Борис Степанов (RU3AX), г. Москва. —Радио, № 5, 2007. — С. 67—68
Когда коротковолновое радиолюбительство "ещё ходило в детских ботиночках" австрийский радиолюбитель Фукс (Fuchs) предложил возбуждать полуволновый излучатель через параллельный LC-контур (рис. 1). Произошло это 80 лет назад — в 1927 году. Антенна пользовалась популярностью в те годы и стала называться по его имени [1].
С развитием антенной техники и появлением новых конструкций интерес к этой простой антенне на долгие годы ослаб. Второе рождение у неё пришлось на 80-е годы. Появление транзисторных трансиверов, которые можно было питать непосредственно (без преобразователей) от автомобильного аккамулятора, привело к росту активности радиолюбителей в полевых условиях — при выездах на природу или в путешествиях. Одним из вариантов антенны для работы в таких условиях и стала антенна Фукса, которая для своей установки не требует мачт — один из ее концов можно просто забросить на высокое дерево.
Вернулся интерес к этой антенне и как к стационарной. В современных городских условиях установка радиолюбительских антенн связана с заметными трудностями. Далеко не везде легко получить разрешение на работы на крыше здания, да и не всем под силу работы, связанные с механикой для изготовления антенных систем даже средней сложности. Альтернатива в таких ситуациях — возбуждаемая с конца проволочная антенна, идущая из окна квартиры на ближайшее дерево или столб. Суперрезультатов с ней не покажешь, но для повседневной работы в эфире она вполне пригодна.
Проблемы установки антенн, о которых говорилось выше, есть практически в любой стране мира, поэтому в некоторых странах производят антенны Фукса [2,3]. Например в США такие антенны выпускает фирма Par Electronics. Они предназначены для работы только на одном диапазоне и не имеют элементов подстройки. Проверенная в лаборатории журнала "OST" модель EF-20 диапазона 20 метров имела вполне приемлемые характеристики — полосу пропускания около 300 кГц по уровню КСВ=2 и КСВ в минимуме 1,2.
Входное сопротивление полуволнового излучателя, возбуждаемого с одного из его концов, высокое. Оно зависит от отношения длины полотна антенны к диаметру провода, из которого она изготовлена, и для реальных значений этого параметра (например, полотно длиной 80 м из антенного канатика диаметром 3 мм) входное сопротивление может достигать нескольких килоом [4].
Именно это обстоятельство и позволило в свое время Фуксу запитать полуволновый излучатель с помощью параллельного LC-контура, настроенного на рабочую частоту.
Антенна Фукса не требует для своей работы нескольких больших по длине (примерно 2/4) противовесов или иных вариантов "радиотехнической земли", чем выгодно отличается от получивших широкое распространение антенн типа GP. Ее нормальную работу обеспечивает короткий — длиной примерно 1 м — противовес, который подключается к свободной (верхней по рис. 1) стороне LC-контура. Более того, в первоначальном варианте даже такого противовеса антенна Фукса не имела, а его функции выполнял корпус передатчика, "подключенный" к антенному контуру через паразитную емкость.
В современной аппаратуре выходное сопротивление трансивера или передатчика обычно 50 ОМ, поэтому антенну Фукса подключают к нему коаксиальным кабелем. Связь с согласующим LC-контуром осуществляют обычно через катушку связи (рис. 2,а). Конденсатор переменной емкости этого контура должен быть рассчитан на высокое напряжение. Зазор между его пластинами должен быть таким же, как в выходном каскаде лампового передатчика соответствующей мощности. Такие конденсаторы — дефицит, но при выходной мощности передатчика до 100 Вт есть простое решение. Здесь можно применить стандартный конденсатор КПЕ-2 от ламповых радиоприемников, каждая секция которого рассчитана на рабочее напряжение примерно 500 В. В его статорные секции включают последовательно, а роторные секции никуда не подключают. Получается высоковольтный КПЕ с рабочим напряжением примерно 1000 В и пределами изменения емкости от 6 до 250 пФ. Корпус КПЕ в таком варианте включения должен быть установлен на диэлектрической пластине, а роторные секции вращают через удлинитель ручки, выполненной из хорошего диэлектрика.
Разумеется, связь с коаксиальным кабелем можно осуществить и через отвод от катушки индуктивности контура (рис. 2,б).
Если в распоряжении радиолюбителей есть вариометр (лучше шаровой — без трущихся контактов), им также можно настраивать контур на рабочую частоту. Связь с коаксиальным кабелем в этом случае осуществляется через емкостный делитель (рис. 2,в).
Значения индуктивности катушки и емкости конденсатора согласующего LC-контура некритичны, лишь бы они обеспечивали резонанс на рабочей частоте антенны. Как исходные можно использовать следующие значения — 1 мкГн и 30 пФ для диапазона 10 метров. Для других диапазонов эти значения одновременно увеличивают пропорционально уменьшению рабочей частоты. Например, до 2 мкГн и 60 пФ для диапазона 20 метров и т.д.
Предварительно согласующий LC-контур и связь с ним можно подобрать очень просто. Для этого параллельно контуру вместо антенны подключают безындукционный резистор сопротивлением 2,5...3,5 кОм и высокочастотный вольтметр, ВЧ напряжение подают через резистивный мостовой измеритель КСВ (очень удобен для этой цели прибор MFJ-256). Настроив контур в резонанс по максимальным показаниям BЧ вольтметра, изменением параметров элементов связи (числа витков катушки связи, места подключения отвода, емкости конденсаторов) добиваются КСВ = 1.
После этого отключают от согласующего LC-контура резистор и ВЧ вольтметр и подключают антенну. Конденсатором переменной емкости или вариометром настраивают контур в резонанс по минимуму КСВ. Если емкость КПЕ пришлось увеличить (по отношению к положению, полученному с резистором), реальные размеры антенны несколько меньше, чем половина длины волны. Если емкость КПЕ пришлось уменьшить, то антенна несколько длиннее. Здесь речь идет об электрической ее длине — с учетом влияния земли и окружающих антенну предметов. Изменять при этом размеры антенны вовсе не обязательно — отклонение рабочей частоты излучателя от расчетной в пределах 5% компенсируется подстройкой согласующего контура [3].
После этого уточняют связь с антенной. Если КСВ в минимуме превышает значение 1,1 ... 1,2, связь с антенной надо несколько изменить подбором параметров элементов связи.
Диапазон,
м
Число
полуволн
Длина,
м
80
1
40,1
40
2
41,5
30
3
43,7
20
4
42,2
17
5
41,1
15
6
42,4
12
7
41,9
10
8
42,5
Важным достоинством полуволнового излучателя является то, что он будет также работать не только на основной частоте, но и на ее гармониках. Результаты расчета требуемой длины антенны для середины телеграфных участков любительских диапазонов 10-80 метров и число полуволн, которое будет укладываться на такой длине для данного диапазона, приведены в таблице. Поскольку антенна Фукса имеет элемент подстройки, то это дает возможность выбрать фиксированную длину полотна — 42 метра, а незначительные отклонения от оптимальной его длины на каждом диапазоне компенсировать подстройкой согласующего контура. Антенна с полотном длиной 84 м будет работать и на диапазоне 160 метров. Более короткая антенна длиной 21 м обеспечит работу на четырех любительских диапазонах — 10, 15, 20 и 40 метров. При такой длине полотна на диапазонах 12 и 17 метров на нем уже не будет укладываться целое число полуволн, и согласовать ее на этих диапазонах с помощью параллельного LC-контура не удастся.
Проблема создания многодиапазонной антенны Фукса упирается только в согласующий LC-контур, который должен иметь резонанс на частотах, соответствующих любительским диапазонам. Если конденсатор переменной емкости этого контура имеет максимальную емкость около 200 пФ, не меняя катушки индуктивности и не переключая у нее отводы, уже можно работать на пяти любительских диапазонах от 10 до 20 метров.
Один из вариантов многодиапазонной антенны Фукса, предложенный UT5JAM [5], приведен на рис. 3. Он использовал излучатель длинной 78 метров. Катушка индуктивности имела 80 витков провода диаметром 1,5 мм. В качестве каркаса диаметром 90 мм использовалась полиэтиленовая бутылка. Отводы сделаны от 4, 5, 6, 7, 9, 11, 13 и 23-го витков, считая от заземленного конца катушки. Конденсатор переменной емкости — КПЕ-2 с последовательным включением секций. Переключатели SA1 b SA2 — галетные. Заземленный конец согласующего контура соединяют либо с противовесом, либо с арматурой здания. Следует также заметить, что в этой антенне длина излучателя несколько меньше оптимальной. По этой причине, по-видимому, положение отвода для связи с фидером на диапазоне 15 метров не совпадает с положением отвода для диапазона 10, 20 и 40 метров. Эта антенна была создана до выделения радиолюбителям WARC диапазонов, поэтому на рис. 3 упоминаются лишь "старые" любительские диапазоны. Но она, конечно, должна работать и на WARC диапазонах.
Двухдиапазонная антенна с настройкой вариометром (рис. 4) описана в [6]. Автор использовал шаровой вариометр от одной из радиостанций времен второй мировой войны. Пределы изменения его индуктивности — от 6 до 36 мкГн — позволили обеспечить работу на диапазонах 40 и 80 метров без каких-либо переключений. При выходной мощности передатчика 100 Вт конденсатор постоянной емкости С1 должен иметь рабочее напряжение не менее 1000 В.
Полуволновую антенну (в том числе и многодиапазонную) можно питать и через согласующую Г-образную цепь (рис. 5). Это, конечно, уже не классическая антенна Фукса, но аналогичная ей по сути дела. Параметры катушки индуктивности и емкости конденсатора рассчитывают по следующим приближенным формулам:
L1 = 60/F; C1 = 410/F.
Здесь: L1 — индуктивность катушки, мкГн; С1 — емкость конденсатора, пФ; F — частота, МГц. Эти формулы справедливы для фидера с волновым сопротивлением 50 Ом и проволочных антенн (расчетное значение входного сопротивления — примерно 3 кОм).
В реальных конструкциях многодиапазонной антенны катушку индуктивности делают с переключаемыми отводами, а конденсатор переменной емкости должен быть рассчитан на высокое напряжение (как и в согласующем контуре антенны Фукса). Подобное согласование применено в двухдиапазонной антенне [7] на диапазоне 20 метров.
Хотя ВЧ токи по внешней стороне оплетки фидера и невелики, следует применять стандартные методы их устранения. Имеются в виду ферритовые кольца, которые надевают на него, или катушки индуктивности (с магнитопроводом или без него), которые изготавливают из самого фидера. Особенно это важно для вариантов питания антенны с гальванической связью оплетки кабеля с согласующим контуром.
ЛИТЕРАТУРА
1. Rothammel K. Antennenbuch Vilitarvertag, 1979.
2. Ford S. Par ELECTRONICS 20-Meter end-Fed Dipole Antenna. — OST, 2007, Februaru, s. 58.
3. <http://www.QRPproject.de>
4. Мейнке Х., Гундлах Ф. Радиотехнический справочник — М.Л.: Госэнергоиздат, 1961
5. Орлов В. Лучевая антенна. КВ журнал, 1993, № 1, с. 43.
6. Berge J. Einmalen andener Fuchskreis. — CODL, 2006, № 10, S. 310—311.
7. Двухдиапазонная вертикальная КВ антенна — Радио, 2006, № 11, С. 73.
Редактор — С. Некрасов, графика — автор
Приложения
Николай Большаков (RA3TO), г. Нижний Новгород
Антенна «Fuchs» (она же антенна Фукса) практически не известна под своим названием в радиолюбительском мире, тем не менее она была довольно широко распространена в 30-х годах прошлого века. Ее разработчик — OE1JF в свое даже получил австрийский патент № 110357-1927. Антенна представляет собой провод длиной в полволны и трансформатор сопротивлений для согласования с передатчиком. Один конец антенны практически находится рядом с передатчиком, а второй крепится к какой-либо возвышенности, например к дереву или крыше вышестоящего здания.
Не напоминает ли Вам эта конструкция знакомую многим радиолюбителям «Антенну быстрого развертывания» конструкции Сергея Макаркина (RX3AKT), которая была описана в нескольких радиолюбительских журналах и в Интернете? Антенна, несомненно, имеет ряд неоспоримых достоинств. Это и простота установки, и возможность запитки с крайнего конца, что особенно удобно в условиях городской застройки. Все хорошо, пока мы говорим об однодиапазонном варианте. Но вот многодиапазонный вариант антенны RX3AKT сразу же усложняется из-за неудобства коммутации согласующих элементов. Вариант коммутации отрезков кабеля с помощью реле, предложенный Сергеем, получается слишком дорогим (стоимость одного реле 120—150 руб.) и требует большой тщательности в изготовлении.
Но, вернемся к антенне «Fuchs» и способам ее запитки, которые предложил, уже в наше время, французский радиолюбитель Luc Pistorius (F6BQU).
Первый вариант (Рис.1) представляет собой параллельный колебательный контур с катушкой связи. Трансформатор выполняется на ферритовом торроидальном сердечнике. Обмотки выполнены проводом диаметром 0,5 мм в эмалевой изоляции.
Рисунок 1 — Способ запитки антенны Фукса от F6BQU
Данные вторичной обмотки и конденсатора Cv приведены в таблице 1, опубликованной DL6YCG в журнале «QRP-Report» № 2 — 1997. Количество витков катушки связи L1 от 1 до 4, в зависимости от диапазона (80м — 4 витка, 40м — 3, для верних частот — 1...2 витка). Сначала равномерно по всему тору наматывается вторичная обмотка, а затем сверху около "заземленного" края — катушка связи.
Таблица № 1
Длина волны (м)
Cv (пф)
L (мкГ)
T50-2
T80-2
T120-2
T200-2
80
200
10,3
46
43
30
29
40
100
5,2
32
32
22
21
30
100
2,5
22
21
15
14
20
50
2,6
23
22
15
14
17
50
1,54
18
17
12
11
15
50
1,15
15
14
10
10
12
50
0,85
13
12
9
8
10
50
0,64
11
10
8
7
Примечание: магнитная проницаемость всех ферритовых сердечников u = 10,
диаметр колец T50 — 12 мм, T80 — 20 мм, T120 — 30 мм, T200 — 50 мм.
Конструктивно согласующее устройство выполнено в небольшом корпусе и защищено от проницания влаги. Настройка антенны осуществляется подстройкой конденсатора Cv и подбором длины полотна антенны по минимуму КСВ. Устройство можно заземлить, как показано на рисунке 1, но можно и не делать этого. В указанную точку вместо противовеса можно включить отрезок провода длиной около 1 метра.
Второй вариант согласования показан на рис. 2. По конструкции он проще и удобнее в настройке. Катушка индуктивности в этом варианте намотана на отрезке ПВХ трубы диаметром 25 мм. Конденсатор Cv должен иметь достаточный зазор между пластинами.
Рисунок 2 — Вариант согласования антенны Фукса
Учтите, что второй вариант предназначен для передатчиков с выходной мощностью до 10 Вт. Значения емкости конденсатора и числа витков катушки приведены в таблице 2. Из-за нехватки времени эта схема тестировалась только на трех диапазонах.
Таблица № 2
Длина волны (м)
Cv (пф)
Количество витков
(провод диаметром 1,2 мм)
40
39
32
20
27
19
15
22
14
Необходимо отметить, что в антенне "Fuchs" длина полотна может быть кратна полуволне (и это желательно). Чем больше длина, тем выше коэффициент усиления антенны в фиксированном направлении. Это позволяет сделать многодиапазонный вариант антенны. Коммутацию элементов здесь можно осуществить значительно проще, чем в варианте с коммутацией согласующих шлейфов, предложенном RX3AKT. Схемы коммутации зависят от фантазии и возможностей радиолюбителей.
Источник: http://rf.atnn.ru
«РАДИО», ежемесячный научно-популярный радиотехнич. журнал. Издание Министерства связи СССР и Всесоюзного добровольного общества содействия армии, авиации и флоту (ДОСААФ). Осн. в 1924.
Архив журнала «Радио» // Журнал «Радиофронт» № 11–12 за 1931 год. — В. Ванеев. Антенна Фукса. — Стр. 74 (706).
ФРАНЦ ФУКС — доктор, австрийский радиолюбитель, в 20-х годах зам. председателя Мюнхенского радиоклуба, автор антенны «Фукс» (Fuchs).
Г. Гюнтер, Ф. Фукс. РАДИОЛЮБИТЕЛЬ. — Москва, ГосИздат, 1925
Оглавление: Предисловие — «Предлагаемая вниманию читателя книга Ганса Гюнтера (известного уже в СССР по книге Беспроволочная Телеграфия в издании Госуд. Изд. под ред. проф. В. К. Лебединского) и д-ра Франца Фукса (зам. предс. Мюнхенского радиоклуба), издающих также один из наиболее популярных в Германий радиожурналов «Radio fur Alle», повидимому, наиболее удовлетворяет широкие круги радиолюбителей, о чем можно судить по небывалому тиражу книги: в октябре 1923 г. выпущены первые 10000, до середины марта распродано 55000 экземпляров, а в апреле месяце выпущено еще 20000 экземпляров».
Далеко не везде легко получить разрешение на работы на крыше здания, да и не всем под силу работы, связанные с механикой для изготовления антенных систем даже средней сложности. Альтернатива в таких ситуациях — возбуждаемая с конца проволочная антенна, идущая из окна квартиры на ближайшее дерево или столб. Суперрезультатов с ней не покажешь, но для повседневной работы в эфире она вполне пригодна.
метра, а незначительные отклонения от оптимальной его длины на каждом диапазоне компенсировать подстройкой согласующего контура. Антенна с полотном длиной 84 м будет работать и на диапазоне 160 метров. Более короткая антенна длиной 21 м обеспечит работу на четырех любительских диапазонах — 10, 15, 20 и 40 метров. При такой длине полотна на диапазонах 12 и 17 метров на нем уже не будет укладываться целое число полуволн, и согласовать ее на этих диапазонах с помощью параллельного LC-контура не удастся.
