Опыты UA6AGW с магнитными рамочными антеннами (часть первая)

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: КВ антенны

Опубликовано: 02.04.2017 17:13

Просмотров: 4007

А. Грачёв \UA6AGW\ 73!, г. Краснодар
V-1.1
Коаксиальный кабель (точное название которого «кабель коаксиальный 1' гибкий LCFS 114-50 JA, RFS (15239211)») 6-ти метровый отрезок которого попал в мои руки в прошлом году имеет очень небольшой вес, вместо внешней оплётки сплошную гофрированную трубу из безкислородной меди диаметром около 25 мм, в роли центрального проводника медная трубка диаметром около 9 мм (см. фото) подвиг меня взяться за постройку рамочной антенны. О том, что из этого вышло я и хочу рассказать.

Первая антенна была построена по схеме предложенной DF9IV , при диаметре около 2-х метров и такой же длине петли питания выполненной из коаксиального кабеля, очень хорошо работала на прием, но откровенно плохо работала на передачу, КСВ достигал величины 5-6 единиц. Рабочая полоса составляла (по приему - на уровне 6 дБ) порядка 10 кГц. При этом она отлично (на прием) подавляла электрические помехи, при определенной ориентации в пространстве подавление мешающей станции легко достигало 20 и более дБ.
После некоторых размышлений я пришел к выводу, что причиной высокого КСВ является использование в виде возбуждающего элемента внутреннего проводника с его относительно небольшим диаметром. Было принято решение внутренний проводник не использовать вовсе, оставив его в виде не замкнутого витка.
Настроечный конденсатор был припаян к внешнему экрану. Приемные характеристики изменились незначительно, менее выраженным стал минимум в диаграмме, стало заметно влияние окружающих предметов. Но на передачу мало что изменилось. Далее после прочтения очередной раз статьи Григорова, было решено снять внешнюю оплетку с кабеля рамки, а медь покрыть в два слоя лаком «ХВ» (более подходящего не нашлось, впрочем, он неплохо защищает медь от окисления). И тут, наконец, появились первые положительные результаты. КСВ на передачу получился порядка 1,5, было проведено около двух десятков местных связей. Антенна находилась на высоте 1,5 метра, при этом могла вращаться в вертикальной плоскости.
Для сравнения использовался диполь общей длинной 42,5 м, выполненный из полевого провода с симметричной линией питания выполненной из телефонной «лапши» длиной около 20 м. (этакая антенна «нищего радиолюбителя»), расположенный на крыше 5-ти этажного дома на высоте около 3-х метров, работающий на 40 и 80 метрах, запитанный через симметричное согласующее устройство - КСВ на обоих диапазонах = 1,0. К сожалению антенны, находятся в разных QTH и у меня не было возможности произвести прямое сравнение. Но опыт эксплуатации диполя в течение года позволял судить об эффективности рамки по сравнению с диполем в первом приближении.
Теперь о собственно результатах:
1.  КСВ около 1,5
2.  Все корреспонденты отмечали снижение (от 1 до 2-х балов) уровня моего сигнала, по сравнению с тем с которым они меня обычно слышат на диполь.
3.  Начавшиеся к этому времени дожди (как говориться «через день-каждый день»), сделали невозможными дальнейшие испытания антенны.
V2.1
Причиной невозможности дальнейших испытаний стали постоянные пробои настроечного конденсатора из-за возросшей влажности воздуха. Я испробовал, пожалуй, все доступные мне варианты, применял подключение только статорных пластин, применял конденсаторы из коаксиального кабеля, высоковольтные конденсаторы - все это заканчивалось одним - пробоем. Не попробовал я только вакуумные конденсаторы, остановила их стоимость.
И вот здесь пришла идея использовать ёмкость по отношению к внешнему экрану незадействованного внутреннего проводника. Попытка рассчитать необходимую длину кабеля по известной погонной ёмкости кабеля, не привела к достоверным результатам, поэтому было решено использовать метод постепенного приближения. Жаль, очень жаль было резать такой замечательный кабель но «охота - пуще неволи».
Вот, что из этого получилось, схема соединений на рисунке
 
Для питания использовалась петля, выполненная из коаксиального кабеля длинной 2 м по схеме DF9IV, сам питающий кабель был длиной 15 м, волновое сопротивление 50 Ом. Интересные результаты получились с последовательно включенными собственной емкостью кабеля и ёмкостью настроечного конденсатора. Можно было предполагать, что общая ёмкость получится в соответствии с формулой последовательно включенных конденсаторов но настроечный конденсатор является как бы продолжением собственной ёмкости кабеля. В роли подстроечного конденсатора использовал конденсатор от УКВ аппаратуры типа «бабочка».
Пробои полностью прекратились, антенна сохранила все основные характеристики классической магнитной рамочной антенны, но антенна стала однодиапозонной.
Основные результаты следующие:
1.  КСВ порядка 1,5 (зависит от длинны и формы питающей петли)
2.  Магнитная антенна заметно проигрывает диполю (описан выше) при сопоставимой высоте подвеса.
Все выше перечисленные опыты проводились в диапазоне 80 метров.
V3.1
Заняться дальнейшими опытами с магнитными антеннами меня подтолкнули статья К. Ротхамеля во втором томе его книги посвященная магнитным рамкам и статья Владимира Тимофеевича Полякова о рамочно-лучевой или настоящей ЕН антенне, а для понимания процессов происходящих в антеннах и вокруг них оказалась очень полезной статья о ближнем поле антенн.
После прочтения статьи о рамочно-лучевой антенне у меня родилось несколько многообещающих проектов, но в настоящее время испытан только один, о нём и пойдёт речь.
Схема антенны изображена на рисунке:
 
Так это выглядит на фото:
 
Все ниже перечисленные опыты проводились в диапазоне 40 м.
Первые опыты с этой антенной производились на высоте 1,5 метров от земли, испробованы различные способы подключения «дипольной» (ёмкостной) части антенны к собственно рамке, изображенный на рисунке мне показался оптимальным.
Здесь предпринята попытка магнитную рамку, излучающую в основном магнитную составляющую дооснастить элементами, излучающими в основном электрическую составляющую.
Можно на эту же антенну посмотреть иначе: катушка, включенная в середину диполя как бы удлиняет его до необходимых размеров и вместе с тем лучи включенные параллельно настроечному конденсатору обладают собственной емкостью (при указанных размерах порядка 30-40 пф) и входят в общую ёмкость настроечного конденсатора.
Контур образованный внутренним проводником и конденсатором, кроме того, что повышает уровень сигнала на приеме приблизительно вдвое , по видимому сдвигает фазу собственно рамки и обеспечивает необходимое фазовое согласование (попытка отключить его приводит к увеличению КСВ до 10 и более)
Возможно, мои теоретические рассуждения не совсем верны, но как показали дальнейшие опыты антенна в данной конфигурации работает. Ещё при самых первых опытах был замечен интересный эффект - если при неподвижной диполь-ной части повернуть рамку на 90 градусов уровень сигнала по приему падает приблизительно на 10-15 дБ, а на 180 градусов прием падает едва ли не до нуля. Хотя логично было бы предположить, что при повороте на 90 градусов диаграммы направленности «дипольной» части и рамки совпадут, но видимо не всё так просто.
Был изготовлен промежуточный вариант антенны способный поворачиваться вокруг своей оси с целью выяснить диаграмму направленности, она оказалась такой же, как и у классической рамки.
Питание антенны осуществлялось той же петлей связи, что и в первых опытах.
В настоящее время антенна поднята на высоту 3-х метров, лучи идут параллельно земле.
Теперь о результатах:
1.  КСВ равен  1.0 на частоте 7050 кГц,  на 7000кГц - 1.5, на 7100кГц -1,1.
2. Антенна не требует перестройки по диапазону. С помощью конденсаторов входящих в состав
П-контура имеется возможность некоторой подстройки антенны в случае необходимости.
3. Антенна весьма компактна.
На расстоянии до 1000 км рамка и диполь имеют приблизительно одинаковую эффективность, а на расстоянии более 1000 км рамка работает заметно лучше волнового диполя при одинаковой высоте подвеса, при этом рамка вчетверо меньше диполя . Диаграмма направленности близка к круговой, минимумы мало заметны. Проведено около ста связей с 1;2;3;4;5;6;7;9 районами бывшего СССР.
Отмечен интересный эффект - оценка силы сигнала в большинстве случаев оставалась приблизительно одинаковой и при расстоянии до корреспондента 300 км и 3000 км, на диполе такого не наблюдалось. Интересна реакция операторов, когда я сообщал, на чем работаю - изумление, что на этом можно работать.
Все вышеперечисленные опыты проводились на самодельном SDR трансивере с выходной мощность 100Вт.
PA №1, 2011