Простая и эффективная антенна для диапазона 160 м — мечта почти каждого радиолюбителя, тем более, завзятого «охотника за DX». Как без больших технических и материальных затрат начать работать в этом диапазоне? Ведь диапазон 160 м предъявляет повышенные требования как к навыкам работы радиолюбителя в эфире, так и к конструкции антенн. Если антенны для 10, 15 или 20-метрового диапазона имеют малые габариты, то изготовить антенну на диапазон 160 м совсем непросто.
Имеется сотня-другая счастливых радиолюбителей, которые сумели установить полноразмерные вертикалы этого диапазона. Можно, конечно, в качестве 160-метровой антенны использовать 10—15-метровую металлическую мачту с направленными антеннами на коротковолновые ВЧ диапазоны, которые будут играть роль емкостной нагрузки. И вновь возникает вопрос: «А многие ли радиолюбители в состоянии позволить себе такую роскошь?».
В итоге, после длительных раздумий и сопутствующих сомнений, «среднестатистический» радиолюбитель все равно приходит к необходимости использовать проволочную антенну—наиболее адекватную конструкцию, которую можно реализовать на практике. Как правило, это полноразмерный 1/4 или 1/2 волновый излучатель, запитанный 50-омным коаксиальным кабелем. Если такая антенна правильно установлена и настроена в резонанс, то в выбранной полосе частот диапазона отсутствует необходимость в антенном тюнере или другом согласующем устройстве.
Прежде чем перейти к рассмотрению конкретных конструкций антенн диапазона 160 м, целесообразно хотя бы коротко рассмотреть вопрос влияния высоты установки над землей на такие антенны. Если закрепить горизонтальный 160-метровый диполь на высоте 15м над землей, то он будет находиться на высоте менее 0,1 длины волны. Казалось бы, вполне достаточная высота. Однако, проведя аналогию с диполем диапазона 20 м, который при высоте подвеса 0,1 длины волны располагается всего в 2 м от земли (такое сравнение допустимо, т.к. обе антенны ведут себя почти одинаково), можно утверждать, что такая установка совершенно неэффективна. Обе антенны будут излучать радиоволны под большими углами к горизонту, почти в зенит, что делает их практически непригодными для дальних KB радиосвязей.
Низко установленный диполь хорош только для проведения ближних радиосвязей. Диполь 160-метрового диапазона, который излучает под небольшими углами к горизонту, должен располагаться на высоте более 40 м (0,25 длины волны) над землей. Однако возможности «среднестатистического радиолюбителя» чаще всего не позволяют использовать высоту более 20—30 м.
Оптимальный угол излучения антенны 160-метрового находится в пределах от 30 до 35°, хотя на более высокочастотных диапазонах он существенно ниже — 5—10°. Главным определяющим фактором для выбора оптимального угла излучения на определенных трассах является состояние ионосферы. Оно задает, в зависимости от направления на корреспондента, солнечного цикла, времени года и сответствующего времени суток, соответствующий оптимальный угол падения (входа) для радиоволны. Обусловленный этими факторами угол падения радиоволны подвергается постоянным изменениям, и этим объясняются факты кратковременного более лучшего приема DX-сигналов на низко висящую антенну по сравнению с антенной, имеющей низкий угол излучения. Такой феномен, однако, всегда проявляется только моментами и ничего не говорит о фактических соотношениях, т.е о том, что для проведения DX-радиосвязей антенна с низким углом излучения, конечно, предпочтительнее низковисящего диполя. Один из американских радиолюбителей когда-то очень верно подметил: «Оптимальный угол излучения сигнала определяется не радиоантенной, а ионосферой, расположенной существенно выше».
При рассмотрении конструкции любой антенны один из важных моментов — распределение тока в ней. Излучение электромагнитной энергии антенной происходит там, где течет ток. Причем чем ток сильнее, тем больше напряженность электромагнитного поля, а это значит, что чем выше располагаются токоведущие части антенны, тем лучше она, в конечном итоге, будет функционировать.
Если рассмотреть характеристику излучения горизонтального диполя, то можно видеть, что максимум излучения приходится на область, в которой антенна запитана. Внешние (концевые) части диполя электромагнитную энергию почти не излучают и требуются антенне, грубо говоря, для достижения резонанса. Этот факт можно использовать при конструировании 160-метровой антенны без заметных потерь своих позитивных излучающих свойств.
Вертикальный четвертьволновый излучатель, в принципе, является не чем иным, как «полудиполем», поэтому упомянутые свойства в полной мере относятся и к этой, очень полюбившейся многим радиолюбителям антенне. Здесь максимум излучения также располагается вблизи точки питания:
Резонансным диполем, который имеет достаточно низкий угол излучения, является антенна Inverted V:
Конструкция в форме перевернутой латинской буквы V нуждается только в одной опорной мачте. Оба проволочных излучателя располагаются под наклоном к земле и должны заканчиваться приблизительно в 3 м от нее, с тем чтобы исключить прикосновение к ним, т.к. при работающем передатчике на концах излучателей присутствует высокое ВЧ напряжение.
Угол между излучателями — не менее 60°, общая длина обоих излучателей для центральной частоты 1,85 МГц — 76,7 м, для центральной частоты 1,9 МГц — 74,68 м.
Как известно, высоко установленный горизонтальный диполь имеет входное сопротивление 72 Ом, но оно уменьшается тем сильнее, чем ближе к поверхности земли располагается антенна. Поэтому, согласно опытным данным, полное сопротивление антенны Inverted V составляет около 50 Ом, и такую антенну можно запитать 50-омным коаксиальным кабелем через 1:1 симметрирующее устройство (балун).
Во многих публикациях, посвященных антенне Inverted V, утверждается, что она успешно работает без симметрирующего устройства и может быть запитана 50-омным кабелем напрямую. Однако на практике такое упрощение часто приводит к появлению тока на внешней стороне оплетки кабеля, и он становится ненужной составной частью антенной системы. Антенна Inverted V является абсолютно симметричной, поэтому при ее питании коаксиальным кабелем настоятельно рекомендуется применять симметрирующее устройство.
Ранее уже указывалось, что максимум излучения антенны приходится на те места, в которых протекает большой ток. У одних антенн (например, у четвертьволнового вертикала) — это нижняя часть, т.е. непосредственно у точки питания. В верхней части антенны ток слабее, и поэтому эта часть антенны не играет большой роли в излучении. Если изготовить верхнюю часть антенны из проволоки и разместить ее горизонтально, то излучающие свойства антенны существенно не ухудшатся:
Такая антенна получила название Inverted L (в русскоязычной литературе широко применяется другое название — Г-образная антенна). Антенна Inverted L излучает преимущественно под низкими углами к горизонту. Для этой антенны справедливо правило: «Чем выше вертикальная часть антенны, тем лучшими являются ее DX-свойства». Поэтому следует всегда стремиться вертикальную часть антенны размещать как можно выше. Ориентировочная полная длина такой антенны составляет 39 м.
Если на местности имеются высокие деревья, то их можно использовать при установке антенны Inverted L. Кроме того, современные фибергласовые шесты — весьма подходящий опорный материал для такой антенны.
Для антенны Inverted L, как и для любого другого четвертьволнового излучателя, обязательно требуются противовесы длиной 38—41 м — в зависимости от частоты настройки антенны и условий размещения противовесов. Если они закопаны в землю, то чем больше противовесов, тем лучше. А вот число противовесов, изолированных от земли (а тем более, располагающихся над ней), может быть значительно меньше—двух-четырех проводов будет вполне достаточно.
Несколько улучшить работу системы противовесов может металлический прут (прутья), закопанный(ые) в землю на глубину 2—3 м.
Полное сопротивление этой антенной системы в идеальных условиях составляет 38 Ом. В действительности оно несколько выше, поэтому имеется возможность запитать антенну Inverted L 50-омным коаксиальным кабелем.
Если увеличить длину четвертьволнового вертикала или антенны Inverted L до 50 м, то тем самым увеличится ее активное сопротивление в точке питания (примерно до 50 Ом). Правда, это приведет к тому, что антенна перестанет быть резонансной, и реактивная составляющая полного входного импеданса будет иметь индуктивный характер. Для компенсации этой реактивности достаточно установить в точке питания конденсатор переменной емкости с максимальной емкостью около 500—600 пФ. Здесь вполне подойдет даже конденсатор от старых ламповых приемников, который может не иметь большой диэлектрической прочности, т.к. он служит для электрического укорочения антенны, чтобы получить резонанс системы в диапазоне 160 м. Подстройкой емкости конденсатора переменной емкости антенну настраивают в резонанс в выбранном участке диапазона.
Еще одной популярной антенной диапазона 160 м является Sloper «слопер». Название «слопер» (от англ. slope — наклон) характеризует как форму установки антенны (под наклоном к земле), так и вид ее излучения (под наклоном к горизонту). На низкочастотных KB диапазонах слопер представляет, собой эффективную, относительно малогабаритную DX-антенну, которая успешно используется многими радиолюбителями. Токоведущая часть системы находится высоко и удалена от мешающих объектов на земле, а поляризация излучения — преимущественно вертикальная.
Следует различать четвертьволновый:
и полуволновый слопер:
Для установки любой из этих антенн достаточно одной мачты. При этом нижний конец антенны, по требованиям техники безопасности, должен заканчиваться на высоте 2—3 м над землей.
В направлении натянутого провода слопер имеет небольшое усиление (по некоторым данным оно составляет 2—3 дБ), в то время как с тыльной стороны наблюдается ослабление сигнала. Следовательно, рекомендуется устанавливать слопер в предпочтительном направлении.
Четвертьволновый слопер (рис.выше) имеет длину около 40 м (38,51 м для частоты 1,85 МГц, 37,5 м — для 1,9 МГц). Заземленная мачта играет роль противовеса. Такая антенна запитывается 50-омным коаксиальным кабелем. Внутренний проводник кабеля соединяется с проволочным излучателем, а оплетка кабеля — с мачтой.
Согласно опытным данным, настройка четвертьволнового слопера не так уж и проста. Нередко, чтобы настроить систему на требуемую частоту и добиться полного входного сопротивления около 50 Ом, требуются основательные затраты времени и сил. Дело в том, что резонанс антенны зависит от размеров мачты, проводимости почвы, длины излучателя, угла его наклона к земле и т.д. Исходя из этого, угол наклона излучателя и его высота над землей являются решающими факторами при формировании полного входного сопротивления антенны.
Многие четвертьволновые слоперы начинают работать сразу после установки, так что не стоит бояться браться за изготовление этой антенны. Следует помнить, что она изготавливается для долговременной эксплуатации, и, однажды ее настроив, потом можно наслаждаться ее работой.
Полуволновой слопер (рис. выше) фактически является классическим полуволновым диполем, установленном под наклоном к земле. Такая антенна выгодно отличается от четвертьволного слопера стабильно предсказуемыми параметрами, поэтому кропотливая настройка, как это имеет место с четвертьволновым слопером, не требуется.
Общая длина полуволного слопера составляет около 77 м для частоты 1,85 МГц (75 м — для частоты 1,9 МГц).
В полуволновом слопере осознанно отказываются от применения симметрирующего устройства, т.к. оно, скорее всего, нивелировало бы позитивные свойства этой антенны. Дело в том, что при несимметричном питании диаграмма направленности диполя слегка «косит», характеристика излучения искажается в направлении «горячего» плеча, которое соединено с внутренним проводником коаксиального кабеля. Этот эффект можно использовать для дополнительного «прижима» излучения к земле.
Еще одним преимуществом полуволнового слопера является то, что его можно оптимально «подогнать» к имеющимся местным условиям. Для этого «холодный» конец антенны пускают через направляющий ролик и натягивают вертикально вниз (обычно на расстоянии 1—2 м от здания или мачты):
Ролик закрепляют на самой высокой точке. Тем самым, можно менять длину антенны и оптимально «вписать» ее в местные условия.
При установке описанных антенн следует иметь в виду, что очень редко антенна резонирует на расчетной частоте, поэтому, как правило, антенна нуждается в точной настройке. В этой связи полезно знать, что длину четвертьволного излучателя следует изменить на 208 см, чтобы достичь сдвига резонанса на 100 кГц. В полуволновом диполе для этого потребуется изменить длину на 416 см, а в антенне Delta Loop — на 832 см.