Антенна для Волынки 151 палаты.

Самые популярные товары с Али по лучшей цене здесь

Электронный таймер с будильником 120 руб.
Mp3 музыкальный плеер 8GB 120 руб.
Брендовая карта памяти Lexar на 32Gb 300 руб.

25 мая 2020, 14:00

Антенна для Волынки 151 палаты.

Антенна для Волынки 151 палаты.

Страшно и жутко,
Но диполь вешать надо.
Тут ему место.

Местный автор, чтя самурайские традиции, в рамках челленджа «1000 Yen rig» некоторое время назад сотворил вполне пристойный радиомодем для цифровых видов связи «Волынка 151 палаты».

Теперь хорошо бы его оснастить эффективной антенной, также стоящей копейки, и тоже собранной из чего попало. Потому как антенна не может стоить дороже радиостанции, верно?

§1.1 Что хотелось бы получить?

Нам нужна антенна, излучающая преимущественно вертикально вверх, для обеспечения канала связи через механизм зенитного излучения (NVIS, Near Vertical Incidence Skywave). В связи с чем антенну придётся вешать низко.

«Придётся» звучит как вынужденный шаг и какое-то досадное ограничение, однако это не так. Повесить антенну низко гораздо проще, чем высоко.

Мы уже как-то решали аналогичную задачу на примере End Fed антенны для «Радиостанции 151 палаты». Но стоит признать, такой подход требует инжиниринга и некоторой квалификации. А также такой прозаической вещи, как кольцо из феррита с малыми потерями, которое в провинции не купить вовсе, да и скрутить или банально украсть тоже уже давно неоткуда.

Требуется какое-то другое, но совсем уж простое решение.

И, как справедливо указали местному автору, к нему в гости запросто может зайти Роскомнадзор, и выписать бан за попытку доведения до самоубийства методом суицида. Во избежание такой перспективы, науки сегодня будет совсем мало, а вот весёлых картинок из Мурзилки поболее.

§1.2 Какие логарифмические линейки нам пригодятся.

Очень хочется подключать антенну к передатчику непосредственно, без согласующего устройства или трансформатора импеданса. Так как выход передатчика обычно 50-омный, то и антенна тоже должна быть 50-омной.

Было бы логично взять какой-нибудь справочник по антеннам, и подобрать что-то уже готовое. Но при таком подходе мудрость не приобретается. Гораздо полезнее уметь считать антенну самому. Будем этому учиться.

Подобный квест мы даже уже проходили, он совершенно не сложен.
Софт под квест есть в свободном доступе, вместе со всеми мануалами.

Проектирование и испытания антенны по мотивам уже пройденного квеста обогатили нас знаниями о необходимости использования модели реальной земли Зоммерфельда-Нортона, реализованной Дмитрием Федоровым в его портабельной программе «NEC-2 for MMANA». Больше нам ничего не надо.

Мы даже научились ставить настройки для эмуляции сырой почвы леса.
Вот как выглядят все эти крыжики интерфейса «NEC-2 for MMANA»:

Настройки NEC-2 for MMANA для обсчёта практической антенны.

Теперь нужно создать несколько серий моделек для дипольной антенны, варьируя высоту подвеса и соотношение длин вибраторов. При каких-то параметрах модель покажет малые значения КСВ на нужной частоте.

§2. Несимметричный диполь, питаемый с конца.

Договоримся по-прежнему питать антенну с края. Возьмём коаксиальный 50-омный кабель какой-то длины, и с одного конца припаяем разъём для подключения к радиостанции. С другого конца коаксиального кабеля к его центральной жиле припаяем одну витую компьютерную пару. Её длина тоже «какая-то», и требует выяснения.

    В быту более распространён «телевизионный» 75-омный кабель. Однако он не согласуется с 50-омной связной аппаратурой. Идеально подходит к связной аппаратуре только 50-омный кабель, он в изобилии водится в местах продажи Си-Бишек, причём на целый спектр диаметров. Нам достаточно самого тонкого.

На уровне концепции получается заурядный диполь, одним вибратором которого служит хрестоматийная медь витой пары суммарным диаметром 0.723 мм. Второй вибратор образован оплёткой коаксиального кабеля, его диаметр у автора намерился как 3 мм.

Правда, это уже не разрезной диполь, а более практичная «верёвка».
С виду. А по факту всё-таки диполь.

Но классический диполь (с одинаковыми вибраторами в ¼ длины волны) тут не получается, потому как его импеданс при вменяемых высотах подвеса 3-6 метров (это реалии аутдора) и близко не подходит к 50 Ом. Однако, ежели плечи диполя сделать разной длины, случится чудо.

Местный автор взял, да и нагенерировал почти сотню файликов, которые скармливаются означенному выше софту. В файликах в простом текстовом формате зашифрована информация о рабочей частоте 3.58 МГц, общей длине диполя 40 метров, а соотношение длин вибраторов меняется с дискретностью в 1 метр. Высота подвеса антенны варьируется от 3 до 10 метров.

Софт насчитал для этих двух переменных почти сотню пар значений для активного (R) и реактивного (jX) сопротивлений диполя. На двумерном графике удобно представить зависимости R(L) и jX(L), где L - длина фидера:

Импеданс EndFed Windom диполя с разной длиной плеч, подвешенного на разной высоте.

Зависимости для разных высот подвеса отличаются цветом.
На врезке присутствует расшифровка цветовой маркировки.

Как видим, линию R=50 Om и jX=0 Om примерно на одной вертикали пересекают оранжевая, зелёная и синяя кривые. Высота подвеса 7-9 метров высоковата, но какие-то варианты уже вырисовываются.

Стало быть, несимметричный диполь, но с запиткой с конца (End Fed) и непосредственным подключением к радиостанции, без всяких согласующих устройств, в принципе реализуем.

    Кстати говоря, если кто проектирует приёмо-передающую аппаратуру на 75-омный импеданс, с прицелом на дешёвый телевизионный кабель, либо же по причине безысходности (тупо негде взять 50-омный), то просматривается возможность постройки несимметричного диполя и с таким активным сопротивлением.

    При длине фидера 10-11 метров это должно получиться.

§2.1 КСВ или SWR (Standing Wave Ratio).

Радиолюбители редко когда оперируют графиками активного и реактивного сопротивлений, прикидывая в уме их допустимый диапазон на глаз. Потому давайте спишем с учебника страшную формулу для КСВ:

Формула КСВ.

R  - Активное сопротивление антенны.
jX - Реактивное сопротивление антенны.
W - Активное выходное сопротивление передатчика. Обычно 50 Om.
SWR, он же КСВ (Коэффициент Стоячей Волны).

Применив эти формулы к нашим данным, вместо восьми пар малопонятных кривулек получим более осмысленное семейство зависимостей:

КСВ EndFed диполя с разной длиной плеч, подвешенного на разной высоте.

Нужно стремиться, чтобы значение SWR находилось как можно ближе к единице, но это в идеале. Потому встаёт вопрос, какие потери в антенно-фидерной системе возможно допустить, и как они соотносятся с единицами SWR.

§2.2 Потери в антенно-фидерном тракте.

Сходу гуглится вот такая таблица потерь от SWR:

SWR (КСВ): Мощность, % Потеря мощности:
В % В dB
1.0 100 0.00 0.00
1.1 99.8 0.23 0.01
1.2 99.2 0.83 0.04
1.3 98.3 1.70 0.08
1.4 97.2 2.78 0.12
1.5 96.0 4.00 0.18
1.6 94.5 5.33 0.25
1.7 93.7 6.72 0.28
1.8 91.8 8.16 0.37
1.9 90.4 9.63 0.44
2.0 88.9 11.1 0.51
2.2 85.9 14.1 0.66
2.4 83.0 17.0 0.81
2.6 80.2 19.8 0.96
2.8 77.6 22.4 1.10
3.0 75.0 25.0 1.25
3.5 69.1 30.9 1.61
4.0 64.0 36.0 1.94
5.0 55.6 44.4 2.55
7.0 43.7 56.3 3.60
10 33.0 67.0 4.81
20 18.1 81.9 7.42
50 7.70 92.3 11.1

Из таблицы понятно, что 5% потерь примерно соответствует SWR=1.6
Но шкала SWR шибко нелинейна, так что ещё раз перестроим наш график.
Выудив из учебника ещё одну формулу:

Формула КПД.

Концепция КПД знакома любому школьнику.
Оперировать этой величиной чрезвычайно просто:

КПД EndFed диполя с разной длиной плеч, подвешенного на разной высоте.

Если отбросить варианты подвеса антенны на высотах 9 и 10 метров как слабо реализуемые (а это так и есть), то для высот подвеса от 3 до 8 метров включительно возможна потеря всего 1% мощности передатчика.

Для этого длина коаксиальной части диполя должна быть 14 метров, а из медной пары - 26 метров. Все кривые (за исключением отброшенных) максимально прижимаются к единице именно в этой точке.

В простых числах отношение длин вибраторов диполя будет 7/13.
Символично, и в этом что-то есть.
Знамение, не иначе.

§2.3.1 Параметры горизонтального диполя.

Хотя ход мысли предыдущий график иллюстрирует, конкретики от него мы пока не получили. Например, интересно, как себя поведут разные варианты реализации антенны, подвешенные на различной высоте.

Перегруппируем экспериментальные точки так, чтобы линии вариантов исполнения антенны отличались по цвету, а график показывал, как зависит SWR от высоты подвеса каждого из вариантов.

КСВ EndFed диполя с разной длиной плеч, подвешенного на разной высоте.

Действительно, отмеченная нами ранее как перспективная комбинация соотношений длин вибраторов 7/13 здесь красного цвета, и теоретически потери этой антенны составляют 1% при высоте подвеса от 3 до 9 метров.

Естественно, тут мы говорим исключительно о потерях от несоответствия входного импеданса нашей антенны эталонному выходному сопротивлению передатчика в 50 Om. Потери в кабеле, ограниченность расчётной модели земли, и тому подобное - это оставим за кадром.

Ещё интереснее, как поведёт себя антенна в частотном диапазоне хотя бы в мегагерц. Давайте просмотрим диапазон вблизи рабочей частоты 3.58 МГц, чтобы SWR был от двойки и ниже. Высота подвеса пусть варьируется от 3 до 10 метров (цветовая кодировка на врезке), геометрия антенны - отобранный ранее вариант с соотношением длин вибраторов диполя 7/13:

КСВ EndFed диполя вблизи частоты 3.581 МГц, подвешенного на разной высоте.

Это грубая прикидка с крупным шагом по частоте в 250 кГц, при которой положение экстремума каждой кривой не определёно экспериментально, а спрогнозировано по соседним точкам. Потому и центры порабол находятся не там, где должны (порядка 1.1 по шкале SWR), а несколько выше.

На нужные нам частоты дигимод мы в целом примерно попали.

Очевидно, получены самые типовые зависимости для диполя, с полосой пропускания по уровню потерь 10% (SWR=1.9) около мегагерца.

Но мы понимаем, что эта антенна, хоть и чудо как хороша для «Волынки 151 палаты», не будет столь же качественно работать с радиостанцией 151 палаты». Потому как на частоте 3.688 МГц SWR ни к чёрту.

В простейшем случае придётся укоротить длину вибратора из витой пары до 24.85 метров, и мы увидим сдвиг наших кривулек по частоте:

КСВ EndFed диполя вблизи частоты 3.688 МГц, подвешенного на разной высоте.

На обещанных ранее весёлых картинках, и применительно к реалиям быта местного автора, у которого лес подходит прямо к дому, а белка так и вовсе поселилась на ёлках во дворе, заняв вакантное место дворняжки, это выглядит примерно так:

Схема подвеса антенны в реальной жизни.

Вертикальный масштаб может не соответствовать горизонтальному.
Но смысл понятен.

Излучение End Fed диполя с высотой подвеса 7 метров:

Излучение End Fed диполя, высота подвеса 7 метров.

На левой круговой диаграмме полотно антенны располагается вертикально. Стало быть, в направлении, перпендикулярном диполю, его эффективность излучения заметно выше, чем вдоль.

А вот в вертикальной плоскости излучение низко подвешенного диполя происходит преимущественно вверх, что нам и требуется в целях местной связи через механизм зенитного излучения. Усиление в этом направлении посчиталось как 4.64 dBi.

Что произойдёт, если не удастся поднять антенну так высоко?
Уменьшим высоту подвеса до 4 метров:

Излучение End Fed диполя, высота подвеса 4 метра.

Обратите внимание, что направленность излучения в зенит упала в 2 раза, ежели пересчитать 4.64-1.24 dB по мощности в эти самые разы. Из чего следует, что в полевых условиях всё-таки стоит поднимать диполь повыше.

§2.3.2 Параметры при подвесе как Inverted V

До сих пор питаемый с края диполь рассматривался как разновидность «верёвки», выбрасываемой из окна на ближайшее дерево, и располагаемой примерно горизонтально. Однако, при использовании антенны в лесу, весьма длинную антенну иначе как в стиле «перевёрнутая V» никто подвешивать не будет. Потому как одну точку подвеса можно найти или организовать всегда, а вот с несколькими точками подвеса уже сложнее.

Давайте посчитаем SWR такого варианта, и договоримся концы антенны располагать в метре от земли. Это просто удобно, потому как в каждого человека рулетка на метр ровно встроена от рождения. У мужчины среднего роста пуп сыщется как раз примерно на метровой высоте.

Диполь на 80 метровый диапазон как IV.

Правда, из-за близости земли пришлось выполнить стандартную процедуру укорочения на один метр более длинного вибратора. Откусывать метр медной пары при этом нет необходимости, его просто подворачивают. То есть последний метр вибратора из медной пары выполнен вдвое сложенным проводом (подвёрнутая часть навивается на оставшуюся). Как вариант, этот «лишний» метр можно смотать в бухту.

Если теперь посчитать SWR как функцию высоты подвеса центральной части антенны, но при условии, что её концы подняты над землёй на 1 метр каждый, мы получим такую зависимость для наших двух частот:

КСВ EndFed диполя, подвешенного на разной высоте как IV.

При вбивании координат точек модели антенны в редактор MMANA в этом случае приходится производить тригонометрические вычисления, что может составить проблему. Потому исходные файлы проще выдать готовые.

Как видим, потери на неидеальном SWR не более 1% при любой высоте подвеса центральной части антенны в диапазоне от 4 до 10 метров. Некоторое смещение кривых относительно друг друга по вертикали обусловлено чуть лучшем подбором коэффициента укорочения для синей кривой. Но в любом варианте антенна годная.

Излучение End Fed Inverted V диполя с высотой подвеса те же 7 метров:

Излучение End Fed IV диполя в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

В отличие от диполя, в горизонтальной плоскости IV антенна излучает равномерно во все стороны, с чуть заметным максимумом в продольном направлении. А вот в вертикальной плоскости такое выраженное излучение вверх, как у диполя, не наблюдается, хотя для зенитного излучения этот вариант подвеса антенны тоже можно применять.

Эффективность излучения в зенит у IV на 3.64 dBi хуже, чем у диполя.
И соответствует случаю горизонтального диполя с высотой подвеса 4 метра.

§2.3.3 Параметры при подвесе слопером.

Далеко не всегда необходимо излучать мощность строго вверх. Например, при дальней связи диаграмме направленности антенны лучше смотреть вбок и под углом к горизонту.

В этом случае практикуют подвес диполя слопером:

Диполь на 80 метровый диапазон при подвесе слопером.

Участок полотна с коаксиальным кабелем намного тяжелее витой пары, поэтому антенна повиснет, напоминая фрагмент искажённой параболы. Довольно сложно построить модель с учётом физики процесса, так что модель сознательно упрощена до аппроксимирования двумя отрезками. По традиции maa файлы предоставляются.

Растянем слопером антенну с длинами плеч из предыдущего параграфа.
Диаграмма направленности диполя 14+25 м для частоты 3.58 МГц:

Излучение End Fed слопера в горизонтальной и вертикальной плоскостях. 3.58 МГц.

То же самое, но для частоты 3.688 мГц и диполя 14+24.85 м.

Излучение End Fed слопера в горизонтальной и вертикальной плоскостях. 3.688 МГц.

В обеих случаях мы видим примерно одно и то же:

  1. КСВ получается приемлемый, около 1.4

    Оптимальное сопротивление антенны в 50 Ом достигается радиальным смещением передатчика относительно дерева с закреплённым на нём верхним концом антенного полотна. Регулируя этим натяжение полотна, а тем самым его провис, можно добиться КСВ, близкого к единице.

  2. Максимум излучения в горизонтальной плоскости направлен вдоль полотна антенны, в ту сторону, где стоит передатчик. Но, как видно из диаграммы (слева), сильно уж точно прицеливаться в направлении корреспондента нет смысла. Компас и карта заведомо не понадобятся.

  3. Максимум излучения в вертикальной плоскости близок к 80°
    И он тоже слабо выражен.

    Это принципиально важно. Пространственная волна, уходя под углом к горизонту в 80°, при отражении от ионосферного слоя на высоте 200 км, упадёт обратно на поверхность примерно в 70 км.

    Так как угол возвышения диаграммы направленности антенны (график оперирует загадочным термином «элевация») выражен очень неявно, и фактически пространственная волна излучается под углом от 50° до 90°, связь в направлении стрелочки на рисунке возможна без мёртвых зон, от нуля до по крайней мере 350 км, а по факту докуда дотянется.

    При всех прикидках Земля считается плоской, но с произвольным рельефом, исключающим прямую видимость.

  4. Элевация сильно зависит от того, как высоко заброшен верхний конец антенного полотна. На рисунке фигурирует значение 10 м, как реально достижимое на практике. Технологическому укладу «раззудись плечо, размахнись рука» бОльшие высоты не покоряются.

§3. Особенность стационарного использования.

Применение дипольной End Fed антенны при аутдоре никаких вопросов не вызывает. Вешаем её одним из способов, подключаем к радиостанции, поставленной на пенёк или поваленное дерево, и вперёд.

Всё меняется, когда позиция разворачивается в населённом пункте.

Если дом деревянный, кардинальной разницы с аутодором нет. Возможно лишь, длина фидера окажется коротковатой. А сам фидер будет подведён к радиостанции не по хрестоматийной траектории, делая ненужные зигзаги, и искажая диаграмму направленности антенной системы.

А вот из железобетонной конструкции работать совсем сложно. Удастся ли поставить передатчик вплотную к окну, чтобы фидер не заходил вглубь экранированного помещения? Очень вряд ли.

Кроме того, сама железобетонная коробка с заземлённой арматурой, просто прилегая вплотную к вибратору антенны, неизбежно исказит её диаграмму направленности. Зенитного излучения может и вовсе не получиться.

Тогда придётся отдалить антенну от железобетонной коробки.
Однако, просто удлинить фидер нельзя. Он служит одним из вибраторов.

Тем не менее, выход есть.
Имя ему - запорный дроссель.

§3.1 Реализация запорного дросселя.

Это некоторое весьма простое техническое решение, позволяющее отделить участок кабеля, служащий вибратором, от кабеля, выполняющего роль снижения, но уже не работающего как вибратор. Хотя сам кабель остаётся целым, мы его даже не намерены резать.

Для рабочей частоты 3.58 МГц и реактивного сопротивления дросселя на этой частоте от 5 kOm нам понадобится индуктивность 222 µH и больше. Формула простейшая:

Формула реактивного сопротивления дросселя.

F - частота в MHz
L - индуктивность в µH
XL - реактивное сопротивление в Om

Соорудить такой дроссель можно двумя разными способами.

§3.1.1 Запорный дроссель из бухты кабеля.

На низкочастотных диапазонах таковые не практикуются, хотя и возможны. Лишние слова писать не будем, так как есть калькулятор, подразумевающий в роли каркаса пластиковую канализационную трубу внешним диаметром 110 мм (его можно поменять): Индуктивность однослойной катушки.

Однако, при индуктивности 222 µH и более, бухта кабеля получается внушительной. Этот вариант не особо интересен, потому как не практичен.

§3.1.2 Запорный дроссель на ферритовом сердечнике.

При намотке кабеля на феррит запорный дроссель получается куда более компактным. Причём имеется уже готовое исследование на этот счёт, картинки из которого мы беззастенчиво утащим к себе. Автор оперирует стандартными для него амидоновскими ферритами типоразмера FT240.

Импеданс разных вариантов реализации запорного дросселя.

Нас интересует область в пределах второй слева вертикальной серой полоски, которая должна пересечься горизонтальной зелёной полосой, да ещё и в паре с чёрной. Оная символизирует преимущественно резистивный импеданс дросселя.

Для 31 материала таких вариантов два:

  1. 17 витков на кольце FT240-31.
  2. 9 витков на четырёх сложенных вместе кольцах FT240-31.

С первым вариантом всё просто. Идём на страничку FT240-31, подставляем в калькулятор частоту 3.58 МГц, 17 витков обмотки, находим индуктивность. Грубо говоря, она 920 µH.

Для сложенных вместе колец индуктивность непонятно как считать, но есть окольный способ. В другой калькулятор переносим габаритные данные кольца, 17 витков обмотки, её индуктивность, и вычисляем магнитную проницаемость. Она получилась µ=2376. После чего учетверяем толщину кольца, и для 9 витков насчитываем 1030 µH.

Теперь аналогичное исследование для 43 материала:

Импеданс разных вариантов реализации запорного дросселя.

Опять-таки у нас два варианта, первый из которых лучше:

  1. 17 витков на двух сложенных вместе кольцах FT240-43.
  2. 9 витков на четырёх сложенных вместе кольцах FT240-43.

Те же самые вычисления проделаем для FT240-43, сперва определив магнитную проницаемость материала как µ=800, а затем, по другому калькулятору, индуктивность для обоих вариантов исполнения запорного дросселя (619 и 347 µH соответственно).

После этого, нимало не разбираясь в теории процесса, тем не менее мы имеем право обобщить эмпирические данные в виде вот такого графика, заштрихованная область которого укажет допустимую индуктивность запорного дросселя для любых иных значений магнитной проницаемости ферритовых колец.

Допустимая индуктивность запорного дросселя как функция от магнитной проницаемости ферритового кольца.

Может быть, границы заштрихованной области в действительности не столь прямолинейны, как нам видится, а как-нибудь по-хитрому изогнуты. Но если оперировать точками ближе к центру участка, это не так и важно.

§3.2 Практикуемся в изготовлении запорного дросселя.

Ну а теперь вопрос на миллион.

Вроде бы мы как договорились избегать применения ферритовых колец в данной конструкции, а тут для фидера, вынужденного более длинного, нежели требуется из геометрии антенны, потребовался запорный дроссель как раз на феррите.

Ключевой момент в том, что этот феррит не обязан быть высокочастотным и качественным. Так, можно распотрошить умершую стиральную машинку, и выдрать из неё сетевой фильтр. Там, в пластиковом защитном футляре, сыщется довольно крупное кольцо с замеренной магнитной проницаемостью µ=1280. Очевидно, марка кольца должна звучать как К45*27*16 1000НМ (изъято из «Вятки-автомата» аж ещё советского производства).

Ферритовое кольцо от сетевого фильтра стиральной машины.

Далее смотрим на график, и для µ=1280 находим L~620 µH.
По калькулятору потребуется 17-18 витков.

Мотаем их методом Райзерта (Joe Reisert, W1JR).
Как это делается, понятно из фото на примере 8 витков, 4+4:

Метод намотки дросселя Райзерта.

В содружестве с чёрной изолентой 9+9 витков тоже вполне умещаются:

Запорный дроссель.

Выкурочили или нашли в магазине другое достаточно крупное кольцо?
Применяйте график и калькулятор по аналогии.

§4. Изготовление несимметричного диполя.

У местного автора сыскался кусок 50-омного кабеля длиной чуть больше 20 метров. Его марка неведомая, потому как бухточка не покупалась, а была получена по акции «приму в дар». Предположительно, это РК 50-2-11.

С учётом запорного дросселя, на который уходит 1.3 м кабеля, и вибратора в 14 м, длина кабеля снижения составляет 4 м или немногим больше. Что не особо важно.

Естественно, кабель снижения оснащается разъёмом, совместимым с Вашим QRP аппаратом. Центральная жила другого конца кабеля паяется к витой паре. Оплётка же кабеля со стороны витой пары остаётся ни к чему не подключённой.

В процессе спаивания проводочков воедино получилось так:

End-Fed диполь с запорным дросселем в сборе.

Видно, что витая пара набрана из нескольких отрезков, в месте сочленения которых обе жилы каждой пары скручены сначала между собой, а затем с жилами другого кусочка любым способом, обеспечивающим механическую прочность на разрыв (далее требуется пайка):

Механически прочный метод скрутки провода.

Соединение витой пары с центральной жилой коаксиального кабеля должно быть прочным на разрыв. Для чего обычно городят коробушки, либо хотя бы планку из гетинакса, с жёстким креплением к ней витой пары и кабеля.

Крайне важно, чтобы атмосферная влага не затекла под внешнюю изоляцию кабеля, и не вымочила экранирующую оплётку. Обычно после замокания кабель работать перестаёт. Чаще всего необратимо.

Давняя радиолюбительская традиция предписывает в качестве герметика использовать пластилин, замешанный на мелкой канифольной пыли. Но подойдёт и любой другой герметик, имеющийся под рукой.

Так, местный автор залил место контакта чем-то из стеариновой группы. Возможно, парафин, а то и вообще воск. Всё перечисленное относится к самозалечивающимся материалам, так как они отекают на жаре.

End-Fed диполь с запорным дросселем в сборе.

Несущим элементом послужила мелкая пластиковая пробирка.
Прочность всего этого узла на разрыв выше, чем у витой пары.
Длина витой пары для частоты 3.58 МГц составляет ровно 26 метров.

Диполь получается самонесущим, его антенное полотно не массивное. Со стороны радиостанции он подвешивается за кольцо, пропусканием сквозь него верёвки. Провод заместо верёвки продевать нельзя, только что-то диэлектрическое.

С другой стороны диполя хорошо бы завершить антенное полотно каким-нибудь диэлектриком, к которому также привязывается верёвка. Так положено делать по уставу, хотя в полевых условиях верёвку цепляют прямо к антенному полотну.

Если средняя часть диполя повиснет на ветках, касаясь их в разных местах, ничего страшного. В полях-лесах антенну обычно и тянут по кустам, совершенно не заморачиваясь вывешиванием её в пространстве.

§4.1 Цена вопроса.

Понятно, что кабель, витую пару, феррит и разъём местный автор просто наскрёб по сусекам. Но если никаких запасов нет вообще, придётся идти в магазин.

В минимальной конфигурации антенны (запорный дроссель и снижение отсутствуют) Вам понадобится 14 метров 50-омного коаксиального кабеля (ценой от 40 центов за метр), и 7 метров кабеля компьютерной линии связи (20 центов за метр). Кабель потрошится, и расплетается в четыре куска витой пары, суммарной длины которых достаточно.

С учётом покупного разъёма и всяких вязочек-верёвочек цена антенны уложится в $10.

§4.2 Первое испытание End Feed диполя на значение КСВ.

Давайте вспомним, что антенну мы считали на модели, после чего местный автор сразу же вывесил её за окошко практически абы как, прямо в соответствии с безобразной по своей кощунственности картинкой, от которой настоящие радиолюбители испытали отвращение чуть ранее.

Всколыхнём их праведное чувство негодования ещё разок:

Схема подвеса антенны в реальной жизни.

По факту антенна вывешена в 4 метрах над землёй, поверх кустов и среди деревьев. Это типичные условия использования на природе. Интересно, что витую пару, протянутую даже на столь малой высоте, с земли на фоне буйной растительности разглядеть не удаётся.

Сказать по правде, такой рельеф земли, как на рисунке, даже и в модель толком не заложить. Тем не менее, судя по калибровочным характеристикам «Волынки», индикатор тока антенны показывает отдачу двух Ватт:

Оценка КСВ End Feed диполя.

Из этого фото автоматически следуют два важных для нас вывода:

  1. Запорный дроссель работает хорошо. Иначе 5-6 лишних метров кабеля (использованного в качестве одного из двух вибраторов) превратили бы тщательно согласованный по импедансу диполь в тыкву.

    Особо радует, что никаких сложных инструментальных исследований при проектировании запорного дросселя не предпринималось. Хватило грубой интерполяции импортного радиолюбительского опыта к нашим унылым реалиям.

  2. КСВ собственно дипольной антенны вполне приемлем.
    Замерить его в точности нечем, но оно нам и не особо надо.

    Удивительно, как посчитанная по формулам антенна сразу же показала заложенные на этапе проектирования параметры. Без всякой подгонки.

    Это было неожиданно.
    Просто сделал, повесил, и оно заработало, как надо. Почти что чудо.

В качестве источника «звуков волынки» компьютер или смартфон пока не использовались, потому как для организации режима маяка достаточно mp3 плеера с записью сообщения в моде WSQCall. Или той, с которой Вы будете далее работать.

Тщательное изучение вопроса показало, что класс этого плеера абсолютно не критичен. Даже самый простейший экземпляр в виде поделия с АлиЭкспресса за $0.75 способен качественно эмулировать собой волынку.

§4.3 Оценочное испытание End Feed диполя на дальность.

Хотя это совершенно не наша тема, но при изготовлении любой радейки или элементов антенно-фидерной системы всегда интересно, как далеко девайс слыхать. Кратенько удовлетворим такое любопытство.

Местный автор имеет возможность контролировать передачу по парочке качественных SDR приёмников, удалённых на 70 и 290 км. Но у ближнего SDR сигнал на водопаде видно визуально, а у дальнего не всегда, сигнал в дневное время уходит под шумы.

Ещё есть приёмник на базе SDR донгла, оборудованный UP-конвертером для приёма КВ. Расстояние до него 170 км, и он тоже вроде как подходит для экспериментов. Правда, по чутью откровенно туповат, микровольтной чувствительности там явно нет. Ведёт себя примерно как SDR, отнесённый на 290 км, хотя на самом деле почти вдвое ближе.

Но если уж SDR-RTL донгл с ап-конвертером нас слышит, то связь на более кошерную аппаратуру и 100 км дистанции (такова вводная) тем более должна получиться.

Связь на 70 км на «водопаде» выглядит так:

Водопад, дигимода WSQ.

Для «цифры» (тут представлена WSQ мода) это просто ломовой сигнал.
Здесь WSQ выбрана чисто для удобства разглядывания структуры сигнала.
В частности, удобно оценивать стабильность частоты передатчика.

Программа HF Pager в низкободовом включении тоже применима.
Этот вариант софта оперирует радиограммами, помещаемыми в лог.
Ценная фишка для работы без участия или надзора оператора.

Неплохо ведёт себя мода THORµ в программе FLDIGI (есть под Windows).

Оценочно, 2-ваттный передатчик в цифровых модах WSQCall, WSQ, THORµ, HF Pager (все они примерно равноценны) без проблем обеспечивает связь на 100-200 км посредством низкоподвешенного несимметричного End Fed диполя, не требующего дополнительного согласующего устройства или трансформатора импеданса. Причём с сигналом выше уровня шумов.

    Полезная информация.

    Есть два представительных списка WEB SDR с нанесением их на карту:

    1. На весь КВ диапазон - карта и список.
    2. На HAM диапазоны, один или несколько - список, карта внизу.

    WEB SDR приёмники имеют привычку оговаривать свой QTH локатор.
    Собственный QTH Locator Вы можете узнать по карте.
    В зависимости от масштаба в QTH локаторе будет от 2 до 10 знаков.
    Расстояние между локаторами определяется там же.
    В качестве запасного варианта пусть будет этот сервис.
    При работе с координатами можно пойти сюда
    Конвертор человеческих GPS координат в десятичные и обратно.

    Смещение на местности относительно центра квадрата QTH локатора с 6 символами может составлять 5 км, но это не особо важно. В реальности радиосигнал уходит в небеса на высоту 100-200 километров, а то и больше, отражается там от ионосферы, и возвращается обратно. На столь протяжённом и неопределённом пути несколько не совсем корректно учтённых км не играют никакой роли.

Ближе к полуночи, с открытием прохождения на диапазоне 80 м, можно попытаться обнаружить свой сигнал на более удалённых SDR приёмниках.

Это удаётся. Ближайшие точки контроля находятся в 628 км на востоке, и в 1375 км на западе (Сибирь, онлайн-приёмников мало). Самое смешное, что за тысячу с лишним км два ватта на диполь слышны на уровне шумов или чуть лучше - на «водопаде» SDR след виден визуально. Декодированию передача тоже поддаётся, хотя и лезут ошибки.

§4.4 Проверка стабильности связи на диполь в течение суток.

Но давайте оставим фишку связи «по проходу» любителям. Практическая радиосвязь подразумевает возможность коннекта точка-точка в любое время суток. В профессиональной связи с этой целью практикуются несколько частот, как минимум «дневная» и «ночная», а чаще и вовсе 3-4 разных.

У нас всё бюджетно, частота единственная. Возникает закономерный вопрос, а возможна ли круглосуточная связь на такой единственной частоте.

Для поиска ответа на вопрос воспользуемся «Волынкой 151 палаты» в качестве маяка. Применим любую дигимоду с индексом мощности в 100% (средняя мощность передатчика относительно непрерывной несущей). Вот список доступных радиолюбителю дигимод с Duty Cycle=100%:

  1. Contestia
  2. DominoEX
  3. MFSK
  4. Olivia
  5. RTTY
  6. THOR

Удобно взять узкополосную моду THOR Micro с хорошим показателем SNR.
И SDR приёмник с удалённостью в 70 км (близкого к 100 не нашлось).
Время года - конец мая 2020.

Местное время,
Час:Мин
Уровень шума Уровень сигнала SNRсредн, dB:
Показания в единицах S-метра:
09:00 2.0 5.0-7.0 24
09:30 2.0 5.0-6.5 22
10:00 2.0-2.5 5.0-6.0 19
10:30 2.0-2.5 4.0-6.0 16
11:00 2.0 4.5-5.0 16
11:30 1.5-2.0 3.5-5.0 15
12:00 2.0 4.5-5.0 16
12:30 2.0 4.5-6.0 19
13:00 1.5-2.0 4.0-5.0 16
13:30 2.5 3.5-5.0 10
14:00 2.0-2.5 3.0-5.5 12
14:30 1.5-2.0 2.5-4.5 10
15:00 1.5-2.0 2.5-4.0 9
15:30 2.0 2.5-4.5 10
16:00 1.5-2.0 3.0-4.5 12
16:30 1.5-2.0 2.5-4.0 9
17:00 1.5-2.0 3.5-5.5 16
17:30 1.5-2.0 4.5-5.5 19
18:00 1.5-2.0 4.0-6.0 19
18:30 2.0 3.0-5.0 12
19:00 2.0-2.5 3.5-5.5 13
19:30 2.0-2.5 5.5-6.0 21
20:00 2.0-2.5 4.0-5.5 15
20:30 2.5-3.0 4.5-5.5 13
21:00 3.0 4.5-6.5 15
21:30 3.5-4.0 4.5-7.0 12
22:00 3.5-4.0 5.0-7.5 15
22:30 3.5-4.0 5.0-6.5 12
23:00 3.5-4.0 4.5-6.5 10
23:30 3.5-4.0 6.0-8.0 19
24:00 3.5-4.0 5.5-7.0 16

Данные фиксировались для SSB полосы приёма 2.4 кГц шириной.

Воспринимать цифры прямо с таблицы не особо комфортно, тут нам сильно поможет наглядный график. Нижняя часть которого проградуирована в баллах S-метра, и содержит кривые эфирных шумов (чёрная линия), а так же кривую сигнала на фоне этих шумов и помех (красная):

SNR Волынки с дипольной антенной по времени суток.

Верхняя часть графика (синего цвета) посчитана уже в dB, и является разностью исходных кривых. Это не что иное, как соотношение сигнал/шум, или SNR. Наиболее важная для нас зависимость.

Все кривые прорисованы полиномом одинакового порядка, который хорошо сглаживает отчаянно федингующие стада экспериментальных точек.

Работа «Волынки» на 70 км и больше.

WEB SDR, задействованный для приёма «Волынки» с расстояния 70 км, весьма хорош, и слышит два Ватта в дигимоде THORµ круглосуточно, не менее чем на 10 dB выше уровня шумов эфира. Что по меньшей мере на порядок мощнее, чем необходимо и достаточно для уверенной работы данной модой на такое расстояние. А может, и на два порядка.

Действительно, снижение мощности до 200 mW показало надёжность и такой связи. Что вполне ожидаемо, так как разница в уровне приёма на этих двух мощностях 10 dB, а если отнять от правого столбца таблички 10 dB, результирующее значение останется или выше уровня шума, или местами уйдёт под шумы, однако уровень сигнала останется достаточным для уверенного детектирования.

Дальше мы сделаем ряд вполне логичных допущений.

  1. При постановке задачи оговаривалась дистанция в 100 условных км.
    В данном эксперименте задействовано расстояние только 70 км.
    Разница невелика, но на 100 км связь может быть похуже, это ясно.

  2. Чувствительность «Волынки» на приёме не столь хороша, как у SDR.
    Поэтому «избыточная» мощность лишней никак не окажется.

  3. При работе в полевых условиях всегда возможны огрехи в вывешивании антенны, несовпадение модели земли, под которую спроектирована антенна, реальной земле лесов-полей, и т.п.

    Некоторая часть мощности тут имеет право потеряться.

  4. Подсевшие аккумуляторы в полевых условиях тоже не редкость.
    Это неотъемлемо присущее им свойство, демонстрируемое постоянно.

Учитывая все эти оговорки, и ещё раз посмотрев на экспериментальный график, можно смело утверждать: на 100-км дистанции связь «цифрой» двумя ваттами, поданными на низко висящий End Fed несимметричный диполь 14:26, на 80-метровом диапазоне силами самодельной «Волынки» возможна круглосуточно.

Для гарантии справедливости красных букв проводилась контрольная связь с радиолюбителем на дистанции 200 км. «Волынка» 5 Ватт радиолюбителя прекрасно принимала, даже находясь в индустриальном районе (тут шумно). Радиолюбитель тоже уверенно читал передачу «Волынки».

Так что ничто не мешает двум таким зелёным железным кирпичам держать круглосуточную связь на оговоренные вводной 100 км через зенитное излучение и спроектированную сегодня антенну. Оная вполне хороша.

Вывод по данной антенне.

Корректно обозвать рассматриваемую сегодня антенну для протокола можно так: «Несимметричная End Fed дипольная антенна на частоту 3.58 МГц».

Что о ней можно сказать по итогам испытаний:

  1. Антенна имеет 50-омное входное сопротивление.
    Что позволяет подключить её к передатчику непосредственно.
    Никакое согласующее устройство не потребуется. Это важно.

  2. Хотя данная антенна по классификации относится к разрезным диполям, физически она неразрывна по всей длине. В простонародье «верёвка».

  3. Антенна запитывается с конца.
    Причём удобным способом, стандартным коаксиалом.

  4. В случае необходимости питающий кабель может быть удлинён.
    Но потребуется запорный дроссель.
    Внедрение его в систему не составляет труда.

Уместно сравнить данную антенну с классической End Fed:

  1. Тут мы проигрываем в весе. Хотя общая длина антенны та же самая, здесь коаксиального кабеля на 10 метров больше. Он тяжелее витой пары.

  2. Данная антенна по исполнению проще классической End Fed.

    Трансформатор импеданса в «классике» строится лишь на качественном феррите, который нужно изыскать, а потом ещё и подобрать для него правильное число витков обмоток. Для чего потребуются приборы.

    Кстати говоря, оформление трансформатора в коробку вполне способно обнулить всю выгоду в весе «классической» End Fed антенны против бестрансформаторной.

  3. Хотя оба варианта End Fed антенны резонансные, у «классической» резонанс выражен острее, и попасть в него сложнее.

На взгляд местного автора, собранная им сегодня антенна проста, понятна, и удобна в обращении. Сложные в изготовлении или в расчёте узлы начисто отсутствуют. Да и вся задействованная наука весьма примитивна.

Антенна точно способна обеспечить круглосуточную связь низкободовыми дигимодами и телеграфом на условные 100 км мощностью 2 Ватта.

Другие статьи категории «Радиосвязь»

КВ модем цифровых видов связи с японским уклоном В151П.

КВ модем цифровых видов связи с японским уклоном В151П. После портирования софта для работы цифровыми видами на мобильные платформы (смартфон), появилась возможность устанавливать радиосвязь на дистанции в сотню-другую км силами автономных устройств с мощностью всего-то около Ватта. Да, это реально: узкий спектр излучения приводит к высокой спектральной плотности сигнала. А поскольку транслируется не речь, а звуки волынки, сигнал излучается на номинальной мощности передатчика с высоким КПД.

Неплохой клиент цифровых видов связи для смартфона.

Неплохой клиент цифровых видов связи для смартфона. Только для пациентов 151 палаты, остальным будет неинтересно. Впервые на арене AndFlmsg по-русски. Как-то мы тут проектировали и собирали одноваттный SSB радиоканал на КВ. Как одно из применений, а точнее, метод повышения надёжности и дальнобойности этого радиоканала, образовалась тема использования цифровых видов связи.

Самодельная End Fed антенна на 80 метровый диапазон.

Самодельная End Fed антенна на 80 метровый диапазон. В одной из прошлых публикаций мы овладевали искусством построения максимально простой SSB радиостанции, но при этом ещё не тяготеющей к профанации. Теперь пришла пора укомплектовать её подходящей антенной. Обзор нескольких типов наиболее подходящих антенн в той публикации тоже содержится. После анализа всех вариантов приходится признать, что не самой лучшей, но наиболее практичной будет «End Fed антенна», что на местный диалект переводится как «запитанная с краю».
29 июня 2020, 17:18

№ 1Диапазоны

Не хватает расчёта для 40 и 20 метров. А также примерного веса полученной конструкции, для сравнения при выборе между этим вариантом и тюнером. Если бы удалось использовать один и тот-же фидер для нескольких диапазонов то антенна будет относительно удобна для работы из поля.

Это делалось под конкретную железяку, у которой 40 и 20 метров нет, и они даром ей не нужны, ибо бесполезны в контексте решаемой задачи.

В таких случаях тюнер не нужен по определению.

У радиолюбителей другая мулька, им приходится считать длину плеч под примерно одинаковое активное сопротивление на разных диапазонах, а потом мастерить балун для согласование импедансов. Без тюнера обойтись тоже можно, но КСВ будет около двойки.

Такие вещи известны, нет смысла изобретать их по новой.

Uka
30 июня 2020, 17:31

№ 2Вес несимметричного диполя.

Я делал из одного провода витой пары полёвки (провод такой для уличного использования) и коаксиального кабеля 4 мм диаметром по наружке.

Вес получается 388 грамм.
Но если делать из витой пары, будет ещё легче. Фото прилагаю.

У End Feed, сделанной из тех же материалов, чуть меньший вес.
Но всё зависит от оформления балуна:

По-уму залив балун герметиком, догоним его вес до 180 г, и оба варианта антенны станут весить соизмеримо.

Стоит помнить, что в полёвке набор жил, часть из которых медные, а часть стальные. Совокупно они не эквивалентны медной проволоке диаметром 0.7 мм2, то есть витой паре.
Всё считалось именно для витой пары.
Для полёвки придётся делать поправку.

Знак и размерность поправки аналитически не изыскивается.
Придётся поиграться длиной антенного полотна.

nextman
Все заметки категории «Радиосвязь»