Антени для радіоаматорів

Глава 1. Лінії передач. Коаксиал або двухпроводная лінія.
Сурогатні і саморобні фідери.

Зараз вартість коаксіальних кабелів росте не по днях, а по годинах, якість же їх падає так само сильно. Але в багатьох випадках, особливо тим, хто тільки починає свою роботу на 160 метрів, можна обійтися і без покупки коаксіальногокабелю.

1. Робота ліній передачі.

Розглянемо спрощено теорію ліній передач. Є три режими роботи лінії - робота на узгоджене навантаження, робота на навантаження велику хвильового опору лінії і на навантаження меншу хвильового опору лінії (рис.1).

Режим на мал.1а називають режимом біжучої хвилі. В цьому випадку Uмакс. = Uмін .. Rн = Z л

Режим на рис. 1б і 1в називають режимом роботи лінії зі стоячою хвилею. Коефіцієнт стоячої хвилі К, який дорівнює

Зрозуміло, що в режимі біжучої хвилі фидерная лінія використовується оптимально. Якщо ж антенна система працює з КСВ, то лінія фідера використовується не оптимально.

2. Коаксіальні лінії передач.

Ці лінії, не без допомоги радіоаматорів, широко стали використовувати під час другої світової війни. Коаксиальная лінія являє собою провід 1, оточений діелектриком 2, і укладений в металеву оплетку 3, яка в свою чергу захищена пластиковою оболонкою 4 (рис.2). Все електромагнітне поле такої лінії укладено всередині неї, тому її можна розташовувати як завгодно (згинати, звивати в бухту) і де завгодно (близько металу і навіть під водою.

Для зменшення втрат коаксіальних ліній передач використовують високоякісний діелектрик, в деяких випадках він складається з порцелянових лусочок.

Але треба визнати, що якість побутових і коаксіальних кабелів погіршується з року в рік, і часто кабель, придбаний зараз, набагато гірше кабелю, зробленого кілька років тому. Особливо це стосується коаксіальних кабелів виробництва СНД. Замість плетеного екрану зараз часто ставлять кілька десятків Несвіта тонких проводів, помітно гірше і якість пластмас.

Якщо такий коаксіал придатний для прийому, то на передачу він вже підходить насилу, та й то лише за умови, що така лінія працює з невисоким КСВ.

Робота з великим КСВ особливо небезпечна для коаксіальних кабелів, так як протікають при цьому значні струми можуть привести до перегріву внутрішньої жили і місцевим розплавлення внутрішньої ізоляції кабелю і, як наслідок цього, кабель в цьому місці "стягується" і приходить в непридатність. У пучности напруги можливий пробій коаксіальногокабелю. При поганій оплетке робота з КСВ веде до посилення випромінювання кабелю.

Хвильовий опір коаксіальних кабелів Zo лежить в межах 30-120 Ом. Його можна визначити як

де D - внутрішній діаметр обплетення,

d - зовнішній діаметр жили,

# 101; - діелектрична постійна внутрішньої ізоляції кабелю.

3. Двухпроводная лінія передачі.

Двухпроводная лінія передачі являє собою два дроти 1, між якими розташовані ізолятори 2 (рис.3). Опір двухпроводной лінії лежить в межах 200-600-Ом і визначається як

де D - відстань між центрами провідників,

d - діаметр провідників.

Електромагнітне поле зосереджено як всередині, так і за лінією (рис.4).

Це обумовлює вплив на лінію різних довколишніх предметів на відстані до 10D. Відбувається збільшення випромінювання лінії на високих частотах через рассімметрірованія антени. При рассімметрірованіі, струми, що протікають в різних проводах лінії знаходяться не в фазі, і не компенсують один одного, що призводить до випромінювання фідера.

При використанні двопровідних ліній, дроти яких проходять в діелектрику, матимемо більше втрати в ньому на ВЧ. Двухпроводная лінія переносить режим роботи з КСВ значно легше. Дійсно, вона зазвичай виконана з досить товстого дроту, здатного пропустити значні струми, і велика відстань між проводами захищає лінію від пробою.

4. Робота ліній передач з КСВ.

Можна без побоювання живити через 600-омную лінію 60-омную антену (рис.5). Дійсно, КСВ в лінії при цьому буде близько 10, але лінія буде працювати. Для прикладу розрахуємо значення діючих в цьому випадку струмів і напруг в лінії при потужності в навантаженні 120 Вт. При цьому струм в навантаженні буде 1,5 А, напруга 90 В. Напруга піку в лінії буде 900 В. Хоча це на перший погляд велика величина, але звичайна двухпроводная лінія передачі його витримає. Можна використовувати і 300-омную двухпроводную лінію, КСВ в цьому випадку зміниться.

Зазвичай радіоаматори не використовують антени опором вище 600 Ом. Але припустимо, ми заживлюємо довгою лінією полуволновой диполь на 40 м. Така антена має вхідні опору близько 75 Ом на 40-метровому діапазоні і близько 1200 Ом на 20- і 10-метрових діапазонах.

Режим роботи на 40 м ми розглянули вище. На 20 і 10 метрах, при використанні такої лінії, КСВ буде близько 2 (рис.6). Струм в антені, при підводиться до неї потужності 120 Вт буде 0,3 А, напруга на ній 380 В. Струм піку буде 0,6 А і напруга піку 760 В, що дуже небагато практично для будь-якої лінії. Робота коаксіальногокабелю при навантаженні більше і менше його хвильового опору

аналогічна роботі двухпроводной лінії. При роботі з високим КСВ коаксіал не має запасу ні по напрузі, ні по току, на відміну від двухпроводной лінії, і може бути виведений з ладу надмірними струмами або напругою.

Ось чому при використанні коаксіального кабелю працюють тільки на узгоджену антену. Використання двухпроводной лінії дозволить зробити просту антену без загороджувальних контурів, узгоджуючих ланцюгів, яка буде працювати як в гармоніковий діапазонах (тобто антена на 80 буде працювати на 40, 20, 10), так і в проміжних - 160, 30, 17, 15, 12 (рис.7).

При використанні коаксіального кабелю таку просту антену побудувати неможливо. Можна рекомендувати початківцям короткохвильовики не мучитися з пошуками якісного коаксіальногокабелю, налаштуванням антени, а виконати цю просту і в той же час ефективну антенну систему.

5. Сурогатні лінії передач.

Звичайний мережевий шнур живлення має хвильовий опір близько 60-120 Ом. Його можна успішно використовувати для заживлення таких антен як дельта, диполь, штир. Але ізоляція мережевого проводу має підвищені втрати, які ростуть на високих частотах. У різних мережевих шнурах використовується різна ізоляція, яка, як показує досвід, може працювати до 7-10 МГц і навіть вище. Простий спосіб визначити, чи працездатний мережевий шнур в якості фідера - підключити його до антени, виміряти КСВ, і якщо КСВ буде Вас влаштовувати, спробувати шнур на дотик. Якщо він теплий, а тим більше гарячий, використовувати його на цій частоті не можна. Такий фідер більш схильний до впливу атмосферних впливів, ніж коаксіальний кабель.

Екранований шнур, який використовується в звуковій техніку, має хвильовий опір близько 30-70 Ом, і його можна використовувати з антенами 160-80 метрового діапазону, які зазвичай мають малу висоту підвісу і, внаслідок цього, малий опір. Такий кабель повинен мати пластикову ізоляцію поверх екрану. На більш високих частотах використовувати його не рекомендується через зростаючих втрат.

Ізоляція цієї лінії не розрахована на роботу в атмосферних умовах і вже через кілька років приходить в непридатність. Через таку лінію можна передавати значні потужності - до 200 Вт.

6. Виготовлення відкритої лінії в домашніх умовах.

Для виготовлення відкритої лінії мною був виготовлений верстат (рис.9). Він складався з дошки 1, на якій були укріплені дві бобіни з проводом 2, що використовуються для виготовлення відкритої лінії. Від цих бобін провід надходив на виконану з дерева форму 3, яка забезпечувала формування відстані між проводами відкритої лінії. У паз 4 форми 3 закладався ізолятор 5, виконаний з термопластмаси. Притиском 6 дроти натягалися і паяльником 7 вплавлятися в ізолятор. Після цього готова лінія змотувалася на саморобну бобіну 8. За допомогою лінійки 9 забезпечувалося рівну відстань між ізоляторами.

Для ізоляторів можна використовувати товсті поліетиленові стрижні або інші пластмаси, що дозволяють виробляти в них Заплавка і володіють достатньою міцністю. Для уніфікації можна виконати ізолятори самому з підручних матеріалів. Для цього беруться дві порожні консервні банки (рис.10), причому банку 1 більшого діаметру, ніж банку 2.

У банку 2 формується носик, в неї закладається матеріал для виробництва пластмаси для ізоляторів - це можуть бути старі поліетиленові пакети, пластикові банки з-під миючих засобів і т.д. потім банку 2 ставиться на банку 3 і закривається банкою 1. Через деякий час пластмаса буде готова і її можна розлити в форму 4. Ця форма виконана з жерсті від консервної банки, яка згорнута куточком. Після заливки і охолодження отримаємо кутовий ізолятор 5, який після цього розпилюють на заготовки потрібної довжини. У цю пластмасу провід легко вплавляется, і вона має достатню механічну міцність.

З цієї пластмаси можна виготовляти і дрібні деталі (ручки, кнопки, каркаси для котушок) для радіоаматорських потреб. Роботи з приготування і розливання пластмаси краще проводити на відкритому повітрі або в добре провітрюваному приміщенні.

Таблиця, наведена тут, надасть допомогу у виготовленні саморобної відкритої лінії. Для лінії краще використовувати мідний одножильний провід в ізоляції типу ПЕТВ-2 (влаготеплостойкій). При використанні неізольованого проводу він згодом окислиться, що погіршить роботу лінії. Канатик з тонкими жилами в міських умовах під дією кислотних дощів і смогу може швидко прийти в повну непридатність, крім того, він не забезпечує достатньої жорсткості лінії.

Г.І.Атабеков і ін. Теоретичні основи електротехніки. М., Енергія, 1979.

Г.З.Айзенберг. Короткохвильові антени. М. рис, 1985.