Печать

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.
1 час 1 день 1 неделя 1 месяц Навсегда

[RN1TU Александр]

По просьбе Юрия Борисовича Трезорова UA1TDA выкладываю здесь в приложении его статью. В данной статье содержится информация по самостоятельному изготовлению и оптимизации антенны Diamond F-23 по мотивам статьи Виктора Олейника UA4PJT «Антенна Diamond F-23 за один час».
См. также http://www.cqham.ru/f23.htm
Статья в приложении полная без сокращений с текстом моделей в MMANA на выбор в форматах DOC и PDF.

[RN1TU Александр]

Еще раз о F23 nw

Заметка эта родилась после изучения интересной статьи Виктора Олейника UA4PJT «Антенна Diamond F-23 за один час». Антенна относится к категории коллинеарных антенн - 3 по 5/8 λ.
Антенна, описанная автором, была заложена в программу ММАНА. Составленная модель, в максимальной степени отвечает указанным в статье размерам. Полотно антенны из алюминиевого провода АПВ6 – диаметр 2.6 мм (изоляции снята), расчетные величины индуктивностей составили 0,59 и 0,72 микрогенри, аппроксимация элементов соединений полотна антенны с фазосдвигающими катушками представлена цилиндром диаметром 8 мм и длиной 25 мм. Разъем – СР75.
(Рис1)
Из расчета и приведенных диаграмм направленности видно, что антенна обладает достаточно высокими параметрами. Мне удалось выполнить ее в металле. Результаты работы весьма обнадеживающие.
Нижняя фазосдвигающая индуктивность (в точке питания) установлена на оправке из двустороннего стеклотекстолита, толщиной 2 мм. С конца пластинки на расстоянии 20 мм оставлена фольга, к которой припаяна латунная клемма, в которую вставлено и зажато нижнее полотно 3-х элементного коллинеара.
(Рис2)
С обоих концов пластинки длиной 120 мм, шириной 8 мм и толщиной 2 мм из двустороннего стеклотекстолита оставлена фольга на расстоянии 25 мм от краев с двух сторон. На среднюю часть пластины надета катушка индуктивности с числом витков и размерами, указанными в статье Виктора Олейника. Латунные клеммы используются для соединения с полотнами антенны.
(Рис3)
Комель удилища посажен в отверстие стальной втулки диаметром 28,5 мм на эпоксидный клей, чертеж которой приведен ниже.
(Рис4)

[RN1TU Александр]

Фото элементов антенны

[RN1TU Александр]

Полностью собранное и разложенное на столе полотно антенны помещено во внутрь недорогого удилища из стеклопластика, длиной 5м. 
Втулка вставлена в отрезок стальной трубы подходящего диаметра, длиной четверть волны (примерно 50 см), и закреплена через отверстие сбоку одним М5 винтом. Внутри трубы проходит кабель питания антенны.
В просверленные под углом в 30 градусов отверстия с нарезанной резьбой М4 вкручены 3 противовеса из алюминиевого прутка диаметром 5 мм, длиной 50 см каждый. Расположение противовесов под углом не позволяет расположиться на них птицам и изменить, таким образом, геометрию антенны.
Собранная и установленная на трубостойке антенна приведена на фото ниже.

[RN1TU Александр]

Поднять антенну выше, на крышу пятиэтажного дома, не позволили местные условия, однако при мощности передатчика в 300 милливатт была проведена связь на расстояние порядка 65 км, что дает право утверждать о приемлемых характеристиках антенны.
Исследование модели антенны в программе ММАНА позволило выявить существенные резервы, реализация которых позволит поднять энергетический потенциал радиостанции.
Прежде всего, при анализе распределения токов в антенне можно сделать вывод, что основной вклад в излучение вносит нижний элемент 3-х элементного коллинеара.
(Рис5)
Приведенный график распределения токов в элементах антенны говорит о том, что в нижнем элементе ток в более чем в 2 раза превышает значение в других полотнах. Это говорит о фазовой нестыковке этажей коллинеарной антенны. Привести антенну к равенству токов в элементах – это задача добиться максимально возможного результата при данном конструктивном решении.
Решить задачу оптимизации можно, тщательно подобрав величины фазосдвигающих индуктивностей коллинеара. В результате оптимизации получено существенно большее значение усиления. Существенно выровнялось распределение токов. Улучшилась диаграмма направленности в вертикальной плоскости.
(Рис6)
Появление «провалов» при угле места примерно в 20 градусов говорит о фазовой оптимизации. Этот момент можно использовать при практической настройке и экспериментальном достижении максимальных параметров коллинеарной антенны.
Как видно оптимизация позволила поднять коэффициент усиления антенны на 0,6 дБ без изменения геометрических размеров, что уже весьма неплохо. Привожу файл ММАНА оптимизированного варианта антенны.
Видно, что изменились индуктивности фазосдвигающих катушек при неизменных геометрических размерах полотен.
Распределение токов в полотнах антенны видно из рисунка:
(Рис7)
Логичен вопрос: можно ли достичь еще большего результата и где предел, но не конструктивный - он определяется из условий ветровой нагрузки и предела прочности применяемых материалов, а теоретически возможный из физики работы коллинеарной антенны?
Вот пример 3-х элементной коллинеарной антенны других размеров, обладающей существенно лучшими параметрами:
(Рис8)

[RN1TU Александр]

Видно, что усиление этой антенны - 9,1 дБ, в сравнении с F23 – 7.28 дБ это существенно лучше; несколько уменьшен угол места максимального излучения. Распределение токов в антенне также достаточно равномерно:
(Рис9)
Антенна была изготовлена и в течении года стояла на ограждении балкона (выше не поднималась), нареканий на ее работу не было.

Постараюсь пояснить, какого же максимально возможного результата можно достичь, увеличивая число этажей коллинеарной антенны.
Допустим, что фаза тока в точке питания равна 0 градусов.
В верхней точке первого этажа набег фазы тока с учетом влияния фазосдвигающих элементов (катушки и полотна) должен быть в идеале 360 градусов или нуль, и в этом случае число этажей коллинеарной антенны может быть неограниченно.
Однако влияние входного сопротивления и индуктивности следующего этажа вносит погрешность, и в результате относительная начальная фаза в точке питания второго этажа (и следующих этажей) составляет от 15 до 30 градусов (по моим расчетам). По этой причине влияние следующего этажа на общий коэффициент усиления антенны пропорционально проекции вектора тока на ось усиления, т.е. косинусу фазового набега. Влияние 3 этажа уже равно косинусу 60 градусов (в худшем случае). Что касается следующего 4 этажа, то его воздействие на общий коэффициент усиления может быть равным нулю, либо весьма незначительно.
Поэтому оптимальной является антенна с числом этажей 3. Для получения более высокого результата в цепь прохождения тока необходимо вносить реактивность противоположного знака – емкость, возвращая начальную фазу тока к исходному значению в точке питания очередного этажа.
Максимально достижимый коэффициент усиления 3-х этажной коллинеарной антенны до 10 дБ.
Кроме того, на диаграмме направленности видно, что существуют боковые лепестки при углах места 35 и 70 градусов. Наличие их приводит к увеличению коэффициента шума при приеме, что для диапазона 2 метра очень и очень существенно. Можно сказать, что шумовая характеристика рассмотренной 3-х элементной коллинеарной антенны достаточно высокая. Требуется антенна с низким уровнем боковых лепестков. Для реализации этой задачи необходим иной подход к разработке антенны, но эта задача уже выходит за рамки рассматриваемого вопроса.

Трезоров Юрий ua1tda@mail.ru

[RN1TU Александр]

В приложении продолжение статьи Юрия Борисовича Трезорова, теперь уже о практической настройке данной антенны.

[Юрий UA1TDA]

В паспорте на антенну F23 дана диаграмма выбора элементов антенны (к сожалению об этом узнал поздно...). Судя по ней длины полотен должны быть следующими: верхнее полотно - 1220 мм;
среднее полотно 1450 мм; нижнее - 1330 мм. Основываясь на этих размерах была предпринята попытка создания модели "фирменной" F23. Что получилось можно посмотреть во вложении.

[Юрий UA1TDA]

На мой e-mail пришло сообщение от R3WT, Игоря. Переписку с ним я выкладываю. Возможно кому-то она будет полезной...

Пятница, 1 мая 2015, 11:11 +03:00 от Игорь <rw3wt@list.ru>:
Добрый день!
Цитата: Путем сжатия (растяжения) фазосдвигающих катушек, вначале катушки среднего этажа, затем верхнего этажа добиваемся уменьшения показаний вольтметра. Произведя данную операцию несколько раз, методом последовательных приближений, добиваемся возможно минимального значения показаний вольтметра.
Если можно прошу совета. Досталась антенна 3х5\8 G7 Hustler на диапазон 151 МГц. Колена выставил про размерам таблицы на 145500, а вот катушки находятся внутри трубок, заделаны очень крепко и без повреждений их корпуса разобрать их для подгонки на 145500 не получается...Антенна работает на высоте 50м и не плохо, но хочется все настроить по науке...лепестки и все как у Вас написано. КСВ около 1,2....(подогнал длиной кабеля :-(((. ) Что посоветуете? Новые катушки делать, или с этими как то можно смириться? Только что за диаграмма с ними неизвестно....
 С уважением Игорь Сапрыкин  R3WT.
Добрый день, Игорь!
Если коротко (пока не до конца изучил присланный Вами материал - за это спасибо).
1. Вопрос. Почему настройка производилась сжатием (растяжением) катушек?
Ответ. Причиной является то, что это наиболее просто, т.к. я катушки изготовил самостоятельно и доступ к ним прост.
2. Вопрос. Каким  альтернативным образом можно обойтись без настройки катушками?
Ответ. Подобрать длины излучателей соответствующего колена. Однако здесь есть подводный камень. Многое зависит от степени "зажатия" винта в клемме, а также от незначительных, но дискретных, перемещений полотна вибратора в клеммном соединении. Насколько помню - 5мм это смешение частоты резонанса на 400 кГц. Манипуляция катушкой это более плавная регулировка.
3. Вопрос. Как предварительно обнаружить "провал" в диаграмме направленности в угле места 20 градусов?
Ответ. Наклоняя антенну по углу от вертикали незначительно, можно предварительно обнаружить этот провал, но это качественная оценка. Делать выводы из данного опыта нельзя, т.к. влияние земли весьма существенно.
4. Вопрос. Как наиболее простым способом проверить степень согласования антенны с кабелем?
Ответ. Я поступаю следующим образом. Замеряю КСВ до опыта. Затем последовательно с кабелем снижения (до измерителя КСВ) включаю отрезок кабеля той же марки длиной в 1/8 длины волны (с учетом коэффициента укорочения). Вновь проверяю КСВ. При качественном согласовании антенны с кабелем КСВ не должен меняться (в идеале), либо изменения должны быть приемлемыми.
Учтите, что представленные в расчете диаграммы направленности приведены для расположения антенны на высоте порядка 1м над землёй. Подъем антенны приводит к "рассыпанию" диаграммы направленности, появлению дополнительных "провалов". В этом легко убедиться, изменив в модели параметр "высота антенны над землей".
Уже года два я не касался этой темы, простите, если ответил не на все Ваши вопросы.
С уважением Юрий Трезоров ua1tda

Юрий большое  спасибо! Все хорошо рассказали, здорово! Извини если напрягаю вопросами...По вопросу 2 можно уточнить-. я понял что катушки  можно не трогать, а только длиной элементов, И тоже настраивать на прием  по минимуму сигнала ВЧ вольтметра или максимум?
У меня еще такой вопрос № 0, меня на эту антенну хорошо слышат станции за 45-75км на 5 Вт, а я несколько станций практически не слышу при их мощности в 50 Вт и хороших антеннах. на расстоянии около 5 км трасса перекрывается возвышенностью и домами (окраина города застраивается. Вот такая странность...Возвышенность влияет почему то в одну сторону....
 С уважением Игорь Сапрыкин  R3WT.

Вторник, 5 мая 2015, 10:33 +03:00 от Юрий Трезоров <ua1tda@mail.ru>:
Добрый день, Игорь!
Вопрос.  №0
Ответ. Настройка на прием подбором длины излучателя. Критерий - минимум сигнала от излучателя, фиксируемого вольтметром, подключенным к  настраиваемой антенне.
Если прием за 60 км при 5 Вт. нормален, то антенна близка к оптимуму, т.е. настроена правильно.
Успеха Вам в делах радиолюбительских.
С уважением Юрий Трезоров ua1tda

Спасибо большое! Здоровья Вам! С Праздниками Днем Радио и ПОБЕДЫ!!!!
С уважением Игорь Сапрыкин  R3WT.

Юрий Трезоров ua1tda

[R1TT Alex]

По просьбе Юрия Борисовича Трезорова UA1TDA выкладываю здесь в приложении его статью. В данной статье содержится информация по самостоятельному изготовлению и оптимизации антенны Diamond F-23 по мотивам статьи Виктора Олейника UA4PJT «Антенна Diamond F-23 за один час».
См. также http://www.cqham.ru/f23.htm
Статья в приложении полная без сокращений с текстом моделей в MMANA на выбор в форматах DOC и PDF.

За один час ,это супер,постоять бы с секундомером рядом с таким крутым конструктором.