Эпопея с антенной Спайдер.". Трехдиапазонная направленная антенна Спайдер

Эта антенна давно используется в радиосвязи в различных диапазонах волн, включая КВ. Она известна под названием «Вертикальный четвертьволновый штырь», «Ground plane (GP)». В сантиметровом диапазоне (Wi-Fi, 3G) она имеет конечно маленькие размеры и внешне напоминает паука, за что и получила такое имя.

Кроме четвертьволнового вертикального штыря применяется также полуволновой, такая антенна носит название J-антенна .

Однако, на радиолюбительских КВ диапазонах применяется абсолютно другая конструкция направленной антенны, тоже получившая прозвище паук. Здесь важно не запутаться. Усиление у нее не более 2.15 dBi (как у диполя), в горизонтальной плоскости она имеет круговую диаграмму направленности, т.е. является всенаправленной антенной . Антенна имеет хорошую повторяемость и может быть использована в любом диапазоне CDMA, 3G, Wi-Fi .

Какой смысл в такой антенне, спросите вы? А вот какой. Допустим у вас имеется десктопный компьютер и вы хотите подключиться к Wi-Fi сети. Для этого вы приобрели PCI Wi-Fi адаптер. Конечно можно его использовать и с родной антенной и не заморачиваться на этом, но вспомним про . Вполне возможно антенна попадет в мертвую зону интерференционной картины поля внутри помещения. Вероятность этого возрастает если системник стоит под столом где-то около стены. Тогда, чтобы не двигать весь системный блок, всенаправленная GP антенна окажется очень полезной. Кроме того, в диапазоне 3G или CDMA, если модем при потере сигнала переключится на другую базовую станцию, соединение не потеряется, как в случае с направленной антенной. Однако надо помнить, что сигнал в месте установки антенны должен быть достаточным для нормальный работы модема.

Конструкция антенны очень простая.
Для ее изготовления необходим N-коннектор, небольшой кусок медного провода диаметром 1-2 мм и паяльник. Конструкция хорошо понятна из рисунка. Размеры A и B на рисунке вы можете легко рассчитать, воспользовавшисьонлайн калькулятором антенны «П аук» . Центральный проводник запаивается обычно без проблем, а вот чтоб припаять противовесы к отверстиям для крепления, надо их очистить от защитного покрытия напильником или наждачной бумагой и хорошенько залудить. Сам коннектор придется держать пинцетом или плоскогубцами, потому что он сильно нагреется при лужении.

Входное сопротивление антенны близко к 50 Ом, поэтому подключать ее к адаптеру необходимо отрезком кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом с припаянными на концах ответными коннекторами «папа».Никаких дополнительных схем симметрирования и согласования не требуется.

Самый простой вариант изготовления антенны, это кусок кабеля с коннектором, второй конец которого разделан как на рисунке:

Антенна вполне годится на любой диапазон, включая CDMA-450. Такая антенна уже будет выглядеть примерно вот так.

Как видите «паук» уже стал похож на образ из фантастического фильма. Коннектор запрессован в пластиковую трубку, соединение герметизировано.

Обычно такая антенна работает в условиях хорошего приема и ее не настраивают. Если же у вас возникла необходимость в настройке "Ground plane", то можно менять резонансную частоту антенны, меняя размеры элементов (меньше размер - выше частота). При изменении угла наклона противовесов меняется входное сопротивление антенны примерно от 30 до 75 Ом, соответственно при противовесах перпендикулярных штырю и полностью загнутых в противоположную штырю сторону.

Спайдер – наилучшее решения для радиолюбителя.

За три года изготовил 5 штук (на момент редактирование этой статьи 28.11.2015 г. количество Спайдеров перевалило за десяток). На сегодня у меня на крыше стоит Спайдер и второй лежит в гараже - экспедиционный вариант, два раза он был на слетах в Находке, ездил по заповедникам Приморья (UE0RFF) и во все экспедиции по программе RDA в 2010 по 2015 гг.

Каркас для Спайдер делал и из стеклопластика (набор Спайдер www. quad. ru), и из китайских удочек.

Из стеклопластика антенна получается прочная, но тяжелая.

В экспедиции в Ханкайский заповедник (RFF-092) я первый раз использовал Спайдер. Каркас был из стеклопластика, в качестве мачты использовался армейский телескоп на защёлках. Пока антенна была на земле, проблем не было, но когда начали её поднимать, рычаг образованный мачтой начал изгибать её. Стало очень тяжело выдвигать колена мачты и нам потребовалось 5 человек, чтобы поднять Спайдер на рабочую высоту.

DIV_ADBLOCK2">

Элементы приходилось делал и из полевика, и из биметалла, и из медного провода в изоляции. Во всех случаях работа антенны не ухудшалась. Действительно тяжело определить коэффициент укорочения каждого материала. Но я сейчас и не "заворачиваюсь" по этому вопросу, любой материал отмеряю классические размеры, а потом подстраиваю. Во всех случаях элемента приходиться укорачивать. Из биметалла антенна заработала без какой либо настройки с классическими размерами. Из "полевика" делал экспедиционный вариант. 20 м. пошло без проблем, 15 м - пришлось настраивать. Из медной проволоки в изоляции настраивать пришлось все элементы. Для тех, кто будет ставить Спайдер из удочек для стационара, есть несколько советов. Обязательно нужно середину каждой удочки закрепит веревкой к вершине мачты и между собой. Если не закрепить середину удочек (а прочность их не очень большая), то мокрый снег ломает их пополам. Я первый свой Спайдер раза три опускал зимой и ремонтировал из-за этого. Настройка начинается с проверки резонанса вибраторов. Как я уже писал, во всех случаях элементы приходиться укорачивать, для этого не нужно резать элементы, достаточно конец элементов загнуть на 180 градусов и с помощью пластиковых хомутиков плотно притянуть к элементу, тем самым вы электрически укоротите элемент.

Последовательность настройки следующая:

1 . Вибратор на 20 м

2. Директор и рефлектор на 20 м.

3. Вибратор 15 м

4. Директор и рефлектор на 15 м.

5. Вибратор 10 м

6. Директор и рефлектор на 10 м

7. Повторно проверяем настройку антенны на 20 м и 15 м., если снова пришлось подстраивать элементы, снова перепроверяем настройку на все диапазоны.

Когда настраиваете в резонанс, не обращайте внимание на КСВ - это потом. Сначала настраиваем вибратор в резонанс на нужной вам частоте. Я пользуюсь антенными анализаторами. С помощью КСВ метра сложнее найти резонанс, т. к. минимальное КСВ не показатель настройки в резонанс. Теперь беремся за КСВ. Для этого достаточно укоротить рефлектор и директор в процентном отношении на столько же, на сколько вы укоротили вибратор. Если тяжело считать, то укорачивайте на столько же. Укоротили каждое плечо вибратора на 5 см (в сумме 10 см.), укорачивай и рефлектор, и вибратор на 10 см.

Более точно вам покажет или анализатор или КСВ-метр. Еще раз напоминаю элементы не режим, а загибаем и стягиваем хомутиками. Если вы ошиблись процедуру можно повторить, откусить хомутики и уменьшить ли увеличить загиб элемента. После настройки я все так и оставляю, "откусывать" не следует. Конструкцию крестовины я взял у UA0SGY (http://www. cqham. ru/sp_ua0sgy. htm), только крепил её с помощью U-образных скоб.

При настройке анализатором хорошо видны настройки директоров и рефлекторов антенны (На рисунке Спайдер ещё не настроен, это первое подключение анализатора):

DIV_ADBLOCK3">

Иногда вызывают проблемы с настройкой 10 м.

Спайдер получается настроен на телеграфный или телефонный участок диапазона. Здесь проблема в настройке директоров. Размеры директоров получились “одинаковые”.

Небольшое отступление. Все элементы антенны – это контура настроенные на определенную частоту. Два директора на диапазон 10 м можно сравнить с двухконтурным фильтром. Если контура настроены на одну частоту, то полоса пропускания этой системы получается узкая. Для фильтра это хорошо, в нашем случаи плохо, т. к. Спайдер получается настроен на один из участков диапазона. Что нужно сделать, чтобы расширить полосу пропускания двухконтурного фильтра, правильно расстроить один из контуров. Если более корректно выразиться, настроить один контур на частоту выше или ниже относительно другого.

Возвращаемся к Спайдеру. Если у вас Спайдер оказывается настроен на телеграфный участок (начало диапазона), то нужно один из директоров укоротить, если на участок “телефона”, то нужно удлинить. Какой из директоров укорачивать или удлинять роли не играет - любой.

Меня часто спрашивают, какие точные размеры у моих антенн?

Опишу одну из ситуаций при настройке Спайдера.

2E3B (два элемента три диапазона)

Работая в эфире в полевых условиях (соревнования, отдых и пр.), радиолюбители обычно используют простые антенны GP, IV, LW и т. д. Но не исключено, что многие, как и я, задавались целью применить что-то более эффективное, например, направленную антенну. При этом она должна быть лёгкая в перевозке и не сложная в установке...

Свой поиск подходящего варианта я начал с повторения антенны "SPIDER BEAM" ("ПАУК") от DF4SA . Отличная проверенная конструкция, которая достаточно подробно описана для самостоятельного изготовления и которую, в принципе, можно купить. Однако сборка и подъём этого "паука" в поле заняли около 3 ч 40 мин. К тому же приобретённые для изготовления несущей конструкции антенны четыре китайских удилища длиной 6 м и обрезанные до требуемых пяти явно не подходили для неё. Они изгибались как "змеи" в разных местах, и их следовало бы заменить более прочными, более толстыми удилищами или стеклопластиковыми трубами. Но это как-то не вписывалось тогда в мои планы, хотелось чего-нибудь "направленного" попроще и полегче.

Дальнейшие поиски продолжались с помощью компьютерной программы "MMANA". Самая простая и малогабаритная направленная трёхдиапазонная проволочная антенна конструкции VK2ABQ , очень давно описанная, не обладала в "моделировщике" выразительной диаграммой направленности и соответственно усилением, хотя и была вполне работоспособной. Также простая и приличная по всем параметрам антенна "MOXON" тоже вполне удовлетворяла, но для "нижнего" диапазона 14 МГц требовались несущие элементы длиной более четырёх метров. К тому же большинство попавшихся мне описаний "MOXON""-ов были либо однодиапазонными, либо совмещёнными с другими, не подходящими для меня диапазонами. А мне нужна была антенна, работающая на 14, 21 и 28 МГц.

И наконец, после нескольких часов работы с программой была смоделирована проволочная двухэлементная трёхдиапазонная антенна - нечто среднее между "VK2ABQ" и "MOXON". Я назвал её 2E3B (два элемента три диапазона)...

Забегая вперёд, скажу, что многократные испытания антенны в полевых условиях подтвердили её полную работоспособность. В сравнении с GP она давала выигрыш 1...3 балла по S-метру на разных дистанциях, хорошо "вырезала" шумы от близко расположенного города, а станции из W или JA отвечали на 10 Вт практически с первого раза.

Чертёж антенны приведён на рис. 1. Её конструкция - классическая для антенн этого типа. Она состоит из четырёх стеклопластиковых распорок ("паука"), поддерживающих в пространстве на требуемых расстояниях элементы трёх проволочных антенн "волновой канал", а также крестовины - узла крепления распорок к мачте. Активные элементы антенны - это три отдельных диполя, соединённых в одной общей точке питания.

Рис. 1. Чертёж антенны

Указанные на чертеже размеры вибраторов и рефлекторов справедливы при изготовлении их из проводов расплетённого полевого телефонного кабеля П-274М, каждый провод которого содержит четыре медные и три стальные проволоки, заключённые в полиэтиленовую изоляцию. Можно изготовить элементы антенны и из медного неизолированного провода диаметром 1,2...1,5 мм, увеличив их длину на 3,5 %. Однако лучше подходит "полёвка", которая легче медного провода и к тому же меньше вытягивается, что немаловажно для сохранения настройки антенны.

Вариантов выполнения крестовины множество, один из них можно подсмотреть в описании антенны "SPIDER BEAM". Мой первый вариант крестовины был сделан из двух дюралевых равнополочных уголков 30x30 мм с толщиной стенки 3 мм и длиной 60 см. В центре каждого устанавливалась U-образная скоба с резьбой на концах, с помощью которой уголок крепился к мачте. Уголки располагались на мачте один над другим и прочно держали распорки на протяжении нескольких выездов в поле. Но у узла был и один недостаток. Каждый раз при сборке антенны требовалось устанавливать по шаблону угол "крестовины" (72°), который при затягивании U-скоб постоянно пытался "улизнуть". Впоследствии этот узел был доработан, и уголки были надёжно закреплены винтами М6 на общей четырёхмиллиметровой дюралюминиевой пластине размерами 70x130 мм. Вид узла представлен на фотографии рис. 2.

Рис. 2. Вид узла

Каждая распорка (удилище) крепится к крестовине с помощью двух червячных хомутов. В местах установки хомутов распорка предварительно обмотана резиновой лентой, вырезанной, например, из негодной велокамеры. А резиновая лента, в свою очередь, закреплена посредством нескольких витков ПХВ-изоленты.

Чтобы упростить и ускорить сборку антенны, очень важно разметить на распорках (например, краской разных цветов) точки крепления её активных элементов. Способы крепления здесь могут быть разные - хомуты, липкая лента, пластиковые стяжки, защёлки и т. д. Главное, чтобы выбранный способ обеспечивал невозможность перемещения проволочного элемента по распорке. У меня в этих местах дополнительно просверлены отверстия диаметром 2,5 мм, через которые при сборке антенны пропускаются отрезки миллиметрового эмалированного медного провода. Концы этого провода загибаются вверх и перекручиваются друг с другом, образуя небольшие хомутики для крепления элементов антенны в местах перегиба.

На рис. 3 представлены чертежи вибратора, рефлектора и линии питания. Размеры вибраторов и рефлекторов, а также положение меток, где проволочные элементы сгибаются и крепятся к распоркам, указаны в табл. 1 и табл. 2 соответственно. Как уже отмечалось, совместно с метками на распорках это упрощает и ускоряет сборку антенны, обеспечивая конструкции симметричность. Следует учесть, что в табл. 1 указана только половина длины диполя. Вторая половина аналогична.

Рис. 3. Чертежи вибратора, рефлектора и линии питания

Таблица 1

Таблица 2

На концах элементов образованы петли, закреплённые с помощью проволочных бандажей. В петли при сборке пропускается леска, которая стягивает концы элементов друг с другом. Бандажи и метки на проводах элементов выполнены плотной намоткой четырёх витков медной проволоки диаметром 1 мм.

На вибраторах с одной стороны вместо петель припаяны кольцевые клеммные наконечники под винты М4. С помощью наконечников вибраторы одноимённых диапазонов крепятся к изоляторам, образуя полноценные диполи (вибраторы диапазона 28 МГц крепятся к плате "балуна").

Линии питания также выполнены проводом П-274М и удерживаются параллельно друг к другу в непосредственной близости отрезками термоусаживаемой трубки. При этом ухудшения КСВ по диапазонам не отмечается. Главное, не допускать перекручивания линий, иначе работа антенны нарушится. К концам проводов линий также припаяны кольцевые клеммы под винты М4, а на плате изоляторов установлены винты М4 с гайками для крепления половинок вибраторов и линий питания.

Длина провода для вибраторов берётся на 10...15 см больше, образуя отводы для настройки антенны. Укорачивая их длину, можно точнее найти минимум КСВ в нужном участке диапазона. Антенна оказалась не слишком узкополосной, как предполагалось. Поэтому эффект от регулировки их длины выражен незначительно. Но так как кусать проводник легче, чем наращивать, решено было их оставить. В итоге от первоначальной длины 10...15 см на моей антенне остались отрезки длиной 4...5 см. Если настройкой антенны заниматься нет желания или возможности, рекомендую сразу укоротить их по длине до 5 см. Думаю, что КСВ в этом случае не превысит значения 2 ни на одном из диапазонов.

Пайка кольцевых наконечников к проводу П-274М обычно не вызывает проблем, если провод не старый (не потемневший). Пайку следует производить быстро, с достаточным количеством флюса, так как изоляция быстро плавится. Не лишними будут здесь и разноцветные термоусаживаемые трубки. Это поможет при сборке антенны не перепутать элементы одноимённых диапазонов и линий питания (их длины несколько отличаются) и сэкономит время.

Изоляторы размерами 20x40 мм и плата "балуна" размерами 50x90 мм выполнены из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Их эскизы представлены на рис. 4. Для снятия статических зарядов на плате "балуна" параллельно зажимам питания установлен резистор МЛТ-2 100 кОм. "Балун" и кабель питания крепятся к плате пластиковыми стяжками. Намотка "балуна" выполнена классически - 5+5 витков кабелем RG-58 C/U на противоположных сторонах ферритового кольцевого магнито-провода FT-140-61 фирмы Amidon. Можно, наверное, применить и отечественный магнитопровод проницаемостью 200...600 соответствующего типоразмера.

Рис. 4. Эскизы изоляторов и плата "балуна"

У одной из обмоток в качестве вывода оставлен отрезок кабеля длиной около 1,2 м, к которому припаян разъём SO-239. Он механически крепится вверху мачты так, чтобы "сползание" было невозможным. Разъём служит для подсоединения к более толстому кабелю (к примеру, RG-213), идущему вниз к трансиверу. Применение тонкого кабеля от "балуна" к мачте вызвано стремлением уменьшить массу и соответственно провисание вибраторов в центре. С другой стороны, потери в тонком кабеле достигают 1 дБ на частоте 28 МГц уже при длине около 10 м, и применять его в качестве полной длины фидера к трансиверу чревато потерями. Можно, конечно, использовать дополнительную распорку длиной около 1,2 м от мачты к плате "балуна". Тогда более толстый кабель может быть подведён непосредственно к "балуну", где целесообразно, в этом случае,установить ВЧ-разъём.

Сборку антенны лучше всего производить на короткой вертикальной мачте (1,5...2 м), надёжно закреплённой в основании. Очень удобно, если это будет первое "колено" выдвижной мачты. Установив распорки, закрепляют рефлектор и вибратор диапазона 28 МГц, затем диапазона 21 МГц и последним - 14 МГц. Подсоединив концы вибраторов к изоляторам (вибратор 28 МГц - к "балуну"), производят подключение питающих линий. После этого слегка подтягивают (лучше всего одновременно, с обеих сторон) и связывают концы однодиапазонных элементов леской. В этой операции главное не переусердствовать - не изогнуть удилища и не оставить элементы антенны свисающими. Кстати, как показала практика, при разборке антенны эти же куски лески лучше отвязывать только с одной стороны, что упростит последующую сборку (или изготовить эти соединения на основе мини-карабинов). Чтобы концы удилищ не провисали, их можно подтянуть с помощью лески или шнура к выступающей вверх на 0,5... 1 м трубе мачты.

На сборку и установку антенны требуется менее двух часов. Для распорок подходят четыре удилища длиной 5...6 м из стеклопластика (или стеклопластиковые трубы), обрезанные до длины 3,7 м. Масса антенны с полотнами, выполненными из полевого провода П-274М (без мачты и кабеля питания), чуть больше 3 кг, поэтому её легко можно поднять в одиночку на лёгкой выдвижной мачте. Для вращения антенны, при необходимости, можно применить недорогое поворотное устройство для ТВ-антенн. Как показала практика, антенна довольно хорошо работает, чётко проявляя свою направленность, уже на высоте около восьми метров, поэтому её параметры в табл. 3, взятые из программы "MMANA", приведены для этой высоты установки над "средней" по проводимости землёй. Понятно, что чем выше, тем лучше, но для полевых условий вряд ли подходит большая и тяжёлая мачта.Вперёд/вбок (dB)

Полоса частот при КСВ=2, кГц

Идея создания очень легкой и портативной направленной KB антенны, изготовленной из проволоки и растягиваемой между телескопическими стекло-пластиковыми удилищами, хоть и не нова, но все чаще привлекает внимание радиолюбителей. Немецкий коротковолновик Корнелиус Поль (DF4SA) предложил вариант конструкции, в которой на одной раме из четырех удилищ размещены три проволочные антенны "волновой канал" - две трехэлементные на диапазоны 20 и 15 метров и одна четырехэлементная на диапазон 10 метров. Антенна, несмотря на портативность и небольшой вес, имеет очень хорошие характеристики по КНД и диаграмме направленности. Интерес к антенне DF4SA большой, поэтому с разрешения ее создателя мы приводим описание "Спайдера".

Введение. "Спайдер" ("Паук") - это полноразмерная трехдиапазонная, очень легкая антенна, построенная из стекло-пластиковых удочек и проволоки. Полный вес антенны около 5,5 кг делает ее идеально подходящей для использования в полевых условиях. Фотография антенны, поднятой на десятиметровой алюминиевой мачте, показана на рис. 1.

Для антенны годятся любые легкие телескопические мачты и поворотные устройства от телевизионных антенн. Ветровые нагрузки на антенну невелики. Она легко собирается и устанавливается одним человеком. Габарит сложенной и упакованной антенны не превосходит 1,2 м. Упрощенный (директоры и рефлекторы в одной плоскости) эскиз ее конструкции представлен на рис. 2.

По выигрышу (усилению) G и отношению излучений вперед/назад (F/B) "Спайдер" не уступает другим полноразмерным антеннам, в том числе и стационарным. Допустимая мощность излучения в непрерывном режиме составляет 2 кВт. Основные данные антенны приведены в таблице 1.

Главная задача при установке антенны - зто поднять ее на максимально возможную высоту. Антенны даже с малым выигрышем, поднятые на большую высоту, дают лучший сигнал, чем антенны с большим выигрышем, но установленные на малой высоте. Малый вес "Спайдера" облегчает его подъем на большую высоту. Упрощается и выбор оптимального места установки. Антенну удобно использовать в путешествиях, устанавливать на вершинах окрестных гор, на островах, башнях замков и маяков и даже на любой крыше. Этим антенна выгодно отличается от обычных тяжелых трехдиапазонных "бимов".

Сборка антенны проста, в конструкции не используются какие-либо особые сложные элементы. Отсутствие процедуры настройки делает антенну доступной для новичков. Стоимость материалов для изготовления антенны невелика, и можно еще сэкономить на мачте и поворотном устройстве.

Разработке антенны способствовало знакомство с оригинальным и изящным решением Дика Берда (G4ZU), предложившего свою "Птичью Яги" - трехэлементную антенну "волновой канал" с V-образно изогнутыми проволочными директором и рефлектором. Ее называют еще "Лук и стрела". Однако в литературе не было описаний многодиапазонных конструкций, поэтому DF4SA пришлось взяться за самостоятельную разработку. После бесчисленных попыток компьютерного моделирования, наконец, удалось получить виртуальную антенну, удовлетворяющую поставленным требованиям.

Оставались конструктивные, механические проблемы: антенна должна была быть легкой, но жесткой, обеспечивать защиту от влаги, иметь повторяющиеся электрические характеристики независимо от того, сколько раз ее собирали и разбирали. Сборка не должна была быть сложной и требовать каких-то особых инструментов. Все эти требования были выполнены, и автор получил большое удовольствие, наблюдая, как антенна легко вынесла жестокий шторм при работе из СТЗЕЕ во время CQ WW CW CONTEST 2002 года.

Основные принципы построения антенны . "Спайдер" - это волновой канал для диапазонов 10, 15 и 20 метров. Она образована тремя как бы вложенными одна в другую проволочными антеннами, растянутыми на общей крестовине ("пауке") из стеклопластика. Эти антенны, в свою очередь, содержат три элемента для диапазона 20 метров, три элемента для диапазона 15 метров и четыре элемента для диапазона 10 метров.

Активный элемент антенны состоит из трех индивидуальных диполей для диапазонов 20, 15 и 10 метров, соединенных между собой лишь в точке питания. В результате никаких катушек или контуров ("трапов") в конструкции антенны не используется. Для перехода от несимметричного коаксиального кабеля к симметричному диполю использовано несложное и широкополосное дроссельное устройство, предложенное W2DU. Это делает систему питания очень простой и надежной. Никаких фазирующих линий или иных согласующих устройств не требуется.

Общий эскиз антенны (вид сверху) и установочные размеры элементов (в сантиметрах) показаны на рис. 3.

Длины проводов (в сантиметрах) пассивных элементов антенны приведены в таблице 2.

Необходимо заметить, что указанные данные справедливы лишь при изготовлении антенны из медного или омедненного провода диаметром 1 мм без изоляции. Другие типы проводов, особенно изолированных, потребуют некоторой коррекции размеров элементов, что связано с изменением коэффициента укорочения, зависящего, в свою очередь, от скорости распространения волн вдоль провода. Коррекция может оказаться необходимой и при использовании изоляторов на концах проводов антенны.

Выдержать точные размеры антенны при ее изготовлении очень важно. Ошибка даже в один сантиметр (!) приведет к изменению параметров. Из сказанного следует, что провода антенны не должны вытягиваться под нагрузкой. Лучше всего использовать омедненную стальную проволоку, данные о которой можно найти в . Когда первый экземпляр антенны был выполнен из обычного мягкого медного провода с эмалевой изоляцией, некоторые элементы при сборке-разборке антенны вытягивались даже на 10 см, отчего резонансные частоты "уходили" и диаграмма направленности ухудшалась. Особенно страдало отношение излучений вперед/назад.

Конструкция активного элемента показана на рис. 4. Он состоит из трех диполей, которые должны быть расположены в вертикальной плоскости, строго один над другим. Также как и в случае других многодиапазонных диполей, чем дальше они расположены друг от друга, тем меньше их взаимодействие.

Расстояние между верхним диполем диапазона 20 метров и нижним диполем диапазона 10 метров должно быть около 50 см. Также важно, чтобы диполь диапазона 10 метров был протянут хотя бы в нескольких сантиметрах от стеклопластиковой несущей трубы. В противном случае КСВ может несколько изменяться, когда стеклопластиковое удилище станет мокрым от дождя. Длины диполей (в сантиметрах) даны в таблице 3.

Симметрирующее устройство ("балун") может быть очень простым, поскольку входное сопротивление антенны в точках питания уже близко к 50 омам. Следовательно, никакого согласования сопротивлений не требуется. Все, что нужно, это перейти от несимметричного коаксиального кабеля питания к симметричной антенне. Поэтому вместо того тороидального трансформатора оказалось возможным применить в этой антенне простой дроссель из коаксиального кабеля.

Простейшая версия дросселя из коаксиального кабеля - катушка из нескольких витков (5... 10) непосредственно около точки питания. Однако работа такого дросселя сильно зависит от частоты, типа самого кабеля, диаметра и длины катушки. Другая проблема возникает, если диаметр намотки меньше допустимого для данного типа кабеля - со временем параметры кабеля ухудшаются.

Гораздо лучшее решение - использовать коаксиальный дроссель, описанный W2DU . Надо взять отрезок тонкого коаксиального кабеля и надеть на его внешнюю изоляцию несколько (от 16 до 50, в зависимости от типа) ферритовых колец, которые эффективно увеличивают полное сопротивление для токов, текущих по внешней поверхности оплетки. В результате чего эти токи значительно уменьшаются. Если использовать отрезок кабеля с фторопластовой (тефлоновой) изоляцией, то допустимая мощность, подводимая к антенне, может достигать двух киловатт.

Отрезок кабеля с надетыми на него ферритовыми кольцами помещается в водонепроницаемую коробку, выполненную из коробчатого пластикового профиля с крышкой. На одном конце коробки монтируется стандартный кабельный разъем типа S0239, на другом - два болта для подсоединения половинок активного элемента. Конструкция симметрирующего устройства со снятой крышкой показана на рис. 5.

Устройство выполняет и еще одну функцию: прикрепленное к мачте, оно приподнимает точку питания активного элемента над центральным соединением несущих стеклопластиковых элементов.

Конструкция антенны . Ее основой служит центральное соединение, показанное на рис. 6.

Оно изготавливается из двух квадратных пластин листового дюралюминия и четырех отрезков труб (рис. 7), в которые вставляются несущие стеклопластиковые элементы.

Трубы зажимаются между пластинами восемью винтами, продолговатые отверстия в пластинах позволяют отрегулировать соединение под конкретный диаметр мачты, который может быть от 30 до 60 мм. Соединение дополнительно жестко крепится к мачте отрезком П-образного дюралюминиевого профиля (он прикреплен двумя болтами к верхней пластине) и U-образным хомутом с гайками. Конструкция центрального узла обеспечивает расположение центра тяжести антенны точно по оси мачты, что уменьшает нагрузки на мачту и поворотное устройство.

Несущие стеклопластиковые элементы длиной по 5 м представляют собой нижние секции девятиметровых стеклопластиковых удилищ. Для придания жесткости всей несущей конструкции использован ряд растяжек, изготовленных из кевларовой струны диаметром 1,5 мм - метод, хорошо известный со времен парусного флота. Струна выдерживает на разрыв до 150 кг. Кевлар хорош тем, что он практически не растягивается, и антенна сохраняет свою форму при вращении и при значительных ветровых нагрузках. Конфигурация растяжек показана на рис. 8. Для их крепления рекомендуется использовать парусные узлы, которые хорошо держат нагрузку и легко развязываются при демонтаже антенны.

После сборки несущей конструкции к ней легко и быстро присоединяются проволочные элементы. В местах их изгиба, а также на концах, на элементы надеваются короткие отрезки пластиковых изоляционных трубочек.

Результаты и технические данные . Антенна была поднята на десятиметровой мачте в открытом месте, и ее параметры были тщательно измерены. Оказалось, что использованные омедненные стальные провода диаметром 1 мм не требуют введения коэффициента укорочения, и данные, полученные при компьютерном моделировании, можно использовать непосредственно при изготовлении антенны. Оказалось также, что изоляторы на концах проводов (полиамидные трубочки длиной 4 см, заполненные эпоксидной смолой) заметно влияют на резонансную частоту элементов, понижая ее примерно на 100...200 кГц. Этот эффект надо принимать во внимание, соответственно укорачивая провода.

Результаты измерений выигрыша и отношения излучений вперед/назад и вперед/вбок приведены в таблице 4. Значения выигрыша приведены относительно изотропного излучателя, а в скобках - относительно диполя. Получены примерно такие же значения, как и для типовой современной трехдиапазонной антенны с длиной несущей траверсы (бума) 6...7 м.

Значения отношения излучений вперед/вбок несколько меньше, зто обусловлено тем, что активные элементы не лежат в одной горизонтальной плоскости с пассивными. Однако в этом есть и некоторое достоинство: при поиске по диапазону оператор, хотя и слабо, но слышит сигналы, приходящие с других направлений.

В качестве примера на рис. 9,а приведены диаграммы направленности антенны на частоте 14,12 МГц в азимутальной и вертикальной плоскостях, рассчитанные с помощью программы моделирования антенн NEC. Расчет произведен для высоты установки антенны 10м над поверхностью Земли. На рис. 9,б даны аналогичные диаграммы направленности при установке антенны на высоте 20 м. Графики рис. 9,в показывают зависимости выигрыша и отношения излучений вперед/назад от частоты.

При полевой работе в различных экспедициях "Спайдер" полностью оправдал возлагавшиеся на него надежды.

Дальнейшую информацию об антенне и подробное описание технологии ее изготовления можно найти на сайте DF4SA . Некоторые полезные обсуждения конструкции, а также перевод описания на другие языки имеются на сайте . Антенна моделировалась и с помощью программы моделирования антенн MMANA. Полученные результаты мало отличаются от приведенных выше.

Литература

1. dx-wire.de.
2. Walter М. М., W2DU QST, 1983, № 3.
3. qsl.net/df4sa/index_spider.htm.
4. groups.yahoo.com/group/spiderbeam

Смотрите другие статьи раздела .

Вначале немного истории.

Создание этой антенны прямо таки «назревало» в 90-х годах прошлого века. Так мне попадались статьи, которые наталкивали на мысль создания такой антенны. К одной из них можно отнести статью Дика Берда (G4ZU) - «JUNGLE JOB, или Новые технические принципы конструирования компактных бимов». .

Другой публикацией напоминающей антенну Спайдер была статья Свердловского радиолюбителя UA9CR, опубликованная в Радиолюбительском бюлетне №6/14 от 15 марта 1990 года, издаваемом Петрозаводским клубом «Кивач». .

Не правда – ли, форма 3-х элементной YAGI, сходна, с антенной Спайдер. Но все это вокруг, да около. То два элемента, то один диапазон.

Предполагаю что с бурным развитием компьютерной техники и с развитием программ по моделированию антенн, «у них там, на западе» - DF4SA удалось рассчитать и воплотить в «железе», а также популяризовать - реально работающую ногодиапазонную антенну, которую он назвал SPIDER BEAM. А после публикации описания этой антенны в журнале Радио и с развитием Интернета в России, антенна Спайдер снискала себе популярность, в силу своей простоты, дешевизны и хорошей повторяемости и у нас в стране.

Практические работы.

После длительного периода (начиная с 2003) изучения документации на антенну Спайдер , ознакомления с различными статьями, относящимися к этой антенне и приобретения необходимых комплектующих, у меня в 2007 появилось время и возможность приступить к постройке SPIDER BEAM.

За основу я взял конструкцию UA0SGY , естественно с изменениями, учитывающими мои средства и возможности, а также мое конструкторское виденье некоторых узлов антенны. Так трубы крестовины я не стал сверлить как у UA0SGY, а закрепил их на стойке посредством дюралевой пластины и U-образных шпилек. На стойке закрепил текстолитовую пластину для крепления центральной части вибраторов, это узел аналогичен конструкции UA0SGY, лишь с той разницей, что был установлен разъем СР-50, для подключения фидера.

Основание крестовины – дюралевая труба свободно одевающаяся на верхнюю секцию мачты. В качестве последней использовался телескопическая мачта - ДЛЯ4.115.002. .

Для изготовления шестов антенны были закуплены семи метровые китайские удочки, которые на поверку оказались не семи метровыми. У четырех закупленных удочек длина варьировалась от 6400 до 6800. Тем не менее, последние две секции удочки, пришлось убрать, ввиду слабости их конструкции. А недостающую длину наращивать за счет труб крестовины.

При сборке шестов, оказалось, что места сочленения секций необходимо укреплять, иначе шесты от вибрации при ветре самопроизвольно складываются. Я места сочленения секций обматывал ПХВ изоляционной лентой и сверху обжимал автомобильным хомутом.

Все элементы антенны выполнил из полевика по размерам, опубликованным в авторской документации. Растягивал элементы антенны капроновым шнуром диаметром 2 мм., а шесты растягивал капроновым шнуром диаметром 4 мм. Крепеж элементов, растяжек к шестам выполнен как у UA0SGY, посредством автомобильных хомутов и петель из стального провода диаметром 1,5 мм.

Собранная на земле антенна, как уже указанно выше, поднята на рабочую высоту телескопической мачтой . Роль верхнего яруса оттяжек мачты выполнял INVTRTED VEE на 40/80-и метровый диапазон. . Средняя часть мачты была растянута капроновым шнуром диаметром 4 мм., а нижняя секция мачты закреплена штатными растяжками.

После поднятия антенны на рабочую высоту (около 10 м.) были произведены замеры КСВ по диапазонам и снята диаграмма направленности. Несмотря на то, что резонансы антенны находились в верхних участках диапазонов, ее широкополостность вполне отвечала моим требованиям. Практическая работа в эфире подтвердила хорошую ее работу.

Антенна простояла четыре месяца и в октябре после очередного шторма рухнула, при этом был сломан один шест (удочка).

Данная «авария» ни коим образом не относиться к конструкции антенны. Слабым местом оказалась верхняя секция мачты. Вращалась антенна по азимуту - посредством веревки, которая отвязалась, и результат виден на прилагаемых фото.

После ремонта шеста антенна была собрана снова, а так как наступил сезон осенне-зимних штормов, то я не рискнул ее устанавливать на мачту, приподняв ее подручными средствами на высоту где-то 3 – 4 метра. Как ни странно с такой высотой антенны на трансивер Icom 706mk2g я свободно проводил связи с европейской частью материка. В таком виде антенна проработала почти месяц.

Еще в процессе сборки я перетянул один из хомутов, до специфического потрескивания шеста. В надежде на «авось» не стал тогда менять секцию. Очередной шторм нашел слабое место. Поломался «цельный» шест в ожидаемом мной месте.

Так как времени и материала для очередного ремонта не было, я взял концы элементов антенны свел в один узел и при помощи колышка воткнул в снег. Таким образом, основание и одна половина элементов антенны находилась на высоте где-то 2 метра, а вторая половина элементов антенны плавно спускалась к земле.

В таком виде антенна простояла до весны следующего года, и на ней проводились связи с европейской частью материка. Правда по эффективности она соответствовала или чуть превосходила в направлении основного лепестка излучения - INVTRTED VEE на 40/80 метровый диапазон стоящей неподалеку.

В начале лета у меня появилось время и материалы что бы вновь восстановить антенну, что и было сделано.

Восстановленная антенна вновь заняла свое место на отремонтированной и усиленной мачте, все лето, радуя меня своей работой.

Сильнейший ураган «Густав» прошедший в начале сентября добрался и до нас. Шест, за который производился поворот антенны, обломался.

А когда я опускал антенну, у помощника (не радиолюбителя) зазвонил телефон, он бросил оттяжки и антенна «грохнулась» в месте с мачтой. Превратившись в груду палок.

Антенна Спайдер изготовленная из китайских удочек ломалась по причине:

1. В первом и последнем случае поломки, была неправильно привязана веревка, за которую вращалась антенна. В результате в первом случае обломалась верхняя секция мачты, что привело к поломке всей антенны. В последнем случае поломки, порывами ветра обломало шест в месте крепления веревки. И лишь некомпетентность помощника привела к поломке антенны в целом;

2. Во втором случае поломки, была пережата хомутом секция шеста, считай, нарушена прочность секции.

Хотя история и не приемлет слагательных наклонений, все же предположу, если для вращения применить поворотное устройство, то поломок изложенных в первом пункте удалось бы избежать, соответственно не было бы и поломок изложенных во втором пункте.

Для мобильного варианта антенна Спайдер изготовленная из китайских удочек вполне подходящий вариант: легкая, довольно быстро собираемая. В случае применения китайских удочек для изготовления стационарного варианта, внутрь шестов надо проложить капроновый шнур и «задуть» монтажную пену, а еще лучше применить «палки» от R-QUAD. Не лишнее будет дополнительно покрасить шесты краской для наружных работ – т.е. устойчивой к ультрафиолету.

1. Дик Берд (G4ZU) - «JUNGLE JOB, или Новые технические принципы конструирования компактных бимов».

2. Радиолюбительский бюлетнь №6/14 от 15 марта 1990 года, издаваемый Петрозаводским клубом «Кивач».

3. Корнелиус Поль (DF4SA) – Трех диапазонная направленная антенна «Спайдер». Ж-л Радио №9 2003г. стр. 64-67.

4. htth://www.qsl.net/df4sa/index_spider.htm

5. Валерий Габдуллин (UA0SGY); Конструкция сборочного узла антенны SPIDER; cqham.ru.

6. Ищется паспорт на алюминиевый военный полутелескоп 10 м; cqham.forum.ru.

7. Ю. Жомов (UA3FG) - Антенна для любительской радиосвязи.; ж-л Радио №4 1968г.; стр.13-14