Конструкція антени для прийому FM-радіостанцій вдалині від міста.

    Одного літнього дня, перебуваючи далеко від міста, автор вирішив послухати радіо на свій модернізований приймач ОКЕАН-214. На жаль, на глибоке розчарування вдалося спіймати лише одну радіостанцію, ретранслятор якої знаходиться в місті Богуслав. В ефірі переважно звучали місцеві новини.

    Було прийнято рішення виготовити антену, здатну охопити весь FM-діапазон — 87–108 МГц.

Про конструкцію антени йтиметься у цій статті.

1. Вибір конструкції та типу антени.
Автор зацікавився конструкцією багатодіапазонного вібратора, описаною у книзі видатного Карла Ротхаммеля "Енциклопедія антен", розділ 10.2.5. Йдеться про британський патент №460570 від 1934 року. У ньому описано можливість використання кількох вібраторів для різних діапазонів, живлення яких здійснюється від одного коаксіального кабелю. Що ж, спробуємо втілити цю ідею.

2. Розрахунок півхвильових диполів.
Діапазон FM було умовно поділено на три піддіапазони: 87 МГц, 97,5 МГц і 108 МГц. Для кожного з них розраховано відповідний півхвильовий диполь з урахуванням коефіцієнта укорочення. В якості матеріалу для виготовлення антени використовувалися алюмінієві прутки діаметром 6 мм.

Коефіцієнт укорочення $\mathrm{k }\approx \mathrm{0.96\; (типово\; для\; товстих\; металевих\; елементів\; з\; d/\lambda \; >\; 0.01)}\mathrm{<br>}\mathrm{<br>}\mathrm{<br>}$

$\mathrm{3.\; Розрахуємо\; довжини\; плечей\; диполя.\; формула\; наступна:}$

де:

• $L_{\text{антени}}$ - довжина диполя в М,

• $f_{\text{МГц}}$ - частота в МГц,

• $k$ - коефіцієнт укорочення. У нас $k = 0{,}96$.

Виконавши необхідні розрахунки для трьох диполів, отримуємо таблицю з довжинами плечей для кожного з обраних піддіапазонів:

4. Виготовлення елементів.
Для кожного піддіапазону було вирізано по два алюмінієвих прутки відповідної довжини — згідно з останньою колонкою таблиці. У результаті отримано два комплекти півхвильових диполів.

Також зробив запили і просверлив отвори, для зручності кріплення:

5. Корпус. На 3D-принтері надрукував корпус  у якому все це діло буде закріплено і кришку для нього.

Матеріал coPet.

6. Встановлюю плечі диполя у корпус:

7. Монтажна плата.
Із шматка текстоліту було вирізано монтажну плату, у якій просвердлено отвори під гвинти М3 для кріплення. Також на платі сформовано та залуджено п’ятачки для пайки коаксіального кабелю та запірного дроселя.

8. Виготовлення запірного дроселя.
Запірний дросель було виготовлено власноруч. Його конструкція добре описана в багатьох    джерелах в інтернеті. В антенних системах такий дросель використовується для блокування небажаних високочастотних струмів, що протікають по екрану коаксіального кабелю або інших провідниках у вигляді спільного (common-mode) сигналу.

Основні функції дроселя:

• Блокує паразитні ВЧ-струми по екрану кабелю
• Зменшує небажане випромінювання самого кабелю

Детальніше про запірні та симетруючі схеми можна дізнатися з книги Карла Ротхаммеля "Енциклопедія антен", розділ 7.

9. Монтаж плати, дроселя та елементів антени.
Монтажну плату разом із запірним дроселем встановлено в корпус. Плечі диполів закріплено на відповідних кріпленнях. Початки обмоток дроселя підключаються до коаксіального кабелю, а кінці — до відповідних диполів.

Усі три диполі під’єднано паралельно, відповідно до конструкції багатодіапазонного вібратора.

Фото для оцінки габаритів антени. Ширина приблизно 1.6м:

10. Змонтував антену на мачті. На висоті близько 5м над землею:

11. Перевірка КСХ антени аналізатором Libre VNA показала наступні результати:

    КСХ у всьому діапазоні не перевищує 1.7, а в точках резонансів — не більше 1.15.
Помітно, що частота найкоротшого диполя (108 МГц) трохи змістилася, проте, як з’ясувалося, це є типовою особливістю даної конструкції. Це також згадується у "Енциклопедії антен" Карла Ротхаммеля, розділ 10.2.5.

У результаті, з цією антеною стало можливим стабільно приймати 9–10 радіостанцій.