Владимир уехал, а я остался озадаченный новыми планами и проектами. Мы долго обсуждали вопрос о зависимости размеров емкостных антенн от частоты, но из-за
недостатка времени провести необходимые эксперименты не успели, хотя наработки по этому вопросу у меня уже были и кое-какая статистика была собрана. Вот я за это и взялся.
Сразу скажу, что эта работа - не основная тема этой статьи. Главное будет дальше.
Итак о размерах... Были изготовлены три макета емкостных антенн с разной геометрией цилиндров (длинная, короткая, толстая) Рис.1.
Рис.1 Макеты антенн с разной геометрией.
Естественно, все антенны были настроены на одну частоту 24 МГц, но имели различные полосы пропускания. Часто в письмах спрашивают - как изменить полосу пропускания антенны? Ответ в этих макетах антенн.
Полоса пропускания зависит от добротности контура, а добротность контура от соотношения L/C, где С - емкость между цилиндрами. Не буду больше разжевывать этот вопрос,
ясно, что чем больше емкость и меньше индуктивность - тем шире полоса и наоборот.
И так, макеты антенн были сделаны, их характеристики измерены (не буду приводить здесь скриншоты этих характеристик, чтобы не перегружать статью). Полосы пропускания
для макетов антенн: "№1 Диаметр 85мм" - 780 кГц; "№2 Длинная" - 2540 кГЦ; "№3 Маленькая" - 1190 кГц. Проанализируйте сами, где емкость больше, а где больше индуктивность. При измерении уровней на удаленных SDR приемниках, с отражением от ионосферы - уровни от всех трех антенн примерно одинаковые +/- 2-5 dB (размеры антенн не слишком отличаются друг от друга, по сравнению с длиной волны).
Всё это я пишу как преамбулу к дальнейшей статье.
ТРЕХДИАПАЗОННАЯ емкостная антенна на частоты: 10 МГц, 14 МГц и 21 МГц.
А теперь ТРЕХДИАПАЗОННАЯ емкостная антенна на частоты: 10 МГц, 14 МГц и 21 МГц. Почему выбраны эти диапазоны? Изначально планировалось сделать первый диапазон 7 МГц, кстати, и он таки был сделан и всё настроено, но потом заменен на 10 МГц (отмотано нескольо витков). Почему 10 МГц? После настройки антенны на 7 МГц, оказалось что собственный резонанс самой катушки настройки довольно близко к резонансной частоте антенны диапазона 7 МГц. Второе - это то, что нормально измерять какие-то параметры антенны на 7 МГц во время проведения соревнований очень проблематично, а эти test`ы проходят довольно часто. 10 МГц - это диапазон WARC и там нет никаких test`ов,
спокойно можно проводить измерения как с SDR приемниками, так и WSPR. Таким образом, катушки были перемотаны и диапазоны определились.....: 10,14,21 МГц.
Теперь о самой трехдиапазонной антенне. Трехдиапазонная, в данном случае, не означает, что она перекрывает диапазон от 10 МГц до 21 МГц. Просто есть переключатель
для перехода с диапазона на диапазон. Примерно такая же антенна на три диапазона 1,8; 3,5; 7 МГц, размером 1х1 метр, была описана в одной из статей на этом сайте
ЗДЕСЬ . Антенна успешно эксплуатаровалась в течении нескольких лет и была перевезена с
аэродрома, где я жил, в деревню, где я и живу в настоящее время. Но, после переезда и всех погрузок, этот макет антенны несколько расстроился и вечерком я его решил подстроить: открыл кожух антенны, посветил фонариком... и случайно, оборвал несколько проводников... теперь надо восстанавливать.
Но вернмся назад. Описываемая антенна показана на рисунках Рис.2 и Рис.3.
Рис.2 ТРЕХДИАПАЗОННАЯ емкостная антенна на частоты: 10 МГц, 14 МГц и 21 МГц..
Рис.3 Переключатель диапазонов (в положении 21 МГц).
Антенна имеет точно такие же размеры, как и ранее описанная на 14 МГц, Рис.4, только катушка имеет другие параметры и добавлен переключатель диапазонов, Рис.3.
Рис.4 Размеры трехдиапазонной антенны и схема (переключатель на диапазоне 21 МГц).
Катушка состоит как бы из трех секций: 8 витков + 6 витков + 6 витков (с запасом можно намотать 8 витков), если считать снизу от разъема. При настройке антенны, естественно, витки раздвигаются для достижения резонанса на каждом диапазоне. Так как антенна предполагалась для использования не большой мощности (до 100 ватт), был применен провод ПЭТВ 0,5 мм. В качестве переключателя диапазонов установлена стандартная угловая "гребенка", для монтажа на печатные платы, с таким же стандартным пластмассовым "замыкателем", используемым для переключения режимов в схемах на печатных платах.
Для тех, кто захочет повторить эту конструкцию, сразу могу сказать - НЕ ДЕЛАЙТЕ эту антенну, пока ни накопится опыт в изготовлении и настройке однодиапазонных
цилиндрических антенн! Почему? Замучаетесть настраивать!
Как в пословице:
"... как журавль в тине: нос вытащит — хвост завязнит, хвост вытащит — нос завязнит."
или
Как у Крылова:
"...И вместе трое все в него впряглись;
Из кожи лезут вон, а возу все нет ходу!
...Да Лебедь рвется в облака,
Рак пятится назад, а Щука тянет в воду.
...На лад их дело не пойдет,
И выйдет из него не дело, только мука."
Надеюсь понятно почему так. Кто настраивал многозвенные полосовые фильтры поймут как это не просто, особенно, если нет соответствующих приборов. Один контур настроишь,
другой уходит, второй настроишь - третий уходит и т.д. Только путем многих... многих... интерраций можно достичь успеха. А в этой антенне целых три контура, причем с постоянной одной емкостью... да еще и о КСВ не надо забывать. Я, со своим опытом настройки однодиапазонных ЕН антенн, настраивал несколько часов, хотя с однодиапазонными справляюсь за десяток минут. Тем не менее, такая антенна имеет право на жизнь.
Что можно сказать о настройке антенны? Начинать необходимо с диапазона 21 МГц (переключатель замыкает контакты 1-3). Добиваются настройки на частоту 21 МГц путем раздвигания-сдвигания витков катушки L1. Затем, тем же способом, добиваются КСВ=1. Переставляют перемычку на переключателе в положение 1-2. Путем раздвигания-сдвигания витков катушки L2 добиваются искомой частоты в 14 МГц, подстраивают КСВ на катушке L1. Проверяют настройку на частоте 21 МГц (переключатель 1-3). Далее перемычку на
переключателе убирают совсем и путем сдвигания-раздвигания витков катушки L3 настраивают антенну на частоту 10 МГц... на катушке L1 подстраивают КСВ. Проверяют настройку на частотах 21 МГц и 14 МГц, проверяют КСВ и т.д. до полной настройки антенны. Времени уйдет много и очень-очень много, если нет опыта.
Далее приведу скриншоты АЧХ этой антенны для разных диапазонов:
Рис.5 Диапазон 21 МГц.
Рис.6 Диапазон 14 МГц.
Рис.7 Диапазон 10 МГц.
Для справки могу привести скриншот на диапазон 7 МГц.
Рис.8 Диапазон 7 МГц.
Естественно, что при проверке резонансов в диапазоне 0-30 МГц, должен быт только один резонанс, как показано на рисунке Рис.9. На частотах выше могут
наблюдаться паразитные резонансы катушек нстройки, это конечно не есть хорошо, но...
Рис.9 Резонансы в диапазоне 0 - 180 МГц.
После настройки антенны, проводились измерения уровней сигнала на SDR приемнике. расположенном на расстоянии в 1 км. Потом такие же измерения были проведены на
удаленных SDR приемниках, с отражением от ионосферы, а не поверхностной волной, расположенных в разных странах. Результаты приведены ниже:
Рис.10 Уровни сигналов от разных антенн на SDR приемнике в Венгрии днем (21 МГц).
Рис.11 Уровни сигналов от разных антенн на SDR приемнике в Швеции днем (14 МГц).
Рис.12 Уровни сигналов от разных антенн на SDR приемнике в Рыбинске днем (10 МГц).
Длительность непрерывного измерения уровня сигнала от каждой антенны ~100 секунд, ~1,5 минуты.
Все антенны согласованы с КСВ не более 1,25. Трехдиапазонная емкостная антенна подвешена на чердаке бревенчатого дома, под стропилами, Рис.2.
После настройки и измерения всех параметров антенны, были проведены QSO с некоторыми станциями Европы на всех трех диапазонах, не смотря на очень плохое
прохождение (Аврора), особенно на диапазоне 21 МГц.
Также с помощью WSPR сервиса были измерены уровни сигналов от трехдиапазонной емкостной антенны, в сравнении с низкорасположенным диполем G5RV, кроме диапазона 21 МГц,
так как на 21 МГц совсем не было прохождения. Результаты приведены ниже, на рисунках Рис.13 и Рис.14
Рис.13 Уровни сигналов от разных антенн WSPR (10 МГц).
Рис.14 Уровни сигналов от разных антенн WSPR (14 МГц).
Как видим, уровни сигналов колеблются в пределах нескольких децибел, тем не менее, сигналы вполне устойчиво принимаются и от диполя G5RV и от маленькой
трехдиапазонной емкостной антенны. При всем том, что уровень выходной мощности на трансивере был выставлен очень маленький - 1 ВАТТ !!! (столбец PWR).
Но это были только два диапазона 10 МГц и 14 МГц. На диапазоне 21 МГц прохождения не было от слова совсем и я два дня пытался провести измерения с помощью
WSPR на диапазоне 21 МГц - все неудачно... спотов не было. И вот наступил вторник. Я включил FT-8 для проверки активности диапазона... и о чудо! появились
станции, причем очень активно. Все звали 4W6RU. Пошел я на WSPR... включил свой 1 ватт. Пришло всего два спота. Не хотелось упускать прохождение, которое
менялось буквально на глазах. Решил увеличить мощность до 2-х ватт. Казалось бы разница: 1 ватт и 2 ватта? Но с трехдиапазонной емкостной антенной пришло сразу
7 спотов! Переключил на G5RV... пришло 10 спотов, причем разницы в уровнях принятых сигналов от одинаковых станций почти не было, см. Рис.15.
Рис.15 Уровни сигналов от разных антенн WSPR (21 МГц).
То ли прибавка мощности сыграла роль (мощность-то увеличилась всего на 1 ватт), то ли прохождение так изменялось, но факт, что удалось зарегистрировать уровни сигналов. Воодушивившись таким результатом, я установил мощность 5 ватт и перешел на FT-8. Позвал одну станцию... другую... не отвечают, но после третьего вызова ответил R4FDD (-20/-04 dB), не успел я сохранить QSO, как вдруг САМ зовет меня RZ1O, сработал (-19/-02 dB), Рис.16 и Рис.17. С 5-ю ваттами, да еше
на маленькую емкостную (ЕН) антенну - это уже хорошо, собственно, для того и придуман протокол FT-8, чтобы работать с QRP, хотя некоторые этого и не придерживаются :-).
Рис.16.
Рис.17.
В заключение, хочу выразить благодарность Владимиру (UA4HZ), за ценные мысли и замечания, высказанные в результате совместного обсуждения работы емкостных антенн. Также благодарность Никите (R2DDV) за помощь в правке статьи.
P.S. Появилась мысль сделать такую же плоскую трехдиапазонную емкостную антенну. Будет время, попробую реализовать задумку.
73!
UA1ACO op. Vlad
Ленинградская обл. RDA: LO-21
07.2023г.
