Введение
В настоящее время активность Солнца в рамках 11-летнего цикла постепенно снижается, что, как всегда, заставляет коротковолновиков переходить в повседневной работе на более низкочастотные радиолюбительские диапазоны – 1,8 – 3,5 – 7 мгц.
Серьезная работа с DX, а зачастую и проведение связей в пределах одного континента на этих диапазонах, в особенности на 1,8 мгц и 3,5 мгц, в условиях большого города является сложной технической проблемой, прежде всего, из-за высокого уровня шума и помех приему. Кому не знакома ситуация, когда любая общеупотребительная передающая антенна типа диполя, Inverted V, GP выдает по S-метру уровень шума 59+10! Это и моя ситуация в Москве…
А ведь афоризм: «Проведешь QSO только с тем корреспондентом, которого услышишь» (или примерно так) никто не отменял…
Вывод один. Необходимы специальные приемные антенны, обеспечивающие повышенное соотношение сигнал / шум, т.е. обладающие достаточно высокой пространственной селективностью.
И никакие заклинания по поводу «малошумности» различных «изотронов», EH-антенн, гвоздей и прочих крошечных и не очень, изотропных или около того, излучателей здесь не помогут: малые размеры – малая эдс сигнала и шума со всех направлений. Антенный усилитель увеличивает и сигнал, и шум со всех направлений.
Широко известная апериодическая приемная антенна Бевереджа – один из лучших выходов из положения. Достаточно большая эдс, наводимая в антенне, позволяет обходиться без антенного усилителя. Диаграмма – прижатый к земле вытянутый лепесток в направлении полезного сигнала с вполне респектабельным подавлением с тыла и боков. Эта антенна давно и широко используется Top Band DX-ers. Только вот устанавливать ее необходимо у земли. И с размерами участка под антенное поле у коротковолновиков должно быть все в порядке: провесил метров по 350 провода в нескольких направлениях, и все прекрасно. А куда же деваться горожанам?
Детальное изучение литературы, многочисленных радиолюбительских и коммерческих Интернет-сайтов по антеннам, а также обсуждение данных вопросов с коллегами по радиоспорту, позволили сделать вывод, что городские радиолюбители в основном применяют для работы на низкочастотных диапазонах два типа малогабаритных антенн:
- Резонансные магнитные рамки – с электрическим экраном и без такового. Антенна реагирует преимущественно на магнитную составляющую электромагнитного поля. Вертикально расположенная рамка имеет диаграмму в виде 8-ки с максимумом в плоскости рамки и четко выраженными минимумами, что в ряде случаев помогает отстроиться от помех, приходящих с конкретного направления. Недостатком этих антенн (как правда и преимуществом, ведь в резонансные антенны в целом более эффективны, чем нерезонансные) является чрезвычайная узкополосность, заставляющая прибегать ко всяким ухищрениям вроде дистанционно перестраиваемых конденсаторов и пр.
Горизонтальная рамка с противофазным питанием плеч, предложенная радиолюбителем K6STI, имеет почти круговую диаграмму в горизонтальной плоскости и прижатый лепесток в вертикальной. По идее автора, преимущество данной антенны состоит в невосприимчивости к сигналам с вертикальной поляризацией. При этом считается, что помехи на низкочастотных диапазонах имеют преимущественно вертикальную поляризацию, и, за счет этого, получается выигрыш в соотношении сигнал – шум… Опыт установки такой рамки на крыше моим коллегой и другом Виктором RK3BX показал, что выигрыша такая рамка не дает. Видимо, все зависит от высоты установки над землей и электромагнитной обстановки в конкретном месте приема.
- Различные апериодические рамки – антенны бегущей волны с соизмеримыми размерами вертикальных и горизонтальных сторон, нагруженные на резистор. Такие антенны стали активно обсуждаться в радиолюбительских публикациях сравнительно недавно – в 90-х годах. Среди них – вертикальные заземленные рамки EWE, и последний появившийся класс антенн – «флаги», «алмазы (ромбы)» и «вымпелы». Эти антенны были предложены коротковолновиком K6SE и быстро завоевали популярность.
Остановимся подробно на "флагах" и "вымпелах".
Антенны типа "флаг" имеют вид вертикально расположенной прямоугольной рамки с примерным соотношением сторон 1:2, причем длинные стороны рамки расположены горизонтально. В середине одного из вертикальных участков включен трансформатор на ферритовом кольце, согласующий высокое входное сопротивление антенны (800 - 1000 ом) с сопротивлением коаксиального кабеля, идущего к приемнику. В середине другого вертикального участка рамки включен безиндукционный резистор 800 - 1000 ом (точный номинал уточняется при расчете).
Антенны типа "вымпел" имеют вид треугольника с острым углом. Трансформатор включен в середину единственного вертикального участка рамки, а резистор нагрузки - в острый угол. Таким образом, мачта со стороны резистора нагрузки может быть наполовину меньше мачты со стороны питания. Обе антенны имеют максимум диаграммы в плоскости рамки, в сторону питания.
Даже беглый взгляд в MMANA на работу таких антенн выявляет их огромные преимущества для использования в качестве элементов в более сложных направленных приемных антеннах – фазированных антенных решетках (ФАР):
1) Малые габариты (типичная рамка на диапазон 1,8 мгц имеет размеры 8 х 4м, хотя можно изготовить и большие, и меньшие рамки). Простота изготовления;
2) Относительная независимость от высоты подвеса (рамка сохраняет диаграмму в горизонтальной плоскости от незначительных высот подвеса над землей до высоты крыши городского здания. Меняется, по понятным причинам, только диаграмма в вертикальной плоскости.). Следует избегать лишь высот подвеса вблизи половины длины волны;
3) Не требуется заземление;
4) Наводимая средней рамкой эдс, по сравнению с изотропным излучателем составляет минус 30 - 35 dbi, что вполне вытягивается антенным усилителем до разумных пределов;
5) Одиночная рамка не только широкополосна, но и сохраняет диаграмму и электрические параметры на смежных диапазонах (с изменением сравнительной эдс);
6) Одиночная рамка имеет диаграмму в горизонтальной плоскости в виде широкой кардиоиды с глубоким минимумом с тыла и с соотношением вперед - назад 10 - 25 db. Такая "предварительная" направленность позволяет рассчитывать на получение очень хороших диаграмм у фазированных антенных решеток (ФАР), что и подтвердилось.
7) Антенны легко рассчитываются, подгоняются в MMANA. В частности, можно выбрать элементы с любыми (в разумных пределах) размерами и соотношением сторон, а существующая реактивность легко выводится в 0 подбором сопротивления нагрузочного резистора;
8) Флаги и вымпелы абсолютно некритичны в конструктивных параметрах, и настройка антенн после установки не требуется.
Флаги и вымпелы имеют и недостатки. К ним относится невысокая по сравнению с резонансными антеннами наводимая эдс и определенные ограничения в установке над крышей дома, о чем будет подробно сказано ниже.
Рассмотрим работу одиночного элемента - "флага", рассчитанного на диапазон 160м.
Размеры взяты из публикации на сайте www.hardcore-dx.com - и составляют 8 х 4, м. Ниже приведены диаграммы направленности такой рамки при высоте 3 м (вблизи земли), 25 м (высота средней 9-этажки) и 40 м.
MMANA файл: 160 m 1 FLAG
Такая рамка имеет усиление около минус 35 дб по отношению к диполю (Gain - в терминах MMANA), отношение вперед – назад – в среднем около 10 - 15 дб. Глубина подавления с тыла кардиоиды и наличие «хвостика» - заднего лепестка зависят от высоты подвеса.
Как видно из диаграмм, эту антенну не зря называют земленезависимой.
Нетрудно заметить, что в диаграмме присутствует значительная составляющая горизонтальной поляризации. В принципе, ничего плохого в этом не было бы, если бы «восьмерки» не выступали за диаграмму вертикальной поляризации, ухудшая тем самым отношение вперед – назад.
В дальнейшем, при фазировании элементов в виде флагов и вымпелов эта составляющая эффективно подавляется.
Как уже упоминалось выше, реактивность рамки легко выводится в 0 изменением номинала нагрузочного резистора.
Та же самая рамка может быть использована для диапазона 3,5 мгц с появлением незначительной реактивности и повышением усиления примерно на 10 дб.
При этом на высотах около 30 метров диаграмма становится даже более, чем на диапазоне 1,8 мгц, пологой (по углу возвышения максимума диаграммы направленности в вертикальной плоскости), поскольку оказывается на большей, по отношению к длине волны, высоте. На диапазоне 40 м рамка тоже может быть использована, однако высота ее должна быть не более 15 м или более 40 м.
Вообще, для рамки, рассчитанной на любой диапазон, действует правило: диаграмма и в горизонтальной, и в вертикальной плоскости сильно искажается, если высота подвеса рамки на любой диапазон оказывается вблизи значения ½ длины волны. Что и понятно: геометрический набег по вертикали близок к 180 град.
Усиление этой рамки на диапазоне 7 мгц составляет уже минус 16 - 17 дб.
Теперь выполним рамку непосредственно на диапазон 7 мгц.
MMANA файл: 40 m 1 FLAG
Чтобы показать, насколько некритично соотношение и размеры сторон рамки, выберем ее горизонтальную сторону 3 м и вертикальную – 2 м, что сильно отличается от размеров, масштабированных с размеров предыдущей рамки. Усиление – минус 27 дб.
Посмотрим также, можно ли применить данную рамку на диапазоне 3,5 мгц.
В принципе – можно, только ее усиление падает на 18 дб и составляет уже минус 38 дб, что многовато для дальнейшего использования рамки на этом диапазоне - с антенным усилителем.
В дальнейшем, для антенн на 7 мгц использовались флаги со сторонами 3х1,5 м, поскольку для их установки требуются менее высокие деревянные шесты.
Таким образом, в зависимости от возможностей, которыми располагает радиолюбитель, можно конструировать рамки для любых диапазонов и высот подвеса.
