Направленные антенны BMA6 и BMA5

\главная\р.л. конструкции\антенны\...

Направленные антенны BMA6 и BMA5

Антенна BMA6 является последней версией в ряду многодиапазонных направленных антенн BMA (Beam Multiband Antenna 6 диап.), разработанных и опубликованных автором ранее [1,2]. На диапазонах 10, 12, 15, 17, 20 м она имеет характеристиками 3-элементного Волнового Канала (ВК3), на 40 м использован ВК из двух укороченных элементов. Отличительные особенности – пятидиапазонный переключаемый директорный узел ДУ, шестидиапазонный блок активных элементов БАЭ (без использования трапов и реле) и проволочно-трубочный рефлекторный элемент диапазона 40 м. Антенна была полностью просчитана с помощью программы MMANA, и ее изготовленный образец (рис.1, все фото Б. Катаева – vy tnx) показал хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных, как по геометрическим размерам, так и по электрическим параметрам.

Сначала рассмотрим более ранний пятидиапазонный вариант ВМА5, а затем дополнения и изменения, связанные с добавлением диапазона 40 м. Скелетная схема антенны (вид сверху) с габаритными размерами приведена на рис.2. Элементы (директорный узел ДУ, 5 активных элементов А10...А20 и 4 рефлектора Р12...Р20) состоят из ряда пронумерованных секций (номер начинается с буквы w), координаты начала и конца каждой секции и её диаметра записаны в расчетном файле антенны (табл.2). Бум антенны параллелен оси Х, за начальную точку (х=0) принято положение А20. Нулевое значение на оси Z соответствует положению осей трубочных элементов Р20, Р15, А20, А15, расположенных над бумом, тогда как А10 и Д находятся под бумом и имеют отрицательное Z. Рефлектор Р17 выполнен из проволоки и размещен сверху над трубочным рефлектором Р20 (на рис.2 Р17 и поддерживающие его центральная стойка и боковые распорки для упрощения рисунка условно показаны лежащими в горизонтальной плоскости).

Директорный узел ДУ

Описание схемы и конструктива начнем с директорного узла ДУ. Его основой является директор Д20 диапазона 20 м, состоящий из двух половинок длиной по 4,72 м, механически соединенных в центре на расстоянии 60 мм диэлектрической муфтой М. Д20 крепится к изоляционной планке ИП размерами 270х95х10,5 мм и через нее к буму с помощью двух пар U-образных шпилек (рис.3а). Половинки Д20 через зажимы-токосъёмы арочной формы ЗТ и переходные дюралевые пластины Пл (рис.3б и 3в) соединяются с директорным коммутатором ДК. В составе ДК 4 вакуумных выключателя (реле) В1В-1В, катушки и конденсаторы (рис.4). Как было показано в [3], за счет включения в центре Д20 соответствующих реактивных элементов возможна эффективная работа в качестве директора также и в диапазонах 10, 12, 15 и 17 м. Электрическая схема ДК дана на рис.5а. При работе на диапазоне 20 м реле К1 замыкает обе половинки Д20, образуя «нормальный» директор этого диапазона. При включении реле К3 половинки Д20 соединяются через катушки (L10a + L10b), образуя директор 10 м (такое построение катушки L10 сохраняет симметрию схемы внутри ДК). При замыкании реле К4 образуется последовательная цепь из 4-х катушек (L10a+L12a+L12b+L10b) и директор перестраивается на диапазон 12 м. И, наконец, при замыкании реле К2 между половинками Д20 включается цепь из конденсаторов С17а+C17b и директор перестраивается на работу в 17 м.д. Когда все 4 реле выключены (разомкнуты), между половинками Д20 остается только постоянно включенный конденсатор С15 емкостью 3,3 пФ плюс внутренние (монтажные) емкости схемы ДК и директор оказывается настроенным на работу в 15 м.д. без использования ещё одного реле. Постоянное присутствие монтажных емкостей MMANA учитывает при расчете реактивных элементов для директоров других диапазонов. Полная схема ДК с учетом проходных емкостей реле Ск=0,8 пФ и длин соединительных проводников показана на рис.5б в виде, соответствующем структуре расчетного файла антенны (табл.2). Зажимы ЗТ и пластины Пл в файле антенны отдельно не прописаны, их длины входят в длину плеч директора, поэтому длина плеча в файле получается больше его геометрической длины. Схема состоит из ряда соединительных проводников w37…w51 и электрических нагрузок, условно показанных в виде крестиков в середине этих проводников. Величины нагрузок L и С, полученные в результате расчета, указаны в таблице нагрузок файла. Конструкция катушек – на рис.6, примененные конденсаторы типа К15-У. Схемы рис.5а и рис.5б по своей структуре идентичны, т.е. конденсаторам С17а, С17б соответствуют нагрузки в проводниках w43, w44 и т.д. Нагрузки в перемычках w42, w49, w50, w51 имитируют состояние контактов реле К1, К2, К3. К4. Замкнутым контактам соответствует нагрузка 100000 пФ, разомкнутым – проходная емкость реле 0,8 пФ. Нужное значение устанавливается при расчете в таблице нагрузок вручную (порядок установки – по кнопке «комментарии»).

Питание реле ДК производится через разъём Х1 (рис.7) и пятижильный сигнальный кабель с пульта в помещении радиостанции. В пульте размещен выпрямитель с напряжением 22 В и галетный переключатель на 5 положений. Корпус ДК состоит из О-образной (точнее прямоугольной) рамы внутренними размерами 160х96х63 мм, двух боковых крышек и верхней «крыши» 185х86х4, вес ДК в сборе 1,2 кг. Крепление коммутатора к Д20 – легкосъемное, чтобы его снять достаточно открутить 4 гайки и разъём кабеля.

Что выгоднее экономически – применение одного многодиапазонного директора (ДК + кабель управления + блок управления) или набора однодиапазонных директоров? По прикидке автора первый вариант получается менее затратным.

Блок активных элементов БАЭ

Некоторые предварительные соображения. Можно считать, что оптимально настроенный ВК3 имеет коэффициент усиления применительно к свободному пространству G≈5,5 дБд, подавление задних лепестков ДН (в секторе 180º±60º при элевации до 40º) не хуже F/B=20 дБ и входное сопротивление Ra=20…30 Ом. Такие параметры получаются при расстоянии между активным элементом и директором в пределах S_a_{д опт.}≈(0,14…0,18)λ. При больших значениях S_ад усиление антенны возрастает, но падает F/B, при меньших - наблюдается обратная картина. Расстояние до рефлектора менее критично и обычно находится в пределах S_ар=(0,15…0,2)λ.

Упрощенная электрическая схема БАЭ приведена на рис.2. В её составе:

- разрезные дипольные элементы А20, А17 и А12, соединенные параллельно в точках а-а,

- элемент А15, связанный с точками а-а с помощью короткой (ℓ≈0,5 м ) симметричной линии,

- отдельно расположенный элемент А10, связанный через поле с А15 и далее с точками а-а.

- симметрирующий коаксиальный дроссель ДС.

Отдельные активные элементы размещены таким образом, чтобы расстояния до общего директора на каждом диапазоне были близки к S_{ад опт.}. На рис.2 показано, что S_ад находятся в пределах от ~0,125λ для 20 м.д. (соответственно G=5,3 дБд и F/B≈25 дБ, см. табл.1) и до ~0,19λ для 10 м.д. (G=5,6 дБд и F/B≈19 дБ). За счет достаточно больших расстояний 0,3…0,5 м между А12…А20 их взаимные влияния невелики. Для повышения входного сопротивления на каждом из диапазонов до Ra≈50 Ом использован известный способ – длины отдельных диполей соответственно увеличены, а возникшая при этом индуктивная составляющая Хвх компенсируется конденсаторами С1, С2 по 470 пФ типа К15-У1 каждый. Значения эти компромиссные, но в сочетании с вариацией настроек пассивных элементов и расстояния S_ар удается получить на средних частотах диапазонов расчетные значения КСВ≤1,1.

Конструктивное исполнение узла А20, А12, А17 показано на рис.8 в двух проекциях. В центре, на вертикальной штанге (стальной квадратный профиль 20х20 мм) закреплен входной бокс, в котором размещены коаксиальный дроссель ДС и компенсирующие конденсаторы С1, С2. На нижней стенке бокса установлен входной разъём XS1 типа СР50-153Ф, на боковых стенках закреплены проходные латунные шпильки с резьбой М5 (рис.9). Соединение с А15 производится посредством линии, выполненной из параллельно расположенных с зазором 6 мм отрезков кабеля РК75-7, причем в качестве проводников использованы только оплетки (внешние жилы) кабелей (рис.10). Размеры отдельных составных частей линии w52 – w57 даны в таблице 2. Активные элементы на узкополосные WARC диапазоны выполнены из гибкого многожильного провода в изоляции ПВ3 сечением 2,5 мм². Приведенные на рисунке реальные размеры составных частей А12 и А17, полученные при настройке, несколько отличаются от расчетных (наличие изоляции на проводах, непрямолинейная форма начальных участков).

В WARC элементах использованы длинные пластмассовые изоляторы ИП типа А1001 и орешковые изоляторы ИО типа А1 («Антеннополис» г.Запорожье), оттяжки От – из сложенных вдвое полипропиленовых веревок диаметром 2,5 мм.

На боковых стенках входного бокса предусмотрены крепления для небольших подгоночных участков УП длиной по 5…10 см (рис.9). Если антенная опора позволяет подняться оператору до бума антенны, настройка А12 и А17 на нужную частоту с помощью УП может быть произведена непосредственно на рабочей высоте.

На концевых участках А20 установлены поперечные распорки ПР20 из дюралевых трубок диаметром 16 мм, которые крепятся к элементу через стеклотекстолитовые пластины 65х65х4 мм с помощью двух пар U-образных шпилек. Назначение распорок чисто механическое, поэтому в расчетном файле антенны они отсутствуют. Элемент А20 выполнен с запасом по прочности (трубки диаметрами 35/30 + 30/26 + 30/27) c таким расчетом, чтобы в дальнейшем использовать его в составе элемента 40-метрового диапазона. Симметрирующий дроссель выполнен на магнитопроводе из двух сложенных вместе ферритовых колец ВН300 К65х45х10 и содержит 9 витков РК50-3 с фторопластовой изоляцией.

Рефлекторные элементы

В составе антенны 4 рефлектора (рис.2), их геометрические размеры и координаты даны в расчетном файле (табл.2). Рефлектора Р10 в антенне нет – расчет показал, что его применение дало бы прибавку по усилению всего 0,1 дБ. Р17 выполнен из провода ПЭВ2 диаметром 2 мм и размещен над Р20. Центр Р17 крепится к вертикальной стойке СтВ высотой 0,8 м через изолятор, края поддерживаются с помощью распорных планок РП17 из стеклотекстолита толщиной 4 мм и полипропиленовых оттяжек От. Расчетные расстояния между концами Р17 и трубками Р20 (зазор по высоте) приняты по 300 мм. Если их существенно уменьшить (например, исключив распорки РП17), настройка Р17 изменится и станет более критичной.

Бум антенны длиной 5,85 м выполнен из трубы Æ60/56 мм.

Настройка антенны

Имеющийся опыт позволяет сказать, что рассчитанная в MMANA и аккуратно выполненная антенна класса ВК3 практически не нуждается в дополнительной настройке. Основное отличие ВК3 в составе BMA от стандартного ВК3 заключается в «организации» директорного элемента и использовании директорного коммутатора. Точность расчета геометрии и параметров антенн на каждом из диапазонов будет в первую очередь зависеть от того, насколько точно принятая компьютерная модель коммутатора соответствует реальной конструкции. Поскольку опыта разработки и использования подобных устройств, насколько это известно автору, не существует, пришлось провести дополнительное «лабораторное» исследование. Суть его заключалась в том, чтобы с помощью дополнительной антенны-датчика, установленной на дальнем краю крыши, нарасстоянии около 15 м от ВМА5, снять реальные ДН на всех 5 диапазонах, сравнить их с расчетными и при необходимости внести коррективы в модель ДК.

При снятии ДН использовались:

- датчик сигнала – генератор Г4-151;

- приемник - FT-902DM, режим CW, АРУ отключена, контроль выхода с помощью милливольтметра XB-868, подключенного к телефонному гнезду через трансформатор 1:4;

- контрольная антенна – диполь из двух плеч по 1,3 м, в центре нагружен резистором 51 Ом (питание кабелем RG-58, по длине кабеля установлены 3 «запирающих» дросселя с ферритовым сердечником).

Первоначальное действие – коррекция длины директора с тем, чтобы максимум F/B при замкнутом реле К1 (положение «20 м») приходился на частоту 14,15 МГц. Только после этого можно проверять настройку директора на остальных диапазонах.

Пришлось дважды опускать антенну, снимать коммутатор и в домашних условиях корректировать «начинку» коммутатора (изменять величины L и С). В результате получены ДН с максимальными значениями F/B=20…25 дБ на средних частотах диапазонов. После этого осталось подкорректировать конфигурацию модели ДК, при которой получалось наилучшее совпадение реальных и расчетных ДН.

Настройка активных элементов свелась к небольшой коррекции (1…2 см) длин А20, А15 и А10 за счет крайних регулируемых секций. Подстройка проволочных А12 и А17 производилась на рабочей высоте за счет изменения длины подгоночных участков УП. К примеру, первоначальная «резонансная» частота 18,25 МГц (частота минимального КСВ) была понижена до значения 18,13 МГц за счет замены только одного УП длиной 5 см на УП длиной 9 см. Для удобства замены УП на их концах напаяны разрезные (вилочные) наконечники, что позволяет производить замену УП без полного откручивания гаек (с риском их потери).

Коррекция длин рефлекторов не производилась.

Измеренные значения КСВ (минимальные значения) на разных диапазонах были в пределах от 1,08 до 1,19. Проверка параметра F/B производилась многократно на связях в диапазонах 20, 17 и 15 м и несколько раз (при редких «проходах») в 12 и 10 м.д., в основном оценки корреспондентов были в пределах 20…30 дБ. О реальном коэффициенте усиления антенны можно судить косвенно по полученным оценкам, которые крайне редко опускались ниже S9 (работа без РА).

В таблице 1 приведены расчетные параметры антенны на 3-х частотах каждого из диапазонов. Принята высота антенны 41 м по отношению к земле, что примерно соответствует распространенному варианту размещения на высоте 10…12 м над крышей девятиэтажного здания. Значения Gh (коэф. усиления в свободном пространстве) даны без «подстройки» антенны применительно к свободному пространству. Значения F/B применительно к заднему сектору 120º при элевации 40º. Для справки в последнем столбце даны значения параметра F/B_0/0 для азимута 180º и элевации 0º.

Табл.1

f, МГц КСВ Gh, дБд Ga, дБ F/B, дБ F/B_0/0, дБ

14,00 1,43 5,2 13,0 22,9 --

14,15 1,10 5,3 13,1 25,3 34,8

14,30 1,43 5,5 13,3 21,3 --

18,07 1,18 5,5 13,4 21,1 --

18,12 1,07 5,6 13,5 22,3 22,3

18,17 1,26 5,6 13,5 22,0 --

21,00 1,40 5,4 13,3 21,8 --

21,20 1,09 5,6 13,5 25,4 28,3

21,40 1,45 5,8 13,8 21,9 --

24,89 1,10 5,2 13,2 21,4 --

24,94 1,05 5,2 13,2 21,7 25,4

24,99 1,05 5,3 13.3 21,9 --

28,00 1,22 5,5 13,6 19.4 --

28,30 1,02 5,6 13,7 18,9 20,4

28,60 1,28 5,7 13,8 16,8 --

29.00 2.07 5.6 13.7 14,0 --

ДН антенн на средних частотах пяти диапазонов от 20 до 10 м приведены на рис.11…15.

Что дает многодиапазонный директор? Самое очевидное – экономию примерно 23 м дюралевых трубок, что составляет 38% от числа использованных (не считая бума). А также уменьшение веса и парусности. Но главное в том, что полностью снимается «конфликт» между директорами разных диапазонов и антенна на всех 5 диапазонах имеет отличные широкополосные характеристики. В стандартном варианте с использованием на каждом диапазоне своих директоров, даже в случае, когда негативное влияние директора более «длинного» диапазона на параметры более «короткого» удается компенсировать в середине диапазона, к примеру, увеличением числа «коротких» директоров, на краях диапазона компенсация будет неизбежно нарушаться.

Важный вопрос – как применение реле повлияет на надежность? Примененные высокочастотные выключатели В1В-1В имеют высокие рабочие характеристики: U=3 кВ, I=10 A, температурный диапазон -60…+100ºС, количество срабатываний – 100000. Расчет показывает, что эти реле могут быть применены в директоре при подводимой к антенне мощности до 5 кВт. Использование реле в размещенном на мачте коммутаторе нескольких антенн уже давно привычное дело, в любом случае токовая нагрузка на контакты реле в директоре не больше, чем в таком антенном коммутаторе. Можно добавить, что за время трехлетней эксплуатации реле В1В в разных директорных коммутаторах отказов не было.

Качество работы реле легко контролируется по величине КСВ в фидере антенны. Если, к примеру, при работе на передачу КСВ-метр на частоте 14,15 МГц показывает значение 1,1, то при переключении директора на любой другой диапазон КСВ вырастет до 2…3. Такое же положение и при работе на других диапазонах. Отсюда следует, что если реле на нужном диапазоне не сработало, это сразу будет видно по КСВ-метру. Можно также отметить, что если повернуть антенну рефлектором в сторону корреспондента, уровень сигнала упадет на 20…30 дБ, а при переключении директора на другой диапазон подавление уменьшится на 10…15 дБ. Такой прием может быть полезен, если нужно принять сигнал с задней стороны, не поворачивая антенны.

Файл антенны BMA5 размещен здесь. Для читателей, не имеющих доступа в Internet, этот файл в виде таблицы 2 размещен ниже, в нем можно найти размеры всех частей антенны (установка DM1=800).

Положительный опыт эксплуатации пятидиапазонного директора естественным образом подтолкнул автора к идее создания пятидиапазонной антенны, в которой будут также всего один рефлектор и один активный элемент, но каждый в пятидиапазонном исполнении. Здесь применен вынесенный вариант - директорный и рефлекторный релейные коммутаторы крепятся к буму в его средней части и соединены с соответствующими элементами с помощью двухпроводных симметричных линий. В этом варианте коммутаторы доступны для настройки (коррекции) непосредственно на рабочей высоте. Такой образец рассчитан и выполнен, предстоят испытания.

Таблица 2 (BMA5)

* Провода *

№ X1(m) Y1(m) Z1(m) X2(m) Y2(m) Z2(m) R(mm) Seg

1 -3.3, 3.67, 0.0, -3.3, -3.67, 0.0, 15.0 -1

2 -3.3, 3.67, 0.0, -3.3, 5.22, 0.0, 10.0 -1

3 -3.3, -3.67, 0.0, -3.3, -5.22, 0.0, 10.0 -1

4 -3.3, 5.22, 0.0, -3.3, 5.5, 0.0, 9.0 -1

5 -3.3, -5.22, 0.0, -3.3, -5.5, 0.0, 9.0 -1

6 -2.4, 1.18, 0.0, -2.4, -1.18, 0.0, 15.0 -1

7 -2.4, 1.18, 0.0, -2.4, 2.61, 0.0, 10.0 -1

8 -2.4, -1.18, 0.0, -2.4, -2.61, 0.0, 10.0 -1

9 -2.4, 2.61, 0.0, -2.4, 3.65, 0.0, 9.0 -1

10 -2.4, -2.61, 0.0, -2.4, -3.65, 0.0, 9.0 -1

11 0 0 0 0 0 0 0 -1

12 -1.6, 3.00, 0.0, -1.6, -3.00, 0.0, 10.0 -1

13 0.0, 0.04, 0.0, 0.0, 5.0, 0.0, 16.0 -1

14 0.0, -0.04, 0.0, 0.0, -5.0, 0.0, 16.0 -1

15 0.0, 0.04, 0.09, 0.0, 0.04, 0.0, 1.0 -1

16 0.0, -0.04, 0.09, 0.0, -0.04, 0.0, 1.0 -1

17 0.0, 0.04, 0.09, 0.0, 0.07, 0.13, 3.5 -1

18 0.0, -0.04, 0.09, 0.0, -0.07, 0.13, 3.5 -1

19 0.0, 0.07, 0.13, -0.27, 0.45, 0.45, 1.0 -1

20 0.0, -0.07, 0.13, -0.27, -0.45, 0.45, 1.0 -1

21 -0.27, 0.45, 0.45, -0.35, 3.97, 0.1, 1,0 -1

22 -0.27, -0.45, 0.45, -0.35, -3.97, 0.1, 1,0 -1

23 0.27, 0.45, 0.45, 0.32, 2.875, 0.23, 1,0 -1

24 0.27, -0.45, 0.45, 0.32, -2.875, 0.23, 1,0 -1

25 0.03, 0.07, 0.13, 0.27, 0.45, 0.45, 1.0 -1

26 0.03, -0.07, 0.13, 0.27, -0.45, 0.45, 1,0 -1

27 0.0, 0.07, 0.13, 0.03, 0.07, 0.13, 3,5 -1

28 0.0, -0.07, 0.13, 0.03, -0.07, 0.13, 3.5 -1

29 0.0, 0.04, 0.09, 0.0, -0.04, 0.09, 3,0 -1

30 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, -1

31 2.6, 0.02, -0.1, 2.6, 1.635, -0.1, 15,0 -1

32 2.6, -0.02, -0.1, 2.6, -1.635, -0.1, 15.0 -1

33 2.6, 1.635, -0.1, 2.6, 3.48, -0.1, 15.0 -1

34 2.6, -1.635, -0.1, 2.6, -3.48, -0.1, 15.0 -1

35 2.6, 3.48, -0.1, 2.6, 4.83, -0.1, 11.0, -1

36 2.6, -3.48, -0.1, 2.6, -4.83, -0.1, 11.0 -1

37 2.6, 0.02, -0.1, 2.6, 0.02, -0.14, 2.0 -1

38 2.6, -0.02, -0.1, 2.6, -0.02, -0.14, 2.0, -1

39 2.6, 0.02, -0.14, 2.6, -0.02, -0.14, 1.0 -1

40 2.6, 0.02, -0.14, 2.6, 0.02, -0.18, 1.0 -1

41 2.6, -0.02, -0.14, 2.6, -0.02, -0.18, 1.0 -1

42 2.6, 0.02, -0.18, 2.6, -0.02, -0.18, 2.0 -1

43 2.6, 0.02, -0.18, 2.64, 0.02, -0.18, 3.0 -1

44 2.6, -0.02, -0.18, 2.64, -0.02, -0.18, 3.0 -1

45 2.6, 0.02, -0.18, 2.56, 0.02, -0.18, 0.6 -1

46 2.6, -0.02, 0.18, 2.56, -0.02, -0.18, 0.6 -1

47 2.56, 0.02, -0.18, 2.52, 0.02, -0.18, 0.6 -1

48 2.56, -0.02, -0.18, 2.52, -0.02, -0.18, 0.6 -1

49 2.64, 0.02, -0.18, 2.64, -0.02, -0.18, 2.0 -1

50 2.56, 0.02, -0.18, 2.56, -0.02, -0.18, 2.0 -1

51 2.52, 0.02, -0.18, 2.52, -0.02, -0.18, 2.0 -1

52 0.03, 0.07, 0.13, 0.15, 0.007, 0.1, 4.0 -1

53 0.03, -0.07, 0.13, 0.15, -0.007, 0.1, 4.0 -1

54 0.15, 0.007, 0.1, 0.48, 0.007, 0.0, 4.0 -1

55 0.15, -0.007, 0.1, 0.48, -0.007, 0.0, 4.0 -1

56 0.48, 0.007, 0.0, 0.52, 0.02, 0.0, 4.0 -1

57 0.48, -0.007, 0.0, 0.52, -0.02, 0.0, 4.0 -1

58 0.52, 0.02, 0.0, 0.52, 1.37, 0.0, 15.0 -1

59 0.52, -0.02, 0.0, 0.52, -1.37, 0.0, 15.0 -1

60 0.52, 1.37, 0.0, 0.52, 3.39, 0.0, 10.0 -1

61 0.52, -1.37, 0.0, 0.52, -3.39, 0.0, 10.0 -1

62 0.72, 0.9, 0.0, 0.72, -0.9, 0.0, 15.0 -1

63 0.72, 0.9, 0.0, 0.72, 2.57, 0.0, 10.0 -1

64 0.72, -0.9, 0.0, 0.72, -2.57, 0.0, 10.0 -1

65 -3.3, 0.0, 0.8, -3.3, 4.03, 0.3, 1.0 -1

66 -3.3, 0.0, 0.8, -3.3, -4.03, 0.3, 1.0 -1

67 0.0, 5.0, 0.0, 0.0, 5.36, 0.0, 11.0 -1

68 0.0, -5.0, 0.0, 0.0, -5.36, 0.0, 11.0 -1

*** Источ. ***

1, 1

w29c, 0.0, 1.0

*** Нагрузка ***

13, Тип L(uH) C(pF) Q

w39c, LC 0.0, 3.3, 0.0

w43c, LC 0.0, 24.0, 0.0

w44c, LC 0.0, 24.0, 0.0

w45c, LC 1.6, 0.0, 200.0

w46c, LC 1.6, 0.0, 200.0

w47c, LC 1.1, 0.0, 200.0

w48c, LC 1.1, 0.0, 200.0

w42c, LC 0.0, 0.8, 0.0

w49c, LC 0.0, 0.8, 0.0

w50c, LC 0.0, 0.8, 0.0

w51c, LC 0.0, 0.8, 0.0

w29c1 LC 0.0, 470.0, 0.0

w29c-1 LC 0.0, 470.0, 0.0

*** Автосегм ***

800, 40, 2.

### Коммент. ###

f(МГц) w42c w49c w50c w51c

14,15 100000 0.8 0.8 0.8 pF

18,12 0.8 100000 0.8 0.8 pF

21,20 0.8 0.8 0.8 0.8 pF

24,94 0.8 0.8 0.8 100000 pF

28,35 0.8 0.8 100000 0.8 pF

BMA6 = BMA5 + 2 элемента на 40 м

В ВМА6 полностью сохранены структура ВМА5, размеры бума, размеры и местоположение всех элементов, кроме А20, Р20 и Р17. Полное описание схемы содержится в новым файле ВМА6 (приведен на сайте ), в нем сохранена нумерация отдельных секций ВМА5 от w1 до w66. Новые секции начинаются с номера w69, эта часть файла помещена в таблицу 4.

Активный А20 стал также составной частью нового активного А40. Вместо снятых концевых секций w67, w68 и распорных планок РП20 (рис.8) на его концах установлены емкостные нагрузки ЕНа (секции w71…w74). Активный элемент А40 «организован» по LOM-технологии [1], в него входят, помимо А20+ЕНа, катушки L40 с индуктивностью 20 мкГн каждая (секции w103 и w104) и концевые секции (w69, w70 + настроечные w105, w106) длиной по 1,64 м (рис.16, показана правая часть А40). В такой комплектации элемент работоспособен на обоих диапазонах.

Данные L40 – стеклотекстолитовый каркас Æ 32 мм, провод МГТФ 0,75 мм², число витков 37, намотка плотная, гидроизоляция изолентой NOVA ROLL.

В ВМА6 впервые использована новинка – проволочно-трубочный рефлектор Р40, идея которого рассмотрена в [4]. Несмотря на то, что большая часть рефлектора выполнена из проволоки ПЭВ-2 диаметром 1,9 мм, его эффективность и широкополосность выше, чем у полностью трубочных рефлекторов с укорачивающими катушками или линейными нагрузками.

Для реализации Р40 пришлось изготовить новый рефлекторный узел, содержащий 3 рефлектора на диапазоны 20 м, 17 м и 40 м, механически объединенных в одну конструкцию. Скелетная схема узла дана на рис.17 (диэлектрические вставки и оттяжки показаны пунктиром). Узел крепится к буму с помощью муфты Мр. На муфте расположена площадка для крепления рефлектора Р20. С муфтой соединены выносной кронштейн КрВ и вертикальная стойка СтВ (рис.18).

Рефлектор Р17 длиной 8,08 м выполнен из провода ПЭВ диаметром 2 мм, его центр поддерживает вертикальная стойка СтВ высотой 0,93 м с изолятором наверху, а концы через малые орешковые изоляторы и полипропиленовые веревки оттянуты на концы Р20.

Рефлектор Р20 выполнен из трубок диаметрами 40 и 30 мм (секции w1…w5) и стал короче на 1 м. Для сохранения его настройки пришлось на концах Р20 установить две емкостные нагрузки ЕНр (секции w75…78) из дюралевых трубок диаметром 20 мм длиной по 0,6 м. Через стеклотекстолитовые изоляторы ИС длиной по 100 мм Р20 соединен с боковыми трубками w79, w80 длиной по 1,7 м.

Рефлектор Р40 состоит из:

- из средней проволочной части Λ-образной формы с небольшим настроечным шлейфом Шл в центре (крепление через текстолитовые планки к дальнему концу кронштейна КрВ);

- двух боковых частей с низким волновым сопротивлением, состоящих из боковых трубок W79, w80 и «расширяющих» проводов (рис.19). Способ крепления проволочной части к боковым трубкам показан на рис.20. Демпфирующий дугообразный участок провода повышает надежность соединения с боковой трубкой.

На рис.1 видно, что трубочная часть рефлекторного узла (Р20 + боковые трубки) имеет согнутый вид наподобие лука, что достигается натяжением оттяжек От проволочной части Р40 (стрела прогиба около 0,4 м). Такая предварительно напряженная конструкция, как показала двухлетняя практика, очень хорошо противостоит порывам ветра. На рис.17 общего вида этот прогиб не показан, чтобы не усложнять рисунок.

Питание А40

Соединение фидера с активными элементами осуществляется по той же схеме, как в ВМА5, но с одной добавкой. Дело в том, что при компенсирующих конденсаторах С1, С2 по 470 пФ (рис.2) входное сопротивление А40, настроенного на частоту 7,05 МГц, будет слишком большим Ra≈85 Ом. Улучшить согласование можно с помощью дополнительного реле, замыкающего эти конденсаторы при работе на 40 м. Такой способ первоначально применялся, но затем было найдено более «изящное» решение. Для понижения Rа до значения ≈50 Ом (на f=7,05 МГц) параллельно входным точкам А20 подключена дополнительная катушка (рис.21) с индуктивностью Lвх=7мкГн (секция W102). В результате рабочая полоса (по КСВ=2) увеличилась на ~40%. На диапазоне 20 м действие этой катушки значительно слабее и проявляется в небольшом улучшении согласования на крайних частотах диапазона, на 17 м действие аналогичное и ещё более слабое, на остальных диапазонах практически без изменений. Данные Lвх – каркас стеклотекстолитовый Æ27,5 мм, провод МГТФ 0,75 мм², число витков 20, гидроизоляция изолентой NOVA ROLL.

Ещё о влиянии антенны 40 м на диапазон 20 м. Подключение катушек L40 с концевыми секциями w69, w70 к концам А20 ощутимо повлияло на его широкополосность. Если в ВМА5 на 20 м полоса в пределах КСВ=2 составляла 640 кГц, то в ВМА6 снизилась до 475 кГц, что, впрочем, вполне приемлемо. Остальные параметры практически не изменились, также как и параметры остальных диапазонов. Расчетные значения для 40 и 20 м сведены в таблицу 3.

Табл.3

f, МГц КСВ Ga, дБд F/B, дБ

7,00 1,79 10,6 12,3

7,05 1,23 10,5 19,3

7,10 1,78 10,2 14,1

7,20 2,60 9,5 8,2

14.00 1,53 13,0 22,1

14,15 1,16 13,1 25,8

14,3 1,73 13,2 22,6

Расчетное значение усиления на частоте 7,05 МГц в свободном пространстве Gh=3,1 дБд (практически не зависит от установленного диапазона директора). Без учета потерь в двух катушках L40 (при Q=∞) усиление составляет Gh= 3,6 дБд. Для сравнения, популярная двухэлементная антенна СUSHCRAFT 40-2CD имеет расчетное усиление всего 2,5 дБд из-за потерь в четырех катушках невысокой добротности. Отметим, что вполне реально изготовить катушки L40 c добротностью Q=500 и уменьшить потери на ~0,2 дБд.

Согнутая Λ-образная форма основной (проволочной) части Р40 приводит к небольшому уменьшению усиления, зато существенно на ~6 дБ улучшается параметр F/B и задняя часть ДН в секторе 160º имеет подавление около 20 дБ (в районе f=7,05 МГц), что скорее характерно для ВК3 (объяснение в [5]).

Небольшое улучшение параметров можно получить почти «бесплатно» с помощью директора Д, если настроить его на частоту выше 7,2 МГц. Конечно, он слишком мал и слишком близок к А40, но всё-таки с его помощью можно поднять усиление на верхнем участке диапазона на 0,3…0,4 дБ и улучшить согласование в районе 7,1…7,2 МГц. Для этого придется добавить в ДК ещё одно реле и катушки L40а=L40b≈3,2 мкГн последовательно с катушками L12.

В ходе двухлетней эксплуатации ВМА6-40 м многократно сравнивалась с расположенной на расстоянии 25 м антенной Inv Vee. В дневное время на связях в радиусе до 1500 км выигрыш составлял 3…10 дБ и F/B до 20дБ в центре и 12…15 дБ на краях диапазона. В вечернее и ночное время выигрыш, как правило, возрастал до 6…15 дБ, а F/B порой достигал очень больших (для такой малой антенны) значений в 30 и более дБ (обе стороны переставали слышать друг друга).

ДН антенны на частоте 7,05 МГц приведена на рис.22.

Настройка рефлекторов

Настройка рефлектора Р40 заключается в установлении такой длины шлейфа Шл, при которой максимальное значение F/B max будет соответствовать средней частоте диапазона (по желанию можно выбрать другую частоту). Шлейф состоит из двух примерно параллельных сторон длиной по 25 см и регулировочной перемычки РП (рис.17, вынос «а»), которые крепятся концами к планке Пл2. Перестройка шлейфа осуществляется изменением длины РП (изменение на 10 см примерно соответствует сдвигу частоты F/Bmax на 15 кГц). Определение частоты F/Bmax удобно производить по сигналам местной любительской станции, имеющей антенну горизонтальной поляризации.

В некоторых случаях может быть полезен другой способ. MMANA позволяет определить настройку (собственную частоту) рефлектора f_р0, при которой получается F/Bmax, например, на частоте 7,05 МГц. Для этого переносим точку питания с секции w29 в секцию w89 (середину перемычки шлейфа). Для устранения влияния А40 его следует «разорвать», например, установив радиус секций w13, w14 равным нулю. Расчет дает, на первый взгляд, неожиданный результат – f_р0=7,052 МГц (см.[5]).

Проверка производилась на авторской ВМА6 сразу после установки рефлектора Р40, собранного по расчетным данным. Питающий фидер РК50 был отключен от входного разъёма XS1 (тем самым А40 был «разорван» на две нерезонансные половины) и через отрезок тонкого кабеля RG-58 c защитным дросселем (9 витков на ферритовом кольце К50 с μ=400) подключен к шлейфу Шл вместо регулировочной перемычки (рис.17, вынос «б»). На конец кабеля были напаяны провода для подключения, суммарно их длина равнялась длине снятой перемычки. Измерение мостовым КСВ-метром по минимуму КСВ дало f_р0≈7,04 МГц. Шлейф был укорочен и антенна поднята на рабочую высоту. Из результатов проверки в эфире следует, что максимум F/B приходится на участок 7,06..7,07 МГц.

Что касается настройки Р20 и Р17 – в авторском варианте ВМА6 после установки нового рефлекторного узла с расчетными размерами и проверки ДН этих диапазонов оказалось, что подстройка не нужна.

Настройка по питанию

Перед настройкой А40, возможно, придется подстроить А20, что осуществляется изменением длины одного плеча (какого удобнее) нагрузки ЕНа с обеих сторон элемента.

Настройка производится по минимуму КСВ на средней частоте диапазона. Настройку А40 производят после того, как закончены работы на Р40, и осуществляют изменением длины крайних регулировочных участков w105, w106.

Можно отметить, что настройка всех активных элементов ВМА6 (кроме А10) сводится к установке «резонансных» частот элементов на середину диапазона подстройкой их длин, а малая величина КСВ обеспечивается конструкцией антенны. В тексте статьи много раз говорилось о настройке элементов, директорного коммутатора и т.п. Надо понимать, что это было связано с отработкой новой антенны, а при изготовление аналогичной антенны строго по известным размерам настройка может и не потребоваться.

Табл.4 (BMA6)

# X1(m) Y1(m) Z1(m) X2(m) Y2(m) Z2(m) R(mm) Seg

69 0.0, 5.08, 0.0, 0.0, 6.68, 0.0, 9, -1

70 0.0, -5.08, 0.0, 0.0, -6.68, 0.0, 9, -1

71 0.0, 5.0, 0.0, -0.55, 5.0, 0.0, 8, -1

72 0.0, -5.0, 0.0, -0.55, -5.0, 0.0, 8, -1

73 0.0, 5.0, 0.0, 0.61, 5.0, 0.0, 8, -1

74 0.0, -5.0, 0.0, 0.61, -5.0, 0.0, 8, -1

75 -3.5, 4.94, 0.0, -3.5, 4.94, 0.3, 10, -1

76 -3.5, -4.94, 0.0, -3.5, -4.94, 0.3, 10, -1

77 -3.5, 4.94, 0.0, -3.5, 4.94, -0.3, 10, -1

78 -3.5 -4.94, 0.0, -3.5, -4.94, -0.3, 10, -1

79 -3.5, 5.1, 0.0, -3.7, 6.8, 0.0, 11, -1

80 -3.5, -5.1, 0.0, -3.7, -6.8, 0.0, 11, -1`

81 -3.7, 6.8, 0.0, -3.7, 6.9, 0.0, 0,95, -1

82 -3.7, -6.8, 0.0, -3.7, -6.9, 0.0, 0,95, -1

83 -3.7, 6.9, 0.0, -3.8, 6.9, 0.0, 0,95, -1

84 -3.7, -6.9, 0.0, -3.8, -6.9, 0.0, 0,95, -1

85 -3.8, 6.9, 0.0, -6.0, 0.05, 0.0, 0,95, -1

86 -3.8, -6.9, 0.0, -6.0, -0.05, 0.0, 0,95, -1

87 -6.0, 0.05, 0.0, -5.69, 0.05, 0.0, 0,95, -1

88 -6.0, -0.05, 0.0, -5.69, -0.05, 0.0, 0,95, -1

89 -5.69, 0.05, 0.0, -5.69, -0.05, 0.0, 1,0, -1

90 -3.7, 6.8, 0.0, -3.7, 6.8, 0.05, 1,0, -1

91 -3.7, -6.8, 0.0, -3.7, -6.8, 0.05, 1,0, -1

92 -3.7, 6.8, 0.0, -3.7, 6.8, -0.05, 1,0, -1

93 -3.7, -6.8, 0.0, -3.7, -6.8, -0.05, 1,0, -1

94 -3.7, 6.8, 0.05, -3.53, 5.27, 0.23, 1,0, -1

95 -3.7, -6.8, 0.05, -3.53, -5.27, 0.23, 1,0, -1

96 -3.7, 6.8, -0.05, -3.53, 5.27, -0.23, 1,0, -1

97 -3.7, -6.8, -0.05, -3.53, -5.27, -0.23, 1,0, -1

98 -3.53, 5.27, 0.23, -3.5, 5.1, 0.0, 1,0, -1

99 -3.53, -5.27, 0.23, -3.5, -5.1, 0.0, 1,0, -1

100 -3.53, 5.27, -0.23, -3.5, 5.1, 0.0, 1,0, -1

101 -3.53, -5.27, -0.23, -3.5, -5.1, 0.0, 1,0, -1

102 0.0, 0.04, 0.0, 0.0, -0.04, 0.0, 1,0, -1

103 0.0, 5.0, 0.0, 0.0, 5.08, 0.0, 1,0, -1

104 0.0, -5.0, 0.0, 0.0, -5.08, 0.0, 1,0, -1

105 0.0, 6.68, 0.0, 0.0, 6.72, 0.0, 8,0, -1

106 0.0, -6.68, 0.0, 0.0, -6.72, 0.0, 8,0, -1

*** Источ. ***

w29c, 0.0, 1.0

*** Нагрузка ***

16, Тип L(uH) C(pF) Q

w39c, LC 0,0 3.3, 0.0

w43c, LC 0.0, 24.0, 0.0

w44c, LC 0.0, 24.0, 0.0

w45c, LC 1.6, 0.0, 200.0

w46c, LC 1.6, 0.0, 200.0

w47c, LC 1.1, 0.0, 200.0

w48c, LC 1.1, 0.0, 200.0

w42c, LC 0.0, 0.8, 0.0

w49c, LC 0.0, 0.8, 0.0

w50c, LC 0.0, 0,8 0.0

w51c, LC 0.0, 0.8, 0.0

w29c1, LC 0.0, 470.0, 0.0

w29c-1, LC 0,0 470.0, 0.0

w102c, LC 7.0, 0.0, 250.0

w103c, LC 20.0, 0.0, 250.0

w104c, LC 20.0, 0.0, 250.0

*** Автосегм ***

800, 40, 2.0, 1

### Коммент. ###

f(МГц) w42c w49c w50c w51c

14,15 100000 0.8 0.8 0.8 pF

18,12 0.8 100000 0.8 0.8 pF

21,20 0.8 0.8 0.8 0.8 pF

24,94 0.8 0.8 0.8 100000 pF

28,35 0.8 0.8 100000 0.8 pF

СРАВНЕНИЕ

Антенна ОВ13-6 фирмы OPTIBEAM ( www.optibeam.de ) имеет те же 6 диапазонов, как и ВМА6 и близкие электрические характеристики. Сравним массогабаритные показатели антенн (в скобках данные ВМА6):

количество трубочных элементов -- 19 ( 7 )

длина наибольшего элемента, м – 14,64 ( 13,7 )

длина бума, м -- 7 ( 5,8 )

вес антенны, кг -- 65 ( 42)

ветровое сопротивление, м ² -- 2,33 ( ~1,2)

Заявленная цена антенны – 3.039 евро.

Дополнение

Приведенный на рис.23 чертеж основной части антенны ВМА5 (размеры 7 трубочных элементов) будет полезен тем любителям, которые испытывают затруднения при знакомстве с MMANA файлом антенны.

В заключение автор выражает глубокую благодарность Борису Катаеву (UR1MQ) за неоценимую помощь, оказанную в процессе монтажа и настройки антенны.

Литература

1 Гуткин Э. Семидиапазонная направленная КВ антенна ВМА-7. «Радиохобби» №1/2003.

2 Гуткин Э. Многодиапазонные направленные антенны. «Радиохобби» №1/2004.

3 Гуткин Э Многодиапазонный коммутируемый директорный элемент с улучшенными параметрами http://cqham.ru/ant29_42.htm

4 Гуткин Э. «Волновой канал» для НЧ диапазонов». Краткий анализ разных способов укорочения антенных элементов. http://cqham.ru/ut1ma_8.htm

5 Гуткин Э. П-образные антенные элементы новой формы http://cqham.ru/vk2-p.htm

Эрнест Гуткин (UT1MA)