо-восток" UA9KAA (2200 км.) и т.д. Слышал ОЧЕНЬ много японцев (до 56-56) и американцев (до 57-58 по S-метру!). Но конечно с моей "мощой" :)... время терять :)

Итог соревнований. Проведено более 200 QSO с 32 странами мира и 6 зонами WAZ. Около 27000 очков. Но самое главное, это то, что проверена работа ЕН антенны в условиях реального эфира в соревнованиях. Не сомневаюсь, если бы можно было добавить РА, результат был бы на порядок лучше.

Лог по "CQ WW 160m DX Contest" можно посмотреть ЗДЕСЬ, файл ua1aco.cbr (в формате "Cabrillo" 19 Кб.)

01.2010г.

ПРОДОЛЖЕНИЕ

"Russian PSK WW DX Contest"

Результатам работы в контесте я доволен, даже не ожидал, что будут такие результаты. Да и соскучился по телеграфному ключу :). Наступили холода, ветра и все это при 100% влажности, очень неприятно. На крышу выходить очень не охота чтобы демонтировать антенну на 160-метровый диапазон. А тут как раз прочитал, что будут соревнования, проводимые московским клубом SSTV "Russian PSK WW DX Contest". А почему бы не поработать своим любимым видом связи на 160 метрах? У меня слова не расходятся с делами. Подготовил аппаратуру (трансивер ICOM-7000), подготовил программное обеспечение, написал макросы... Конечно были сомнения, что с мощностью в 30-40 ватт меня никто вообще не услышит на антенну размером в полтора метра! Но, проверить надо.
Решено было выступить в группе "один оператор - один диапазон 160 метров", чтобы не отвлекаться от поставленной задачи по проверке антенны в работе.

И вот, наступило 19 февраля 2010 года... Перед началом контеста проверил программы, аппаратуру... на диапазоне стал появляться народ. Провел несколько связей PSK-31: UA4NM, UA6JQ, UA3GZ, UA4HBJ, UA4FCO, RZ3LA, SP3DVO, OM7OM, RV3SEU. Никак не хотел отвечать RA3QSV и DH6BH (в контесте я правда с ним связался).

Часы в компьютере показали 21-00 GMT! И началось... После телеграфного контеста "CQ WW 160m DX Contest", казалось, что сейчас будет нечто невообразимое на диапазоне, но контест начался, а особенной "толпы" на диапазоне не было. Около полусотни станций, довольно плотненько (digi диапазон-то всего 3-5 КГц!) и конечно "сплэкторы" по всему экрану - народ "подготовился" :) к соревнованиям. Все начали работать в моде PSK-31 и все было еще нормально, ну а когда стали все переходить в PSK-125 (занимаемая сигналом полоса все таки в 4 раза больше), места не стало конечно хватать...

В 21-00 GMT темп был высокий и постепенно количество станций уменьшалось (переходили на другие диапазоны), пока к 02-00 GMT не остались единицы. Все... станции пропали аж до 18-00 GMT. За эти 16 часов (с 02 до 18 GMT) на диапазоне появились только ДВЕ! станции. И только в последние три часа до окончания соревнований, народ стал подходить на 160 метров. Таким образом, в общей сложности я отработал примерно 5-6 часов из 24. В остальное время диапазон был пуст.

И что странно, к вечеру, часов с 13...14 на телеграфном участке станции работали, а в PSK не было никого. Немного подпортили "праздник" телеграфные станции с оглушительными сигналами (параллельно проходил и второй контест), которые работали вплотную с PSK станциями. Конечно по массовости этот контест не "CQ WW 160m DX Contest", это понятно. Я заранее посмотрел результаты предыдущих контестов (на QRZ.RU) за прошлые пару лет, и расчитывал сделать не более пары десятков связей (все-таки мощность всего 30-40 ватт, да и антенна на втором этаже).
Но результат меня более чем порадовал, удалось провести 62 QSO, набрать 9 стран по DXCC, 17 областей России и получить общий результат: 5720 очков! на диапазоне только 160 метров, на котором я работаю во второй раз в контесте (первый - две недели назад: "CQ WW CW 160m DX Contest").
Понятно, что ЕН антенна показала себя с лучшей стороны! Для тех кто не рискует работать на 160 метрах из-за отсутствия антенн, я думаю, что такая антенна - это альтернативный вариант.

Рис. 7 Ночь... контест.

Вот такие контесты с ЕН антеннами.

Лог по "Russian PSK WW DX Contest" можно посмотреть ЗДЕСЬ, файл ua1aco_psk_160.cbr (в формате "Cabrillo" 5,5 Кб.).

Маленький постскриптум:
Конечно надо совершенно четко представлять, что ЕН антенна высотой 1,5 метра, это не "Мамонт" финской радиостанции OH8X (на фото 8 слева) и не "Монстр" молдавских радиолюбителей доставшийся им в наследство (на фото справа). Тем не менее, при невозможности установить хоть какую-то антенну на диапазон 160 метров - это достойный выход, согласитесь! И результаты контестов это подтверждают.

Рис. 8 "Мамонт" финской радиостанции OH8X (слева). Справа - антенна молдавских радиолюбителей.

Успехов всем!

73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
02.2010г.