Антенна "ВЕРЁВКА" Опции

[buratino]

Возникла необходимость 80-100 ватный передатчик снабдить простенькой антенной. Перелопачивая материалы по антеннам типа "наклонный луч" ни где не встретил графиков или описаний зависимости её входного сопротивления при питании непосредственно "в начало" антенного провода.То есть в узел тока. Всюду только приблизительные "500-2000 Ом " или "1000-5000Ом". Для проектирования оптимального Пи контура выходного каскада, такой точности явно не достаточно.
Вот решил сам "намерять" и то что у меня получилось.

Ну что такое "ВЕРЁВКА"? Если мои рассуждения будут полезны кому ни будь, то добре.
Как правило, это довольно низко (высота меньше, чем четверть длины волны) расположенная над Земной поверхностью проволока диаметром не более 2мм.Такая антенна начинается от «изолятора» прикрученного к стенке «радиостудии», а заканчивается на дереве, или «самопальной» мачте, высотой меторв 10…15.
Как правило, к антенному полотну мы еще относимся с уважением, а вот к «противовесу» отношение как к чему- то не столь обязательному. Ну, кое-как вместо него оборудуем электрическое заземление и то хорошо.
То есть заземление – противовес, у нас всегда обладает повышенным «волновым» сопротивлением. То есть оно «не резонансно» и обладает повышенным Омическим сопротивлением.
В таких обстоятельствах, наиболее эффекетивно будет «работать» антенное полотно с входным сопротивлением, хотя бы на порядок выше Омического сопротивления «заземления». Идеальным «заземлителем» является «заземление» с сопротивлением электрическому току 4Ом. Нам же доступно выполнить «заемление» с сопротивлением 10-15 Ом. Если делать антенное полотно длиной в «четверть волны», то его входное резонансное сопротивление будет около 30…40 Ом. Как видим на 30…40 Ом «полезного» сопротивления нагрузки, которые потом расходуются на излучение радиоволн, приходится 10-15 Ом сопротивления потерь. И КПД такой системы уже ниже возможно достижимого на 30-40%.
Если же делать антенное полотно длиной в «пол волны», или кратным «пол волны», то его резонансное сопротивление будет уже от 1000 до 5000 Ом и 10-15 Ом «связанные» с заземлением, не играют существенной роли.
И так, решено делать антенну в «пол волны».
Но тут сразу встает вопрос: как же такое высокое сопротивление согласовывать с передающим трактом.
Проблема в том, что в литературных данных для таких «верёвок» указывается пресловутое Rвх= от 1000 до 5000 Ом. Что существенно не однозначно для расчета согласующих устройств.
Следовательно, необходимо самим определить подручными средствами Rвх, реальное входное резонансное сопротивление «веревок». Имея в наличии замечательный антенный анализатор, цифровой прибор MFJ-259B, длинный кусок электрического провода диаметром 2мм в ПВХ изоляции и «свойство подобия», проводить такое исследование - одно удовольствие.
Но для начала необходимо «преобразовать» выходное сопротивление прибора, равное 50 Ом, в нужное нам от 1000 до 5000 Ом. Для этого идеально подходят «бинокли» набранные из «антипомеховых» ферритовых трубок. Из теории трансформации известно, что коэффициент трансформации сопротивлений пропорционален квадрату отношения количества витков вторичной обмотки к первичной.
Составим таблицу №1 соответствия количества витков и коэф. трансформации сопротвлений.
(IMG:http://chiefmaster.ru/forum/load/TabL1.PNG)
Из таблицы видно, что необходимые нам Rвых получатся при соотношении витков трансформатора от 4/1 до 10/1.
Делаем трансформатор на 50/1250 Ом на «бинокле» состоящем из двух «трубок». Первичная обмотка-1виток, вторичная 5витков.
Первичную обмотку подключаем к «выходу» MFJ-259B, вторичную нагружаем на переменный резистор. И «круткой» F на прибор MFJ-259B добиваемся КСВ равным единице, Rвх=50, а реактивной составляющей (по входу) равной нулю. Сразу видно , что согласование достигается при нагрузке в 1335 Ом, в полосе частот, от 3.0 МГц, до 8 МГц (Rвх=48Ом, Х=0, КСВ=1.0). На 1.7МГц, КСВ=1,1 и реактивная составляющая Х=4…5.То есть на «пионерский метр», двух «трубок» маловато.
И тем не менее Ктр=1375/48=28,6
Делаем такой же трансформатор, но на четырех трубках, и получаем Rвх=48Ом, Х=0, КСВ=1.0 уже и на 1.7МГц…8 МГц.
Осталось подключить «реальную» антенну.
Первым делом определимся с длиной полотна антенны. Я взял кусок провода длиной 25,6м из расчета, что это будет примерно четверть волны на «троешный» диапазон ( этому «1лямда/4» размеру соответствует 2,65МГц) .
Раскидываем по участку имеющуюся проволоку длиной 25,6м поверх голых деревьев (зима), и там где это возможно выше их. У меня получилась высота входа «антенны» -2м, высота конца «антенны» 4,5-5м. Так же кусок провода до «заземления» метра 3..4. И того от начала «заземления» до конца антенны примерно 28-29 метров.
По формуле для вычисления длины антенного полотна для антенн кратным «полволны» имеем
L=150(n-0.05)/F F-Мгц L-метры n-количество полуволн укладывющихся в длину антенного полотна.
Для полуволновой антенны L=150х0,95/F
Для одноволновой антенны L=150х1,95/F
Для полутораволновой антенны L=150х2,95/F и т.д.
То есть мы ожидаем резонансов и минимумов КСВ на частотах
F=150х0,95/29 = 4.9 МГц
F=150х1,95/29=10 МГц
F=150х2,95/29 =15,26 МГц
Подключаем вход антенны к одному из высокоомных выходов трансформатора, а заземление ко второму.
Полученные данные сведены в таблицу №2
(IMG:http://chiefmaster.ru/forum/load/tab2.PNG)
Как видно из таблицы ожидаемые резонансы и полученные экспериментально весьма близки, но все же идеального согласования сопротивлений не достигнуто. Должно быть не хуже Rвх=48Ом, Х=0, КСВ=1.0
То есть для антенного полотна равного одной и полутора длинам волн, входное сопротивление (при питании в «конец») несколько меньше 1375Ом, если недостающие 2 Ома (48-46) (предположительно) умножить на 28,6 и отнять от 1375, получим примерно 1300 Ом.
Вывод для антенного полотна равного одной и полутора длинам волн, входное сопротивление (при питании в «конец») равно 1300 Ом.
С полуволновым антенным проводом наоборот, входное сопротивление (при питании в «конец») предположительно намного больше 1375Ом.
Для того чтобы такой провод согласовать с имеющимся выходным сопротивлением трансформатора 1375Ом, «антенну» необходимо шунтировать «на землю» каким то дополнительным внешним резистором.
Сказано-сделано. Шунтирующий резистор был равен 2340 Ом (при условии показаний на приборе Rвх=48Ом, Х=0, КСВ=1.0). Из расчета 3600х2340/(3600+2340)= 1375Ом следует, что входное сопротивление (при питании в «конец») полуволнового антенного провода равно примерно 3600 Ом.
Но это предположение надо подтвердить реальным замером. Поэтому необходим трансформатор с Ктр=3600/50=72. Такой трансформатор должен иметь в первичке 1 виток, а во вторичке 8.5 витка (см таблицу трансформаций).
Для этого были сделаны трансформаторы с 8, 8.5, и 9 витками во вторичке. Результаты измерений резонансов и КСВ приведены в следующей таблице №3:
(IMG:http://chiefmaster.ru/forum/load/tab3.PNG)

Из таблицы видно, что входное сопротивление (при питании в «конец») через трансформатор сопротивлений 1/72 (50R/3600R, по виткам 1/8.5) однополуволнового антенного провода равно примерно 3600 Ом.
Теперь мы знаем, на какое эквивалентное сопротивление Rвх/Rвых рассчитывать согласующие устройства или Пконтур выходного каскада передатчика.
Так же можно заметить, что у такой антенны пучность тока находится в центре провода, и если первую треть провода вести вдоль земли, вторую треть направить вертикально вверх, а третью треть провода так же расположить параллельно земле, то это будет весьма и весьма эффективная антенна. Первая её треть ничего не излучит, вторая треть даст излучение вдоль поверхности земли, а третья треть, будет излучать преимущественно в зенит.
Ну а если, у нас все же есть классное заземление, так почему же не попробовать «поработать» на четвертьволновой «верёвке»?
Результаты измерений моей четвертьволновой «верёвки» таковы: при подключении к 50 Омному «выходу» MFJ-259B полотна антенны и заземления было
Fрез=2.563МГц ,
Rвх=51Ом,
Хреактивн=3..4,
КСВ(SWR)=1.05.
При отстройке от резонанса Fрез=2.563МГц на +/-100КГц, КСВ увеличивался до 2.
Заземление у меня оборудовано хорошо, хотя и не «радиотехническое». Когда я подключал MFJ-259B к сетевому трансформаторному блоку питания вместо батарейного, показания начинали сбиваться, то есть сетевые провода начинали так же работать «противовесом». Пришлось на питающие провода «повесить» три антипомеховые «трубки-защелки». Вернее намотать на каждой из них по четыре витка питающим проводом. Тогда всё стало стабильно.