Заметка по антенне UW4HW

Вот поставил антенну UW4HW известную еще среди радиолюбителей как "морковка" .

 Лучше наверно чем Игорь Гончаренко об ней сказать нельзя . Цитирую его книгу : Антенны Кв и укв , часть 3, простые кв антенны (издательское предприятия РадиоСофт, Москва 2006 год)

 Оригинал выделен курсивом. Наиболее важные моменты выделены жирным текстом.

Раздел : 4.2.8.1 Сверхширокополосные GP на изоляторе.
 

... Кстати о КСВ. Даже при питание по линии с волновым сопротивлением точно равным Za у сверхширокополосных gp КСВ в рабочей области выше чем у сверхширокополосных диполей . Ведь при урезания диполя до GP уменьшается лишь график Ra. Значение лишь графика jXа остается почти без изменений . Это и понятно , с чего бы вдруг при уменьшение размера антенны падать реактивности?

Поэтому для сверхширокополосных антенн КСВ < 3 считается хорошим результатом. Рабочая частота таких вертикалов сверху ограничена тем, что при физической высоте GP больше 0.65L лепесток задирается вверх, и использовать такую антенну неразумно ни на КВ, ни на УКВ несмотря на неплохой КСВ . Внизу полоса ограничена резким падением Ra при малой (в L) высоте GP, поэтому Fmax/Fmin сверхширокополосных GP на изоляторе не превышает 3.5 (типично 2..2.5) ... Ю. Матийченко (UW4HW) описал антенну для полосы 14...29 мгц высота 5.1 , максимальный диаметр 1.6. Высота максимального диаметра над землей 1.7м, питанию по кабелю 75 ом. Уменьшение размеров до оптимальных даром не прошли. Максимальный КСВ в рабочей частоте достигает достигает уже 2.8 ... Тем не менее, это вполне пристойный результат, и антенна UW4HW  (также известная под жаргонным названием "морковка") получила среди радиолюбителей широкое распространение.

Для эффективной работы радиолюбительской антенны критически важным является согласование ее импеданса с выходным сопротивлением трансивера (обычно 50 Ом). В моем случае антенна демонстрирует средний коэффициент стоячей волны (КСВ) в районе 3 по всем рабочим диапазонам. Такое значение КСВ указывает на значительное рассогласование, что делает наличие антенного тюнера (согласующего устройства) не просто желательным, а совершенно необходимым для нормальной эксплуатации оборудования и предотвращения выхода из строя выходного каскада передатчика.

Автоматический Тюнер: Ключ к Удобству

Наиболее удобным решением для оперативного согласования в полевых или стационарных условиях является автоматический антенный тюнер. Эти устройства позволяют быстро и автоматически находить наилучшее согласование простым нажатием кнопки или даже без участия оператора.

• Пример использования: Лично я использую модель LDG Z-11pro. Это компактное и надежное устройство, которое отлично справляется с задачей приведения высокого входного сопротивления моей антенны к стандартным 50 Омам.
• Встроенные решения: Многие современные трансиверы уже имеют встроенные автоматические тюнеры, которые призваны решать подобные проблемы согласования "из коробки".

Два Основных Способа Улучшения КСВ

Существуют аппаратные методы, описанные в специализированной литературе, позволяющие улучшить изначальные характеристики антенны и снизить необходимость в тюнере:

1. Резонансные противовесы: Можно добавить пару резонансных противовесов для каждого рабочего диапазона. Это физически настраивает антенну на нужную частоту, повышая ее эффективность.
2. Изменение геометрии (удлиненный GP): Другой метод предполагает физическое удлинение антенны сверху и установку согласующего конденсатора в нижней части. Это превращает её в классический удлиненный Ground Plane (GP), что может обеспечить отличный КСВ, например, конкретно на диапазоне 20 метров.

Философия Практического Подхода

Несмотря на наличие инженерных решений, мой личный подход заключается в минимизации времени, затрачиваемого на перфекционизм в настройке антенны. Тратить часы на достижение идеального КСВ (близкого к 1.0) — это не всегда рациональная трата времени.

В конце концов, приходится мириться с КСВ около 3. При использовании достаточно короткого коаксиального кабеля (что минимизирует потери из-за отраженной волны) и естественной диаграммы направленности в вертикальной плоскости, близкой к горизонту, такая антенна все равно способна показывать весьма неплохие результаты в эфире.

---

Продолжим ....

Встречающаяся в любительской литературе идея удвоения размеров антенны UW4HW  и получения полосы 7...28 мгц удачной не представляется . Терпимый КСВ в такой полосе получить можно. Но ДН в вертикальной плоскости выше 20 мгц никуда не годится , так как ДН в зенитной плоскости задирается вверх . Причина : высота антенны на этих частотах становится больше o,65 L

Комментарии тут думаю не нужны.

До того, как в моей радиостанции появилась антенна UW4HW, я долгое время использовал довольно простую и, можно сказать, банальную антенную конструкцию. Она представляла собой классический пример того, как радиолюбители используют подручные средства: обычная китайская телескопическая удочка служила мачтой, к которой был прикреплен провод, выполнявший роль активного элемента (излучателя).

Путь к Согласованию: От Самоделок к Автоматике

Изначально предпринимались попытки создать самодельные согласующие устройства непосредственно у основания антенны. Эти эксперименты были направлены на достижение приемлемого коэффициента стоячей волны (КСВ) кустарными методами.

Однако со временем я отказался от этих попыток в пользу более прагматичного подхода. Антенна была просто соединена напрямую с коаксиальным кабелем, а согласование выполнялось с помощью автоматического тюнера (ATU), расположенного непосредственно у трансивера в шеке. Это упростило настройку, но имело свои недостатки, связанные с потерями в кабеле при высоком исходном КСВ.

Модификация UA4PA и Полевые Условия

Для минимизации потерь и повышения эффективности антенной системы, особенно во время международных соревнований (тестов), была применена модификация, известная как вариант антенны UA4PA.

Ключевое изменение заключалось в переносе согласующего устройства:

• Тюнер был вынесен на улицу и установлен непосредственно у основания антенны.

Такое расположение тюнера позволило согласовать высокий импеданс антенны до входа в фидер (коаксиальный кабель), что значительно снизило потери на отрезке между антенной и трансивером. Эта полевая конфигурация доказала свою эффективность и позволила успешно работать в эфире, несмотря на изначальную простоту конструкции излучателя.

Для оценки воспользуемся сервисом http://www.reversebeacon.net/  Это сеть скиммеров.  По простому говоря компьютеров соединенных с трансиверами и транслирующие в сеть все , что они услышать на рабочей частоте , без человеческого участия .   Становимся на частоту и даем общий вызов "СQ" телеграфом, подключая попеременно обе антенны . 

Что мы видим на диапазоне 20 метрах?  Наша суррогатная антенна на удочке не уступает морковки и даже превосходит ее.
А вот на 15 метрах результат иной:

Различия в эффективности между различными вариантами антенн (например, между простой конструкцией на удочке и антенной типа "морковка" или UW4HW) обусловлены фундаментальными принципами работы вертикальных штыревых антенн, а именно — высотой расположения и количеством противовесов относительно длины волны.

Почему Высота Противовесов Критична

Ключевой фактор заключается в том, что в базовой конструкции на удочке противовесы лежат непосредственно на земле. В то время как у антенны типа "морковка" или аналогичных конструкций они приподняты, что значительно меняет их эффективность.

Рассмотрим подробнее по диапазонам:

• Диапазон 20 метров: Для достижения оптимальной эффективности высота подвеса противовесов должна составлять не менее 0.15 длины волны (лямбды). Если на 20 метрах противовесы физически приподняты, но эта высота все равно значительно меньше критических 0.15λ, то с точки зрения электродинамики они по-прежнему "лежат" на земле. Отсюда и схожий результат в работе антенны на этом диапазоне.
• Диапазон 15 метров: На этом диапазоне требуемая высота 0.15λ физически достигается или превышается. Это приводит к тому, что антенна "морковка" становится заметно эффективнее, так как условия для работы противовесов улучшаются.

Эти принципы подробно описаны в специализированной литературе, например, в книгах К. Гончаренко (UW4HW).

Фундаментальный Принцип Установки Штырей

Основная мысль заключается в следующем: антенна UW4HW, несмотря на свою популярность и конструктивные особенности, является по сути обычным вертикальным штырем (GP) и подчиняется общим правилам установки таких антенн.

Для достижения высокого коэффициента полезного действия (КПД) и минимизации потерь необходимо:

1. Обеспечить оптимальную высоту установки. Для диапазона 20 метров критически важно установить основание антенны и систему противовесов на высоте не менее 0.15 длины волны.
2. Минимизировать влияние земли. При правильной высоте подвеса влияние проводящей поверхности земли сводится к минимуму (исключая ее влияние на формирование лепестка диаграммы направленности в вертикальной плоскости), что обеспечивает высокий КПД антенной системы.

Таким образом, для получения наилучших результатов необходим не только сам излучатель, но и правильная реализация всей антенно-фидерной системы с учетом физических законов распространения радиоволн.