Суррогатные автомобильные вертикальные антенны

Как видно из приведенного выше описания штыревой антенны возимой радиостанции, наиболее эффективная ее работа возможна лишь при установке антенны на опорном изоляторе в геометрическом центре крыши автомобиля. Однако иногда такая установка антенны невозможна. В этом случае можно использовать суррогатную автомобильную антенну.

Для конструкции суррогатной автомобильной вертикальной антенны возимой радиостанции наиболее просто можно использовать антенну для радиоприемника, находящуюся на крыле автомобиля. В этом случае коаксиальный кабель, идущий к ней, отсоединяется, и соединение антенны с трансивером осуществляется соответственно с описанной ранее схемой. Конечно, расположение антенны на крыле автомобиля не самый удачный вариант. Близость сильноточных цепей автомобильной электрики к антенне и части «В» может служить причиной появления помех приему и, возможно, придется экспериментировать с положением части «В» в пространстве по минимуму помех.

Можно использовать «военную» вертикальную автомобильную антенну типа «куликовка» или антенну другого типа от военной или служебной радиостанции. Такую антенну удобно расположить на заднем бампере автомобиля. Согласующее устройство, может располагаться в багажнике автомобиля. Если предполагается работать только на одном высокочастотном любительском диапазоне, находящемся в пределах 6-12 м, то можно использовать антенну на магните, расположив удлиняющую катушку в основании антенны. Выполнение антенны без подключения корпуса автомобиля в качестве «земли» в месте установки штыря антенны снижает общий КПД работы антенной системы. На любительских диапазонах ниже 15 м работа такой антенной системы будет неудовлетворительной, и ее использование нерационально.

Согласующее устройство автомобильной вертикальной антенны верхних диапазонов

Следует отметить, что для увеличения КПД автомобильной антенны оптимальное расположение удлиняющей катушки - в центре штыря антенны. Но такое расположение центральной катушки большой индуктивности усложняет механическую конструкцию антенны. В этом случае индуктивность центральной катушки выбирается величины выполнимой практически, а антенная система настраивается в резонанс дополнительной удлиняющей катушкой, расположенной в основании штыря антенны. Наиболее оптимально построение такой антенной системы для верхних любительских КВ - диапазонов 6 – 20 метров.

Конструктивно можно выполнить эти катушки фиксированной индуктивности а конструкцию антенной системы выполнить таким образом, чтобы была возможность смены катушек в основании антенны (а может и смены центральной удлиняющих катушек) при изменении диапазона работы. Для эффективного использования антенны необходимо иметь магазин высокодобротных катушек. Для расчета параметров удлиняющих катушек необходимо знать емкость антенна на корпус автомобиля. Определить ее можно с помощью любого RLC – метра, позволяющего точно измерять малые емкости. Затем с помощью таб. 1 определяют приблизительно индуктивность удлиняющей катушки, более точное определение необходимой индуктивности происходит во время настройки антенны. Для дальнейшего согласования антенной системы с коаксиальным кабелем можно использовать переключаемые LC цепи для каждого диапазона работы (рис. 9). Расчет параметров таких цепей приведен, например, в [1]. Входное сопротивление антенной системы на выходе правильно выбранной цепи согласования будет близко к 50 Ом. В этом случае при электронной коммутации согласующих устройств и расположении их непосредственно в блоке «C» (рис. 8) длина кабеля «D» до трансивера может быть любой.

Рисунок 9 Питание штыря антенны с помощью переключаемых LC цепей

Настройку антенны, штырь которой согласован с помощью трансформирующих цепей, показанных на рис. 9 удобно производить с помощью ВЧ – моста.

Спиральная вертикальная автомобильная антенна

Наиболее эффективно на низкочастотных диапазонах в автомобиле будут работать витые вертикальные укороченные антенны. Они представляют собой проводник, навитый вокруг диэлектрического основания (рис. 10). Поскольку можно выполнить витую антенну высотой в 2 метра проводником длиной равной λ/4 для любого любительского КВ диапазона 6-160 метров, то сопротивление излучения такой антенны будет достаточно высоким. Антенну можно будет настроить в резонанс и простыми средствами согласовать с коаксиальным кабелем.

КПД витой антенны может быть достаточно высоким. Такие витые антенны используются на военных автомобилях.

Рисунок 10 Витая вертикальная автомобильная антенна

Основная трудность, которая возникнет при самостоятельном изготовлении радиолюбителем такой антенны, заключается в выборе диэлектрического штыря антенны. Этот штырь который должен быть достаточно тонким – диаметром 8-40 мм, в зависимости от диапазона работы антенны, и в тоже время обладать необходимой механической прочностью и гибкостью. При наличии такой диэлектрической основы витую антенну для систем передвижной связи с можно выполнить в радиолюбительских условиях. Настройку витой вертикальной автомобильной антенны осуществляют путем отмотки части витков от верхней части антенны, и одновременно измеряя ее резонанс с помощью высокочастотного моста или КСВ – метра. Витая антенна будет работать на частоте, где ее электрическая длина кратна λ/4. На этой частоте она будет иметь низкое входное сопротивление, близкое к 30 Ом, которое легко поддается согласованию, например, с помощью LC цепи, схема которой приведена на рис. 9.

Антенна DDRR в возимых станциях

Первоначально антенна DDRR использовалась на военных кораблях, катерах, когда мачты или были заняты уже существующими антеннами, или было необходимо установить антенну, которая могла бы обеспечить радиосвязь при выходе из строя мачтовых сооружений. Использовались эти антенны в системах связи на очень низких частотах. На некоторых типах БТР (Бронетранспортер) и БМП (Боевая Машина Пехоты) армий США и России используются автомобильные антенны DDRR. В некоторых связевых армейских машинах также используется антенна DDRR. Радиолюбители тоже вполне могут использовать антенну DDRR для передвижной связи. Работа этой антенны более эффективна, чем короткой вертикальной антенны. Правда, антенна DDRR имеет свои недостатки. Она может обеспечить работу только в двух соседних кратных диапазонах. Например, антенна, эффективно работающая на 14 МГц, сможет еще работать на 7(диапазон кратный для 14 МГц) и 10 МГц (промежуточный диапазон между 14 и 7 МГц). Эффективность ее работы на частотах ниже 7 МГц будет крайне низка, на частотах выше 14 МГц, эта антенна работать не будет. Диаграмма направленности DDRR круговая, поляризация излучения вертикальная, т.е. эта антенна оптимальная для работы возимых радиостанций. Антенна DDRR для диапазона 10 МГц в радиолюбительских условиях была сконструирована и испытана G3LDO [2]. Вид антенны DDRR конструкции G3LDO на крыше автомобиля показан на рис. 11. Длина полота антенны немного меньше, чем λ/4 на 10 МГц. Подстраивается антенна внутри диапазона приближением и удалением части «А» относительно части «B» с помощью винта, через открытое окно автомобиля рукой оператора. В «военных» антеннах DDRR эта настройка осуществляется при помощи переменного конденсатора, перестраиваемого с помощью электродвигателя. Способ питания антенны 50-Омным кабелем показан на рис. 11. Для лучшего согласования с коаксиальным кабелем питания расстояние «C» может быть изменено при помощи хомута. При подключении к антенне переменного конденсатора (показано пунктиром на рис. 11), антенна могла работать на 7 МГц. G3LDO легко удавались связи с Европой, самая дальняя связь была им проведена с Австралией на 7 МГц SSB. Мощность передатчика была равна всего 10 ватт.

Рисунок 11 Автомобильная антенна DDRR

Антенна DDRR очень критична в настройке, как сообщает G3LDO, открытая дверь автомобиля увеличивает КСВ антенны от 1:1 до 3:1, приближение руки к антенне на расстояние 30 см расстраивало антенну. На конце антенны DDRR присутствует высокое напряжение даже при небольших мощностях, подводимых к ней. Без сомнения, дальнейшие эксперименты с автомобильной антенной DDRR могут принести много интересного в любительскую подвижную связь.

Щелевые автомобильные антенны

Встречаются в специализированной литературе по антеннам сведения об использовании автомобильных щелевых антенн, работающих в метровых диапазонах волн, для работы возимых радиостанций различных спецслужб. В этом случае кузов автомобиля изготовляется в соответствии с требованиями обеспечения работы этой антенны. Щелевые автомобильные антенны используются в служебной связи обычно в том случае, когда установка иных типов антенн невозможна или нецелесообразна.

Классическая щелевая антенна показана на рис. 12. Она представляет собой щель с шириной прорези равной (0, 01…0, 02)λ. Резонансная длина щели составляет 0, 25λ, или кратная этой длине. Классическая щелевая антенна представляет собой щель в экране бесконечных размеров. Понятно, что если задаться целью, такую щель в автомобиле можно создать искусственно, например, на его крыше. Следует сразу отметить, что существуют некоторые особенности для правильного возбуждения щелевой антенны, невыполнение которых сведет на нет преимущества использования щелевых антенн.

Рисунок 12 Классическая щелевая антенна

В общем случае, щелевая антенна обеспечит почти круговую диаграмму направленности, что максимально подходит для передвижной связи. Радиолюбительские щелевые антенны еще ждут своих экспериментаторов. Эксперименты с ними осложняет еще то обстоятельство, что длина щелей в разных типах автомобилей разная, следовательно и различные резонансные частоты работы этих антенн.

Интересная статья, рассказывающая об экспериментах с радиолюбительскими автомобильными щелевыми антеннами, приведена в литературе [3]. В качестве щелевой антенны использовалась щель между корпусом автомобиля и багажником. Антенна возбуждалась при помощи коаксиального кабеля совместно с согласующим устройством в своем геометрическом центре, физически это было в месте установки замка багажника. Было обнаружено, что в этом случае антенна имеет ряд резонансных частот, некоторые из которых могут попасть на любительские диапазоны. Если необходимо использовать такую щелевую антенну в ее нерезонансном диапазоне частот, то для питания антенны необходимо использовать согласующее устройство. Щелевые антенны ждут широких экспериментов с ними!

Рамочные автомобильные антенны

Рамочные антенны, расположенные на стекле автомобиля, могут обеспечить работу антенны лишь в одном направлении, и создают большой уровень напряженности электромагнитного поля внутри автомобиля, что небезопасно для оператора радиостанции. Использование таких антенн целесообразно ограничить только системами охранной сигнализации автомобиля. Применение для любительской связи рамочных антенн, расположенных на стекле автомобиля нецелесообразно.

По принципу своего действия многие оконные рамочные автомобильные антенны являются проволочным аналогом щелевой антенны. Следовательно, работа таких антенн менее эффективна, чем щелевой антенны, являющейся их прототипом.

Список литературы

1. И. В. Бекетов, И. Л. Зельдин, И. В. Пыж. КВ- антенны –3.- Харьков, 1994.

2. Peter Dodd (G3LDO). The Mobile Roof-Rack Antenna.- QST, November 1989.-p.29-32.

3. Гончаренко И. Кузов автомобиля в качестве антенны. www.qsl.net/dl2kq