27
июня
2022
Модификации антенны W3EDP
17:00

Модификации антенны W3EDP

27 июня 2022 17:00

Вчера, гуляя в районе гор Воронья и Ореховая, встретил знакомого радиолюбителя, который снимал там с семьёй летнюю дачу. Пообещал ему рассказать о КВ антенне W3EDP.

Введение

Радиолюбитель из деревни Дудергоф (что рядом с Ореховой горой) показал аппаратуру для коротких волн, которую он перевозит в багажнике автомобиля:

  • китайский трансивер со встроенным антенным тюнером (в чемоданчике из строительного магазина),
  • ямбический телеграфный ключ,
  • основание в виде кронштейна на рейлинг автомобиля, с подключением к "массе",
  • штырь высотой 2 метра с незамкнутой удлинительной катушкой, который можно перевозить в багажнике и прикручивать к кронштейну на рейлинге.
    Такой комплект, по словам радиолюбителя, "строится тюнером на все КВ диапазоны, что позволяет легко выходить в эфир из автомобиля". Остаётся только выехать по шоссе повыше в гору (в данном населенном пункте это село Кавелахта), где ближе к вершине горы расположена действующая церковь на месте разрушенного храма княгини Ольги (адрес: Красное Село, территория Дудергоф, проспект Двадцать Пятого Октября, 97).

Также, на садовом участке радиолюбитель поднимает антенну Inverted Vee, видимо для работы на 80 и 40 метров.
Мне кажется, набор оборудования достаточно оптимальный - смущает лишь штырь с удлиняющей катушкой, который не доступен в широкой продаже и сложен в повторении.

Поэтому я ранее выбрал W3EDP — проволочную антенну, которая более проста в самостоятельном изготовлении и установке рядом с автомобилем или на даче. Например, ей не требуется подключение оплётки кабеля к "массе" автомобиля, которое можно получить лишь с помощью частичной разборки крепления рейлингов к корпусу.

Конструкция классической антенны W3EDP

Антенна W3EDP - это разновидность End Fed для коротких волн, но с входным сопротивлением 200 Ом. В ней используется трансформатор 4:1. Антенна впервые предложена H. J. Siegel в 1936 году.

Антенна W3EDP состоит из:

  • излучателя длиной 83 футов (25.6 метров)
  • противовеса длиной 17 футов (5.2 метра), который выполняет функцию "земли" и не участвует в излучении.
    Излучатель выполнен в виде Г-образного полотна, на мачте 5 метров, таким образом, горизонтальная часть составляет практически 1 длину волны диапазона 14 МГц - 20.6 метров, а общая длина полотна - 1.5 длины волны.
    w3edp_14mhz

Использование волнового излучателя заставляет излучать горизонтальный проводник не в "облака", а под углами у горизонту, даже самый низко расположенный провод. Вертикальная часть отвечает за круговое вертикальное излучение как у GP. Суммарное излучение от вертикальной и горизонтальной частей антенны подходит для малых и средних дистанций - не для DX. Зато, небольшая энергия QRP передатчиков концентрируется в радиусе первого скачка радиоволны.

В оригинальном варианте W3EDP, согласование 200 Ом с коаксиальным кабелем 50 Ом выполнено при помощи индуктивно связанного контура, как в антенне Фукса. Однако в современных условиях выгоднее использовать ручной тюнер или UnUn, так как корпус в Т-тюнера напряжение в диапазоне 14 МГц будет отсутствовать, т.к. к нему подключен резонансный 1/4 волновой противовес длиной 5.2 метра. Для согласования можно использовать также UnUn 4:1 или BalUn 4:1.

Также, можно использовать антенну и в диапазоне 7 МГц, но противовес придётся удлинить до 10.5 метров. Вместо удлинения противовеса в классической антенне W3EDP используется переключение на противовес другой длины.
Входное сопротивление такой антенны с длиной полотна 0.6 длины волны, как нетрудно догадаться, будет также высоким - порядка 100-150 Ом, с реактивной составляющей.
w3edp_7mhz

В диапазоне 3.5 МГц по моему опыту стационарной установки данной антенны на дачном участке, если использовать короткий противовес, то на корпусе радиостанции будет присутствовать ВЧ напряжение во время передачи, микрофон и корпус, телеграфный ключ будут обжигать. Поэтому в диапазоне 80 метров лучше также использовать 1/4 волновой противовес, но длиной 20 метров. Сопротивление такой антенны в диапазоне 80 метров низкое, около 60 Ом. На CQ с первого раза отвечают все местных станции, на 100 Вт - оценки 5.8-5.9, но дальние станции, или даже из соседней Беларуси - будут жаловаться на слабый сигнал (т.к. высота установки для диапазона 80 метров явно недостаточна).

Отличия W3EDP от антенны Ground Plane диапазона 14 МГц
1) Возможность работы на приём и передачу в других диапазонах: 3.5 и 7 МГц. Там, где укороченная GP глуха или не эффективна.
2) Направленность в диапазоне 14 МГц - в одну сторону, против полотна антенны. Тогда как GP всенаправленная на 360°.
3) Входное сопротивление 200 Ом против 36-50 Ом. Сопротивление излучения значительно выше (75 Ом против 10-30 Ом), т.к. центр излучения находится дальше от земли. Антенна с высоким входным сопротивлением не требовательна к числу противовесов, меньше потери в земле в ближней зоне. При одном противовесе, усиление составляет W3EDP около 1-2 дБ (у GP усиление 0 дБ при большом числе радиалов).
4) Из-за большой длины - возможность использования W3EDP как приёмной в диапазонах средних волн.
5) Угол излучения в вертикальной плоскости у GP более пологий, значит GP лучше походит для дальних, DX радиосвязей. W3EDP больше подходит для близких и средних дистанций QSO.

Отличия W3EDP от антенны End Fed
1) Длина полотна больше - вместо 20 метров (для UnUn 64:1) здесь длина полотна 25.6 метров (для UnUn 4:1), из которых вверх идут 5 метров.
2) Определенная направленность в диапазоне 14 МГц. У EndFed симметричная, двунаправленная диаграмма направленности.
3) Входное сопротивление 200 Ом.
4) Из-за отсутствия жёсткой привязки к полуволновому резонансу, антенна указанных выше размеров работает не только на чётных гармониках 2 и 4 (где КСВ=1...2), но и на нечетных - 3 и 5.
dn-ef
dn-w3edp

Отличия W3EDP от антенны InvV
1) Питание не в центре, а с края как у End Fed.
2) В диапазоне 14 МГц не требовательна к высоте установки.
3) W3EDP - многодиапазонная антенна КВ, при условии переключения проитвовесов.
4) Настраивается при помощи тюнера в диапазонах 160-10 метров. Антенна W3EDP удобна при наличии ручного или автоматического тюнера.

Модификации антенны W3EDP

1) Вместо противовеса лежащего на земле, можно использовать вертикальную двухпроводную линию 450 Ом - тогда 1/4 волновая линия выполняет роль трансформатора сопротивления из высокого входного сопротивления в низкое. Получившаяся антенна известна под названием "Цеппелин". Такой тип антенны использовался в эру воздухоплавания (двухпроводная линия и её продолжение - провод антенны свисали с дерижабля).
w3wdp_as_cepp

Подробнее:
https://qrznow.com/w3edp-antenna/

2) Наклон излучателя к земле приводит к переключению диаграммы направленности. Усиление под низкими углами получается в сторону наклона.
w3edp-normal
w3edp-opposite

3) Если предполагается работа лишь в диапазоне 40 метров - увеличение длины полотна с 25.6 метров до 30 метров положительно сказывается на параметрах антенны: реактивность отсутствует, а входное сопротивление 112 Ом можно согласовать при помощи 1/4-волнового отрезка кабеля 75 Ом (частично свёрнутого в запорный дроссель). Полоса при этом получается 7.06...7.3 МГц = 240 кГц.
30m_long

4) Удлиненная в два раза W3EDP - длиной 61 метр, противовес 40 метров. Входное сопротивление 50 Ом, усиление -0.3 дБ.
Для работы только в диапазоне 160 метров.

Классическая антенна W3EDP в многодиапазонном режиме

Антенна W3EDP, как и Цеппелин, работает на гармониках. Но, в отличие от Цеппелина, нужно переключать противовесы - для каждого диапазона своя длина.

При использовании трансформатора 4:1:

w3edp1

  • с противовесом 5.2 метра в диапазоне 20 м (14.1 МГц), питании в нижний угол антенны, входном сопротивлении 200 Ом.
    КСВ(14МГц)=1.5, полоса по уровню КСВ<2 составляет 13.5...14.4 МГц.

  • с противовесом 10.5м в диапазоне 40 м (7.1 МГц), при той же конфигурации:
    КСВ(7.1МГц)=3, полоса 7.4...8 МГц.

  • с противовесом 7.5м в диапазоне 15 м (21 МГц), при той же конфигурации:
    КСВ(21МГц)=2, полоса 21...21,3 МГц.

  • с противовесом 2.4м в диапазоне 10 м (28 МГц), при той же конфигурации:
    КСВ(28.2МГц)=5.

При смещении точки питания вверх, на высоту 1.5 метра - КСВ ухудшается до 4, что связано с излучением противовеса (желательно располагать его горизонтально, вдоль поверхности земли).

В диапазоне 3.6 МГц классическая W3EDP с трансформатором 4:1 не работает, так как нужно использовать трансформатор 1:1 (входное сопротивление антенны близко к 50 Ом).

Сравнение W3EDP с антенной LW ("длинный провод") при работе в многодиапазонном режиме

Для сравнения, приведу рассчитанный в NEC-2 for MMANA вариант антенны Long Wire (LW), предназначенный для работы в нескольких диапазонах.

Трансформатор 9:1
Горизонтальное полотно 34 метра.
Противовес 5.2 метра.
Высота установки 1.5 метра. Питание в верхний угол (там, где "в струну" должно быть натянуто горизональное полотно).

Антенна LW 34+5.2м:

Частота, МГц КСВ (450 Ом)
3.5 2,0
7.1 2,5
10,1 6
14,1 4
18,1 2
21,1 3
24,9 9
28,1 4
28,5 3,7
29,0 5

При удлинении горизонтальной части - излучателя до 35 метров, и укорочении противовеса до 4.2 метров, КСВ в диапазоне 7 МГц улучшается, в остальном без изменений:

Антенна LW 35+4.2м:

Частота, МГц КСВ (450 Ом)
3.5 5
7.1 1,5
10,1 6
14,1 3
18,1 1,5
21,1 3,5
24,9 4
28,1 15
28,5 11
29,0 5
30,0 6

Как видно, при входном сопротивлении 450 Ом (трансформатор 9:1), антенна "длинный провод" работает в бОльшем числе диапазонов, но у W3EDP (коэффициент трансформации 4:1) лучше согласование в одном диапазоне, при условии переключения противовесов.

КСВ W3EDP 200 Ом LW 450 Ом
7 МГц 3 2
14 МГц 1.5 3
21 МГц 2 3

Также, у W3EDP с 1/4 волновым противовесом не будет "горячего" прикосновения к радиостанции во время передаче, т.к. напряжение снимается с корпуса. Заземление со стороны радиостанции не нужно, во избежание токовых петель (необходимо заземление по типу "звезда"). Рядом с точкой питания т.е., где находится согласующее устройство (UnUn или тюнер) и подключен противовес, может быть реализована грозозащита в виде забитого в землю штыря (радиотехническое заземление соединяется с электротехническим).

Сравнение W3EDP с антенной EndFed (с трансформатором сопротивлений 64:1)

Антенна EndFed имеет один короткий противовес (часто используется оплётка кабеля) - длиной 2 метра и полотно длиной 19.7...20 метров. Входное сопротивление EndFed велико и составляет 2-2,5 кОм, в связи с чем используется трансформатор сопротивлений 64:1.
При использовании провода длиной 20 метров, EndFed работает в диапазонах 7 и 14 МГц без переключений. Тогда как у W3EDP - переключение противовесов: 5.2 или 10.5 метров.

КСВ W3EDP 200 Ом EndFed 2000 Ом
7 МГц 3 <2
14 МГц 1.5 <1.5
21 МГц 2 2.5

Вывод: W3EDP по качеству согласования с кабелем практически равняется EndFed. При этом, вместо дефицитного UnUn 64:1 можно использовать либо популярный BalUn напряжения 4:1, либо согласующее устройство (тюнер), ручной или автоматический, т.к. 200 Ом - более удобное сопротивление для согласования. чем 2000 Ом.


Ссылки:



Похожие публикации

Комментарии: 0