Антенна G8JNJ – многодиапазонный вертикал

01.04.2020
Антенна G8JNJ – многодиапазонный вертикал

Недавно вспоминал популярную антенну, которая в народе известна как «Антенна выходного дня». Я решил разобраться, откуда она появилась и почему она так популярна среди радиолюбителей. Здесь будет опубликован перевод статьи по антенне с сайта G8JNJ.

G8JNJ является широкополосной, она не требует тюнера и была скопирована многими компаниями. Заметки и описание ниже описывают конструкцию широкополосной вертикальной антенны, для которой не требуется тюнер, и которая способна обеспечить среднюю эффективность на всех диапазонах от 7 МГц до 28 МГц (возможна работа с низкой эффективностью с 3,5 МГц до 51 МГц).

Я провел длительные исследования антенны типа Comet CHA-250 с использованием специально сконструированного трансформатора 5:1. Я попробовал многие другие проекты, прежде чем, наконец, пришел к текущей версии.

Основной дизайн и принципы, первоначально изложенные на этой странице в 2008 году, были скопированы многими компаниями (в основном в Северной Америке) без какого-либо признания источника авторского дизайна. Они продают свои продукты за сотни долларов США и продолжают делать диковинные заявления об их эффективности.

Так что, если вы хотите поэкспериментировать и построить довольно компактную многодиапазонную антенну, которая работает умеренно хорошо, не требует тюнера и может быть построена менее чем за 20 фунтов, если вы присматриваетесь к запасным частям, то эта статья для вас.

Обратите внимание, что эта антенна НЕ будет превосходить веревочную антенну длиной 30 метров на ВЧ-диапазонах или провод длиной 80 метров на НЧ-диапазонах – она ​​работает так же хорошо, как и вертикальная антенна длиной 7 м.!

Принцип действия заключается в том, что конкретная длина излучающего элемента выбирается таким образом, чтобы он представлял среднее значение импеданса в большинстве любительских диапазонов. Специальный согласующий трансформатор присоединен в точке питания, чтобы преобразовать импеданс антенны в значение, близкое к 50 Ом.

Обратите внимание, что все эти «простые в согласовании» антенны работают более или менее одинаково путем включения резистивных потерь в согласующий трансформатор или путем добавления внешних резисторов, которые применяются в таких антеннах, как Diamond BB7V и BB6W.

Большинство из них имеют низкое значение сопротивления шунта, благодаря чему КСВ стремится к единице, когда присоединен отрезок провода с высоким сопротивлением точки подачи (1/2 волны и даже кратно). Это можно наблюдать по тому, как обеспечивается низкий КСВ даже когда к трансформатору не подключен антенный провод.

Некоторые другие используют высокое значение последовательного сопротивления, которое делает КСВ хорошо выглядящим, когда присоединена длина провода с низким импедансом точки подачи (1/4 длины волны) или используется электрически короткий провод. Это можно наблюдать по низкому КСВ,  когда выход трансформатора закорочен на заземление экрана коаксиального кабеля.

Когда используется хороший трансформатор с низкими потерями, оба вышеупомянутых теста должны дать очень высокое значение КСВ, поскольку нет потерь на трансформаторе (обрыв цепи и короткое замыкание).

Когда через трансформатор подключен резистор для улучшения согласования, он будет поглощать большую часть приложенной мощности, которая в идеале должна излучаться. Значение резистора будет определять, сколько энергии будет потрачено впустую и какой будет КСВ в худшем случае. Если у трансформатора есть резистор, значение которого равно его вторичному сопротивлению, то он рассеивает большую часть приложенной мощности, но без подключенной антенны КСВ будет близок к 1:1. Точная величина мощности, которая будет излучаться, будет зависеть от импеданса провода антенны на конкретной частоте, но, вероятно, она будет излучать больше мощности, когда импеданс антенны ниже значения сопротивления нагрузки.

Если вы используете сопротивление, которое в два раза превышает значение вторичного сопротивления трансформатора, то максимальный КСВ без подключенной антенны будет 2: 1. Обычно это максимальный КСВ, который большинство радиостанций может выдержать без срабатывания защиты КСВ для снижения выходной мощности до безопасного уровня.

На приведенном ниже графике показано измеренное значение КСВ вертикальной проволочной антенны длиной 6,5 м.(установленной на удочке длиной 10 метров), с использованием 10 скрытых радиальных лучей и подключенными различными значениями резистивных нагрузок.

Антенна G8JNJ – многодиапазонный вертикал

Красный график с 50-омным сопротивлением, желтый с 100-омным, оранжевый с 200 Ом, зеленый 300 Ом и синий с 450 Ом. Таким образом, самый низкий общий КСВ – с сопротивлением согласующего сопротивления около 200-300 Ом. Два маркера показывают резонансную частоту 1/4 (M1 при 10,5 МГц) и резонансную частоту 1/2 волны (M2 при 21 МГц).

Если учесть некоторые дополнительные потери в трансформаторе и потерю около 2 дБ в коаксиальном кабеле, а излучающий элемент и радиальная система настроены точно, то можно достичь КСВ менее 2:1 в большинстве любительских диапазонов.

Моя улучшенная конструкция трансформатора все еще имеет некоторые потери, но она намного меньше, чем у оригинального клона Comet. Это приводит к улучшению усиления антенны на несколько дБ по сравнению с версией Comet (измерения A/B сделаны с помощью удаленного приемника).

Антенна G8JNJ – многодиапазонный вертикал

График, показывающий потери через трансформаторы. Синий след — это клон Comet, а красный — мой улучшенный трансформатор.

Эффективность нового трансформатора намного лучше, чем в предыдущих версиях, которые я тестировал. Я больше не могу измерить какое-либо улучшение мощности излучаемого сигнала, подключив удаленный тюнер в конце коаксиального кабеля с низкими потерями, питающего антенну (кроме 1,9 МГц и 3,6 МГц, где наблюдалось улучшение примерно на 2 дБ).

Проходные потери намного ниже, чем в оригинальной версии, и конструкция антенны обеспечивает лучшую эффективность излучения и немного более высокий показатель КСВ.

Однако из-за уменьшения сквозных потерь (и его маскирующего эффекта на КСВ) КСВ немного выше, чем у клона Comet.

Антенна G8JNJ – многодиапазонный вертикал
На приведенном выше графике показан КСВ, измеренный у основания провода длиной 6,5 м., который установлен на удочке длиной 10 метров. Красная линия показывает прямую подачу провода 6,5 м., зеленая кривая показывает сопротивление 300 Ом, оранжевая показывает вертикальную подачу через трансформатор по схеме Comet, а синяя трасса показывает вертикальную подачу через мою модифицированную версию трансформатора. Два маркера показывают резонансную частоту 1/4 (M1 при 10,5 МГц) и резонансную частоту 1/2 волны (M2 при 21 МГц).

Обратите внимание, что трансформатор добавляет постепенно большее сопротивление шунта на низких частотах, что улучшает КСВ. Дальнейшие улучшения в согласовании можно получить, используя короткие противовесы вместо большой системы заземления. Это увеличивает резистивную составляющую полного сопротивления антенны на самых низких частотах. Хотя это уменьшает усиление антенны, оно мало влияет на общие характеристики в полосах низких частот, так как антенна слишком короткая, чтобы в любом случае работать на этих частотах. Эти факты могут ужаснуть вас, но многие производители коммерческих антенн используют похожие методы, они просто не говорят вам!

Многие люди также утверждают, что потери в 2 или 3 дБ в соответствующей сети слишком велики. Но мои тесты показывают, что даже хороший тюнер может добавить потери в пределах от 0,5 до 1,5 дБ, и что многие балуны 4:1, особенно те, которые намотаны на сердечниках из железного порошка, также могут добавить потери от 1 до 3 дБ, особенно при питании с низким импедансом или с реактивной нагрузкой. Таким образом, потери от 2 до 3 дБ могут быть довольно средними, и я бы сказал, что многие любители уже имеют такое количество потерь на своем пути передачи, даже не осознавая этого, поскольку они никогда не тратят время на его измерение.

На приведенной ниже диаграмме показан КСВ, измеренный с помощью кабеля длиной 10 м. у основания антенны. Обратите внимание, что любые дополнительные потери в фидере улучшат показатели. Например, когда подключена типичная длина коаксиального кабеля (с потерями от 1 до 2 дБ), КСВ будет улучшаться дальше. например, нагрузка с КСВ 3:1 будет измеряться как 2,3: 1 с потерей в кабеле 1 дБ и 1,9:1 с потерей в кабеле 2 дБ.

Антенна G8JNJ – многодиапазонный вертикал
Основными компонентами антенны являются 9-метровая удочка, 6-метровая мачта, трансформатор 5:1 и несколько проводов. Они используются так, как показано на рисунке ниже.

Антенна G8JNJ – многодиапазонный вертикал
Рисунок, показывающий конструкцию трансформатора 5: 1 ниже. Ферритовые кольца похожи на материал типа 33 и могут быть получены из номера артикула CPC CBBR6924 или CBBR6945. Оба из них поставляются в упаковках по пять штук и должны просто скользить по стандартной медной трубке диаметром 15 мм. К сожалению, некоторые из ферритовых колец, которые я купил недавно, немного меньше, и поэтому не подходят к медным трубкам стандартного размера. Если вы столкнулись с этой проблемой, вам, возможно, придется купить латунные трубки.

Антенна G8JNJ – многодиапазонный вертикал
Антенна G8JNJ – многодиапазонный вертикал
Источник: https://g8jnj.webs.com/broadbandhfvertical.htm