Установка антенны и мачты на дачном участке (часть 1)

Для начала, маленькая вводная, как некий итог проделанной работы. Итак, к реализации подобного проекта стоит приступать, если у вас в кармане есть лишние тысяч 50, огромное желание иметь качественную радиосвязь, в основном при работе в прохождениях,  ы не боитесь косых взглядов окружающих вас людей или давно к ним привыкли (хи-хи), и у вас есть куча энтузиазма, которого некуда девать.

Если не испугались и дочитали до этого места, то скорее всего осилить такой проект вам по плечу. Когда я начинал эту эпопею, а продлилась она примерно 3 месяца, то я не имел представления о ни работе подобных антенн, ни о принципах установки антенно-мачтовых сооружений. Однако терпение, труд, опыт старших товарищей и метод тыка, порой, дают замечательные результаты.

Антенна!

Конструкция подобной антенны была найдена в единственном источнике, на сайте производителя в штатах http://macoantennas.net/ , кроме упоминания подобных конструкций в рунете никаких материалов по подобным антеннам увы, нет. Возможно я плохо искал. К слову, на сайте производителя в разделе инструкций можно обнаружить чертежи со всеми размерами, правда, только в футах и дюймах (америка’c), но для энтузиаста это не помеха.

Перед постройкой любой антенны ее нужно промоделировать, чтобы иметь представление о том, чего ожидать от нее в будущем. Для расчетов любых типов антенн, я рекомендую использовать программу MMANA-Gal. Программа несколько неудобна в освоении и работе, но на выходе дает отличный результат, при повторении которого в реале будет очень близок к теории. Технологию работы с программой я описывать не буду, это уже сделал товарищ И. Гончаренко в своей книге «Компьютерное моделирование антенн», расскажу только о готовых результатах.
Вообще, создание антенны процесс творческий. Нельзя упираться в одну конструкцию и только над ней работать. Есть масса других интересных вариантов, которые можно получить изменив конструктив и поменяв размеры тех или иных элементов, что, однако, не отменяет принципов работы антенн.

Чтобы подробно не описывать мои метания, скажу только, что в силу тех или иных причин о которых я напишу в ходе повествования я пришел именно к 2х элементной конструкции гибрида Яги и Квадрата (с подачи Антона — 165 из Алма-Аты).

Расчеты.

Антенна состоит из вибратора в виде диполя с гамма-согласованием и рефлектора в виде квадрата из проволоки, определенного диаметра на определенном от вибратора расстоянии. В оригинальной конструкции вибраторов 2, для оперативного переключения вертикальной и горизонтальной поляризаций. Питание идет по двум кабелям. Вибраторы расположены крестообразно и взаимного влияния друг на друга не оказывают, а рефлектор получается общий. В моделировщике выглядит все это дело следующим образом. Длина вибраторов, примерно, 5 метров (фактически регулируется на месте), Расстояние между рефлектором и вибраторами примерно 1,4 метра. Периметр рефлектора 11,8 метра. Периметр рефлектора величина очень важная, от нее зависит поведение антенны, подавление заднего лепестка и усиление вперед.

Диаграммы направленности и КСВ для вертикальной поляризаций

Диаграммы направленности и КСВ для горизонтальной поляризаций

Лучший усилитель, это антенна. Как видно из расчетов, что в вертикальной, что в горизонтальной поляризации усиление антенны, примерено, 11idB, что на практике эквивалентно увеличению мощности передатчика, примерно, в 12 раз. Делаем вывод, что антенну повторить стоит.

Отлично, с размерами и габаритами определились, теперь нужно подумать о конструктиве. Исходя из того, что большинству радиолюбителей не доступен парк обрабатывающих станков, конструкция антенны разрабатывалась исходя из реалий рынка материалов и возможностей среднестатистического радиоюбителя. Забегая вперед, скажу, что с подобными материалами, которые достать в наше время довольно просто, подобную антенну и любую другую типа Яги или Квадрата в состоянии повторить любой!

Исходя из размеров, были закуплены алюминиевые трубы в магазине OBI.

Тубы алюминиевые. Основа антенны.
Диаметр (мм), толщина стенки (мм), длина (м), количество (шт).
40х1х2 – 2 (бум антенны)
25х1х2 – 5 (основа вибраторов и крестовины рефлектора, если удастся найти 22-23мм, то лучше взять их)
20х1х2 – 4 (элементы вибраторов)
18х1х1 – 8 (элементы вибраторов)

Гамма согласование.
12х1х1 — 1
8х1х0,5 — 2
На фото еще трубы 12х1х2, они к делу не относятся…

В списке, количество труб взято с запасом, поскольку вначале планировалось делать антенну трех-элементной, поэтому лишнее можно выкинуть, продать, сделать еще одну антенну и ее продать. По сути, тут материала на две 2х элементных антенны или на одну большую 4х или 3х элементную.
Далее готовим трубы следующим образом. Трубы диаметром 20мм, пилим пополам получаем куски по 1 метру. У 20мм труб с одной стороны делаем пропил с торца по диаметру на глубину, примерно 4 см шириной 3мм и в конце разреза сверлим отверстие навылет. Делается обычной ножовкой по металлу в 4 пропила, плюс одно сверление. Я делал без сверления, но теперь понимаю, что оно было бы очень кстати. Далее вставляем трубу 18 мм внутрь 20мм трубы и фиксируем автомобильным червячным хомутом. Вставлять нужно на глубину не менее 15см. Главная задача сделать так, чтобы одна труба внутри другой не вращалась и не болталась. Важно не перетянуть и не сорвать хомут. Должно получиться что-то типа этого.

В итоге, у нас должно получиться 4 собранных элемента для 2х элементной антенны и 8 для трех элементной (про 3 элемента пишу исходя из количества материала выше).

Аналогично поступаем с трубами 25 (22-23)мм, только, у них пропилы делаем с обоих концов и также сверлим навылет. Это будут основы вибраторов в которые будут вставляться элементы сделанные ранее. Далее собираем вибратор. Вставляем с обоих концов элементы и фиксируем силовым широким хомутом. Поскольку, у меня трубы основы диаметром 25 мм, то даже силовым хомутом зажать их не получалось, пришлось делать вкладыши из строительной стальной перфоленты толщиной по 1мм.

Далее приступаем к изготовлению гамма-согласования.
Оно представляет собой 2 трубки диаметров 12мм и 8мм вставленных одна в другую. Длина 12мм трубки примерно 30см, 8мм трубки 50см. На 8мм трубку одет изолятор из силиконового шланга. Таким образом, мы получаем переменную емкость тромбонного типа. Один конец 12мм трубки нагревается на газу или еще каким-нибудь способом и сплющивается. В получившейся плоскости сверлится отверстие диаметром 4мм. Это будет часть, крепящаяся к центральной жиле фидера.

Далее, в магазине строительных материалов покупаются монтажные пластины подходящего размера с подходящими отверстиями изгибаются буквой Г, в них крепятся элементы гамма согласования. Разъем для подключения фидера крепится на монтажной пластине и к центральному проводнику припаивается обжимная клемма типа «O». К этой клемме и привинчивается 12мм трубка, которую мы раньше сплющили и просверлили. Соединение нужно делать с шайбой гровера, дабы от тряски и вибрации ничего не раскрутилось. Для крепления «гаммы» к вибратору можно использовать сантехнические хомуты предназначенные для фиксации труб на стенах и потолках, убрав из них резиновый уплотнитель. Должно получиться что-то вроде того, что на фотографиях.

Узлы крепления вибратора, рефлектора и крестовины распорок квадрата будут крепиться к буму следующим образом. Используем для этого монтажную пластину, размером 185х40х2, хомут-стремянку от глушителя Оки (41.5мм), и трубные хомуты 21-25мм, для крепления труб отопления, они уже с приваренной гайкой и резинкой-изолятором. Собираем это вот так (на фотографиях пластины без сверления под хомут). Сверлим 2 дырки под хомут.

Далее, приступаем к изготовлению рефлектора и его крепления. Для крестовины рефлектора отлично подойдут китайские стеклопластиковые удочки длиной 4 метра, кои продаются в рыболовных магазинах по 300 рублей за штуку. Я взял удочки марки Clasiх Pro 300. Покупаем 4 удочки и удаляем верхнее, самое тонкое, колено. Для этого откручиваем пробку в нижней части удилища, откусываем верхнее кольцо и вытряхиваем самое тонкое колено. Остальное нам пригодится. Нижнюю часть удочки, там, где находится пробка, не позволяющая удочке рассыпаться спиливаем дремелем. Ножовкой лучше не пилить, поскольку есть шанс расколоть стеклопластик и удочку можно будет выкинуть и идти в магазин за новой. Отпиленный конец обматываем хорошей изолентой, чтобы распил не начал раскалываться.
Далее трубу 25мм и длиной 2 метра пилим пополам, и получаем 2 метровых куска. При помощи изоленты подгоняем размер удочки к внутреннему диаметру трубы и с двух концов засовываем удочки в трубу. Внутри их можно зафиксировать клеем, можно термоусадкой. Я предпочел использовать изоленту и зафиксировал сверху термоусадкой. Несмотря на некоторую кустарность конструкции, она очень надежна и не развалится. К тому-же нагрузки на нее почти никакой не будет.

Итак, после проведения всех операций у нас получился почти готовый комплект для сборки 2х – 3х – 4х элементной антенны, причем конфигурация может быть самой разнообразной. Такой набор элементов позволяет собирать антенны, Яги и Q-Yagi, 2,3,4 элемента.

Еще одной важной деталью является держатель бума и крепление к мачте или поворотке. Детально его описывать не буду, все понятно из фотографий.

Все готово для сборки нужной антенны и экспериментов. Возможно, во всей конструкции или в отдельных ее узлах можно провести какие-нибудь доработки, которые для меня не очевидны, но будут полезны в целях увеличения эффективности или надежности конструкции. Антенностроение процесс творческий.

Установка антенны и мачты на дачном участке (часть 2)

Часть первая, находится здесь!

Мачта!

Следующий этап, сборка и установка мачты, на которую будет установлена антенна.

Поскольку пространство моего загородного участка сильно ограничено для размещения большой мачты, приходилось исходить из реалий жизни и несколько умерить свои аппетиты. В итоге долгих размышлений была выбрана легкая, телескопическая, алюминиевая мачта от радиолюбителя RA1ALAдлиной 15 метров, что хватило бы для того, чтобы поднять антенну над крышами садовых домиков и хоть как-то компенсировать то, что участок находится в низине. Но поскольку работать планировалось только в прохождения, то низкий участок не такая уж большая проблема. Мачта приехала транспортной компанией из Питера, всего за 250р…

Далее нужно было озаботиться такелажем в который входят оттяжки, коуши, талрепы, цепи, разъемные звенья цепи, анкера, якоря и жимки для троса.
Сразу оговорюсь, то что написано ниже, размеры оттяжек, углы их установки  и способы крепления пригодны для районов где установленная мачта не будет испытывать большие ветровые нагрузки. И не смотря на то, что парусность всей конструкции довольно низкая, я бы рекомендовал некоторые размеры переосмыслить с целью увеличения надежности.

Итак, для 15 метровой мачты с тремя ярусами оттяжек были закуплены:
120 метров стального оцинкованного троса диаметром 4мм.
Жимки подходящего размера, из расчета, что с каждого конца оттяжки будет минимум 3 жимка,  примерно 70 штук,
Коуши подходящего размера 20 штук.
Цепь с длинным звеном оцинкованная, 18 метров, диаметр 5мм (продается катушкой).
Талрепы крюк-кольцо 25см, 10 штук.
Разъемные звенья цепи, иногда их называют винтовые карабины, диаметром 6мм и количеством 16 штук.

Далее начинается «веселье», долгая и нудная работа по приготовлению такелажа мачты. На листочке бумаги, прикидываем размеры оттяжек исходя из расстояния, на котором будет находиться анкер и якорь, к которому будут крепиться оттяжки. Я выбрал 3 метра от ствола. В идеале, должна применятся схема 1 анкер, одна оттяжка, однако, в садово-огородных реалиях это просто невозможно и приходится идти на риск, используя один анкер для всех ярусов, что конечно не безопасно, но при должном исполнении вполне надежно.

Прикинув длину оттяжек с запасом, нарезаем их в размер, снимаем крепление оттяжек с мачты и начинаем, используя коуши, закреплять оттяжки на мачтовых креплениях. Для этого, коуш разгибают и продевают в мачтовое крепление оттяжек, затем сгибают назад. Из троса делают петлю и продевают в мачтовое крепление таким образом, чтобы коуш оказался на месте перегиба, далее все фиксируется жимками.  На каждую оттяжку в месте крепления должно приходиться не менее 3х жимков, которые обеспечат должную силу трения между волокнами троса. Конец троса, остающийся и торчащий приматывают тонкой проволокой к оттяжке, дабы он никого не поранил. После того, как все оттяжки одним концом закреплены на мачтовых креплениях, приступаем к талрепам. В кольцо талрепа продевается разогнутый предварительно коуш, и сжимается.

Следом по списку идут земляные работы, подготовка места, пятки, анкеров и якорей для установки мачты. Для начала нужно определить место на грунте где будет установлена мачта. Это должно быть открытое место, рядом, по возможности не должно быть деревьев, на 3 стороны, куда будут уходить оттяжки не должно быть предметов, мешающих оттяжкам. Грунт в месте установке должен быть по возможности плотный. Выбрав точку установки пятки мачты вбиваем в землю трубу с внутренним диаметром чуть большим, чем диаметр нижнего колена мачты. Чем глубже забьем трубу, тем лучше. У меня получилось на 1,5м. Над землей необходимо оставить кусок сантиметров 30. Внутреннюю часть трубы бетонируем так, чтобы пустое пространство в верхней части трубы осталось, примерно, сантиметров 15. Задача этой трубы дисциплинировать нижнюю точку мачты и не дать ей углубиться в грунт. На слабых грунтах пятку необходимо укрепить поперечинами, дабы предотвратить проседание.

Следующий этап, установка анкеров и якорей. 
Анкеры представляют собой оцинкованные трубы диаметром 5см, толщиной стенки 4мм и длиной 1,7 метра. К верхней части трубы приваривается проушина из катанки диаметром 6мм и заглубляется в грунт под углом к стволу мачты таким образом, чтобы оттяжки нижнего яруса образовывали с анкером прямой угол. Анкер заглубляется в грунт вплоть до приваренной проушины. За анкером выкапывается широкая яма глубиной примерно 1,5 метра и в нее погружается лежень. Лежень изготавливается из толстостенной стальной трубы диаметром не менее 10см и длиной не менее 70 см. К леженю приваривается проушина и с помощью разъемного звена цепи цепляется цепь, которая другим концом закрепляется на проушине анкера. Цепь от анкера до леженя должна быть натянута и находится на прямой линии с оттяжкой верхнего яруса. Таким образом, при должном исполнении мы получим очень хороший якорь, заменяющий пол куба бетона. Засыпаем лежень, ждем пока грунт усядется и надежно его зафиксирует. Таким образом мы предохраним анкер от вырывания в в некоторой степени снимем с него нагрузку которую будет создавать верхняя оттяжка. Следует помнить, что мачты падают от вырванных анкеров и порванных растяжек, поэтому, эти вещи нужно делать на совесть, ибо ущерб от упавшей мачты будет куда больше чем те затраты которые придётся вложить в хорошее крепление мачты.
Далее, при помощи болгарки или электросварки делим цепь на куски по 1 метру в количестве 9 штук и получившиеся куски цепляем при помощи разъемных звеньев на проушины анкеров.

После того, как пятка и анкера с якорями готовы, можно собирать мачту и ставить на нее оттяжки при помощи креплений.
Ставим мачту на пятку, поскольку в сложенном виде она всего 3 метра, и весит 15 килограммов, то с этим можно справится и в одиночку. Растягиваем оттяжки по сторонам к анкерам. Берем подготовленные талрепы и цепляем их крюком к середине нижней цепи идущей от анкера. Берем оттяжку нижнего яруса, продеваем в кольцо талрепа пропускаем через уже болтающийся там коуш, немного натягиваем и фиксируем жимком. И так еще 2 раза с остальных сторон. Да, совсем забыл, перед регулировкой оттяжек все талрепы нужно раскрутить в положение максимальной длины. После того, как оттяжки первого яруса примерно подогнаны по длине и зафиксированы жимками, можно приступать к натяжке талрепов, одновременно контролируя вертикаль ствола мачты. Это можно делать при помощи уровня, причем с 2х сторон, так будет понятно, в какую сторону натягивать оттяжки и где их ослаблять. Нижняя секция должна стоять очень ровно!

Оттяжки не нужно натягивать так, как будто это гитарная струна, они должны пружинить и не провисать, но перетягивать их не нужно, это создает ненужные нагрузки на все конструкции мачты и грунт, ведь таким образом мы, по сути, вгоняем мачту в грунт и выдергиваем анкера. 
Следующий этап, это развертывание мачты и подгонка оттяжек среднего и высшего уровней. Делается все точно так-же, как и с нижним. Выдвижение мачты начинается с самого тонкого колена, оно выдвигается до тех пор, пока, не откроется отверстие для упорного винта. Сразу вставляем упорный винт и фиксируем колено хомутом, только потом завинчиваем гайку на упорном винте. После того, как мачта полностью выдвинута, аккуратно слезаем с нижнего колена, и начинаем подгонку оттяжек. Мачта без антенны довольно легкая и поэтому в безветренную погоду страховать крен мачты удержанием оттяжек смысла нет. После регулировки всех оттяжек, установки всех жимков и выведении ствола мачты точно вертикально, на цепях при помощи краски отмечаются звенья, за которые были закреплены талрепы, так будет удобнее в будущем, при подъеме мачты с антенной ориентироваться за какое звено цеплять талреп.

Далее мачту сворачивают, делать это гораздо проще, чем развертывать, и на верхушку цепляют поворотку и устанавливают антенну.

Поскольку, все основные приготовления уже сделаны, то можно начинать самую ответственную часть, развертывание мачты вместе с антенной. Для этой работы потребуется, 5 человек! Двое поднимают, трое держат за оттяжки и не дают мачте закосить в какую-нибудь сторону. Очень важна скоординированная работа  людей на оттяжках, от их действий напрямую зависит эффективность всего подъема, поскольку перекошенная мачта, кроме того, что может упасть, может просто банально заклинить. Еще один момент, при подъеме последнего колена, рекомендуется талрепы ввести в зацепление с цепями, но на одно  или два звена ниже, чем помеченное при предыдущем подъеме.Таким образом, подняв полностью мачту она будет слегка зафиксирована, что не даст ей свободно гулять из стороны в сторону. После того как упорный болт последнего колена закручен и хомут хорошо затянут, можно спускаться и не спеша начинать регулировку положения мачты.
Контролировать положение ствола удобнее всего со стороны нижнего колена мачты, глядя снизу вверх на ствол с разных сторон.
Далее кабель снижения фиксируется на нижнем колене и проводится в шэк. Еще раз проверяем КСВ антенны, и если все в порядке, то испытываем антенну в эфире.

Вот собственно и все.

Материал взят на сайте http://radiochief.ru