Вертикальная антенна с верхней нагрузкой для 20 м

Вертикальная антенна с верхней нагрузкой обладает рядом достоинств по сравнению с традиционной вертикальной антенной. Однако наиболее значительным преимуществом является её меньшая длина. Несмотря на то что установка такой антенны может показаться несколько сложной, конечный результат всё оправдывает.

Заземляющая часть антенны представляет собой ряд радиалов, которые соединены у основания антенны и изолированы от трубы (обозначена красным цветом).

Антенна рассчитана на определённую длину, обычно немного меньшую 1/4 длины волны.

Радиалы всегда должны быть одинаковой длины, но обнаружено, что можно варьировать их примерно, таким образом, на 20-метровом вертикале может быть несколько радиалов длиной 16 футов (идеальная 1/4 волна на частоте 14,1 МГц), несколько — на 14 и несколько — на 18 футов.

Радиалы имеют решающее значение в конструкции антенны с максимальной нагрузкой, поскольку электрические свойства антенны требуют взаимодействия между верхней нагруженной частью и системой заземления. Если система заземления небольшая или вообще отсутствует, то нагрузка и эффективность антенны будут различаться, или она может вообще не работать!

Конструкция 20-метрового вертикала с верхней нагрузкой

Давайте сначала рассчитаем, что нам нужно. Базовая 20-метровая вертикальная установка имеет высоту антенны 16,478 футов. При верхней нагрузке мы можем уменьшить высоту до 11,45 футов (при условии соблюдения некоторых технических требований).

Для удобства конструкции выбрана алюминиевая труба диаметром 1,50 дюйма с толщиной стенки 0,058 дюйма, что составляет внутренний диаметр 1,384 дюйма. Этот алюминий изготовлен из экструдированного алюминия 6061-T6 и хорошо держится.

Крышка ёмкости выглядит примерно так, как показано на изображении ниже.

Изготовлена из 8 стержней диаметром 1,88 дюйма, каждый длиной 2 фута. Кусок трубы диаметром 1,625 дюйма, длиной 3 дюйма и идентификатором 1,509 дюйма приварен к куску экструдированного алюминиевого бруска 6061-T6 размером 3 x 3 дюйма толщиной 0,375 дюйма. Представьте плоскую пластину на конце трубы.

Она надевается поверх нашей антенной трубы диаметром 1,50 дюйма. Выемка позволяет надеть её на верхнюю часть антенны, а затем закрепить хомутом в цанговый зажим.

Далее мы привариваем стержни к плоской пластине, расположенной по кругу. Стержни должны выступать под прямым углом (90 градусов) от антенны.

Технические характеристики

20-метровый вертикал с верхней нагрузкой питается снизу, как и базовый вертикал. Его высота составляет 11,45 фута, а наверху есть восемь элементов длиной 2 фута. Для достижения максимальной эффективности он имеет немного более низкое сопротивление, около 30 Ом. Поскольку это меньше, чем обычная точка подачи 50 Ом, необходимо использовать балун или тюнер, чтобы сгладить отклик и немного улучшить работу с нагрузкой.

Ниже приведены кривые КСВН. На рисунке 1 указано значение 50 Ом, а на рисунке 2 — 30 Ом.

Диаграмма направленности выглядит следующим образом:

Теперь возникает вопрос, а в чём различия между этими антеннами. Рассчитаем 2 антенны на частоте 14,150 МГц. Одна с нагрузкой, а другая без.

	Верхне нагруженная	Базовая вертикальная антенна
Частота:	14.100 МГц	14.100 МГц
Высота антенны:	11,45 фута	16,55 фута
Толщина антенны:	круглая трубка 6061-T6 1.500 дюймов	круглая трубка 6061-T6 1.500 дюймов
Максимальная нагрузка:	(8) элементы длиной 2 фута	Нет
лучший КСВН на 50 Ом:	1.71 : 1	1.37 : 1
Фактический импеданс:	29.01 + j0.8293	35.96 + j0.2730
Обратные потери:	36,1 дБ	48,4 дБ
Максимальное усиление / Высота:	28 градусов	27 градусов
Высота подъёма 3 дБ	9,7 / 55,1 градуса	9,5 / 53,7 градуса
Ширина луча:	45,4 градуса	44,2 градуса
Усиление:	— .240 дБи / 0,0 дБ макс.	— .260 дБи / 0,0 дБ макс.

Как можно видеть, различия в характеристиках антенн очень незначительны. Самое большое различие заключается в базовом сопротивлении (29,01 + j0.8293 против 35,96 + j0.2730).

Но что, если заменить элементы верхней нагрузки? В авторском примере использовались (8 шт.) алюминиевые стержни толщиной .188 дюймов, длиной 2 фута. На любом hamfest обычно есть кто-то, кто продаёт хлысты длиной 36 дюймов, которые входят в загрузочные катушки антенн. Обычно они имеют толщину 0,05 дюйма. Вот что происходит с нашей антенной.

	Элементы с верхней нагрузкой .188 «x 24»	Элементы с верхней нагрузкой .05 «x 36»
Частота:	14.100 МГц	14.100 МГц
Высота антенны:	11,45 фута	10,30 футов
Толщина антенны:	круглая трубка 6061-T6 1.500 дюймов	круглая трубка 6061-T6 1.500 дюймов
Максимальная нагрузка:	(8) элементов длиной 2 ‘ x .188 «	(8) элементов длиной 3 ‘ x .050 «
лучший КСВН на 50 Ом:	1.71 : 1	1.92 : 1
Фактический импеданс:	29.01 + j0.8293	25.55 + j0.04438
Обратные потери:	36,1 дБ	36,6 дБ
Максимальное усиление / Высота:	28 градусов	28 градусов
Высота подъёма 3 дБ	9,7 / 55,1 градуса	9,8 / 55,6 градуса
Ширина луча:	45,4 градуса	45,8 градуса
Усиление:	— .240 дБи / 0,0 дБ макс.	— .230 дБи / 0,0 дБ макс.

Благодаря наличию более длинных элементов на верхней нагрузке мы смогли укоротить антенну на 1,15 фута.

Но проблема заключается в настройке на нагрузку 25,55 + j0.04438. Это не так уж сложно сделать с помощью простого тюнера. Давайте посмотрим на радиочастотную систему. В нашей системе есть три «базовых» компонента. Передатчик, линия передачи и антенна. Если все они имеют 50 Ом, у нас идеальная ситуация. Но давайте посмотрим, что у нас есть фактически.

Здесь видим Yaesu FT-857D. От трансивера идёт 2-футовый кабель, питающий измеритель КСВН. Затем измеритель питает линию передачи, которая идёт к антенне. На данный момент мы находимся на уровне 50 Ом.

Но как только линия попадает на антенну с нагрузкой 25,55 + j0.04438, у нас возникает проблема. Наш измеритель КСВН начинает показывать 2.09:1 из-за разницы в импедансе между антенной и линией передачи. Поэтому добавляем тюнер в основание антенны. Это простая сеть типа «Т», но она делает своё дело.

Тюнер представляет собой катушку от линии передачи (L1), которая подключается к другой катушке и конденсатору. Катушка (L2) заземляется, а конденсатор (C1) подключается к антенне. Это соответствует нашей линии передачи 50 + j0.0 и антенне 25.55 + j0.04438.

Благодаря этому соответствие 2.09:1 теперь стало 1.001:1. БОЛЬШОЕ улучшение!

Хотя это может показаться немного сложным, результат стоит затраченных усилий и времени.

Имейте в виду, что вы могли бы использовать тюнер на установке, однако тюнер маскирует несоответствие на трансивере и не решает проблему передачи мощности и согласования на конце антенны.

W8HDU