Трансформатор на объемном витке от CHA250 vs LC тюнер

 Для испытаний мне попал в руки образец трансформатора на объемном витке, изготовленный Сергеем R2AKT. Данные трансформаторы используются для широкополосного согласования в антеннах Comet CHA250. https://radioaficion.com/cms/comet-cha250b-hf-vertical/

Схема трансформатора:

Фото трансформатора:

Внешний вид антенны Comet CHA250:

Что говорит нам разработчик антенны, Дэвид K3DAV?

Сначала оценка конкурентов:

Butternat со своей HF6VX - все неплохо, но для расширения количества диапазонов надо доплачивать.

Diamond с BB7V - дешевая конструкция, с хлипким проводом между катушкой и основным элементом.

Titan-DX Gap Antenna - Вертикальный диполь с центральным питанием, у этой штуки много радиалов, которые могут сломаться на ветру 

Hustler 6-BTV - неплохая антенна, но загруженная "ловушками мощности" (я так полагаю речь идет о трапах)

Hy-Gain c AV18-AVQII c трапами и дополнительной катушкой на 80 метров. 

Jetstream c JTV680 - внешняя копия Comet CHA250 под названием JTV680. Антенна сделана из более легкого алюминия, легко ломается на ветру, а катушка подобна толстому резистору на 50 Ом, который "ворует энергию". 

Каждая из этих антенн имеет высокое КСВ на ВЧ и требует дополнительного согласующего устройства! 

На этом "технический обзор" конкурентов заканчивается, и начинается обзор Comet CHA250.

- Работает "чертовски хорошо";

- Не содержит трапов;

- Не требует радиалов;

- Допустимая мощность до 100 Вт;

- Рабочие частоты от 3.5 до 57 МГц;

- КСВ 1.6 или меньше;

- Длина антенны около 7.07 метра;

- Возможно работать на 160М с КСВ более 3.

Самой антенны у меня нет, зато есть этот трансформатор и мой луч, длиной 40 метров. Радиолюбители подобрали оптимальные длины лучей, которые могут работать с данным трансформатором и свели в таблицу:

Можно считать что мой вариант луча близок к варианту 38.65 метра (если указана величина с учетом коэффициента укорочения), либо к варианту 42.08 м (если цифры без учета Ку). В любом случае я должен получить приемлемое КСВ на диапазонах 80,40,30,20 метрах, которые и проанализирую в тестах. 

Проведем измерение с помощью NanoVNA по полосе от 1 до 29 МГц:

В данном измерении в качестве ВЧЗ - рама окна. НаноVNA  подключен к компьютеру, который заземлен. Получаем следующие значения КСВ:

80М - не менее 3

40М - не менее 1.4

30М - менее 2

20М - около 1.1 

В общем при частоте более 9 МГц КСВ везде менее 2!

Шутки ради я отключу сейчас полотно антенны от трансформатора и покажу полученные графики от Нано Вна. 

Получаем следующие значения КСВ:

80М - не менее 3

40М - не менее 1.5

30М - менее 2

20М - около 1.1 

Почти и как с антенной - лучом! В общем, при частоте более 4 МГц КСВ везде менее 2! Интересно, ведь?!

Теперь мы готовы сравнить работу (потери) трансформатора от CHA250 и LC - тюнера на воздушных элементах. 

20М два цикла WSPR, 5Вт, через CHA250:

Первый цикл: 49 спотов

Второй цикл: 40 спотов

Суммарно: 89 спотов

20М два цикла WSPR, 5Вт, через LC:

Первый цикл: 84 спотов

Второй цикл: 65 спотов

Суммарно: 149 спотов

 (10*LOG(149/89) )= 2.2 дБ разницы по количеству спотов (LC/CHA250). 

Здесь и далее логорифмические оценки по количеству спотов приведены для грубой оценки, их точность невелика, т.к. связана с активностью того или иного скиммера на диапазоне.

30М один цикл WSPR, 5Вт, через CHA250:

Первый цикл: 65 спотов

Второй цикл: 58 спотов

Суммарно: 123 спота

 30М один цикл WSPR, 5Вт, через LC:

Первый цикл: 72 спотов

Второй цикл: 74 спотов

Суммарно: 146 спота

Примечание: картинки на 30М получены только по первому циклу WSPR

 (10*LOG(146/123) )= 0.7 дБ разницы по количеству спотов (LC/CHA250). 

40М два цикла WSPR, 5Вт, через CHA250:

Первый цикл: 69 спотов

Второй цикл: 53 спотов

Суммарно: 122 спота

40М два цикла WSPR, 5Вт, через LC:

Первый цикл: 93 спотов

Второй цикл: 105 спотов

Суммарно: 198 спотов

 (10*LOG(198/122) )= 2.1 дБ разницы по количеству спотов (LC/CHA250). 

80М два цикла WSPR, 5Вт, через CHA250:

Первый цикл: 8 спотов

Второй цикл: 9 спотов

Суммарно: 17 спотов

80М два цикла WSPR, 5Вт, через LC:

Первый цикл: 46 спотов

Второй цикл: 43 спота

Суммарно: 89 спотов

Что мы видим из этих картинок? Варианты с LC выглядят понасыщеннее спотами, а от 40М и выше появляются даже DX "прострелы". В цифрах также LC дает больше спотов, особенно на 80М.  (10*LOG(89/17) )= 7 дБ разницы по количеству спотов (LC/CHA250). 

Выполним статистическую оценку по уровням SNR WSPR. 

Данные измерения имеют вероятностный смысл и справедливы при большом количестве опытов. В данном эксперименте я отобрал значения сигнал/шум от тех скиммеров которые показали схожие результаты в двух циклах WSPR через согласующее устройство, и результаты в двух циклах WSPR  через трансформатор. Оцениваем разницу в дБ, а также среднюю разницу дБ по серии экспериментов в пределах одного диапазона. Теперь, мы готовы посмотреть на результаты.

Таблица оценки уровней сигналов пущенных через LC согласующее устройство и через трансформатор CHA250:

В сравнении отобраны споты с SNR не менее -15 дБ. Точность измерения SNR скорее всего   выше для больших SNR. В столбце "дельта" показана условная разница по уровням, положительное число показывает перевес SNR для варианта с LC - тюнером. 

Ниже приведено усреднение, которое и является искомым ответом. 

В итоге получаем:

на 20М CHA250 проигрывает не менее 4 дБ,

на 30М CHA250 проигрывает не менее 4 дБ,

на 40М CHA250 проигрывает не менее 3.9 дБ,

на 80М CHA250 проигрывает не менее 9 дБ,
в последнем случае следует помнить про дополнительные потери на рассогласовании из-за повышенного КСВ.

КПД на 80М оценим как nl = 1 / [1 + 0.115*ai*(КСВ+1/КСВ)], ai примем 0.1 дБ на длине 2 метра

При КСВ = 3, nl = 0.97 https://eax.me/coax-cable-losses/

Потери на рассогласовании нагрузок оценим как 0.75 (около 1 дБ). см.http://lavrinenkov.blogspot.com/2021/07/long-wire-antenna-secrets-in-town.html

Так или иначе мы получаем серьезный проигрыш на 80М для трансформатора с CHA250  - от 7 до 9 дБ!

На диапазоне 80М мы провели эксперимент с Дмитрием UB3APP его канал вы наверняка знаете: https://www.youtube.com/channel/UCKAJ56wSaEaZLyST1bE6fvA

Я передавал, а Дмитрий сравнивал уровень сигнала получаемый с использованием LC или CHA250. Измерения проводились на приемник Маламут Мини М2

Результаты 80М (дистанция 31 км):

Шум -89 дБм

LC -74 дБм сигнал

CH250 -81 дБм сигнал.

Дельта = 7 дБ. 

Опять получили проигрыш трансформатора около 7 дБ! 

Но и это еще не всё. На диапазоне 80М я смог найти свой сигнал на websdr http://websdr.swl.su:8902/ (SWL.su WebSDR with RSP1A) дистанция 38 км

Передавая попеременно телеграфом LC "нажатие" и T "нажатие" убедился еще раз, что сигнал через CHA250 звучит тише:

Увеличу область под буквами LC:

Субъективная оценка RST:  LC - 339, Трансформатор 119 (на грани восприятия)

Общий вывод по измерениям: 

Трансформатор CHA250 позволяет работать на множестве диапазонов, (даже без полотна антенны), при этом потери в нём составляют от 4 до 9 дБ относительно тюнера на воздушных LC элементах.

Материал подготовил:

Лавриненков Игорь / R2AJA