Схема подключения широкополосной антенны
Мне понадобилась приёмо-передающая антенна, которая работала бы на всех КВ и УКВ диапазонах и при этом её не нужно было перестраивать и согласовывать. Антенна не должна иметь строгие размеры и должна работать в любых условиях.
С недавних пор, у меня дома стоит FT-857D, у этого (как и у многих других) трансивера нет тюнера. На крышу не пускают, а работать в эфире хочется, поэтому с лоджии, я спустил под углом 50 градусов, кусок провода, длину которого даже не мерил, но судя по резонансной частоте 5.3МГц, 
длина примерно 14 метров. Поначалу, я делал разные согласующие устройства к этому куску, все работало и согласовывалось как обычно, но было неудобно бегать из комнаты на лоджию чтобы перестраивать антенну на нужный диапазон. Да и уровень шума на 7.0, 3.6 и 1.9МГц доходил до 7 баллов по S-метру (многоэтажный дом, рядом центральная улица и куча проводов). Тогда пришла мысль сделать антенну которая бы меньше шумела и её не нужно было перестраивать по диапазонам. Конечно при этом немного упадёт эффективность.
Изначально понравилась идея TTFD, но она тяжёлая, слишком заметная, да и кусок провода уже висел (не снимать же его). Вообщем, взяв за основу принцип этой антенны, я немного изменил её подключение, а что из этого получилось вы видите на картинке. В качестве безиндукционного резистора 50ом используется эквивалент расчитанный на 100Вт мощности. Противовес, это кусок провода длиной 5 метров, который проложен по периметру лоджии. Думаю что несколько резонансных противовесов, улучшат работу этой антенны на передачу (впрочем как и любого другого штыря). Кабель РК-50-11, идет к радиостанции и имеет длину около семи метров. 
При подключении этой антенны к радиостанции, шумы эфира снижаются на 3 — 5 делений по S-метру, по сравнению с резонансной. Полезные сигналы тоже немного падают по уровню, но слышно их лучше. На передачу антенна имеет КСВ 1:1 в диапазоне 1.5 — 450МГц, поэтому сейчас я её использую для работы на всех КВ/УКВ диапазонах мощностью 100Вт. и мне отвечают все кого я слышу.
Чтобы убедится в том что антенна работает, я провел несколько экспериментов. Для начала сделал два отдельных подключения к лучу. Первое это укорачивающая ёмкость, с ней получается удлиненный штырь на 7МГц, который отлично согласуется и имеет КСВ = 1.0. Второе — описанный здесь широкополосный вариант с резистором. Таким образом у меня появилась возможность быстро переключать согласующие устройства. Потом я выбирал на 7МГЦ слабые станции, обычно это были DL, IW, ON. и слушал их, периодически меняя согласующие устройства. Прием был примерно одинаковым, на обе антенны, но в широкополосном варианте, уровень шумов был значительно меньше что субьективно, улучшало слышимость слабых сигналов.
Сравнение между удлиненным штырем и широкополосной антенной, на передачу в диапазоне 7МГц, дало следующие результаты:
. связь с RW4CN: на удлиненный GP 59+5, на широкополосную 58-59 (расстояние 1000км)
. связь с RA6FC: на удлиненный GP 59+10, на широкополосную 59 (расстояние 3км)
Как и следовало ожидать, широкополосная антенна проигрывает на передачу резонансной. Однако величина проигрыша небольшая, а с повышением частоты она будет ещё меньше и во многих случаях ей можно пренебречь. Зато антенна реально работает в сплошном и очень широком диапазоне частот.
В связи с тем что длина излучающего элемента 14 метров, антенна действительно эффективна только до 7МГц, в диапазоне 3.6МГц многие станции меня слышат плохо или вообще не отвечают, на 1.9МГц возможны только местные QSO. В тоже время от 7МГц и выше никаких проблем со связью нет. Слышимость отличная, отвечают все, в том числе и DX, экспедиции и всякие мобильные р/станции. На УКВ я открываю все месные репитеры и провожу FM QSO, правда на 430мгц сильно сказывается горизонтальная поляризация антенны.
Эту антенну можно использовать как основную, запасную, приёмную, аварийную и антишумовую, чтобы лучше слышать удаленные станции в городе. Расположив её как штырь или сделав диполь, результаты будут ещё лучше. Вы можете »превратить» в широкополосную, любую антенну уже установленную ранее (диполь или штырь) и поэкспериментировать с этим, нужно только добавить нагрузочный резистор. Обратите внимание на то, что длина плечь диполя или длина полотна штыря не имеют значения, так как у антенны нет резонансов. Длина полотна, в данном случае влияет только на КПД. Попытки просчитать характеристики антенны в MMANA, не удались. Видимо, программа не может правильно расчитывать этот тип антенн, косвенно это подтверждает файл с расчетом TTFD, результаты которого очень сомнительны.
 |  (резистор должен быть безиндукционным длина плеч диполя не притична, но они должны быть симметричны) |
Я пока не проверял, но предполагаю (по аналогии с TTFD), что для увеличения эффективности антенны, нужно добавить несколько резонансных противовесов, увеличить длину луча до 20 — 40 метров и более (если вас интересуют диапазоны 1.9 и 3.6МГц).
Вариант с трансформатором
Поработав на всех КВ-УКВ диапазонах на описанном выше варианте, я немного переделал конструкцию, добавив в нее трансформатор 1:9 и нагрузочный резистор 450ом. Теоретически, КПД антенны должно стать больше. Изменения в конструкции и подключения, вы видите на рисунке. При измерении равномерности перекрытия, прибором MFJ, был виден завал на частотах от 15мгц и выше (связано это с неудачной маркой ферритового кольца), с реальной антенной этот завал остался, но КСВ был в пределах нормы. От 1.8 до 14мгц КСВ 1.0, от 14 до 28мгц он плавно увеличивался до 2.0. На УКВ диапазонах, этот вариант не работает, из- за большого КСВ.
 |  |
Тестирование антенны в реальном эфире, дало следующие результаты: Шум эфира при переходе с удлинненной GP на широкополосную антенну, уменьшался с 6-8 баллов, до 5-7 баллов. При работе на передачу мощностью 60Вт, в диапазоне 7мгц, были получены следующие рапорта:
RA3RJL, 59+ широкополосная, 59+ удиненный GP
UA3DCT, 56 широкополосная, 59 удиненный GP
RK4HQ, 55-57 широкополосная, 58-59 удиненный GP
RN4HDN, 55 широкополосная, 57 удиненный GP
На страничке F6BQU, в самом низу, описана аналогичная антенна с нагрузочным резистором. Статья на французском языке. Итак цель достигнута, я сделал антенну работающую на всех КВ и УКВ диапазонах, не требующую согласования. Теперь можно работать в эфире и слушать его, лежа на диване, а диапазоны переключать только кнопкой на радиостанции. Лень правит миром. хи. Присылайте ваши отзывы.
Вариант номер три
Я опробовал еще один вариант, широкополосного согласования антенны. Это классический несимметричный трансформатор 1:9, нагруженный на резистор 450ом с одной стороны и кабель 50ом с другой. Длина луча не имеет особого значения, но в отличии от предыдущей конструкции, важно чтобы она не попадала в резонанс ни на одном любительском диапазоне (например 23 или 12 метров). тогда КСВ будет везде хорошим. Трансформатор мотается на ферритовом кольце, тремя сложенными вместе проводами, у меня получилось 5 витков, которые нужно равномерно расположить по окружности кольца. 
Нагрузочный резистор можно сделать составным, например 15шт по 6к8 резисторов типа МЛТ-2, обеспечат вам возможность работать в CW и SSB мощностью до 100Вт. В качесте заземления можно использовать лучь любой длины, водопроводные трубы, вбитый в землю кол и тд. Готовая конструкция помещается в коробочку из которой выходит разьем PL для кабеля и две клеммы для луча и заземления. Диапазон рабочих частот 1.6 — 31МГц.
Широкополосная активная рамочная антенна с усилителем Левкова
Загоняем маленькую рамочную антенну в режим короткого замыкания для получения низких шумов и плоской АЧХ в широком диапазоне частот
Болгарин Шавдар Левков (LZ1AQ) – это практически наш Владимир Тимофеевич Поляков, то есть довольно известный в мировом радиолюбительском сообществе разработчик электронных устройств, а также большой и активный популяризатор радиолюбительского творчества. В нашей стране Левков в основном известен своими разработками в области различных приёмных (в основном укороченных антенн). Поэтому и знакомство с этим маститым радиолюбителем мы начнём именно с такой небольшой рамочной антенны, а также схемы широкополосного усилителя для неё:
Wideband Active Small Magnetic Loop Antenna [http://lz1aq.signacor.com]
Широкополосные малые магнитные рамки используются уже 3-4 десятилетия, и мне было любопытно посмотреть, какого результата можно с их помощью достичь, а также оценить их полезность в качестве широкополосной антенны для SDR. Антенну следует использовать с усилителем, поскольку ток в контуре рамки очень мал. Этот усилитель должен обладать очень низким входным сопротивлением, так как для достижения плоской АЧХ в широком диапазоне частот контур рамки должен работать в режиме короткого замыкания.
Диаметр рамки составляет около одного метра. Она должна быть выполнена максимально толстым проводником. Материалом может быть медь или алюминий – добротность контура большого значения не имеет. Более важным фактором является низкая индуктивность контура. Петля диаметром 1 м из алюминиевого провода d=3,4 мм обладает индуктивностью около 4 мкГн. Позже я использовал рамку диаметром 0,9 м. Петля изготовлена из двухстороннего стеклотекстолита (Рис.1). толщиной 1,5 мм и шириной 20 мм, что снизило её индуктивность до 3 мкГн. Для городских районов, где уровень шума намного выше, можно использовать рамки меньшего диаметра.
Рис.1 Конструкция рамочной антенны и активного усилителя Левкова
Принципиальная схема усилителя активной рамочной антенны приведена на Рис.2.
Рис.2 Схема активного усилителя Левкова для рамочных антенн
Усилитель представляет собой дифференциальный усилитель с входными каскадами с общей базой. Дифференциальное входное сопротивление усилителя составляет около 3 Ом на частоте 1 МГц. Это сопротивление возрастает с частотой (на частоте 30 МГц оно составляет 7 Ом), что обеспечивает равномерность коэффициента антенны (фактор антенны) в широкой полосе частот. Также этот низкий входной импеданс снижает чувствительность антенны к электрическому полю до минимального уровня.
Коэффициент усиления усилителя выбран из тех соображений, чтобы вместе с рамочной петлёй фактор антенны составлял примерно 0. +6 дБм -1 . В этом случае уровень шума усилителя будет примерно на 10. 15 дБ выше типового уровня внутреннего шума трансивера с чувствительностью -130 dBm. Дальнейшее увеличение коэффициента усиления только увеличит уровень нелинейных искажений.
Применение дифференциального усилителя позволяет снизить выходной уровень нелинейности 2-го и всех чётных порядков на 20. 30 дБ. Искажения второго порядка являются основным источником паразитных сигналов в этой антенне, а степень их снижения зависит от идентичности пар транзисторов и обмоток (L4, L5) выходного широкополосного трансформатора.
Популярные транзисторы PN2222A имеют достаточно линейную характеристику, коэффициент шума 4 дБ и приемлемую мощность рассеивания. Использование малошумящих транзисторов не приводит к существенному улучшению уровня шума. При этом для уменьшения искажений 2-го порядка следует использовать согласованные по h21 пары транзисторов.
Коллекторные токи первой и второй пары составляют: 25 мА и 40 мА соответственно. Транзисторы работают без радиаторов.
Если рамку предполагается использовать для высоких частот вплоть до 50 МГц, то пару выходных транзисторов следует выбирать с FT > 1ГГц, например, BFR96 или что-то подобное.
Поскольку фактически рамочная антенна работает в режиме короткого замыкания, в данной схеме классического согласования антенны с входом усилителя нет. Я смоделировал несколько решений с входными широкополосными трансформаторами и получил небольшое снижение уровня шума на некоторых частотах. Но поскольку это снижение было незначительным, то я оставил самое простое решение без трансформатора.
Входной НЧ фильтр (C5, L1, R21, C10, L2, R22) служит для уменьшения сигналов из диапазона FM-вещания. Добротность фильтра регулируется резисторами R21, R22. У меня рядом с городской квартирой расположены мощные FM-станции, так что без этого фильтра возникают нелинейные искажения. Если поблизости нет FM-передатчиков, то этот фильтр можно не использовать.
Этот усилитель может выдерживать поля очень высокой интенсивности без дополнительной защиты. Например, рамка была установлена в 20 м от полноразмерного антенного излучателя с усилителем мощностью 1,5 кВт и безупречно работала в течение 48 часов радиолюбительского конкурса SW. Резистор статического рассеяния номиналом 100 кОм может быть подключен между общей точкой антенного усилителя и землёй.
Возможные синфазные токи уменьшаются за счёт использования разделительных трансформаторов, дросселей и балунов между усилителем и подключаемыми устройствами.
Технические характеристики активной рамочной антенны Шавдара Левкова:
Диаметр петли: 1 м, 1 виток;
Материал петли: алюминиевая жила диаметром 3,4 мм;
Индуктивность: 4 мкГн;
Коэффициент (фактор) антенны Ka : 6 дБм -1 при 10 МГц (рассчитано по модели spice) – входной сигнал 1 мкВ/м выдает выходное напряжение 0,5 мкВ;
Неравномерность: В пределах 3 дБм -1 в диапазоне 0,5 – 30 МГц; (рассчитано по модели spice);
Минимальный уровень шума: >= 0,7 мкВ/м (рассчитано по модели spice);
Источник питания: внешний, 13,5 В > 150 мА;
Динамический диапазон: Точка 1 дБ компрессии >= 130 дБмкВ/м (выходное напряжение 5,6 В/м пик-пик, по модели spice).
Сравнительный тест данной рамочной антенны и полноразмерной 60-ти метровой «long wire», проведённый автором в сельской местности, на мой взгляд, большого интереса не представляет ввиду очевидности выявления победителя.
А вот сравнение этой рамки с низкодобротной (Q=25) резонансной рамочной антенной весьма интересно и, к сожалению, полученный результат свидетельствует явно не в пользу широкополосной конструкции.
Рис.3 Сравнение двух рамочных антенн. Верхняя панорама – это сигнал от настроенной резонансной низкодобротной (Q=25) рамки. Нижняя – от широкополосной.
Обе петли имеют диаметр 0,86 м и расположены на расстоянии около 5 м друг от друга. Само собой разумеется, что резонансная рамочная антенна подключена совсем к другому усилителю.
Обратите внимание, что отношение сигнал/шум в резонансной рамке на 6–10 дБ лучше, чем в широкополосной рамочной антенне.
На жёлтые диаграммы особого внимания можно не обращать. Это выходной сигнал усилителя, когда рамки заменены тороидальными катушками с такими же эквивалентными индуктивностями, как и соответствующие рамки. Данные кривые дают представление о примерном уровне собственного внутреннего шума сравниваемых активных антенн.