По случаю и по сходной цене приобрёл антенну Hustler 4BTV. Не новую, но в очень хорошем состоянии.  И конечно перед установкой хотелось бы поиграться с моделью этой антенны в MMANA. Предыдущий опыт показывает, что моделируя различные изменения антенны в моделировщике, можно почувствовать как это будет отражаться на работе реальной конструкции антенны и таким образом можно сэкономить кучу времени и материаллов.

Немного об антенне

Антенна представляет собой четвертьволновый траповый вертикал требующий либо хорошего заземления, если он установлен непосредственно на земле, либо хорошей системы противовесов при устаноке в приподнятом над землёй положении. Высота антенны вместе с крепёжной скобой примерно 5.7 метра. В описании антенны предлагается выбрать один из четырёх предложенных типов установки:

1. На крыше, мачта высотой 1.2 м. с противовесами;
2. На металлической мачте с противовесами под углом 45 градусов;
3. На земле с противовесами;
4. На земле без противовесов.

Для каждого из вариантов предложены величины A, B, C и D, которые необходимо соблюсти при первоначальной сборке антенны (Рис.1).

Также указаны рекомендуемые длины противовесов. На каждый диапазон рекомендуется по два диаметрально расположенных противовеса.

Настройка антенны по минимуму КСВ производится последовательно по диапазонам 10 -> 15 -> 20 -> 40 метров, т.к. элементы ВЧ диапазонов влияют на настройку элементов НЧ диапазонов. Настройка производится:

• изменением величин A, B, C и D;
• противовесами - подборка их длины и расположения, изоляция концов.

Не рекомендуется настройка антенны изменением длины питающего кабеля и применением тюнера, так как это не улучшает эффективность излучения антенны, а лишь облегчает жизнь передатчику. Есть возможность подстройки трапов, но об этом ниже.

...

Решил я по-быстрому смоделировать эту антенну в MMANA. Вроде бы всё есть - и размеры элементов, и данные трапов, но точно, как мне казалось, описанная модель антенны 4BTV в MMANA не работала. Точнее приемлемый КСВ < 2 был только на диапазоне 10 метров, где работает только нижняя часть антенны (секция 1), а первый трап настроенный на этот диапазон, "отсекает" всё остальное. Но уже на следующем диапазоне, 15 метров, начались серьёзные отклонения.

На диапазоне 15 метров работают секция 1, секция 2 и трап 10 метрового диапазона. Трап 15м просто отсекает верхнюю часть антенны. Таким образом для получения приемлемого результата в диапазоне 15 метров необходимо правильно описать трап 10 метрового диапазона, а точнее индуктивность его катушки. В своей первой модели индуктивность я указал неправильно и начал укорачивать - пилить вторую секцию антенны вгоняя её в диапазон. Как устроен трап я знал и был уверен что сходу смогу определить его индуктивность и ёмкость, однако многого не учёл ...

... 09.01.2015.

Продолжение этой заметки я решил дописать через 2 года. Антенна, в конце концов, была установлена, настроена и неплохо работает. По причине отсутствия времени  (и, наверное, актуальности Hi) теоретические изыскания остановились, но все-таки хотелось бы донести мысли к которым я пришёл. Прежде всего то, что подобная и реальная конструкция трапа не является точечной - её электрические параметры не сосредоточены в одной точке и легко измеряемы, а являются величинами комплексными, состоящими из нескольких и влияющих друг на друга. Впрочем это относится к любой реальной конструкции. Очевидно, что всё можно расчитать теоретически, но расчёт этого трапа не будет тривиальным. Программа расчёта для такого трапа ещё не выложена (для коасиального пожалуйста). Наверное поэтому и полностью самодельных конструкций подобного типа не так много, больше копий чего-то готового. Да и провода, между трапами из коаксиального кабеля, резать проще, чем пилить-точить трубы метрами, Hi. Поэтому далее немного о конструкции и некоторые факты.

Трапы

Ниже показан вскрытый трап антенны Hustler 4BTV (на 14 МГц), а также его эскиз для понимания устройства и принципа работы. Конструкция весьма проста. Катушка намотана на диэлектрическом стержне - вставке (которая несёт и основную механическую нагрузку) между верней и нижней трубками трапа и подключена к ним. Над катушкой располагается стакан, который защищает катушку и, одновременно, является основной конструктивной частью ёмкости трапа. В нижней части стакан имеет узкую горловину с двумя, диаметрально расположенными, прорезами на которую одевается хомут фиксирующий положение стакана относительно катушки. Прорезы герметично не закрываются и служат для вентиляции трапа. Верхняя часть стакана закрывается и фиксируется относительно верхней трубы трапа пластиковой крышкой. При окончательной сборке под крышку наносится герметик, таким образом верхняя часть трапа герметична. Стакан может быть перемещён вверх - вниз (на рисунке вправо - влево, соответственно) при настройке трапа на заводе или при подстройке трапа при установке антенны. Причём если Вы, всё-таки, решили подстраивать трап сами, Вы теряете гарантию. В моём случае, не добившись должного результата согласно инструкции, мне пришлось подстроить трапы диапазонов 21 и 14 МГц.

Трап (параллельный колебательный контур) состоит из катушки и конденсатора.

Катушка. Вскрыв трап, индуктивность катушки можно измерить LC-метром и/или расчитать по формуле измерив размеры и количество витков. Но это не будет фактическая индуктивность трапа. Катушка достаточно близко расположена к верхней и нижней трубкам трапа, но не это главное влияние. Стакан одетый сверху катушки, и расположенный достаточно близко к её виткам, является экраном и уменьшает индуктивность катушки. Причём коэффициент влияния экрана зависит не только от физических параметров катушки, экрана и его расположения, но и от частоты, Hi. В одной умной книге я нашёл формулы и графики для расчёта этого влияния, загнал всё в Excel, попробовал ... ну где-то, как-то примерно совпадает, но в итоге трап так и не "расчитался" на родную частоту, Hi.

Конденсатор. На первый взгляд тоже элементарно, выше его обкладки прорисованы синим и красным цветами. Очевидно, что основная "доля" ёмкости образуется между верхней (правой на рисунке или красной) трубкой и стаканом, который электрически соединён с нижней трубкой (отрисованы синим цветом). Перемещением стакана вверх (вправо на рисунке) можно увеличивать ёмкость, обратно - уменьшать соответственно. Таким образом трап настраивается. Но не надо забывать и о межвитковой ёмкости самой катушки, а также ёмкости между витками катушки и стаканом, которые также входят в общую ёмкость конденсатора трапа.

Некоторые измерения

Измерение индуктивности катушки трапа 10 метрового диапазона самодельным LC-метром напрямую и с установленым в рабочую позицию стаканом.

Измерение ёмкости между верхней трубкой и стаканом трапа 10 метрового диапазона.

Общий вид трапов с опущенными стаканами.

Измерение частоты резонанса трапа данной конструкции с помощью антенного анализатора дело очевидно тоже не простое. В отличие от коаксиального трапа, катушка, в собранном виде, спрятана под стаканом и катушку связи антенного анализатора просто не с чем "связывать". Пробовал размещать катушку связи внутри, а затем собирать трап и мерить, получались некорректные измерения. Это ещё один минус данного типа трапов.

Заключение

Как я уже написал выше, свои "научные" изыскания я не закончил и антенна была установлена выше лифтовой будки на крыше 9-этажного дома. Описание этого процесса и результаты можно посмотреть здесь.Всё было сделано согласно инструкции для варианта установки на дополнительной мачте. Но, как видно по указанной ссылке диапазоны 21 и 14 МГц так и не удалось настроить красивее, частоты резонансов были за пределами диапазонов. Настройка противовесами позволяла менять резонанс, но росла реактивная составляющая входного сопротивления антенны и КСВ только ухудшался. Был октябрь, погода портилась и на крышу я больше не полез. Отработал год через 25 метров RG-213 кабеля, используя автоматический антенный тюнер моего TS-480SAT трансивера и теряя согласно расчётам до 20Вт на диапазонах 14 и 21 МГц.

Спустя год, собравшись с мыслями и расчётами, я снял антенну для ремонта и настройки.

Ремонт. Нигде не читал о таком опыте, но толстые жирные Рижские бакланы, садясь на трубки ёмкостной нагрузки, их обломали. Из шести трубок в живых остались только две, и то отогнутые вниз к трапу 20 м диапазона. Одну из трубок нашёл у дома на земле, Hi. Были установлены новые, большего диаметра (кажется 12 мм) со стенкой 1 мм. Более того между каждой трубкой и 40 м излучателем натянута толстая леска, чтобы птицы не садились. Не тут-то было. На лету скукошиваются, нецензурно гаркая, но усаживаются под леску ближе к антенне. Но модернизированный вариант ёмкостной нагрузки это выдерживает уже 2 года.

Также принял дополнительные меры (на всякий случай) защиты трапа от влаги. Стыки пластиковых колпачков в верхней части трапа были обмотаны сантехнической лентой. Низ трапа с продольной прорезью стакана для обжимки не гермитизируют. Прорезь предназначена для вентиляции трапа.

Настройка. Где-то прочитал (кажется в специальной рекомендации от "Тангенты"), что на заводе Hustler антенны, а именно их трапы, настраиваются для установки на земле и с ненастроенными противовесами. Может сейчас это и не так, но мне попался, очевидно, именно этот вариант. Мой же сетап, показанный здесь - на мачте с высоко подвешанными противовесами. Поэтому имея некоторый опыт расчётов и эксперементов я решился на настройку трапов. В результате что было сделано с антенной, для настройки в данных условиях, чтобы получить приемлемые параметры по диапазонам (с расстояниями A, B и С по инструкции с установкой на мачте):

• 10 метров. Ничего, кроме небольшой настройки приподнятых противовесов. КСВ приемлем в широком диапазоне частот.
• 15 метров. Стакан 15 м трапа был смещён на 6-7 мм вниз (уменьшая ёмкость и увеличивая частоту резонанса). Минимум КСВ с частоты 20.8 МГц переместился в телеграфный участок диапазона, как я и хотел. Настройка приподнятых противовесов.
• 20 метров. Стакан 20 м трапа был смещён на ~ 9 мм вниз. Минимум КСВ с частоты 13.7 МГц переместился в CW участок диапазона. Настройка приподнятых противовесов.
• 40 метров. Вот тут о расстоянии D, или точнее о длине верхушки (Sect.4 на рисунке выше) излучателя на 40 метровый диапазон. От предыдущего хозяина я получил эту трубку "Sect. 4" не оригинальную, а примерно на 10-15 см длинее (извиняюсь точно не померил, сразу установил антенну), иначе резонанс в этом диапазоне был выше по частоте. Настройка приподнятых противовесов.

Отработав ещё больше года с этой антенной, заметил, что при сильных осадках и высокой влажности, а особенно при сильном ветре с мокрым снегом, частота резонанса смещается в сторону понижения. Например на 20 метровом диапазоне если был минимум на 14.050 МГц, то при сильном ветре со снегом, происходит смещение до ~ 13.900 МГц. Если бы полез на крышу с профилактикой, то перестроил бы 15 м. и 20 м. трапы не в начало CW диапазона, а немного выше, чтобы это "погодное" смещение резонанса гуляло, по возможности, внутри диапазона. Для этого, как уже было указано выше, стаканы трапов необходимо ещё сдвинуть вниз на ~ 5 - 7 мм (в моём случае).

Вот и всё. 73!

Дополнительные материаллы

1. Trap Tuning RUS.doc
2. Hustler BTV Trap Calibration Resonance RUS.doc
3. BTV-INSTALL-GUIDE-Rev0.pdf

Ссылки

1. Антенна Hustler 4-BTV. Установка. (YL3BU)