МИР ЕН-Антенн


Сайт, посвященный ЕН-Антеннам. Статьи. Описания. Конструкции. Эксперименты. Результаты испытаний.

Как-то в интернете прочитал статью "Антенна из гвоздей" :). Понятное дело, антенну можно сделать и из гвоздей (важно как она будет работать). Но дело в том, что она сравнивалась с ЕН антенной. И сразу бросилась в глаза необъективность сравнения... Но время шло, как-то все забылось... но то тут, то там появлялись ссылки на такое сравнение. И вот наверное пришло время проанализировать справедливость такого сравнения, да заодно и повторить эксперимент, и может быть его несколько и расширить.

Банки, гвозди, болты и прочие антенны...
(по материалам статьи http://www.cqham.ru/ant_12_1.htm )
(на примере антенн на 145 МГц)

Кононов Владимир ( UA1ACO )
г. Санкт-Петербург

"Платон мне друг, но истина дороже..."
Аристотель

Несколько лет назад прочитал в интернете статью Н. Филенко (UA9XBI) "Антенна из гвоздей" . Сначала показалось, что это первоапрельская шутка (разница между 5-и элементной Yagi и "антенной из гвоздей" - 3-4 балла! т.е. всего около 18 dB!). Сразу возникли три варианта: или так хорошо работает "антенна из гвоздей", или так плохо работает 5-и элементная Яги... или просто 1-е Апреля. Нормальная 5-и элементная Yagi, на вскидку, должна иметь усиление около 12 dB, таким образом проигрыш между Стандартным Диполем и "гвоздевой" антенной всего -6 dB?
И все было бы интересно, если бы не одно, существенное НО! В статье говорится о "баночных" антеннах (так в свое время называли антенны ЕН, так как первые экземпляры антенн, делали действительно из пивных или кофейных банок) и сравнение проводится как раз с этими "баночными", ЕН (по мнению автора) антеннами. Но дело то как раз в том, что на рисунках (и я естественно предполагаю, в реальных тестируемых конструкциях), не ЕН антенны! Те антенны, которые изображены на рисунках, принципиально отличаются от ЕН антенн!
Кстати и сам автор пишет: "Гвозди подключены к концам катушки, входящей в состав параллельного колебательного контура.", в то время, как ЕН антенна представляет из себя последовательный контур! Как говорится, небольшая разница :) Работа параллельного и последовательного контуров имеет принципиальные различия. (такая нестыковка еще раз наводит на мысль о первоапрельском варианте статьи. Может быть поэтому и разница в результатах по усилению между Диполем и "гвоздевой" антенной всего -6dB?)
Действительно посмотрите на рисунок "гвоздевой" антенны - чистый параллельный колебательный контур, да к тому же еще и сосредоточенный, т.к. есть дискретный конденсатор и индуктивность. Что будут излучать дискретный конденсатор и индуктивность? Ну разве что гвозди :)

Вольное отступление Тем и отличается ЕН антенна, что представляет собой последовательный колебательный контур, на элементах которого (С и L) при резонансе (на рабочей частоте) возникают значительные напряжения, а цилиндры ЕН антенны (это емкость "С") имеют оптимальные размеры, чтобы передать энергию этого контура в окружающее пространство. (для сравнения, в обычных дипольных антеннах, емкость между плечами антенны, в точке питания - есть паразитная емкость, ее еще называют шунтирующая, ухудшающая работу диполя и от нее стараются избавится, делая толстые диполи сужающимися к точке питания. см. Г.З. Айзенберг "Коротковолновые антенны" Москва. "Радио и связь" 1985г. стр. 99) Сделайте цилиндры намного больше (возникнет индуктивность цилиндров) или намного меньше (не получите необходимую емкость в заданных размерах) и ЕН антенна не будет работать. Размеры цилиндров в ЕН антенне лежат в заданном диапазоне геометрии ЕН антенны. Их можно менять (изменяя параметры самой антенны: полосу пропускания и т.д.), но только в определенных пределах.
Что такое антенна? Можно рассказать в двух словах. Чтобы понять, как работает антенна, надо сначала представить, что такое антенна. Антенна - это трансформатор (преобразователь) энергии от передатчика в окружающее пространство. Как любое устройство, передающее энергию, оно должно быть согласовано по входу и выходу (по входу с передатчиком или линией передачи, а по выходу с окружающим пространством). Если нет согласования по входу (КСВ>1), энергия возвращается в передатчик. Если нет согласования по выходу, энергия не пойдет в окружающее пространство (можно сказать "КСВ по выходу"), а будет расходоваться в основном на нагрев самой антенны, согласующего устройства и окружающих предметов.
Согласовывать антенну по входу мы умеем, даже есть специальные приборы (измерители КСВ). А как согласовать антенну с окружающим пространством по выходу? (простой пример: мы согласовали передатчик с эквивалентом антенны и КСВ=1, энергия полностью идет от передатчика в эквивалент, но это вовсе не значит, что из эквивалента она перейдет стопроцентно в окружающее пространство - наоборот, всё уйдет в тепло). Вот поэтому в некоторых случаях антенны и имеют низкий КПД (по сути, почти "эквиваленты"), не смотря на то, что КСВ=1. Тем и отличается ЕН антенна от короткого толстого диполя, что она более оптимально согласуется с окружающим пространством, имеет более высокое сопротивление излучения (а значит, эффективность и КПД растут). Конечно, не имея стройной теории по ЕН антеннам, конструкция ЕН антенн, на сегодняшний день, не оптимальна, но это дело будущего.

Это было вольное отступление на тему... Вернемся же теперь к нашим "гвоздям" :)
Что бы не быть голословным, попробуем повторить такую антенну из гвоздей. Удобнее всего это сделать для диапазона 145 МГц, для которого уже есть опробованные ЕН антенны и проведено большое количество экспериментов, и можно сравнить "гвоздевую" антенну действительно с нормальной ЕН антенной. Делаем катушку и припаиваем к ее концам гвозди, а чтобы все соблюсти в пропорции к ЕН антенне (в эксперименте использовались ЕН антенны, описанные в статье ЕН АНТЕННЫ НА ДИАПАЗОН 145 МГц этого сайта), выбираем гвозди длиной 18мм (длина цилиндров в ЕН антенне 18мм). Как потом выяснилось, такие гвозди вообще не влияют на работу изготовленной "антенны" (что они есть, что их нет - результат один) и их решено было заменить на более толстые болты (длиной 20мм), см. Рис. 1 Далее накладываем один слой фторопластовой тонкой ленты (типа ФУМ) на катушку и делаем виток связи, запаянный в разъем. К концам катушки припаиваем также дискретные конденсаторы (один подстроечный для настройки в резонанс). "Антенна" в сборе показана на рисунке Рис.2

Рис.1 Заготовка "антенны из болтов"

Рис.2 Антенна из болтов в сборе

Характеристика собранной "антенны" показана на рисунке Рис.3 КСВ=1,04 казалось бы что может быть лучше, но вспомните "Вольное отступление" выше... (может быть стоит сразу сказать, что характеристика "антенны" с отпаянными болтами, не многим разнится с приведенной ниже, т.е. это резонансная кривая параллельного контура, образованного дискретными емкостью и индуктивностью).

Рис.3 Характеристика "антенны" из болтов.

Пойдем дальше и убедимся,отпаяв болты, что характеристика этой "антенны" почти не изменилась. Что же, максимально приблизим конструктивные элементы такой антенны к размерам настоящей ЕН антенны (см. ссылку на статью выше). Для этого изготовим точно такие же цилиндры, какие используются в ЕН антенне, т.е. диаметром 16мм и длиной 18мм. Отпаиваем болты и припаиваем цилиндры и дискретный конденсатор Рис.4

Рис.4 "Гвоздевая" антенна с цилиндрами, на фоне ее характеристики.

И здесь что примечательно - даже полоса пропускания не изменилась. Если бы у настоящей ЕН антенны был изменен диаметр цилиндров в таком диапазоне размеров (а значит и соотношение длина/диаметр цилиндра), полоса пропускания изменилась бы очень значительно. Не похожа эта "антенна" не только внешне на ЕН, но и по реакции на изменение размеров, а также и по параметрам (ниже на рисунке, характеристики классической ЕН).

Рис.5 Характеристика классической ЕН антенны (размеры как и у "гвоздевой").

Но самое главное нас ждет впереди...

И вот, наконец, мы подошли к самому главному: а какие же уровни полей создают все эти антенны в сравнении с настоящей ЕН, описанной в статье этого сайта. Подключаем поочередно все изготовленные нами антенны к трансиверу "Kenwood TH-F7E" и измеряем уровни поля по Индикатору Поля (он неоднократно описывался на страницах этого сайта) на расстоянии нескольких метров. Рис.6

поочередно подключаем антенны и проводим измерения

Рис.6 Все изготовленные антенны с трансивером "Kenwood TH-F7E".

Результаты измерений заносим в таблицу Таб.1

Тип антенны	Уровни сигнала по сравнению с ЕН
"антенна" с болтами	-20 dB
"антенна" с цилиндрами	-18 dB
классическая ЕН	0 dB

Возвратимся к началу статьи и вспомним 18 dB разницы между "антенной из гвоздей" и 5-и элементным Yagi. Уж не знаю случайное ли совпадение в 18-20 dB в таблице и в разнице между Yagi и "гвоздевой" антенной?
Так неужели же классическая ЕН (судя по результатам измерений в таблице) работает как 5-и элементная Yagi? В таблице, разница между классической ЕН и "антенной из гвоздей" тоже 20 dB.! (даже лучше Yagi :)
Конечно нет, результаты многочисленных прошлых опытов показали, что ЕН работает где-то на уровне классического Диполя. Так что хоть и июнь сейчас... а с первым апреля? Кстати и "Фазированная антенная решетка из ЕН-излучателей" (опубликована статья, кстати, тоже в апреле), тоже сделана из таких же "баночно-гвоздевых" антенн, но повторять ее я конечно уже не буду :) (пива столько не выпить :)))

Успехов всем!

73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
06.2009г.