Антенны в походе.

Не мало сказано о том, что на качество и эффективность связи оказывает большое влияние антенное хозяйство. Так же не мало статей, расчётов и пр. материалов по стационарным антеннам, их теории, физике и т.д., но в обычной лесной-походно-горной жизни они не то что бы не работают, но подход всё упрощает до наиболее компактных, лёгких, и всенаправленных. А ведь с ними всё не так просто, как кажется. Но тут будут ответы на простые вопросы - какая антенна лучше для походной рации, почему, какие хуже, и почему они тоже нужны. И как во всём этом разобраться.
Что бы разобраться, что же будет оптимально в походе, и какую антеннку прикрутить для похода к своей рации, нужно сначала немного вникнуть в теорию, чтобы на практике понимать, как зависит связь и её дальнобойность от того, что собственно стоит на рации. Конечно, кому неохота засорять своё сознание всей этой радиотеорией, могут сейчас просто перекрутить в конец статьи, и найти там все готовые ответы, но почему они такие, и что делать, если "что-то пойдёт не так", или "не оправдает ожидания" - не будет ни понимания, ни знания. Так что начнём с теории.
Габарит и вес антенны в походе весьма актуален, и хочется чтоб и то и другое было поменьше. Но это зависит не от наших хотелок, а от вполне физических величин, и в первую очередь от длинны волны (которая называется "лямбда", ). Чем выше частота, тем меньше эта самая длинна. Диапазоны часто именуют именно по длине волны, например наш VHF - "двойка", потому что длинна воны 2 метра; UHF - "70 см." - по той же причине, и CB - "десятиметровый". Так же "идеальный" излучатель, то бишь антенна, должен быть такого размера. Но таких больших конструкций в практике мы не наблюдаем, и вот почему.
Если объяснять просто-доступно на "понятном", то электромагнитное колебание, волна, это вполне физическое явление, как волна на воде, только не увидеть и не пощупать лапами. И оно имеет свой нижний апогей и верхний, а так же середину. Соответственно, что бы его создать или уловить, можно использовать 2 равных половине длинны волны излучателя, которые чаще называют "Вибратор и противовес", или "Антенна и земля" (хотя "земля" не совсем правильное название). Тут становится понятно, почему радиостанции на КВ требуют разворачивания длинных лучей проводов, а на СB и LB антенны габаритны, а хорошие радиостанции массивны, поскольку их корпус и является частью антенны - противовесом. Мобильные CB-рации малы и легки, поскольку предполагают что корпус авто будет работать "противовесом" излучателю-антенне. В тоже время СВЧ аппаратура и UHF рации могут позволить, да и должны быть маленькими и компактными, потому что лишний габарит всё портит. Но у слишком коротких волн, какие мы имеем на UHF, соответственно плохая огибаемость предметов на местности, и от этого в походе их применимость сильно ограничена дальностью возможной связи. Как известно, мы используем компромиссный диапазон в этом плане, "двойку"-VHF, где длинна волны 2 метра, и соответственно "антенна-идеал" будет равна примерно ¼ от 2м - 1метр. Но и 1 метр на рации - тоже плохо - корпус вряд ли его сможет компенсировать для качественного согласования. Поэтому есть "ход конём" - использовать излучатель кратный , 5/8 или ¼ . Что касается 5/8 - то это больше для стационарных, базовых антенн величина, а вот нас вполне устроит ¼. Тут надо сказать, что при ¼ уже не идеальные условия для излучения, но вполне терпимые. А вот уже 1/8 - уже настолько сильно режет эффективность, что не используется. А ¼ для VHF - это вполне вменяемые 50см.
Разобравшись с физическими длинами- , перейдём к таким важным параметрам как "резонанс" и "КСВ" - коэффициент стоячей волны. Есть ещё "волновое сопротивление", импеданс, но для всех портативок принят оптимальный в 50Ом, и антенны делаются с учётом этого. Но к этому параметру мы ещё вернёмся. Чтобы ощутить суть этих терминов, их можно сравнить с огнестрельным оружием, где наша рация - это патрон, который выстреливает снаряд - сигнал. Антенна - это ствол, А КСВ и резонанс - это длинна и калибр ствола. Импеданс к этому сравнению прикрутить сложно, но можно с натяжкой его представить как глубину нарезов и их крутизну. И если они не соответствуют друг другу, то снаряд-сигнал далеко не улетит. И вот почему.
Начну с КСВ. Это по сути отношение излучаемой мощность к выдаваемой станцией, и напрямую определяющий параметр КПД антенны. Идеально-сферично-вакуумный КСВ равен 1, а при КСВ=3 или более можно сказать, что антенны у нас как таковой нет, поскольку ослабление на ней сигнала передатчика более чем в три раза. Т.е., к примеру, если передатчик должен (и выдаёт) по паспорту 5вт, то при КСВ=2 в эфир выходит всего 2,5Вт, остальное остаётся в рации, и нагревает её транзисторы в передатчике. Считается, что КСВ=1,2 - очень хороший результат согласованности. И это действительно так, поскольку приблизится к 1.0 - так же сложно, как получить абсолютный вакуум. Для нас важнее как он достигается, и где он лучше.

А лучше он всего там, где есть резонанс. И вот тут начинается самое интересное, потому что он зависит от конструкции антенны, её размеров, одни словом того, что можно пощупать. Так вот, если у нас просто привёрнут штырь в 50см, то его резонанс, а соответственно и наименьший КСВ будет около 150мГц. Причём этот резонанс будет острый, и на 149мГц и 151мГц КСВ уже будет высоким, и резонанс плохой. И чем дальше от 150мГц, тем рация с этим штырём будет всё более глухая и немая. Соответственно, если мы для дальней связи в походе делаем четверть-волновый штырь, как на этой фотографии справа:

то его длинна должна быть точно рассчитана на ту частоту, на которой собираемся общаться. Например, предположим, что частота рабочая для всей группы f=145,825Мгц. Для расчёта применяем формулу

L=(300/F_p)/4

где L - длинна штыря, F_p - рабочая частота в мГц, но считать надо с учётом кГц, т.е. сотых и тысячных после запятой, а "300" - это скорость света в км/с. В итоге по формуле получается, что для 145,825мГц длинна штыря должна быть 0,514м, или 51,4см ( =2,056м). По идее, такой же должен быть и противовес, но в данном случае его получается эмулировать емкостной нагрузкой в виде металлического шасси самой рации, и присоединённого к ней ёмкого сопротивления в виде владельца :) Но это работает эффективно только в случае с одной частотой и острорезонансной антенной. А как быть производителям раций с широким диапазоном (тем же 136-173мГц), который не может знать, где пользователь будет работать? Да ещё если частоты ретрансляторов имеют разнос в 5 и более мГц? А просто, он делает антенну с тупым резонансом и соответственно более высоким КСВ, зато примерно одинаково эффективной на широком диапазоне.

Вот тут мы и подобрались к так называемым спиральным "резинкам" - или укороченным антеннам витого типа, которые мы и видим штатно прикрученными к рациям. Если их разобрать - то там ничего интересного - проволочная пружинка, иногда - резистор и маленький конденсатор для балансировки с "землёй", и всё. Но на самом деле всё сложнее. Эта конструкция по сути эмулирует тот же штырь но не в физическом варианте, а в магнитном. Своего рода это та же идея, что в приёмниках СВ и ДВ т.н. "магнитная антенна", но там она навёрнута на ферритовый стержень, для большей длинны улавливаемого ЭМ-колебания. Такая штука уже не острорезонансна, просто физически, довольно тупо, но тоже имеет выраженные характеристики КПД по частотам. Причём их настройка и определение - процесс тонкий и аккуратный, +/- один виток или даже его четверть могут или вывести её в острый резонанс, или по сути убить его вообще. Понятно, что конвейер на заводе так не заморачивается, один раз найдя оптимальное решение по форме и количеству витков спиральной антенны, завод штампует их по шаблону. Характеристика всё равно гуляет, но тут уже зависит от производителя - будет ли он их выбраковывать по тестированию АЧХ и КСВ, или нет. Кто это делает, а кто нет - догадайтесь сами ;) могу сказать только то, что теоретически можно это дело рассчитать и самостоятельно, но я даже не буду приводить всех этих страшных формул, где учитывается и длинна провода, и диаметр его, и межвитковое расстояние, и проводимость его поверхности, и диаметр намотки и ещё куча параметров, которые в итоге всё равно дают большую погрешность, и настройку всё равно придётся допиливать с приборами и отрезанием по четверти витка до получения нужного КСВ. И всё равно можно ошибиться, отхватив лишнего…
Но даже эти "резинки" с тупым резонансом его всё же имеют, и весь диапазон не покрывают. И вот тут вылезают интересные детали. Антенны для раций в ширпотреб, в том числе любительские, делаются обычно с центром резонанса в районе 145,0мГц, но гарантии что это так никто не даст, сама антеннка - просто чёрный обрезиненный штырёк, и очень повезёт, если на нужной частоте у него КСВ меньше 2-х. Зато не болит голова с подбором антенны, и её размеры вполне устраивают. А вот производители профессиональных станций, которые серьёзно озабочены тем, чтобы их продукция соответствовала заявленным хар-кам, такого себе позволить не могут, и делают антенны с более узким резонансом, для чего разбивают диапазон на поддиапазоны, а витые антенны-"резинки" для них маркируют цветными полосками или цветом цоколя у разъёма.

Это антенна Alinco EA-57 с двумя синими полосками, означает, что она в диапазоне 138-156мГц., с резонансом на 145мГц.	А это антенна Motorola PMAD4118 на 152-174мГц, с цокольной маркировкой (голубая)

Ниже примерный список цветовых маркировок портативных антенн и диапазоны в мГц, которым они соответствуют в зависимости от производителя.

Это то, что удалось собрать по известным моделям антенн для портативок. Как видно производители часто сильно гуляют, и только на маркировку полагаться не стоит, проще на диапазон той проф-рации, с которой антенна пришла. Есть ещё одни вариант решения, так сказать "бедняцкий" но в то же время неплохой - это купить спиральную антенну с картой обрезки, и по ней настроить (обрезать) её самостоятельно под нужную частоту. Мне известна одна такая доступная антенна, по цене примерно $10 - Vertex Standard ATV-6XL VHF.

Теперь как это всё прикручивается, в прямом и переносном смысле, к рации, которая идёт в пампасы аутдора.
Для начала нужно определится со схемой требуемой связи, по отношению непосредственно к конкретной рации - её нужно работать на одной частоте вызова и/или запасных рядом по частоте, или всё же нужна возможность широты диапазона? Или то и другое с заменой антенны. Ну и конечно насколько актуален габарит - а цивиле, в городе таскаться с полуметровым хлыстом неудобно и привлекает лишнее внимание, а в полях-горах можно об этом не думать, а вот связь нужна получше и подальше. Это нужно, чтобы не тащить лишнюю штуковину и соответственно вес/габарит. Исходя из этого быть готовым на определённые жертвы ;). Для примера разберём классические схемы:
1. Один канал, но габарит критичен (нужна компактность).
2. Широкий диапазон частот, и компактность.
3. Один канал, но габарит не критичен, или иногда критичен.
4. Широкий диапазон частот, но габарит не критичен, или иногда критичен.
5. Полная адаптивность: бывает нужно хорошую связь на одном канале-частоте, а бывает, что нужно хороший приём на большом диапазоне, и при всём этом бывает, что нужна компактность.
Схема №1. Берём настраиваемую спиральную антенну типа ATV-6XL, обрезаем её под нужную частоту, прикручиваем к рации и забываем об этом. Или, что ещё лучше, выбираем уже настроенную и проверенную антенну от проффессиональных станций, те которые с цветовой маркировкой из таблицы вверху, и то же самое - поставил и забыл.
Схема №2. Оставляем ту спиралку что есть, но не рассчитываем на хорошую эффективность, потому как антенна работает одинаково плохо на всём почти диапазоне, но лучше, чем острорезонанасная вне своего резонанса.
Схема №3. Делаем 1/4 штырь, и радуемся эффекту, но лучше прихватить спиралку типа ATV-6XL, для "цивила".
Схема №4. Тут одной антенной на все случаи тоже не обойтись. Во всяком случае если нужна качественная связь. Придётся покупать широкодиапазонные антенны с высоким "коэффицентом усиления" (читай - параметр обратный КСВ, но звучит понятней). Например, антенна Nagoya 771 (или Diamond RH-771)

Антенна Nagoya NA-771

Для тех, кто понял, о чём шла речь в теории есть её график с КУ (в db)

чтобы понять, насколько она применима для нужд конкретной рации, и её владельца. А для компактных ситуаций взять укороченный вариант Nagoya NA-701:

И в целом этого будет достаточно.
Схема 5. Самый "тяжёлый" случай. Во всех смыслах. Придётся брать сразу 3 антены: 1/4 штырь, самодельный (для хорошей связи на одной частоте вызова в походе), Nagoya 771 (для работы в широком диапазоне с хорошим КПД), и ATV-6XL для компактных ситуаций и/или вместо неё Nagoya NA-701 если не тяжело.

Но есть ещё особый случай, о котором стоит упомянуть отдельно, поскольку и схема, и её решения стоят особняком по отношению ко всему, что выше сказано, это - "Походно-экспидиционная" схема, или походно-базовая антенна (ПБА) дальней связи.
Эта антенна, да и сама схема является некоторым гибридом между портативно-походными требованиями и "базовыми" возможностями, и по сути представляет из себя комплект быстро разворачиваемой базовой антенны пониженного веса и повышенной эффективности. Однако она нужна лишь там, где условия предполагают наличие долговременного базового лагеря, откуда должна вестись связь с вышедшими из него или идущими, проводящими исследования, работающими группами на местности с значительным удалением. Конструктивно это ВЧ-кабель длинной метров 8, с волновым сопротивлением 50Ом, с одной стороны которого разъём для подключения портативной рации (или мобильной, если позволяет ситуация ей притащить и найти к ней питание), и подвесной антенной с другой. Насчёт подвеса - это просто петелька из капроновой нити или паракордового шнура на верхней точке самой антенны, за которую буде привязываться шнур которым она будет подниматься вверх. Как это делается - отдельная история, сейчас внимательно рассмотрим саму антенну.

Самое простое решение - это припаять к кабелю разъём как на рации, и просто накручивать имеющуюся антенну. Но тут возникает проблема с противовесом. Просто оголить 1/4 длинны волны оплётки ВЧ кабеля у "верхнего" разъёма не получится, тогда импеданс антенны будет далёк от 50Ом, (где-то 120 или больше) и высокий КСВ съест всю пользу от высоты подъёма, если не больше. Поэтому, чтобы обеспечить 50-ти омный импеданс, а заодно повысить Коэффициент усиления (и снизить КСВ, хотя на него тут влияние меньше) сдавив в горизонтальной плоскости диаграмму направленности (она не будет "светить" в космос вертикально вверх), нужно сделать противовесы под углом в 120^о к излучающей центральной антенне, которые представляют из себя 3-4 спицы длинной в 1/4 держащиеся за основание электрически соединённым с "землёй", т.е. оплёткой ВЧ-кабеля снижения. По сути это - антенна Ground plane (GP) но в лёгком походном исполнении.
В "боеготовом" виде конструкция достаточно габаритна и совершенно не транспортабельна. Поэтому для переноса её надо сделать складной или разборной. К сожалению, промышленно такие антенны не производятся, скорее всего потому, что нет спроса. Действительно, если в поход идут радиолюбители чтобы стоять базой, то скорее всего будет авто, где привезут мачту и обычные базовые антенны. А не радиолюбители о таких вещах в походах не думают, или им не требуется по условиям (нет базового стационарного лагеря, или он есть, и связная аппаратура там тоже стоит базовая). В горах вообще особый случай - там нет смысла поднимать антенну на мачте - горы всё равно выше :) Там проще встать лагерем высоко, или в зоне прямой видимости мест с которыми связывается базовый лагерь. Хотя применение там такой антенны было бы удобно - эффективность у ней выше, и кабель снижения можно завести прямо в укрытие (палатку).
Что касается направленных походных антенн, то это ещё более "особый случай". В собранном виде они ещё более сложны, и часто габаритней и хрупки, чем описанная выше GP. Но зато позволяют увеличить дальность связи очень сильно, хотя и только в одну сторону. Это частный случай, требующий отдельной статьи. Что же касается походно-базовой всенаправленной, как GP, то у меня долго такой не было, поскольку как-то не на столько нужна была (походы в основном не предполагают наличия базового лагеря с радиальной работой), но недавно она была сделана.

• 2013 Июнь
• 2014 Март
• 2014 Сентябрь
• 2014 Октябрь
• 2017 Декабрь
• 2019 Март
• 2020 Ноябрь