Сайт о ЕН-Антеннах
Сайт, посвященный ЕН-Антеннам. Статьи. Описания. Конструкции. Эксперименты. Результаты испытаний.
Эта статья родилась в канун нового 2011 года. Последней каплей для ее написания, явилось письмо одного из моих корреспондентов, попросившего обобщить ту информацию, которая была опубликована ранее, для того, чтобы человеку впервые заинтересовавшемуся ЕН антеннами и решившему их повторить было легче "освоить" тему. Эта статья собирательная, в ней почти нет ничего нового, все материалы, вошедшие в статью, были опубликованы в предыдущих статьях.
Что такое ЕН антенна и с чем ее "едят"
или
"Как сделать самому ЕН антенну и что для этого нужно?"
Кононов Владимир ( UA1ACO )
С-Петербург

С подобным вопросом я впервые столкнулся в теме PSK-31. Когда в 1997-1998 годах, заинтересовавшись новым видом связи PSK-31 и поняв всю перспективность развития этого вида связи, создал сайт по PSK-31 (http://psk31.newmail.ru) на русском языке, тогда на диапазонах можно было услышать лишь единичные станции PSK-31. Через какое-то время, получив огромное количество писем, понял, что необходимо сделать обобщающую статью: "Как быстро освоить PSK-31 и что для этого необходимо?" Я рад, что PSK-31 сейчас освоило такое большое количество радиолюбителей.
Аналогичная ситуация повторяется и с ЕН антеннами. Сайт по ЕН антеннам существует уже не один год и приходит большое количество писем с разнообразными вопросами по ЕН антеннам. Написано несколько десятков статей по ЕН антеннам, казалось бы охватывающими все "непонятности" в области ЕН антенн, но все равно приходят письма с вопросами, и причем очень часто повторяющимися. Я отвечаю 100% на все письма, так как понимаю, что за каждым письмом стоит реальный человек и он написал не просто так. За эти годы получено около 5000 писем и столько же отправлено, и это не смотря на "узость" данного вопроса. А теперь по порядку, постараюсь подробно.

Немного истории:

Не углубляясь в предисторию, можно сказать, что в 2002 году, американский инжненер и радиолюбитель Тед Харт (Ted Hart, W5QJR), запатентовал, так называемую, ЕН антенну (United States Patent # 6,486,846 - EH antenna), размером в 20-30 раз меньше длины волны, но по эффективности сравнимую с Диполем. В последующие годы Тед Харт опубликовал книгу по ЕН антеннам http://ehant.qrz.ru/book.htm. В книге изложены принципы работы ЕН антенны (с точки зрения Теда Харта и полученного патента).
В двух словах объяснить можно все просто. Есть Дипольные антенны (существуют уже более 120 лет) с распределенными по длине диполя L и C и длиной в половину длины волны, есть маленькие "магнитные рамки" (Magnetic Loop) с дискретной, сосредоточенной емкостью и "пространственной" индуктивностью в виде кольца или прямоугольника, и вот появилась емкостная ЕН антенна, у которой, в отличие от Magnetic loop, есть соредоточенная, дискретная индуктивность и связанная с пространством "раскрытая" емкость в виде двух цилиндров или просто пластин. По сути, ЕН - емкостная антенна.



Рис. 1 схематическое изображение антенн Magnetic Loop и ЕН.

Прошло несколько лет..., появилось большое количество публикаций по ЕН антеннам в интернете и технических журналах. Подобные антенны выпускают фирмы Италии и Японии (наиболее качественные). Тед Харт построил такие антенны для вещательных АМ станций (и получил положительные акты от федеральной комиссии FCC). Появилась информация о применении таких антенн в некоторых службах США (новое название ЕН антенн - антенны SFRT). И вот что интересно, диапазон оценок работы таких антенн настолько широк, что разнится от оценки "прекрасно", до оценки "НЕ-антенна" (данной DL2KQ). С чем же это связано?
Что касается ЕН антенн, то они никогда не позиционировались как антенны, работающие лучше диполя, по эффективности, в лучшем случае сравнимые с диполем, хотя имели размеры в 20-40 раз меньше длины волны. И это важное замечание. Вернемся на несколько десятков лет назад в то время когда появились антенны Magnetic Loop (кстати, тот же Тед Харт внес большой вклад в продвижение таких антенн. см. например: T.Hart, "Small High-Efficiency Loop Antenna" QST, Jun 1986, pp 33-36). В книге "ARRL Antenna Book 19th Editions", pp 5-1/5-18, подробно описаны принципы работы и конструкции таких антенн.
Посмотрим что сказано об антеннах Magnetic Loop в более доступной литературе. Это интересно потому, что ЕН антенны, по сути, являются антиподами антенн Magnetic loop.Например, во всеми нами любимом Ротхаммеле (К.Ротхаммель "Антенны" издание 11-е, Том 2, стр. 11-13) написано следующее:
"Коэффициент направленности (теоретическое усиление) небольшой рамочной антенны не зависит от частоты и достигает 1,76 dBi. Он совпадает по величине с коэффициентом направленности короткого вибратора без потерь, так что обе антенны лишь на 0,39 dB хуже полуволнового вибратора без потерь, с его усилением 2,15 dBi.". О чем это говорит? О хорошей эффективности маленькой антенны Magnetic Loop. Но можно ли практически добиться таких хороших параметров? Думаю, что это сделать очень не просто. И те кто пробовал делать и настраивать антенны Magnetic Loop это подтвердят. А почему же добиться хороших результатов так трудно? В силу особенностей антенны Magnetic Loop. Опять обратимся к Ротхаммелю:
"...Повышение сопротивления R1 (сопротивления потерь), например из-за снижения проводимости, всего на 0,1 Ом, приведет к падению КПД до 17% (вместо 50%)", т.е. в ТРИ раза! Таковы особенности проектирования, изготовления и эксплуатации антенн Magnetic Loop. И не смотря на такие сложности (и не только эти), антенны Magnetic Loop находят широкое применение. Кстати, сравнение ЕН антенны и Magnetic Loop проводилось и ранее, см. например ЗДЕСЬ

Все вышесказанное можно отнести и к ЕН антеннам. Почему так разнятся оценки работы ЕН антенн? В силу особенностей изготовления и особенно настройки подобных антенн. С антеннами Magnetic Loop очень просто получить плохой результат, не зная вышеприведенных особенностей. Аналогичная картина и с ЕН антеннами. И если антенны Magnetic loop существуют и эксплуатируются уже долгое время, то ЕН антенны появились совсем недавно и еще не наработан практический опыт их использования и изготовления. Здесь также необходим свой подход и знания особенностей настройки и эксплуатации, о чем и пойдет речь далее.

Устройство ЕН антенны и принцип работы.

Рассмотрим кратко, как устроена ЕН антенна, обратимся к статье http://ehant.qrz.ru/theory4.htm. На рисунке Рис. 2 показано устройство ЕН антенны, которая, по сути представляет собой последовательный колебательный контур (как и Magnetic Loop) с соcредоточенной индуктивностью и "развернутой" в пространстве емкостью (между двумя цилиндрами). Эта емкость действительно должна быть "развернута" (здесь можно подумать и о замене цилиндров на шары) для большего "сцепления" или "охвата" (если применить не научный термин) с пространством. Но увлекаться здесь не стоит. Цилиндры короткие и поэтому не обладают заметной индуктивностью. Если мы будем увеличивать длину цилиндров, у них появится индуктивность, что сдвинет фазы (за счет появившейся индуктивности цилиндров) между Е полем и Н полем и эффективность антенны упадет, как и у обычного укороченного диполя.



Рис. 2 Конструкция ЕН антенны.

Изначально надо сказать, что принцип работы ЕН антенны - это только гипотеза, но она, в экспериментах, подтверждается практикой...
При настройке ЕН антенны в резонанс (на рабочей частоте), на элементах антенны (индуктивности настройки) и емкости (между цилиндрами) возникают напряжения в Q раз более подводимого напряжения. Помните, возникающие напряжения ОПАСНЫ для жизни даже при малых мощностях! Высокое ВЧ напряжение между цилиндрами (Е-поле), вызывает ток смещения между цилиндрами, создающий Н-поле. Ток смещения (равный току проводимости) течет в диэлектрике между цилиндрами (по сути это поле). Сразу становится понятным, что тангенс угла потерь в этом диэлектрике вызывает потери мощности, уходящие в тепло, а не на излучение. Чем лучше диэлектрик (основа ЕН антенны) - тем меньше потери. Кроме того, диэлектрик должен обладать хорошим пробивным напряжением (вспомните о величине напряжения между цилиндрами).



Рис. 3 Поля ЕН антенны.

Применение плохого по качеству диэлектрика (иногда даже применение изоленты, скотча и т.д.) или повышенная влажность (если ЕН антенна не защищена кожухом от внешних неблагоприятных погодных условий), может привести к пробою диэлектрика, даже при совсем небольших мощностях, как видно на рисунке Рис. 4



Рис. 4 Пробой диэлектрика (на длине 10 см. при мощности всего в 40 ватт и повышенной влажности).

Теперь, наверное, становится понятно, какой силы поля создаются в ЕН антенне, если возникают такие ВЧ напряжения. Кстати, неплохо бы вспомнить и о том, что в Magnetic Loop излучающей частью является виток (индуктивность), а в ЕН антенне - цилиндры (емкость), т.е. изначально формируются разные Н или Е поля. А соотношение Е/Н равно 377 или 2*пи (это так, информация к размышлению).

Немного о конструкции

Раз уж разговор зашел о конструктивных особенностях ЕН антенны, коснемся их более предметно. Обычно для изготовления ЕН антенны выбирают полипропиленовую трубу (маркируется как РР), применяемую в сантехнике. Трубы бывают нескольких типоразмеров и цветов. Типоразмеры следующие: 32мм; 50мм; 75мм (часто бывает в дефиците); 110мм; 160мм: 215мм и т.д. По цвету трубы бывают серые (для внутренней разводки) и кирпичного цвета (для наружного использования). Есть еще трубы для водоснабжения (белого цвета), но они довольно толстостенные, хотя для ВЧ диапазонов (у них меньший диаметр) их тоже можно использовать. Также есть трубы для водостоков диаметрами 70, 80, 90 мм. разных цветов, служащие для канализации воды с крыш садовых и иных домиков. У них толщина стенок меньше.
Можно трубу самому склеить из картона (лучше - электрокартона), но предварительно надо быть уверенным, что клей не содержит токопровоящих элементов и в таком случае, трубу надо пропитать каким-то влагозащитным лаком (также не содержащим токопроводящих элементов).
Далее поговорим о цилиндрах. Лучший материал для них - медная фольга, толщиной от 0,05мм до 0,5мм (все зависит от подводимой мощности). Медь хороший проводник, хорошо паяется. При отсутствии меди, ее можно заменить на латунь, бронзу. Можно использовать и алюминий (эксперименты показали, что значительного ухудшения параметров антенны в этом случае не происходит), но сразу возникают проблемы с подсоединением к алюминиевым цилиндрам медных проводов (вспомните о переходных сопротивлениях упомянутых выше в статье). К тому же окисление алюминия на воздухе происходит быстро и интенсивно.
Где взять медь? Этот вопрос от моих корреспондентов меня немного "достал". Я прекрасно понимаю, что всю медь (в том числе и фольгу) давно сдали на цветной металлолом (мой последний кабель от антенны, какой-то бомж скрутил на руку так быстро, что я не успел опомниться, как он скрылся :(. Но выход есть, конечно он стоит денег (про сыр в мышеловке все знают).
Есть два пути:
Первый путь металлобазы, где продаются листы меди размером не менее 1100х600 мм и толщиной не менее 0,5 мм. стоят такие листы, на сегодняшний день, около 2500 руб. Есть и интернет адреса, в том числе (но ими пока не пользовался).
Второй путь - приобретение медной фольги в интернет (или очно) магазинах для моделистов конструкторов, например: http://www.modelsworld.ru/shop/category329.php. Там бывает медная фольга начиная от толщины 0,05 или 0,1 мм. Можно заказывать с пересылкой. Если имеющийся размер листов медной фольги небольшой и его не хватает для изготовления цилиндров, листы можно спаять между собой, для увеличения общего размера.
Для не больших ЕН антенн (например УКВ диапазона), можно снять медную фольгу с фольгированного стеклотекстолита.
использовать старые чеканки или заготовки для них... дело фантазии.
Для плоских ЕН антенн можно использовать фольгированный стеклотекстолит.

Слава Богу, что для намотки катушки настройки и фазирующей катушки используется обмоточный провод ПЭЛ или ПЭВ, который еще не весь сдали на металлолом или он остался на каких-то трансформаторах.
Какой диаметр провода выбрать? Прежде всего необходимо руководствоваться активными (омическими) потерями в проводе катушки настройки. Если мы используем антенну с небольшими подводимыми мощностями (не более 5-10 ватт) диаметр провода можно выбрать в диапазоне не менее 0.1-0.3мм. Если же подводимая мощность 100 ватт и более, соответственно провод надо выбирать около 1,0мм и более.
Необходимо помнить, что ЕН антенна - емкостная антенна и существуют паразитные емкости с цилиндров на катушку настройки и собственная емкость катушки настройки (ухудшающие работу ЕН антенны). Нам необходимо уменьшить паразитные емкости. Хороший выход из создавшегося положения - намотать катушку настройки, скрученной в два и три провода, как например в изготовленной и показавшей хорошие результаты, антенне на 10 МГЦ:



Рис. 5 Катушка настройки из двух скрученных параллельно проводов.

В любом случае надо всегда помнить, что паразитные емкости - беда ЕН антенны. А это значит, что все что окружает ЕН антенну (по крайней мере на расстоянии 2-3 длин самой антенны), влияет на ее настройку (соседние предметы, в том числе и диэлектрические, а не обязательно металличестке, питающий кабель и т.д.). Это все говорит о том, что при установке и эксплуатации ЕН антенны, все эти нюансы, необходимо помнить и их учитывать. Плохо это все или хорошо? Конечно плохо. Но видимо на свете нет ничего идеального. В чем-то хороши обычные длинные антенны, в чем-то и короткие ЕН.

Практическая конструкция

С теорией и особенностями конструкции мы вроде бы разобрались.
А теперь попробуем очень подробно рассмотреть практическую конструкцию на примере изготовления ЕН антенны на диапазон 14 МГц. Почему на 14 МГц, а не 3,5 или например, 145 МГц? Этот диапазон является как бы компромиссным по частоте, по размерам ЕН антенны, по простоте настройки и зависимостям от размеров и посторонних предметов, по количеству станций на диапазоне и подводимой мощности, наконец по количеству повторивших такую антенну с положительными результатами, радиолюбителей и т.д.
И так, классическая ЕН антенна с цилиндрами на диапазон 14 МГц по схеме "Star".
Что нам будет необходимо? Конструкция антенны показана на рисунке Рис.6
Перед началом изготовления, желательно прочитать всю статью.



Рис. 6 Конструкция ЕН антенны на частоту 14 МГц.




Рис. 7 Конструкция ЕН антенны (сечение вдоль) на частоту 14 МГц (рисунок 2).

И так, трубы у нас есть, медная фольга тоже, провод приготовили... за работу.
Устанавливаем цилиндры на трубе и пропаиваем швы, согласно размеров на рисунке Рис.6. Наматываем фазирующую катушку (2-4 витка) под верхним цилиндром. Один конец катушки припаиваем к верхнему цилиндру, другой конец, предварительно загнув кончик провода на 4-5 мм., облуженный на длину 10-15 мм., вплавляем разогретым паяльником в полипропиленовую трубу (потом к нему припаяем перемычку).
Затем таким же образом наматываем катушку настройки, располагающуюся на расстоянии 50 мм. ниже нижнего цилиндра. Катушка настройки имеет (как покзано на рисунке Рис. 6) около 26 витков. Желательно намотать, например 28 витков (отмотать потом всегда легче) и первые 2-3 витка и последние 2-3 витка, намотать с шагом в 2-4 миллиметра.
Устанавливать ВХОДНУЮ катушку, нарисованную в нижней части рисунка Рис.6, и изображенную синим цветом в 5 витков - пока не будем, установив вместо нее перемычку.
Полностью собираем антенну, руководствуясь рисунком Рис.7 выполняя внутренние (внутри трубы) перемычки из медного или биметаллического провода диаметром 2-3 мм. Для установки внутренних перемычек можно пользоваться кондуктором или специально изготовленной оснасткой.
Если будет желание, при дальнейших экспериментах, катушку настройки можно попытаться выполнить из скрученных двух-трех проводов диаметром 0.5-0.7 мм каждый (как показано на рисунке Рис.5).

Более подробно можно прочитать об изготовлении антенны в статьях: http://ehant.qrz.ru/exp_eh1.htm и http://ehant.qrz.ru/exp_eh2.htm.

Настройка

Хорошо... все припаяли, собрали. Теперь за настройку. Пожалуй это самый не простой этап. Что касается настройки, она подробно была описана в статье http://ehant.qrz.ru/exp_eh0.htm.
Опишем этот процесс подробно:
1. Подвешиваем антенну на диэлектрическом шнуре, веревке (ну хотя бы на метр ничего рядом не должно быть... это уж минимум). Когда вы все настроите, вы сами сможете посмотреть как влияют окружающие предметы на антенну... но это потом.
2. Подсоединяем к антенне ваш MFJ-259 (или иной анализатор антенн) через короткий кабель не более метра длиной. Где-то в середине кабеля поставьте ферритовое кольцо, сделав несколько (3-5) витков этого же кабеля. Пусть MFJ или висит в воздухе или под него можно что-то подставить из диэлектрика.
3. MFJ заземляем, при этом провод заземления должен быть продолжением вертикали с антенной мозможно на большем расстоянии (для исключения емкости с антенны).
4. Рядом (в метре от антенны) ставим Индикатор Поля (ИП). Просто стоит не заземленный (он у вас по размерам ведь маленький). Антенна ИП длиной не менее 50 см.
ПОМНИТЕ - ПРИКАСАТЬСЯ К АНТЕННЕ МОЖНО ТОЛЬКО ПРИ ОТКЛЮЧЕННОМ ПЕРЕДАТЧИКЕ!!!
5. Все. пробуем настраивать добиваясь максимума поля меняя (раздвигая) витки в верхней части катушки. Если раздвигаем и поле на заданной частоте падает, тогда сдвигаем витки, если растет сдвигаем и т.д. Вполне мозможно, что придется добавить или убавить количество витков.
6. Добившись максимума поля смотрим на КСВ.
7. Если КСВ больше 3 подбираем отвод (или сдвигаем-раздвигаем витки в нижней части катушки) и далее опять добиваемся максимума поля. см. пункт 5.
8. Повторям пункты 5-7 пока не будет КСВ близок к 1 и ПРИМЕРНО максимум поля, при этом. Кстати максимум поля очень "размазан".
9. И вот теперь, Настраиваем на МАКСИМУМ поля!, и если КСВ чуть больше 1 (примерно 1,3- 1,8) включаем ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО между отводом от катушки настройки и центральной жилой кабеля небольшую катушку (сначала 1-2 витка диаметром 8-15 мм. можно пока без каркаса). Сдвигая - раздвигая витки этой катушки добиваемся уменьшения КСВ, при этом все время контролируя максимум поля. Если катушка мала (плотно витки сдвинуты и при ее включении КСВ уменьшается) - увеличиваем количество витков этой катушки.

Теперь все то же самое, но другими словами.

1. Сначала, как я и говорил, сделайте начало и конец катушки настройки с шагом (я думаю это не проблема, но потом будет легче).
2. Для примера можно ориентироваться на статью http://ehant.qrz.ru/exp_eh4.htm (но там еще про намотку с шагом info нет).
3. Сделайте отвод от катушки настройки, например от 2-го витка (не надо сразу от больших витков).
4. Подвесьте антенну, чтобы рядом с ней ничего не было (по крайней мере в 2-х размерах антенны).
5. Подключите MFJ-269.
6. Найдите частоту с минимальным КСВ.
7. Если КСВ больше 2-3, то перепаяйте отвод на 3-й виток (не сдвигая и не раздвигая пока витки).
8. Повторите пункт 6.
9. Если КСВ уменьшился, но все равно больше 2-3 перепаяйте отвод на 4-й виток и так до тех пор мока КСВ не начнет расти.
10. Если КСВ начал расти более 2-3 перепаяйте на виток назад.
11. Посмотрите какая у вас частота с минимальным КСВ.
12. Если она меньше необходимой более чем на 400-500 кГц - уберите один виток с верхней части катушки настройки (с той стороны, где она ближе к цилиндру) и замерьте опять частоту с минимальным КСВ.
13. Если частота все равно меньше 400-500 кГц, повторите пункт 12.
14. Все это проделывайте несколько раз чтобы частота настройки была около 14,000 МГц +/- (200-300 КГц).
15. Далее опять можно возвратиться к пункту 6 и далее.
16. Все это не быстро, потому что на MFJ-269 вам не видна "панорама" всей картины настройки антенны, что куда сдвигается при ваших манипуляциях. Имея панорамный индикатор, вся эта процедура намнОго упрощается.
17. Итак вы добились КСВ меньше 2-3 на частоте около 14,0 МГц.
18. Теперь можно более точно подстроить КСВ путем сдвигания-раздвигания витков катушки настройки с НИЖНЕГО ее края (помните, что и частота настройки при этом немного уходит).
19 Далее подгоняем частоту антенны на 14,1 (например), путем раздвигания витков у ВЕРХНЕГО края катушки настройки.
20. Проверяем КСВ и подстраиваем катушку у нижнего края, потом опять у верхнего и т.д. пока не добиваемся КСВ=1.
21. При таком методе настройки, КСВ равный 1 вполне достижим без применения входной катушки.
22. Если вдруг (что не должно случиться при этом методе) не удается достичь КСВ=1 (не удалось скомпенсировать реактивность на входе антенны и она остается немного емкостной), можно применить входную катушку, включив ее между отводом и центральной жилой кабеля. Величина этой катушки подбирается экспериментально. Но скажу так, уже наверное в последних 30-50 ЕН антеннах я входные катушки не применяю.
23. И вот теперь, когда мы предварительно антенну настроили и имеем приемлемый КСВ, перейдем к работе с Индикатором Поля. Я применяю индикатор поля конструкции Игоря Нечаева (UA3WIA), можно посмотреть например здесь: http://cxem.net/indicator/indicator12.php , если чувствительности не хватает, можно применить предварительный усилитель на одном транзисторе. Этот индикатор хорош тем, что у него квадратичные показатели поля (т.е. по сути он показывает изменение мощности). У меня такой Индикатор Поля вполне нормально работает и от моего "miniVNA" (выходная мощность 20 милливат).
24. Отключаем MFJ и подключаем трансивер, в режиме средней мощности (не более 10 ватт), без согласующего устройства (я тоже иногда пользуюсь FT-817, особенно в поле), кажется в этом трансивере нет автоматической регулировки уровня мощности от КСВ? Индикатор Поля устанавливаем недалеко от антенны (чтобы были хоть какие-то показания). В начале долго на передачу держать трансивер не надо (можно контролировать КСВ в этот момент - очень полезно).
!!! Внимание, при настройке, с включенным трансивером, даже при такой мощности, не дотрагивайтесь до элементов антенны, это может быть опасно!
25. А вот теперь повторяем все с пункта 17, но ориентируясь не на КСВ, а на показания индикатора поля.
26. Если все действия совершены по предлагаемой методике, то, как правило дальнейшая подстройка антенны по максимуму показаний Индикатора Поля не составляет трудностей.

Есть и еще один вариант настройки ЕН антенны по изменению фазы, но для этого необходимо иметь высокочастотный двухлучевой осциллограф и датчики Е и Н поля, что не у всех радиолюбителей есть в наличии, поэтому этот способ пока рассматривать не будем.

Говорят, что повторение - мать учения. Поэтому приведу здесь еще ссылку на статью с методикой настройки ЕН антенны от радиолюбителя из Крыма UU4JGI (Юрий), изготовившего и настроившего несколько ЕН антенн на разные диапазоны. Статья в оригинале (1,5 Мб в формате .DOC).

Применение кожуха

Классическая ЕН антенна выполнена как правило на полипропиленовой трубе. На этой трубе монтируются медные цилиндры и катушка настройки. Для защиты от неблагоприятных погодных условий, на саму ЕН антенну одевают кожух также из полипропиленовой трубы большего диаметра. Закрепить этот кожух (труба большего диаметра ) на корпусе антенны можно различными способами, зависящими от фантазии радиолюбителя. Если для самой антенны используется полипропиленовая труба диаметром 32 мм., то в качестве куожуха используют трубу 50 мм. Если для самой антенны используется труба диаметром 50 мм., то для кожуха можно применить трубу диаметром 75 мм. и т.д.
С верхнего торца трубы отверстие закрывают крышкой подходящего диаметра (пластмассовые крышки из под кофе или из под косметических изделий и т.д.).
Кроме того кожух еще несет на себе элементы подстройки антенны. На кожухе, в области верхнего конца катушки настройки, располагается подвижное короткозамкнутое кольцо (шириной 10-20мм. и выполненное из того же материала, что и цилиндры) охватывающее кожух по периметру. Кольцо это - по сути короткозамкнутый виток, который изменяет индуктивность катушки настройки, и тем самым меняет частоту настройки антенны. Диапазон перестройки не велик и, например, для частоты 14 МГц составляет около 300-500 кГц.
Если уж разговор зашел о престройке ЕН антенны по частоте, то следует упомянуть, что, например, японская фирма "FR" часто используют для перестройки антенны по частоте, цилиндр из цветного металла, который с помощью шагового двигателя и червячной передачи, может передвигаться внутри катушки настройки, у верхнего ее края.

Особенности эксплуатации

ЕН антенна - это емкостная антенна и все близлежащие предметы влияют на ее настройку, это надо помнить всегда!!! Если вы настроили ЕН антенну в одном месте и перенесли ее в другое место, то будет необходима подстройка антенны по месту, так как емкость антенны на окружающие предметы изменится. Поставили антенну на крышу - потребуется подстройка антнны по месту на крыше. Расположили антенну рядом с поглощающими предметами (стена с железобетонной арматурой, стенка балкона и т.д.) - эффективность антенны ухудшится вследствие наводки и поглощения довольно большого поля от ЕН антенны близлежащими предметами.

Очень часто можно слышать, что излучает не сама ЕН антенна, а соединительный кабель (фидер). Правда большое количество экспериментов, в разных странах, по измерению параметров ЕН антенны без использования фидера, показало, что фидер не излучает, но в умах некоторых радиолюбителей этот вымышленный "факт" прочно засел, а проверкой они себя обычно не утруждают. Фидер всегда излучает с любой антенной в большей или меньшей степени, это зависит от многих причин: степени согласования, симметрирования, качества кабеля и т.д. Есть давно опробованный прием, который значительно уменьшает это излучение (если оно есть и необходимо от него избавиться). Во первых надо всегда стремиться как можно к лучшему согласованию фидерной линии с антенной (с любой, а не только с ЕН). Один из способов - это включение запорного дросселя-пробки в разрыв кабеля (фидерной линии) перед антенной. Но здесь есть один небольшой нюанс. Так как обычные антенны имеют, как правило большие геометрические размеры и поле от этих антенн распределено по всей длине самой антенны, то в точке питания антенны поле не большое и вполене можно включить фильтр-пробку (или на ферритовом кольце или несколько витков этого же кабеля), непосредственно перед антенной.
В ЕН антенны дело обстоит иначе. Поле от ЕН антенны, вблизи антенны, Очень большое (вы сами можете его сравнить с полем от диполя по Индикатору Поля и увидеть во сколько РАЗ оно больше). Поэтому располагать такой фильтр-пробку необходимо в 2-3 длинах самой антенны (не путать с длиной волны), от точки подключения кабеля к ЕН антенне, иначе от ЕН антенны будут большие наводки на этот фильтр-пробку и будет чувствоваться зависимость расположения этого фильтра от самой антенны (помните, ЕН - емкостная антенна).
Если вдруг есть небольшое рассогласование (после того как вы настроили ЕН антенну по месту, например на крыше), можно пойти двумя путями: использовать входную катушку (индуктивность подобрать - но этот процесс кропотливый) для компенсации паразинтной реактивности входа антенны или использовать в качестве фидерной линии полуволновый повторитель (кабель имеющий длину (электрическую), равную половине длины волны или кратную ей), тогда этот повторитель без искажений, на рабочей частоте, передаст входное сопротивление антенны к передатчику (и становится возможным использовать согласующее устройство включенное между питающей линией и выходом передатчика).

О кабеле (фидере). Здесь очень важно, чтобы кабель шел вертикально вниз от антенны на как можно большую длину, не изгибаясь (при изгибании кабеля, увеличивается паразитная емкость на кабель с антенны и будет чувствоваться зависимость настройки антенны от положения кабеля).

О заземлении. Заземление для ЕН антенны Очень важно. Я прекрасно понимаю, что располагая ЕН антенну в многоэтажном доме, подчас, очень трудно обеспечить хорошее заземление. Говоря о заземлении, мы имеем ввиду заземление аппаратуры.
Наводки и уровень шумов. Используя обычные полноразмерные антенны, мы их располагаем за пределами жилого помещения, так как антенны имеют большие геометрические размеры. Изготовив ЕН антенну, появляется большой соблазн расположить такую маленькую антенну внутри помещения. Делать этого не следует (если речь не идет о переносных радиостанциях). Почему? тому есть несколько причин.

Первая причина - большое поле от ЕН антенны, которое может (при большой подводимой мощности), неблагоприятно сказываться на здоровье человека (есть нормы СЭС и их надо соблюдать).
Вторая пнричина - большой уровень различных помех, источники которых расположены близко к антенне (телевизоры, компьютеры, радиотелефоны, импульсные источники питания для различных устройств, импульсные регуляторы освещения и т.д.). В этом случае, уровень побочных шумов будет очень высоким. Если вдруг каким-то образом, мы расположим полноразмерную антенну внутри помещения (были проведены такие сравнительные измерения), то и на обычную антенну уровень шумов внутри помещения будет очень высок. Повышенный уровень шума может наблюдаться и от старой, неисправной электропроводки. Обычно мы мало обращаем на это внимание - свет есть, телевизор работает и слава Богу. Для выяснения этого обстоятельства был проведен эксперимент. Аппаратура с ЕН антенной располагалась в помещении и питалась от сети ~220 вольт, и был замерен уровень шума на выходе НЧ трансивера. Потом питание аппратуры было переведено на питание от аккумулятора, а электроосвещение во всем доме (не в квартире, а во всем доме) было отключено. Уровень шумов упал более чем на 20 dB! Аналогичный результат был получен и при выносе ЕН антенны на крышу: при сравнении уровня шумов в квартире (ЕН на 1-м этаже) и на крыше (5-и этажный дом) уровень шумов также упал на 18-20 dB! Такие же результаты были получены и в сравнении с дипольной антенной.

Разное

Кажется уже обо всем сказано. Что еще можно добавить? Все что сказано выше для антенны на диапазон 14 МГц, можно отнести и к другим диапазонам. Довольно перспективным является направление по использованию ЕН антенн для переносных станций. Например для диапазона PMR 446 МГц или LPD. Применение ЕН антенн в два раза меньших по длине, чем штатные "резиновые" антенны, увеличивает дальность связи в два раза, что кстати, подтверждается и зарубежными измерениями, см. Рис.8



Рис. 8 Применение ЕН антенн для переносных УКВ р/станций.


Практика применения ЕН антенн

Для того чтобы проиллюстрировать практическое применение ЕН антенн, исключить влияние посторонних предметов, могущих переизлучать энергию (т.е. не от самой ЕН антенны, а от соседних антенн, предметов и т.д.), решено было провести тестирование ЕН антенн на диапазоны 7, 10 и 14 МГц в полевых условиях, где рядом нет ничего постороннего!



Рис. 9 ЕН антенна и QRPP 1 ватт в поле! Результаты работы по ссылке выше.

Но и это не все. Чтобы объективно получать информацию о силе сигнала от ЕН антенны, в реальном эфире в разных странах, использовался сайт "скиммеров" с объективной оценкой соотношения сигна/шум в точке приема.
Но и это не все! Для нагляднности и ужесточения условий работы в эфире, использовалась мощность QRPP в 1 ватт!
Но и это не все! Чтобы показать регулярность и устойчивость (воспроизводимость) результатов работы, работа в поле проходила в течении двух месяцев, в различных погодных условиях и условиях состояния ионосферы.
Эти результаты можно посмотреть на странице этого сайта http://ehant.qrz.ru/exp_eh41.htm
Именно поэтому и приходят письма от радиолюбителей из России, ближнего зарубежья и от иностранных радиолюбителей, сделавших ЕН антенну, как например, одно из последних из-за рубежа (цитирую частично без указания адресата по соображениям конфиденциальности, синтаксис и орфография оригинальные):
"...Некоторое время назад, мне нравятся ваши рекомендации по EH антенна для диапазона 20 метров. Первое QSO сделаны с EY7AD Абдурахим северного Таджикистана. Оценка моего сигнала составляла 59 +5 дБ и с диполь 56. Пока все хорошо, но на следующий QSO было сделано YB0DJ Джакарте, Индонезия и оценку я получил, было 58, и я услышал корреспондент 55. Я был в шоке!...Я не слышал корреспондент с диполь. Прежде чем сделать EH антенны думая, что мое радио не работает и имеет плохую чувствительность приемника."

Желаю всем радиолюбителям, интересующимся маленькими ЕН антеннами, получить подобные результаты и пополнить свой "багаж" изготовления различных антенн и познания нового.

73! Желаю всем удачи и успехов!

UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
09.2012г.
Рейтинг@Mail.ru
| ЕН в мире | | W5QJR | | UA1ACO | | Теория | | Практика | | Серийные | | Ссылки | | Статьи | | Разное |