Делаем узкополосную антенну (300.025…300.575 МГц) [1] с круговой диаграммой направленности, вертикальной поляризацией, простую в изготовлении и настройке, с высоким коэффициентом усиления (КУ) и «прижатой» к земле диаграммой направленности. Предполагаемая мощность передатчика – всего 5 Вт.
Замечания по конструкции (частное требование). У меня уже есть штатное место для установки антенны на мачте, поэтому нижняя часть антенны должна иметь снизу трубку с внешним диаметром 20 мм. Предполагаемая высота установки - 9 м от уровня пресной воды примерно до середины антенны.
Материалы и заготовки:
1. Алюминиевая [2] трубка 20 х 1.7 х 163 мм (диаметр х стенка х длина).
2. Присадочные прутки из латуни или прутки биметалла диаметром 2 мм: длины около 1000 и 450 мм.
3. Винты или шпилька М5 с гайками, лучше из цветного металла, т.к. будем сверлить поперек и отрезать шляпки.
4. Соединительный элемент от клеммника под диаметр прутка (будет распилен пополам).
5. Пластиковая трубка диаметром 20 мм, длина произвольная и зависит от места установки антенны. Путь будет 200…400 мм.
6. Пластиковая муфта для соединения трубок
7. Коаксиальный кабель (волновое сопротивление 50 Ом, внешним диаметром до 5 мм)
8. Миниатюрный подстроечный конденсатор с регулировкой в диапазоне 5..25 пФ.
9. Пластиковые трубочки для распорок между излучателями.
Инструмент и приборы:
1. Дрель и сверла – 2.2 и 5.2 мм
2. Напильники плоский и круглый
3. Тисочки
4. Паяльник с аксессуарами
5. Рулетка или линейка
6. Пилка по металлу
7. Плашка М5
8. Измеритель коэффициента стоячей волны (КСВ)
9. Измеритель емкости конденсаторов (по желанию)
Приступаем к сборке:
1. Делаем 4 (четыре) шпильки М5, длиной около 8..10 мм с поперечным отверстием 2.2 мм (под латунные прутки) около одного из концов. Убеждаемся, что резьба на другом конце не испорчена (плашка!).
2. Из элемента клеммника, путем его распила на 2 части готовим регулировочные ползунки временного крепления кабеля к излучателям.
3. В алюминиевой трубке сверлим 4 (четыре) отверстия диаметром 5.2 мм, распологая их противоположно; межцентровое расстояние на каждой из сторон около 50 мм (не критично), верхнее отверстие с каждой стороны – у среза трубки.
4. Собираем антенну, фиксируя длину одного прутка 907 мм (над верхним срезом трубки), второго – 348 мм. Оставшиеся концы излучателей оказываются внутри трубки. Межосевое расстояние в моем конкретном случае – 14.6 мм, этот размер является определяющем в расчете параметров антенны.
5. Просовываем кабель, подпаиваем к ползункам, заранее зафиксированным на высоте 111 мм над срезом трубки на каждом из прутков.
6. Припаиваем конденсатор между центральной жилой и оплеткой кабеля (можно прямо к ползункам).
7. С помощью сухой спички (или иного неметаллического предмета) непосредственно под точками питания отводим коаксиальный кабель [3] из плоскости излучателей.
8. Готовим измеритель КСВ и радиостанцию.
Приступаем к настройке:
1. На средней частоте (300.2 МГц) меняем емкость, добиваясь минимального КСВ при данном положении ползунков. Записываем значение.
2. Немного смещаем ползунки (вверх или вниз, для начала на 5 мм), снова повторяем п.1. Если полученное минимальное значение КСВ стало больше – не угадали, далее смещаем в противоположную сторону.
3. Добившись перемещением ползунков и изменением емкости минимально возможного КСВ, запоминаем положение. Все получается с пределах примерно ±5 мм от вычисленного значения.
4. Рекомендуется. Отпаиваем и снимаем ползунки, припаиваем кабель и конденсатор непосредственно к излучателям.
5. По желанию. Отпаять конденсатор, измерить получившуюся емкость, купить конденсатор постоянной емкости (виден на следующем фото), припаять.
6. Заключительные технологические операции: герметизация контактов и прочий «фэн-шуй»(здесь отсутствуют).
Комментарии:
· Вместо латуни лучше найти биметаллический пруток – больше жесткость.
· Если все элементы антенны подвержены пайке – припаять прутки к трубке.
· Не согласен с авторами, которые приводят термин «произвольная длина» применительно к нижнему элементу, который у меня сделан из трубки. Размеры (длина, диаметр) этого элемента сильно влияют на КСВ и КУ. И он так же излучает.
· Достаточно критично расстояние от нижнего конца алюминиевой трубки до какого-нибудь проводника ниже ее (у меня на яхте - мачта 7.5 м, диаметром 70 мм) – даже в этом случае приближать ближе 60 мм к топу мачты крайне нежелательно.
· В разумных пределах согласование возможно и «подгибанием» короткого излучателя к длинному и обратно. Но некрасиво!
Для пользователей программы MMANA:
· Отсутствие проводника (мачты, к примеру) ниже антенны (провод 10, r=0) дает при расчете КУ равный 8.65 dBi. Когда задаю мачту яхты, как проводник (провод 10, r=35 mm), КУ немного падает, но входное сопротивление антенны (12.9 + j21.7) практически не меняется.
· Провода 4 и 11 – это «виртуальное» соединение (реальное – через трубку, провод 9). Отрадно то, что изменение радиуса этих двух проводов в моей модели практически ничего и не меняет. И понял, почему так – расстояние от точки питания до трубки (провода 3 и 5) получилось 111 мм. Когда я пытался в программе уменьшить КСВ, это расстояние приближается к 20 мм (классические расчеты J-антенн). Но именно в этом случае, «радиусы» проводов 4 и 11 становятся ох как критичны.
· Действуем по принципу: хорошая антенна не та, у которой КСВ равен 1, а та, у которой правильная диаграмма направленности и высокий КУ [4]. Задача обеспечить при этом еще и низкий КСВ обеспечена конденсатором (согласующее устройство - СУ), стоимостью около 14 рублей.
· Можно получить КУ еще выше [5], но для этого нужны расчеты с другими межосевыми расстояниями (мое – 14.6 мм) и другие СУ.
· Если ограничить КУ в районе 7 …. 7.5 dBi, то можно обойтись и без СУ.
На последнем фото – общий вид нынешней антенны и GP (образца 2008 г.) на этот же диапазон. Обе антенны имеют снизу один и тот же вклеенный разъем (PL female), на котором они и «позируют», самостоятельно (!) стоя на полу.
В качестве сравнения: GP была и остается: надежной, простой, легкой, низкой, прочной (излучатели из нержавейки). Кроме того, она не нуждалась в СУ.
Но ее характеристики (и это видно на последней диаграмме) уступали нынешней.