Антенна яги на 20 метров своими руками

УКВ антенна Яги 3/4 диапазон 144/430 мГц Ч 1

Антенна Yagi на 145мгц и поворотное устройство своими руками.

УКВ антенна Яги 3/4 диапазон 144/430 мГц Ч 2

Диапазон КВ содержит ряд частот радиосвязи (27 МГц, повсеместно используемые водителями), вещание множества станций. Телепередач здесь нет. Сегодня рассмотрим любительский ряд, задействованный различными энтузиастами радиосвязи. Частоты 3,7; 7; 14; 21, 28 МГц диапазона КВ, относящиеся, как 1 : 2 : 4 : 6 : 8. Важно, как увидим далее, становится возможным сделать антенну, которая ловила бы всех номиналы (вопрос согласования – дело десятое). Верим, всегда найдутся люди, воспользующиеся информацией, ловите радиопередачи. Сегодняшняя тема – КВ антенна своими руками.

Конструкция КВ антенны

Разочаруем многих, сегодня речь опять пойдет про вибраторы. Объекты Вселенной образованы вибрациями (воззрения Николы Теслы). Жизнь притягивает жизнь, это движение. Чтобы дать волне жизнь, необходимы колебания. Изменения электрического поля порождают отклик магнитного, так выкристаллизовывается частота, несущая информацию эфиру. Обездвиженное поле мертво. Постоянный магнит не породит волну. Образно говоря, электричество является мужским началом, существует только в движении. Магнетизм качество, скорее, женское. Впрочем, авторы углубились в философию.

Считается, для передачи предпочтительно использовать горизонтальную поляризацию. Во-первых, диаграмма направленности по азимуту не является круговой (вскользь говорили), помех будет заведомо меньше. Знаем, для связи оборудуются различные объекты наподобие кораблей, авто, танков. Нельзя терять команды, приказы, слова. Не тем боком объект повернется, а поляризация горизонтальная? Несогласны с известными, уважаемыми авторами, пишущими: вертикальная поляризация избрана связью за антенну более простой конструкции. Коснись дело любителей, речь, скорее, о преемственности наследия предыдущих поколений.

Добавим: при горизонтальной поляризации параметры Земли меньше влияют на распространение волны, впридачу при вертикальной фронт терпит затухание, лепесток приподнимается до 5 – 15 градусов, нежелательно при передаче на дальние расстояния. Для антенн (несимметричных) с вертикальной поляризацией важно хорошее заземление. Напрямую зависит КПД антенны. Лучше зарыть провода длиной порядка четверти волны землей, чем больше, тем выше КПД. Пример:

• 2 провода – 12 %;
• 15 проводов – 46 %;
• 60 проводов – 64 %;
• ∞ проводов – 100%.

Увеличение числа проводов снижает волновое сопротивление, приближаясь к идеальному (указанного типа вибратора) – 37 Ом. Заметьте, качество не стоит приближать к идеалу, 50 Ом согласовывать с кабелем не нужно (в связи применяется РК – 50). Великое дело. Дополним пакет информации простым фактом, при горизонтальной поляризации сигнал складывается с отраженным Землей, давая прирост 6 дБ. Столько минусов выказывает вертикальная поляризация, применяют (с проводами заземления интересно получилось), мирятся.

Устройство КВ антенн сводится к простому четвертьволновому, полуволновому вибратору. Вторые меньше размерами, принимают хуже, вторые проще согласовать. Ставятся мачты вертикально, используя распорки, растяжки. Описывали конструкцию, вешаемую на дерево. Не каждый знает: на расстоянии половины волны от антенны не должно быть никаких помех. Касается железных, железобетонных конструкций. Повремените радоваться, на частоте 3,7 МГц расстояние составляет… 40 метров. Антенна высотою достигает восьмого этажа. Создавать четвертьволновой вибратор непросто.

Удобно возводить вышку послушать радио, решили припомнить старенький способ ловли длинных волн. Внутренние ферромагнитные антенны найдете в приемниках советских времен. Посмотрим, годятся ли конструкции прямому назначению (ловля вещания).

Магнитная антенна КВ диапазона

Допустим, возникла надобность принять частоты 3,7 – 7 МГц. Давайте посмотрим, можно ли спроектировать магнитную антенну. Сформирована сердечником круглого, квадратного, прямоугольного сечения. Ведется пересчет размеров формулой:

do = 2 √ рс / π;

do — диаметр круглого стержня; h, c — высота, ширина прямоугольного сечения.

Намотка ведется не всей длины, собственно нужно рассчитать, сколько мотать, выбрать тип провода. Возьмем пример старенького учебника проектирования, попробуем рассчитать КВ-антенну частот 3,7 – 7 МГц. Примем сопротивление входного каскада приемника 1000 Ом (на практике читатели измеряют входное сопротивление приемника самостоятельно), параметр эквивалентного затухания входного контура, при котором достигается заданная избирательность, dэр равным 0,04.

Антенна, проектированием которой занимаемся, входит в состав резонансного контура. Получается каскад, наделенный некой избирательностью. Как спаять, думайте сами, просто следуем формулам. Проводящим расчет понадобится найти максимальную, минимальную емкости подстроечного конденсатора, пользуясь формулой: Cmax = K² Cmin + Co (K² – 1).

К – коэффициент поддиапазона, определяемый отношением максимальной резонансной частоты к минимальной. В нашем случае 7 / 3,7 = 1,9. Выбирается из непонятных (согласно учебнику) соображений, по примеру, приведенному текстом, возьмем равной 30 пФ. Не сильно ошибемся. Пусть Cmin = 10 пФ, находим верхний предел подстройки:

Cmax = 3,58 х 10 + 30 (3,58 – 1) = 35,8 + 77,4 = 110 пФ.

Округлили, разумеется, можно взять переменный конденсатор большего диапазона. Пример дает 10-365 пФ. Вычислим необходимую индуктивность контура, пользуясь формулой:

L = 2,53 х 10⁴ (K² – 1) / (110 – 10) 7² = 13,47 мкГн.

Смысл формулы понятен, добавим, 7 – верхняя граница диапазона, выраженная МГц. Выбираем сердечник катушки. На частотах диапазона у сердечника магнитная проницаемость М = 100, выбираем феррит марки 100НН. Берем стандартный сердечник длиной 80 мм, диаметром 8 мм. Отношение l / d = 80 / 8 =10. Из справочников извлекаем действующее значение магнитной проницаемости md. Получается 41.

Находим диаметр намотки D = 1,1 d = 8,8, количество витков намотки определяется формулой:

W = √(L / L1) D md mL pL qL;

коэффициенты формулы считываем визуально, пользуясь графиками, приведенными ниже. Рисунки покажут справочные цифры, использованные выше. Марку феррита ищите, не одним хлебом жив человек. D выражено сантиметрами. Авторы получили: L1 = 0,001, mL = 0,38, pL = 0,9. qL вычислим, пользуясь формулой:

qL = (d / D)² = (8 / 8,8)² = 0,826.

Подставляем цифры в конечное выражение расчета количества витков ферритовой КВ антенны, получается:

W = √ (13,47 / 0,001) х 0,88 х 41 х 0,38 х 0,9 х 0,826 = 373 витка.

Каскад нужно завести на первый усилитель приемника, минуя входной контур. Больше скажем, сейчас рассчитали средства избирательности диапазона 3,7-7 МГц. Помимо антенны включает входную цепь приемника одновременно. Поэтому потребуется рассчитать индуктивность связи с усилителем, выполняя условия обеспечения избирательности (берем типичные значения).

Lсв = (dэр — d) Rвх / 2 π fmin K² = (0,04 — 0,01) 1000 / 2 х 3,14 х 3,7 х 3,61 = 0,35 мкГн.

Коэффициент трансформации составит m = √ 0,35 / 13,47 = 0,16. Находим число витков катушки связи: 373 х 0,16 = 60 витков. Намотку антенны ведем проводом ПЭВ-1 диаметром 0,1 мм, катушку мотаем ПЭЛШО диаметром 0,12 мм.

Многих, наверное, интересует несколько вопросов. Например, назначение Со формул расчета переменного конденсатора. Автор вопрос стыдливо обходит, якобы начальная емкость контура. Трудолюбивые читатели просчитают резонансные частоты параллельного контура, в котором впаяна начальная емкость 30 пФ. Незначительно ошибемся, порекомендовав поместить рядом с переменным конденсатором подстроечный емкости 30 пФ. Ведется доводка цепи. Новичков интересует схема электрическая, куда войдет самодельная КВ антенна… Параллельный контур, сигнал с которого снимается трансформатором, образован намотанными катушками. Сердечник общий.

Готова самостоятельная КВ-антенна. Такую найдете в туристическом приемнике (сегодня популярны модели с динамо-машиной). Антенны КВ диапазона (а тем более СВ) были бы велики, если сделать конструкцию в виде типичного вибратора. Подобные конструкции не применяются портативной техникой. Простейшие КВ антенны занимают много места. Прием получше. Назначение КВ антенны улучшать качество сигнала. В квартире, лоджии. Рассказали, как сделать КВ антенну миниатюрных размеров. Вибраторы применяйте на даче, в поле, лесу, на открытой местности. Материал предоставлен конструкторским справочником. Книжка полна ошибок, а результат вроде получился сносный.

Даже старенькие учебники грешат пропущенными редакторами опечатками. Касается не одной отрасли радиоэлектроники.

При помощи антенного моделировщика мы установили, что антенна inverted-V, поднятая на λ/2 над средней землей, имеет усиление 7.57 dBi. Это хорошая, годная антенна. Но спрашивается — а можно ли получить еще большее усиление? Оказывается, что можно, притом достаточно простым способом. Этим мы сегодня и займемся, соорудив простейшую проволочную антенну Уда-Яги, также известную под названием «волновой канал».

Fun fact! Ранее антенну Уда-Яги мы использовали при работе на УКВ через спутники. Только антенна в тот раз была покупная, а не самодельная.

Лучшее из попадавшихся мне объяснений работы антенны Уда-Яги, ровно как и объяснение работы других направленных антенн, приводится в книге «Антенны КВ и УКВ» за авторством Игоря Гончаренко. Здесь я решил воздержаться от попыток привести собственное объяснение, поскольку соревноваться в этом деле с Игорем Викторовичем бессмысленно. Всех читателей, заинтересованных в теории, я вынужден направить к названной книге. Далее мы сосредоточимся на практике.

Практика состоит в следующем. Если взять антенну inverted-V (активный элемент) и на некотором расстоянии от нее разместить полотно примерно такой же антенны, только немного длиннее (рефлектор), то получится простейший волновой канал. Осталось только выяснить, на каком расстоянии разместить рефлектор, и какова должна быть его длина. Еще желательно, чтобы входное сопротивление антенны составило 50 Ом. Поскольку это моя первая направленная антенна, мне не хотелось лишний раз думать о согласовании. Наконец, с учетом всех озвученных условий, хотелось бы получить не самое позорное усиление.

Подходящие параметры было решено искать тупым перебором с помощью сocoaNEC (файл .nc). В результате была найдена такая антенна (файл .nc):

Моделировщик рекомендует делать рефлектор на 4% длиннее активного элемента и размещать его на расстоянии 4.5 метра. При этом антенна имеет входное сопротивление 50 Ом и усиление 11.57 dBi под углом 31° к горизонту, в направлении от рефлектора к активному элементу. Характерно, что расстояние между активным элементом и рефлектором можно менять в пределах ±0.4 метра, свойства антенны от этого не сильно меняются. В результате вы получите либо большее усиление, либо большее подавление заднего лепестка, так называемое F/B. Оптимизацию антенн Уда-Яги производят как по первому параметру, так и по второму — важно как быть услышанным (большее усиление) так и не принимать сигналов по нежелательному направлению (большее F/B).

Для изготовления антенны использовался тот же акустический кабель толщиной 20 AWG, из которого в прошлый раз мы делали inverted-V на диапазон 20 метров. Размеры активного элемента были оставлены без изменений, 490 см длина одного плеча, 758 см длина λ/2 линии запитки. Рефлектор был сделан на 4% длиннее, 509.5 см каждое плечо. Антенна была установлена на паре 10-иметровых телескопических удочек, в направлении на запад:

После установки внимательно проверяем, что элементы установлены на одной высоте, и что плечи имеют одинаковую форму. Проверяем КСВ:

Как видно, антенна почти идеально согласована на 20 метрах. И правильно — мы делаем серьезную антенну, тут не до компромиссов! При желании, поигравшись с размерами элементов и их формой, КСВ можно вогнать ровно в единицу. Но я настолько заморачиваться не стал. Как и оригинальная inverted-V, данная антенна позволяет худо-бедно выйти на 15 метров (проверено). Но никакой эффективностью или направленностью в этом диапазоне, конечно же, не пахнет:

Как теперь проверить, что антенна действительно имеет какое-то усиление в диапазоне 20 метров, и притом в требуемом направлении? Для этого я воспользовался индикатором напряженности поля и приемной антенной на расстоянии около десяти метров на запад от волнового канала. Приемная антенна также должна иметь горизонтальную поляризацию, и поднять ее по возможности стоит повыше. С опущенным рефлектором видим 0 попугаев при мощности 5 Вт, 5 попугаев при мощности 10 Вт и 14 попугаев при мощности 20 Вт. Возвращаем рефлектор и видим 1 попугая при 5 Вт, 9 попугаев при 10 Вт и 21 попугая при 20 Вт. Выглядит так, как если бы антенна имела какое-то усиление. При желании можно проверить и F/B, а также подстроить антенну по F/B или усилению. Я лично этого делать не стал, поскольку не посчитал попугаев моего индикатора настолько показательными, чтобы ориентироваться на них при оптимизации антенны.

Ну что же, выходим в эфир. Мой скромный улов за первые сутки использования антенны в режиме FT8: Канарские острова (5000 км), 4 QSO с Соединенными Штатами (7100-8000 км), 2 QSO с Бразилией (11500 км), а также одна радиосвязь с Аргентиной (13600 км). Отмечу, что почти все упомянутые радиосвязи были проведены в течение 3-4 часов после захода солнца. В дневное время было проведено немало интересных радиосвязей с Европой, в основном в SSB. Но Европа уверенно отвечает и на inverted-V, потому не так интересна.

Аналогичные антенны делают из трех и более элементов, добиваясь тем самым большего усиления. В качестве элементов используют не только диполи, но также вертикалы и рамками. Делают переключаемые антенны на несколько направлений, например, используя два независимых активных элемента с общим рефлектором. Совсем серьезные радиолюбители устанавливают элементы антенны на траверсу, строят высокие мачты и вращают антенну при помощи поворотного устройства на этой мачте. Помножить это на варианты получения многодиапазонных и укороченных антенн, а также варианты согласования, и можно чуть ли не каждый день придумывать новую антенну. Вариаций масса.

А на сегодня у меня все. Желаю вам много DX’ов и побитых личных рекордов по дальности связи. 73!

Метки: Антенны, Беспроводная связь, Любительское радио.