Калькулятор антенны J-pole

Антенна J-pole

Как работает J-pole и что считает калькулятор

J-pole — это полуволновый вертикальный излучатель, запитанный снизу через четвертьволновый согласующий шлейф. В собранном виде конструкция напоминает букву «J», отсюда и название. Ключевое достоинство: полуволновый вибратор имеет высокое входное сопротивление, а короткий закороченный шлейф работает как согласующий трансформатор и «дотягивает» это сопротивление до 50 Ом кабеля. Благодаря такой запитке антенне не нужны ни радиалы, ни заземление, ни противовесы — она самодостаточна и хорошо ведёт себя на балконе, мачте или в поле. Калькулятор по частоте выдаёт три размера: длину излучателя, длину шлейфа и высоту точки питания над закороткой.

λ = 300 / f(МГц)    Излучатель = λ/2 · vf    Шлейф = λ/4 · vf
Точка питания ≈ λ/40 от нижнего (закороченного) конца шлейфа

Сначала считается длина волны в свободном пространстве: λ = 300 / f, где частота в мегагерцах, а λ — в метрах. Полноразмерная длина волны — базовая величина всей антенной техники, тот же переход частота↔длина используют калькулятор длины волны и родственный ему расчёт диполя. Излучатель берут в половину волны, а шлейф — в четверть; обе величины умножают на коэффициент укорочения vf, потому что вдоль реального проводника волна распространяется чуть медленнее, чем в вакууме.

Коэффициент укорочения и единицы

Множитель vf (velocity factor, коэффициент укорочения) учитывает, что электрическая длина проводника меньше геометрической. Для металлической трубки или толстого провода он лежит около 0,95 — это и стоит в поле по умолчанию. Чем тоньше проводник относительно длины волны, тем ближе vf к единице; для очень толстых элементов он опускается до 0,93–0,94. Диаметр влияет и на полосу: толстая трубка даёт более широкополосную и «прощающую» антенну, тонкая проволока — узкую и капризную к настройке. Результат калькулятор показывает в метрах, а если размер меньше метра — автоматически переводит в сантиметры с одним знаком после запятой, чтобы удобно было отмерять рулеткой. Обратите внимание, что коэффициент укорочения применяется к излучателю и шлейфу, но не к высоте точки питания: она задаётся как чистая доля длины волны (λ/40), потому что это положение отвода, а не резонансный размер. Помните: формула даёт стартовые размеры, а финальную длину всегда доводят подрезкой по прибору, поэтому небольшой запас при нарезке лишним не будет.

Настройка точки питания и КСВ

Точка питания — самое тонкое место J-pole. Коаксиал подключают к обоим проводникам шлейфа на небольшой высоте над закороткой: центральную жилу — к длинному излучателю, оплётку — к короткому шлейфу (или наоборот, это подбирается). Приблизительная высота ≈ λ/40 от низа, но реальное положение ищут экспериментально по минимуму КСВ, сдвигая точку на пару сантиметров вверх-вниз. Физически шлейф вместе с участком до точки питания образует четвертьволновый согласующий трансформатор — та же идея, что в четвертьволновом трансформаторе и в L-согласовании. Полезно надеть на кабель у точки питания дроссель (несколько витков коаксиала или ферритовые кольца): без него оплётка коаксиального кабеля становится частью антенны, КСВ «плавает» от того, как держишь фидер, а диаграмма перекашивается.

Размеры для типовых диапазонов

Ниже — готовые размеры при коэффициенте укорочения 0,95 для популярных частот. Значения стартовые; финальную подгонку делают подрезкой излучателя по КСВ-метру или анализатору. Точку питания указана ориентировочно (≈ λ/40), её всё равно подбирают на месте.

Материал, изготовление и полоса

Классический вариант — из медной водопроводной трубки: длинный отрезок и параллельный ему короткий шлейф, спаянные внизу перемычкой-закороткой. Расстояние между излучателем и шлейфом обычно берут в пределах 3–5 % длины волны (для 2 м это около 3–5 см) — оно влияет на входное сопротивление и удобство поиска точки питания. На высоких диапазонах (70 см и выше) J-pole делают даже из отрезка жёсткого коаксиала или печатной дорожки на плате. Гибкий «полевой» вариант — из ленты обмоточного провода или телевизионного двухпроводного шнура (twin-lead), его сворачивают в рюкзак и разворачивают на дереве. Полоса согласования у J-pole умеренная: на 2 м это обычно несколько мегагерц по уровню КСВ ≤ 1,5, чего с запасом хватает на весь любительский участок. Толстый проводник расширяет эту полосу и делает антенну менее чувствительной к погоде, обледенению и близости мачты; тонкая проволока требует более аккуратной настройки. Все размеры из таблицы и калькулятора — стартовые: излучатель нарезают с запасом 1–2 см и укорачивают, добиваясь минимума КСВ на нужной частоте.

Где применяют — и где не годится

J-pole — «рабочая лошадка» УКВ: базовые станции на 2 м и 70 см, ретрансляторы, приём ADS-B и метеоспутников, дежурные антенны для радиосвязи. Её любят за простоту (труба, немного проволоки или медный сантехнический профиль), всенаправленную в горизонтальной плоскости диаграмму и небольшой прижатый к горизонту угол излучения, что хорошо для дальней УКВ-связи. Вертикальная поляризация делает её удобной парой к носимым и мобильным станциям. Не годится она там, где нужны горизонтальная поляризация или направленность (SSB-дальнобой, EME), а также как замкнутая рамка малого размера — для тесных условий и приёма ближе стоит рамочная антенна. При проектировании линии дальше пригодятся потери свободного пространства, а для тонкого согласования питающего тракта — диаграмма Смита. Главная типовая ошибка — забыть про запорный дроссель и настраивать антенну «по кабелю».

Пример

Значения по умолчанию: f = 145 МГц (центр 2-метрового диапазона), vf = 0,95. Длина волны λ = 300 / 145 = 2,069 м. Излучатель = λ/2·0,95 = 1,034·0,95 = 98,3 см. Шлейф = λ/4·0,95 = 0,517·0,95 = 49,1 см. Точка питания ≈ λ/40 = 2,069 / 40 ≈ 5,2 см над закороткой (обратите внимание: к точке питания vf не применяется — это доля полной длины волны). Именно эти цифры и показывает виджет выше; на практике излучатель нарезают на пару сантиметров длиннее и укорачивают по минимуму КСВ.

См. также: диполь / штырь · рамочная антенна · длина волны · КСВ · четвертьволновый трансформатор · все калькуляторы

Как рассчитать J-pole?

Полуволновый излучатель ≈ λ/2·vf, согласующий шлейф ≈ λ/4·vf (vf ≈ 0,95 для трубок), λ = 300/f(МГц). Точку питания коаксиалом ищут в нескольких сантиметрах от закороченного низа шлейфа по минимуму КСВ.

Чем удобна J-pole?

Она не требует радиалов и заземления (в отличие от штыря), питается напрямую и даёт всенаправленную диаграмму в горизонтали — популярна как простая базовая антенна для 2 м / 70 см.