Измеренная полоса антенны составляет 350 КГц, центральная частота 14.11 МГц, минимальный КСВ 1.1. Входное активное сопротивление около 50 Ом, реактивное сопротивление стремится к нулю.
NanoVNA:
Маркерами обозначены границы полосы антенны по уровню КСВ 1.5.
Измеренная полоса антенны составляет 1.1 МГц, центральная частота 14.17 МГц, минимальный КСВ 1.02. Входное активное сопротивление чуть больше 50 Ом, реактивное сопротивление около центральной частоты в районе нуля. Измерения приборов немного отличаются, и в целом похожи на теоретические результаты моделирования.
Проведена связь прямой волной в южном направлении с Владимиром RA3AFH, что соответствует очень малому зенитному углу и малому усилению антенны. Для наглядности посмотрим на диаграмму при зенитном угле 10 градусов.
Здесь хорошо видно, что в направлении север-юг преобладает вертикальная составляющая поляризации, а ослабление относительно основного направления на восток около 10 дБ.
Далее были проведены измерения уровня сигнала маячка R2AJA/B расположенного в 4 км к юго-востоку от антенны. По S-метру FT-817 получено S8 для восточной ориентации антенны и S3 для западной ориентации.
Через антенну было отправлено 5 циклов WSPR при западной ориентации и 5 циклов при восточной ориентации антенны. Все споты по WSPR получены с западного направления.
Количественная оценка показала, 99 спотов при западной ориентации и 11 спотов при восточной ориентации антенны, или соотношение 1 к 10. Для качественной оценки возьмем значения сигнал-шум полученные от бельгийского скиммера ON5KQ от которого было получено по 4 спота с каждого направления антенны. Усредненное SNR для западного направления получилось -3.5 дБ, для восточного направления антенны -13.7 дБ. И отношение F/B оценим как 10.2 дБ.
Оценка по телеграфным скиммерам затруднительна, из-за малого количества полученных спотов за время испытаний антенны, однако были получены пары спотов для двух направлений антенны от венгерского скиммера HA7GN.
Усредненно имеем 16.5 дБ для западного направления антенны и 7 дБ для восточного. Оценка отношения F/B составляет 9.5 дБ.
Таким образом антенну можно использовать по назначению, отношение фронт/бэк данной антенны около 10 дБ.
Видеозарисовка (вторая часть) доступна здесь:
p.s.
20.06.2021 Выполнена установка антенны в полевых условиях, которая показала возможность установки антенны с смещением по оси у элементов не более 10 см.
Правильно установленная антенна (прямоугольник) и график КСВ, маркеры по уровню 1.5:
Антенна установлена с закосом 20...30 см по оси у (параллелограмм):
Резонанс сместился выше на 200 кГц, полоса стала уже в 3 раза.
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.
