Тривалий час шукав антену для домашнього використання. Так, щоб із середини квартири і не займала багато місця. Чому так? А тому, що живу у новобудові, де розміщення антени на фасаді буде не тільки порушення будівельних норм, але й спотворенням вигляду поки нового і красивого фасаду. Отож маю вибір – або антена на даху (а це близько 50 метрів фідерної лінії), або використовувати антену із внутрішньої сторони вікна. Поки вирішив зупинитись на другому варіанті.
Але тут є нюанси із металопластиковими вікнами
Не все просто із антеною на підвіконні. Сучасні металопластикові вікна мають у своєму каркасі металеві пластини і вони, як на зло, резонують із більшістю компактних антен, які знаходив. Найгірше з внутрішньої сторони вікна працює антена уда-ягі – коефіцієнт стоячої хвилі (КСХ) злітає до безкінечності, як тільки таку антену поставити на підвіконні. Трішки краще працює антена Ground Plane, яку деколи ще називають павуком. За певної відстані від вікна, антена має низький коефіцієнт стоячої хвилі (КСХ), але діаграма напрямленості викривлюється і ефективність антени виявляється досить низька.
Краще працює із внутрішньої сторони вікна антена HB9CV. КСХ зберігається менше 1,5 : 1 при відстані 9-12 см від вікна, а завдяки хорошій напрямленості ефективність зберігається високою. Мінусом буде ця ж напрямленість – для хорошого приймання сигналів необхідно постійно обертати антену, що незручно для моніторингу.
Шукаючи іншу альтернативу, натрапив на дводіапазонну антену типу Моксон від DK7ZB. Автор антени називає її компактною для портативного використання або балкону, що, власне, і зацікавило мене найбільше. Згідно оригінальної схеми, антена створювалась із алюмінієвих трубок діаметром 4 мм на поліпропіленовій трубі у якості основи. Доволі просто і дешево. А розміри дійсно компактні – висота всього 745 мм, а довжина 302 мм. Плюс те, що антена резонує на обох УХК діапазонах, остаточно додало її виготовлення у мої плани.
Виготовлення антени
Спосіб виготовлення придумав свій. Основним матеріалом взяв латунні трубки діаметром 6 мм, які колись придбав для J-pole антени. Чому латунні? Так, якщо глянути на ТОП матеріалів для виготовлення антен, то мідь і алюміній будуть кращими, але перший матеріал чутливий до умов використання, а другий – важко паяти. Латунь же досить стабільна, гнучка, а головне – паяється. Мого 200 Вт паяльника із масивним мідним жалом мало би бути більш як достатньо.
За основу, вона ж бум, вирішив взяти алюмінієвий кутник, тому, що виглядає воно надійніше за поліпропіленову трубу.
Як же закріпити латунні трубки до алюмінієвого буму, ізолювавши одне від іншого? Знаю, що радіоаматори друкують або замовляють друк на 3D принтері пластикових кріплень, це крутий метод, але хочу щось простіше. Тому вирішив скористатись іншим перевіреним методом, яким використовував при виготовленні антени HB9CV – припаяти трубки до фольгованого склотекстоліту. Але цього разу його “протравити”, оскільки місця кріплення до основи мають бути очищені від мідної фольги. Доволі просто, а головне – надійно. Для додаткової фіксації, вже після припаювання, запланував висвердлити отвори 2,5 мм і нанести різьбу М3, щоб посилити з’єднання трубки із склотекстолітом болтиками.
Процес виготовлення антени зайняв певний час. Спершу наніс потрібні розміри на наявні трубки. DK7ZB подає розміри, які, як він зазначає, означають центр використаних трубок. Отож, якщо потрібна довжина рефлектора 745 мм, то у моєму випадку вона повинна бути більшою на два радіуси – тобто на 3 мм зліва і 3 мм справа, сумарно 751 мм. Саме так і розмітив розміри елементів антени типу Моксон.
Антена Моксон це двохелементна антена із загнутими на 90° кінцями, що у загальному виглядає як прямокутник із трьома розривами – два між самими елементами і один по центру вібратора. DK7ZB, щоб отримати таку форму кінців, згинав алюмінієву трубку на 90°. Я ж обрізав кінці трубок по 45° і спаяв їх під прямим кутом. Спершу думав підсилити це з’єднання мідним дротом, проте банальне спаювання виявилось досить надійним.
Виготовивши рефлектор і вібратор на діапазон 2 метрів, відрізав із заготовок ще дві трубки для пасивних елементів на діапазон 70 см. Їхню довжину вже зробив такою ж, як подавав DK7ZB у таблиці розмірів, оскільки ніяких згинів там не потрібно робити.
Отож, усі елементи готові, то можна виготовити кріплення. Взяв фольгований склотекстоліт FR-4, вирізав три плати-кріплення – дві для припаювання одної трубки і одну для монтажу двох трубок, з врахуванням розриву вібратора. Тут трохи помилився із розмірами, але потім цю плату розрізав і зробив коротшою.
Далі на смужки наніс лак для нігтів. Ширина смужки фольги була якраз 6 мм, щоб мати достатню площу, яка б могла втримати трубку. Тоді ж витравив ці плати та висвердлив усі необхідні отвори.
Припаювання трубок до текстоліту зайняло трохи часу, власне через вирівнювання, яке не вдавалось із першого разу. Проте результат вийшов досить хорошим.
Після припаювання висвердлив отвір у трубці і наніс різьбу. Звичайно, ці болтики стають частиною елементів антени і будуть впливати на діаграму напрямленості, але вважаю, що краще їх таки сюди дати, щоб уникнути відклеювання фольги від склотекстоліту.
Результат по розмірах DK7ZB
Отож, антена готова, можна припаяти фідер і випробувати її. У якості фідера використав 2,5 метри коаксіального кабелю RG-58. Втрати фідерної лінії тут 0,78 дБ на частоті 430 МГц та 0,42 дБ на частоті 144 МГц. Так, кабель RG-58 не найкраще підходить для УКХ, але нехай він, ніж масивний RG-8.
Перші випробування на діапазоні 2 метрів виявились вдалими. КСХ на цьому діапазоні вийшло у межах від 1,2 : 1 до 1,0 : 1. Резонансна частота вийшла ~ 145,5 МГц, що відповідає кличній частоті на цьому діапазоні. Супер.
А от з діапазоном 70 сантиметрів у резонанс не попав. Спершу думав, що проблема у тому, що помилився на 6 мм у розміщенні переднього пасивного елемента, але після розрізання плати і зменшення тої відстані нічого не змінилось.
DK7ZB пише, що можна відналаштувати антену рухаючи пасивні елементи, але переміщення середнього елемента взагалі не вплинуло на резонансну частоту, а переміщення верхнього тільки зміщувало резонанс вгору.
Нехай, працює тільки на двійку, то перевіримо двійку. Зокрема із внутрішньої сторони вікна. Але і ця антена “втрачає” резонанс біля металопластикових вікон. Це було розчарування і остаточний вердикт, що антену на підвіконні використовувати не вийде!
А от зразу за вікном антена проявила себе чудово. Провів тестування із Едвардом UR3WEW, на 5 Вт потужності (3-4 Вт через втрати на фідерній лінії), він приймав мене на 3 – 5 балів на відстанні 70 км! На 10 і 50 Вт (8 і 40 Вт реальних) сигнал йшов на 5-7 балів. Я його приймав на 7 балів по шкалі S-метра, проте звук був такий, ніби із сусідньої кімнати – чіткий і виразний.
Тест зв’язку на діапазоні 70 см провалився – UR3WEW не приймав мене взагалі і я не приймав його теж.
Результати після модифікації довжини
Резонанс на частоті 450 МГц наводив на думку, що пасивні елементи повинні бути довші. Можливо, через те, що використав латунь, а не алюміній, можливо через алюмінієвий бум. Нехай, спробував виміряти КСХ, помістивши у середину латунних трубок мідний провід, так щоб він виступав на 15 мм. І за такої конфігурації резонансна частота вийшла 440 МГц. От воно що! З надією та ентузіазмом нарізав з тої ж латунної трубки діаметром 6 мм шматочки по 15 мм і припаяв їх на кінці пасивних елементів.
Але не так сталось як гадалось. Резонанс чомусь “втік” на 405 МГц. Тобто тепер довжина цих трубок завелика. Нехай, відрізати не припаювати – відрізав по 5 мм з кожного кінця. Тепер резонанс вийшов 416 МГц. Тобто, потрібно відрізати ще. Ріжу ще 4 мм, і резонанс виходить 436 МГц. Це вже краще, звичайно хотілось би 433 МГц, проте для цього необхідно відрізати ще кілька шматків по 8 мм, перепаяти і знову різати, поки резонанс не вийде оптимальним. Та я занадто лінивий для такого, то і 436 МГц мені підійде.
Отож, після доопрацювань, КСХ вийшов у межах від 1,3 : 1 до 1,0 : 1 на всьому діапазоні 70 см. Прекрасно!
Результати по КСХ-метру
Усі проведені вище заміри виконувались на NanoVNA-H, але цікаво зробити заміри із КСХ-метром у реальних умовах.
На частоті 144 МГц і потужності 50 Вт КСХ вийшов ~ 1,45 : 1.
На частоті 145 МГц і потужності 50 Вт КСХ ~ 1,25 : 1.
На частоті 146 МГц і потужності 50 Вт КСХ становило ~ 1,40 : 1.
На частоті 433,5 МГц і потужності 15 Вт (але реальних 11 Вт) КСХ ~ 1.10 : 1.
Тестування модифікованої антени
Тестування пройшло чудово. Зокрема вдалось провести зв’язок з тим же UR3WEW на потужності 15 Вт на частоті 433,5 МГц. Сигнал проходив із шумами і не відкривав шумоподавлення, проте слова були розбірливі. І це у тій самій позиції – зразу за вікном.
Окремо хочу відзначити різницю відносно розмірів, наданих DK7ZB. Висота антени у моєму випадку вийшла 753 мм замість 751 мм у DK7ZB. Довжина середнього пасивного елемента – 324,5 мм замість 315 мм. Довжина переднього елемента – 323 мм замість 313 мм. Тут таки схиляюсь до думки, що більша довжина цих двох елементів зумовлена використанням алюмінієвого буму, а не поліпропіленової труби.
Отож, маю тепер компактну антену, яка резонує на цікавих мені 145,5 МГц та 436 МГц. Остання, до слова, підходить для зв’язків через супутники, частоти яких у діапазоні 435-438 МГц. І таки жаль, що не вийде використати її із квартири, але отак за вікном теж непогано. Тепер потрібно придумати як поставити антену на даху, але це вже інша історія.