Почему расчётная длина диполя на 27 МГц никогда не совпадает с реальным резонансом

Антенна отмерена по формуле, подвешена, КСВ-метр подключён. Минимум стоит на 26,1 МГц вместо 27,2. Это не ошибка расчёта, это физика реального проводника в реальном пространстве. Расхождение между теорией и измерением здесь не исключение, а правило. И именно с этого момента начинается настоящая работа с антенной.

Расчётная длина как отправная точка а не финальный размер

На частоте 27 МГц длина волны в свободном пространстве составляет λ = 300 / 27 = 11,11 м. Теоретическая длина полуволнового диполя из бесконечно тонкого проводника равна 5,56 м, по 2,78 м на плечо. Входное сопротивление такого идеального вибратора равно 73,1 Ом, что близко к 75 Ом и позволяет питать антенну коаксиальным кабелем без согласующего устройства.

Реальный проводник конечной толщины ведёт себя иначе. Конец каждого плеча обменивается зарядом с окружающим пространством, создавая концевой эффект: антенна электрически ведёт себя так, как будто она чуть длиннее своих физических размеров. Для резонанса на нужной частоте полотно приходится укорачивать. Степень укорочения описывается коэффициентом КА, который для голого медного провода диаметром 1-3 мм составляет 0,95-0,96, для трубчатых вибраторов диаметром 8-12 мм снижается до 0,92, а для провода в пластиковой изоляции падает до 0,93-0,94, потому что диэлектрик замедляет скорость распространения тока вдоль проводника.

Для голого провода 1,5 мм расчёт даёт L = 5,56 × 0,95 = 5,28 м, по 2,64 м на каждое плечо. Это стартовая точка. Реальный резонанс сдвигают высота подвеса, близость строений, металлическая кровля, тип изоляторов на концах. Всё это невозможно учесть аналитически, поэтому антенну изготавливают с запасом 5-10% по длине, то есть с плечами около 2,75-2,80 м, а потом методично подрезают.

Балун и почему без него показания КСВ ничего не значат

Дипольная антенна симметрична: токи в обоих плечах равны по амплитуде и строго противоположны по фазе. Коаксиальный кабель несимметричен по своей природе. При прямом подключении без балуна часть тока затекает на внешнюю поверхность оплётки кабеля, превращая её в третье паразитное плечо антенны. Диаграмма направленности перекашивается, входное сопротивление меняется непредсказуемо, и КСВ-метр начинает отражать состояние системы "антенна плюс кабель", а не саму антенну. Настраивать такую систему бессмысленно.

Простейший балун без феррита и дополнительных компонентов это кабельный дроссель. Первый метр кабеля от точки питания сматывается в катушку диаметром 10-15 см из 5-8 витков и фиксируется стяжкой. Индуктивность такой катушки на 27 МГц создаёт реактивное сопротивление порядка 1000-1400 Ом, что надёжно блокирует паразитный ток по внешней поверхности оплётки. Только после установки дросселя измерения приобретают реальный физический смысл.

Первое измерение и логика расчёта поправки

Антенна подвешена в рабочем положении, балун установлен, кабель отпущен вертикально вниз не менее метра. К разъёму подключается антенный анализатор или КСВ-метр с передатчиком на минимальной мощности 0,5-1 Вт. Большая мощность при высоком КСВ создаёт перегрузку выходного каскада передатчика, что нежелательно при рассогласованной нагрузке.

Предположим, первое измерение показывает минимум КСВ на 26,3 МГц при длине плеч 2,78 м. Цель 27,2 МГц. Нужно поднять резонанс на 0,9 МГц, что составляет 3,3% от рабочей частоты. Поскольку резонансная частота обратно пропорциональна длине антенны, укорачивать каждое плечо нужно примерно на те же 3,3% от текущей длины, то есть на 9 см. Первый рез делается на 6-7 см с запасом: лучше сделать ещё одну итерацию, чем срезать лишнее и потом выравнивать асимметрию двух плеч.

После каждого реза длины обоих плеч выравниваются. Асимметрия более 15-20 мм смещает точку питания из центра антенны и деформирует входное сопротивление. После подрезки антенну расправляют в рабочее положение и выдерживают 2-3 минуты: провод с остаточными напряжениями после скручивания при транспортировке чуть меняет геометрию при расправлении, и резонанс немного плывёт. Измерение сразу после реза не даёт окончательного результата.

Пошаговая процедура подрезки и остановочные критерии

Итерации следуют по единой логике: измерить, вычислить поправку, срезать 60-70% от расчётной величины, выровнять плечи, дать антенне успокоиться, измерить снова. По мере приближения к цели шаг реза последовательно сокращается:

1. При отклонении резонанса более 500 кГц: срезать по 5-7 см с каждого плеча.
2. При отклонении 200-500 кГц: срезать по 2-3 см.
3. При отклонении менее 200 кГц: срезать по 5-10 мм.
4. При достижении КСВ ниже 1,5 на целевой частоте: остановиться.

Диапазон Си-Би охватывает частоты от 26,965 до 27,405 МГц, ширина около 440 кГц. Проволочный диполь из провода 1,5 мм перекрывает этот диапазон с КСВ не выше 1,8 при резонансе в середине. Трубчатый вибратор диаметром 8-12 мм даёт более пологую кривую КСВ и уверенно держит показатель ниже 1,5 по всему диапазону за счёт сниженной добротности антенны. Здесь работает простое соотношение: чем толще вибратор, тем шире полоса согласования, тем проще настройка.

Как высота подвеса меняет входное сопротивление

Высота подвеса действует на параметры антенны ощутимо, и понимать это нужно ещё до начала настройки. При подвесе центра диполя на высоте равной половине длины волны, то есть около 5,5 м на 27 МГц, входное сопротивление приближается к свободнопространственному значению 73 Ом. При снижении до 3-4 м оно падает до 50-55 Ом, что делает 50-омный кабель почти идеальной нагрузкой без каких-либо согласующих устройств. При ещё меньшей высоте, около 1,5 м, сопротивление опускается до 35-45 Ом, и КСВ с 50-омным кабелем уже заметно растёт.

Из этого следует практическое правило: финальную настройку всегда проводят на той высоте, на которой антенна будет работать постоянно. Перенос настроенного диполя с высоты 3 м на высоту 8 м сдвигает резонансную частоту вверх на 150-250 кГц и меняет входное сопротивление. Настраивать антенну на земле горизонтально, а потом поднимать на рабочую высоту бессмысленно: придётся повторять процедуру заново.

Почему загнутые концы не заменяют подрезку

Соблазн не резать, а загнуть лишние сантиметры под прямым углом велик. Это выглядит как обратимое решение. Но загнутый конец продолжает нести ток, хотя и ослабленный. Вертикальная составляющая загнутого участка вносит реактивность в точку питания, деформирует диаграмму направленности и нарушает симметрию плеч. КСВ при этом улучшается, потому что резонансная частота сдвигается, но антенна перестаёт быть чистым горизонтальным диполем. Токи в прямом и загнутом участках плеча частично компенсируют друг друга, а оставшаяся вертикальная составляющая излучает в ненужных направлениях.

Правильный путь один: резать. Срезанные сантиметры не возвращаются, зато антенна остаётся геометрически правильной. Именно поэтому и начинают с запасом в длине: это страховка, которая позволяет делать несколько резов без риска промахнуться мимо нужной частоты.

Финальная проверка и признаки хорошо настроенной антенны

После нескольких итераций минимум КСВ должен оказаться в середине используемого диапазона, например на 27,2 МГц для основного канала дальнобойщиков. Значение КСВ в минимуме для горизонтального диполя из провода 1,5 мм на высоте 5-8 м при питании 50-омным кабелем обычно укладывается в диапазон 1,1-1,3. На краях диапазона, то есть на 26,965 и 27,405 МГц, КСВ вырастает до 1,4-1,8 в зависимости от толщины провода.

Если КСВ в минимуме оказался подозрительно низким, например 1,05 при ожидаемых 1,15-1,2, скорее всего балун работает не идеально и часть оплётки кабеля участвует в излучении, искусственно расширяя полосу согласования. Нужно проверить количество витков дросселя и его диаметр.

Если кривая КСВ несимметрична относительно резонансной частоты, левый склон круче правого или наоборот, это указывает на асимметрию плеч. Укорачивают более длинное плечо на 5-10 мм и проверяют снова.

Правильно настроенный диполь не требует тюнера. Он просто принимает мощность передатчика и отдаёт её в эфир. Несколько итераций подрезки, каждая из которых занимает не более десяти минут, превращают кусок провода в инструмент, который будет работать годами без единого обслуживания.