Радиоантенны 
Квадраты (Quads) популярны у многих радиолюбителей, и иногда по веским причинам. Давайте посмотрим, как может выглядеть 10-метровый 2-элементный квадрат после небольшой работы с ним в домашней мастерской. Мы будем использовать только общедоступные материалы: провод, ПВХ и некоторые крепёжные элементы.
Почему квадрат? Quads beams состоят из 2-х контуров с длиной волны (приблизительно), обычно расположенных таким образом, что один из них является приводным элементом, а другой — отражателем. Поскольку размеры элементов в 2-элементном Yagi в два раза превышают размеры полуволновых элементов, мы ожидаем большего усиления — и получаем его. Фактически, 2-элементный квадрат имеет почти такой же коэффициент усиления, как Yagi с 8-дюймовой стрелой или широкополосный Yagi.
Однако, 2-элементный квадрат не имеет такого же коэффициента усиления, как полностью оптимизированный 3-элементный Yagi с длинной стрелой. Кроме того, соотношение «вперёд-назад» у quad колеблется в пределах 20 дБ, что больше похоже на 3-элементный Yagi, чем на 2-элементный Yagi.
Физически, quad beam, по сравнению с Yagi, заменяет объём на горизонтальную площадь. По горизонтали даже для Yagi с 8-дюймовой стрелой требуется прямоугольник длиной около 8 футов и шириной 16,5 дюймов. Квадрат аналогичной производительности занимает площадь всего 5 футов в длину и 9,5 дюймов в ширину, или около 1/3 площади. Однако, Yagi плоский, в то время как quad занимает объём в 450 кубических футов. (Это просто означает, что его высота равна ширине).
Если вы решите, что вам нужен квадрат для большинства высокочастотных диапазонов, то автор рекомендует приобрести одну из коммерческих моделей. Эти довольно сложные конструкции спроектированы таким образом, чтобы обеспечить максимальную прочность и долговечность. Однако, если вам нужна только 10-метровая модель (а позже вы захотите уложить 6-метровые или 2-метровые квадраты в те же рамки), то вы можете соорудить её самостоятельно, используя простые инструменты и материалы.
Конструкция Quad Beam. Как показано на рисунке 1, из двух проволочных петель можно соорудить хороший 10-метровый четырёхгранник. Если вы используете провод из голой меди № 14 (многожильный или сплошной), то длина петли ведомого элемента составляет 105,3 дюйма с каждой стороны или 421,2 дюйма в целом. Отражающая петля расположена на расстоянии 60 дюймов позади приводного элемента и имеет длину 110,3 дюйма с каждой стороны или 441,2 дюйма в целом. Если вы уменьшите размер провода рамочной антенны, общая длина также уменьшится (а не увеличится, как в случае с линейным проводным антенным элементом). Для #18 голый медный провод, размеры каждой стороны снизятся до 105» и 110» соответственно, небольшое падение, но заметное.
Эти размеры указаны для оголённого провода. Коэффициент скорости изолированного провода составляет 2-5%, в зависимости от типа и толщины изоляции. Для этого потребуются другие размеры, которые автор не моделировал и не тестировал.
Рис. 1. Основные элементы простого двухэлементного квадрата
Для постройки квадрата нам нужна опорная конструкция, показанная пунктирной стрелой и распорками на рис. 1. Опорная конструкция должна быть непроводящей, хотя металлическая стрела обычно не влияет на настройку антенны. Для 10-метрового диапазона распорки могут быть из прочного стекловолокна, качественного бамбука (с более лёгкими проволочными элементами) или тонкостенного ПВХ.
На рисунке показано, что можно сделать с конструкцией, полностью выполненной из ПВХ. Длина стрелы может составлять около 4-5 футов 1 дюйм (ов) или 1,25 дюйма (ов) из ПВХ марки 40. (Номинальный диаметр ПВХ 1 дюйм равен 1,25 дюйма, а номинальный диаметр ПВХ 1,25 дюйма равен 1,5 дюйма.) Кронштейны могут быть тонкостенными, номинальный диаметр 0,5 дюйма. Длина каждой из 4-х распорок каждого элемента должна составлять около 6,5 футов, но лучше добавить ещё по полфута к каждому.
Поскольку ПВХ поставляется стандартной 10-футовой длины, нам понадобится 8 заготовок диаметром в полдюйма, а также 4 соединительных элемента (плюс 5-футовый кусок более толстого материала марки 40 для стрелы). Вы можете либо просверлить концы кронштейнов для проводов, либо использовать тройники диаметром в полдюйма, хотя более гладкие фитинги увеличивают вес сборки.
Предположим, что длина стрелы составит 5 футов. Используйте сверлильный станок диаметром 1 1/8 дюйма, чтобы прорезать две пары выровненных отверстий на каждом конце стрелы. Внешняя пара на каждом конце должна находиться на расстоянии около 6-9 дюймов от конца, а внутренняя пара — ещё на 1,5 дюйма дальше. Пары отверстий должны располагаться под прямым углом друг к другу на каждом конце, а наборы отверстий на каждом конце должны быть очень точно выровнены друг с другом.
Теперь мы можем изготовить проволочные опоры. Сначала вставьте соединительные элементы в каждое отверстие и пропустите гайку и болт из нержавеющей стали через штангу и соедините их, чтобы закрепить узел. Используя ПВХ-цемент, прикрепите к каждому концу соединителя 7-дюймовую полоску тонкостенного ПВХ толщиной в полдюйма. Добавьте тройники на концах или просверлите и удалите заусенцы с больших отверстий для проволоки диаметром около 1/2 дюйма с каждой стороны.
Используйте шнур, длина которого должна совпадать с длиной проволоки, которая будет использоваться для его замены, но с небольшим запасом. Проденьте шнур через отверстия и вытяните рычаги наружу по направлению к концу стрелы, пока шнур не будет соответствовать размеру элемента. Завяжите его. Если вы используете новый нейлоновый шнур, вы можете оставить его на месте даже после того, как добавите проволоку — это ничему не повредит. Поскольку шнур растягивается, у вас могут возникнуть некоторые отклонения при сгибании, но после нескольких таких упражнений вы научитесь держать рычаги согнутыми в правильном направлении.
Теперь соедините провода. Сделайте петлю отражателя прочной, скрутив концы провода вместе и припаяв. Для приводного элемента требуется небольшая изолированная пластина и коаксиальный разъём. Предполагая, что у вас есть или вы можете изготовить монтажную пластину от стрелы к мачте и U—образные болты для крепления конструкции, вы почти готовы к работе.
Производительность. Двухэлементный квадрат, который мы только что построили, был разработан для наилучшего соотношения вперёд-назад от примерно 28,25 до 28,75 МГц. Ниже 28,25 МГц соотношение вперёд-назад быстро уменьшается до чуть более 10 дБ. Выше целевого диапазона частот соотношение вперёд-назад уменьшается медленнее, так что показатель в 10 дБ достигается только примерно на 29,4 МГц.
Прямое усиление этой антенны максимально в нижней части диапазона и снижается примерно на 0,1 дБ на 100 кГц. Наилучшее усиление достигается в первой половине диапазона 10 метров, что сопоставимо с усилением 8-дюймовой антенны Yagi. Оно остаётся таким же качественным, как и любой 2-элементный Yagi, вплоть до верхнего предела диапазона.
Рис. 2.
Поскольку по заявлению автора он не пытается ничего нам продать, заметьте, что он рассказал историю о том, что происходит с усилением и отношением вперёд-назад, а не привёл пиковые значения для каждого из них. На рис. 2 показана азимутальная диаграмма направленности при угле места максимального излучения, когда антенна моделируется на 1 длину волны вверх (примерно на высоте 35 футов).
На рис. 2 показано не только изменение отношения вперёд-назад и задней диаграммы направленности, но и постепенное снижение усиления с ростом частоты.
Питание антенны. Сопротивление точки питания антенны варьируется от 70 до 150 Ом на 10 метрах. Поскольку мы предполагаем питание антенны стандартным 50-омным коаксиальным кабелем, нам необходимо добавить ещё один компонент: согласующую систему.
Самой простой и эффективной системой согласования для этой антенны является отрезок 75-омного коаксиального кабеля длиной 1/4 длины волны, такой как RG-11 (для более высокой мощности) или RG-59 (для более низких уровней мощности). Коэффициент скорости обоих кабелей равен 0,66, что означает, что полная длина волны кабеля составляет 0,66 от длины волны в свободном пространстве. Давайте используем 28,5 МГц в качестве расчётной частоты. Длина волны на этой частоте составляет всего около 34,5 футов. Длина четверти длины волны составляет немногим более 8,6«, или 103,5 дюйма. Длина секции четвертьволнового согласования составляет 0,66 от этой длины, или 68,3 дюйма.
Идеальная четверть длины волны преобразует импеданс выше 75 Ом в более низкий, а это как раз то, что нам нужно. Фактически, при подключении к устройству с помощью 50-омного кабеля четвертьволновая секция показывает КСВ менее 2:1 на всем 10-метровом диапазоне. На рисунке 3 показана ожидаемая кривая КСВ.
Рис. 3.
Не используйте эту антенну без четвертьволновой 75-омной согласующей секции или эквивалентной согласующей схемы.
Если двухэлементный квадрат соответствует вашим потребностям в пространстве и эксплуатации, эта антенна справится с этой задачей настолько хорошо, насколько это возможно. Не стесняйтесь переделывать опорную конструкцию, используя материалы, которые вам удобны. Простое поворотное устройство без проблем справится с этой лёгкой антенной. Для достижения наилучших результатов убедитесь, что нижний трос находится на высоте не менее 20 футов, а высота башни или мачты 35 футов — это хорошая минимальная целевая высота для превосходного DXing.
W4RNL (SK)
