Антенна «ground plane» на диапазон 3,5 мгц — r3rtambov
При изготовлении вертикала (GP) на низкочастотные диапазоны, радиолюбители обычно вынуждены выбирать между эффективностью антенны и её размерами. Если действующая высота GP диапазона 80 метров около 13 метров, то следует ожидать, что при оптимальном использовании «удлиняющих» элементов антенна такой длины будет достаточно эффективной. Настроить короткую антенну в резонанс можно концевой емкостной нагрузкой или катушкой индуктивности.
Емкостную нагрузку обычно выполняют в виде нескольких проводников, расположенных перпендикулярно полотну излучателя и находящихся у его вершины. Такой вид согласования обеспечивает максимальный КПД антенны и, следовательно, является приоритетным. Из конструктивных соображений длину проводников выбирают не более 0,03 l, что ограничивает возможности этого метода.
Использование катушки индуктивности менее желательно, поскольку она заметно снижает как КПД антенны в целом, так и её полосу рабочих частот. Однако для эффективного укорочения антенны на практике часто используют оба метода. Потери в катушке можно уменьшить, если выполнить её в виде одного или двух витков достаточно большого диаметра. Хотя такие катушки индуктивности сложнее в изготовлении, они обеспечивают большую полосу пропускания (при диаметре катушки около 0,01 l она работает частично как излучатель).
Преимущество подобной конструкции ещё и в том, что катушка вносит определенную ёмкость относительно «земли», что дополнительно укорачивает антенну.
Комбинация этих двух методов и использована в антенне для диапазона 80 метров (рис. 1). Основание антенны — металлическая труба, выступающая над поверхностью земли на 3 м. В нижней части к основанию присоединены пять радиально расходящихся и углубленных на 10 см в грунт проводов заземления длиной по 25 м. Провода заземления изготовлены из оцинкованной стальной проволоки. В верхней части к основанию подключены шесть радиально расходящихся противовесов длиной по 19 м.
Рис. 1
На основании закреплен (через изолятор) излучатель высотой 10,5 м, состоящий из двух отрезков металлических труб длиной 3 м (нижний) и 7,5 м (верхний). Отрезки излучателя механически соединены между собой через изолирующую втулку с крестовиной, на которой расположена катушка индуктивности L.
Конструкция катушки индуктивности L показана на рис. 2. В изолирующей втулке закреплены четыре бамбуковые палки длиной 1 м. На концах палок установлены фарфоровые роликовые изоляторы, причем на одной из палок таких изоляторов два. Катушка, изготовленная из антенного канатика диаметром 5 мм, закреплена на этих изоляторах и своими концами подключена к верхней и нижней частям излучателя.
Рис. 2
Емкостная нагрузка на вершине излучателя выполнена из четырех электрически соединенных с ним отрезков антенного канатика длиной 2,5 м и Ø 3-5 мм, растянутых вдоль бамбуковых шестов (рыболовных удилищ). Чтобы эти шесты не прогибались, их поддерживают капроновые шнуры.
Излучатель в рабочем положении удерживают два яруса капроновых растяжек (по четыре в каждом).
Питают антенну 75-омным коаксиальным кабелем длиной 12 м. Между кабелем и трансивером включено согласующее устройство (см. статью «Спиральный» GP для НЧ диапазонов» в «Радио», 2000, № 1, с. 64).
Антенна хорошо показала себя при работе на сверхдальних трассах, обеспечивая связь со всеми континентами.
Э. Осьминкин UA4ANV
73!
Антенна ground plane (gp) на диапазоны от 3,5 до 28 мгц
Данная антенна долгое время используется совместно со специальным устройством для согласования. Фидер антенны сделан из коаксиального кабеля 50 Ом общей длиной 22 м.
Настройка антенны на соответствующем диапазоне производится переменным конденсатором с воздушным диэлектриком, согласно рисунку:
Для оперативной работы его желательно разместить на рабочем месте.
Элементы конструкции согласующего устройства
Схема согласующего устройства следующая:
Согласующее устройство состоит из фильтра высокой частоты (ФВЧ) с частотой среза — 30 МГц и КСВ-метра, с помощью которого легко оптимизировать настройку антенны на любом из любительских диапазонов.
Катушки L1…L6 намотаны медным проводом ПЭВ-2 диаметром 2 мм на оправке 12,5 мм.
L1, L5 содержат по 6 витков. Длина намотки 20 мм.
L2, L4 — по 11 витков. Длина намотки 37 мм.
L3 — 13 витков. Длина намотки 43 мм.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце с магнитной проницаемостью 20 – 30 ВЧ К20х10х5 мм. Первичная обмотка выполнена из отрезка коаксиального кабеля, соединяющего коаксиальный разъем со стороны входа антенны с выходом ФВЧ. На него одевается ферритовое кольцо, при этом изоляция с кабеля не снимается. Оплетка коаксиального кабеля соединяется с корпусом только с одной стороны — у входного коаксиального разъема. Вторичная обмотка содержит 2х24 витка. Намотка производится проводом ПЭЛШО 0,15 по всей окружности кольца.
При работе в диапазоне 7 – 26 МГц максимальная емкость конденсатора С1max = 200 пФ
При КСВ не хуже 1:1,5. В диапазоне 3,5 28 МГц емкость конденсатора С1max = 400 пФ при КСВ 2,5…3.
На диапазоне 3,5 МГц антенна используется как вспомогательная.
Автор: В.Кулав
Антенна типа gp (ground plane)
Антенна типа GP
(радиолюбительский жаргон) – стационарная антенна
выполненная в виде несимметричного заземленного
вибратора (Ground Plane) и искусственной земли в виде противовесов. Если размер антенны не
указывается, то подразумевается, что длина штыря
антенны GP составляет 1/4 lambda (длины волны).
Антенна имеет штыревую конструкцию, удобную для размещения как на крыше здания, так и на автомобиле. Она проста и, в то же время, достаточно эффективна, благодаря чему получила широкое распространение. Для нормальной работы антенны Ground Plane она снабжается тремя противовесами. Длина противовесов выбирается равной, или на 2,5% больше 1/4. Входное сопротивление антенны зависит от угла между противовесами и мачтой: чем меньше этот угол (противовесы прижаты к мачте), тем больше сопротивление. Для получения входного сопротивления 50 Ом угол выбирается равным 30-45 градусов. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости имеет максимум под углом 30 градусов к горизонту. Усиление антенны примерно равно усилению вертикального полуволнового диполя.
Недостатком данной конструкции является отсутствие соединения штыря с мачтой, что требует дополнительных мер по грозозащите и защите от статического электричества. Наиболее простым способом защиты является использование короткозамкнутого шлейфа из кабеля длиной 1/4, подключенного к фидеру с помощью тройника. Шлейф обеспечивает соединение центральной жилы фидера с заземленной оплеткой по постоянному току и не влияет на согласование антенны.
Длина шлейфа рассчитывается с учетом коэффициента укорочения используемого кабеля.
Связанные статьи: стационарная антенна, Вибратор Пистолькорса, КСВ, КНД, Поляризация волн.
Эффективность gp антенн
Рад, что нашлись желающие поспорить про то что в антенне главное 🙂 Или про эффективность самодельных антенн. Всё это по поводу GP верх ногами. Любые затраты времени, материалов, нервов должны приносить результат. Это аксиома, с ней не поспоришь. Точно такая же аксиома и то, что любая антенна становится антенной вместо куска проволоки только после настройки. Это особенно заметно при изготовлении антенн на низкочастотные диапазоны: длина волны и размеры огромные, полоса пропускания наименее подходящая для антенн таких размеров – самая узкая, да еще всё это надо поднимать очень высоко. Одним словом мой опыт подсказывает, что уж лучше настроенная антенна меньших размеров, чем полноразмерные монстры, которые не работают на передачу. Дабы не быть голословным, отправлю вас к своему же материалу про потери в ненастроенных антенно-фидерных устройствах. Квин-эсенция всего что там написано – “Глядя на эту картину легко согласиться с тем, что при неблагоприятном раскладе в антенну может вообще ничего не попасть 🙂.”
Шутка, конечно, но нельзя не согласиться с тем, что антенна обязательно должна быть настроена в резонанс и в точке подключения фидера должна иметь соответствующее волновое сопротивление. При этом длина активного элемента может быть равна четверти, полуволне или полной длине волны. В отдельных случаях даже несколько длин волн, антенна Бэвэрижда, например. Основной аргумент моего оппонента – GP вообще неполноценная антенна – самая малоэффективная из всех. Поскольку очевидно что это самый короткий вариант из всех, можно предположить, что это действительно так. Но когда нет других вариантов – это очень даже решение. Недаром практика подтверждает их широкое (и успешное, кстати) применение. Так в чём же секрет успеха антенны Ground Plane?
Первый и неоспоримый аргумент привлекательности этой антенны – установка на земле. Так сказать одна точка опоры. Второй – небольшие размеры. Относительно, конечно. Третий – диаграммы излучения в горизонтальной (круговая) и вертикальной (низкий угол излучения по отношению к горизонту) плоскостях. Четвёртый – простота согласования. В некоторых вариантах антенна работает вообще без устройств согласования. Пятый – относительно невысокая материалоёмкость при хорошей механической прочности конструкции. Если вы не устали, можно было бы продолжить: цена, вес…. 🙂
У нормального человека на языке уже вертиться вопрос про бесплатный сыр. И я его не разочарую. Действительно, всё перечисленное выше справедливо ТОЛЬКО ЕСЛИ антенна работает с достаточным количеством резонансных (настроенных) противовесов. Чисто теоретически в качестве противовеса можно рассматривать землю, но в таком варианте он(а) не резонансная и не принимает участия в излучении. Случай с одним противовесом скорее можно определить как “упавший диполь”. И только антенну с тремя и более противовесами можно считать антенной Ground Plane: они должны иммитировать металлический диск радиусом в четверть волны. Глядя на фото радиалов лежащих на земле (а они должны быть от неё изолированны) сердце обливается кровью жабы: помимо огромного количества медного провода жаба давит еще и о потерянной территории. Ни цветник, ни поляна, ни даже место для прогулок коротконогим таксам. Всё равно спотыкаться будут. Потерянная территория 🙂
Есть правда, модификация – пластиковые штыри с крюками в верхней части, которыми провода противовесов просто “пришпиливают” к земле. Но это утешение – слабое. Мой первый опыт в части эффективности (и трудоёмкости установки) противовесов да и вообще GP, а это был пятидиапазонный Баттернут на Малом Высоцком (тогда 4J1FS). Меня взяли в качестве append – как оператора RTТY позиции, выдали упаковку антенны, Icom 735, тяжеленный (в железном корпусе) по тем временам продвинутый ноут с Paccratt 232 и протянули шнур 220 вольт. После чего все ушли на главную позицию разворачивать основные рабочие места. Я долго читал инструкцию, собрал, правда быстро, по картинке 🙂 и удовлетворившись тремя противовесами против показанной на картинке огромного их количества, уселся пиликать.
Не тут то было. По реакции корреспондентов понял, что меня почти не слышно. Попробовал перенести GP прямо в Балтийсоке море – солёная вода – хороший проводник. Огромный противовес 🙂 На фото как раз эта позиция. Без изменений. Меня не слышно, хотя КСВ единица и мощность трансивера не менее 50 ватт. И это не на 80 или 40. Это на двадцатке. Побежал к старшим. На то время самый опытный из русскоговорящих был Борис Степанов, ныне RU3AX. По его совету развернул остальные, прилагающиеся в комплекте противовесы. По показаниям приборов не изменилось ничего. Но обстановка на частоте – радикально. Конечно не по рапортам, они всегда и везде 599, а по реакции корреспондентов на мои замечания и команды UP Spread. Стали звать даже станции северной Америки. Вот тогда я и поверил в то, что GP, если с радиалами, – антенна.
Далее и до сегодняшнего дня я не отступаю от этого правила – если GP или её модификация, то радиалов не менее трёх и обязательно резонансной длины. Не всегда получается их разместить по прямой, но это оказалось уже не так важно. На даче у меня работал GP на 40 метров с третьим радиалом свёрнутым в спираль на крыше навеса для дров. Ия успешно отработал на него не один контест. И, кстати, уверяю вас, моё мнение о том что GP не работает на приём тоже изменилось именно при работе на 40 метрах :-). Конечно, есть секрет – всего 50 килогерц полосы пропускания 🙂 Я надеюсь, что таким образом убедил всех в том, что если антенна резонансная, снабжена резонансными противовесами в достаточном количестве, то она будет работать и в диапазоне 160 метров. Кстати, последний раз я подтверждал норматив Мастера спорта как раз в чемпионате Украины позапрошлого года. На 80 и 160 м 🙂 Вот с таким GP – L-образная на 160 метров В завершение пара фото GP антенны Butternu.
P.S. По ходу вспомнил позывной, у которого видел ну очень интересный вариант противовесов. Ну или размещения противовесов. Полюбопытствуйте, думаю не пожалеете 🙂 http://www.n0lx.com/spiral.html
