Антенна “Газонный луч”

“Газонный луч” – иной подход к скрытым КВ антеннам

K3MT, апрель 1997

Перевод- “РадиоАлерт”

Условия проживания наводят на вас тоску? Соседи мешают постройке антенной мачты? Нужна по-настоящему простая портативная КВ антенна? Тогда “газонный луч” вам подойдёт! Почти невидимый, лёгкий, умещается в карман, и он действительно работает. На станции K3MT он использовался в разных вариантах установки на протяжении более 10 лет.

Читайте дальше – и слушайте “специалистов”, которые будут утверждать, что такая антенна не может работать. Но она работает. И настоящие специалисты знают, почему.

Эта антенна не превзойдёт яги или полноценный диполь длиной полволны. Ни в приёме, ни в силе излучаемого сигнала. Но она переживёт снегопад, ураган, и почти неуязвима к удару молнии. Она не нуждается в мачте и оттяжках. Она извлекается из кармана, а симметрирующий трансформатор крупнее, чем она сама!

Газонный луч – вкратце.

Что это? Говоря попросту, это запитываемая с конца лучевая антенна, уложенная прямо на траву. Отсюда и название. Оригинальный “газонный луч”, использовавшийся K3MT летом 1988 года, был просто длиною 62.18 метров провода #18 AWG, уложенного вдоль границ участка, как попало в 30-180 сантиметрах над землёй. Этот набросок показывает вид сбоку и сверху на типичную установку. Показаны колышек заземления и необязательный противовес. Используйте или то, или то, оба сразу не нужны.

Такие антенны имеют большое сопротивление, от 150 до 500 Ом над обычной подстилающей поверхностью. Они успешно использовались на обычных почвах к северо-западу от Вашингтона, округ Колумбия, на песчаных почвах на мысе Канаверал, на каменистых сланцевых почвах в горах и в речных низинах Пенсильвании. Одна с большим успехом использовалась в Саутгемптоне на Бермудах.

Отражение и угол Брюстера

// Угол падения, при котором отражённый луч полностью поляризован, называется углом Брюстера. При падении под углом Брюстера отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны. Это явление оптики названо по имени шотландского физика Дэвида Брюстера, открывшего его в 1815 году. //

Ваш внутренний скептик, конечно, сомневается, что настолько низко подвешенные антенны всё же заработают. В конце концов, их проекция в земле тоже излучает и тем самым нейтрализует всё излучение от самой антенны. Верно – если земля идеальная. Но ничего идеального нет! Газонный луч порождает вертикально поляризованное излучение с конца луча. Обширные наблюдения показали, что антенна излучает с конца. Почему это работает?

Когда плоскостная волна отражается от границы земли-воздуха, входящий луч отражается, порождая исходящий луч. Оба они, а также линия, нормальная к пограничной плоскости, образуют _плоскость излучения_. Решения уравнений Максвелла отличаются для случая, когда Е-поле перпендикулярно к этой плоскости (то есть горизонтально поляризовано), и для случая, когда вектор Е-поля находится в пределах плоскости излучения. Последний случай, вероятно, можно называть “вертикальной” поляризацией, хотя технически это не вполне корректно. Электромагнетизм описывает эти явления как нормальное излучение (горизонтальная поляризация) и планарное излучение (вертикальная поляризация).

Для случая нормального излучения отражение почти полное, с поворотом фазы почти на 180 градусов. Таким образом, очень низко расположенные антенны не принимают и не излучают существенных значений горизонтально поляризованного излучения. Но для случая планарного излучения, отражение серьёзно отличается по силе. При определённых углах излучения (угол между исходящим лучом и поверхностью) отражение становится довольно слабым, и имеет 90-градусный сдвиг фазы. Близко к этому углу, сложение прямого и отражённого лучей обладает такой величиной, как если бы антенна находилась в свободном пространстве! Разумеется, под другими углами земное отражение нейтрализует прямое излучение, и антенна в целом излучает плохо.

Коэффициент отражения рассчитывается как отношение электрического поля во входящем луче к электрическому полю в отражённом луче. Он изменяется по значению от единицы (полное отражение без потерь) до нуля (никакого отражения вообще). Это зависит от угла отрыва, частоты, и характеристик почвы (диэлектрической постоянной и проводимости). Ниже приведены графики отражения планарного излучения (вертикальной поляризации) для типичных “хороших” и “плохих” почв.


Обратите внимание, что при значении угла от 10 до 25 градусов земное отражение весьма слабо выражено. Оно также повёрнуто по фазе на 90 градусов относительно исходящего луча. Поэтому излучение газонного луча, с его конца, будет примерно таким же, как если бы он не лежал на земле.

Но излучение под углом 10-25 градусов в направлении на Европу может быть вполне подходящим! И вот что делает газонный луч, он излучает сигнал с потерями, но с меньшими потерями, если мы говорим о дальнем контакте с DX. Чтобы продемонстрировать суть, вот выписка из аппаратного журнала K3MT за октябрь 1988 года на фоне применения газонного луча:

Date GMT CALL his/my RST FREQ Power
27   1554   SM6DYK 579 / 559   28004 80
    1601   SM0LBR 569 / 439   21007 100 RAY – STOCKHOLM
    2001   W4JBQ 579 / 569 7029 40 JOE – FT WRIGHT, KY
    2141   W8LNJ 579 / 459   28015 80 DAVE – DALLAS, TX
28   0227   W8AO 589 / 569 3547 15 BOB – SILVER LAKE, OH
    1720   G3RFE 579 / 559   21016 100 TOM – BARROW
    1932   G0CBW 569 / 559   14029 50 MEL
    1945   VE2FOU 589 / 559 7032 100 ANDRE – IBERVILLE
    2026   KB7UX 569 / 539   21040 100 RUSS – CHINO VALLEY, AZ
    2100   I2JIN 589 / 559   14022 40 BOB – COMO
    2123   G3JVC 569 / 559   14022 40 JOHN – LONDON
29   2105   WA200JXT  599 / 599  28015 80 ND

Неплохо для проводочка, лежащего на земле. Обратите внимание, что связи были проведены на диапазонах 80, 40, 20, 15, и 10 метров. Рапорты не бог весть какие, но связи были установлены, и любительское радио приносило радость. Пять стран за три дня. Самое лучшее заключается в том, что соседи даже не догадывались, что рядом занимается своими делами радиолюбитель.

Запитывание газонного луча.

Поскольку антенна имеет большое сопротивление, понадобился простой трифилярный балун. Этот рисунок показывает, как сделать работоспособный балун:


Обычно я снимаю оболочку с телефонного кабеля для помещений, внутри находится четыре изолированных медных жилы #22, одну убираем, три используем. Намотайте на сердечник около 16 витков, не позволяя проводу перехлёстываться, всё время удерживайте все три проводника параллельными друг другу.

Обратите внимание, что этот “балун” на самом деле согласует несимметричную антенну с несимметричной линией питания. Это просто широкополосный трёхпроводной трансформатор. Соотношения сопротивлений показаны на иллюстрации. В общем, нужно соединить коаксиальный кабель с точками A2/B1 или B2/C1, и антенну с B2/C1 либо C2. Это подключение может меняться от диапазона к диапазону, как обычно и бывает.

Виндом в траве.

Я также писал об антенне виндом. Хотя обычно она закреплена на шесте или дереве, она также работает, будучи расположена в виде газонного луча. Просто положите её на землю. Чтобы данные были под рукой, вот её размеры.

Когда я путешествую, то беру с собой одну такую изолированную жилу #22. Поскольку мне часто приходится разворачивать радиостанцию рядом с гостиничными парковками, и часто после рабочего дня, более длинная жила чёрного цвета, а более короткая красного. Это позволяет мне определить, в какую сторону направлять виндом. Помните, впрочем, что он излучает с длинного конца. Конечно, с другого тоже, но с длинного лучше.

Надеюсь, этот текст пробудил в вас некоторое любопытство. Решитесь попробовать эти лежащие на земле излучатели. Их очень легко сделать, даже балун.

73! K3MT