Антенна на подоконнике

Практически любой владелец СВ радиостанции приходит со временем к необходимости установки хорошей стационарной антенны. Однако, в городских условиях это оказывается не всегда просто, т.к. приходится решать как минимум три проблемы : юридическую ( в плане санкционирования и получения доступа на крышу ), механическую ( обеспечение необходимой ветроустойчивости) и антивандальную ( борьба за сохранность и исправность антенны и кабеля ).
Очевидно, что в ряде случаев этих трудностей можно избежать, если отказаться от антенны на крыше и использовать варианты балконных или даже подоконниковых антенн. Разумеется, их эффективность в значительной степени зависит от высоты подвески над уровнем земли , однако при грамотном построении можно добиться неплохих результатов и получить антенну с весьма хорошими параметрами, способную неплохо работать даже на уровне второго этажа.
Следует отметить, что в данном случае речь идет не о балконных антеннах класса "BOOMERANG", которые не получили широкого распространения из-за своих невысоких параметров ( полоса по уровню КСВ =2.0 не более 30 ... 35 каналов, минимальное значение КСВ очень трудно опустить ниже 1.3 ), а также некоторых конструктивных недостатков - слабого узла крепления и сравнительно большой длине штыря (его верхняя часть практически заглядывает в окно соседа сверху). Вниманию читателей предлагается описание несложной антенны, которая легко монтируется на подокониике, балконе и т.п. и обладает сравнительно неплохими параметрами. В ее основу положена идея обычного автомобильной антенны - укороченного штыря с удлиняющей катушкой и автотрансформаторным согласующим устройством.
Существует распространенное мнение, что автомобильные антенны с магнитным креплением невозможно настроить без солидного противовеса, которым является корпус автомашины. На самом деле это не так. Трудности, как правило, связаны с тем, что резонансная частота антенны при уменьшении противовеса смещается вверх и выходит за пределы СВ диапазона. При этом за счет большого рассогласования начинает излучать и антенный кабель, что крайне затрудняет проведение измерений и приводит к противоречивым результатам при попытках настройки всей системы. Не трудно убедиться, что, поместив антенну на подоконник и удлинив ее каким- либо образом на 25-30 см., можно добиться смещения резонанса обратно, однако минимальное значение КСВ при этом скорее всего окажется неприятно высоким. Действительно, более длинная антенна имеет более высокое входное сопротивление и для нее требуется дополнительное согласование с подводящим кабелем.
Таким образом, существует возможность использования стандартной автомобильной антенны в качестве стационарной. Необходимые переделки при этом сводятся к удлинению штыря ( в простейшем случае с помощью обычного "крокодила" и куска упругой проволоки ) и увеличению на 0.5 ... 1.5 витка нижней части согласующего автотрансформатора. Для точной настройки антенны можно воспользоваться методикой, приведенной ниже.
В тоже время подобный путь вряд ли может быть признан целесообразным. Во-первых, жалко портить хорошую вещь и, во-вторых, не все антенны удается безболезненно разобрать для получения доступа к согласующему устройству. Поэтому ниже приводится описание конструкции простой самодельной антенны, не содержащей каких либо дорогостоящих узлов и допускающей известные отклонения в размерах неосновных деталей.
Конструкция антенны с указанием основных размеров показана на рисунках 1 и 2. Как видно из рисунков, антенна состоит из следующих блоков: составного штыря ( 1,2 ), блока противовесов ( 3,4 ) , согласующего устройства ( 9 ) и штанги с элементами крепления ( 5,6,7,8 ,10).

Рис. 1. Конструкция антенны - вид сбоку .

Составной штырь представляет собой металлическую трубку 2 диаметром 7 ... 9 мм ( лучше из меди или дюраля ), в которую вставлена стальная проволока диаметром 2.5 ... 4 мм. Такая конструкция позволяет получить высокую механическую прочность и при необходимости легко изменять длину антенны.

Блок противовесов выполнен из фольгированного стеклотекстолита ( толщиной 3 .. 4 мм ) в виде круга 4, к которому припаяны проволочные лучи 3. Для их изготовления может быть использована медная проволока диаметром 2 .. 3 мм.

Для крепления антенны использована Т-образная штанга (6,7), изготовленная из трех металлических уголков, свинченных винтами. Уголок 7 служит для крепления штанги к нижней доске оконной рамы. Блок противовесов привинчивается к штанге через втулки 8 длинными винтами или шпильками 5. Для придания большей жесткости всей конструкции желательно раскрепить антенный штырь деревянными рейками 10, как это показано на рис . 1.

Более подробно следует остановиться на конструкции согласующего устройства, которая показана на рисунке 3. На центральный изолятор ( текстолит, эбонит, и т.п.) диаметром 18 ... 22 мм намотаны катушки автотрансформатора . По его оси вставлены две резьбовые шпильки, которые фиксируются латунными винтами, служащими одновременно площадками для подпайки проводов и антенного кабеля. На верхнюю шпильку либо непосредственно, либо через резьбовую втулку навинчивается штырь антенны, а посредством нижней шпильки согласующее устройство привинчивается к блоку противовесов. Желательно закрыть согласующее устройство сверху каким либо непроводящим кожухом- например, пластмассовым стаканом подходящих размеров.

Рис. 2. Конструкция антенны - вид сверху.

Для катушек автотрансформатора следует использовать медную проволоку диаметром d не менее 1.5 мм. Место подпайки центральной жилы кабеля может изменяться для каждой конкретной антенны, поэтому следует зачистить изоляцию в нескольких точках. При сборке антенны следует обратить особое внимание на надежность всех электрических контактов и на их влагостойкость.

Рис. 3. Согласующее устройство.

В следующей таблице приведены конструктивные параметры согласующего устройства, обеспечивщие точную настройку описываемой антенны:

Настройка антенны проводится в два этапа. Первый из них является тренировочным и может происходить непосредственно в комнате. В домах с железобетонными перекрытиями антенну следует приподнять над полом на высоту в 30 ... 40 см. для уменьшения влияния арматуры на свойства противовеса. При этом желательно , чтобы верхний конец штыря находился как можно дальше от сетевых проводов и стен комнаты. Собственно настройка антенны заключается в изменении длины штыря и измерении ее КСВ в максимально широкой полосе частот. Здесь не следует лениться и ограничиваться двумя-тремя измерениями, т.к. на этом этапе важны не абсолютные значения КСВ, а выяснение тенденции их изменения в полосе частот. Желательно записывать полученные данные, потому, что разница в значениях может оказаться очень небольшой. Цель этих измерений заключается в поиске резонанса и смещении его в середину желаемой сетки частот посредством изменения длины штыря. Следует помнить, что уменьшение величины КСВ с ростом частоты (в направлении сетки F) требует удлинения штыря и, наоборот. При благополучном исходе этой операции нужно подбором точки присоединения антенного кабеля к автотрансформатору согласующего устройства добиться минимального значения КСВ при резонансе. Дополнительным признаком успешной настройки является стабильность значений КСВ при различном положении кабеля и касании руками корпусов радиостанции и КСВ-метра.
Следует учитывать, что при установке антенны за окно ее параметры обязательно изменятся. Поэтому еще на первом этапе желательно предусмотреть возможность подстройки согласующего устройства. Для этой цели можно рекомендовать способ подстройки с помощью короткозамкнутого витка, как это сделано , например, в некоторых стационарных антеннах. При этом не следует всерьез опасаться того, что эффективность антенны от этого, якобы, резко уменьшится. Хорошо сделанный короткозамкнутый виток - из полоски толстой медной фольги шириной 15 ... 30 мм, тщательно пропаянной в месте стыка, обладает очень малым сопротивлением и незначительно уменьшает добротность системы. В практическом плане нужно позаботиться о том, чтобы это кольцо располагалось как можно ближе к виткам катушки, было от нее хорошо изолировано и могло с небольшим усилием перемещаться вдоль ее оси. Ниже будет проиллюстрирован процесс настройки антенны таким способом.
После закрепления антенны снаружи дома нужно повторить настроечные манипуляции. В случае особо некорректной настройки внутри здания может потребоваться как изменение длины штыря, так и перепайка точки отвода согласующего устройства, однако это не должно вызывать трудностей с учетом накопленного на первом этапе опыта.. Рекомендуется настроить антенну в резонанс в сетке А и с помощью короткозамкнутого витка сместить его вверх по частоте на нужный канал. После завершения процесса настройки нужно закрыть согласующее устройство кожухом и убедиться в механической крепости подвески и распорок.
Частотная характеристика описанной антенны приведена на рисунке 4. Измерения проводились в следующих условиях: уровень мощности - 10 Вт ( р\ст. Dragon SY101 + PANDA 10ST), КСВ-метр SWR-430.
На том же рисунке показана характеристика антенны "BOOMERANG-SYRIO -27A"( тип- GP, общая длина 3.2 м). Их сравнение убеждает в определенных преимуществах самодельной антенны. При практических испытаниях данная антенна, будучи установленной на уровне двадцатого этажа, обеспечила прибавку по приему дальних ( 55 ..65 км) корреспондентов до 2 баллов по сравнению с антенной, аналогичной антенне "BOOMERANG-SYRIO".
И, в заключение, еще раз о настройке антенны короткозамкнутым витком. На рисунке 5 показано соответствующее изменение частотной характеристики описанной антенны при неизменной длине штыря. Из рисунка видно, что при надвигании витка на согласующее устройство резонанс смещается в нужном напрaвлении и рабочая полоса антенны несколько расширяется.

Рис 4. Сравнительные характеристики антенн.

Рис. 5. Настройка антенны с помощью КЗ-витка.