Швейцарский квадрат (Swiss Quad) на 10 и 6 метров

Какая монодиапазонная направленная антенна может обеспечить хороший коэффициент усиления, хорошее соотношение передней и задней диаграмм направленности, при этом не будучи слишком большой и будучи выполнимой в рамках навыков радиолюбителя? Как говорится, это процесс поиска наилучшего компромисса.

• Это исключает Yagi с высоким коэффициентом усиления и длинной траверсой, которые очень велики и тяжелы.
• Трёхэлементная Yagi могла бы подойти по характеристикам, но она всё же слишком велика.
• Двухэлементный Cubical Quad мог бы подойти по характеристикам и размерам, но механически он довольно сложен и хрупок.
• Известный радиолюбитель, HB9CV, разработал двухэлементную трубчатую антенну, в которой оба элемента запитаны с такой фазировкой, что она обеспечивает лучшие характеристики, чем двухэлементная Yagi.
  В Европе антенна HB9CV широко используется в портативных экспериментах на УКВ и ДМВ, а также на КВ. Она имеет много общего с ZL Special.
• HB9CV также перенёс свою систему питания на двухэлементный cubical quad, что позволило ему заземлить оба контура – гениальная идея для уникальной модели, которую он назвал SWISS QUAD. Она очень понравилась и хотя она кажется механически более сложной, чем двухэлементная Yagi, её конструкция проще, чем у классической 4-элементной антенны, благодаря полностью заземлённой конструкции.

Сразу были построены два Swiss Quad, один для 28 МГц, другой для 50 МГц. Поэтому пользуясь возможностью в интернете, для того чтобы поделиться этим преимуществом с теми, кто заинтересован в постройке этой антенны, потому что она действительно интересна и обеспечит вам отличные DX-характеристики вместе с удовлетворением от её изготовления.

Примечания

Один японский радиолюбитель в 1990 году сообщил автору о проведении экспериментов на 10-метровом диапазоне по добавлению паразитных трубчатых элементов к швейцарской антенне Quad (Swiss Quagui?), а также по созданию многоярусных антенных решёток с полученными антеннами.

Также в 90-х годах японская компания TET коммерциализировала антенны такого типа для диапазона 144 МГц.

ЗАЯВЛЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

• Усиление по сравнению с диполем на коротком расстоянии: 6–7,9 дБ
• Усиление по сравнению с диполем на большом расстоянии: 12–14 дБ
• Отношение F/B на расстоянии 15 км: 15 дБ
• Отношение F/B на расстоянии 1000 км: 10–12 дБ
• Отношение F/B на расстоянии 3000 км: 18–24 дБ

РАЗМЕРЫ

Используя книгу F3XY «LES ANTENNES» в части касающейся расчётов, можно рассказать, как HB9CV определил периметры квадранта своей антенны.

• Известно, что из-за эффекта контура антенна, периметр которой равен 1 волновой длине, резонирует на частоте ниже рабочей. Таким образом, к периметру четырёхсторонней антенны необходимо применить поправочный коэффициент, чтобы она резонировала на рабочей частоте. HB9CV использует коэффициент 1,12 волновой длины.
• HB9CV допускает разницу в 5 % между периметрами рефлектора и директора.
• По крайней мере, отражатель нужно вырезать так, чтобы его резонансная частота была на 2,5 % ниже рабочей частоты, а частота отражателя — на 2,5 % выше.

Таким образом, мы получаем следующие результаты:

• Периметр отражателя: 1,12 * 1,025 = 1,148 м
• Периметр директора: 1,12 * 0,975 = 1,092 м

Из-за особой геометрии антенны сложно определить её длину.

Но, взглянув на рисунок, можно легко понять, какие элементы по длине необходимы для сборки.

Периметр петли равен P = 2*(L + H)
где H = высота; L = 2*l + d = ширина; d = расстояние между петлями

ПОМОЩЬ В РАСЧЁТАХ

Чтобы не тратить время на утомительные расчёты длины ленты, автор разработал противоположную таблицу EXCEL, которая значительно упрощает работу.

Инструмент очень гибкий, он позволяет изменять частоту (в центре CW или SSB), модифицировать различные коэффициенты (лямбда-дробь), применимые к расстоянию и периметру контура, а после принятия окончательного решения зафиксировать в качестве констант высоту H и расстояние d.

ВНИМАНИЕ: изменение коэффициентов предназначено только для того, чтобы посмотреть, как они влияют на размеры антенны. Моделирование — единственный инструмент, который может показать, как изменения влияют на характеристики антенны.

Очевидно, что точность цифр обусловлена теоретическими расчётами и что их можно без проблем округлить.

______________________________

КОНСТРУКЦИЯ

В ответ на просьбы о уточнении текста и фотографий, ниже приводится описание изготовленной антенны SQ28MHz. Это облегченная версия, которая подвергалась воздействию неблагоприятных погодных условий, была демонтирована после 5 лет эксплуатации и продемонстрировала свою работоспособность. Очевидно, что можно использовать трубки и/или провода других диаметров, поскольку все доработки будут автоматически учтены при реализации резонанса антенны.

Некоторая информация о диаметрах и сверлении не приводится. Она зависит от используемого материала и крепёжных элементов.

Размеры

Определение d
Рекомендуется выбирать расстояние между петлями, равное 0,1 лямбда.

Определение H
H, высота петли, одинакова для отражателя и директора. Теоретически H определяется как 1/4 периметра петли отражателя, которая длиннее. Автор не нашёл точной информации по этому вопросу, но на практике H немного увеличивается, и на 10 м выбран коэффициент h = 0,26, чтобы получить округлённое значение H, равное 3,15 м.

Определение L и l
Когда округлённые значения H и d вводятся в соответствующие ячейки таблицы, вы получаете для каждой петли значения L и l.

Сборка антенны

Очень важно соблюдать общую симметрию петель, а также разницу в длине между периметрами петель.

Вертикальные элементы
Использовался гибкий кабель сечением 1 мм², состоящий из нескольких тонких медных проводов (подходит для 100 Вт) длиной H, с припаянными клеммами в комплекте.

Горизонтальные элементы
После определения d, H, L и l, пришло время изготовить горизонтальный элемент. Для каждого горизонтального элемента использовалась центральная секция из алюминиевой квадратной трубки длиной 50 см и размером 20x20x1,5 мм. Две секции алюминиевой трубки длиной 1 м и диаметром 16 мм могут вставляться внутрь квадратной трубки для регулировки расстояния d, а другой конец изогнут под углом 45° на длину 25 см. Определите правильное положение этих секций внутри квадратной трубки, просверлите необходимые отверстия для крепления винтами, шайбами, гайками и, при необходимости, внутренними клиньями.

Сборка двух горизонтальных элементов образует верхнюю и нижнюю части петель. Простая в изготовлении алюминиевая деталь OM обеспечивает надёжное пересечение на 90° между двумя горизонтальными элементами и мачтой. Несколько советов:

• Обращайте внимание на углы в 90° и 45°
• Убедитесь, что верхняя и нижняя горизонтальные части идентичны. Положите их друг на друга на земле и сравните.
• Внесите необходимые изменения

Чтобы обеспечить натяжение вертикальных проволочных элементов, соединенных с концами L-образных элементов, настоятельно рекомендуется слегка согнуть их под углом 45° вверх или вниз в зависимости от их расположения.

Чтобы регулировать периметр контура во время настройки резонанса антенны, l-образные элементы изготавливаются из алюминиевых трубок с внешним диаметром 12 мм, поэтому они могут скользить внутри трубки диаметром 16 мм, согнутой под углом 45° и имеющей сечение 25 см. Концы согнутых секций обрезаются по длине максимум на 3 см. Зажимное кольцо позволяет зафиксировать l-образный элемент.

Корпус для подключения

• Корпус изготовлен из изолирующего материала.
• С двух противоположных сторон корпус оснащён резиновыми уплотнителями, соответствующими диаметру стержня с гамма-излучателем.
• В нижней части корпуса установлен алюминиевый лист, предназначенный для заземления SO239 с помощью швеллера.
• Корпус крепится к квадратной трубе с помощью винтов, шайб и гаек. Он не должен препятствовать прохождению вертикальной мачты.

Двойная гамма

• Расстояние между двойной гамма-камерой и петлёй составляет примерно 30–35 мм (от края до края)
• Двойная гамма-антенна состоит из двух алюминиевых стержней длиной 1 м и диаметром 2 мм (не критично)
• В одном конце стержней проделаны отверстия, эти концы вставляются в резиновые уплотнители, а затем соединяются между собой с помощью алюминиевой угловой пластины 10x10x1,5.
• На частоте 28 МГц между центром двойной гамма-антенны и выходом SO239 параллельно подключаются два конденсатора — переменный 60 пФ + постоянный 60 пФ.
• Скользящие перемычки изготавливаются из алюминиевой пластины размером 10x10x1,5 мм. Центральная часть крепится с помощью винта, шайб и барашковой гайки.

Мачта

Состоит из двух телескопических секций длиной 2 м и диаметром 40 мм. Отверстия должны быть точно подогнаны, чтобы идеально совпадать с отверстиями в верхней и нижней петлях.

Фурнитура/Водонепроницаемость

Настоятельно рекомендуется использовать фурнитуру из нержавеющей стали очень хорошего качества, а также, при необходимости, герметизирующую мастику.

Стратегия корректировки периметра петли

• После того как заморожены H и d, попытались определить, при каком сдвиге частоты длина L увеличивается на 1 см, или, другими словами, P — на 2 см, а l — на 1/2 см. Эти данные будут очень полезны для изменения/корректировки резонансной частоты.
• Изменение каждого элемента l на одинаковое значение позволит скорректировать резонансную частоту и сохранить примерно неизменной разницу между периметрами контура.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗОНАНСА

После сборки антенны и проведения испытаний:

• Расположите двухгаммные короткозамкнутые витки близко к максимуму.
• Установите переменный конденсатор на 60 пФ на максимальное значение.
• Найдите частоту, на которой КСВ минимален.
• Чтобы уменьшить КСВ, отрегулируйте переменный конденсатор.
• При необходимости слегка сдвиньте (с шагом в 5 см) каждый короткозамкнутый виток ближе к центру антенны.
• Чтобы снова уменьшить КСВ, отрегулируйте переменный конденсатор.
• Повторяя описанную выше процедуру несколько раз, вы найдёте диапазон частот, в котором КСВ близок к 1:1.
• Можно сделать вывод, что центральная частота диапазона является резонансной частотой антенны.

Обычно эту первую настройку легко выполнить, но при этом не учитываются физические трудности, связанные с доступом к точкам настройки.

• В соответствии с данными о сдвиге частоты, полученными с помощью инструмента для построения графиков (см. выше), измените 8 элементов l на одинаковое значение, чтобы сместить резонансную частоту до нужного значения
• Обычно это изменение влияет на предыдущие настройки двухгибридного усилителя. Отрегулируйте переменный конденсатор. Если предыдущая резонансная частота была очень близка к текущей, этого может быть достаточно.
• Возможно, вам придётся заново выполнить процедуру глобальной настройки. Наберитесь терпения!

СТАВИМ ТОЧКУ

Из-за высокой влажности необходимо заменить подстроечный конденсатор на постоянный с низким температурным коэффициентом и подходящий по мощности. Для этого нужно снять набор конденсаторов и точно определить их номинал или, что ещё лучше, измерить его. Предпочтительнее установить конденсатор, номинал которого составляет примерно 3/4 от предполагаемого, и протестировать несколько вариантов, подключив их параллельно, чтобы получить прежние значения КСВ и полосы пропускания.

Исходя из авторского опыта работы с версией на 50 МГц, которая благодаря своему небольшому размеру позволяет легко добраться до точек регулировки, можно сказать, что точная регулировка двойной гаммы — лучший способ оптимизировать КСВ и ширину полосы пропускания. На самом деле наилучшие результаты достигаются, когда длина гаммы в направлении рефлектора больше, чем в направлении директора.

После установки антенны на конечном месте не исключено, что вам придётся заново выполнить процедуру настройки. Это справедливо для любого типа антенн.

F6ITV