Итак, первый вариант антенны, изготовленный без учета коэффициента укорочения (Ку=1) показал резонанс на 13 МГц. Последующий расчет Ку как 0.92 оказался не правильным, и измененная антенна показала минимум КСВ на частоте 14.7 МГц. Подробный анализ ошибки выявил некоторые особенности, не заметные на первый взгляд.
Посмотрим на графики Z,SWR,F/B,GA,ДНА для антенны размещенной на высоте 3,4,5 М:
Импеданс:
КСВ:
F/B + Ga:
ДНА:
На картинках сверху 3М, снизу 5М высота подвеса.
Согласно модели, на высоте подвеса менее 4 метров, график Z имеет сложную зависимость, а на графике КСВ появляется еще один минимум , ниже по частоте примерно на 500-700 кГц!
Он даже заметен на 1 графике КСВ, полученным с AA-340UP на этой антенне:
И совсем слабо заметен при втором выезде (после укорочения):
На дальнейших измерениях, используемая точность шага в 100 кГц оказалась совершенно недостаточной, для выявления второго минимума КСВ. В итоге, данная "нижняя" частота была ошибочно принята в расчете Ку за основную. Таким образом, правильно было использовать значение частоты "верхней", или 13.6 МГц, вместо "нижней" 13 МГц. Дополнительно отмечу, в случае двух минимумов КСВ на графике, "верхний" - "правильный" сопровождается сменой знака jX.
Теперь у меня есть две точки для графического решения уравнения.
Ку=1, Fр=13.6 МГц
Ку=0.92, Fр=14.7 МГц
Решение для линейной аппроксимации функции
F(Ку)=-13.75*Ку+27.35
И ее график:
Здесь хорошо видно, что искомый Ку, соответствующий частоте 14.15 МГц лежит около значения 0.965.
Теперь легко пересчитать длины плеч антенны.
Было:
Вибратор10.64 М
Директор 10.07 М
Стало после ошибочного укорочения:
Вибратор9.7888 М
Директор9.2644 М
При Ку=0.965
Вибратор10.2676 М (добавить 0.4788 М)
Директор9.71755 М (добавить 0.45315 М)
Выводы:
1) Тщательно анализировать теоретическую модель и полученные графики;
2) Выполнять натурные измерения с шагом 10 КГц (использовать автоматизацию измерений);
Рассматривается модель антенны проволочная Uda-Yagi (Волновой канал) 2 элемента по схеме W+D. Расстояние между элементами 0.1 λ. Модель оптимизирована по КСВ.
Внешний вид модели:
Размеры модели для MMANA-GAL:
Директор10.07 метра
Вибратор10.64 метра
Траверса2 метра
Основные параметры на центральной частоте:
Частота14.15
КСВ1.02
R49.51 Ом
jX-0.9 Ом
Ку1 (коэффициент укорочения принят за 1)
Высота средней точки антенны, 3 метра
Теоретические графики, по модели MMANA-GAL (MININEC):
Внешний вид набора антенны:
Внешний вид симметрирующего трансформатора:
Крепежи выполняются леской, проволочными скрутками, рыболовными поводками (для директора).
Комплект антенны:
1.Штанга верхняя складная с резинкой и центральным крепежом;
2.Штанга нижняя складная рассыпная;
3.Директор из двух частей по 5.035 М с винтом, планкой растяжки, крепежами поводками;
4.Вибратор из двух частей по 5.32 М;
5.Плата симметрирования/согласования с BNC;
6.BNC длинный провод 5-10 М, 50 Ом;
7.Два зажима крокодила с кольцами для СУ;
8.Зажим черный с кольцами;
9.Гайки и шайбы в составе СУ;
10.Набор подборных емкостей;
11.Набор подборных индуктивностей;
12.Веревка 20М;
13.Веревки 2 шт по 10М.
Инструменты:
1.Пассатижи;
2.Отвертка плоская;
3.Скотч;
4.Веревочки, хомутики, проволочки стягивания.
Порядок установки антенны:
1.Закинуть 20М веревку через ветку высотой не менее 5М;
2.Собрать верхнюю штангу;
3.Привязать веревку к центру верхней штанги;
4.Собрать нижнюю штангу, фиксируя колена скотчем;
5.Прикрепить директор к заостренным концам штанг, защелками поводков за кольца;
6.Прикрепить вибраторы к толстым концам штанг, максимально близко к кольцам с помощью проволочек-стяжек;
7.Прикрепить центральные части вибраторов к плате симметрирования-согласования (СУ);
8.Соединить белой веревкой стяжения центр директора с отверстием платы СУ;
9.Подключить кабель удлинитель к BNC на СУ;
10.Поднять антенну проводом 20М на рабочую высоту;
11.Привязать веревки 10М к кольцам нижней штанги;
12.Привязать веревки 10М к деревьям или к камням ориентируя полотна антенны, так чтобы директор был не ниже вибраторов. Нижняя точка полотен должна быть на высоте около 2М.
4.Ожидается пониженная частота Fр = 13750 кГц. Вычислить коэффициент укорочения используя модель с Fp=14150 кГц (ожидаемое значения Кук=0.98) вычислить ε изоляции проводников по MAA_NEC (модель !WYagi-simm-opt-DIR-3-KSV-.maa);
5.Укоротить все проводники с учетом Кук;
6.Повторить проверку антенны. Убедится в наличии Fр в районе 14100…14150 кГц.
7.При КСВ более 1.5 выполнить подстройку реактивностями СУ;
8.При R>50 емкость подключать параллельно лучам;
9.При R<50 емкость подключать параллельно выходу кольца симметрирования (R<50 означает больший F/B и более острую настройку);
10.L подключается последовательно;
11.Найти минимальное значение КСВ, записать R/jX/КСВ;
12.Изготовить симметричную накладку СУ, с установленными индуктивностями L/2 + L/2 и емкостью из опыта;
13.Повторить испытания, убедится в схожих значениях R/jX/КСВ;
14.Повторить испытания подняв/опустив антенну на 1 метр. Убедится, что КСВ не более 1.5. (Рост высоты на 1 м, сдвигает резонанс влево на 100 кГц.или требует укорочения элементов) Для Inv-V все наоборот;
15.Проверить параметры антенны от 14000 до 14300 кГц;
16.Рабочие испытания с поворотом полотен на 180 градусов и оценкой отчетов скиммеров (телеграф).
Первый вариант был изготовлен по Ку = 1, и ожидалась пониженная частота минимума КСВ, Fр = 13.75 МГц.
Первое измерение: высота верхней точки 5м, нижней 1м (16.05.2021)
Минимум КСВ в области 12.9…13 МГц
Второе измерение: высота верхней точки 6м, нижней 2м
Минимум КСВ на 13 МГц
Моделирование показывает, что с увеличением высоты подвеса минимум КСВ смещается влево.
Измерения показывают, что минимум КСВ в изготовленном образце на частоте 13 МГц, против ожидаемого с Ку=1, 14.15 МГц или с Ку=0.98, 13.75 МГц!
Требуется учесть коэффициент укорочения провода в изоляции. Оценка по книге К.Ротхаммеля. Антенны, Рис. 1-7 показывает для тонкого и длинного проводника без изоляции Ку стремится к 0.98. Изоляция, дополнительно уменьшает Ку.
Оценим Ку для полученной антенны.
1 Метод. Диполь для частоты 14.15 МГц имеет длину 10.593 М, диполь для частоты 13 МГц имеет длину 11.53. Отношение длин дает Ку = 0.918
2 Метод. Пропорционально увеличиваем длины вибратора и директора в модели, до получения частоты минимума КСВ в районе 13 МГц.
МГц
Ку
1/Ку
12.8
0.9
1.11
12.9
0.91
1.098
13.1
0.92
1.086
13.2
0.93
1.075
Оцениваем изменение размеров и выбираем ближайшее и меньшее укорочение с Ку = 0.92.
Дорабатываем длины вибратора и директора по алгоритму:
Половина директора: 5.035 > 4.63 м, отрезаемая часть = 0.4 м
Половина вибратора: 5.32 > 4.89 м, отрезаемая часть = 0.42 м
(моя антенна состоит из 4 частей, каждая из которых укорачивается по данной методике)
Измерения антенны после доработки, 19.05.2021
Первое измерение: высота верхней точки 5м, нижней 1м
Направление максимума антенны - ССЗ
Минимум КСВ на 14.3 МГц
Домашний маяк принимается как S7. Маяк расположен в 4 км к ЮВВ от антенны, 50 мВт, LW 40М.
Второе измерение: высота верхней точки 5м, нижней 1м
Направление максимума антенны - В
Минимум КСВ на 14.7 МГц
Домашний маяк принимается как S8.
Третье измерение: высота верхней точки 5м, нижней 1м
Направление максимума антенны - З
Минимум КСВ на 14.8 МГц
Домашний маяк принимается как S6.
Проверка по телеграфным скиммерам.
Отправлялось 3 посылки CQ CQ с двухкратной передачей позывного сигнала, мощность 5 Вт.
Результат:
Время, z
Скиммер
Частота
дБ
Фронт антенны
WPM
7:53
RN4WA
14063.5
12
ССЗ
16
7:53
TF4X
14063.5
9
ССЗ
16
7:53
OH6BG
14063.6
21
ССЗ
15
8:14
RN4WA
14063.3
8
В
16
8:14
TF4X
14063.2
17
В
16
8:16
SJ2W
14063.3
6
В
15
8:36
IK4VET-1
14067.5
7
В
16
8:37
SJ2W
14067.5
6
В
16
8:37
UA4M
14067.5
7
В
16
8:46
RN4WA
14067.5
15
В
17
8:57
OH6BG
14067.5
8
В
17
8:57
RN4WA
14067.5
21
В
17
9:08
RN4WA
14067.1
16
З
18
9:08
HA7GN
14067.1
9
З
18
9:14
RN4WA
14067.1
16
З
16
9:14
SM7IUN
14067.1
4
З
16
9:19
DL0LA
14062.5
14
З
17
9:26
RN4WA
14067
14
З
19
9:26
DL0LA
14067
14
З
19
9:27
HG8A
14067
4
З
18
9:27
OH6BG
14067
15
З
18
Сравнение по отчетам скиммеров получилось малоинформативным, мало спотов,
возможно причина в летнем "ближнем" прохождении. Итак, скиммер OH6BG, отмечен синим показал цифры близкие к теории, лучшие показания для ориентации ССЗ 21 дБ, слабо при восточной 8 дБ, и среднее 15 дБ при западной ориентации. Западные станции, отмечены зеленым, проявились при ориентации антенны на запад.
Проведено 1 QSO с R4SAR8:20z,Восток,579 мне,559 ему
Проверка по датчику поля:
На расстоянии примерно 5 м от центра антенны произведем измерение поля к фронту и тылу антенны.
Используя квадратичную характеристику датчика поля [10*LOG10(U1/U2)], оценим F/B вблизи антенны для мощности 1 Вт, и 5 Вт.
Фронт на восток
Сторона
U1,U2, мВ
дБ
З
5
В
8
F/B
2.0412
З
4
В
30
F/B
8.750613
Полученные значения показывают направленность к фронту антенны от 2 до 8 дБ.
Фото:
Верхняя штанга (траверса)
Нижняя штанга (траверса)
Подвес антенны (ССЗ/ЮЮВ)
FT-817, АА-340UP, датчик поля
Выводы:
-Антенна обладает направленностью. Сигнал маяка, принятый в прямом направление оценен как S8, с тыла как S6, т.е. F/B около 12 дБ.
-Может быть достигнут минимум КСВ на центральной рабочей частоте вплоть до КСВ = 1.1
-Хорошим результатом можно считать достижение КСВ уровня 1.5 на центральной рабочей частоте.
-В данной модели, оптимальной по КСВ не требуется дополнительное применение СУ в точке питания. при этом Ga(10°) = -2.8 дБи (NEC-2), F/B(10°) = 20.4 дБ (NEC-2), Ga(20°) = 2.4 дБи (NEC-2), F/B(20°) = 18 дБ (NEC-2)
-При создании модели, оптимальной по Ga и отчасти F/B приведу значения для тех же зенитных углов:
Ga(10) = -1.7 дБи, F/B(10°) = 8.11 дБ, Ga(20°) =3.4 дБи, F/B(20°) = 8.6дБ (все по NEC-2), при этом, Импеданс становится 8+j26 (MMANA), что требует согласования от устройства симметрирования параллельно L=0.3 мкГн и последовательно к каждой части вибратора С = 500 пФ. Рабочая полоса при этом такой антенны получится очень малой (менее 100 кГц), что приведет к сложности начальной настройки и дальнейшей перестройки при работе на всем диапазоне.
- Отмечу, что диполь на высоте 3 м даст усиление Ga(10°) =-6.73 дБи, Ga(20°) =-1,4 дБи, это почти на 3.8 дБ меньше.
-Рабочая полоса антенны по уровню КСВ 1.5, для центральной частоты 14.7 МГц составила 0.5 МГц, что полностью обеспечит работу на всем диапазоне 20М.
9 мая 2021 отработал радиолюбительский маяк, передающий поздравление в формате SSTV Robot 36 на 14.230 МГц. Передачи выполнялись каждую 5 минуту, начиная с 10:40z. Всего было отправлено 76 поздравлений, соответствующие числу лет, прошедших с замечательного момента. Последнее сообщение отправлено в 17:00z.
Оборудование: PC Dual CPU 2.63 Mhz, 8 Gb RAM, Yaesu FT-817, MMSSTV, Antenna - EFA на высоте ~ 6 м, луч длиной 40 м. Питание через трансформатор.
Рапорты до настоящего момента не получены, прохождение по CW/WSPR в день работы маяка присутствовало.
