Разделы:


Главная
Путешествия
Видео
Фотосессии



Мастерская:


Радиотехника
    • Испытания
      Конструирование в MMANA и испытания пары антенн
    • Скачать
      Программы для радиотехнических расчетов
    • Литература
      Список, чего можно почитать
Испытание MMANA ver. 1.77 на примере HB9CV

Предыдущая страница

Расчет.

     Не буду приводить здесь все точные размеры моей антенны, их можно взять из приведенных файлов. Не буду так же заниматься объяснением того, что это за антенна и с чем ее едят. Скажу только вкратце, что она пеленгаторная и разрабатывалась для походных условий. Хотя конструктивно это не очень получилось.
     До этого у меня возникло желание запеленговать что-нибудь (зуд радиолюбительский), а поскольку это есть, куда применять на практике (у нас это 145.160, 145.260, 145.360, 145.730, 145.6125 - все телефоны дальнего действия), я и решил это воплотить в жизнь. Начал я расчеты, слизав полностью все размеры из Ротхаммеля, из того, который не так давно вышел в двух томах, и рассчитал ее этой программой. Для тех, кто не имеет Ротхаммеля, а интересно почитать, что он о ней пишет, привожу его копию здесь (BMP в архиве, 813,477 байт). Что у меня получилось можете посмотреть сами - файл называется "HB9CV for 144.maa" (он в первом и третьем архиве сверху). С Ротхамелем полностью не совпало. Активное сопротивление подошло: Ротхаммель приводит 50-75 ом, по программе 45, реактивность по программе 60 ом - 18 пФ надо для его компенсации, Ротхаммель прогнозирует около 20 пФ. Усиление описывалось 4.2 дБ, по прогорамме 4.51, а вот обратное подавление по программе 14 дБ, в Ротхаммеле 20 дБ. Тут не сошлось. Но сошлось весьма много характеристик, поэтому я решил соптимизировать антенну под свои условия. А это - та проволока, которую я имею под рукой. Да, еще надо сказать, что расчитывать эту антенну можно с параметром DM2=200 и более, что приводит к торможению расчетов. Этот параметр отвечает за разбиения проводников; так оно больше, чем при параметре 40, что стоит по умолчанию. Из-за очень близкого расположения проводников (в линии питания, проведенной вдоль траверсы и гаммаобразного соглосования элементов) приходится его увеличивать (разбивать чаще), иначе получается полная ерунда. Я далее расчитывал свой вариант на 400. Гонял я параметры вручную, сначала поменял расстояние между элементами, затем подогнал их длину, заметив, что ниже резонансной частоты подавление обратного излучения было максимальное, и в результате получил антенну "HB9CV for 144 modif4.maa". Это то, что я и попытался собрать. За коэффициентом усиления я не гнался, меня больше всего интересовало обратное подавление. По расчетам при DM2=400 оно получилось равным 47.18 дБ, при DM2=200 - 36.93 дБ. Вобщем тут надо сразу оговориться насчет того, почему такой разброс. Я предполагаю, что это связано с аппроксимацей идеальных дифференциальных уравнений разностной схемой. Как известно, точность расчетов тем больше, чем больше разбиение по входным параметрам, чем больше получается разностных уравнений и чем меньше шаг дискретизации. Это улучшение сначала резко возрастает, затем с измельчением шага почти не меняется, а затем начинается ухудшение, связанное с потерей точности на численных методах - потерей разрядности (складывается огромное количество очень маленьких чисел), приходам к некорректностям 0 делить на 0, вернее не 0, а очень маленькое число и т.п. Поэтому при слишком маленьких разбиениях точность решения уменьшается, что может быть замерено, применяя численный метод параллельно с аналитикой, экспериментально изменяя его параметры и сравнивая его результат с известным аналитическим решением. В данной ситуации аналитического решения под рукой нет и по условию задачи быть не может (иначе зачем пользоваться данной программой), поэтому о том, какой шаг лучше можно только догадываться интуитивно, или экспериментируя с разными в поисках долгой (с изменением шага) приблизительно стабильной величины. Ну то есть после появления приемлемого результата и до резкого ухода высчитанных параметров в ту или иную сторону.
Сборка.

     В общем после работы программы получилось нечто приемлемое для моих целей, и я решил это собрать. Собрать антенну у меня получилось с некоторыми отступлениями от того, что там написано. Во первых, я нечаянно ошибся в расстоянии до перекрестия на траверсе линии питания, где она перекидывается на другую сторону. Этот результат находится в файле "HB9CV for 144 modif5.maa". И в отличие от "HB9CV for 144 modif5.maa" я нечаянно отрезал меньший активный элемент на 2 мм меньше, чем было необходимо. Проволоки у меня было мало, поэтому я не стал это переделывать. Правда это сказалось на результатах расчета мало, они в среднем остались такими же: и импеданс, и подавление назад (колебания обратного подавления с изменением разбиения приблизительно такие же, как и с уменьшением переднего элемента на 2 мм). Другое отступление, неизбежное для моей проволоки - это неточное выдерживание расстояния между вибраторами и линией питания (в гамма согласовании), между траверсой и линией передачи питания на другой (задний) элемент. Они одинаковые, расчетный зазор между проволокой, передающей питание (толщиной 0.8 мм) и траверсой или вибратором (из проволоки толщиной 2.5 мм) составляет 1.85 мм. Естественно, я не могу выдержать точность даже в десятых миллиметра. Однако я старался, наматывая местами на толстою проволоку изоленту по несколько миллиметров шириной, которая служила упором для линии питания. Толщину изоленты я примерно знал. По замеру микрометром она была 0.1 мм, я наматывал около 14 витков, поскольку изолента проминалась в микрометре. В целом зазор получился около 1.7...2 мм. Если интересно, можете поэксперементировать с этим параметром в программе и посмотреть, насколько это влияет на входное сопротивление.
     Для меня представлял интерес пеленговать сигналы с вертикальной поляризацией, поэтому надо было еще решить вопрос и с отводом кабеля. Естественно, она не будет нормально работать, если кабель будет просто свешиваться вдоль антенны прямо из точки питания. Как мне сказали, такую антенну используют в основном для пеленгации горизонтальной поляризации и с вертикальной из-за кабеля она имеет право не работать или работать плохо. Однако диаграмму направленности я оптимизировал только под вертикальную (возможно можно было бы добиться уменьшение задних боковых лепестков для горизонтального расположения антенны, но я этому внимания не уделял). Вследствии чего пришел к тому, к чему приходят, устанавливая волновые каналы: кабель должен быть отведен на пол-длины полны, чтобы изменение поля около антенны было минимальным, и антенна не превратилась в груду прутьев. Вообще вся конструкция получилась деревянная, элементы крепились к несущей (деревянной) траверсе хомутами из проволоки, которая зацеплялась за них через изоленту, дабы не замкнуть небольшуй среднюю часть элементов сантиметров на 4. Конечно в поле они попадают, но они слишком маленькие, чтобы существенно помешать ее работе. Вдоль этой деревянной траверсы (опорной для элементов) проходит медная проволока, несущая 0 на задний элемент. Если антенну рассматривать в вертикальной поляризации, то вниз из центра идет несущий деревянный брус размером сантиметра 1.3x1.3. Такой же брус идет вбок от антенны, его длина 1.03 метра (не специально я подбирал ровно полволны, но так получилось). Кабель питания RG-58 из точки питания отходит перпендикулярно антенне в горизонтальной плоскости по этой планке, а дальше свешивается своим весом вниз. Длину кабеля я на всякий случай настроил, его длина ровно 2 длины волны с учетом коэффициента укорочения 0.66, а то уж слишком сильные колебания пропускаемой мощности получились с изменением количества полуволн в нем (чуть-чуть даже больше, чем колебания на полуволнах у RG-8X на 27 метрах его длины, что я проверил по эквиваленту). Параллельность вибраторов я выдержал с точностью до полсантиметра. То есть расстояние на траверсе между ними расчетное, 18 см, а на концах расстояние друг от друга было в пределах 17.5...18.5 см.
Предварительная настройка.

     По программе расчетная реактивность, вносимая гамма согласованием, составляет около 150 Ом. То есть для компенсации надо поставить расчетную емкость около 8 пФ. Я поставил подстроечный керамический конденсатор 6/25, и после предварительной настройке в квартире он оказался выкрученным почти на минимум. В принципе, можно считать, что емкость близка к расчетной. При этом КСВ-метр Alan K145 показал КСВ около 1.2. Можно было и в 1 его вогнать, но это было проще сделать не емкостью, а с помощью поворота антенны - в квартире настраивать такую штуку некорректно :). Далее, когда я вывез антенну на дачу, я проверил еще раз КСВ в свободном пространстве, он оказался около 1.1, подстраивать не стал. Все равно Alan K145 голючный прибор на 144, приемлемо работает он только на 27 МГц. Я испытывал его на эквивалент 50 Ом, он показывал 1.25. Когда я проверял его на эквивалент через кабель, получалось, что единица КСВ на самом деле получается тогда, когда он показывает около 1.15, и при этом с ростом частоты его показания возрастают (что получается единица я контролировал, замеряя напряжение ВЧ на эквиваленте и убеждаясь что оно такое же, как и без кабеля, то есть найдя максимум).
     Из такого КСВ в антенне я сделал вывод, что антенна по активному сопротивлению близка к 50 Ом.
Предварительные испытания.

     Первым делом я проверил ее в вертикальной поляризации. Как Вы поняли, конструкция позволяла держать ее или за одну мачту, при этом кабель отводится на метр от антенны и свешивается (вертикальная поляризация), или за саму планку, вдоль которой проходит кабель, тогда она получала горизонтальное расположение вибраторов и конструкция не так сильно клонила в руке вбок. В вертикальной поляризации она при сигнале RA4HDK, работающим на ~0.3 Вт на 2-х элементную коллинеарку в прямом направлении давала сигнал амплитудой более 10 мкВ - 9 баллов +6 дБ по S-метру (мой QTH был LO43VA, это рядом с Чапаевском, корреспондент находился в Чапаевске). Станция у меня при этом была Alinco DJ-191. У нее есть возможность отградуировать S-метр, и я этим воспользовался, как только оказался за измерительным генератором, чтобы она показывала правильно от S5 до S9+6 (у нее всего 6 звездочек, в децибеллах расстояние между ними одинаковое). S-метр градуировался на 145.000. В обратном направлении сигнал падал до минимума 6 баллов (0.62-1.25 мкв). Направление на источник антенна показывала приблизительно правильное. Приблизительно, посколько я, во-первых, не обращал на него внимания с точностью до 2-3 градуса, а во-вторых, дело происходило у меня на даче, где во дворе полно металличиских конструкций: трубы, растяжки у CB'шки, металлическая крыша дома. Чем дальше я от этого всего уходил, тем точнее она показывала и меньше косила во все стороны. На прикид могу сказать, что точность была не хуже плюс миинус 8 градусов. Пеленгация по максимуму и по минимуму совпадала.
     По прослушиванию сигнала RW4HNQ (находился по другую сторону Чапаевска и работал на QRP ~0.3 Вт на 1/4 на балконе, в противоположной ко мне стороне дома) в прямом направлении наблюдалось 7 баллов (1.25...1.7 мкв - верх пишу низко, поскольку балл едва достигался), в обратном сигнал падал ниже 5 баллов, до границы разборчивости. Чувствительность станции 0.16 мкв по замерам, при этом разборчивость удовлетворительная (на R=5 баллов при максимальной девиации 5 КГц). В общем 9+6 баллов минус 6 - это 4 балла разница, каждый балл по 6 дБ, итого 24 дБ обратное затухание, возможно больше, а возможно меньше. Это покажет более детальное исследование, когда я смогу выбраться в чистое поле и мне не будет мешать ничего металлическое рядом, включая то, на чем приеду ;). Когда я проверял ее в горизонтальной поляризации, я не заметил двух задних лепестков, которые видны на диаграмме. Правда я и не мог хорошо ее проверить - не было источников горизонтальной поляризации, если только было попросить сработать со мной на резинку, держа станцию стационарно. А на вертикально поляризованных сигналах мне показалось, что антенна немного менее чувствительна к ближайшим предметам, однако точность меньше. Показания хуже и равномернее по саду :). Кстати, еще один интересный факт. RW4HNQ я на те же 7 баллов, что и с HB9CV принимал и со стационарной антенны, коллинеарки 4 элемента с высотой подвеса 8.5 м над землей до точки питания (ориентировочное ее усиление 4.5 дБ). Однако прямо в направление на корреспондента в 8 метрах от нее находится CB'шная антенна GB 1/4, вся высота конструкции у которой 12 м (у коллинеарки общая высота около 14 м). Так что утверждать, что она работает лучше коллинеарки, или что коллинеарка не работает тоже нельзя - эксперимент для такого сравнения был не чистый.
     В общем результаты ее испытания можно считать успешными. Это не значит, что антенна работает настолько хорошо, насколько это возможно, поскольку не проверялось. Кроме согласования входного импеданса за счет компенсации реактивности других настроек антенны не проводилось. В перспективе попытка настроить антенну на большее подавление обратного лепестка (на что я в общем-то и сделал упор в этом изыскании). Конструктивно удобнее всего это сделать, увеличивая и уменьшая среднее расстояние между вибраторами за счет притягивания их концов друг к другу или друг от друга. Планирую это сделать, втыкая их концы в трубки из диэлектрического материала, которые зафиксируют между ними определенное расстояние.

27.02.2002

     Дальнейшие испытания показали, что диаграмма направленности все-таки немного косит. По прямому направлению она вроде не косит, но тут и замерить это точно нельзя из-за сильной размытости переднего лепестка, а вот подавление назад отходит немного в сторону, причем это проявляется из-за наличия хвоста на диаграмме направленности, впадины вокруг которого не равны между собой. Одна проявляется сильно (около -30 дБ от прямого направления), а вторая почти незаметна. Для ликвидации сего кабель я во второй модификации антенны отвел за задний элемент на 80 см (по той же планке), и далее он так же шел вниз. Анализ такой антенны программой MMANA показал, что диаграмма направленности косить не должна, и так же не должно измениться обратное подавление. На практике получилось, что диаграмма направленности может косить одинакого в обе стороны, что вызвано окружающими предметами (шаг в сторону, и она уже косит на несколько градусов в другом направлении), а вот задний лепесток у нее остался. Для уничтожения этого "хвоста" я воткнул элементы в термоусадочную трубку (два прокола на расстоянии 16 см) и продвинул ее на элементы настолько, чтобы между концами элементов было около 12 см. После этого "хвост" почти исчез. Его угол уменьшился, между двумя направлениями назад, которые должны быть провалами справа и слева от "хвоста" получилось около 10 градусов.
     В перспективе еще проверить диаграмму направленности на открытом поле и в городе в "боевых" условиях.

5.03.2002





Назад