Simulare antene in stack

Antene HF/VHF/UHF/SHF, piloni, analiza, proiectare, constructie, impamantare, feederi...
yo4hgx
Mesaje: 315
Membru din: Sâm Iun 12, 2010 3:02 am
Contact:

Re: Simulare antene in stack

Mesajde yo4hgx » Sâm Feb 04, 2017 11:53 pm

@yo7mgg - ai PM

4x1ad
Mesaje: 471
Membru din: Sâm Iun 19, 2010 11:29 pm
Contact:

Re: Simulare antene in stack

Mesajde 4x1ad » Lun Feb 06, 2017 9:13 pm

Un subiect pe cat de interesant pe atat de vast. Aditional la informatiile utile aduse de Stefan, YO9HP as vrea sa mai subliniez cateva aspecte.

* In materie de stacking, nu exista rezultate ideale ci doar optimizate/maximizate pentru unul sau mai multe din efectele pozitive ale etajarii antenelor.

* Pentru obtinerea celor mai optime rezultate trebuie stabilit de la bun inceput carei necesitati de stacking trebuie sa i se dea prioritate: ex. obtinerea unui castig marit, a unui raport F/B imbunatatit, exploatarea diversitatii azimutale, exploatarea diversitatii unghiurilor de elevatie/unghiuri de plecare (pentru acoperirea mai multor zone de interes la distante mijlocii, mari si foarte mari) , exploatarea diversitatii spatiale pentru reducerea simtitoare a QSB-ului, cresterea ariei de captare (apertura efectiva) etc.etc.etc..

* Etajarea antenelor poate avea efecte extrem de benefice daca este facuta corect (conform tintei si prioritatilor fiecarui operator). Etajarea facuta insuficient sau chiar la intamplare, nu numai ca nu duce la efecte pozitive ci poate afecta negativ performanta antenelor. Exemplul cel mai bun este efectuarea etajarii functie de conditiile deja existente (piloni existenti cu inaltimi aleatorii si nu alese). Oricat ar suna de dificil si costisitor, insa inaltimea, modul de ancorare si rezistenta pilonilor trebuie calculate dupa necesitatile etajarii si nu invers. Inaltimea fata de sol a antenei inferioare cat si si a distantei fata de antena superioara sunt foarte critice. Problema devine si mai stringenta in cazul etajarii antenelor multibanda la care inaltimea optima poate fi aleasa exclusiv pentru o banda; restul benzilor acoperite vor trebui sa lucreze in conditii de compromis mai mult sau mai putin accentuat.

* Rezultatele cele mai bune se obtin de obicei in domeniul raportului F/B si atunci cand antenele sunt orientate pe acelasi azimut. De aceea cand vorbim de diversitatea azimutala (antene plasate la unghiuri diferite si eventual inaltimi diferite, trebuie cantarita si alimentarea comuna prin splitter vs. alimentarea separata comutabile . Este stacking-ul orizontal ale caror reguli si rezultate sunt oarecum diferite de cel vertical. Precum spunea si Stefan, marirea castigului antenelor este foarte problematica, cateodata absolut minora fata de investitia facuta sau chiar iluzorie, pentru ca energia totala emisa se imparte pe directii diferite si se pierde putere si pe splitter. De aceea, e bine sa cantarim si sa experimentam in prealabil si utilizarea unui transceiver dotat cu 2 receptoare identice, fiecare alimentat de la alta antena, auditia fiind comuna. In acest fel, in afara de avantajul operational oferit de monitorizarea simultana a doua directii majore se mai poate beneficia si de efectul de diversitate spatiala care reduce foarte mult fading-ul (QSB) pana aproape de anulare, evident functie de distanta pe orizontala intre cele doua antene (prin adaugarea la acest setup al unui vertical, se mareste efectul si mai mult).

* Efectul de stacking trebuie cantarit bine si din cauza inaltimii efective ale antenelor implicate vs. zonele de interes necesar de acoperit. Afirmatia ca o antena performeaza mai bine la inaltime cat mai mare trebuie inteleasa cu toate avantajele dar si cu dezavantajele. Inaltimea minima de la care o antena performeaza rezonabil este jumatate de lungime de unda. La aceasta inaltime avem pe o banda data, un singur lob de radiatie orientat la un anumit unghi de plecare mai mic sau mai mare. Se asigura astfel o anumita acoperire functie evident si de inaltimea straturilor relevante ale ionosferei, ora si activitate solara si calitatea punctelor de reflexie de-a lungul salturilor (hops). In momentul cand putem sa ridicam o antena la o inaltime mai mare decat Lambda/2, lobul principal se spliteaza in doi sau mai multi lobi, functie de inaltime (cu cat mai mare inaltimea cu atat mai multi lobi secundari). Lobul principal deobicei isi reduce unghiul de elevatie/plecare, ceea ce este benefic la distante mai mari dar apar si alti lobi la unghiuri mijlocii si mari care dpdv operational pot asigura legaturi si cu zone mai apropiate. Dar pentru ca contin cateva zeci de procente din energia emisa, noii lobi reduc proportional puterea/energia concentrata in lobul cel mai interesant (la unghi mic). De aceea trebuie stiut cum radiaza antena proprie la inaltimile specifice, in special pentru cei interesati in concursuri majore unde competitivitatea extraordinara din categoriile cu sute de participanti ii forteaza sa aiba un anumit control al radiatiei antenei pentru sporirea acoperirii zonelor target (care pot varia de la concurs la concurs). Cunoasterea modului de radiatie si acoperire al antenei este un element principal in elaborarea strategiei de concurs.

Cine considera aceste lucruri drept detalii excesiv de pedante, stufoase sau cvasi-inutile, greseste profund. Nu te poti plasa in TOP TEN la concursurile majore fara antene elaborate si calculate indelung. Vorbesc evident de categoriile de participare superioare unde competitia este acerba. Nimeni nu castiga un CQ WW la o astfel de categorie fara investitii serioase in antene si nu e vorba doar de bani.

* Toate optimizarile de mai sus nu se pot face cu calcule manuale nici chiar de catre cei cu mari abilitati de calcul si cunostinte serioase in materie de antene. E nevoie de mult timp pentru simulare, analiza si optimizare. Pentru un stack, eu fac calcule pentru inaltimi si distantari din 0.5 in 0.5m ! Cantitatea de calcule e mare. De aceea, proiectarea antenelor elaborate/avansate in categoria carora se numara si etajarea/stacking, se pot efectua numai cu ajutorul unor programe de simulare de antene. Sa optimizezi un stacking de antene in HF este o treaba laborioasa ce necesita timp, rabdare si trebuie luate in considerare si aspectele de rezistenta mecanica si comportare pe timp de iarna. Este complet neproductiv sa treci la realizarea unui stacking serios cu dimensiuni aleatorii, dupa conditiile de pe teren sau calculat dupa diverse tabele si grafice manuale din anii '80-'90 a caror acuratete este foarte redusa. Astazi exista programe gratuite precum MMANA GAL, EZ-NEC si 4NEC2 care au suficienta acuratete pentru nevoile obisnuite ale radioamatorilor. Eu recomand sa se inceapa cu MMANA Gal deoarece este cel mai prietenos si mai putin stufos si dupa o perioada sa se treaca la 4NEC2 care este cel mai bun program gratuit insa mai pretentios de operat.

* Ca exemplificare, dau mai jos niste tabele care concentreaza rezultatele etajarii pe verticala a doua antene. Cine doreste, poate primi pe e-mail si diagramele de radiatie in plan vertical si orizontal insotite de valorile impedantei complexe Z, castigul, raportul F/B, SWR-ul scontat si unghiul de elevatie/plecare. In prima tabela sunt rezultatele unei antene singulare de tip Optibeam OB11-3, un Yagi pentru 14-21-28MHz la inaltimea de 10m de sol urmat de un stack din 2 antene OB11-3 cu antena superioara la 15 si la 20m de sol. Pentru comparatie, a doua tabela contine datele a trei antene Yagi monoband cu 3 elemente pe fiecare din benzile de 14-21-28MHz luate una cate una. Am facut-o pentru cine vrea sa inteleaga cum se comporta stack de multibandere fata de un stack de monobandere. Simularea este de tipul "Real Ground". In tabele puteti gasi in plus si elemente de interes care dau o imagine completa asupra performantelor antenei. De exemplu raportul Fata/Lateral masurat la 90 de grade de azimutul principal si care ne arata masura in care sunt atenuate interferentele laterale . De asemeni, am introdus si largimea lobului principal in plan orizontal masurat la punctul de 3dB. Am adaugat in ultima rubrica si o estimare aproximativa a puterii/energiei emise concentrate in lobul principal (cel cu unghiul de elevatie cel mai mic). Datele devin mai relevante cand sunt puse alaturi de diagramele de radiatie.

Pentru scepticii a caror deviza in viata este "teoria ca teoria...." le precizez ca acuratetea simularilor este mare, suficienta pentru cerintele curente ale radioamatorilor.

Exemplificarea din cele doua tabele si eventual coroborarea cu formele lobilor din diagramelor de radiatie in plan vertical si orizontal reprezinta doar partea vizibila a aisbergului si trebuie sa convinga pe cei interesati de necesitatea utilizarii soft-urilor de antene, daca dorim sa experimentam "la sol" si alte posibilitati, precum diversitatea azimutala. Trebuie stiut ca toate marile echipe de nivel mondial dar si competitorii solitari de varf din concursurile majore care poseda acele campuri de antene a caror vedere ne face sa salivam intens, folosesc doar mijloace computerizate pentru a-si proiecta antenele complexe si uriase.

* Pentru cei care se intreaba care metoda de stacking e mai efectiva, cea verticala, cea orizontala sau cea mixta, le sugerez sa inteleaga inca un factor destul de neglijat de radioamatori si anume suprafata/zona de captare a antenelor (apertura efectiva). O aranjare incorecta sau insuficient de cantarita a antenelor duce la interactiuni nedorite, dintre care cea mai nociva este interferarea zonelor de captare prin distantare insuficienta. Aceasta poate duce la reducerea performantelor unui stack sub performantele unei antene unice. In cazul dilemei distantei intre antene pentru exploatarea mai intensa a diversitatii azimutale, e bine de stiut ca din cauza formei eliptice a zonei de captura, stack-ul horizontal are nevoie de o distantare mult mai mare decat cel vertical. O zona de captura cat mai mare duce la un castig mai mare. Cazul optim este cand zonele de captura nu se intersecteaza ci doar se ating. In cazul cand antenele isi intersecteaza zonele de captura sau in cazul cand apertura antenelor pe benzile superioare intra in interiorul zonele de captura ale antenei pe benzile inferioare, castigul scade simtitor. Un exemplu des intalnit este cand se etajeaza un tribander 14-21-28MHz si cu un monobander de 7MHz (sa zicem 2 elemente scurtate). Dilema este ce sa punem deasupra si la ce distanta. Multi pun pe acelasi mast intai trbanderul si mai sus monobanderul de 7MHz. Aceasta ca sa asigure cat mai multa inaltime de sol pentru monobander care are lungimea de unda mai mare si astfel sa-i asigure pe cat posibil un unghi de elevatie mai mic. Dar aceasta pune probleme mai mari de soliditate mecanica a ansamblui. Si atunci se pune intai monobanderul si apoi tribanderul de obicei mai usor si mai mic, astfel ca se poate pune un mast mai lung. Dar asta e posibil daca monobanderul pus la baza are totusi o inaltime de cel putin Lambda/2. Nu exista raspunsuri universal valabile sau formule pentru acest fel de dileme. Fiecare caz trebuie simulat si vazut raportul dintre avantaje si dezavantaje, evident introducand in ecuatie factorii de rezistenta mecanica si costul fiecarei variante.

Ca sa concluzionez, din diverse motive obiective, suntem obligati sa facem tot timpul compromisuri in materie de antene. Cuvantul cheie este optimizarea pe cat posibil a sistemelor de antene si aceasta nu se poate face cu mijloace empirice gen "merge si-asa". Ponderea antenelor in performanta unei statii este enorma, astfel ca cine tinde spre performante superioare, competitive pe plan international trebuie sa investeasca in antene nu numai bani, ci si multa documentare si gandire.
Sper sa nu fi deranjat pe nimeni lungimea postarii.
Succes tuturor.

73 de Morel, 4X1AD ex.YO4BE
Fişiere ataşate
stack1.jpg
stack1.jpg (166.86 KiB) Vizualizat de 5519 ori
stack2.jpg
stack2.jpg (163.37 KiB) Vizualizat de 5519 ori
"Daca antena buna nu e, nimic nu e...."

"Radio Amatorii nu trebuie sa fie profesionisti in radio-electronica, dar nici diletanti"

yo4hgx
Mesaje: 315
Membru din: Sâm Iun 12, 2010 3:02 am
Contact:

Re: Simulare antene in stack

Mesajde yo4hgx » Mar Feb 07, 2017 5:47 pm

@yo7mgg - am incercat sa extrag informatiile din filele in format MMANA si sa editez in 4NEC2 cu care sunt eu familiar si nu prea mi-a iesit din prima, am o gramada de "conflicte" de geometrie, mi-ar prinde mai bine detaliile constructive, dimensiunile propriu-zise.

KT34 simulat la 10m deasupra solului, in 21MHz. Cam slabut raportul F/B...

O sa mai incerc si cu OB11-3 cand o sa mai prind niste timp liber.

73 yo4hgx

kt34.PNG
kt34.PNG (497.64 KiB) Vizualizat de 5466 ori

4x1ad
Mesaje: 471
Membru din: Sâm Iun 19, 2010 11:29 pm
Contact:

Re: Simulare antene in stack

Mesajde 4x1ad » Mar Feb 07, 2017 8:49 pm

@YO4HGX: presupun ca ai folosit modelul .maa KT-34A care se invarte pe internet, bazat pe fisierul creat de DJ7ZZ. Din pacate, simularea dupa modelul lui Thor contine erori la G si F/B deoarece autorul nu a avut la dispozitie un desen cu dimensiunile exacte. Acestea sunt extrem de critice datorita conceptiei de incarcare lineara specifice folosite de KLM in care sunt necesare un numar de 16 capacitati de inalta tensiune create intre tevile de aluminiu in punctele marcate cu X rosu. Acestea au valori mici si fistichii (gen 39.9 sau 26.5pF) si au nevoie de o precizie extrema sub 0.5pF !! Astfel ca o toleranta de 1mm a distantelor intre tevile adiacente este deja mare. Manualul original de acum 35 de ani nu are acuratetea necesara pentru a executa un desen digital precis. Acesta este motivul pentru care castigul preliminar se invarte undeva intre 10-13.8dBi iar raportul F/B intre 6-11dB in cele 3 benzi acoperite. Prima indicatie a erorii este faptul ca in cazul stack-ului vertical de 2xKT-34A, raportul F/B in loc sa creasca cu 4-6dB, scade cu cativa dB !!
Sper sa ai rabdarea si tenacitatea necesara sa tatonezi valorile capacitatilor sau sa gasesti o alta solutie. Sau poate cineva detine un fisier maa sau nec de mare acuratete.Vei stii ca ai reusit cand la 10m inaltime vei obtine minimum 18-20dB ca raport F/B (worst case).
Acesta este unul din motivele pentru care incarcarea liniara este folosita extrem de rar de producatori. KLM KT-34A a fost o antena performanta dar are "reputatia" ca la fiecare cativa ani trebuie dat jos, demontat, curatat tevile pana la luciu re-asamblat si urcat din nou. In special daca nu s-a folosit Penetrox "A" pentru jonctiunile tevilor telescopice. Eu am simtit-o pe pielea mea de vreo doua ori prin anii '80. Daca stai langa mare sau langa o zona industriala cu multi contaminanti in aer, operatia trebuie facuta la 4-5 ani odata.
Succes.

73 de Morel, 4X1AD ex.YO4BE
Fişiere ataşate
kt-34 detaliu manual.jpg
kt-34 detaliu manual.jpg (185.83 KiB) Vizualizat de 5421 ori
kt-34 view.jpg
kt-34 view.jpg (258.84 KiB) Vizualizat de 5426 ori
kt-34 detaliu.jpg
kt-34 detaliu.jpg (156.08 KiB) Vizualizat de 5426 ori
"Daca antena buna nu e, nimic nu e...."

"Radio Amatorii nu trebuie sa fie profesionisti in radio-electronica, dar nici diletanti"

yo4hgx
Mesaje: 315
Membru din: Sâm Iun 12, 2010 3:02 am
Contact:

Re: Simulare antene in stack

Mesajde yo4hgx » Mar Feb 07, 2017 11:33 pm

@4X1AD, nu stiu Morel, probabil, eu nu am avut timp sa caut dar mi-a trimis yo7mgg pe mail 2 file .maa care bineinteles ca nu merg incarcate pe 4NEC2 dar am incercat sa colectez datele din fila .txt si sa editez manual in 4NEC2. Stiu ca ceva e in neregula, in special cu capacitatile alea mici carora nu am reusit sa le gasesc locul dar mai ales datorita faptului ca stiu practic cum merge o astfel de antena, am avut privilegiul sa trag un pic de ea la prietenul yo4ab(sk).

Fara diagramele de mare precizie nu am nici o sansa sa fac vreo modelare cat de cat apropiata de realitate cu atat mai putin in varianta "stack".

73 yo4hgx

yo7sr
Mesaje: 47
Membru din: Mar Sep 28, 2010 8:02 am
Contact:

Re: Simulare antene in stack

Mesajde yo7sr » Mie Feb 08, 2017 7:29 am

@YO4HGX multumesc pentru incercare dar sa stii ca ce ti-am trimis e tot ce am legat de diagrame. Am incercat si eu sa fac niste simulari si nu au iesit prea bine si de asta aveam nevoie de o alta simulare ca sa pot face comparatii.. Daca reusesc sa gasesc niste diagrame mai bune ti le trimit.

73, Stefan

4x1ad
Mesaje: 471
Membru din: Sâm Iun 19, 2010 11:29 pm
Contact:

Re: Simulare antene in stack

Mesajde 4x1ad » Mie Feb 08, 2017 10:18 am

@YO4HGX: gasesti valorile capacitatilor in pF (si le poti edita) in fereastra "Geometry", pe cele 16 linii de "Loads", marcate de mine cu sageata rosie.
Eu n-am verificat, insa erori mai pot fi si la transformarea din inch (din manual) in milimetri pentru toate lungimile implicate.

73 de Morel, 4X1AD ex.YO4BE
Fişiere ataşate
kt34 geom.jpg
kt34 geom.jpg (292.16 KiB) Vizualizat de 5319 ori
"Daca antena buna nu e, nimic nu e...."

"Radio Amatorii nu trebuie sa fie profesionisti in radio-electronica, dar nici diletanti"

yo4hgx
Mesaje: 315
Membru din: Sâm Iun 12, 2010 3:02 am
Contact:

Re: Simulare antene in stack

Mesajde yo4hgx » Mie Feb 08, 2017 6:12 pm

@4x1ad: am inclus capacitatile, nu stiu daca sunt la locul lor?

Am in continuare o gramada de erori de geometrie, multe fire incalecate, ori modelarea nu a fost facuta cum trebuie ori MMANA lucreaza mult diferit fata de 4NEC2 si nu se pupa.

Oricum, pentru optimizare am nevoie sa stiu ce capacitate corespunde carei benzi de frecventa, stii cumva?

73 yo4hgx

errors.PNG
errors.PNG (34.56 KiB) Vizualizat de 5264 ori


caps2.PNG
caps2.PNG (7.92 KiB) Vizualizat de 5264 ori


caps.PNG
caps.PNG (823.86 KiB) Vizualizat de 5264 ori

4x1ad
Mesaje: 471
Membru din: Sâm Iun 19, 2010 11:29 pm
Contact:

Re: Simulare antene in stack

Mesajde 4x1ad » Mie Feb 08, 2017 9:37 pm

@YO4HGX: Iata mai jos cheia repartitiei elementelor per banda. Conform manualului, ai capacitati doar pentru 21 si 28MHz. Fisierul maa nu se "pupa" cu cel nec si de aceea sper ca la "translatare" ai pastrat numerotarea firelor "w" ca in fisierul maa. Trebuie sa identifici fir cu fir si sa vezi unde sunt plasati condensatorii. De exemplu, pe firul numerotat "w7c" ai capacitorul de 28.5pF; pe "w9c" ai cel de 39.9pF; pe "w35c" ai 26.5pF si tot asa pana termini toate cele 16 fire "w". Fiecare element are setul lui specific de capacitati. Daca nu ai pastrat numerotarea, atunci sper sa ai ochi buni si rabdare de fier ca sa faci echivalarea firelor. Munca neagra.

Indicatia ca esti pe drumul cel bun va veni si la primul run cand impedanta complexa Z va trebui sa aiba o componenta rezistiva undeva intre 100-300 Ohm iar reactanta inductiva nu va depasi probabil 20-30 Ohm. Cifrele sunt doar orientative si le amintesc deoarece KT-34A foloseste un balun 1:4. Dupa rezultatele din MMANA Gal, impedanta complexa Z in punctul de alimentare ar fi de 79.4+j20 Ohm in 14MHz, 129-j213 Ohm in 21MHz si 23.3-j41 Ohm in 28MHz, cifre dubioase care nu justifica utilizarea unui balun 1:4 . Si oricum nu exista vreun motiv la aceasta antena ca intr-o banda caracterul impedantei sa fie inductiv si in alta capacitiv.

Aceasta imi intareste convingerea ca modelul lui DJ7ZZ este incorect la capacitati si la lungimi. Am vorbit cu el saptamana trecuta, stia de problema si mi-a zis ca n-a mai avut "suflare" sa detecteze erorile din desenul digital. Subliniez insa, ca si alte antene de pe site-ul lui modelate dupa dimensiunile date de el, nu lucreaza bine deloc fapt care ma face sa pun un semn de intrebare asupra credibilitatii unora din datele furnizate de el.

Inca o remarca: din cauza rezolutiei si unghiului de vizualizare ales, nu vad prea clar elementul de adaptare in "T" amplasat deasupra balun-ului; poate nu ma ajuta prea bine ochii obositi insa nu vad acolo 2 tevi suprapuse, ci doar una care se confunda cu elementul Front-Driven propriu-zis.

Ti-am trimis manualul original prin e-mail, in cazul ca nu-l ai.
Succes.
73 de Morel, 4X1AD ex.YO4BE
Fişiere ataşate
kt-34 bands.jpg
kt-34 bands.jpg (49.95 KiB) Vizualizat de 5237 ori
"Daca antena buna nu e, nimic nu e...."

"Radio Amatorii nu trebuie sa fie profesionisti in radio-electronica, dar nici diletanti"

yo4hgx
Mesaje: 315
Membru din: Sâm Iun 12, 2010 3:02 am
Contact:

Re: Simulare antene in stack

Mesajde yo4hgx » Joi Feb 09, 2017 12:10 pm

@4x1ad: Morel, modelarea aia nu o sa mearga niciodata, cuprinde prea multe greseli de editare! In primul rand, capacitatile nu sunt plasate corect, s-a facut confuzie intre schema electrica si configuratia fizica (cu rosu in desenul atasat). La fel si in cazul strapului "linear jumper strap" cum ii zic ei in manual, care este modelat ca in schema electrica, trecut direct peste elementul central dar fara a fi conectat (cu verde in desenul atasat), fapt care insa este interpretat de catre soft drept eroare de segmentare... grosimile elementelor sunt gresite, am aruncat doar rapid un ochi pe elementele centrale care in manualul trimis de tine apar de 1.2" iar in modelare 0.0127m (1.27cm)... si eu unul m-am oprit aici. Imi pare rau dar modelarea trebuie refacuta din temelii, cine stie ce alte erori cuprinde iar eu nu am nici timpul si, trebuie sa recunosc, nici motivatia necesara.

c pos.PNG
c pos.PNG (33.27 KiB) Vizualizat de 5192 ori


73 yo4hgx


Înapoi la “Antene”

Cine este conectat

Utilizatori care navighează pe acest forum: Niciun utilizator înregistrat și 9 vizitatori