Неумирающая антенна Фукса
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.
Энциклопедический Словарь. 1953—1955
- 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». |
На страницу ► Имени Фукс