Ферритовые "защёлки" как ВЧ изолятор.

Практическая необходимость, а также идея Игоря Гончаренко (DL2KQ) использовать ферритовые защёлки в качестве изолятора в точке питания антенны (статья «Способ питания антенны» на сайте автора), навели на мысль об применении их же в качестве концевых ВЧ изоляторов, например на концах диполя или на конце вертикала. Таким образом появляется возможность использования существующей, заведомо длиной, конструкции из проводов или тросов в качестве антенны не нарушая её механической целостности что в некоторых случаях очень важно.

Идея.

Написал Игорю письмо с вопросом о возможности применения ферритовой защёлки в таком качестве и получил ответ: «Да, будет работать. Обычный одновитковый ВЧ дроссель». Тут же была краткая рекомендация как подобрать защёлки для такого случая: "... нагрузить трансивер на эквивалент, а паралельно ему короткий провод на землю. И на тот провод одеть испытуемые защелки. Если КСВ близок к 1 и при полной мощности трансивера защелки не греются – они подходят." Кстати, интересовали меня именно ферритовые защёлки, а не трубки, чтобы ни как не вмешиваясь в конструкцию существующего длинного провода, «разрезать» его по ВЧ.

Подключил на выход трансивера нагрузку (в моём случае это 2 параллельно соединённых 100 Ом резистора на общую мощность 120 Вт).

Ферритовые защёлки были в наличии двух типов (размеров).

Затем нагрузка была закорочена куском провода на который устанавливается ферритовая защёлка. Как и предупредил Игорь DL2KQ, защёлки даже одного типа могут вести себя по-разному. Если при установке одного экземпляра КСВ составляет меньше 1.2, то при применении другого, того же типа, имеем КСВ 1.8.

Для измерения я использовал встроенный в трансивер КСВ-метр. При предварительном отборе ферритов, мощность трансивера была 5 Вт. При отсутствии феррита на перемычке (нагрузка закорочена) КСВ соответственно бесконечность. Ниже на фото справа показан лучший результат при наличии одной защёлки на проводе - КСВ = 1.2 - 1.3.

Сначала, при мощности 5 Вт, я выбрал лучшие экземпляры показавшие минимальный КСВ. Затем, постепенно повышая мощность передатчика, были отобраны защёлки по наименьшей темпереатуре нагрева. В результате были выбраны ферритовые защёлки бОльшего размера. В реальных условиях решил использовать три штуки подряд, хотя применение уже третьей защёлки заметного эффекта (снижения КСВ) не даёт. Ниже на рисунке показаны выбранные экземпляры и показания КСВ-метра 1.2 - 1.3 трансивера при выходной мощности 100 Вт и длительной CW передаче (включился вентилятор охолождения трансивера). Сильнее всего нагревается ферритовая защёлка расположенная ближе к "горячему концу".

При проведении замеров внутренний антенный тюнер трансивера был отключен. Замеры были проведены по всему любительскому КВ диапазону и показали стабильность результатов.

Реализация.

Ферритовые защёлки выбраны, настало время применить их на практике. В моём случае необходимо установить коротковолновую антенну на яхте или приспособить что-либо с целью использования в качестве таковой. Классическим решением данного вопроса является использование ахтерштага (у американцев это backstay) в качестве КВ антенны. При поиске информации в интернете, необходимо искать по ключевым словам backstay HF antenna, backstay SSB antenna. Ахтерштаг (конкретно на яхте "St. Maria", где я собираюсь проверить эту идею) - это трос из нержавеющей стали диаметром около 8 мм поддерживающий мачту сзади, т.е. идущий от топа (макушки) алюминиевой ~15-метровой мачты на корму. Для использования ахтерштага в качестве антенны его необходимо изолировать от металической мачты сверху (внизу, на корме, он крепится через неметалический блок и шкоты). Для этого на расстоянии 1-2 метра от топа мачты ахтерштаг необходимо разрезать и вставить изолятор. Здесь возникают некоторые моменты. Во-первых, не каждый хозяин яхты согласится резать такеллаж любимого судна тем самым ослабляя его механическую прочность, тем более для использование его во вторичных целях. Во-вторых, конструкция самого изолятора. На небольших яхтах возможно применение обычного керамического орешкового изолятора - если треснет и раскрошится под нагрузкой, не произойдёт разрыва бакштага. Но правильнее было бы применение изолятора изготовленного промышленным способом, специально для этой цели (backstay insulator). Такие изоляторы можно приобрести под различные диаметры тросов и нагрузки, однако цены сопоставимы с ценой автоматического антенного тюнера.

Учитывая всё выше сказанное и появилась идея применения ферритовых защёлок в качестве ВЧ изолятора. На предполагаемое место разрыва ахтерштага устанавливаются защёлки как-бы разрезая трос по ВЧ, но не физически. Да и цена ферритовой защёлки просто не сопоставима с ценой яхтенного изолятора.

Перед установкой ферритовых защёлок трос ахтерштага обмотан тряпичной изолентой. Под защёлки подложены 2 стяжки которыми они будут стянуты между собой.

Чтобы предотвратить перемещение блока защёлок вдоль ахтерштага, снизу и сверху установлены по 2-3 стяжки.

Защёлки были установлены до поднятия маты. Теперь что-то переделать не так просто...

Измерения.

Длина троса, отделённого ферритовыми защёлками, получилась примерно 11.8 метра. Отмечу, что никаких предварительных расчётов не проводилось в расчёте на применение автоматического антенного тюнера в точке запитки антенны. К этой длине следует прибавить около 2.5 метров провода снижения до точки подключения антенны. Итого около 14.3 метра. Антенным анализатором АА-330 была измерена резонансная частота полученной антенны. Противовесом служил метр провода с привязанным на конце чистым шашлычным шампуром, который в свою очередь был опущен в воду за бортом. Резонансная частота составила 8.63 МГц (КСВ=2.1 при R=99 и X=j0). Если бы вместо защёлок применялся настоящий изолятор, частота резонанса должна быть в районе 5 МГц. Очевидно, что на настройку антенны сильно влияет электрически подключенная мачта и всё остальноё "вооружение" яхты. Т.е. эффективность построенного мною изолятора не высока.

Чтобы выяснить что же получилось в итоге, были проведены следующие измерения. Вход антенного анализатора АА-330 был закорочен коротким куском провода на котором были установлены три ферритовые защёлки, аналогичные установленным на яхте. На анализаторе устанавливалась частота любительского диапазона и снимались показания полученного импеданса. В таблице представлены результаты измерений. В последней строке результат на частоте 8.6 МГц, где был получен минимальный КСВ реально построенной антенны.

Понятно, что таких величин недостаточно чтобы построить "хороший" концевой ВЧ изолятор. Концевой - т.е. изолятор на концах диполя или конце вертикала, в точках противоположных точке питания антенны. В этих точках ток в антенне минимален, а напряжение максимально, а значит изолятор должен иметь максимально возможное сопротивление.

Выводы или мысли вслух ...

1. Теоретически понятно и видно из таблицы, что более высокий импеданс такого ВЧ изолятора мы имеем на более высокочастотных диапазонах. Т.е. на этих диапазонах наиболее вероятна и практически выполнима реализация антенны с применением такого изолятора.
2. На практике, очевидно, нужно установить возможно бОльшее количество ферритовых защёлок, чтобы получить бОльшее сопротивление изолятора. Однако в этом направлении есть тоже свои разумные пределы - большая гирлянда из ферритовых защёлок будет иметь, соответственно, и большие вес, размер и стоимость.
3. Возможно, такое решение более подходит для построения именно многодиапазонных антенн? Ведь, при постоянной длине излучателя, точка установки такого изолятора теоретически может попасть как на максимум напряжения на частоте Fx, так и на минимум на частоте Fy. Но даже если и так, то повторяемость практической конструкции такой антенны будет низкой из-за большого разброса параметров ферритовых защёлок.

... и практическая работа на такую антенну.

Все эти размышления были потом, а сначала - изолятор из трёх ферритовых защёлок был установлен, мачта была установлена на яхту и получилось то, что получилось. При тестировании и в походе, автоматический антенный тюнер SG-239 успешно согласовывал такую антенну на диапазонах 3.5 - 29 МГц. Работой такого антенного хозяйства я остался доволен. Конечно, было бы неплохо и интересно посчитать диаграму направленности и другие параметры построенной таким образом антенны на различных диапазонах, учитывая данные вышеприведённой таблицы и наличие модели яхты, которую я сделал для программы MMANA лет 7 назад. Но, пока, до этого не добрался :)

Благодарность.

Хотел бы выразить благодарность Игорю Гончаренко (DL2KQ), за советы и подсказки в процессе моих эксперементов, на которые у него нашлось и время и желание. За антенной теорией и практикой лучше обратиться к его книгам, а также книгам других известных авторов.  

73! de YL3BU