Полуволновый диполь является одной из простейших антенн. Длина такой антенны составляет ровно половину излучаемой длины волны, а усиление 0 dB (2,15 dBi). Данный диполь есть симметричный, для подключения его к коаксиальному кабелю необходимо согласующее устройство, представленное на рисунке.
На практике применяются два типа диполей, a именно: замкнутый (петля) и разомкнутый. Обе антенны имеют волновое сопротивление 300 Ом, петли из 75 - омного кабеля согласуют сопротивления . Отличия в их работе состоят в том, чтоширина полосы пропускания разомкнутого диполя шире, и у петли диаграмма направленности напоминает эллипс.
Очень важное зачение имеет расположение антенны по отношению к мачте или другим объектам. . Оба типа антенн следует размещать, как показано на фото (моё) . Удалять антенну необходимо как минимум на 0,2-0,3 длины волны. Напоминаю, что длина волны наших передатчиков составляет около 2800 мм. - 3100 мм.
Коэффициент кабеля К - приблизительно равен 1,6 - для кабеля с пластиковым диэлектриком; и 1,3 для кабелей с напененным диэлектриком.
Конечно данные антенны не имеют усиления, но спросите у себя "А это действительно мне надо?" :-)
Модифицация полуволнового диполя Полуволновой диполь Сравнение этой антенны с полуволновым диполем, имеющим такую же высоту подвеса, показало, что она несколько уступает диполю при ближних связях , но существенно эффективнее его при дальних связях и при связях, осуществляемых с помощью земной волны. Описываемая антенна имеет большую полосу пропускания по сравнению с диполем (примерно на 20%), которая в диапазоне 40 м достигает 550 кГц (по уровню КСВ до 2). Питание антенны осуществляется коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом.
Для диапазона 160 метров (1.8МГц) и диапазон 80 метров (3.5 МГц).
Полуволновая антенна, или диполь (рис.1). Диполь представляет собой прямой проводник, электрическая длина которого равна половине длины излучаемых им электромагнитных волн. Действительная (геометрическая) длина диполя несколько меньше чем R2. Это связано с тем, что на концах антенны возникает емкостный ток, который эквивалентен увеличению ее длины. Необходимую длину диполя, с учетом соответствующего коэффициента укорочения, можно рассчитать по приближенной формуле, которая вполне удовлетворяет всем требованиям практики:
где L — длина диполя в метрах, a f — частота в килогерцах (кГц) и мегагерцах (МГц). При этом для расчета необходимо брать среднюю частоту (fcp.) используемого участка диапазона. Используя указанную формулу можно определить, что длина диполя для диапазона 160 м составляет 75 м (fcp. = 1900 кГц), а для диапазона 80 м — 39,58 м (fcp. = 3600 кГц).
Изготавливается диполь из антенного канатика — многожильного провода, свитого из медных проволок, или биметаллического провода диаметром 3–4 мм. В центре диполя, в его разрыв, подключен (методом скрутки и пайки) коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Кабель желательно располагать перпендикулярно диполю хотя бы на несколько метров от него.
В качестве изолятора в центре диполя должна использоваться достаточно прочная пластина из гетинакса, текстолита или оргстекла толщиной не менее 10 мм. Кабель необходимо закрепить в нижней части пластины с помощью металлической скобы и двух винтов. Оплетка и центральная жила распаиваются без натяга, так чтобы весь вес кабеля приходился на скобу. Внешние концы диполя изолируются с помощью фарфоровых изоляторов. Это необходимо для сохранения соответствующей длины излучающей части антенны и предотвращения утечки из нее токов ВЧ в землю.
Какую антенну использовать для этого трансивера? Я использовал 2 вида антенн: полуволновый Диполь и Дельту. Полуволновый Диполь состоит из двух противоположных проволочных кусков провода (плечей) имеющих равную длину, и каждое плечё равно четверти волны. Два плеча в сумме и составляют пол волны. Этот трансивер работает на частоте 21001 МГц - значит на волне длиной 14,28 метров . Как я это вычислил? Зная скорость распространения радио волн = 300000км/сек, по формуле (из школы) "длина волны (в метрах) = скорости (в км.) делёной на частоту (в кГц). Решаем: 300000/21001=14,285 м. А полуволновый "Диполь" должен полностью (2 плеча) иметь длину пол волны т.е. 7м 14см. Значит плечи должны быть длиной по 3м 57см (каждое). Таким образом можно пересчитать себе полуволновый диполь на любую другую частоту.
Полуволновой "Диполь" лучше всего изготовить из медного одножильного (обмоточного) провода без изоляции, диаметром примерно 2....3мм. Можно использовать и одножильный алюминиевый провод (без изоляции) но толщина его должна быть больше, 3....6мм в диаметре. На края диполя закрепляются изоляторы (можно из фарфора или пластмассы) после изоляторов дальше к месту крепления идут растяжки изготовленные из провода любого материала, можно железный, или даже прочную капроновую верёвку. В центре диполя (где соединяются два плеча) стоит изолятор также из фарфора или пластмассы. К этим двум плечам подсоединяют антенный коаксиальный кабель как у телевизионных антенн. Кабель должен быть новый и иметь волновое сопротивление 75ом. толщина кабеля должна быть стандартной, примерно 8 мм диаметром. Тоньше кабель использовать не рекомендую, разве что, специальный тонкий с фторопластовой изоляцией. Желательно даже использовать кабель белого цвета с алюминиевой фольгой в слое оплётки, который кругом продаётся сейчас на рынках и в магазинах. Кабель подключается к диполю таким образом: оплётка к одному плечу, а центральная жила к другому. Конец кабеля в месте подключения к диполю желательно герметически закрыть, да бы не попадала вода в кабель во время дождя (я это сделал бакситкой). Самое главное - это как можно выше повесить антенну от земли и от крыши дома. Поскольку дальность связи напрямую зависит от высоты подвеса антенны. Длина кабеля должна ровнятся длинам или полудлинам волны на которую настроена антенна. Например, наша антенна работает на волне 14,28м. Половина волны это 7,14м значит длина нашего кабеля должна составлять равное число полуволн 1 полуволна - (7м), 2 полуволны - (14м), 3 полуволны - (21м), 4 полуволны - (28м) и т.д. до бесконечности. Соблюдая размер длины кабеля мы получим меньше потерь мощности в кабеле. Также можно рассчитать длину кабеля для антенн других диапазонов (частот). Диполь излучает радиоволны своей плоскостью. Например вам надо чтобы ваш диполь хорошо бил на запад и на восток. То вам надо повесить диполь так, чтобы один конец смотрел на юг, второй на север.
Антенна "Дельта" имеет более направленное излучение. И поэтому более дальнобойна. Изготовлена она из цельного куска медного одножильного провода (толщиной 2....3мм), или алюминиевого (толщиной 3....6мм) Она представляет собой рамку длиной по периметру равной длине волны. Например, Дельта на частоту 21001 кГц (длина волны 14,3 м ) должна иметь 14,3 м по периметру. Дельта это рамочная, замкнутая антенна имеющая форму ровнобедренного (можно и ровностороннего) треугольника, поэтому так и названа. Дельту можно расположить как одним из углов к верху, так и углом вниз. Можно расположить Дельту в вертикальной плоскости (перпендикулярно поверхности земли) и она будет бить своей плоскостью вперёд и назад, под низким углом к горизонту и значит очень далеко. А можно плоскость этого треугольника наклонить на 45 градусов и вся мощность пойдёт в ту сторону, плоскость которой смотрит в небо. Теперь имея антенну дельта вы имеете более сильное усиление на приём и на передачу (по сравнению с диполем) в сторону плоскости треугольника. Это усиление получается за счёт более больших размеров, более тонкого лепестка направленности, и за счёт того что это рамочная, замкнутая антенна. Дельта крепится на растяжках из любого прочного материала (например стальной провод). В каждом углу дельты стоит по изолятору из диэлектрика (фарфор, пластик) к которым крепятся эти растяжки. Кабель у Дельты подключается с любого угла (как вам удобно), в разрыв провода полотна антенны как по описанию в Диполе. Кабель используется такой же как у Диполя с волновым сопротивлением 75ом. Главное, как можно выше повесить эту антенну (но не обязательно), у меня висела на высоте 5 метров от земли нижняя часть антенны и я мог связываться с Америкой. Но чем выше тем лучше вас слышать будут на других континентах, да и вы их тоже. Антенны Диполь и Дельта можно располагать на крышах многоэтажных домов, можно повесить диполь между двумя многоэтажными домами. Например с крыши одного дома на крышу другого. Между двумя высокими деревьями. Или крышей дома и высоким деревом. Также можно сконструировать самодельные мачты из дерева (слёги) или метала (трубы).
Антенна "Штырь" изготавливается из алюминиевой или дюралевой трубы длиной равной четверти волны. На частоту 21001 ( 14,3 м ) длина трубы нужна 3,5 м . Эта труба крепится вертикально на мачте высотой не менее 3-х метров от поверхности (например крыши дома). Сам штырь от мачты отделён масивнным изолятором из фарфора или пластмассы. На этот изолятор крепятся также оттяжки-противовесы из медного или алюминиевого провода (спаянные между собой у изолятора). Их количество должно быть больше 3-х (чем больше тем лучше (можно и 20)). Противовесы изготавливают из медного (толщиной 1,5....3мм) или алюминиевого (толщиной 3....6мм) провода. Длина этих противовесов должна быть (как и сам штырь) равной четверти волны. Противовесы должны быть под углом по отношению к самому штырю 135 градусов, и 45 градусов к мачте. На концы каждого противовеса крепим по изолятору и дальше от изолятора оттяжку к месту крепления. Оттяжки можно сделать из любого материала: стальной провод, прочная верёвка. Кабель к Штырю подключается у изолятора. Центральная жила идёт на сам штырь (алюминиевую трубу), а оплётка на противовесы, соединённые между собой возле кабеля. Кабель в месте подключения к антенне, неплохо загерметизировать бакситкой чтоб не попадала стекаемая вода со штыря во время дождя в кабель. Противовесы не должны быть соединенны с мачтой на которой крепится штырь. Длина кабеля как и у Диполя, и у Дельты должна быть кратной полуволнам. Но к этому Штырю обычный телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75ом не годится. Для штыря нужен 50 омный кабель. С волновым сопротивлением 50ом. При покупке вы должны точно быть убеждены в том что вы покупаете кабель сопротивлением 50ом. Это более дорогой кабель, и он используется в телефонных радиоудлинителях, в автомобильных и стационарных радиостанциях CB. Физически он отличается от 75-и омного тем, что у него толстая центральная жила. Толще в 5...7 раз чем у 75-и омного кабеля такого же внешнего диаметра.
Диполь, Дельта, Штырь. (7 kb)
Трансивер надо будет согласовать с антенной двумя переменными конденсаторами и подбором числа витков в П-контуре выходного каскада. Это можно сделать путём максимального показания прибора. А более точную настройку и подстройку длины антенны (вогнать антенну в резонанс на передаваемой вами частоте) вам понадобится КСВ-метр. Схему и описание которого я опишу позже. А пока КСВ метр вам недоступен, я расскажу о новом способе настройки антенны придуманным мною. Берём насколько 2-х ватных сопротивлений (МЛТ-2) спаянных паралельнно чтобы получилось общее сопротивление 75 ом. (это зависит от того какую антенну вы собираетесь настраивать. Для штыря нужно 50ом, а для Дельты и Диполя 75ом). Например я для настройки Дельты и Диполя использовал 4 резистора МЛТ-2 сопротивлением 300ом спаянных паралельно. Общее сопротивление которых составляло 75ом. Значит так, подключаю я эти сопротивления вместо антенны, нажимаю передачу (даю непрерывное "тире", "тон") и настраиваю п-контур крутя ручки конденсаторов. Настроив по максимуму показанию стрелки индикатора выхода, я запоминаю показание стрелки (например стрелка на цифре 5). Теперь отключаю эти резисторы и втыкаю антенну. И снова начинаю настраивать П-контур по максимальным показаниям стрелки. И так, настроил. Смотрю до какой цифры откланяется стрелка на реальной антенне. Должно быть на 5-и делениях, как и на резисторах. Если на 5-и, то всё в порядке, а если больше или меньше чем на 20% то значит антенна не настроена. Если больше, то надо укоротить длину антенны на 5....10 см. А если меньше, то удлинить на 5....10 см. И снова провести измерения с резисторами и реальной антенной. Так надо делать до тех пор пока показания прибора выходного сигнала не будет одинаковым или в прделах 20% и на резисторах и на реальной антенне. При хорошей настройке антенны получаем лучшее усиление антенны в несколько раз и уменьшение потерь мощности в кабеле также в несколько раз. Внимание! Этот способ работает только при длине кабеля кратной половинам длины волны
Из практических соображений ограничимся рассмотрением антенн длиной l и 2l т.к. более длинные антенны бывает трудновато разместить на современных дачных участках и на крышах городских зданий. Для них, с учетом влияния краевых емкостей, длины должны быть: для l - 10, 8 м, для 2l - 21, 8 м. Для антенны длиной l максимум излучения происходит под углом 50╟ к направлению провода, а усиление по сравнению с полуволновым вибратором равно 0,5 дБ. Для антенны длиной 2l -30╟ и 1,5 дБ соответственно. Сопротивление излучения этих антенн при высоте подвеса более 5 м над землей составляет 80 Ом для длины l и 105 Ом для 2l. Для согласования их с 50-омным кабелем можно использовать четвертьволновый трансформатор с волновым сопротивлением 75 Ом, т. е. включить между фидером и антенной кусок телевизионного кабеля подходящего диаметра (желательно не меньше диаметра кабеля 50-омного фидера) длиной 1,8-2 м. На рис. 3 показана несимметричная запитка антенны, на рис. 4 - симметричная запитка. При несимметричной запитке кабель работает в резонансном режиме поэтому его длина должна быть кратной длине волны. При симметричной запитке длина кабеля может быть любой, но для предотвращения затекания тока на внешнюю поверхность кабеля (это искажает диаграмму антенны) желательно намотать 2-4 витка кабеля на ферритовое кольцо большого диаметра вблизи точки присоединения к антенне.
