Если вы сделаете достаточно проектов антенн, вы в конечном итоге соберёте много запасных частей и компонентов. У автора дома нет недостатка в таком мусоре, включая щедрые кучи проводов и фидеров. Некоторое время смотрел на отрезки самодельных лестничных линий, висящих без дела на заборе, и размышлял, можно ли их использовать для чего-нибудь интересного.
Фидеры высокого качества и выдерживали много лет воздействия погоды, но они больше не нужны.
Просто ради забавы были введены размеры в EZNEC+, чтобы посмотреть, какие диаграммы направленности антенны можно получить, используя отрезок лестничной линии в качестве антенны, питая и/или заканчивая её различными способами. Лестничная линия охватывает достаточно площади, чтобы сделать эффективную приёмную рамочную антенну для КВ, но она также может делать более интересные вещи.
Ниже приводится обсуждение использования отрезков лестничной линии в качестве приёмной антенны для КВ и СЧ диапазонов. Для удобства полученная антенна будет называться «антенной лестничной линией» («ladder line antenna») или LLA. В зависимости от способа подключения антенна может быть однонаправленной, двунаправленной или всенаправленной.
Модель
Чтобы сделать направленную антенну из куска лестничной линии, схема проста: лестничная линия питается напрямую с одного конца, используя подходящий трансформатор антенны Beverage, чтобы адаптировать коаксиальный кабель к гораздо более высокому Z0 лестничной линии. Другой конец заканчивается с помощью безындукционного резистора. Вся антенна поднята на несколько футов над землёй, а плоскость лестничной линии удерживается вертикально.
Полученная антенна имеет главный лепесток с торцевым излучением, направленный от конца фидерной линии лестницы. Это означает, что направление LLA является обратным направлению типичной длинной антенны Beverage, у которой главный лепесток от конца с оконечной нагрузкой.
Чтобы сделать ту же антенну двунаправленной, подобно антеннам SRL и LoG, согласующий резистор заменяется короткой цепью, образуя непрерывную петлю провода. Чтобы сделать всенаправленную LLA, похожую на вертикальную антенну, согласующий резистор удаляется, оставляя разомкнутую цепь на конце, противоположном точке питания. Поскольку все эти изменения можно вносить на конце оконечной нагрузки LLA, преобразование между одно-, дву- или всенаправленной конфигурациями на одной антенне можно выполнять с помощью переключателей или реле.
Как и многие конструкции приёмных рамочных антенн, LLA является широкополосной, и если длина выбрана тщательно, её можно использовать без изменений на нескольких диапазонах. Однако, в отличие от многих других рамочных антенн, оконечное (однонаправленное) LLA согласовано по сопротивлению с коаксиальным кабелем. Как и его собратья из beverage, оконечное LLA использует оконечный резистор для поддержания почти равномерного сопротивления по длине антенны и в согласующем трансформаторе.
Длина LLA — это компромисс между уровнями захваченного сигнала и шириной диаграммы направленности на более коротких длинах волн — компромисс, который не является редкостью для рамочных антенн. В ходе некоторых экспериментов обнаружено, что 33-футовый LLA имеет полезную диаграмму направленности для длин волн 40 м и более, в то время как 50-футовый LLA полезен для длин волн 80 м и более. Однако такая антенна не ограничивается длинными волнами. Более короткие LLA могут создавать направленные диаграммы на 20 м и более коротких волнах.
Согласно моделям, длина λ / 4 является хорошей целью для LLA с окончанием на самой короткой длине волны, которая будет использоваться на этой антенне. Более длинный LLA начинает «давить» пик главного лепестка в азимутальной плоскости. Для двунаправленного LLA с закороченным концом окончание это число ближе к λ / 8.
Также согласно моделям, наилучшее значение резистора окончание примерно такое, которое будет соответствовать Z0 лестницы. Для лестницы с шагом 3,5 дюйма резистор 470 Ом дал наилучшие общие шаблоны. Это типичное расстояние для серийно выпускаемых лестничных линий, но при желании можно легко сделать и другие расстояния. Более широкие или узкие лестницы, вероятно, потребуют другого значения нагрузки. Более широкая лестница должна генерировать большую выходную мощность для приёмника на линейный фут линии, поскольку она охватывает большую площадь.
Примеры модельных схем с 33-футовым концевым LLA на 80 м показаны на рисунке 1 и рисунке 2 ниже. Щёлкните, чтобы увеличить изображение каждой схемы.
 |
 |
| Рисунок 1: 33′ LLA на 80 м (Elevation) | Рисунок 2: 33′ LLA на 80 м (Azimuth) |
Электрическая антенна
Трансформатор представляет собой самодельный изолированный трансформатор для beverage, намотанный на 75-омный кабель, следуя той же конструкции W8JI, которую использует DXE для своих коммерческих трансформаторов. Выбранный резистор был тем же 470-омным, 2-ваттным, безындукционным резистором, который используется DXE в их комплекте трансформатора для beverage.
Чтобы убедиться, что антенна правильно подключена и соединения хорошие, проведено сканирование импеданса антенны с помощью антенного анализатора. Он показал устойчивое показание 75 Ом +/- ~10%, от примерно 1,2 МГц до более 20 МГц. Таким образом, трансформатор, линии питания и оконечная нагрузка работали так, как и ожидалось.
Общий коэффициент усиления антенны довольно низкий, даже для приёмной антенны. Чтобы немного поднять уровень сигнала, был добавлен предусилитель DXE RPA-1, который имеет коэффициент усиления около 16 дБ. Это немного больше, чем предлагают предусилители в большинстве трансиверов, и полученные уровни сигнала были почти правильными. S-метр был нулевым на шуме диапазона, но как только диапазон стал занятым, показания S-метра были S9+. Предусилитель был размещён рядом с радио, и этого было более чем достаточно; если кто-то хотел разместить усилитель на антенне, это тоже было бы неплохо и могло бы обеспечить немного лучшее SNR на радио.
Как это работает?
Прототип антенны был установлен так, чтобы центр главного лепестка был направлен строго на восток от авторского местоположения.
Начало тестирования было на 40 м, чтобы максимально использовать доступный трафик сигнала FT8, чтобы получить картину направленности антенны. Это близко к самой короткой длине волны, для которой 33-футовая антенна будет иметь хорошую диаграмму направленности главного лепестка.
Первоначальные результаты не разочаровали.
После нескольких сотен точек приёма на 40 м результирующее распределение принятых станций показало явное предпочтение станций на востоке и более слабый отклик станций на западе.
С приближением лета диапазоны 80 м и 160 м не так популярны, как в зимние месяцы. Тем не менее, удалось собрать достаточно точек приёма на 80 м, чтобы заметить, что отклик 33-футовой антенны на 80 м был аналогичен тому, что наблюдался на 40 м. Это ещё раз подтверждает закономерности, описанные моделью, и показывает, что антенну можно использовать без изменений на нескольких диапазонах.
Очень немногие операторы-любители имеют возможность измерить отношение вперёд-назад (F/B) своих антенн, и автор не исключение. Для настоящего измерения F/B для КВ-антенны требуется оборудование и много плоского, свободного пространства из-за очень больших длин волн. Однако, поскольку эта антенна экспериментальная, хотелось найти способ систематически использовать собранные данные, чтобы получить оценку эффективного F/B, которое получено для реальных сигналов. Модели великолепны, но если реальная установка не показывает никаких доказательств F/B, это может не оправдать хлопот по созданию и установке такой конструкции для большинства людей.
Собрано несколько вечерних данных FT8 spot на 40 м, а затем использованы некоторые скрипты и математика, чтобы получить оценку отношения F/B антенны на этом диапазоне. Использовались разные значения резистора согласования в разные дни, чтобы увидеть, как модель сравнивается с реальной антенной при изменении значения согласования. Использованные расчёты были немного сложными, но основы примерно следующие:
- Соберите данные за пару часов до заката и за пару часов после восхода; это гарантирует охват типичного цикла распространения как для восточного, так и для западного направлений.
- Выберите лучшую оценку SNR для каждого уникального позывного из данных за это время и исключите все другие точки от этой станции.
- Исключите точки от передатчиков в радиусе исключения, чтобы ограничить влияние NVIS на результаты.
- Нормализуйте каждую точку до единой метрики, которая учитывает как оценку SNR, так и расстояние до станции. Таким образом, близкие передатчики с хорошим SNR не будут доминировать над средним значением по сравнению с удаленными передатчиками с более низкими оценками SNR.
- Усредните метрики спереди и сзади антенны отдельно; «спереди» и «сзади» были определены двумя дугами одинакового размера, центрированными на оси, проходящей через центральную линию азимутального отклика антенны. Пятна за пределами этих дуг были исключены.
- Используйте соотношение между передними и задними метриками для оценки соотношения F/B на основе наблюдаемых станций, их оценок SNR и их сообщенного расстояния.
Обнаружено, что значение нагрузки действительно влияло на F/B, но значение было не таким критичным, как ожидалось. Оба значения нагрузки 470 Ом и 680 Ом хорошо себя проявили в тестах с реальным сигналом. Отклонение от этого диапазона приводит к заметному ухудшению F/B.
Лучшая оценка F/B была получена с резистором 470 Ом, как и предсказывала модель. Как и ожидалось, оценка F/B меняется в зависимости от прохождения и доступных для приёма станций, но после нескольких ночей измерений значение, похоже, находится в диапазоне от 6 дБ до 10 дБ. Если учесть, что общее значение F/B оценивается по многим различным углам прибытия и что оно всё ещё конкурентоспособно с теоретическим значением F/B для идеальной двухэлементной антенны Yagi, эксперимент, по-видимому, довольно успешен.
Эта антенна всё ещё находится на ранней стадии тестирования, но начальные результаты достаточно хороши, чтобы оправдать дальнейшее тестирование и эксперименты на других диапазонах. Из-за изменчивости оценок F/B, вызванной участием станции, прохождением и всеми углами исключения, используемыми в расчётах, можно было бы сделать лучшую оценку F/B, если бы рассматривались данные за многие недели или месяцы, а не только за несколько дней. Аналогично, расчёт самой метрики для каждой станции может быть выполнен несколькими различными способами, поскольку полученная комбинация SNR и расстояния может быть объединена различными способами, и даже вместе является несовершенной метрикой истинной производительности антенны для каждой станции.
Как это всё вместе работает?
Автор заявил: «Честно говоря, я не знаю. ;-)»
Однако, есть несколько вещей, которые можно сказать о конструкции. Антенна не отличается от других больших или удлинённых рамочных антенн. Оконцевание таких петель напротив точки питания также не является новой идеей. VE7CA экспериментировал с антеннами, которые имеют более правильную форму, но по сути ту же идею, с петлей провода, оконцованной с одной стороны и запитанной с другой. Если вы вычислите физическую область, ограниченную 3-футовой ромбовидной антенной, а затем сравните её с областью, ограниченную 33-футовой лестничной линией шириной 3,5 дюйма, то они очень похожи, поэтому разница между 33-футовой LLA и антенной VE7CA в основном заключается в геометрии.
Это может быть одним из преимуществ LLA, которое заключается в том, что увеличить область внутри петли очень просто и не требует увеличения высоты антенны. LLA можно полностью и легко спрятать внутри двора с ограждением, при этом верхний провод должен быть значительно ниже верха ограждения. Независимо от того, какой длины сделана антенна, высота антенны может оставаться ниже высоты плеча, что упрощает её модификацию и обслуживание.
Использование реле для удалённого удлинения или реверсирования такой антенны также должно быть довольно простым, а проводка реле может быть проложена по земле, чтобы ограничить взаимодействие с самим элементом антенны.
Авторские права (C) KK5JY
