Настройка КВ антенны

Катастрофически не хватает времени, поэтому любимому хобби получается уделять только по паре часов в день.
Вот и в эти выходные удалось поставить антенну на 40 метров. Она представляет собой удочку длиной 4 метра, на который навито чуть больше 10 метров (четверть лямбды) одножильного медного провода диаметром 1 мм. Подключил я ее к анализатору и получил вот такую картинку:

Вложение 1765Вложение 1766

Картинка получена при подключении только штыря (без противовесов или заземления). Добавление противовесов добавляет провал графика в районе 14МГц.
Скорее всего это будет экспериментальной антенной, так что опыт ее постройки должен дать мне некоторое понимание основ.
Также хочу отметить, что мой анализатор умеет измерять только КСВ, а вот входное сопротивление антенны ему не по зубам...

Хочу узнать у опытных антенностроителей, правильно ли я мыслю.

1. Антенна получилась однодиапазонной
2. Так как на частоте резонанса получен КСВ ~1.5, то входное сопротивление антенны (на этой частоте) равно 37 ом.
3. Чтобы сдвинуть частоту резонанса мне нужно добавить удлиняющую катушку в основании или середине антенны.
4. Чтобы сузить полосу пропускания мне нужно будет добавить противовесы.
5. Чтобы входное сопротивление антенны приблизилось к 50 омам, мне нужно добавить противовесы длиной меньше четверти лямбды.

Буду благодарен за объяснения, критику и советы.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Вот и в эти выходные удалось поставить антенну на 40 метров. Она представляет собой удочку длиной 4 метра, на который навито чуть больше 10 метров (четверть лямбды) одножильного медного провода диаметром 1 мм.

---

Длина провода, использованного для намотки, не особо коррелирует с длиной волны, на которую строится антенна-катушка.

Скажу честно, график КСВ мне непонятен. Вместо одного более-менее выраженного минимума явно просматривается два. Можно легко придумать, как его получить модифицированием конструкции антенны, но непонятно, как он получен у антенны-катушки.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

1. Антенна получилась однодиапазонной

---

Пока что антенна еще не получилась вовсе. Это только заготовка. По этому же принципу можно изготовить и противовесы, если нет возможности использовать полноразмерные.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

2. Так как на частоте резонанса получен КСВ ~1.5, то входное сопротивление антенны (на этой частоте) равно 37 ом.

---

Похоже на идеальный четвертьволновый граундплейн над идеальной землей. Кстати, само по себе значение КСВ невелико и неопасно для генератора, по этому если для реализации улучшенного согласования требуются слишком большие технические сложности, то есть смысл не затеваться и оставить как есть.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

3. Чтобы сдвинуть частоту резонанса мне нужно добавить удлиняющую катушку в основании или середине антенны.

---

Вся антенна - катушка. Просто подмотать еще провод, чуть удлинив конструкцию.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

4. Чтобы сузить полосу пропускания мне нужно будет добавить противовесы.

---

Противовесы нужны для отвязки антенны от случайной земли, они неотъемлемая часть антенны и если их не сделать специально, рассчитав в размер, то в качестве противовесов будет работать фидер, радиостанция, металлические предметы в ближней зоне.
На ширину же полосы влияет в большей мере сопротивление излучения и сопротивление потерь. Предельный случай (для наглядности) - эквивалент нагрузки, который вообще не излучает, зато ширина полосы у него от постоянного тока да гигагерц, т.к. его волновое сопротивление равно сопротивлению потерь.
Сужение полосы антенны в большинстве случаев вредно и обычно стремятся полосу расширить, например увеличивая сопротивление излучения (отказываясь от сильно укороченных антенн), а не добавляя потери. Хорошо влияет на увеличение полосы использование более толстых (в длинах волны) элементов, по этому проволочные антенны узкополоснее точно таких же, выполненных из трубок.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

5. Чтобы входное сопротивление антенны приблизилось к 50 омам, мне нужно добавить противовесы длиной меньше четверти лямбды.

---

Не так. Противовесы должны обеспечивать резонанс с вертикалом на рабочей частоте. Для повышения сопротивления до где-то 50 Ом в случае четвертьволнового вертикала (в т.ч. укороченного) противовесы наклоняют ниже горизонтали (угол с вертикалом ориентировочно 135 градусов). Можно наклонять и больше, сопротивление еще увеличится. Предельный случай - вырождение в вертикальный симметричный диполь сопротивлением порядка 65~70 Ом (зависит от относительной толщины провода, но теоретически не более приблизительно 72 Ома для бесконечно тонкой антенны, точно не помню).
Поднять сопротивление можно удлинением вертикала. Тогда нужно не укорачивать противовесы для сохранения резонанса, а оставить противовесы четвертьволновыми и компенсировать возникшую реактивность (добавить конденсатор). Это удлиненный граундплейн. Его можно посчитать на точно 50 Ом при горизонтальных противовесах.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Буду благодарен за объяснения, критику и советы.

---

Советы будут зависеть от планов, что делать с начатым проектом, который просится быть чуть-чуть допилен до состояния годного укороченного граундплейна.

Большое спасибо за столь подробный ответ. Совсем не рассчитывал.

Цитата:

---

Сообщение от UT7UX

Скажу честно, график КСВ мне непонятен. Вместо одного более-менее выраженного минимума явно просматривается два.

---

Можно ли считать минимумом эту небольшую впадинку слева? Возможно, горб между этими минимумами появился из-за влияния металлического каркаса, на котором установлена антенна. Кроме того недалеко (в паре метров на уровне низа удочки) проходит металлическая труба 5-6 метров в длину.

Цитата:

---

Сообщение от UT7UX

Пока что антенна еще не получилась вовсе. Это только заготовка. По этому же принципу можно изготовить и противовесы, если нет возможности использовать полноразмерные.

---

К сожалению, не получается, так как живу в частном доме, а там не особо разгуляешься. Так что сделаю противовесы в виде таких же спиралей на пластиковых трубах, благо их немного есть.

Цитата:

---

Сообщение от UT7UX

Похоже на идеальный четвертьволновый граундплейн над идеальной землей. Кстати, само по себе значение КСВ невелико и неопасно для генератора, по этому если для реализации улучшенного согласования требуются слишком большие технические сложности, то есть смысл не затеваться и оставить как есть.

---

Простите, не понял, что Вы имеете в виду под сложностями по улучшению согласования.

Цитата:

---

Сообщение от UT7UX

Противовесы нужны для отвязки антенны от случайной земли, они неотъемлемая часть антенны и если их не сделать специально, рассчитав в размер, то в качестве противовесов будет работать фидер, радиостанция, металлические предметы в ближней зоне.

---

Да, сделаю резонансные противовесы в виде спиральной навивки. Кстати, в случае с противовесами, длина провода, использованного для их изготовления методом навивки, тоже не кореллирует? Как правильно рассчитывать такие противовесы?

Цитата:

---

Сообщение от UT7UX

Советы будут зависеть от планов, что делать с начатым проектом, который просится быть чуть-чуть допилен до состояния годного укороченного граундплейна.

---

Вы меня обнадежили, так что попытаюсь довести этот проект до финиша. Это будет укороченный граундплейн с 2-4 горизонтальными резонансными противовесами навитыми на 2-3 метровые палки.

Теперь осталось только нарыть методику расчета такой антенны. Насколько я понимаю, формулы рассчета вертикальной четвертьволновой антенны, приведенные в этой статье http://www.diagram.com.ua/list/an-a62.shtml для такого рода вертикала неприменимы?

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Большое спасибо за столь подробный ответ. Совсем не рассчитывал.

---

Вообще-то не за что. Но можете нажать на "спасибо":rolleyes:

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Можно ли считать минимумом эту небольшую впадинку слева? Возможно, горб между этими минимумами появился из-за влияния металлического каркаса, на котором установлена антенна. Кроме того недалеко (в паре метров на уровне низа удочки) проходит металлическая труба 5-6 метров в длину.

---

Да, график похож на прямоугольный фильтр, который на самом деле состоит из двух близких по частоте контуров, которые дают довольно крутые скаты и почти идеально плоскую полку в полосе пропускания. Обычные антенны так не работают, значит, возможно, есть какая-то неучтенная конструктивная особенность самой антенны или ее окружения в ближнем поле, которая в будущем может преподнести малоприятный сюрприз. Надо разобраться, в чем дело.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

К сожалению, не получается, так как живу в частном доме, а там не особо разгуляешься. Так что сделаю противовесы в виде таких же спиралей на пластиковых трубах, благо их немного есть.

---

Должно получиться на отлично.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Простите, не понял, что Вы имеете в виду под сложностями по улучшению согласования.

---

Вообще любые сложности, преодолевать которые необязательно. Например, обычно проще сделать горизонтальные противовесы, а не отклоненные на 135° к вертикалу, тем более что при той же высоте подвеса по уровню основания антенны так будут меньше заметны концевые эффекты.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Да, сделаю резонансные противовесы в виде спиральной навивки. Кстати, в случае с противовесами, длина провода, использованного для их изготовления методом навивки, тоже не кореллирует? Как правильно рассчитывать такие противовесы?

---

Ротхаммель рекомендует отключить вертикал и все противовесы, взять противовесы попарно и настроить каждую пару в резонанс. Если их число нечетное, то это не влияет на работу и результат, просто пары получаются под углом меньшим, чем 180° у симметричного диполя. На уже настроенных противовесах настраивается вертикал, точно так же в резонанс.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Вы меня обнадежили, так что попытаюсь довести этот проект до финиша. Это будет укороченный граундплейн с 2-4 горизонтальными резонансными противовесами навитыми на 2-3 метровые палки.

---

Должно получиться. Это, конечно, очень сильное укорочение против полноразмерной четверти, и КПД антенны будет очень низким, но работать можно будет все равно, а на удовольствие от радиоаматорских связей, если только не гнаться за местами в тестах или редкими странами, это не очень-то и влияет.

Мне кажется, но не готов сходу подтвердить просчитанной моделью, что лучше укорачивать только противовесы (из-за реальной земли, которая никуда не девается), а вертикал сохранить на столько высоким, насколько технически возможно. И, в любом случае, укорачивать настолько незначительно, насколько позволяют местные условия, поскольку с одной стороны укорочение означает уменьшение доли сопротивления излучения и увеличение доли сопротивления потерь в общем импедансе, а с другой - ухудшение диаграммы направленности в сторону более ближних связей, которые и так не представляют трудностей на семерке.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Теперь осталось только нарыть методику расчета такой антенны. Насколько я понимаю, формулы рассчета вертикальной четвертьволновой антенны, приведенные в этой статье http://www.diagram.com.ua/list/an-a62.shtml для такого рода вертикала неприменимы?

---

Да, по тому что антенна-катушка имеет какую-то индуктивность и эта индуктивность компенсирует реактивную составляющую импеданса, неизбежно возникающую при укорочении четверти. А индуктивность зависит не только от длины провода, использовавшегося при намотке. Но остальные правила для граундплейнов в общем работают, в том числе падение сопротивления излучения, утолщение и подъем основного лепестка.

Цитата:

---

Сообщение от UT7UX

Да, график похож на прямоугольный фильтр, который на самом деле состоит из двух близких по частоте контуров, которые дают довольно крутые скаты и почти идеально плоскую полку в полосе пропускания. Обычные антенны так не работают, значит, возможно, есть какая-то неучтенная конструктивная особенность самой антенны или ее окружения в ближнем поле, которая в будущем может преподнести малоприятный сюрприз. Надо разобраться, в чем дело.

---

Удалось побывать в обед дома, чем и воспользовался. Есть у меня длинный луч, настроенный на семерке. Я его отвязал и потягал конец туда-сюда. Так вот, когда конец луча оказался возле металлического гаража, то в середине провала минимума КСВ образовался горбик.

Цитата:

---

Сообщение от UT7UX

Ротхаммель рекомендует отключить вертикал и все противовесы, взять противовесы попарно и настроить каждую пару в резонанс. Если их число нечетное, то это не влияет на работу и результат, просто пары получаются под углом меньшим, чем 180° у симметричного диполя. На уже настроенных противовесах настраивается вертикал, точно так же в резонанс.

---

Так как удочка закреплена на углу дома, то я могу протянуть пару взаимноперпендикулярных противовесов метров по 8. Третий противовес может пойти вглубь двора и может быть 10 метров. Четвертый должен быть протянут в сторону забора, а до него метров пять всего. Ну, и теща будет против, а я с ней дружу. А можно ли противовес кидать не под 90 градусов к другим, а 45? На что это будет влиять?

Цитата:

---

Сообщение от UT7UX

...а на удовольствие от радиоаматорских связей, если только не гнаться за местами в тестах или редкими странами, это не очень-то и влияет.

---

У меня тут 26-летний перерыв в радиолюбительской активности, так что пока что буду потихоньку работать в эфире, нарабатывать массу связей и потихоньку строить доступные в моем положении антенны.

Цитата:

---

Сообщение от UT7UX

Да, по тому что антенна-катушка имеет какую-то индуктивность и эта индуктивность компенсирует реактивную составляющую импеданса, неизбежно возникающую при укорочении четверти. А индуктивность зависит не только от длины провода, использовавшегося при намотке. Но остальные правила для граундплейнов в общем работают, в том числе падение сопротивления излучения, утолщение и подъем основного лепестка.

---

Спасибо, буду читать еще.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

ТРАТАТА... ПРОТИВОВЕСЫ

---

ЧИТАТЬ ТУТ http://dl2kq.de/ant/3-33.htm

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Удалось побывать в обед дома, чем и воспользовался. Есть у меня длинный луч, настроенный на семерке. Я его отвязал и потягал конец туда-сюда. Так вот, когда конец луча оказался возле металлического гаража, то в середине провала минимума КСВ образовался горбик.

---

Ага, резонанс с чем-то местным в ближнем поле. Почти всегда это плохо, т.к. случайные конструкции приводят к потерям в них и портят диаграмму направленности. Надо бы доразобраться и устранить.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Так как удочка закреплена на углу дома, то я могу протянуть пару взаимноперпендикулярных противовесов метров по 8. Третий противовес может пойти вглубь двора и может быть 10 метров. Четвертый должен быть протянут в сторону забора, а до него метров пять всего.

---

Вот и отлично. Получается несколько почти или совсем полноразмерных противовесов и один придется укоротить либо отдельной удлиняющей катушкой, либо весь его навить на диэлектрическиую оправу (ту же удочку, только стеклопластиковую, а не карбоновую). Если можно, то число противовесов лучше увеличить, даже если они распределятся неравномерно по кругу. Смысл в том, что чем их больше, тем меньше потерь в них, значит тем выше КПД антенны. Но, конечно, уже двух-трех достаточно для нормальной работы граундплейна.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Ну, и теща будет против, а я с ней дружу.

---

Ссориться не нужно. Насколько бы ни было любимым хобби, фанатизм не нужен - это ведь не вся жизнь.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

А можно ли противовес кидать не под 90 градусов к другим, а 45? На что это будет влиять?

---

Можно, будет несильно влиять на диаграмму направленности и (при вертикальных отклонениях) на сопротивление. Некоторая хаотичность размещения противовесов совершенно некритична на практике, посему придется исходить из местных возможностей, а не из идеальной модели, где все под линеечку.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

У меня тут 26-летний перерыв в радиолюбительской активности, так что пока что буду потихоньку работать в эфире, нарабатывать массу связей и потихоньку строить доступные в моем положении антенны.

---

С возвращением и только хороших связей!:drinks:

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Спасибо, буду читать еще.

---

По антеннам-катушкам ничего навскидку не вспомню. У того же Ротхаммеля они упоминались, но не было расширенных рекомендаций по расчету, просто приводилось несколько готовых решений самодельных автомобильных антенн на КВ.

Читаю вторую книгу Гончаренко. Глава 3.5.8, упражнение 3 (стр 153).
В упражнении у антенны Za = 32 - j24. Чтобы добиться КСВ = 1 нам нужно параллельно антенне поставить катушку с j24.
У меня вопрос: почему после добавления катушки параллельно антенне Ra антенны станет равно 50 ом? За счет суммирования Ra антенны и Ra катушки?

Если да, то вопрос номер два: каким будет КПД такой антенны? Ведь мощность, выработанная передатчиком, будет делиться на нагрузках пропорционально их отношению? Таким образом Ra антенны (начальное) примет на себя только 64% (32/50=0.64) энергии УМ?

На всякий случай прикрепляю скриншот с этим упражнением.

Вложение 1777

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

У меня вопрос: почему после добавления катушки параллельно антенне Ra антенны станет равно 50 ом?

---

По тому, что формируется новый колебательный контур, у которого входное сопротивление равно 50 Ом. Оно таким получилось в результате расчета/подбора под требуемое сопротивление и исходя из заранее заданных параметров вертикала (с возможностью изменения в процессе оптимизации).

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

За счет суммирования Ra антенны и Ra катушки?

---

Здесь, скорее, речь о трансформации сопротивлений.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Если да, то вопрос номер два: каким будет КПД такой антенны?

---

КПД равен отношению сопротивления излучения к сумме сопротивления излучения и сопротивления потерь. На практике он будет сопоставим с КПД такого же вертикала без согласующего устройства (катушки), но все-же чуть меньше, т.к. хоть потери в добавленной катушке невелики, но они добавляются к сопротивлению потерь.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Ведь мощность, выработанная передатчиком, будет делиться на нагрузках пропорционально их отношению?

---

Да. По этому сильно укороченные антенны (с малым сопротивлением излучения) - не лучшее решение во всех смыслах, включая чисто КПД.

Цитата:

---

Сообщение от ut3ubr

Таким образом Ra антенны (начальное) примет на себя только 64% (32/50=0.64) энергии УМ?

---

Из-за наличия согласующего устройства нужно рассматривать сопротивление излучения и сопротивление потерь без привязки ко входному сопротивлению, получаемому после согласующего устройства. То есть расчетные 32 Ома для конкретно этого вертикала с одной стороны и все-все потери (оммические, в земле, в изоляции, в согласующем устройстве и т.д.) с другой.

Спасибо! Буду читать дальше.