Вітростійка і міцна, багатодіапазонними антена DELTA - ROOST
Займаючись питаннями підвищення міцності і вітростійкості радіоаматорських антен, я прийшов до закономірного висновку: Стійкого буде така антена, центр всіх мас якій буде знаходиться нижче точки кріплення розтяжок. У цьому випадку навіть сама громіздка антена буде переносити ураганні вітри набагато легше, ніж антена, у якій вся маса конструкції зосереджена вище розтяжок. За основу для розрахунків було взято антена 2EL DELTA LOOPS. "Дельта" в тому вигляді, в якому вона описана в багатьох джерелах, виконана таким чином, що її центр мас знаходиться набагато вище точки фіксації. Перші розрахунки показали, що розміщення розтяжок щогли всього на 5 -10 відсотків вище центру мас дозволить антені встояти при вдвічі більше сильному вітрі при тих же конструкційних матеріалах щогли і розпірок. І чим більше вертикальний розмір антени, тим вище повинна бути точка кріплення розтяжок. У цьому випадку конструкція антени повинна дозволяти кріпити відтяжки як би всередині обсягу антени. З відомих рамкових антен таким вимогам задовольняє тільки "подвійний квадрат", встановлений "на їжаках". Звичайно, це дещо знижує електричні параметри, зокрема співвідношення фронт / тил, але надійність таких антен буде значно вище.
Ось за таким принципом і розроблена нова конструкція багатодіапазонними антени Delta roost (Дельта - сідало). Таку назву найбільш повно відображає кількість "угнездился" на ній діапазонів. (Н.Філенко)
Чому саме антена з трикутними елементами, а не квадрати? Спробую пояснити це "без вищих матерій". Справа в тому що в формуванні діаграми спрямованості в горизонтальній площині "бере участь" кожна елементарна точка рамкової антени. І чим більше горизонтальний розмір рамки, тим вже пелюстка діаграми спрямованості в горизонтальній площині. Але оскільки ми ведемо мову про рамках з однаковим периметром, то квадратна рамка в цьому випадку дещо поступається трикутної, внаслідок того, що її розмір в горизонтальній площині менше. Для квадрата сторона дорівнює ¼ довжини хвилі, а у трикутника сторона дорівнює 1/3 довжини хвилі. Радіоаматори вже помітили цю різницю і успішно експлуатують трикутні елементи.
Повернемося до нашої конструкції. Відмінність цієї антени від "нормальних" Delta loops полягає в тому, що розпірки, що забезпечують потрібну форму елементів, опущені вниз під кутом 45 градусів а точка їх кріплення піднята вгору майже на 8,5 метрів.
Що це дає? По-перше: тепер ми маємо можливість закріпити розтяжки щогли вище майже на 8 метрів! По-друге: тепер центр мас антени знаходиться значно нижче точки кріплення розтяжок, а це призведе до стійкості всієї конструкції. По-третє: висота "вільно хитається" частини антени зменшилася з 12,5 метрів до 5 метрів! І по-четверте: розміщення розпірок під кутом 45 градусів знижує поперечні зусилля, діючі на них, що також підвищує загальну міцність, навіть при застосуванні довших розпірок.
Тепер ми можемо застосувати на практиці ще один закон геометрії: Закон жорсткості фігур, який стверджує, що найжорсткіша фігура - трикутник.
Основним несучим елементом в нашій антені є верхня траверса, до якої кріпляться всі трикутні елементи антен. Додаткову жорсткість і міцність конструкції можна задати лише двома бічними розтяжками, які закріпимо на кінцях розпірок. Для більш рівномірного натягу застосуємо варіант з основними несучими елементами (щогла, траверса, її розтяжка, нижні розпірки, рамка діапазону 40 м і 2 бічні розтяжки) і елементами, що не несуть навантаження (рамки інших діапазонів) Якщо подумки прибрати з загального вигляду рамки діапазонів 20 -10 м, то можна побачити, що конструкція повністю складається з трикутних (тобто жорстких) елементів.
Якщо натягнути бічні розтяжки, то натягнуться відразу всі елементи конструкції. Це необхідна умова для того, щоб наша антена прослужила довго і не скрипіла, а "співала" на вітрі. Крім того, розпірки тепер працюють "на стиск", так як результуючий вектор сили натягу розтяжок і елементів антени спрямований майже уздовж розпірок до щогли антени.
Розрахунки міцності показують, що стійкість до вітрових навантажень у такій конструкції в 2-3 рази вище, ніж у стандартно виконаної DELTA LOOPS. Стійкість до перекидання визначається міцністю щогли і її розтяжок. Механічна міцність в основному визначається міцністю траверси, крайніх елементів і бічних розтяжок.
характеристики антени
Діапазон частот: 40-20-15 метрів (можлива установка додаткових елементів на частоти 10, 18, 24 мГц)
Кількість елементів по 2 на діапазонах 40 -15 м (до 4-х на 13 і 10 м)
Коефіцієнт посилення 6-8 дБ (9-10 дБ на діапазонах 10 і 13 м)
Ставлення фронт / тил до 20 дБ.
Вхідний опір 50-75 Ом.
Максимальний радіус повороту 8,5 метра
Максимальна висота рамки 12,4 метра
Елементи і вузли антени.
Найбільш складним у виготовленні конструкції є хомут для кріплення розпірок. Він виготовляється з відрізка труби, по діаметру трохи більше діаметру щогли, довжиною не менше 7 см. І 4-х П-подібних скоб, які будуть тримати розпірки. Скоби виготовляються за розміром застосовуваних розпірок, за основу можна взяти показані на кресленні.
Сварка хомута проводиться на стапелі, на якому по діагоналі проведені лінії, співвісні з положенням розпірок. Стапелем може бути шматок рівного металу або навіть дерев'яна плита. Важливо забезпечити високу міцність зварювання і правильне положення скоб. Розпірки виконуються з рівних хлистів або брусків необхідної довжини. Можна зістикувати 2-3 хлиста за допомогою трубок. Товщину брусків не слід брати менше 40х40мм для діапазону 40 м і не менше 30х30мм для діапазону 20 м.
Можна застосовувати металеві труби, розбивши їх ізолюючими вставками на відрізки не більше 2,5 метрів кожен. Але металеві елементи погіршують коефіцієнт посилення і співвідношення фронт / тил.
Дерев'яні розпірки необхідно брати з добре просушеної деревини без сучків, перед установкою потрібно просочити їх оліфою і пофарбувати олійними фарбами. Довжина розпірок для діапазону 40 м - близько 12 метрів, але на міцність це не впливає, так як розпірки підтримуються всіма рамками антени, рівномірно по всій довжині. Головне завдання розпірок - тримати форму рамок. У кінцях розпірок свердлити поперечні отвори, в них будуть вставлятися кріпильні болти, що проходять крізь скоби. Ці кінці краще зміцнити металевим бандажем із сталевої стрічки товщиною 0,8-1,5 мм. Найбільш відповідальним елементом є верхня траверса.
Вона приймає на себе всю вагу антеною конструкції і зусилля натягу елементів, які забезпечують міцність антени. Траверса повинна виконуватися з цільної металевої труби, діаметром не менше 50 мм. До труби приварюються блоки для натягу елементів антени, поблизу щогли повинен знаходитися блок з такою кількістю шківів, щоб було достатньо для всіх планованих діапазонів. В крайньому випадку замість блоків можна встановити дротові петлі з гладкого дроту діаметром не менше 10 мм, в блоки або петлі заправляються леера, після чого траверса встановлюється на щоглі і закріплюється верхніми розтяжками.
Відстань між блоками відповідає відстані між рамками відповідних діапазонів. На даній конструкції можна розмістити 2 додаткові елементи на діапазон 10 м, як показано на малюнку і рамки WARC-діапазонів.
Дротові елементи особливостей не мають, за винятком елементів самого довгохвильового діапазону - їх міцність визначає міцність всієї конструкції, тому діаметр проводу для них повинен бути не менше 4-х мм. Краще застосувати біметалічний (сталемедний або сталеалюмінієвий) провід.
Основні розміри в плані зверху наведені на малюнку. Розміри трикутних елементів наведені в таблиці 1.
Підшипник для розтяжок особливостей не має, корпус підшипника повинен забезпечувати легкий поворот антени по азимуту і корозійну стійкість.
Збірка антени:
Перед складанням необхідно розмітити рамки всіх діапазонів так, щоб вийшли правильні трикутники. На початку на щоглу одягаються підшипник і хомут і закріплюються в потрібних місцях. На щоглу встановлюється траверса з пропущеними через блоки леєрами. Довжина лееров повинна бути достатньою для підйому елементів і можливості натягу елементів. Крайні трикутники закріплюються на траверсі без блоків, але обов'язково ізолюються від неї. В П-образні скоби хомута вставляються кінці розпірок і закріплюються за допомогою болтів.
Після цього можна встановлювати щоглу у вертикальне положення і кріпити розтяжками. Якщо дана конструкція буде підніматися на щоглі типу "Унжа", необхідно забезпечити відстань від редуктора до розтяжок не менше 4 метрів, причому краще використовувати цільну трубу для виготовлення всієї щогли.
Нижні кути крайніх трикутників (діапазону 40 метрів) міцно прикріплюються до розпіркам, після чого проводиться натягування бічних розтяжок. Сила натягу повинна бути такою, щоб крайні трикутники були натягнуті сильно, а розпірки не прогинається. У разі, якщо розпірки прогинаються або провисають, проводиться установка на місце рамок діапазону 20 метрів і додаткових бічних розтяжок, але натяг цих елементів має тільки ліквідувати прогин розпірок. Проводиться остаточне кріплення розпірок в П-образних скобах і затягування болтів. Тепер можна встановити трикутники інших діапазонів. Вони кріпляться нижніми кутами до розпіркам, а вершина за допомогою леера натягується до траверсі. Після достатнього натягу леер міцно кріпиться до хомута або спеціальним крюкам на щоглі. В процесі експлуатації ці елементи можна знімати або замінювати. Якщо розпірки недостатньо міцні і прогинаються, можна підсилити конструкцію додатковими бічними розтяжками.
Кабель живлення підходить до рамкам по одній з бічних розпірок, жила підключається до вертикального елементу, обплетення кабелю - до нижньої сторони.
Після закріплення всіх елементів можна робити настроювання рефлекторів по максимальному співвідношенню фронт / тил. Методика настройки антени аналогічна описаній в статті. Рекомендую для полегшення налаштування шлейфи діапазонів 30-10 метрів розмістити у верхньому кутку трикутника, тоді для настройки можна буде відпустивши відповідний леер, опустити весь цей елемент вниз і, подовживши або скоротивши шлейф, знову підняти його до траверсі. Шлейфи діапазону 40 метрів необхідно залишити внизу, тоді до них легко можна дотягнутися знизу.
Після складання перевірте, чи не зачіпають розтяжки щогли за елементи антени і розпірки і якщо необхідно - змініть положення кілків, забитих в грунт, або анкерів.
При розробці даної конструкції за основу були взяті розміри елементів антени "2 EL DELTA LOOPS", опублікованій в журналі "Радіохоббі" N5, 1999 рік, тому розміри рамок і узгоджувальних шлейфів наведені без зміни.
Табл 1. Основні розміри конструкції.
Діапазон частот, мГц
Сторона рамки Див
Відстань між рамками, (довжина травеси), см
Довжина розпірок від центра щогли, см
Довжина шлейфу рефлектора, см
7
1450
869
1197
100
10
1011
607
834
70
14
724
434
599
60
18
564
338
466
50
21
483
289
398
45
24
410
246
339
40
28
359
215
296
40
При встановленні додаткових елементів на 10 і 13 м відстані між усіма рамками відповідних діапазонів - однакові (див. Табл)
Якщо у вас немає можливості зробити повнорозмірну антену, ви можете зменшити її розміри за рахунок відмови від діапазонів 40 або 40 і 30 метрів, при цьому необхідно зменшити розміри розпірок і вибрати точку установки хомута їх кріплення.
Відстань від хомута до верхньої траверси і висота найбільшою рамки.
Діапазон частот (мінімальний) МГц
Висота рамки (см)
Відстань від розпірок до траверси
Довжина розпірки, Див
7
1240
515
1197
10
864
358
834
14
619
257
599
Як видно з цієї таблиці при побудові "дельти" на 10-20 метрові діапазони, розміри антени тільки трохи більше розмірів "подвійних квадратів", але при цьому конструкція виходить простіше і міцніше. Радіус повороту в цьому випадку буде всього 4,3 метра, і така антена може бути встановлена навіть на даху житлового будинку.
На основі ідей, закладених при конструюванні цієї антени можна побудувати бистроразворачіваемую антену для польових змагань.
Бистроустанавліваемая антена на частоти 14,18,21,24 і 28 мГц.
Антена призначена для використання в змаганнях, за ефективністю не поступається подвійним квадратах, але набагато простіше в збірці і розгортанні. Конструкція її видно на малюнку:
Всі основні розміри відповідають наведеним вище.
Деталі.
Щогла цієї антени може бути виготовлена з складовою щогли, яка застосовується в радіостанціях Р-140 (труби діаметром 55 мм, довжиною 150 см.)
Для виготовлення будуть потрібні такі труби в кількості не менше 8 штук, сталевий трос діаметром 4-6мм, дві труби діаметром 40 мм і довжиною 215 см для траверси, чотири розпірки довжиною 6 метрів, виготовлені з алюмінієвих труб діаметром 30-40 мм (або дерев'яні) і розбиті ізоліруюшімі вставками в місцях кріплення елементів і м'який мідний дріт для рамок антени. Провід для рамок діапазону 20 метрів є несучим, тому його потрібно вибрати діаметром не менше 4 мм. Решта рамки навантаження не несуть і діаметр проводу для них не є критичним.
Розпірки бажано зробити розбірними з довжиною відрізків не більше 2 метрів. Крім того, буде потрібно виготовити насадку з блоками на верхнє коліно щогли, і два шарніра, один для траверси, інший - для розпірок. Шарнір для розпірок аналогічний хомута для розпірок з попереднього опису, необхідно тільки скруглить кути скоб. І останнє, на самому нижньому коліні щогли необхідно встановити блоки з лебідкою для натягу троса. Лебідка повинна мати храповик для фіксації антени в робочому стані. Можна застосувати лебідку від верстата для антени Р-140. Трубу нижнього коліна необхідно прорізати вздовж для установки блоків.
При використанні 8-ми труб довжиною 1,5 метра нижній край антени буде знаходиться на висоті 4,5 метра від землі, а верхній на висоті 10,5 метрів, що не так і погано для польових умов і рамкової антени. Можна використовувати і більшу кількість труб, але таку конструкцію складніше піднімати у вертикальне положення.
Початкове збирання антени.
Зістикувавши труби на землі, на розмічених місцях (див. Табл 2) встановлюють і міцно закріплюють на трубах шарніри для розпірок і шарніри для траверси, а також підшипник для розтяжок щогли. На верхню трубу встановлюють насадку з блоками. До верхніх шарнірів прикріплюють половинки траверси, до нижніх - розпірки. Пропускають всередині труби сталевий трос (2 шт) і закріплюють кінці одного на одній, а іншого на інший половинах траверси, для чого кінці тросів зручно обладнати карабін, а на траверсах передбачити петлі. Другі кінці троса пропускають через нижні блоки і виводять назовні з труби. Відвівши половинки траверси до нижньої частини щогли, і уклавши троси в блоки, вирівнюють кінці тросів і закріплюють їх на барабані лебідки. До крайніх петель на траверсі (призначених для закріплення найбільших рамок) через ізолятор кріплять верхні кути найбільших рамок (20 метрового діапазону).
Нижні кути цих рамок також через ізолятори закріплюють на відповідних місцях розпірок. Встановлюють бічні розтяжки, не забувши пропустивши їх вище розтяжок щогли. На розпірках у відповідних місцях закріплюють нижні кути рамок інших діапазонів, а верхні кути за допомогою відрізків лееров кріплять у відповідних точках на траверсі. Рекомендую відрізки лееров вкоротити, а замість укорочених відрізків встановити гумові елементи від еспандера, тоді елементи завжди будуть рівно натягнуті до щогли.
Перевіривши положення тросів на блоках і злегка натягнувши їх за допомогою лебідки, приступають до підйому щогли. Щогла обережно піднімається у вертикальне положення, при цьому необхідно стежити, щоб не заплуталися елементи антени, які не пошкодилися розпірки і не зіскочили троси з блоків.
Після установки розтяжок щогли можна приступати до розгортання антени. Для цього роблять натяг тросів лебідкою, при цьому спочатку потрібно злегка відвести траверсу від щогли. Зі зменшенням довжини троса половинки траверси будуть підніматися в горизонтальне положення, піднімаючи все елементи антени і розпірки. Коли траверса займе горизонтальне положення, розпірки будуть перебувати під кутом 45 градусів, а нижні сторони елементів і бічні розтяжки не даватимуть підніматися розпіркам вище. Якщо продовжити натяг тросів, будуть натягатися всі основні несучі елементи (рамки діапазону 20 метрів, бічні розтяжки, траверса, троси). Одночасно натяг тросів всередині щогли створить напругу в самій щоглі і підвищить тим самим її міцність на вигин (згадайте антену Куликова). Антена прийняла робоче положення. Закріпіть рукоятку лебідки, щоб запобігти мимовільне складання антени. Тепер перевірте правильність натягу всіх внутрішніх рамок і зробіть настройку антени.
Збірка антени в транспортний стан:
Обережно звільнівші рукоятку лебідкі и храповик, ослабляйте потроху троси. Під власною вагою половинки траверси будуть опускатися вниз і дадуть можливість опуститися розпіркам. Коли розпірки і траверса займуть нижнє положення, опустіть антену на землю. Зніміть і акуратно укладіть рамки, розтяжки щогли і бічні розтяжки. Відключіть половинки траверси і розпірки від шарнірів. Рассоедините труби, але не виймайте з них трос, а складіть труби гармошкою разом з ним. Якщо є можливість, расстикуйте розпірки на частини. Якщо тепер скласти все разом, вийде пакет довжиною 2 м 15 см, який можна транспортувати навіть на багажнику автомобіля.
Розгортання антени з похідного положення виробляється в зворотному порядку і займає не більше 20 хвилин.
Ще один варіант саморазворачіваемой антени можна виготовити на основі телескопічною щогли, використовуючи для цього ті ж елементи, що і в описаній конструкції. Відмінності - доведеться підібрати довжину тросів і кріпити їх прямо до одного з верхніх колін. Тоді при підйомі щогли антена буде розгортатися самостійно. Також доведеться підібрати положення траверси і розпірок на щоглі, щоб при складанні щогли не доводилося знімати шарніри цих елементів. На малюнку показаний спосіб кріплення розтяжки траверси для цього варіанту антени.
Під час підйому щогли верхнє коліно, висуваючи буде натягувати трос, який в свою чергу підніме траверсу в горизонтальне положення. Траверса підніме елементи антен і розпірки.
Програма для розрахунку антени DELTA-ROOST 36kb. Повний опис варіанта бистроустанавліваемой антени 186kb
Дальніх вам зв'язків!
література:
Н. Лаврека (UX0FF) "2 EL DELTA LOOPS", "Радіохоббі" N5, 1999 рік,
Б.Дяків (UX7LM), А.Дяків "КВ антени" вид. "Чумацький шлях"
А.Степанов "Шарнірні ляльки та іграшки" "Дитяча література".
Стаття призначена тільки для розміщення на сайті Кубанських радіоаматорів, будь-яке комерційне використання, розміщення на інших сайтах і сторінках в Інтернеті або друкованих виданнях без згоди автора заборонені.
Н.Філенко (UA9XBI), [email protected]
