Технический КВ форум.

Комплекс приемных антенн Beverage
3 двунаправленных, переключаемых + 6 «фазированных»
Андрей Федорищев
www.RA6LBS.ru

А зачем они нужны?
На диапазонах 160-80 метров никакая антенна не может быть единственной, «самой лучшей»!
ни Yagi, ни Quad, ни 4 Square, не обеспечивают полноценного,
эффективного приема!
Почему?
местные и атмосферные источники помех;
азимут и углы места принимаемых сигналов;
Что должна сделать приемная антенна:
улучшить соотношение сигнал/шум;
для этого нужно иметь пространственную направленность;
ещё раз иметь направленность;

Почему Beverage ?
Плюсы:
cамая эффективная и простая для DX работы;
Минусы:
размеры;
самая «полезная» длинна это 2-3 λ, а значит требуется двухдиапазонное решение!
Важно:
всё что относится к простому Beverage, точно также относится к двухпроводному, переключаемому, двунаправленному Beverage!

Нужно не менее 6 направлений!

Простая схема расположения двунаправленных антенн RB2,
для приема 6 направлений

У всех ли есть столько места как наRW2F ?
8 антенн Bv, ящик коммутации «в центре», UA2FF

Двухпроводная, двунаправленная антенна Beverage – RB2
Первые упоминания в литературе:
E.Laport, Radio Antenna Engineering, pp.55-57
(New York; McGraw Hill Book Co., 1952)
V.Misek, Beverage Antenna Handbook
(W1WCR, 1985)
Это существенная экономия места, проводов, стоек, труда …

Упрощенная схема двунаправленной, переключаемой антенны RB2

Схема блоков согласования RB2

Расчёт трансформаторов
N1 = N3 = Z coax;
N2 = N8 = Z bev;
(N4+N5) = (N6+N7) = Z line
N4 = N5 = N6 = N7;
Rx N1 = 4 * Z coax = 200 Ом;

Блок согласования

Трансформаторы типа
“Best of the best” - бинокуляры

Блок нагрузки RB2,
вариант антенны «полёвка».

Антенна «Классика»

Антенна «Вертикальный модерн»

начало - конец …
Два варианта выполнения: на столбе и наклонно к земле.
зима 2003 года.

Классическая двухпроводка,
в лесу, QTH UA3TCJ

Но «правильная» антенна RB2 делается из ОДНОЙ «полёвки»!
И она переключается в ДВА направления!
осень, зима 2003- 2004 г.

Релейный коммутатор и пульт управления

Как Beverage L=174 м. работает?
На диапазоне 80 метров:
почти всегда превосходит 4Square !
иногда превосходит полноразмерный, вращаемый, «двойной квадрат», траверса на высоте 55 метров, по соотношению сигнал/шум;
часто прием ЛУЧШЕ, КОМФОРТНЕЕ, чем на «двойной квадрат»;
На диапазоне 160 метров:
всегда лучше четвертьволнового вертикала (39 метров)
Но захотелось ЕЩЁ ЛУЧШЕ! Что делать?

«Фазированные» антенны – следующий этап!
«Фазирование» – сложение (суммирование) сигналов 2х или более антенн, разнесённых в пространстве;
Плюсы:
большее усиление по сравнению с одиночным элементом;
изменение диаграммы во ВСЕХ плоскостях;
Минус:
Большая требуемая площадь;

«Базовый элемент –
антенна бегущей волны, Beverage»

Схема «Broadside», 2 х RB
- суммирование без фазового сдвига

Схема «Broadside», 2 х RB
- суммирование без фазового сдвига
Плюсы:
сужение диаграммы направленности;
усиление + 3db по сравнению с одиночным элементом;
возможно применения фазового сдвига при суммировании для «поворота» переднего лепестка;
Минусы:
требуется разнос элементов до 0,625 λ;
оптимальная по усилению двухэлементная антенна НЕ может быть двух диапазонной;
Важно:
идентичность и хорошее согласование входных импедансов антенн;

Схема «Stagger» 2 x RB
- суммирование с фазовым сдвигом
Плюсы:
небольшое увеличение занимаемой площади по сравнению с одиночным Bv;
значительно лучшее подавление «заднего» лепестка;
возможность реализации простого, широкополосного (октава!) «суммирования»;
возможность применения «дополнительного» фазового сдвига для «поворота» максимума затухания в заднем лепестке;
Минусы:
меньшее «реальное» усиление, чем в случае «Broadside»;

Схема «Stagger» 2 x RB
- суммирование с фазовым сдвигом

«Stagger I» - Cross Fire Phasing.
tnx W8JI

Блок “Stagger I”

Что можем сделать ?
Условия:
100 метров в «ширину» и 400 в «длинну» - соседний лес;
хочется максимум и на 80 и на 160;
Выбираем:
3 пары антенн «Stagger» со сдвигом 30/3 метров между элементами пары и расстоянием 45 метров между парами;

Решётка 3 х «Stagger»

Решётка 3 х «Stagger»
Плюсы:
оптимальное решение с точки зрения разносов 6 антенн для работы на двух диапазонах при имеющемся месте;
Хороший компромис расстояний в блоке антенн «Stagger», S=30 м.;
Почти максимум характеристик при суммировании «Broadside» - 2 пары Stagger на диапазоне 160 метров с разносом 0,5λ и три пары на диапазоне 80 метров;
Минусы:
без теодолита, 6 антенн Beverage длинной 330 метров, в лесу, на столбиках, симметрично и правильно не поставить!
330 метров слишком длинная на 80;
потребуется полкилометра кабеля и 2 километра провода;
Требования:
возможность использования каждого «элемента» отдельно:
Одиночный Bv, L= 330 м.;
Stager 2хBv;
2 х Stager Bv;
3 х Stager Bv;
подключение планируемых антенн:
длинный, (800 м.), лежащий на снегу Bv, в направлении JA и предусилители антенн 14-28;

Сумматор 3 х «Stagger»

«Stagger II»

итоговая структурная схема

Коммутатор АК 4/8

Предусилитель

Пульт

Сколько разъемов?

Как «решётка 3х2» работает в направлении 300 градусов?
На диапазоне 160 метров любая «комбинация» всегда и безусловно превосходит двунаправленный Beverage, L=174 м.;
На диапазоне 80 метров очень часто выигрывает ОДИНОЧНЫЙ, более КОРОТКИЙ, двунаправленный Beverage, L=174 м.!
Решётка проигрывает потому, что у неё лепесток в вертикальной плоскости НИЖЕ, чем нужно для 80 метрового диапазона и кроме того очень уж диаграмма УЗКАЯ …
Хочется и эту систему сделать ЕЩЁ ЛУЧШЕ!

Изменение диаграмм одиночного Bv, с изменением его длинны:
В вертикальной
плоскости
В горизонтальной
плоскости
Plot animation courtesy of Greg Ordy, W8WWV
от 75 до 400 через 15м

О «моделировании» антенн приближенных к земле
Моделирование антенн расположенных около «земли» расчётными «движками» NEC-2 (MMANA), NEC-3, имеет массу СУЩЕСТВЕННЫХ ограничений и упрощений:
свойства земли (проводимость и т.п.) – а КТО ЭТИ СВОЙСТВА МЕРЯЛ И ЗНАЕТ ?
гомогенность свойств земли под длинными, приемными антеннами типа Beverage, никто не может обеспечить;
возможность корректного «учёта» влияния земли расчётным модулем моделировщиков NEC-2 (MMANA), NEC-3 не предусмотрена;
влияние расположенных рядом строений, деревьев, мачт, проводов нельзя учесть корректно, поскольку даже описать эти предметы неполучится;
корректность применения метода источников тока и наведённой ЭДС при моделировании ПРОСТРАНСТВЕННО РАЗНЕСЁННЫХ ПРИЕМНЫХ АНТЕНН спорна …
Моделирование таких антенн, правомерно только для приблизительной оценки диаграмм …

Следующие возможные шаги развития системы :
применение антенн RB, L=330 м., с ПЕРЕКЛЮЧАЕМОЙ длинной 165 или 330 м.;
применение небольшого фазового сдвига в сумматоре «Broadside» для электрического «поворота» переднего лепестка диаграммы антенн;
применение ДВУНАПРАВЛЕННЫХ антенн RB2, L=330 м., с ПЕРЕКЛЮЧАЕМОЙ длинной 165 или 330 м.;

Полезные источники информации:
“A wave Antenna for 200-meter reception,”
H.H. Beverage, QST, November 1922, pp.7-15
http://www.w8ji.com
http://www.seed-solutions.com/gregordy/index.htm
“Beverage Antennas for Amateur Communication”,
John S. Belrose, VE2CV, QST, Feb, 1983
E.Laport, Radio Antenna Engineering
(New York; McGraw Hill Book Co., 1952)
“The Beverage antenna handbook”,
Victor A. Misek, Third edition, 1997
«Коротковолновые антенны»,
под редакцией Г.З. Айзенберга, Москва, Радио и связь, 1985
«КВ антенны–рупоры без видимых стенок»,
К.П.Харченко, Москва, Радиософт, 2003
ON4UN`s “Low Band DXing”,
John Devoldere, ARRL, 4th edition, 2005

Благодарности:
Андрею Кремнёву –
UA3TCJ,
за предоставленную возможность поэкспериментировать и терпение …

Благодарности:
Нашим жёнам - Ольге и Ирине, за терпение и понимание …