Изогнутый вертикальный диполь – эффективная антенна для дальних трасс

Хорошо известно, что для работы на дальних трассах преимущество перед горизонтальными диполями имеют вертикальные антенны, у которых диаграмма направленности в горизонтальной плоскости круговая, а главный лепесток диаграммы направленности в вертикальной плоскости прижат к горизонту, с низким уровнем излучения в зенит.

Однако строительство вертикалов сопряжено с решением ряда конструктивных проблем, основными из которых являются следующие.

1. Использование алюминиевых труб в качестве вибратора связано с большими затратами.
2. Для эффективной работы вертикала в его основании необходимо размещать систему радиалов, состоящую из большого числа (несколько десятков) проводников длиной в четверть волны, что также дорого и часто невыполнимо по конструктивным соображениям.
3. При использовании в качестве вибратора не трубы, а провода, мачта, его поддерживающая, должна быть выполнена из диэлектрика.
4. Все оттяжки, поддерживающие диэлектрическую мачту, также должны быть либо диэлектрическими, либо разбиты на нерезонансные участки изоляторами.
5. Входное сопротивление вертикалов обычно ниже 50 Ом, что требует дополнительных мер для его согласования с кабелем.

С другой стороны, горизонтальные дипольные антенны, к которым можно отнести и антенны типа Inverted V, конструктивно очень просты и дешевы, чем и объясняется их популярность:

1. Вибраторы можно выполнить из любого провода.
2. Мачты могут быть выполнены из любого материала.
3. Входное сопротивление горизонтальных диполей или Inverted V близко к 50 Ом и нередко можно обойтись без дополнительного согласования.

К недостаткам горизонтальных диполей можно отнести их некруговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и большой угол излучения в вертикальной плоскости, приемлемый, в основном, для работы на коротких трассах.

Желание сохранить преимущества и уменьшить недостатки этих двух типов антенн и привело нас к описанному ниже решению.

Берем обычный проволочный диполь и поворачиваем его на 90 градусов. Получаем вертикальный полноразмерный диполь. Для уменьшения его длины используем известное решение «диполь с отогнутыми концами» (см., например описание антенны в файлах библиотеки И. Гончаренко DL2KQ к программе MMANA-GAL Ant\Short\Curved\Curved dipole.maa). Отгибая часть длины вибратора, мы несколько теряем в усилении антенны, но значительно выигрываем в необходимой высоте мачты. Отогнутые концы вибраторов должны быть расположены друг над другом, при этом компенсируется излучение колебаний с горизонтальной поляризацией, вредного в нашем случае. Полученный вариант назовем Curved Vertical Dipole (CVD).

Моделирование показывает, что такой изогнутый вертикальный диполь легко согласуется с 50-омным кабелем и имеет малый угол излучения при круговой диаграмме в горизонтальной плоскости.

Сравним расчетные параметры антенн Inverted V и CVD диапазона 14 МГц. Результаты сведены в таблицу 1.

Начальные условия: мы располагаем диэлектрической мачтой высотой 6 м (стеклопластик или сухое дерево), концы вибраторов оттянуты диэлектрическим кордом (леска или капроновый шнур) под небольшим углом к горизонтали. Вибратор выполнен из медного провода диаметром 1-2 мм, голого или в изоляции (хорошо подходит полевой телефонный провод). В точках излома провод вибратора прикреплен к мачте.

Таблица 1

Под высотой в таблице имеется в виду высота точки питания антенны.

Легко видеть, что из-за укорочения излучающей части диполя антенна CVD имеет на 5 дБ меньшее усиление, однако при угле излучения 24 градуса (максимум усиления CVD) разница оказывается всего 1,6 дБ. Кроме того, антенна Inverted V (IV) имеет неравномерность диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, достигающую 0.7 дБ, т.е. в некоторых направлениях она выигрывает у CVD по усилению всего 1 дБ.

Поскольку расчетные параметры обеих антенн оказались близкими, окончательный вывод могла помочь сделать только практическая работа в эфире.

Экспериментальная проверка CVD

Размеры CVD, которые удается разместить на мачте высотой 6 м, сведены в таблицу 2. Размеры верхнего и нижнего плеч диполя одинаковы.

Были изготовлены антенны CVD на диапазоны 28, 18 и 14 МГц. Все они имели одинаковую конструкцию (рис.1) и были выполнены из полевого телефонного провода, изоляторы – из оргстекла. При работе они поднимались на стеклопластиковую мачту высотой 6 м, при этом верхняя точка антенны была на высоте 6 м над землей. Отогнутые части вибраторов оттягивались капроновым шнуром под углом 20-30 градусов к горизонту, т.к. мы не располагали высокими предметами для крепления оттяжек. Мы убедились (это подтвердило и моделирование), что отклонение отогнутых участков вибраторов от горизонтального положения на 20-30 градусов практически не сказывается на характеристиках CVD.

Питающий кабель шел под углом около 45 градусов к вибратору и имел около точки питания антенны дроссель в виде ферритовой трубки для подавления синфазного тока и ВЧ разъем. Если кабель идет наклонно, его желательно разбить ферритовыми дросселями на участки длиной 2-3 м вблизи от полотна антенны.

Использовался один и тот же кабель питания для всех вариантов CVD. Конструктивная простота позволяла менять одну антенну на другую в течение 5 минут даже в темноте.

Таблица 2

Резонансная частота антенн проверялась антенным анализатором типа MFJ-269, подстройка производилась регулировкой длины нижнего отогнутого участка вибратора, легко достижимого с земли.

Поскольку антенны изготавливались из «полевки», ее изоляция примерно на 1% увеличивала электрическую длину. Поэтому антенны, изготовленные по размерам, приведенным в таблице 2, нуждались в некотором укорочении. Сложив часть длины нижнего отогнутого провода вдвое, можно осуществлять тонкую подстройку резонансной частоты, передвигая конец загнутого участка вдоль провода, образуя своеобразный подстроечный шлейф (см. фото CVD).

Все антенны имели четко выраженный резонанс при КСВ менее 1,5.

Для сравнительных испытаний использовалась антенна Inverted V (IV) диапазона 14 МГц, установленная на металлической мачте высотой 6 м, концы вибраторов были на высоте 2,5 м над землей.

Для получения объективных оценок уровня сигнала в условиях QSB антенны многократно переключались с одной на другую с временем переключения не более одной секунды.

Было проведено 46 SSB связей при мощности 100 Вт на трассах от 80 до 4600 км в диапазонах: 14 МГц - 14 связей, 18 МГц – 24 связи, 28 МГц – 8 связей.

Результаты сравнительных испытаний в диапазоне 14 МГц сведены в табл.3.

Таблица 3

Как видим, почти все корреспонденты отдавали предпочтение CVD. Испытания проводились в период относительно плохих условий прохождения радиоволн на ВЧ диапазонах, чем объясняется отсутствие более дальних связей.

В период отсутствия ионосферного прохождения в диапазоне 28 МГц мы провели из нашего QTH (RDA: MO-64, KO86IC) несколько связей поверхностной волной c московскими коротковолновиками на расстояние около 80 км (на горизонтальный диполь, даже поднятый несколько выше, никого услышать было невозможно).

Таблица 4

Рис.2. Детальный фото-план антенны CVD в полевых условиях

Заключение

По нашему мнению CVD – наиболее простая из антенн, пригодных для дальних связей. Она удобна для быстрого возведения в полевых условиях: на даче, в походе. Она изготавливается из дешевых материалов и не требует много места для ее размещения. При использовании в качестве оттяжек капроновой лески она вполне может маскироваться под флагшток (кабель, разбитый на участки по 1,5-3 м ферритовыми дросселями, при этом может идти вдоль или внутри мачты и быть малозаметным), что особенно ценно при недоброжелательных соседях по даче. Для самостоятельного изучения свойств описанных антенн прилагаем файлы MMANA:

Curved Vertical Dipole 14 Mhz

Curved Vertical Dipole 18 Mhz

Curved Vertical Dipole 28 Mhz

Inverted V 14 Mhz

Мы будем благодарны всем, кто попробует этот тип антенны и пришлет нам свои результаты.

RU3ARJ Владислав, e-mail: ru3arj@mail.ru
RW3ACQ Сергей, e-mail: rw3acq@mail.ru