Антенна фукса на 160 метров своими руками

Антенна Фукса. Чудеса бывают!

Антенна Фукса (наклонный луч), схема согласования, теория и мой практический опыт

Антенна Фукса 3,5-28 МГц от R9CZ

По поводу полуволновых вибраторов, питаемых с конца, и по поводу антенны Фукса, в частности.
Принцип работы этих антенн практически не описан в литературе и вызывает множество дискуссий. Описание конструкции часто имеет совсем мало общего с оригиналом, запатентованным в свое время господином Фуксом. Хочу поделиться результатами своих наблюдений и некоторыми соображениями.

Экспериментируя с антеннами, была изготовлена описанная в статье «Неумирающая антенна Фукса» (Радио, 2007, № 5). Попробовав все варианты, приведенные в статье, остановились на классическом:

 

Но возникали сомнения. Принцип работы не был ясен. Отзывы на эту конструкцию были самые противоречивые. «Чудо» произошло. Антенна успешно заработала. Вариант питания полуволнового вибратора с конца для меня, как для любителя путешествовать, был очень привлекателен, и я продолжил эксперименты. Пробовал различные конструкции, подбирал индуктивность с целью перекрыть максимальное количество диапазонов. Получал различные, подчас неожиданные результаты. Понимание пришло несколько позже и в итоге все полученные результаты сложились-таки в единую картину, которую я и хочу представить.

Сначала рассмотрим классический вариант антенны Фукса с длиной вибратора, равной половине длины волны и колебательным контуром. Именно такую я и сделал. Длина полотна 42 м. В качестве контура использовал КПЕ от старого лампового приемника, в котором роторные пластины электрически соединены с корпусом, а статорные изолированы. Полотно антенны подсоединил к статорным пластинам и именно в таком варианте все успешно заработало. Никаких противовесов не потребовалось. Случайно прикоснувшись в процессе настройки к корпусу КПЕ, я ощутил заметное жжение. Поднесенная неоновая лампочка ярко сияла. Даже при 5 ваттах ВЧ напряжение на корпусе КПЕ достигало сотен вольт. Должен сказать, что именно это обстоятельство заставило меня перейти к классическому варианту с индуктивной связью. При непосредственной связи и плохом заземлении (а где в поле взять хорошее?) или его полном отсутствии, ВЧ напряжение оказывалось на корпусе трансивера со всеми неприятными последствиями. ВЧ напряжение на корпусе КПЕ тоже не очень нравилось и, недолго думая, я переключил полотно антенны на корпус КПЕ, чтобы ВЧ напряжение осталось на изолированной секции, которая находится внутри корпуса. Результат оказался плачевным, антенна не работала. Индикатор трансивера показывал полное рассогласование при любом положении ротора КПЕ. Была глубокая ночь, думать было лень. Вернул все, как было, решив, в целях безопасности, поместить СУ в пластиковый корпус.

Дальнейшие эксперименты пошли по пути подбора индуктивности с целью максимального перекрытия любительских диапазонов без какой либо коммутации. Уменьшив индуктивность, добился настройки на 80 м при почти полностью введенных пластинах КПЕ. На 40 м при этом пластины были введены почти на четверть, на 20 м совсем чуть-чуть. На всех трех диапазонах удалось добиться полного согласования, но обнаружилось, что антенна обладает ярко выраженными резонансными свойствами. При перестройке по диапазону её нужно подстраивать для полного согласования. Особенно это было заметно на 80 м. Получался своеобразный преселектор. Однажды, сидя за трансивером на веранде, услышал сзади голос соседа: «Хорош пищать, включил бы новости что-ли». Без проблем. Поворот верньера и мы слушаем одну из вещательных радиостанций диапазона 31м. Интересное было через минуту. Я понимаю, что антенна не настроена, а потому громкость мощной вещалки не велика, сигнал проходит с шумами и S-метр показывает едва 5 баллов. Поворачиваю ротор КПЕ. Громкость растет, шумы пропадают, ЖК шкала S-метра заполняется сегментами и цифра 5 меняется на +. Это радует, но ведь длина полотна явно не соответствует частоте в 9,6 МГц. После ухода соседа попробовал настроить антенну на 30 м, и у меня получилось. Для 17 м пластины ротора пришлось вывести полностью, но тоже получилось. Все это заставило задуматься над происходящим. Взял лист бумаги и нарисовал контур. А что такое вибратор длиной в полволны? Да это тоже контур, только с распределенными параметрами. Два этих контура у нас соединены в общей точке. А теперь вспомним, что сам корпус КПЕ в силу своих размеров тоже обладает некоторой емкостью и может работать как обкладка конденсатора. А где же вторая? Рискну предположить, что это полотно антенны. Так и нарисуем. Пусть условно, поскольку вторая обкладка Ссв на самом деле присоединена к распределенной емкости вибратора, а не к его дальнему концу.

 

Что же получилось? Правильно, связанные колебательные контура. Именно так и ведет себя антенна Фукса. Отсюда и селективность, и настройка казалось бы вне диапазона. Ведь перестраивая один из связанных контуров, мы тем самым вносим реактивное сопротивление и во второй, перестраивая и его. Главное, чтобы связь между нашими контурами была достаточной. Помните, когда я подключал вибратор к корпусу КПЕ? Емкость связи оказалась совсем крошечной и не достаточной для передачи энергии из контура в вибратор. Попробовал еще раз. Да, не работает. А теперь подключим к статорной секции КПЕ провод сантиметров 30. Работает. Вот и разгадка! А теперь вспомним антенну «Цеппелин», J-антенну, антенну RX3AKT и тому подобные. Все они питаются настроенной линией. А что такое настроенная линия? Правильно, это — тоже колебательный контур. Да они родственники! Несколько рекомендаций тем, кто решит повторить антенну Фукса.

1. Помните, что часть колебательного контура, не подключенная к вибратору, должна обладать достаточной конструктивной емкостью.
2. Не располагайте контур в металлическом корпусе.
3. Помните, что на горячем конце контура ВЧ напряжение даже при QRP достигает сотен вольт. Принимайте необходимые меры предосторожности. При сколь-нибудь значительных мощностях лучше всего располагать контур подальше от оператора и других людей и предусмотреть возможность дистанционной настройки.

Всем успехов на диапазонах!

Евгений Кузнецов RA1AIT

На радиолюбительских форумах и по сей день «ломается немало копий» по поводу полуволновых вибраторов, питаемых с конца, и по поводу антенны Фукса, в частности. Принцип работы этих антенн практически не описан в литературе и вызывает множество дискуссий. Описание конструкции часто имеет совсем мало общего с оригиналом, запатентованным в свое время господином Фуксом. Хочу поделиться результатами своих наблюдений и некоторыми соображениями.

Экспериментируя с антеннами на даче, я как то изготовил антенну, описанную в статье «Неумирающая антенна Фукса» (Радио, 2007, № 5). Попробовал все варианты, приведенные в статье, и остановился на классическом:

Но возникали сомнения. Принцип работы не был ясен. Отзывы на эту конструкцию были самые противоречивые. «Чудо» произошло. Антенна успешно заработала. Вариант питания полуволнового вибратора с конца для меня, как для любителя путешествовать, был очень привлекателен, и я продолжил эксперименты. Пробовал различные конструкции, подбирал индуктивность с целью перекрыть максимальное количество диапазонов. Получал различные, подчас неожиданные результаты. Понимание пришло несколько позже и в итоге все полученные результаты сложились-таки в единую картину, которую я и хочу представить.

Сначала рассмотрим классический вариант антенны Фукса с длиной вибратора, равной половине длины волны и колебательным контуром. Именно такую я и сделал. Длина полотна 42 м. В качестве контура использовал КПЕ от старого лампового приемника, в котором роторные пластины электрически соединены с корпусом, а статорные изолированы. Полотно антенны подсоединил к статорным пластинам и именно в таком варианте все успешно заработало. Никаких противовесов не потребовалось. Случайно прикоснувшись в процессе настройки к корпусу КПЕ, я ощутил заметное жжение. Поднесенная неоновая лампочка ярко сияла. Даже при 5 ваттах ВЧ напряжение на корпусе КПЕ достигало сотен вольт. Должен сказать, что именно это обстоятельство заставило меня перейти к классическому варианту с индуктивной связью. При непосредственной связи и плохом заземлении (а где в поле взять хорошее?) или его полном отсутствии, ВЧ напряжение оказывалось на корпусе трансивера со всеми неприятными последствиями. ВЧ напряжение на корпусе КПЕ тоже не очень нравилось и, недолго думая, я переключил полотно антенны на корпус КПЕ, чтобы ВЧ напряжение осталось на изолированной секции, которая находится внутри корпуса. Результат оказался плачевным, антенна не работала. Индикатор трансивера показывал полное рассогласование при любом положении ротора КПЕ. Была глубокая ночь, думать было лень. Вернул все, как было, решив, в целях безопасности, поместить СУ в пластиковый корпус.

Дальнейшие эксперименты пошли по пути подбора индуктивности с целью максимального перекрытия любительских диапазонов без какой либо коммутации. Уменьшив индуктивность, добился настройки на 80 м при почти полностью введенных пластинах КПЕ. На 40 м при этом пластины были введены почти на четверть, на 20 м совсем чуть-чуть. На всех трех диапазонах удалось добиться полного согласования, но обнаружилось, что антенна обладает ярко выраженными резонансными свойствами. При перестройке по диапазону её нужно подстраивать для полного согласования. Особенно это было заметно на 80 м. Получался своеобразный преселектор. Однажды, сидя за трансивером на веранде, услышал сзади голос соседа: «Хорош пищать, включил бы новости что-ли». Без проблем. Поворот верньера и мы слушаем одну из вещательных радиостанций диапазона 31м. Интересное было через минуту. Я понимаю, что антенна не настроена, а потому громкость мощной вещалки не велика, сигнал проходит с шумами и S-метр показывает едва 5 баллов. Поворачиваю ротор КПЕ. Громкость растет, шумы пропадают, ЖК шкала S-метра заполняется сегментами и цифра 5 меняется на +. Это радует, но ведь длина полотна явно не соответствует частоте в 9,6 МГц. После ухода соседа попробовал настроить антенну на 30 м, и у меня получилось. Для 17 м пластины ротора пришлось вывести полностью, но тоже получилось. Все это заставило задуматься над происходящим. Взял лист бумаги и нарисовал контур. А что такое вибратор длиной в полволны? Да это тоже контур, только с распределенными параметрами. Два этих контура у нас соединены в общей точке. А теперь вспомним, что сам корпус КПЕ в силу своих размеров тоже обладает некоторой емкостью и может работать как обкладка конденсатора. А где же вторая? Рискну предположить, что это полотно антенны. Так и нарисуем. Пусть условно, поскольку вторая обкладка Ссв на самом деле присоединена к распределенной емкости вибратора, а не к его дальнему концу.

Что же получилось? Правильно, связанные колебательные контура. Именно так и ведет себя антенна Фукса. Отсюда и селективность, и настройка казалось бы вне диапазона. Ведь перестраивая один из связанных контуров, мы тем самым вносим реактивное сопротивление и во второй, перестраивая и его. Главное, чтобы связь между нашими контурами была достаточной. Помните, когда я подключал вибратор к корпусу КПЕ? Емкость связи оказалась совсем крошечной и не достаточной для передачи энергии из контура в вибратор. Попробовал еще раз. Да, не работает. А теперь подключим к статорной секции КПЕ провод сантиметров 30. Работает. Вот и разгадка! А теперь вспомним антенну «Цеппелин», J-антенну, антенну RX3AKT и тому подобные. Все они питаются настроенной линией. А что такое настроенная линия? Правильно, это — тоже колебательный контур. Да они родственники! Несколько рекомендаций тем, кто решит повторить антенну Фукса.

1. Помните, что часть колебательного контура, не подключенная к вибратору, должна обладать достаточной конструктивной емкостью.
2. Не располагайте контур в металлическом корпусе.
3. Помните, что на горячем конце контура ВЧ напряжение даже при QRP достигает сотен вольт. Принимайте необходимые меры предосторожности. При сколь-нибудь значительных мощностях лучше всего располагать контур подальше от оператора и других людей и предусмотреть возможность дистанционной настройки.

Всем успехов на диапазонах!

Евгений Кузнецов RA1AIT

Неумирающая антенна Фукса

Борис Степанов (RU3AX), г. Москва. Радио, 2007, № 5, С. 67—68

После этого отключают от согласующего LC-контура резистор и ВЧ вольтметр и подключают антенну. Конденсатором переменной емкости или вариометром настраивают контур в резонанс по минимуму КСВ. Если емкость КПЕ пришлось увеличить (по отношению к положению, полученному с резистором), реальные размеры антенны несколько меньше, чем половина длины волны. Если емкость КПЕ пришлось уменьшить, то антенна несколько длиннее. Здесь речь идет об электрической ее длине — с учетом влияния земли и окружающих антенну предметов. Изменять при этом размеры антенны вовсе не обязательно — отклонение рабочей частоты излучателя от расчетной в пределах 5% компенсируется подстройкой согласующего контура [3].

После этого уточняют связь с антенной. Если КСВ в минимуме превышает значение 1,1 … 1,2, связь с антенной надо несколько изменить подбором параметров элементов связи.

Важным достоинством полуволнового излучателя является то, что он будет также работать не только на основной частоте, но и на ее гармониках. Результаты расчета требуемой длины антенны для середины телеграфных участков любительских диапазонов 10-80 метров и число полуволн, которое будет укладываться на такой длине для данного диапазона, приведены в таблице. Поскольку антенна Фукса имеет элемент подстройки, то это дает возможность выбрать фиксированную длину полотна — 42 метра, а незначительные отклонения от оптимальной его длины на каждом диапазоне компенсировать подстройкой согласующего контура. Антенна с полотном длиной 84 м будет работать и на диапазоне 160 метров. Более короткая антенна длиной 21 м обеспечит работу на четырех любительских диапазонах — 10, 15, 20 и 40 метров. При такой длине полотна на диапазонах 12 и 17 метров на нем уже не будет укладываться целое число полуволн, и согласовать ее на этих диапазонах с помощью параллельного LC-контура не удастся.

Проблема создания многодиапазонной антенны Фукса упирается только в согласующий LC-контур, который должен иметь резонанс на частотах, соответствующих любительским диапазонам. Если конденсатор переменной емкости этого контура имеет максимальную емкость около 200 пФ, не меняя катушки индуктивности и не переключая у нее отводы, уже можно работать на пяти любительских диапазонах от 10 до 20 метров.

Один из вариантов многодиапазонной антенны Фукса, предложенный UT5JAM [5], приведен на рис. 3. Он использовал излучатель длинной 78 метров. Катушка индуктивности имела 80 витков провода диаметром 1,5 мм. В качестве каркаса диаметром 90 мм использовалась полиэтиленовая бутылка. Отводы сделаны от 4, 5, 6, 7, 9, 11, 13 и 23-го витков, считая от заземленного конца катушки. Конденсатор переменной емкости — КПЕ-2 с последовательным включением секций. Переключатели SA1 b SA2 — галетные. Заземленный конец согласующего контура соединяют либо с противовесом, либо с арматурой здания. Следует также заметить, что в этой антенне длина излучателя несколько меньше оптимальной. По этой причине, по-видимому, положение отвода для связи с фидером на диапазоне 15 метров не совпадает с положением отвода для диапазона 10, 20 и 40 метров. Эта антенна была создана до выделения радиолюбителям WARC диапазонов, поэтому на рис. 3 упоминаются лишь «старые» любительские диапазоны. Но она, конечно, должна работать и на WARC диапазонах.

Двухдиапазонная антенна с настройкой вариометром (рис. 4) описана в [6]. Автор использовал шаровой вариометр от одной из радиостанций времен второй мировой войны. Пределы изменения его индуктивности — от 6 до 36 мкГн — позволили обеспечить работу на диапазонах 40 и 80 метров без каких-либо переключений. При выходной мощности передатчика 100 Вт конденсатор постоянной емкости С1 должен иметь рабочее напряжение не менее 1000 В.

Полуволновую антенну (в том числе и многодиапазонную) можно питать и через согласующую Г-образную цепь (рис. 5). Это, конечно, уже не классическая антенна Фукса, но аналогичная ей по сути дела. Параметры катушки индуктивности и емкости конденсатора рассчитывают по следующим приближенным формулам:

L₁ = 60/F; C₁ = 410/F.

Здесь: L1 — индуктивность катушки, мкГн; С1 — емкость конденсатора, пФ; F — частота, МГц. Эти формулы справедливы для фидера с волновым сопротивлением 50 Ом и проволочных антенн (расчетное значение входного сопротивления — примерно 3 кОм).

В реальных конструкциях многодиапазонной антенны катушку индуктивности делают с переключаемыми отводами, а конденсатор переменной емкости должен быть рассчитан на высокое напряжение (как и в согласующем контуре антенны Фукса). Подобное согласование применено в двухдиапазонной антенне [7] на диапазоне 20 метров.

Хотя ВЧ токи по внешней стороне оплетки фидера и невелики, следует применять стандартные методы их устранения. Имеются в виду ферритовые кольца, которые надевают на него, или катушки индуктивности (с магнитопроводом или без него), которые изготавливают из самого фидера. Особенно это важно для вариантов питания антенны с гальванической связью оплетки кабеля с согласующим контуром.

ЛИТЕРАТУРА
1. Rothammel K. Antennenbuch Vilitarvertag, 1979.
2. Ford S. Par ELECTRONICS 20-Meter end-Fed Dipole Antenna. — OST, 2007, Februaru, s. 58.
3. <http://www.QRPproject.de>
4. Мейнке Х., Гундлах Ф. Радиотехнический справочник  — М.Л.: Госэнергоиздат, 1961
5. Орлов В. Лучевая антенна. КВ журнал, 1993, № 1, с. 43.
6. Berge J. Einmalen andener Fuchskreis. — CODL, 2006, № 10, S. 310—311.
7. Двухдиапазонная вертикальная КВ антенна — Радио, 2006, № 11, С. 73.

Редактор — С. Некрасов, графика — автор

Приложения

---

Николай Большаков (RA3TO), г. Нижний Новгород

Антенна «Fuchs» (она же антенна Фукса) практически не известна под своим названием в радиолюбительском мире, тем не менее она была довольно широко распространена в 30-х годах прошлого века. Ее разработчик — OE1JF в свое даже получил австрийский патент № 110357-1927. Антенна представляет собой провод длиной в полволны и трансформатор сопротивлений для согласования с передатчиком. Один конец антенны практически находится рядом с передатчиком, а второй крепится к какой-либо возвышенности, например к дереву или крыше вышестоящего здания.

Не напоминает ли Вам эта конструкция знакомую многим радиолюбителям «Антенну быстрого развертывания» конструкции Сергея Макаркина (RX3AKT), которая была описана в нескольких радиолюбительских журналах и в Интернете? Антенна, несомненно, имеет ряд неоспоримых достоинств. Это и простота установки, и возможность запитки с крайнего конца, что особенно удобно в условиях городской застройки. Все хорошо, пока мы говорим об однодиапазонном варианте. Но вот многодиапазонный вариант антенны RX3AKT сразу же усложняется из-за неудобства коммутации согласующих элементов. Вариант коммутации отрезков кабеля с помощью реле, предложенный Сергеем, получается слишком дорогим (стоимость одного реле 120—150 руб.) и требует большой тщательности в изготовлении.

Но, вернемся к антенне «Fuchs» и способам ее запитки, которые предложил, уже в наше время, французский радиолюбитель Luc Pistorius (F6BQU).

Первый вариант (Рис.1) представляет собой параллельный колебательный контур с катушкой связи. Трансформатор выполняется на ферритовом торроидальном сердечнике. Обмотки выполнены проводом диаметром 0,5 мм в эмалевой изоляции.

Рисунок 1 — Способ запитки антенны Фукса от F6BQU

На страницу ► Имени Фукс

---

Условия использования материалов

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи