Антенны

Многодиапазонная вертикальная антенна VMA-7 конструкции UT1MA

40-30-20-17-15-12-10 метров


Конструкция


3.1 Конструкция антенны  V — 7c  приведена на рис.1. Пунктиром  показаны дополнительные элементы ( Р6 и ЗШ ) , необходимые для работы на  6 м.д. Диаметры трубок выбраны из соображений достаточной прочности при минимальной парусности, материал — Д16 — Т.

ЦВ состоит из вертикальной части регулируемой длины  H = 6,8…7,2 м   и емкостной нагрузки ЕН из трубки 6…8 мм длиной  0,98 м.Оптимальная конструкция ЦВ -из четырех секций с сопряженными диаметрами , например, нижняя секция  диаметрами  32/28 ( стенка 2 мм ), затем   28/25 ,далее  25/22  и  22/20 . Проверенные на практике варианты — две трехметровых секции  30 /26 мм и регулируемая   20/18 мм и длиной 1 ,3 м ,две соединительных  муфты. Самый простой вариант — две трубы   30/26 и 30/27 мм общей длиной ~ 7м, регулировка осуществляется изменением длины  элемента ЕН.

Применение ЕН позволяет уменьшить общую высоту ЦВ на  0,45 м, кроме того ЕН будет необходима при добавлении диапазона  2 м. Если  это не планируется, можно отказаться от применения ЕН, соответственно увеличив длину ЦВ.

КС — телескопическая конструкция , возможные диаметры от 16 мм внизу до 6мм  наверху. Если КС выполнен из трубок  сопряженных диаметров ( 16, 14, 12 мм и  т.д. ), его  длина  2,2 …2,3 м, а если есть  большая разница  в диаметрах соседних трубок,  например, 14 мм и 6 мм , общая длина ЦС будет на  ~ 0,2 м больше.

ЦВ и КС конструктивно объединены с помощью изоляционной вставки  ИВ   22 и длиной 60 мм,  параллельно которой  располагается катушка Lв, электрически соединяющая  ЦВ и КС . Данные катушки  —  провод МГТФ  сечением 0,75 мм 2 ,  35 витков на стеклотекстолитовой трубке   26 мм, гидроизоляция изолентой типа  NOVA ROLL  или термоусадочной трубкой. В качестве каркаса для  Lв можно использовать отрезок нижней секции складной удочки.  Нижняя часть ЦВ и противовес ПР крепятся к плоскому опорному изолятору ИО размерами 220 х 80 и толщиной от 14 мм (стеклотекстолит ) и от 20 мм (текстолит ). ПР  — труба   30  мм и длиной 5,2 м ( UR4MIG применяет телескопическую конструкцию из стальных труб диаметрами 27, 21,16 мм  длиной 5,4 м ), возможно использование  проволочной конструкции  ( п.2.4 ). Крепление ПР производится  с помощью отрезка уголкового профиля  УГ размерами 50 х 30 х80 мм.  В центре ПР по диаметру сверлится сквозное отверстие и нарезается резьба  М5. Шпилька длиной 75 мм, вкрученная в трубу,  крепит  ПР к УГ  и одновременно является контактом токосъема ПР. К нижней полке УГ с помощью  текстолитовой  пластины  размерами 90х30х4 мм  крепится  разъем XS1 «Вход антенны» типа СР50-131.   Проволочные вибраторы ПВ из провода ПЭВ     1,8…2,0 мм, каждый состоит из вертикальной части и соединительного участка СУ. На конце СУ напаян  наконечник, с помощью которого он соединяется со сборной платой СП. Общая длина   проволочной части :  ПВ17 — 3750 мм, ПВ15 — 3300 мм, ПВ12 — 2850, в том числе СУ17 и СУ15 — по 400 мм, СУ12 — 310 мм ( полная длина каждого ПВ включает также нижний участок  ЦВ  до  СП ). Для фиксации  ПВ  используются текстолитовые распорные планки  РП длиной  по  0,56 м   и сечением  20 х 9 мм  верхняя и  20 х 12 мм нижняя. Возможно использование металлических  РП, например, из дюралевого  П — образного  швеллера, в этом случае крепление ПВ к нижней РП  производится  через  изолирующие планки, а сверху ПВ применяется связка из трех изоляторов ( при металлических РП резонансные частоты  10 и 20 м.д. снижаются на ~ 1%  ). Плечи РП  несимметричны и обеспечивают расстояния между  ПВ15  и осью ЦВ — 240 мм, соответственно для  ПВ17 и  ПВ12 — 300 и 180 мм.  Принятый  способ расположения  ПВ позволяет , при сохранении достаточной широкополосности, использовать  РП простой формы и свести их число к минимуму. Фрагмент нижней  РП приведен на рис. 1.  В качестве РП можно использовать пластмассовые лыжные палки, сложенные по 2 штуки.

Для поддержания ПВ в натянутом состоянии, что, помимо  « опрятного внешнего вида», придает антенне жесткость, используются винтовые стяжки  ВС с резьбой  М4 , изготовленные из электродов для сварки «нержавейки». ВС  проходят  через отверстия в теле  РП и  после натяжения фиксируются гайками с обеих сторон.

Отдельно следует остановиться  на катушках  L12 , L15 , L17 , включенных в точках соединения  ПВ и ЦВ (ранее в тексте они не упоминались, т.к. их применение не принципиально ). Они открытой конструкции из провода ПЭВ  2,4 мм, содержат соответственно  3 , 4  и 5 витков   30 мм  и крепятся с помощью напаянных наконечников к плате СП. Применение катушек в легко доступном месте  существенно упрощает и ускоряет  процесс настройки антенн  12…17 м.д. Сжимая  и  разжимая  их витки (предварительно ослабив крепление ),можно сдвигать частоты настройки  в пределах 300…400 кГц.  Если этого недостаточно,  несложно изготовить и установить новую катушку с большим ( меньшим ) числом витков.  Аналогичная катушка  L10 из 2 витков устанавливается на входе противовеса.

( Из практики — применение катушек, ,как правило, негативно воспринимается теми, кто впервые знакомится с антенной, и горячо поддерживается построившими её. Справка : открытые катушки по 10…17 витков применяются в популярной  антенне  HF6V — X  ( HF9V — X )  фирмы  BUTTERNUT ).

Двухгодичный опыт эксплуатации показывает, что использование небольших открытых жестких катушек не приводит  к дополнительной  нестабильности. Только тяжелый гололед вызывает существенное  изменение параметров антенны, а такие явления, как проливной дождь, иней, снег, снижают резонансные частоты в пределах 1%  и ухудшают КСВ на одну…три десятых.

Есть и другие преимущества, связанные  с применением катушек. Уменьшение длины  ПВ на  5…8%  привело к улучшению согласования по питанию, а применение  L17 делает принципиально возможным использование ПВ17 также в качестве антенны  6 м.д. в режиме, близком к  5/8 l .

3.2 Верхняя часть питающего фидера  используется для создания защитного дросселя  ЗД путем навивки на ферритовый   сердечник ( п.2.6 ). Т.к. на  этом месте оказался согласующий  КТ , то его часть используется в этом дросселе, хотя на работу КТ  феррит влияния не оказывает.

Исходная электрическая длина  КТ составляет  0,25 l   , то есть 5,3 м, что соответствует физической длине l=5,3х0,66 = 3,5 м . Экспериментально установлено, что несколько лучшее  согласование во всей полосе 7…29 МГц получается при  l = 3,15м.   Если разместить дроссель на расстоянии 1,15 м от входа антенны, то на его обмотку останется  3,15 — 1,15 =2 м ,что вполне достаточно, чтобы получить дроссель с  XL >1000 Ом на низшей рабочей частоте  и обеспечить хорошую защиту.

Может  получится, что именно тип кабеля  КТ   будет определять допустимую  мощность, подводимую к антенне. Действительно, при намотке с предельно допустимым  радиусом изгиба  40…50 мм внутренний проводник сохраняет значительные механические напряжения и при предельной  мощности  может проплавить полиэтиленовую изоляцию и замкнуть на оплетку.  Гибкие кабели  РК75-4-12 ( 15, 16 ) можно использовать при  Р< 500  Вт. Кабели с фторопластовой изоляцией  РК75 — 3 — 21 ( 22)  и   РК75-4-21 способны  выдержать соответственно в  2 и 3 раза  больше.

Опробованы варианты  дросселя: а) с РК75-3-21  на кольце  300ВН К65х40х9 , длина обмотки 2 м, число витков 11, индуктивность  L = 55 мкГн  ;   б)  с  РК75-4-21  на кольце  600 НН  К100х60х15, длина обмотки  2 м, витков 9,   L = 80 мкГн. В  обоих случаях намотка велась таким образом , что кабель  «обходил»  сердечник под большим углом и на кольце с одного захода располагалось всего 2 витка, число заходов — 4…5. Такой способ позволил выдержать допустимый радиус изгиба и малый зазор между кабелем и магнитопроводом. ЗД размещался в пластмассовой коробке , снабженной двумя коаксиальными  разъемами. Верхний отрезок  КТ выполнялся из РК75 — 9 длиной 1,25 м. Разница в длине по сравнению с приведенным выше значением 1,15 м связана с использованием в ЗД  «фторопластового» кабеля.        Хорошо показал себя и вариант ЗД без феррнта в виде однослойной катушки  из коаксиального кабеля на каркасе 150 мм. Катушка  содержала 14 витков, из них первые четыре кабелем РК75 (нижняя часть КТ длиной ~ 2м из общей длины  3,15 м ) и 10 витков кабелем РК50 ( L = 40 мкГн ).  Возможно другое исполнение катушки ЗД — в виде бухточки из того же количества кабеля. Недостатком этой конструкции будет некоторое  ухудшение защитных свойств ЗД на 10 и 15 м.д. за счет возрастания   межвитковых емкостей. Для ослабления  этого влияния первые и последние витки катушки следует максимально  разнести.

Все четыре варианта ЗД были опробованы на одной антенне путем  измерения КСВ  по диапазонам, результаты идентичные. В пятом случае — при отсутствии ЗД (фидер 50 Ом соединялся со входом антенны прямым отрезком РК75  длиной 3,15 м ) отмечено резкое возрастание КСВ до 1,8…2 с изменением частоты настройки на 20 и 30 м.д., меньшие изменения на 40 м.д. и незначительные на верхних диапазонах.

3. 3 С помощью нижнего узла  НУ производится крепление антенны к мачте с наружным диаметром  в пределах 40…53мм. НУ состоит из муфты  М1 (отрезок трубы  60/54 длиной 90 мм с наваренными гайками М8 ), к которой приварен отрезок трубы ОТ (27/21,  длина 140 мм ). Соединение ИО с НУ производится посредством  двух  уголков сечением  40х25х4 длиной 100 мм, соединенных с ОТ с помощью двух проходящих насквозь болтов М6. Если нижний болт удалить, шарнирное соединение за счет верхнего болта позволяет всю антенну в сборе ( h > 9 м ) переводить из вертикального положения в горизонтальное и наоборот. Для удобства и безопасности  в проведении такой  операции используется  дополнительный рычаг РГ  — труба   диаметром 27 мм и длиной  0,7…1 м, который на время этой операции вставляется и фиксируется в муфте М2, приваренной к нижней полке УГ. Максимальное усиление на конце рычага при  этом не превышает 15 кГ. При  использовании  мачты высотой более 8 м  целесообразно отделить верхнюю часть опоры  изоляционной вставкой ( п.2.6 ), например, увеличив длину ОТ до 1 м и соединив его с М1 через текстолитовую муфту.

Применение оттяжек не обязательно, но желательно. На практике проверены капроновые плетеные шнуры 2,5 мм  и рыболовные лески  1,5 мм.

Настройка

4.1 Опыт настройки  нескольких экземпляров V7 относится к антеннам , установленным на крыше на высоте 4…7 м, в том числе на высоте 2…3 м над лифтовой будкой. Во всех случаях была возможность подняться по опоре к нижнему узлу антенны для перевода её из наклонно — горизонтального положения в вертикальное и наоборот и для регулировки катушек L10…L17. Для настройки необходимы КСВ — метр ( 50 Ом ) и 3…5 метровая рулетка.

Настройка 20 м.д. осуществляется изменением длины ЦВ  за счет верхней регулируемой секции, настройка 40 м.д. — изменением длины КС, остальные диапазоны регулируются снизу катушками  L10…L17, диапазон 30 м  — длиной проволочного радиала  Р4 , расположенного наклонно. Настройка сводится к совмещению частоты минимального КСВ  fкм  со средней  частотой диапазона, при этом приемлемое значение КСВ < 1,5 обеспечивается конструкцией антенны.  При горизонтальном положении антенны  производят установку всех размеров  согласно п.3.1 , катушки L10…L17 в сжатом состоянии. Затем нижнюю часть антенны ( НУ ) приподнимают и закрепляют на мачте, с помощью рычага РГ переводят антенну в вертикальное положение, фиксируют,  подключают радиал Р4  и кабель питания ( КТ ). Противовес ПР может быть установлен как до , так и после подъема антенны  Затем производят измерения и фиксируют  fкм и величину КСВ на этой частоте на всех семи диапазонах. С помощью катушек L12 , L15 , L17  производят настройку этих ПВ на средние частоты диапазонов, причем перестройка одного ПВ незначительно влияет на настройку остальных. Настройка ПВ практически не зависит от длин ЦВ и Р4, но несколько зависит от L10, поэтому их окончательную настройку производят  после уточнения  величины  L10.

Полученные данные анализируют и при необходимости подстройки 20 и 40 м.д. переводят антенну в горизонтальное  положение, предварительно отключив Р4  и  кабель питания, ПР не снимается. При коррекции размеров можно исходить из того , что изменение на 10 см производит сдвиг  fкм  (ориентировочно )  на ЦВ — 100 кГц  на 20 м.д. и 20 кГц на 40 м.д.,    на КС — 70 кГц   на  40 м.ä.,   на Р4 — 75 кГц   на  30 м.д. и 12 кГц  на  40 м.д.

После коррекции антенну переводят в вертикальное положение и производят новое измерение  fкм и КСВ, затем с помощью катушки  L10  настраивают fкм = 28,6 МГц, коррекцией длины  Р4   — 10 ,12 МГц, уточняется настройка ПВ  (при настройке ПВ12 следует иметь в виду, что ЦВ имеет паразитный  «резонанчик» в районе частоты 26 МГц ).

Обычно на этом этапе антенна уже работоспособна на всех диапазонах.

Вся операция по подъему и настройке антенны может быть выполнена одним человеком без помощников.

Ссылка на фотографии некоторых узлов VMA-7, изготовления Radio Design (от RX3ADU).
http://radiodesign.ru/antenny/foto-nekotoryx-uzlov-antenny-vma-7.html


Однодиапазонные Yagi на 20 (17, 15, 12, 10)  метров

  

Антенны изготавливаются по классическим схемам ведущих мировых производителей.
Материал дюралюминий Д16Т и другие марки.

КСВ трёхэлементной Yagi на 20 метровый диапазон:

Вложенные Yagi на три диапазона

14 элементов (3 на 20 метров, 4 на 15 метров, 7 на 10 метров)


Антенны изготавливаются по классическим схемам ведущих мировых производителей.
Материал дюралюминий Д16Т и другие марки.
КСВ по диапазонам:

  

Добавить комментарий