Рис. 1
Заземленный GP диапазона 3,7 МГц высотой всего 10 м – это хорошая антенна. Малая физическая высота, при хорошей ДН и входном сопротивлении 50 Ом без согласующего устройства, да еще при полосе 100 кГц – удачное сочетание. Но всего один диапазон на 10-ти метровой мачте. Расточительно. Хотелось бы нескольких диапазонов.
Однако очевидные решения в данном случае не очень применимы. Петлевые GP (а исходная антенна именно такова) вообще плохо дружат с многодиапазонностью. А в данном случае проблема введения дополнительных диапазонов усугублена еще и тем, что мачта заземлена. И даже если использовать отдельные, но не очень далеко от мачты расположенные, вибраторы на каждый диапазон, то в заземленной мачте наведутся значительные токи, т.е. будет большое влияние мачты.
Тем не менее, удалось найти решение, позволяющие при минимальных дополнительных затратах добавить в исходную антенну диапазоны 40, 30 и 20 m.
На первый взгляд добавить диапазон 7 МГц просто. Отступим от точки питания вверх по проводу l/4 и в этой точке установим трап 7 МГц. Он отрежет лишнюю часть антенны, получим обычный l/4 GP. Но гладко было на бумаге... Ведь рядом с питаемым проводом мачта. Ток в ней наведется большой. Почти такой же, как и в питаемом проводе. А от мачты ток потечет дальше, по верхнему треугольнику. По всему. Поэтому трап фактически ничего не отсекает. Значит он бесполезен? Нет.
Трапом можно изменить распределением токов (т.к. на частоте резонанса в в трапе будет минимум тока). Так чтобы вся антенна (отсечь от нее мы ничего не можем) резонировала бы на 7 МГц с низким КСВ. Такой вопрос была поставлен оптимизации и она с ним справилась. Ответ показан на следующем рисунке.
Трап все-таки пригодился. Но отстоит он от точки питания на 0,27l, должен быть настроен не на середину диапазона, а на 7,02 МГц и быть выполнен только из коаксиального кабеля 75 Ом и только по схеме рис.1. При таком (совсем не очевидном) сочетании параметров удается получить резонанс в диапазоне 40 m с полосой 120 кГц по уровню КСВ < 2.
Обратите внимание на распределение тока на рис. 1. Как мы и ожидали никакого отсечения частей антенны трапом нет. Большой ток протекает по всем проводам, включая заземленную мачту.
Введение трапа укорачивает антенну в диапазоне 80 m, поэтому периметр проволочного треугольника получается несколько меньше: 22,9 м против 23,5 м у исходной конструкции.
Тут никакие фокусы с трапами не проходят. Найти такое распределение тока при котором и в этом диапазоне вся антенна имела бы низкий КСВ не удается. Поэтому приходится вводить дополнительный проволочный элемент на этот диапазон, возбуждаемый по принципу Open Sleeve, т.е. за счет связи по полю. Низ этого элемента подключен напрямую к основанию мачты, т.е. заземлен.
Удается найти такие размеры и положение этой дополнительной проволочки, чтобы получить в этом диапазоне полосу больше 100 кГц по уровню КСВ < 2. Высота 7, 2 м, расстояние до параллельно идущей проволоки в которую осуществляется питание 6 см.
Конечно, и из-за Open Sleeve питания, и из-за сильного влияния заземленной мачты полоса выходит узкой. Но не было бы счастья, да разрешенные всего 50 кГц этого диапазона спасают. Внутри этих 50 кГц КСВ не поднимается выше 1,5.
И в этом диапазоне не происходит отсечения токов мачты и треугольника, рис. 2 отчетливо показывает, что они остаются весьма ощутимыми.
Тут уже не проходят ни трапы (вообще никак), ни Open Sleeve (из-за узкой полосы: 350 разрешенных килогерц в этом диапазоне, это не 50 кГц на 30 m). Пришлось использовать третий способ. Известно, что g-согласование позволяет "вытягивать" и не резонансные антенны.
Так вот, вместо того, чтобы бороться с заземленной мачтой, возбудим ее g-согласованием. А шлейф согласования подключим к общей точке питания. При не резонансных размерах мачты емкость конденсатора g-согласования мала, поэтому сильного влияния на Za на остальных диапазонах она не окажет.
А 50 Ом на 14 МГц мы добьемся размерами шлейфа. Результат показан на рис. 3.
Проволочный шлейф пришлось отодвигать довольно далеко от мачты, чтобы получить Ra = 50 Ом. Полоса при этом получилась очень хорошей – 460 кГц по уровню КСВ < 1,5. Но вот ДН (рис. 4) не слишком хороша. В зенитной плоскости сказывается большая электрическая высота. В азимутальной – из-за большого расстояния до шлейфа в его направлении появляется провал около 10 дБ.
Поскольку во всех диапазонах антенна работает почти как l/4 GP, то ей необходима соответствующая система противовесов, о которой можно почитать в 1, 2, 3, 4.
В диапазонах 80, 40 и 30 m антенна узкополосная. Это значит, что потребуется ее настройка по месту. Чтобы не прибегать к помощи вертолета, настроечные элементы должны быть доступны снизу.
80 m – настройка осуществляется, как в исходной антенне, подгонкой периметра верхнего треугольника. Отпуская растяжки можно достать нижний пролет треугольника с уровня земли. Полоса в этом диапазоне составляет 90 кГц (против 100 кГц у исходной антенны), это плата за укорачивающее влияние трапа.
40 m – последовательно с проводом, в который идет питание включена небольшая бескаркасная катушка около 0,2 uH. Растягивая-сжимая ее витки настраивают диапазон 40 m. Влияние этой катушки на 80 m мало, но тем не менее, после настройки 40 m полезно вернуться на 80 m перепроверить, и при необходимости снова подогнать периметр треугольника.
30 m – Open Sleeve элемент этого диапазона заземлен на мачту не прямо, а через небольшую (порядка 0,15 uH) бескаркасную катушку. Растягивая-сжимая ее витки настраивают диапазон 30 m в резонанс. Если минимум КСВ не точно равен 1, то надо немного изменить расстояние снизу между элементом 10 МГц и питаемым проводом. Настройка диапазона 30 m практически не влияет на остальные диапазоны.
20 m – обычная настройка g-согласования. Также практически не влияет на настройки остальных диапазонов.
Полную модель антенны со всеми настроечными элементами посмотрите в файле (в формате программы GAL-ANA, для просмотра и вычисления этого файла достаточно демо-версии).
Испытания (хотя на момент написания этой статьи антенна работала совсем немного) не показали ничего неожиданного. На 80 m антенна укорочена, и это, конечно, ощущается. На 40,30 и 20 m по ненаучному собственному ощущению – обычный l/4 GP.