Понимание антенн – что делает их хорошими или плохими? Некоторые антенны хороши, а другие плохи? Многие, похоже, так думают, но это утверждение не совсем верно. Любая подобная чёрно-белая классификация не является способом оценки антенн. Дело в том, что все антенны, разработанные для эффективного излучения, как правило, хороши сами по себе.
Тем не менее, признаем, что опыт оператора с конкретным типом антенны действительно может быть как хорошим, так и плохим. Однако это не обязательно означает, что проблема в самой антенне. Чаще всего именно решение оператора при выборе антенны или способе её установки имеет решающее значение.
На рисунке показана ситуация с мобильными антеннами VHF, установленными на транспортных средствах, работающих в условиях большого города. Цель рисунка — показать разницу в направлении излучения двух разных типов антенн. Вертикальная коллинеарная антенна имеет более высокий коэффициент усиления, но меньший угол выхода по сравнению с другой антенной — четвертьволновой вертикальной антенной. Хотя V-коллинеарная антенна с более высоким коэффициентом усиления была бы наиболее предпочтительна для покрытия больших расстояний при установке на достаточной высоте над городским горизонтом, поскольку внутригородская связь VHF в значительной степени основана на дифракции от крыш зданий, четвертьволновая вертикальная антенна с большим углом выхода может быть лучше подходящей для использования в городе мобильной или портативной радиосвязи на уровне улицы.
Если только рассматриваемая антенна не имеет технически несовершенной конструкции, не позволяющей эффективно излучать, или конструкционный материал, используемый для изготовления антенны, не приводит к высокому сопротивлению потерям по сравнению с её сопротивлением излучению, нет никаких причин, по которым антенна не сможет выполнять свою работу.
Рассмотрев большинство факторов, которые могут снизить эффективность антенной системы, просто перечислим некоторые наиболее важные моменты с рекомендациями и краткими пояснениями. Все перечисленные здесь показатели позволят составить базовый контрольный список факторов, которые могут помочь выявить некоторые признаки плохих или плохо работающих антенн.
Если у вас нет абсолютно никакого выбора, не попадайтесь в ловушку, полагая, что миниатюрные чудо-антенны могут принести хоть какую-то пользу, кроме того, что немного облегчат ваш кошелёк. Чудо-антенн не существует. Все они — обман. Помните, что в мире нет бесплатного сыра. За всё приходится платить компромиссом, который может показаться не столь очевидным на первый взгляд, но он обязательно будет.
Держитесь подальше от некоторых известных, нерационально маленьких антенн, если вы не эксперт в антеннах и не знаете, что делаете. К сожалению, было бы неэтично перечислять их марки и типы, но помните: если кто-то обещает золотые горы, то это, скорее всего, обман. Вы также можете прочитать восторженные отзывы некоторых неосведомленных пользователей, но будьте бдительны и держитесь подальше. Эти антенны обходятся стороной по двум причинам…
- Во-первых, как гласит известная поговорка радиолюбителей, при хорошем прохождении на КВ даже вешалка может подойти в качестве антенны.
- Во-вторых, рецензенты, считавшие такие антенны хорошими, возможно, вообще не имели опыта использования других действительно хороших антенн. Следовательно, что бы эти антенны ни делали, они, должно быть, испытывали чувство эйфории.
Никогда не верьте рекомендациям оператора, основанным на его опыте работы с ультраслабыми режимами сигнала, такими как FT8 и т.д. Причина в том, что эти цифровые режимы работают в условиях отношения сигнал/шум, которое может быть на 20–25 дБ ниже (в 100–250 раз слабее сигнала) по сравнению с обычными однополосными радиотелефонными сигналами. Это означает, что если сомнительная антенна будет даже в 100–250 раз хуже обычной обычной КВ-антенны, пользователь FT8 даже не заметит разницы из-за её слабой способности обрабатывать сигнал…
Откажитесь от таких рекомендаций, если только вы не хотите ограничиться FT8 или другими режимами WSJT. В конце концов, сравнения имеют смысл только между объектами, работающими в схожих ситуациях и условиях.
Хотя иногда это неизбежно из-за ограничений по площади, эксплуатационных или логистических причин, но если есть возможность, не используйте антенны с концевым питанием (End-Fed) или сильно несимметричные антенны. По возможности всегда отдавайте предпочтение антеннам с симметричной структурой для достижения наилучших результатов. Например, в наши дни почти каждый второй новичок в радиолюбительстве выбирает проволочную антенну с концевым питанием (EFHW-диполь и т.п.) с высоким коэффициентом трансформации Unun (обычно называемую «балуном»). Такие антенны наматываются на ферритовых тороидах с соотношением импедансов, например, 9:1, 49:1, 64:1 и т.д., в зависимости от длины проволочного элемента по отношению к длине волны некоторых популярных диапазонов.
Такие антенны могут быть приемлемы, когда нет другого выбора. В противном случае держитесь от них подальше, поскольку они могут стать причиной ряда других проблем, которые впоследствии будет сложно решить… Прочитав это, некоторые могут воскликнуть: «Какая чушь!»… Однако, поверьте, когда говорят это… оставляют вам пищу для размышлений.
Если эти антенны с концевым питанием действительно хороши, то почему QRO-станции, работающие на пределе мощности, коммерческие операторы, вещательные станции и т.д. никогда не используют их? Они этого не делают, потому что это неудобные антенны с неприемлемым дисбалансом, проблемами с электромагнитными и радиочастотными помехами, излучающими фидерами, обратной связью по радиочастотам, низкой эффективностью и т.д.
На низких уровнях мощности, как в обычной любительской радиосвязи, эти побочные эффекты пропорционально ослабевают и, следовательно, кажутся недоступными для понимания и обнаружения среднестатистическим радиолюбителем… Тем не менее, проблемы продолжают существовать и ухудшают качество работы во многих отношениях.
Независимо от того, является ли это однодиапазонной или многодиапазонной антенной, избегайте выбора тех, которые нерезонансны и также запитаны через коаксиальный кабель, который требует использования широкополосного симметрирующего или несущего трансформатора с ферритовым/порошковым железным сердечником (тороидального или иного) в точке питания антенны. Если антенна не является резонансной с импедансом, являющимся чисто резистивным, у нас есть проблема…
Проблема техническая, но объяснима. В случае нерезонансного импеданса точки питания антенны это комплексное сопротивление, содержащее как активное, так и реактивное сопротивление. Это приводит к сдвигу фаз между напряжением и током, протекающим в широкополосном симметрирующем трансформаторе с ферритовым сердечником. Величина реактивной составляющей полного тока не способствует передаче мощности. Это циркулирующий ток, который может стать достаточно большим по величине, чтобы начать насыщение магнитного поля сердечника.
В таких условиях не только балун может перегреться и выйти из строя, но и его импеданс может быть искажён, что приведёт к серьёзному рассогласованию. Это ограничение характерно для всех подобных широкополосных трансформаторов на ферритовых сердечниках. Катушки с воздушным сердечником, используемые в качестве трансформаторов, не страдают от этой проблемы, но их нельзя сделать широкополосными…
Суть в том, что, хотя широкополосный балун/унун на ферритовом сердечнике вполне можно использовать с правильно резонансными антенными системами, такими как дипольные антенны, антенны типа «Яги», квадраты и т.д., он не предназначен для оптимальной работы в условиях реактивного импеданса.
Сильно асимметричная антенна, такая как антенна EFHW, также имеет ещё одну неотъемлемую проблему, которую необходимо решить. Многие поставщики не поставляют их с противовесом и не рекомендуют его использовать активно. В результате радиолюбители используют это приспособление прямо из коробки и выходят в эфир…
Проблема такого подхода заключается в том, что антенне для работы нужен противовес, но его нет. Поэтому она подключается к коаксиальному кабелю линии передачи, ведущему обратно в радиорубку, и использует его в качестве противовеса. Внешняя оплётка коаксиального кабеля служит этой цели. Это как если бы один конец антенны находился прямо внутри рубки, и это худшее, что может случиться.
Следовательно, решение для смягчения проблем с обратной связью по ВЧ таким антеннам, а также для того, чтобы они вели себя хоть как-то подобно антеннам, заключается в том, что им необходимо прикрепить провод противовеса к точке питания согласующего балуна (9:1 или 49:1 или любого другого)… С проводом противовеса антенна с торцевым питанием больше не будет строго торцевой, а начнет напоминать бедного, потрепанного дальнего родственника более симметричной антенны.
Некоторые предлагают использовать дополнительный дроссельный балун на конце антенны вместо провода противовеса, чтобы устранить обратную связь по ВЧ току в шэке… Сделайте это любыми средствами, но не без противовеса… Противовес крайне необходим для работы антенны. Не лишайте её самого необходимого, так как это приведёт к дальнейшему ухудшению общих характеристик антенны… Провод противовеса — единственный возможный способ двигаться вперёд. Сделайте его достаточно длинным по отношению к длине провода антенны.
Одним из основных факторов, делающих антенную систему плохой или некачественной, является неправильное развёртывание системы линии передачи. Антенная часть системы должна быть той, которая обеспечивает всё излучение и приём сигнала. Линия передачи должна делать именно то, что следует из её названия. Она не должна выступать ни излучателем радиочастотного сигнала, ни приёмным элементом.
Для того, чтобы она функционировала без излучения или приёма, ток, текущий в двух проводах линии передачи, должен быть равен по величине и противоположен по направлению. Если это равновесие нарушается посторонним фактором, то она больше не является герметичной по радиочастотам (как и водонепроницаемой).
Дисбаланс токов во время передачи вызовет электромагнитные / радиочастотные помехи по всему району, в то время как дисбаланс токов во время приёма откроет шлюзы для наводок шума (QRM). Разница токов из-за дисбаланса в линии называется синфазным током (CMC). Если оконечное устройство линии передачи (антенна) не несбалансировано, то вероятность дисбаланса линии также становится пренебрежимо малой…
Именно поэтому всегда рекомендуется выбирать симметрично сбалансированные антенны, а не сильно несбалансированные. Достижение низких QRM-наводок антенной системы через линию передачи — чрезвычайно важный фактор. Чем ниже уровень помех QRM, тем ниже будет уровень шума на полосе частот, отображаемой на сканере. Это позволит слабым сигналам воспроизводиться с улучшенным отношением сигнал/шум… Так и должно быть в хорошей радиостанции. Помните: если вы не слышите другого человека, вы не сможете с ним работать.
Наконец, надо отметить, что всегда рекомендуется использовать какое-либо устройство подавления синфазного тока (CMC) на антенном конце коаксиальной кабельной линии передачи. Это не зависит от типа используемой антенны. Конечно, в случае асимметричных антенн, таких как антенна со смещенным центром питания (OCFD), Windom, диполь EFHW и т.д., может потребоваться агрессивное подавление CMC из-за довольно высокой величины CMC. В таких случаях обычно требуется подавление CMC не менее 40 дБ, а то и больше.
Также советуется не возражать против применения некоторого количества дросселя ККМ даже для сбалансированных антенн, таких как диполи и т.д. Причина в том, что, хотя теоретически эти антенны хорошо сбалансированы, в реальных условиях развёртывания баланс этих антенн может быть частично нарушен, что приводит к небольшому, но конечному, уровню ККМ в линии передачи. Такой дисбаланс возникает из-за геометрической и топографической асимметрии, вызванной различными физическими объектами и артефактами, присутствующими в разумной близости в месте установки. Из-за индуктивной или ёмкостной связи (какой бы малой она ни была) антенна больше не будет абсолютно сбалансированной. ККМ, создаваемый в линии передачи из-за этих факторов, не следует игнорировать. Встроить дросселирование ККМ вблизи точки питания антенны — недорогое решение, так что зачем же от него отказываться?
VU2NSB
