Модернизаия антенны W3DZZ

Модернизация антенны W3DZZ

А.Ф. Белоусов,

Д.А. Белоусов UR4LRG

1 июня 2014 г

5-и диапазонная антенна W3DZZ была предложена в начале 50-х годов и достаточно быстро завоевала популярность благодаря своей простоте. На протяжении долгих лет радиолюбителями неоднократно предлагались различные варианты исполнения этой антенны, отличающиеся друг от друга длинами и значениями элементов трапов.

Достаточно большое количество вариантов антенны W3DZZ описано в (1)

Схема многодиапазонной антенны W3DZZ приведена на рис.1. Она представляет собой полуволновый диполь на 7МГц, к концам которого подключены параллельные контуры (трапы), настроенные так же в середину диапазона 7 МГц. С другой стороны к контурам подключены отрезки провода длиной около 6.7 м.

Отношение емкости и индуктивности в трапах подобрано таким образом, что бы обеспечивать резонанс антенны на нескольких диапазонах – 80, 40, 20, 15,10 м

Рассмотри работу антенны на этих диапазонах.

Диапазон 80 м. Длина антенны несколько короче, чем размер полуволнового диполя, однако трапы, имеющие индуктивное сопротивление на этом диапазоне, обеспечивают резонанс антенны в верхней части 80-и метрового диапазона. Из-за того, что антенна укорочена на этом диапазоне, входное сопротивление ее около 45-и Ом и хорошо согласуется с сопротивлением 50-и омного фидера. Входное сопротивление антенны сильно зависит от реальной высоты подвеса.

Диапазон 40 м. В этом диапазоне трапы имеют большое сопротивление, поэтому ток за трапы практически не течет. Антенна работает как обыкновенный полуволновый диполь. Входное сопротивление антенны около 50-75 Ом (зависит от высоты подвеса) и хорошо согласовано с фидером 50 или 75 Ом

Диапазон 20 м. Трапы в этом диапазоне имеют емкостной характер, укорачивая полотно антенна до 3/2 λ. Входное сопротивление антенны около 200-т Ом, питать антенну 50-и омным кабелем не имеет смысла из-за высокого КСВ.

Диапазон 21 МГц. Длина антенны около 5/2 λ. Трапы находятся в точках минимума тока, практически не влияя на работу антенны. Входное сопротивление около 130-и Ом. При питании антенны 50-и омным кабелем, КСВ будет около трех.

Диапазон 28 МГц. Длина антенны 7/2λ для малоиспользуемой верхней части десятиметрового диапазона. Емкостное сопротивление трапов еще повышает резонансную частоту антенны. Резонанс антенны почти на 30 МГц, входное сопротивление около 150 Ом. Использовать антенну в участке 28.0-28.6 не имеет смысла из-за высокого КСВ в питающем кабеле. Можно считать, что антенна не работает в этом диапазоне.

Радиолюбителями неоднократно предпринимались попытки модернизировать антенну W3DZZ, что бы добиться резонансов в наиболее используемых участках радиолюбительских диапазонов, а так же снизить ее входное сопротивление в диапазонах 20-10 м.

Наиболее известная модификация предложена DL2KQ (2), модель такой антенны имеется в стандартном наборе файлов-примеров программы MMANA. Название файла – W3DZZm.maa. Резонансы антенны подобраны для работы в европейских участках любительских диапазонов.

Так же известной модификацией антенны W3DZZ являются модели, предложенные UR0GT. В них, добавлением дополнительных кусочков провода перпендикулярно полотну антенны возможно смещать резонансы в одних диапазонах, без особого влияния на другие.

Во всех предложенных модификациях сопротивление антенны на высокочастотных диапазонах 130-200 Ом, что плохо согласуется с наиболее распространенными коаксиальными кабелями.

Известна так же антенна W3DZZ c модификацией OH2EC, производимая фирмой Радиал. В этой модификации дополнительные куски провода включаются до трапов. В Интернете можно найти схематические рисунки такой антенны, однако размеры дополнительных проводов, их место включения и значения емкости и индуктивности трапов не указаны.

Я провел моделирование такой антенны, с целью найти оптимальные длины и места включения дополнительных проводов. Кроме этого, известную проблему составляет изготовление трапов для такой антенны т.к. в них должны использоваться высоковольтные конденсаторы большой реактивной мощности, имеющие нестандартный номинал (50 пФ).

Результат поиска оптимального решения предложен ниже. Дополнительные провода длиной 1,63 м включаются в оба плеча диполя на расстоянии 1,15 м от точки питания. Кроме того, длина антенны и индуктивность трапов подобраны таким образом, что бы использовать стандартные конденсаторы типа К15У номиналами 56 и 62пФ. Резонансы антенны смещены в середины любительских диапазонов.

Рис.1. Базовый вариант модернизированной антенны W3DZZ

Модель этой антенны для MMANA

Включение таких отрезков провода в указанных точках кардинальным образом поменяли работу антенны W3DZZ на высокочастотных диапазонах. Перемещением точек включения дополнительных проводов и изменением их длины можно в больших пределах менять резонансы антенны W3DZZ в диапазонах 20-15-10 м, при этом практически не влияя на резонансы на 40 и 80 м. Кроме того, включение дополнительных проводов снижает входное сопротивление антенны на 20 м и особенно сильно на 15 и 10 м.

Рассмотрим работу модернизированной антенны W3DZZ на каждом диапазоне.

Диапазон 80 м. Это по-прежнему слегка укороченный диполь, резонанс которого дотягивается в диапазон индуктивным характером трапа. Длины проводов, отношения емкости и индуктивности трапов подобраны до получения резонанса на 3620 кГц, т.е. в середине диапазона. Дополнительные провода почти не влияют на резонанс. Входное сопротивление сильно зависит от земли и высоты подвеса, составляет 40-75 Ом.

Диапазон 40 м. На этом диапазоне трапы резонируют, не пуская ток в отрезки за трапами.

Антенна работает как обычный полуволновый диполь, резонируя на 7040 кГц. Дополнительные отрезки мало влияют на резонанс антенны. Входное сопротивление зависит от земли и высоты подвеса, составляет 50-75 Ом.

Диапазон 20 м. В дополнительных отрезках достаточно большой ток, который понижает сопротивление антенны до 150 Ом. Для того, что бы хорошо согласовать это сопротивление с волновым сопротивлением фидера 50 Ом, используем четвертьволновый трансформатор из кабеля 75 Ом (для диапазона 20 м).

Диапазон 15 м. В дополнительных отрезках достаточно большой ток, который понижает сопротивление антенны до 60-и Ом. Трансформатор из кабеля имеет небольшой индуктивный характер. После трансформатора остается достаточно хорошее согласование с фидером 50 Ом.

Диапазон 10 м . Дополнительные отрезки имеют большой ток, снижая сопротивление антенны до 40-а Ом. Трансформатор из 75 Ом кабеля на этом диапазоне работает как полуволновый повторитель и на его выходе сопротивление такое же, как на входе. Иными словами, на 10 м получается хорошее согласование с фидером 50 Ом.

Оптимальная электрическая длина четвертьволнового трансформатора составляет 0,26λ для диапазона 20 м. Не следует забывать о коэффициенте укорочения при изготовлении трансформатора из кабеля 75 Ом. Для кабелей с изоляцией из сплошного полиэтилена этот коэффициент составляет 0,66, для кабелей с изоляцией из вспененного полиэтилена – 0,8-0,85.

Как отмечалось выше, изготовление применяемого в трапах самодельного высоковольтного конденсатора 50 пФ с большой реактивной мощностью представляет достаточно сложную задачу, поэтому имеет смысл использовать высококачественные советские конденсаторы К15У емкостью 47 и 3,3 пФ, включенные в параллель.

Ниже приведены несколько вариантов модернизированной антенны W3DZZ с использованием конденсаторов 47, 56 и 62 пФ.

Рис.2. Резонансы этой антенны на частотах 3800, 7050, 14250, 21100, 28350 кГц. В трапах используется стандартная емкость 62 пФ

Модель этой антенны для MMANA

Рис.3. Резонансы этой антенны на частотах 3730, 7050, 14150, 21070, 28300 кГц. В трапах используется стандартная емкость 56 пФ

Модель этой антенны для MMANA

Рис.4. Антенна для телеграфистов. Резонансы этой антенны на частотах 3550, 7040, 14100, 28050 кГц. В трапах используется стандартная емкость 62 пФ

Модель этой антенны для MMANA

Источники: