версия для печати

Трап. Универсальная конструкция.

Фильтры-пробки для антенн. Универсальная конструкция.

Эта история началась в июне 2018 года, когда один из моих давних знакомых попросил сделать трапы на 80 м для диполя.Оказалось, что у меня и материала-то нет. Пришлось импровизировать, искать конденсаторы. Но все получилось!

Затем, осенью другой приятель заказал трап для вертикала 80/160. И опять- поиски, новая конструкция. И опять все получилось!

Но меня постоянно мучал вопрос: а нельзя ли сделать идеальную и универсальную конструкцию? Чтобы уйти от вечного поиска конденсаторов и материалов.

Я начал со своего архива. Чего только не сделано за 20 лет! Мама-миа.

Вот на фото трапы и кабельные, и с сосредоточенными элементами, и с распределенными. И для вертикалов, и для Яги, и для диполей. А сколько конструкций! Сколько энергии, сколько времени потрачено!

 

Во всех этих конструкциях есть свои плюсы и минусы. Но огромный минус всех- отсутствие универсальности.

Лично мне трапы очень нравятся. Это основа создания многодиапазонных систем.

Впервые я столкнулся с изготовлением фильтров-пробок в 1999 году. Мы с Вадимом UR8LA повторили конструкцию А3S, но трапы изготовили своей конструкции.

К сожалению, фото тех первых трапов у меня нет, но антенна даже съездила в одну экспедицию и эта экспедиция получила приз «Экспедиция Года». Правда, на карточке экспедиционеры указали A3S.

Затем были антенны типа R7000, КТ34, AV-640, где также основа- фильтры-пробки.

После воспоминаний и листания фото своих конструкций, я начал изучать интернет. Но ничего особо нового не нашел. Хотя и «выудил» интересные фото.

Вот, например, как измеряют свои трапы в фирме Fritzel. Напомню, что эта фирма изготавливает трапные направленные антенны с двумя катушками в одной трубе. Антенна называется FB-33.

Изучение доступных источников немного разочаровало: интересного и универсального я не нашел.

Пришло время включать фантазию.

Для тех, кто только начинает изучать антенны освежим, что мы знаем о фильтрах-пробках.

Фильтры-пробки- это устройства, которые обладают минимальным сопротивлением для одних частот и максимальным для других. Если говорить доступным языком, это своебразный высокочастотный выключатель диапазонов.

Например, вы хотите сделать двух диапазонную антенну. Если это будет провод одной длины, то антенна будет работать везде плохо. Значит, вам необходимо поставить такое устройство, которое оптимизирует работу антенны на одном диапазоне и не сильно ухудшит работу на другом диапазоне. Таким устройством и является фильтр-пробка.

В применении к диполю это выглядит так: полноразмерный диполь на один диапазон (более высокочастотный)- фильтры-пробки по краям – удлинение до оптимальной длины на втором диапазоне.

Таким образом, вы получите полноценный диполь на один диапазон и немного укороченный на другой. При переключении диапазонов этот фильтр-пробка будет работать как выключатель, причем, без подвода дополнительного напряжения для переключения. И антенна использует всего один кабель на два диапазона.

Можно добавлять такие фильтры-пробки и получать многодиапазонные системы, а кабель будет всего один. Удобно, не правда ли?

Иностранцы такие устройства называют TRAP. И мы будем также называть, чтобы было короче- ТРАП.

Из чего же состоит трап?

Все гениальное просто- индуктивность и емкость, т.е. катушка и конденсатор. Их параллельное соединение называют параллельным контуром.

А основная характеристика параллельного контура- резонансная частота.

Я не буду сейчас писать формулы. Они есть в Интернете. Отметим только для понимания, что на резонансной частоте контур обладает огромным сопротивлением.

Т.е., если вам хочется сделать антенну на 40 и 80 с трапом, то нужен трап на 40 метров. При работе на 40 у трапа будет огромное сопротивление и полотно после трапа как-бы выключается из работы антенны. А на 80 в длину антенны просто войдет длина провода, намотанного на катушке трапа.

Итак, катушка и конденсатор. Какие они должны быть в трапе?

В этом вопросе есть варианты.

Например, антенны А3S, ТН-3, FB-33 имеют сосредоточенную индуктивность и распределенную емкость в виде труб.

В антенне КТ34 индуктивность распределенная, а емкость выполнена из труб.

В диполях делают все на сосредоточенных элементах.

В трапах на кабеле- оба параметра распределенные и определены видом кабеля.

В антенне AV-640- индуктивность сосредоточенная, а емкость выполнена в виде прутиков.

Как видите, инженерно все исполняется под конкретную задачу.

Но универсальности нет!

 

Подойдем к вопросу с другой стороны.

А какие требования предъявляются к катушке и конденсатору в трапе?

Катушка. От нее требуется, собственно, обеспечить индуктивность. Еще нужно, чтобы провод соответствовал току соответственно мощности передатчика. И, очень важно, чтобы выдержала изоляция температуру.

Дело в том, что при активной работе трапа энергия, которая им задерживается, превращается в тепло. И трап просто греется. Поэтому важно обеспечить провод термостойкой изоляцией или зазором между витками.

Какие требования к конденсатору в трапе?

Основное- обеспечение емкости. И высокая КВАрность, т.е. он должен выдержать мощные ВЧ поля. Недостаточно просто высоковольтность. В нашей стране такие конденсаторы из серии К15. Но и у них есть недостаток- они не любят механических нагрузок и разработаны, в общем, для работы в аппаратуре в помещении.

Как видим, к конденсатору предъявляются требования выше, чем к катушке.

И вот здесь возникает проблема. С каждым годом найти конденсатор нужного номинала становится сложнее. Одно дело, если это одиночный экземпляр, и совсем другое- массовость. А тем, кто живет вдали от городов и подавно сложно.

Потому каждый производитель по-своему решает эту задачу.

Самое интересное, что в первых конструкциях трапов изготовители ставили обыкновенные конденсаторы.

Это хорошо видно на фото антенны фирмы TELREX. Катушка, конденсатор, все залито герметом.

Фирма TELREX первая делала антенны для радиолюбителей с конца 40-х годов, но затем ее вытеснили монстры Cushcraft, Hi-Gain, Fritzel, TET. Но ее рекламу можно увидеть в старых QST еще за 80-е годы.

 

 

И тут меня осенило! Нужно сделать универсальный конденсатор!

Я смотрел на эти две детали (катушку и конденсатор) почти неделю. Они мне сниться начали. Вот просто каждый день сидел и тупо смотрел, что-то рисовал.

Пытался приспособить свои наработки по КТ34. У меня есть программа расчета цилиндрических емкостей. Но длина конденсатора 30 пФ получалась под 50 см, что очень много.

Пытался увеличивать емкость набором трубок. Вырисовывались какие-то монстроподобные конструкции, требующие фрезерных работ.

Я мыслил абсолютно линейно. И в этом была ошибка!

Я чувствовал, что решение где-то на поверхности, в чем-то совершенно простом и уже виденном мной очень часто.

И вдруг понял- переменный конденсатор. Действительно, кто мешает поставить в трап обыкновенный переменник? Он же тоже- КОНДЕНСАТОР. А необходимую кварность можно обеспечить зазором между пластинами.

Дальше дело было за конструкцией. Понятно, что городить оси, подшипники никто не будет. Нужно просто использовать принцип: плоский конденсатор с большим зазором.

Такой конденсатор поддается простому расчету.

Я быстренько «состряпал» первый экземпляр. Зазор обеспечивался гайками, накрученными на винт. Но конструкция была далека от совершенства, т.к. требовала точности сверления. На фото, думаю, понятно, что нужно было сверлить крепежные отверстия и два больших проходных.

Это не очень удобно и универсально.

Дальше мысль уже работала на упрощение.

И оно состоялось. Я избавился от необходимости проходных отверстий, расположив конденсаторные пластины как на фото.

 

На фото УНИВЕРСАЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ТРАПА.

 

 

Его универсальность заключается в том, что я сам могу контролировать емкость.

Могу снять пластину, могу добавить. Могу обрезать, могу отогнуть.

В данном случае, резонансная частота трапа с 4 мя пластинами получилась 8.8 МГц, при 3-х пластинах- 10.8 МГц, при двух- 12.1. МГц

Конструкция очень проста и технологична. И доступна любому радиолюбителю в селе.

Я использовал алюминиевую шину 30х2 мм., которая продается в магазине. Но можно и вырезать из любого листа алюминия.

 

Радостный и довольный, я хотел сразу поделиться своим открытием с миром!

Мир, смотри, я – Олег Сатырев- такой гениальный и умный! Я покорил тебя!

Хотелось петь и возвеличивать себя!

Гордыня обуяла меня!

 

Но на этом история не заканчивается.

Чтобы окончательно убедить мир в своей «гениальности», мне захотелось изготовить трап для антенны W3DZZ, как первой конструкции, где трап начали применять.

И я полез искать размеры антенны и параметры трапа.

В результате, я попал на старый знакомый сайт PA0FRI и был ошарашен!

Сайт Фрица был обновлен в сентябре 2018 года, т.е. примерно тогда, когда и я начал думать об этой задаче.

И вот на его сайте я вижу конструкцию трапа для W3DZZ от фирмы FRITZEL.

Специально скопировал в свой текст, но предлагаю зайти по ссылке и посмотреть больше фото.

Вот ссылка. Жмите http://www.pa0fri.com/

Ничего не напоминает? Я очень удивился такому совпадению и обрадовался, что моя разработка, все-таки, более технологична и правильна.

Правильность моей конструкции, с точки зрения разделения полей образующихся в конденсаторе и индуктивности. А у FRITZEL конденсатор расположен внутри катушки. Это приводит к большему разогреву трапа и изменению резонансной частоты, т.к. в поле катушки попадает алюминий, т.е. частота резонанса растет.

Но меня заинтриговал еще и другой момент. Фритц упоминает G8KW как автора или даже первого изобретателя антенны, которую затем назвали W3DZZ. Т.е. G8KW изобрел прототип.

Я начал искать, кто же первый изобрел эту антенну.

Вы удивитесь! Но W3DZZ тоже не автор.

А история вот такая.

25 июля 1938 года некий Howard Key Morgan получил патент «Антенной Радио Системы» US2229865, где изложил принцип многодиапазонности при применении резонансных контуров.

Вот этот патент с сайта патентного бюро США.

 

Об этом человеке мне удалось найти совсем мало информации- родился в 1906 году, в 1945 году выпустил книгу о авиационном электро и радиооборудовании. Работал ведущим инженером, кажется, в Висконсине. И все. Был ли он радиолюбителем- неизвестно.

По поводу G8KW информации гораздо больше, т.к. он очень известный человек. Звали его Rowland Shears, но часто друзья упоминают его как Rowley.  Позывной получил еще до Второй Мировой Войны. После войны в 1956 году совместно с Ken Ellis G5KW  организовал выпуск аппаратуры для радиолюбителей, похожей на Collins, но гораздо дешевле и под своим брендом KW Electronics.

Интересно, что я даже нашел, что первые детали они покупали в Италии.

Список аппаратуры был большой: трансиверы, усилители, приемники, согласующие.

А вот про антенны нет ни слова.

Почему Фритц упомянул G8KW в одном ряду с W3DZZ для меня лично загадка.

В 1974 году фирму купила группа Decca, эта которая потом вошла в Racal Groupe.

Умер G8KW в 2009 году.

Позывной его сейчас отдали сыну и он раз в году выходит в эфир.

 

Ну, и про W3DZZ известно много. Даже фото его есть. Вот он- Chester L. Buchanan W3DZZ. В эфире он представлялся как Roy.

Это фото 1939 года.

Родился в 1915 году в Миннесоте.

Радиолюбителем стал еще до Второй Мировой и работал на самодельном приемнике и передатчике. Он увлекался экспериментами с антеннами и нашел оптимальные размеры и расположение трапа в полотне. В каждой связи подчеркивал, что у него антенна собственной конструкции.

В марте 1955 года в журнале QST стр. 23 была опубликовано описание его антенны.

Вот с тех пор антенна, в основе которой идея Моргана, стала известна всему радиолюбительскому миру.

В тоже время он начал производство антенн и трапов через нескольких диллеров по территории США.

W3DZZ получил докторскую степень и работал начальником океанской лаборатории ВМС США.

Умер он в 2010 году.

 

Я думаю, что вам было интересно, как и мне.

Как мне кажется, у такой конструкции трапа большое будущее. Вопросы герметизации я не развивал, т.к. это само собой разумеется. Но, если кто придумает что-то оригинальное, то будет интересно посмотреть.

Всем удачи! 

73!

 



Поставить ссылку в соцсети   
комментарии: 3 
30.11.2018 | Андрей | US6UZ

Очень интересно . и позновательно спасибо Олег !

30.11.2018 | Иван | UT5LI

Спасибо! Очень интересно!

01.12.2018 | Валерий | UX0QT

Спасибо Олег ! Очень интересно и познавательно !

Чтобы поместить сообщение или комментарий вам нужно войти под своим логином