5. Коллинеарная антенна 2 м (КА-2)

5. 1 Антенна 2 м.д. состоит ( рис. 1 ) из верхнего этажа А, катушки Lк, нижнего этажа В, разделительного фильтра Ф ( Lф, Сф), противовеса П и отдельного кабеля питания РК50 - 3 ( RG - 58 ) длиной 8,5 м с разъемом СР50-74 (XS2) на нижнем конце. Устанавливается в верхней части антенны VMA - 7 на месте КС. Чтобы не нарушилась работа антенны на диапазоне 40 м, конструкция и размеры КА-2 выбраны с расчетом, чтобы она “по совместительству” могла выполнять роль КС, при этом корпус фильтра заменяет изолятор ИВ, роль противовеса выполняет ЕН, катушка Lв - без изменений.

Кабель питания пропущен внутри трубы ЦВ. Емкостная связь кабеля (точнее его оплетки ) с трубой столь велика, что, если его выпустить из верхнего конца трубы , допустим, на 10 см, это будет эквивалентно электрическому удлинению трубы на эти же 10 см. Чтобы не расстраивать VMA-7 , оплетка кабеля заканчивается на уровне конца трубы и соединяется с этим концом и противовесом П - ЕН , а центральная жила кабеля через фильтр Ф с частотой настройки в районе 145 МГц соединяется с нижним этажом антенны KA-2. Емкость фильтра выбрана малой Сф = 2,2 пФ ,поэтому на рабочих частотах ЦВ 28МГц и ниже реактивное сопротивление фильтра велико ( Xф > 2,5 кОм ) и связь верхней части А+В с кабелем и ЦВ через фильтр практически отсутствует. В свою очередь, на УКВ шунтирующее действие катушки Lв также отсутствует в связи с ее большим сопротивлением. В нижней части антенны развязка осуществляется традиционным способом - на выходе из трубы ЦВ полутораметровый остаток кабеля с разъемом накручивается на ферритовый сердечник К70х50х10 ( 15 витков ) и через соединитель гнездо - гнездо СР50-75 соединяется с фидером УКВ.

Проверка развязки между КВ и УКВ частями антенны показала, что при подаче на вход фидера КВ мощности 100 Вт на выходе УКВ фидера , нагруженного на R = 50 Ом , напряжение было в пределах 40...140 мВ в зависимости от КВ диапазона. Степень обратной развязки ( УКВ - КВ ) определить не удалось, т.к. помеха от местных вещательных станций на выходе КВ фидера превышала 100 мВ и включение УКВ передатчика на этом фоне не ощущалось. Принятая схема совмещения позволяет одновременную работу КВ и УКВ трансиверов без ощутимого ухудшения.

5. 2 Длина верхнего этажа А оптимальная 1250 мм ( 0,61 l ) , а длина нижнего выбрана с расчетом получить согласование с фидером. Рассмотрим этот момент подробнее. Экспериментальная проверка согласования кабеля РК-50 с нагрузкой Rн через фильтр с частотой настройки 145 МГЦ  дала несколько неожиданные результаты.

В схеме рис.4а полное согласование, контролируемое по КСВ - метру, получалось при Rн = 50 Ом, как и ожидалось. Зато в схеме рис.4b согласование наступало при Rн = 27 Ом ,а по рис.4c - при Rн = 75 Ом. Естественно, для реальной антенны была принята последняя схема. Длина нижнего этажа В, соответствующая полному согласованию , получилась 870 мм ( 0,42 l ) . Вероятная небольшая реактивная составляющая входного сопротивления легко компенсируется незначительной расстройкой фильтра с помощью сердечника катушки Lф. Верхний этаж выполнен из трубки Ø10 мм, в нижнем диаметры 16, 14, 12 мм, соединение регулируемое.

 Примерное распределение напряжения вдоль антенны приведено на рис. 5а. В т.т. b ,d , g напряжения равны и максимальны, в т.т. c , h минимальны , в т.т. e ,f равны по величине. Наглядно оценить относительную величину и симметрию напряжений в разных точках можно с помощью СЛР ( п.1.1 ). Для этого антенну ( отдельно от V - 7 ) помещают в свободное от металлических предметов место (возможно размещение в помещении горизонтально , например, на спинках деревянных стульев ). Фидер антенны и кабель от датчика сигнала (ГСС ,трансивер ) присоединяют мостовому КСВ - метру и изменением длины нижнего этажа и подстройкой катушки фильтра производят настройку на минимальный КСВ < 1,15. После этого, касаясь пальцем руки разных точек антенны, наблюдают за изменением показаний КСВ - метра. Примерная кривая этой зависимости дана на рис.5b. В точках с пучностью напряжения ( b , d , g ) влияние руки очень сильное , КСВ вырастает до значений 2...3 , в т.т. c , h влияние руки должно быть минимальным или отсутствовать. При оптимальной величине Lк реакция в т.т. e , f должна быть одинаковой , в середине катушки отсутствовать, а точки перегиба кривой d , g расположены симметрично, на одинаковом расстоянии от катушки. Если влияние в т. f меньше , индуктивность Lк следует уменьшить. После коррекции Lк (если таковая понадобилась ) необходимо подстроить вход антенны на минимальный КСВ и повторить проверку симметрии. При правильно настроенной антенне реакция по СЛР во всех максимальных точках должна быть примерно одинаковой.

При пользовании СЛР нужно работать с вытянутой рукой, тело должно быть как можно дальше от антенны , впрочем, самообучение происходит в считанные минуты.

С кабелем RG - 58 длиной 8,5 м настроенная антенна имела КСВ = 1,1 на частоте 145 МГц и полосу частот 5,7 МГц в пределах КСВ = 1,5. Размещенная на “рабочем месте” при общей длине фидера 30 м она показала КСВ < 1.1 на частоте 145,7 МГц. После установки КА-2 пришлось укоротить ЦВ на 150 мм, параметры антенны VMA - 7 не изменились.

Данные фильтра: Lф - 9 в. ПЭВ Ø 1,2 мм, шаг- 2мм, каркас Ø 10 мм , сердечник Ø 8 мм (медь); Cф - 2,2 пФ К15У - 1. Катушка Lк - 5,5 витка, ПЭВ Ø 1,2 мм, длина намотки - 30 мм, каркас Ø 19 мм , гидрозащита - пластмассовый цилиндр.

Следует отметить два обстоятельства, которые могут быть полезны тем, кто занимается коллинеарными антеннами.

• a. В многоэтажных коллинеарных антеннах с длиной этажа 0,5 l фактически работает только тот этаж, к которому подключена линия питания. Причина - четвертьволновые кз шлейфы, включенные между этажами, имеют высокое входное сопротивление и являются почти идеальными трапами. Это четко видно при испытании такой антенны с помощью СЛР. Если на питаемом этаже наблюдается нормальная кривая изменения КСВ вдоль этажа, то на следующем этаже, сразу после шлейфа, реакция вообще отсутствует, т.е. ток туда не поступает.
  Аналогично, в фирменных двухдиапазонных антеннах на 145 / 430 МГц, содержащих одну - две большие катушки и несколько меньших, на 430 МГц работает только часть антенны до первой большой катушки, дальше реакция по СЛР резко падает.
  Нормально работают двухэтажные антенны 2 х 0,61 l и трехэтажные с длиной крайних этажей по 0,61 l и среднего 0,72 l , при условии , что будут учтены замечания следующего пункта.
• b. Часто наблюдаемая ошибка : длина проводников межэтажных шлейфов выбирается из расчета дополнения длины антенны до резонансных значений, например до 1,5 l при двухэтажной антенне. В действительности имеет значение не длина шлейфа, а его входное сопротивление Хш. Так как Хш зависит помимо длины и от диаметра проводников шлейфа и расстояния между ними, в зависимости от конструктивного исполнения шлейфа при одном и том же Хш его длина может отличаться в два и более раз. Наиболее просто нужная длина шлейфа может быть определена с помощью СЛР , как описано в п.5.3 . Применение катушки Lк или шлейфа диктуется конструктивными обстоятельствами, возможна взаимозамена ( при условии XL = Xш ).