КПЕ №55 для КВ-антенны End-Fed 80м-10м

Введение в однопроводную антенну с концевым питанием

Антенна Single Wire End Fed, вероятно, самая простая в использовании. Но когда вы начинаете смотреть вокруг, вы обнаруживаете, что никто не может прийти к единому мнению о том, какую длину использовать. Некоторые говорят, что подойдет любая длина, некоторые подчеркивают нечетные кратные 1/4 длины волны, в то время как другие склоняются к четным кратным 1/2 длины волны. Некоторые говорят, что проектировать нужно для самой низкой частоты, которую вы хотите использовать, а другие говорят, что проектировать нужно для самой высокой! Некоторые называют антенну End-Fed: Zep, Inverted-L и еще несколькими названиями. Какое из них правильное? Ну, по большей части они все правильные! Вам просто нужно копнуть немного глубже, чтобы понять рассуждения разработчика... Решу ли я эту дилемму здесь? Наверное, нет. Я просто представлю несколько идей, а вы сможете выбрать, с какой из них вам понравится работать.

 

Базовый однопроводной концевой фидер

Начну с самой простой антенны, которую вы только можете себе представить. Случайная длина провода, питаемого напрямую от выхода вашего передатчика (картинка слева). Сопротивление провода с концевым питанием может быть от нескольких десятков Ом до нескольких тысяч Ом, в зависимости от используемой частоты и длины провода. Другими факторами, которые могут влиять на сопротивление, являются изгибы провода, высота над землей, близость к зданиям и диаметр провода.

Большинство новых передатчиков имеют транзисторные выходные цепи и не могут справиться с широкими колебаниями импедансом нагрузки без возможного повреждения компонентов выходной цепи. В этом случае можно использовать Г-тюнер (картинка справа) для получения достаточного  КСВ, между передатчиком и случайной длиной провода, антенны! 

Г-тюнер, на картинке выше,  должна обрабатывать случаи, когда выходное сопротивление передатчика меньше, чем сопротивление антенны. Но что, если вы выберете длину провода, которая в резонансе создает меньшее сопротивление при КСВ=1, чем выход передатчика? Это часто бывает, когда случайная длина провода меньше 10 метров. В этом случае вы должны иметь такую возможность как просто переключить переменный конденсатор на перед Г-тюнером! Чтобы охватить все случаи, было бы разумно включить переключатель, который позволит вам оперативно переключать положение переменного конденсатора (картинка слева).

Хотя роликовые индукторы доступны, они громоздки и дороги, но, лучше для простоты можно использовать поворотный переключатель с несколькими отводами, как индуктор, показанный на картинке справа. Индуктор как имеющий номинал от 20 до 25мкГн. Катушка имеет 30 витков неизолированного провода #12 на 2-1/2-дюймовой форме, расположенных на расстоянии более 5 дюймов (~6 витков на дюйм). Отводы на 0 (катушка закорочена), 1, 2, 3, 5, 7, 9, 12, 16, 21 и 26 витков будут хорошим выбором для начала. Катушку с такими характеристиками можно использовать с передатчиком мощностью 500Вт. Для передатчика мощностью 500Вт переменный конденсатор также должен иметь достаточное расстояние для обработки мощности. Если вы используете передатчик мощностью 500-1000Вт, переменный конденсатор должно быть с большим зазором! Переключатель позволяет вам переключать положение переменного конденсатора в зависимости от того, работаете ли вы с нагрузкой с низким (CL) или высоким (LC) импедансом. Е если вы используете QRP, вы можете использовать пластиковый каркас диаметром меньше с эмалированным проводом #22.

 

Не так случайный однопроводной концевой фидер

Одним из больших недостатков антенны End-Fed является то, что конец антенны находится очень близко или внутри вашего жилища. Это часто можно минимизировать, выбрав немного менее случайную длину провода. Выбор λ/4 на рабочей частоте поместит токовый контур рядом с передатчиком, избегая ВЧ-напряжение в точке питания. Эффективный λ/4 можно рассчитать с помощью уравнения Длина (футы) = 234/F (МГц). Таким образом, хорошая длина для 3,6МГц будет 65 футов. Для 7,1МГц будет хорошо работать 33фута. Нечетные кратные также будут работать. Например, 3λ/4 будет 195футов для 3,6МГц и 100футов для 7,1МГц. Примечание : Для элемента антенны изолированный провод имеет более низкий коэффициент укорочения, чем оголенный провод. Это может вызвать эффект укорочения примерно на 3–5 % (провод кажется более высокочастотным). Поэтому всегда начинайте с небольшой дополнительной длины и обрезайте ее, чтобы приблизить к рабочей частоте. Все это хорошо, если антенна предназначена только для одного диапазона. А что, если вы хотите использовать антенну на нескольких диапазонах, например, от 40 до 10 метров? Тогда вам нужно выбрать длину провода, которая составляет не менее 1/4 λ на 40 метрах и не попадает ни на один из кратных 1/2 λ для ВСЕХ диапазонов от 40 до 10 метров. Хотя вы, конечно, можете рассчитать длины, чтобы не использовать стандартные формулы, а затем составить таблицу, раздел ниже может быть тем, что вы ищете.

 

 

 

 

Не так случайный однопроводной концевой фидер (многодиапазонный) 

У меня есть провод End-Fed длиной 92 фута (~28м), то можно нагрузить свой передатчик с тюнером на 160, 80, 40, 20, 17, 15, 12 и 10м. При попытке устранить избыточные ВЧ радиочастоты в доме, могут помочь различные подходы к заземлению. Возможно, вам даже придется использовать различные схемы заземления в зависимости от используемого диапазона. Хорошим заземлением будет См.ТУТА. Данная антенна из провода может работать без радиальных заземляющих проводов (противовесов). 

 

 

Антенна Новичок 90

В журнале "Vintage Popular Electronics Magazine", есть статья за октябрь 1959 года об антенне "The Novice 90". В ней описывается простой тюнер и антенна с длинным проводом, эффективная на диапазонах 40 и 80 метров. На схеме справа показаны некоторые детали "Novice 90".  C1 конденсатор с ёмкостью 250-350пФ. Для работы с малой мощностью, менее 100Вт, подойдет практически любой конденсатор. L1 — это 6 витков провода #14, на каркасе диаметром около 2 дюймов. Расстояние между витками составляет около 1/8 дюйма. На самом деле подойдет любая катушка, близкая к этим размерам. Катушка имеет индуктивность около 2,2 мкГн. Провод антенны имеет длину 90 футов в форме буквы «Г». Оптимальным вариантом будет 30 футов по вертикали и 60 футов по горизонтали. Но подойдет практически любая другая комбинация. Постарайтесь, чтобы вертикальная часть была около 30 футов. Однако заземляющий провод должен быть коротким, также есть другие варианты End-Fed:

КПЕ №55 для КВ антенны End-Fed по описанию выше, усилителя мощности до 1кВт, зазоры в задвинутом положении 2мм, толщина пластин 1,2мм, ёмкость 7-55р. С возможностью установки на переднюю панель корпуса. На двух передних стойках - М6 (пред-панели УМ), при желании можно эти стойки удалить (выкрутить). Или на двух винтах М3 нижних креплениях.

      РАЗМЕРЫ: высота  - 75мм

                           ширина - 72мм

                              длина - 130мм (с изолятором)

Материал пластин: шлифованный алюминии толщиной - 1,2мм. Добавление второго токосъёма + 450руб!

PS! Маленьких размеров КПЕ на большую мощность не бывают!

КПЕ не я делаю, а изготавливают на заводе – услуги токаря, услуги специалиста по лазерной резке металла, покупка листового материала, пластины перегородок, гайки, болты, шайбы, заклепки, материал для токосъемов, изолирующий материал, различные шпильки и т.д…Возможен обмен, на то, что меня интересует в радиолюбительском спорте.

Если что-то не устраивает по конструкции – пишите замечания или сделайте самостоятельно КПЕ или приобретите фирменный в инет магазинах! 

 

 

***

Конфигурация моей антенны End-Fed

Мой трансформатор 1:49 находится на чердаке, а провод антенны проложен снаружи и прикреплен к дереву, в саду. С этой антенной покрытие составляет 80, 40, 20, 15 и 10 метров без какого-либо антенного тюнера, а средний КСВ ниже 1,15 на телефонных, SSB участках до 1000Вт. Конденсатор высоковольтный К15У или КВИ с рабочим напряжением до 16кВ, а для мощности 100Вт можно и как на картинке ниже (трансформатора в сборе) ВЧ-трансформатор в корпусе, с кондёром ёмкостью 100-220пик*. Странно, но, назначение постоянного конденсатора (100-220пик) на входе ВЧ-трансформатора 49:1 так и не смогли дать радиолюбители из разных стран и на фото обозначен пунктирно: 

Общая длина антенны составляет около 23метров, включая один сегмент длиной 20,4 метра от трансформатора 1:49 до катушки 110мкГн и сегмент длиной около 2,2метра от катушки до изолятора. Сама катушка (до 1кВт): 102 витка эмалированного провода сечением 2мм, на трубке из ПВХ диаметром примерно 50мм, картинка справа:

Стыкирования сердечников увеличивает индуктивность и емкость обмотки линейно. Стыкирование сердечников действительно необходимо, особенно если вы используете диапазоны 80м и 40м. При такой конфигурации трансформатор способен справиться с 1500Вт SSB и около 1000Вт CW/DIGIMODE. Вы также можете использовать один FT240-52, два или три FT240-43 соединенными вместе:

Проверка трансформатора

В любом случае нужно контролировать по антенному-анализатору, данный ВЧ-трансформатор перед окончательной установкой с антенной! Сопротивление антенны для этой антенны составляет примерно 2450(2500)Ом, а ВЧ-трансформатор обеспечивает  50Ом от вашего TRX, который составляет около 2450(2500)Ом от 3мГц до 30мГц. Если вы не проверите ВЧ-трансформатор, существует высокий риск того, что ваша антенна обеспечит хороший КСВ=1-1,15, но и антенна не будет резонансной, а распределение тока и напряжения вдоль антенны приведет к плохой эффективности и диаграмме направленности!

Как проверить?

Для этого нам понадобится антенный-анализатор, NANO VNA, MFJ-259(269) или АА-330. Далее, нам понадобится безиндукционный резистор с сопротивлением 2450(2500)Ом, подключенный к выходу ВЧ-трансформатора и соединенный с землей, при этом, КСВ должно быть ровно "1", реактивное сопротивление должно быть ровно "0", от 80м-10м! Всё, Ву-Аля, далее можно соединить саму проволку антенны и можно сказать, что антенна "End-Fed" с ВЧ-трансформатором 49:1 (на картинке ниже, указанны намоточные данные) готова к работе... 

 

Небольшой совет полученный мною от Американского радиолюбителя по изготовлению ВЧ-трансформатора и катушки: 

Инструкции по сборке ВЧ-трансформатора импеданса для антенны End-Fed. Точка питания многополосной антенны End-Fed практически представляет собой широкополосный трансформатор импеданса! Это означает, что антенна с концевым проводом, имеющая очень высокий импеданс около 2450(2500)Ом, преобразуется в импеданс 50Ом.

Такой импеданс лучше всего подходит для большинства трансиверов. Трансформатор состоит из 2 первичных обмоток и из 14 вторичных обмоток. Это дает отношение 1 к 7. Почему так? - напряжение в семь раз выше напряжения источника (именно по этому конденсатор должен быть высоковольтным), а ток в семь раз ниже тока источника. Это приводит к трансформации импеданса 7 x 7 = 49.

А импеданс увеличивается в 49 раз, что в сумме составляет: 50Ом х 49(ВЧ-трансформатор импеданса) = 2450(2500)Ом. Чтобы создать трансформатор импеданса, вы оборачиваете все вокруг ферритового тороида, который имеет широкополосные свойства.  2 первичные и 14 вторичных витков можно использовать для антенн, которые будут работать в диапазонах 10, 12, 15, 17, 20, 30 и 40 метров.

Для более низких частот 80 и 160 метров – вы по-прежнему можете использовать соотношение 1 к 7, но тогда 3-витка в первичной и 21-виток во вторичной обмотки!

 

Порядок намотки ВЧ-трансформатора:

Сначала сложите примерно 20см эмалированного медного провода пополам. Это создаст «два» куска провода. Один длинный и один короткий. Затем слегка скрутите материал на первых 15см, чтобы скрепить его. Убедитесь, что не скручиваете медь слишком сильно, потому что это может создать странные эффекты в трансформаторе в дальнейшем! Теперь возьмите точку, где два куска провода становятся одним, и поместите это на тороид. Теперь оберните двойную часть провода вокруг сердечника дважды и прикрепите это с помощью стяжки! После того, как этот шаг будет завершен, вы можете обернуть оставшиеся 12витков вокруг тороида. Смотрите рисунок. Обязательно перекрещивайте провод на полпути!

 

Небольшая “пилюля” полученная мною  от французского радиолюбителя проводившего эксперименты с End-Fed:

Легко придумать множество разновидностей антенн, которые можно согласовать с трансформатором импеданса 1:49. Теоретически возможно подключить любую половину длины волны или множество из них к трансформатору, чтобы получить резонансную антенну.

Вот несколько примеров: 5метров провода — это половина волны для 10-метрового диапазона. 10метров провода — это длина половины волны для 20-метрового диапазона и два раза больше длины половины волны для 10-метрового диапазона. 20метров провода — это длина половины волны для 40-метрового диапазона, но также и полная волна для 20-метрового диапазона, двойная полная волна для 10-метрового диапазона и 3 раза больше длины половины волны для 15-метрового диапазона.

Преимущество любительских диапазонов в том, что частота каждый раз удваивается. Итак, 3,5 МГц, 7 МГц, 14 МГц, 21 МГц и т. д. Это позволяет очень легко создать многодиапазонную антенну для этих диапазонов.

Когда вы применяете катушку в антенне End-Fed, происходит нечто интересное! Катушка формирует высокий импеданс для более высоких частот, поэтому последняя часть провода не будет участвовать! Эта последняя часть, включая всю антенну, участвует только для более низких частот. В случае 10,20,40метровой End-Fed только первые 10,1метра провода будут работать на 10 и 20метрах. Вся антенна имеет механическую длину 12м, но образует электрическую длину 20м для диапазона 40 метров из-за катушки. Это означает, что она создает длину половины волны для диапазона 40метров. Недостатком работы с более короткой антенной является то, что у вас будет ограниченная полоса пропускания, узкополостность!

 

Небольшая “пилюля” полученный мною  от германского радиолюбителя проводившего эксперименты по изготовлению катушки для этой антенны - End-Fed:

Вы можете использовать несколько способов включения катушки в антенный провод. Ниже приведено визуальное представление способа, который работает правильно! Чтобы получить катушку, при мощности ТХ до 100Вт (для мощности ТХ 1000Вт и более катушка 34мкГн должна быть пересчитана на каркас=50мм (чтобы уменьшить её длину) с соответствующим диаметром провода-2мм, См. описание выше!), 35мкГн вокруг 19-миллиметровой трубы из ПВХ, можно использовать 80витков обмоточного провода 0,75мм (0,44мм2). Для катушки 110мкГн можно сделать 170витков обмоточного провода 0,5мм (0,20мм2), или другого диаметра обмоточного провода существует специальная программа для ПК по КВ-антенне End-Fed от германского радиолюбителя! Постарайтесь обмотать катушку как можно плотнее (виток к витку), чтобы между витками не оставалось места! Затем закрепите всю деталь скотчем. Продолжайте, просверлив два небольших отверстия прямо рядом с катушкой, куда можно просунуть концы провода. Следующий шаг — просверлить еще два отверстия, как показано на фото. Эти отверстия будут использоваться для продевания провода, который будет использоваться в качестве компенсатора натяжения. Завершите этот шаг, завязав узел на проводе и туго затянув его. Излишки провода можно отрезать от обмотки и антенного провода. Оставьте ровно столько, чтобы хватило материала для пайки! Убедитесь, что обмотка полностью очищена от эмалевого слоя. Это можно легко сделать острым ножом или наждачной бумагой. Теперь припаяйте провод к катушке и поместите её в трубу. Теперь наденьте термоусадочную трубку и равномерно нагревайте ее до тех пор, пока она не сядет плотно!  

Тонкая настройка:

Поместите готовую антенну End-Fed в желаемое место, прикрепив к ней немного дополнительного провода. Первым шагом будет адаптация провода для более высоких частот. Это кусок провода, который напрямую подключен к трансформатору 49:1 импеданса!

Помните: его при настройки не отрезать, а загибать во внутрь, толко вдоль провода, а настроив катушку, только потом отрезать! Так что, не режьте слишком усердно! Если более высокие частоты показывают средний и приемлемый КСВ, вы можете начать подгонять часть провода за катушкой для самого низкого диапазона!

!!! Антенна End-Fed с концевым питанием и трансформатором сопротивления 49:1, в этом случае внешняя часть коаксиального кабеля используется в качестве антенны и даже на приём станций! Смотрите изображение ниже (распределения ВЧ-тока), не используйте ни какие “балуны” из коаксиального кабеля, а позаботьтесь о хорошем заземлении и оно должно быть ближе к разъёму входного кабеля от ТХ СМ.ТУТА:

Также, можно отметить, что при тщательной настройки (описание настройки данной антенны смотри выше) ВЧ-трансформатора 49:1 и саму многодиапазонную антенну End-Fed можно добиться КСВ=1,0-1,15 и не более, на КВ диапазонах от 80-10м, при этом нет необходимости использовать дополнительные "СУ"!

Данная антенна End-Fed даже серийно выпускается в USA, компанией MFJ-1748 "Meter End-Fed Zepp 1500watts", существует аналог этой антенны MFJ "Meter End-Fed Zepp 1500watts", копию которой, изготавливают в Китае (продажи на Алли) на 10Вт, 100Вт, 1кВт.