Низкочастотная, с вертикальной поляризацией

Антенны с вертикальной поляриза­цией, начиная с классического «четвертьволнового штыря», популяр­ны у радиолюбителей. Причин тому несколько. Во-первых, большинство из них имеют круговую или близкую к ней диаграмму направленности по азиму­ту. Это важно в любительской радио­связи для простых антенн, поскольку потенциальные корреспонденты могут находиться в любом направлении. Во-вторых, в вертикальной плоскости они обычно имеют «прижатую» к земле диаграмму направленности, что важно для проведения DX-связей. И в-третьих, они достаточно удобны конструк­тивно — в частности, для установки на ограниченных по площади крышах жилых зданий.

Но есть и одна проблема — практически все такие антен­ны требуют хорошей «земли», которую реализуют обычно в виде набора четвертьволно­вых противовесов. Конструк­тивно их вроде бы удобно раз­местить непосредственно на крыше здания, но в этом слу­чае из-за близости к нему они вносят в антенную систему некоторые потери, особенно заметные при небольшом числе противовесов. Уйти от этих потерь сравнительно несложно — достаточно не укладывать противовесы на крышу, а поднять их на высоту примерно 2 м. Но это крайне неудобно с конструктивной точки зрения — ни на крыше жилого здания, ни на деревенском участке…

Установка таких антенн на низко­частотные любительские диапазоны вызывает, конечно, известные за­труднения. Для диапазона, скажем, 80 метров обычный GP уже имеет высоту около 20 м. А полноразмер­ные противовесы вписываются в круг диаметром 40 м. Это уже нереально для большинства радиолюбителей и крыш жилых домов в городе. Да и в сельской местности, пожалуй, тоже. По этой причине разработаны раз­личные варианты укороченных ан­тенн, но, как известно, укорочение в данном случае — это компромиссное решение, снижающее эффективность антенны.

Швейцарский коротковолновик HB9SL предложил проволочную ан­тенну (рис. 1), которая имеет значи­тельную вертикальную составляющую с диаграммой направленности в вертикальной плоскости, близкой к хорошему GP. Он назвал её VP2E, что расшифровывается как «Vertical Polarized 2 Element» или же «двухэле­ментная антенна с вертикальной поляризацией». Строго говоря, эту антенну вряд ли можно считать двух­элементной. Скорее всего, её можно рассматривать как проволочный из­лучатель с длиной, близкой к рабочей длине волны, запитанный в стороне от центра и подвешенный на одной мачте в виде перевёрнутой буквы V. При желании, конечно, её можно трактовать как полуволновый излуча­тель, запитанный в стороне от цент­ра, к концу которого добавлен ещё один полуволновый излучатель, запи­танный с конца (что-то вроде «антен­ны Фукса»).

Рис. 1

Но, независимо от трактовки, эту антенну отличает наличие заметной вертикальной составляющей и то, что для её работы не требуется хорошая «земля» (противовесы). Для установки нужна только одна мачта.

Длины участков излучателя L1 и L2 равны 0,492λ, а расстояние от края излучателя до точки запитки излуча­теля L3 выбрано 0,139λ. При этом, по расчётам автора, входное сопротив­ление антенны будет около 50 Ом. Угол при вершине (в точке перегиба излучателя) — около 140°. Высота мачты Н2 должна быть примерно 0,18λ (т. е. меньше, чем высота пол­норазмерного GP!). Концы излучателя должны отстоять от «земли» на рас­стояние Н1 и Н3 около 0.03λ.

Исходно антенну VP2E автор опробо­вал на диапазоне 80 метров. Вот какие он привёл размеры: L1 = L2 = 39 м; L3 = 11 м; Н1 = НЗ = 2,3 м; Н2 = 15 м. Для изготовления излучателя исполь­зовался антенный канатик диаметром 2,5 мм. При указанных размерах входное сопротивление на частоте 3,78 МГц (соответствовала мини­мальному значению КСВ по диапазо­ну) у неё было 48+j2,8 Ом, что обес­печило на ней КСВ не более 1,1. Заметим, что при таких размерах антенну можно установить даже на «пятиэтажке».

На рис. 2 приведены результаты расчёта по программе ELNEC диа­грамм направленности трёх антенн: VP2E, GР (четвертьволно­вый с четырьмя противо­весами) и полуволнового диполя, установленного на высоте 15 м (две мач­ты!). Диаграммы приведе­ны для направления, соот­ветствующего максиму­мам излучения в горизон­тальной плоскости для диполя и VР2Е. Как видно из этого рисунка, \/Р2Е и вР имеют сходные диа­граммы направленности, но при угле примерно 20° (близок к оптимуму для РХ-связей) VP2E обеспе­чивает уровень сигнала примерно на 4 дБ больше, чем GР и примерно на 7 дБ больше, чем диполь.

Рис. 2

Это понятно, поскольку при такой высоте установки диполя максимум его диаграммы направленности «смотрит» в зенит.

В отличие от GР, антенна VР2Е обладает некоторой направлен­ностью в горизонтальной плоскости, как, впрочем, и диполь. Результаты расчёта диаграмм направленности в горизонтальной плоскости для этих трёх антенн приведены на рис. 3. Эти диаграммы рассчитаны для угла излучения в вертикальной плоскости 20°. В этом случае диполь и VР2Е имеют схожие диаграммы направлен­ности и примерно одинаковое отно­шение излучений в направлении мак­симума диаграммы к её минимуму (около 10 дБ). Иными сло­вами, по этому параметру VР2Е не уступает диполю. Однако VР2Е выигрывает у диполя примерно 7 дБ в направлении максимума излучения. По параметру «всенаправленности» обе антенны, естественно, ус­тупают GP, который имеет круговую диаграмму. Но если ориентироваться на уровень «не хуже GР», ширина лепестка в на­правлениях максимума излучения будет не менее 60°.

Рис. 3

Несколько слов о кон­струкции антенны VР2Е. Поскольку у этой антенны есть заметная вертикаль­ная составляющая, под­держивающая её мачта должна быть из диэлект­рика или иметь развязы­вающие вставки в метал­лической мачте. За два десятка лет, прошедших с момента появления VР2Е, эту антенну повторяли многие радиолюбители. Были сообщения в Интер­нете, что она «неплохо работает» и с металлической мачтой, если мачта не заземлена. Этого нель­зя исключать, поскольку длина мачты «нерезонансная». Но в любом случае она при этом может несколько иска­жать диаграммы направленности антенны. И главное, «неплохо работа­ет” — это только устные оценки ра­диолюбителей, никто не проводил объективных измерений её характе­ристик при замене диэлектрической мачты на металлическую.

Целесообразно, по-видимому, как и в любой проволочной антенне, на фидер в месте его подключения к антенне ввести кабельный дроссель («токовый балун»).

Вполне естественно, что антенну VР2Е повторяли и на другие диапазо­ны. Особенно компактной она будет на более высокочастотные диапазо­ны. Действительно, для диапазона 20 метров высота поддерживающей мачты может быть всего около 4м — такая конструкция размещается практически на любой крыше. Более того, эта антенна очень удобна для работы в полевых условиях, когда поблизости нет подходящих для уста­новки антенны деревьев, например, в поле или в горах. В качестве мачты при этом можно использовать диэлектрические удилища, которые удобны для транспортировки.

Интересные эксперименты с раз­личными антеннами (в том числе и с УР2Е), в которых в качестве мачты используется удилище, проводил UA6HJQ. С результатами этих экспе­риментов можно ознакомиться в статье «Носимые КВ антенны для высокогорных экспедиций» по адресу http://goryham.qrz.ru/ant/udo4ka.htm#5 на его сайте. По­скольку распространённые удилища в собранном виде имеют длину 4…7 м, на их основе можно выполнять антен­ны VР2Е на диапазоны 7 МГц и выше. Для надёжной работы удилища в качестве мачты антенны его надо несколько доработать. Информация о том, как это сделать, есть на сайте UA6HJQ.

Его вариант антенны VР2Е был предназначен для работы на диапазо­не 20 метров. Мачта была высотой Н2 = 4,2 м, а длины излучателя — H1=H2= 10,4 м. Концы излучателей были удалены от «земли» на расстоя­ние Н1 = Н3 = 0,6 м. UA6HJQ просчи­тал этот вариант в известной про­грамме MMANA (файл для расчёта есть в упомянутой статье на его сай­те). Он обнаружил, что точку подклю­чения фидера в его варианте антенны целесообразно несколько сместить (L3 = 6,3 м). Это и не удивительно. Правая часть излучателя (по рис. 1) — это полуволновый диполь со смещён­ной от центра точкой питания, а это смещение можно делать в любую сто­рону от его центра. При этом, правда, по данным автора несколько измени­лась и диаграмма направленности в горизонтальной плоскости — стала более «круговой».

КСВ у его антенны был 1,5 на часто­те 14 МГц, 1,1 — на частоте 14,1 МГц, 1,7 — на частоте 14,3 МГц. Иными сло­вами, он был вполне приемлемым в пределах всего диапазона 20 метров.

Антенна VР2Е известна же более 20 лет. Естественно, что рано или поздно у радиолюбителей возникала мысль о её использовании на не­скольких диапазонах. Практически любая многодиапазонная антенна является компромиссной. Даже те антенны, у которых удаётся реализо­вать приемлемое значение КСВ на нескольких диапазонах (без отдель­ного согласующего устройства), на разных диапазонах бу­дут иметь различные диаграммы направлен­ности. И там, где на одном из них был мак­симум излучения, на другом может быть ми­нимум. Но здесь уже ничего не поделаешь — возможности по уста­новке антенн для боль­шей части радиолюби­телей весьма огра­ничены, и часто прихо­дится мириться с теми характеристиками, ко­торые имеет в конкрет­ных условиях единст­венная антенна.

При наличии отдель­ного согласующего уст­ройства антенна VР2Е может эксплуатиро­ваться на нескольких любительских диапазо­нах как своеобразный «длинный провод». В частности, это реально для «полевого» её ва­рианта. В этом случае длина фидера обычно бывает не более 10 м, и дополнительные потери в нём, связанные с повышенным КСВ на некоторых диапазонах, будут невелики.

Но, конечно, всегда интересен вариант, когда на каких-то диапазонах КСВ не сильно отличается от едини­цы, и антенну можно эксплуатировать на них без дополнительного согла­сующего устройства. Интересный вариант введения в подобную антенну второго диапазона предложил в своё время украинский коротковолновик UR0GT. На диапазоне 40 метров его антенна работает как INVERTED V, и настройка её на этом диапазоне про­изводится коррекцией общей длины излучателя. А для практически неза­висимой подстройки на диапазоне 20 метров, где она работает как VP2E, в точке перегиба излучателя добав­ляется свободно свисающий провод­ник длиной около 1 м. Изменяя его длину, можно сдвигать рабочую частоту на этом диапазоне. На диапа­зоне 40 метров его влияние незначи­тельно, поскольку на этом диапазоне он находится в пучности тока.

Об экспериментах RW6AVK с подобным вариантом антенны можно ознакомиться по адресу http://www.lan23.ru/misc/VP2E_2b/2bVP2E.html на его странице.

Автор: Борис СТЕПАНОВ (RU3AX), г. Москва
Источник: Радио №12, 2016