Секреты антенны бегущей волны диапазона свободы Си-Би
Эта статья — ваше полное руководство, которое поможет принять взвешенное решение и, если вы решитесь, построить и настроить антенну Бевереджа.
Диапазон Си-Би (Citizen's Band) на 27 МГц — это уникальный мир, где соседствуют местные связи на несколько километров и захватывающие дальние прохождения (DX), когда при благоприятных условиях можно услышать станции с других континентов. Стандартными антеннами для этого диапазона являются вертикалы (1/4λ, 5/8λ), диполи и, для продвинутых пользователей, направленные антенны типа Yagi (волновой канал) или Quad. Все эти антенны оптимизированы для эффективной работы как на передачу, так и на приём, и обладают усилением.
Однако в условиях сильных помех, как городских, так и атмосферных, даже самая мощная станция может оказаться бессильной, если слабый сигнал от далёкого корреспондента тонет в шуме. Именно для решения этой проблемы — радикального улучшения соотношения сигнал/шум (SNR) — и была создана антенна Бевереджа.
Важное предупреждение: Антенна Бевереджа на 27 МГц — это не универсальная и не основная антенна. Это узкоспециализированный, инструмент для приёма, который имеет смысл строить только при полном понимании его сильных и слабых сторон.
Часть 1. Зачем и когда нужна антенна Бевереджа?
Прежде чем браться за инструменты, давайте честно ответим на вопрос: а стоит ли игра свеч?
1.1. Ключевые недостатки для Си-Би оператора
- Только для приёма: Антенна Бевереджа принципиально неэффективна на передачу. Это означает, что вам потребуется отдельная передающая антенна (например, ваш штатный вертикал или Yagi) и система коммутации для переключения между ними. Это усложняет и удорожает сетап.
- Отрицательное усиление (потери): В отличие от Yagi, которая даёт усиление (например, +10 дБ), антенна Бевереджа имеет значительные потери (от -10 до -20 дБ). Сигналы на её выходе будут намного слабее, чем на выходе вашего основного вертикала. Её ценность не в силе сигнала, а в его чистоте. Для компенсации потерь почти всегда требуется малошумящий предусилитель (МШУ).
- Низкий угол приёма: Бевередж наиболее эффективен для приёма сигналов, приходящих под очень низкими углами к горизонту. Это идеально для НЧ-диапазонов (1.8, 3.5 МГц). На 27 МГц дальнее прохождение (F2-слой) часто происходит под более высокими углами, для которых Бевередж может оказаться неоптимальным.
- Требует много места: Хотя длина волны на 27 МГц составляет всего 11 метров, для хорошей работы Бевереджу нужна длина в несколько длин волн. Антенна длиной 2λ (22 метра) будет работать, но по-настоящему она раскроется при длине 4-6λ (44-66 метров) и более. Вам понадобится длинный, прямой участок земли.
1.2. Когда же она может быть полезна?
Несмотря на все недостатки, есть сценарии, где Бевередж на 27 МГц может стать вашим секретным оружием:
- Борьба с локальным источником помех: Если у вас есть мощный источник шума (например, плазменный телевизор соседа, промышленное оборудование, линия электропередач) в определённом направлении, вы можете направить "нуль" диаграммы направленности антенны Бевереджа точно на него. Это позволит "вырезать" помеху и услышать станции, которые раньше были полностью скрыты в шуме.
- Экстремальный DX-инг при низкоугловом прохождении: В определённых условиях, особенно при трансатлантических или трансполярных прохождениях, сигналы могут приходить под очень низкими углами. В такой ситуации Бевередж, подавив все остальные шумы и сигналы, может вытащить чрезвычайно слабый и редкий DX.
- Для энтузиастов-экспериментаторов: Если у вас есть место, время и желание построить что-то нетривиальное и глубоко изучить механику распространения радиоволн, этот проект доставит вам огромное удовольствие.
Вывод: Не стройте Бевередж как свою первую или единственную антенну. Рассматривайте её как дополнительный, хирургический инструмент для приёма в сложных условиях, который используется в паре с вашей основной передающей антенной.
Часть 2. Теоретические основы, адаптированные к 27 МГц
Принципы работы антенны остаются теми же, но давайте рассмотрим их в контексте 11-метрового диапазона.
2.1. Антенна бегущей волны против резонансной
Ваш вертикал или Yagi — резонансные антенны. Их размеры точно подогнаны для работы на 27 МГц. Антенна Бевереджа — нерезонансная антенна бегущей волны.
- Длина: Для 27 МГц (λ ≈ 11 м) практическая длина начинается от 22 метров (2λ) и достигает оптимальных значений при 44-88 метрах (4-8λ).
- Принцип работы: Электромагнитная волна, идущая вдоль провода со стороны его конца, наводит в нём токи, которые синфазно складываются в точке питания. Волна, добежавшая до конца, поглощается в терминирующем резисторе и не отражается. Сигналы и шумы с обратного направления эффективно подавляются.
- Главный параметр: Отношение "вперёд/назад" показывает, насколько хорошо антенна подавляет сигналы сзади. Достижение максимального F/B — главная цель настройки.
2.2. Волновое сопротивление (Z₀)
Волновое сопротивление провода над землёй зависит от его диаметра, высоты подвеса и свойств грунта. Для типичных конструкций на 27 МГц оно лежит в диапазоне от 400 до 600 Ом. Ключ к успеху — сделать сопротивление нагрузочного резистора (R_нагр) равным реальному волновому сопротивлению вашей антенны: R_нагр = Z₀. Только в этом случае отражения будут минимальны, а F/B — максимальным.
Часть 3. Компоненты системы: специфика для Си-Би
3.1. Терминирующая нагрузка
Это сердце направленности. Её подбор критически важен.
- Номинал: Как мы выяснили, он будет в районе 400-600 Ом. Точное значение нужно измерять.
- Тип резистора: Обязательно безындукционный. Обычные проволочные не подходят. Используйте углеродные (Carbon Composition), металлоплёночные (Metal Film) или специальные ВЧ-резисторы. Мощности 2 Вт будет более чем достаточно, так как антенна работает только на приём.
3.2. Трансформатор-балун: мозг системы
Он выполняет две функции:
- Трансформация импеданса: Преобразует высокое Z₀ антенны (например, 450 Ом) в 50 Ом для коаксиального кабеля. Самый популярный коэффициент — 1:9 (450 Ом / 9 = 50 Ом).
- Симметрирование (функция балуна): Предотвращает затекание помех на оплётку кабеля, сохраняя диаграмму направленности.
Какой балун выбрать для 27 МГц?
- Тип: "Золотым стандартом" остаётся трансформатор на линиях передачи (TLT) с трифилярной намоткой.
- Ферритовый сердечник: Вот здесь есть важное отличие от НЧ-диапазонов.
- Идеальный выбор: Материал типа 43 (NiZn). Он имеет оптимальные характеристики в диапазоне 2-30 МГц. Большинство коммерческих ВЧ-балунов сделаны именно на этом материале.
- Форма: Подойдёт как тороидальный сердечник (например, FT114-43 или FT140-43), так и бинокулярный.
- Намотка: Для балуна 1:9 на кольце FT140-43 обычно достаточно 8-10 витков скрученного из трёх проводов жгута.
Часть 4. Практическая конструкция и установка
- Длина: Стремитесь к длине не менее 44 метров (4λ). Чем длиннее, тем острее диаграмма направленности.
- Высота подвеса: От 1 до 3 метров. Низкий подвес обеспечивает низкий угол излучения, что нам и нужно.
- Провод: Подойдёт любой, но для прочности лучше использовать стальной омеднённый (биметалл) диаметром 1.5-2 мм.
- Заземление: Это критически важный элемент. Вам нужны две независимые системы заземления — у точки питания и у терминирующей нагрузки.
Часть 5. Прецизионная настройка с помощью NanoVNA
Этот алгоритм позволит вам научно подойти к настройке и получить максимальную отдачу.
Шаг 0: Калибровка NanoVNA
Обязательный первый шаг. Откалибруйте прибор на конце измерительного кабеля в интересующем диапазоне частот, например, от 26 до 28 МГц, используя калибровочный набор (Short, Open, Load).
Шаг 1: Проверка трансформатора-балуна
- Задача: Убедиться, что ваш балун 1:9 правильно трансформирует 450 Ом в 50 Ом.
- Процедура: Подключите к высокоомным клеммам балуна безындукционный резистор на 450 Ом (или 470 Ом). К 50-омному разъёму подключите откалиброванный VNA.
- Результат: На экране VNA в режиме КСВ (SWR) вы должны увидеть ровную линию, близкую к 1.0 в диапазоне 26-28 МГц.
Шаг 2: Измерение реального волнового сопротивления (Z₀) антенны
- Задача: Узнать реальное Z₀ вашего провода в ваших условиях.
- Процедура: Разверните полотно антенны на рабочей высоте. Балун не используется! Подключите VNA напрямую к антенне: центральную жилу — к полотну, оплётку — к заземлению у точки питания. Дальний конец антенны оставьте разомкнутым (OPEN).
- Анализ: В режиме отображения активного сопротивления R вы увидите колеблющуюся кривую.Ваше Z₀ — это среднее геометрическое значение между пиками и провалами этой кривой (Z₀ = √(R_max * R_min)). Например, если R колеблется между 350 и 650 Ом, то Z₀ ≈ √(350 * 650) ≈ 477 Ом.
Результат: Вы получили реальное Z₀ вашей антенны, например, 480 Ом.
Шаг 3: Подбор и проверка нагрузочного резистора
- Задача: Подобрать резистор R_нагр = Z₀ и проверить правильность выбора.
- Подбор: Возьмите безындукционный резистор с номиналом, максимально близким к измеренному Z₀ (в нашем примере — 470 Ом).
- Проверка: Установите на дальнем конце антенны заземление и подключите к нему подобранный резистор. Вернитесь к точке питания. VNA всё ещё подключен напрямую к антенне. Смотрите на график импеданса (R).
- Идеальный результат: Кривая R должна стать практически ровной линией на уровне вашего Z₀ (в нашем примере — около 480 Ом). Это означает, что отражения от дальнего конца практически отсутствуют.
Шаг 4: Финальная проверка всей системы
- Задача: Оценить КСВ полностью собранной системы.
- Процедура:
- Антенна полностью собрана: полотно, заземления, оптимальный нагрузочный резистор. Подключите ваш проверенный трансформатор-балун к точке питания.Подключите NanoVNA к 50-омному выходу балуна.
- Анализ:
- Смотрите на график КСВ (SWR).
- Идеальный сценарий: КСВ низкий (< 1.5) и ровный во всём диапазоне 27 МГц. Ваша антенна настроена идеально.
- Частый случай: КСВ ровный, но выше 1.5 (например, 1.8). Это может означать, что коэффициент трансформации 1:9 не совсем идеален для вашего Z₀. Например, если ваше Z₀ = 550 Ом, то идеальный импеданс на выходе балуна 1:9 будет 550/9 ≈ 61 Ом. КСВ при этом будет 61/50 ≈ 1.22, что отлично. Но если Z₀=400 Ом, то на выходе будет 400/9 ≈ 44.4 Ом, КСВ = 50/44.4 ≈ 1.12, что тоже превосходно.Если вы добились ровной полки КСВ ниже 2.0, настройку можно считать успешной.
Заключение
Постройка антенны Бевереджа на 27 МГц — это проект не для всех. Он требует места, дополнительных компонентов (реле, МШУ), понимания теории и аккуратной настройки. Это не та антенна, которая заменит вам хороший вертикал или Yagi.
Однако для увлечённого DX-мена, который сталкивается с высоким уровнем помех и готов экспериментировать, правильно построенный и настроенный Бевередж может стать тем самым "золотым ключиком", который откроет дверь в мир сверхслабых сигналов. Способность "выключить" шум с определённого направления и вытащить из него едва слышимый позывной с другого континента — это уникальный опыт, который с лихвой окупает все затраченные усилия.
Если вы готовы к вызову, это руководство поможет вам пройти весь путь от теории до работающей системы. Чистого вам эфира и редких DX! 73
________________________________________________________________________
PS Для тех, кто захочет рассказать мне о том, что антенны Бевереджа широко используются в армии как на приём, так и передачу:
Ключевое различие между гражданским радиолюбительством и военной связью.
Антенна типа «Бегущая волна» (АБВ), являющаяся по сути антенной Бевереджа, действительно была и остаётся стандартным элементом комплектации многих советских и российских переносных и возимых радиостанций КВ-диапазона (например, Р-130, Р-140, Р-159, Р-163 и др.).
Почему АБВ была так эффективна и популярна в армии СССР
Ключ к пониманию — это смена парадигмы. У гражданского оператора и у военного связиста совершенно разные задачи и приоритеты.
1. Главный приоритет: не усиление, а скрытность и помехозащищённость
- Гражданский оператор: Хочет максимального усиления (dBi), чтобы его сигнал был как можно громче и он мог слышать самые слабые станции. Его главный враг — эфирный шум и затухание сигнала.
- Военный связист: Его главная задача — установить связь и не быть обнаруженным. Его главный враг — средства радиоэлектронной разведки (РЭР) и радиоэлектронной борьбы (РЭБ) противника.
Антенна Бевереджа идеально отвечает военным требованиям:
- Низкая вероятность обнаружения (скрытность):
- Визуальная: Провод, натянутый на высоте 1-1.5 метра, практически незаметен на фоне местности, особенно в лесу или в кустарнике. Это несравнимо со штыревой антенной высотой 4-10 метров или мачтой для диполя.
- Радиоэлектронная: Из-за своей крайне низкой эффективности на передачу, АБВ имеет очень слабую диаграмму направленности в вертикальной плоскости (вверх). Это значит, что вражескому самолёту-разведчику, пролетающему над позицией, будет чрезвычайно трудно запеленговать работающую на передачу радиостанцию. Высокоэффективный вертикал или диполь "светят" во все стороны, включая вверх, и являются прекрасным маяком для пеленгаторов. Использование АБВ на передачу — это осознанный выбор в пользу скрытности ценой эффективности.
- Высокая помехозащищённость:
- АБВ обладает выраженной однонаправленностью. В боевых условиях вы почти всегда знаете, в каком направлении находится ваш штаб или корреспондент. Развернув антенну в этом направлении, вы значительно ослабляете помехи (как случайные, так и преднамеренные от средств РЭБ противника), приходящие с других направлений. Это резко повышает соотношение сигнал/шум (SNR), позволяя принять команду даже на фоне работающей "глушилки".
2. Простота и надёжность развёртывания
Стандартный армейский комплект АБВ (например, АБВ-200 длиной 200 метров) был разработан для развёртывания необученным солдатом в любых условиях:
- Минимум элементов: Катушка с проводом (часто это прочный полевой кабель П-274 «полёвка»), несколько изоляторов, металлические колышки для крепления и заземления, герметичный корпус с нагрузочным резистором и согласующий трансформатор. Ломаться там практически нечему.
- Отсутствие настройки: Антенну не нужно настраивать по КСВ. Её просто разматывают в нужном направлении, закрепляют и заземляют. Это критически важно в стрессовой ситуации, когда нет времени на работу с анализатором.
- Всепогодность и "всегрунтность": Конструкция рассчитана на работу в дождь, снег, на любом типе почвы.
3. Широкополосность
Это ещё одно колоссальное преимущество для военных.
- Гражданский оператор: Работает в узком участке диапазона (например, 27.100 - 27.300 МГц). Ему нужна резонансная, узкополосная антенна.
- Военный связист: Может получить приказ работать сегодня на частоте 3 МГц, завтра на 5 МГц, а послезавтра — на 8 МГц. Антенна Бевереджа является апериодической (нерезонансной). Одна и та же антенна длиной 100-200 метров будет эффективно работать (на приём) во всём коротковолновом диапазоне без какой-либо перестройки. Это избавляет от необходимости иметь набор из нескольких резонансных диполей на разные диапазоны и менять их.
4. Переоценка "недостатков" в военном контексте
Теперь посмотрим на недостатки, которые мы обсуждали для Си-Би, с точки зрения военного:
- Только для приёма / Низкая эффективность на передачу: Как мы выяснили, для военных это огромный плюс для скрытности. Если же требовалась эффективная передача, в комплекте радиостанции всегда были и другие антенны (штырь, симметричный вибратор), на которые можно было переключиться. Но часто мощности передатчика (от 10 до 100 Вт) хватало, чтобы "пробить" эфир даже на неэффективную АБВ, особенно если у корреспондента на приёме стояла такая же направленная антенна.
- Отрицательное усиление (потери): Военные приёмники, как правило, очень чувствительны. Но главное не это. В полевых условиях на КВ-диапазонах уровень атмосферных и промышленных помех почти всегда настолько высок, что ограничивающим фактором является не чувствительность приёмника, а внешний шум. АБВ, подавляя шум с боковых и заднего направлений на 15-20 дБ, даёт колоссальный выигрыш в читаемости сигнала. Пусть сам сигнал стал слабее на S-метре на 3 балла, но если шум ослаб на 5 баллов, то выигрыш в разборчивости огромен.
- Требует много места: Для развёртывания полевого узла связи или позиции отдельного подразделения участок земли длиной 100-200 метров — это не проблема. Это стандартная процедура маскировки и оборудования позиции.
Сравнительная таблица: Антенна Бевереджа для разных задач
Таким образом, антенна АБВ (Бевереджа) — это блестящий пример инженерного решения, идеально подогнанного под конкретную задачу. Для советской военной доктрины, делавшей ставку на массовость, простоту, надёжность и скрытность действий, эта антенна была практически идеальным инструментом для КВ-связи в полевых условиях.
Те хорошие результаты, которые получают современные радиолюбители, используя армейские комплекты АБВ, лишь подтверждают её фундаментальные достоинства: превосходное подавление шума и высокую направленность. Просто в армии эти свойства ценились не для комфортного приёма DX, а для выполнения боевой задачи и сохранения жизни личного состава.