Заинтересовавшись антеннами, описание которых размещено на сайте Джека Арнольда, WOKPH [1], я решил изготовить и практически опробовать одну из разновидностей ЕН-антенны на любительский диапазон 20 м. Конструкция антенны показана на рисунке. В качестве емкости (источника электрического поля) использованы два цилиндра из луженой жести диаметром 50 мм и длиной 160 мм. Эти цилиндры плотно надеваются на отрезок полипропиленовой водопроводной трубы, которая служит основой конструкции и придает ей механическую жесткость.
Расстояние между цилиндрами равно диаметру трубы, т.е. 50 мм. Катушка индуктивности (источник магнитного поля) расположена под нижним цилиндром на расстоянии 10 мм. Она содержит 14 витков провода ПЭВ-2 01,2 мм, намотанных на этой же трубе. Ниже нее на расстоянии 5 мм находится катушка связи — 2 витка провода ПЭВ-2 02 мм, к которой непосредственно подключается коаксиальный кабель. Я применил кабель с волновым сопротивлением 75 Ом.
Все вышеуказанные элементы соединены между собой, как показано на рисунке:
верхний вывод катушки индуктивности соединен с нижним концом верхнего цилиндра. Соединительный провод проходит внутри трубы, строго по ее оси, с целью минимизации индуктивной связи между цилиндрами;
нижний вывод катушки индуктивности соединен с верхним концом нижнего цилиндра, а также с нижним выводом катушки связи. Соединительный провод проходит внутри трубы, поближе к ее стенке.
В этом месте (точнее, к нижнему выводу катушки связи) подпаивается оплетка кабеля. К верхнему выводу катушки связи подпаивается центральная жила.
Размеры антенны с учетом фазирующе-согласующего устройства: диаметр — 50 мм, длина — 450 мм.
В данном случае использована простейшая фазирующе-согласующая схема. О более сложных, и, естественно, более эффективных согласующих устройствах также можно узнать, посетив упомянутый сайт Д. Арнольда, W0KPH [1].
Для настройки антенны применялись индикатор напряженности поля, мостовой КСВ-метр, генератор Г4-18. Сначала по минимуму КСВ на середине рабочего диапазона подбирается количество витков основной катушки. Затем, перемещая катушку связи, по максимуму показаний индикатора напряженности и минимуму КСВ находим ее оптимальное положение.
Здесь необходимо учитывать следующие обстоятельства. При приближении катушки индуктивности к нижнему цилиндру расширяется полоса рабочих частот антенны, но падает уровень излучения (до -2 дБ). При удалении катушки индуктивности от нижнего цилиндра (до определенных, разумеется, пределов — около 30...40 мм) уровень излучения возрастает, но при этом сужается рабочая полоса частот. Указанное в начале статьи расстояние между катушкой индуктивности и нижним цилиндром (10 мм) соответствует полосе пропускания 400 кГц (13950...14350 кГц) по уровню КСВ=2 при снижении интенсивности излучения около 1 дБ.
Расширить рабочую полосу частот, можно иначе — уменьшив длину цилиндров, но при этом антенна начинает излучать под более высокими углами к горизонту. Катушку индуктивности необходимо защитить от атмосферного воздействия, но в зависимости от применяемого изолирующего материала потребуется ее дополнительная подстройка. Так, при обмотке катушки индуктивности лентой "скотч" резонансная частота понизилась на 50 кГц, а дополнительная обмотка полиэтиленовой изолентой вызвала еще более значительное изменение частоты — на 200 кГц!
При подборе материалов для антенны автор старался минимизировать затраты на макетирование. Основной же критерий для них таков: цилиндры изготавливаются из хорошего радиочастотного проводника; труба—из хорошего радиочастотного изолятора.
Изготовленная антенна установлена на деревянном шесте, вставленном в трубу, на высоте около 3 м от железобетонной крыши девятиэтажного дома. При этом цилиндры расположены вертикально — аналогично полноразмерному вертикальному вибратору. При горизонтальном расположении цилиндров антенну необходимо поднимать выше — для снижения влияния "земли".
Поскольку в непосредственной близости от антенны наводится мощное электромагнитное поле, при ее вертикальном расположении питающий кабель также должен располагать вертикально на максимально возможном расстоянии от антенны. Желательно иметь хорошее радиочастотное заземление. В авторском варианте к выходу усилителя мощности подключен коаксиальный тройник, к которому подключены коаксиальный кабель и короткозамкнутый четвертьволновый отрезок такого же кабеля, выполняющий роль противовеса.
DATE
TIME, UTC
CALL
RST (EH)
RST (GP)
REMARKS
10SEP.2002
09:40
RK4CL
59
59+8
10SEP.2002
09:45
RA1NE
59
59
12SEP.2002
10:40
RK4HWW
59
59+8
12SEP.2002
10:51
RA9LL
56
57
12SEP.2002
14:05
N5RG
549
579
LONG PATH
12SEP.20Q2
14:28
K6VX
559
559
LONG PATH
12SEP.20G2
14:37
W6EUF
559
559
LONG PATH
12SEP.2002
14:42
K7SS
559
569
LONG PATH
13SEP. 2002
06:44
S5/ON4CDX
59
58
13SEP.2002
07:18
ZG2FX
57
58
13SEP.2002
07:33
DL3SE2/P
57/58
58
Очевидно, что при работе в эфире ЕН-антенна часто уступает GP, однако, на мой взгляд, окончательные выводы делать рано. Для скептиков хочу сказать следующее.
В ЕН-антенне используется совершенно иной принцип формирования излучения, нежели в классических антеннах (полуволновый вибратор, "квадрат", "треугольник" и т.д.).
Ток, протекающий в этих антеннах, наводит поле одного вида, которое, "отшнуровываясь" от антенны и, переходя в свободное пространство, согласно теории электродинамики, наводит ортогональное ему поле другого вида, и таким образом формируется электромагнитное излучение. В ЕН-антенне "работает" открытый LC-контур, в котором сразу формируются ортогональные электрическое и магнитное поля в соответствующей пропорции Е/Н = 337 Ом (волновое сопротивление свободного пространства), т.е. сразу формируется электромагнитное излучение.
Кстати, по такому же принципу работает выпускаемая промышленностью антенна "Isotron". Стоит особо подчеркнуть, что при запитке двух 16-сантиметровых цилиндров коаксиальным кабелем через согласующее устройство (по принципу диполя Герца), о связи в диапазоне 20 м с USA через Long path не могло быть и речи.
ЕН-антенны являются однодиапозонными и имеют частотную характеристику одиночного колебательного контура. Перспективными темами для работы в этом направлении, на мой взгляд, является создание многодиапазонной структуры (по отдаленной аналогии с Log-yagi), а также фазированных 2...3-элементных направленных антенн.